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2015, 64 (3): 038805.
doi: 10.7498/aps.64.038805
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基于有机-无机杂化钙钛矿材料(CH3NH3PbX3)制备的太阳电池效率自2009年从3.8%增长到19.6%, 因其较高的光吸收系数, 较低的成本及易于制备等优势获得了广泛关注. 钙钛矿材料不仅可以作为光吸收层, 还可用作电子和空穴传输层, 以此制备出不同结构的钙钛矿太阳电池: 介孔结构、介观超结构、平面结构、无HTM层结构和有机结构. 除此之外, 钙钛矿材料制备方法的多样性使其更具吸引力, 目前已有一步溶液法、两步连续沉积法、双源共蒸发法和溶液-气相沉积法. 本文主要介绍了钙钛矿太阳电池的发展历程、工作原理及钙钛矿薄膜的制备方法等. 详细阐述了电池每一层的具体作用和针对现有的钙钛矿结构各层材料的优化, 最后介绍了钙钛矿太阳电池所面临的问题和发展前景, 以期对钙钛矿太阳电池有进一步的了解, 为制备新型高效的钙钛矿太阳电池打下坚实的基础.
2015, 64 (6): 067503.
doi: 10.7498/aps.64.067503
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首先简要地介绍了磁性材料中磁结构、磁畴结构和拓扑磁结构以及相互之间的关系. 一方面, 磁畴结构由材料的磁结构、内禀磁性和微结构因素决定; 另一方面, 磁畴结构决定了材料磁化和退磁化过程以及技术磁性. 拓扑学与材料物理、材料性能的联系越来越紧密. 最近的研究兴趣集中在一些拓扑磁性组态, 如涡旋、磁泡、麦纫、斯格米子等. 研究发现这些拓扑磁结构的拓扑性质与磁性能密切相关. 然后从尺寸效应、缺陷、晶界三个方面介绍国际学术界在磁结构、磁畴结构和拓扑磁结构方面的进展. 最后介绍了在稀土永磁薄膜材料的微观结构、磁畴结构和磁性能关系、交换耦合纳米盘中的拓扑磁结构及其动力学行为方面的工作. 通过对文献的评述, 得到以下结论: 开展各向异性纳米复合稀土永磁材料的研究对更好地利用稀土资源具有重要的意义. 可以有目的地改变材料的微结构, 可控地进行磁性材料的磁畴工程, 最终获得优秀的磁性能. 拓扑学的概念正在应用于越来越多的学科领域, 在越来越多的材料中发现拓扑学的贡献. 研究磁畴结构、拓扑磁性基态或者激发态的形成规律以及动力学行为对理解量子拓扑相变以及其他与拓扑相关的物理效应是十分重要的. 也会帮助理解不同拓扑学态之间相互作用的物理机制及其与磁性能之间的关系, 同时拓展拓扑学在新型磁性材料中的应用.
2015, 64 (3): 038802.
doi: 10.7498/aps.64.038802
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有机-无机杂化的卤素钙钛矿材料在2009年首次应用在光伏器件中, 而后有关此类型太阳能电池的报道数量呈井喷式增长. 至2014年5月钙钛矿电池光电转化效率已接近20%, 已超过有机及染料敏化太阳能电池的效率, 且有望达到单晶硅太阳能的水平, 成为光伏发电领域中的希望之星. 在钙钛矿电池中, 电子传输材料与吸收层的电子选择性接触对提高光电转化效率起到重要作用, 尤其在正置结构器件中, 电子传输层的介观结构直接影响钙钛矿的生长情况. 同时, 电子传输层的化学性质及其界面也会对电池的稳定性和寿命产生影响. 本文总结了电子传输材料在该类电池中的研究现状和热点, 并按材料的化学组分不同, 将电子传输材料分为三类: 金属氧化物、有机小分子和复合材料, 详细地介绍了电子传输材料在钙钛矿太阳能电池中的作用和近来的最新进展.
2015, 64 (2): 020101.
doi: 10.7498/aps.64.020101
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识别复杂网络中的关键节点对网络结构优化和鲁棒性增强具有十分重要的意义. 经典的关键节点测量方法在一定程度上能够辨识网络中影响力节点, 但存在一定局限性: 局部中心性测量方法仅考虑节点邻居的数目, 忽略了邻居间的拓扑关系, 不能在计算中反映邻居节点间的相互作用; 全局测量方法则由于算法本身的复杂性而不能应用于大规模社会网络的分析, 另外, 经典的关键节点测量方法也没有考虑社会网络特有的社区特征. 为高效、准确地辨识具有社区结构的社会网络中最具影响力节点, 提出了一种基于节点及其邻域结构洞的局部中心性测量方法, 该方法综合考虑了节点的邻居数量及其与邻居间的拓扑结构, 在节点约束系数的计算中同时体现了节点的度属性和“桥接”属性. 利用SIR(易感-感染-免疫)模型在真实社会网络数据上对节点传播能力进行评价后发现, 所提方法可以准确地评价节点的传播能力且具有强的鲁棒性.
2015, 64 (5): 058902.
doi: 10.7498/aps.64.058902
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复杂网络中的结构洞节点对于信息传播具有重要作用, 现有关键节点排序方法多数没有兼顾结构洞节点和其他类型的关键节点进行排序. 本文根据结构洞理论与关键节点排序相关研究选取了网络约束系数、介数中心性、等级度、效率、网络规模、PageRank值以及聚类系数7个度量指标, 将基于ListNet的排序学习方法引入到复杂网络的关键节点排序问题中, 融合7个度量指标, 构建了一个能够综合评价面向结构洞节点的关键节点排序方法. 采用模拟网络和实际复杂网络进行了大量实验, 人工标准试验结果表明本文排序方法能够综合考虑结构洞节点和核心节点, 关键节点排序与人工排序结果具有较高的一致性. SIR传播模型评估实验结果表明由本文选择TOP-K节点发起的传播能够在较短的传播时间内达到最大的传播范围.
2015, 64 (5): 050501.
doi: 10.7498/aps.64.050501
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根据在线社交网络信息传播特点和目前社交网络传播模型研究中存在的问题, 本文定义了网络用户之间的相互影响力函数, 在此基础上提出了一种基于用户相对权重的社交网络信息传播模型, 并对网络中的传播路径及传播过程进行了分析, 讨论了不同路径的信息传播影响力.为验证模型的有效性, 将传统的SIR模型和本文模型在六类不同网络拓扑下进行了仿真实验.仿真结果表明, 两类模型在均匀网络中没有明显差异, 但在非均匀网络中本文模型更能体现真实网络特点, 实验同时验证了节点的地位影响着信息的传播, 并且发现英文社交平台Twitter和中文社交平台新浪微博在拓扑结构上具备一定相似性.
2015, 64 (11): 110503.
doi: 10.7498/aps.64.110503
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网络舆情发展趋势具有混沌系统的特征, 提出一种基于EMPSO-RBF神经网络的方法对网络舆情的发展趋势进行预测. 首先根据Lyapunov指数证明网络舆情具备混沌的特征, 然后对网络舆情时间序列数据进行相空间重构, 最后采用EMPSO-RBF方法进行预测, 并和其他模型进行对比试验, 实验结果表明EMPSO-RBF方法具有较高精确度.
2015, 64 (4): 040505.
doi: 10.7498/aps.64.040505
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针对分数阶混沌系统的同步问题, 基于滑模控制理论和自适应控制理论, 设计了一个具有较强鲁棒性的分数阶积分滑模面, 并提出了一种自适应滑模控制器在不消除非线性项的情况下实现一类三维分数阶混沌系统同步的方法. 利用所设计的自适应滑膜控制器实现了分数阶Chen系统、分数阶Liu系统以及分数阶Arneodo系统的混沌同步. 数值模拟仿真结果验证了所设计的控制器的有效性和可行性.
2015, 64 (3): 038401.
doi: 10.7498/aps.64.038401
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高效低成本太阳电池的研发是太阳能光伏技术大规模推广应用的关键. 近年来兴起的有机- 无机杂化钙钛矿(以下简称钙钛矿)太阳电池因具有光电能量转换效率高、制备工艺简单等优点, 引起了学术界和产业界的广泛关注, 具有广阔的发展前景. 其中平面异质结钙钛矿太阳电池因具有结构简单, 可低温制备等诸多优点, 成为目前研究的一个重要方向. 平面异质结钙钛矿太阳电池分为n-i-p型和p-i-n型两种结构. 其中钙钛矿分别与电子传输层和空穴传输层形成两个界面, 在这两个界面上实现电子和空穴的快速分离. 电子传输层和空穴传输层分别为电子和空穴提供了独立的输运通道. 平面异质结结构有利于钙钛矿太阳电池中电子和空穴的分离、传输和收集. 此外, 该结构不需要高温烧结的多孔结构氧化物骨架, 扩大了电子和空穴传输材料的选择范围. 可以根据钙钛矿材料的能带分布及载流子传输特性, 来选择能级和载流子传输速率更为匹配的传输材料. 本文对钙钛矿的材料特性, 平面异质结结构的由来及发展进行了简要的概述. 其中重点介绍了平面异质结钙钛矿太阳电池的结构特征、工作机理、钙钛矿/电荷传输层的界面特性, 以及电池性能的优化, 包括钙钛矿薄膜制备、空穴和电子传输层的优化等. 最后对钙钛矿电池的发展前景及存在问题进行了阐述, 为今后高效、稳定钙钛矿太阳电池的研究提供参考.
2015, 64 (1): 016102.
doi: 10.7498/aps.64.016102
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本文以钼酸钠、硫代乙酰胺为前驱体, 硅钨酸为添加剂, 成功用水热法合成高纯度纳米花状二硫化钼. 产物特性用X射线衍射(XRD)、能量色散谱(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)进行表征. XRD和EDS图显示实验产物为二硫化钼, 且其结晶度和层状堆垛良好. SEM图谱则表明二硫化钼为纳米花状结构, 颗粒直径300 nm左右, 由几十上百片花瓣组成, 每片花瓣厚度十个纳米左右. 通过以硅钨酸为变量的梯度实验, 研究发现, 硅钨酸对于纳米花状MoS2的形成具有重要作用, 不添加硅钨酸, 无法形成纳米花状MoS2, 此外, 硅钨酸的剂量会影响合成MoS2的大小和形貌. 本文还对纳米花状二硫化钼的形成机理做了初步的讨论.
2015, 64 (7): 070503.
doi: 10.7498/aps.64.070503
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针对带有非对称控制增益的不确定分数阶混沌系统的同步问题设计了模糊自适应控制器. 模糊逻辑系统用来逼近未知的非线性函数, 非对称的控制增益矩阵被分解为一个未知的正定矩阵、一个对角线上元素为+1或-1的已知对角矩阵和 一个未知的上三角矩阵的乘积. 基于分数阶Lyapunov稳定性理论构造了模糊控制器以及分数阶的参数自适应律, 在保证所有变量有界的情况下实现驱动系统和响应系统的同步. 在分数阶系统稳定性分析中给出了一种平方Lyapunov函数的使用方法, 根据此方法很多针对整数阶系统的控制方法可以推广到分数阶系统中. 最后数值仿真结果验证了所提控制方法的可行性.
2015, 64 (9): 094209.
doi: 10.7498/aps.64.094209
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与植物光合作用相似, Z型光催化材料体系是由电子传输介质、光还原剂和光氧化剂组成的双光子体系, 其应用于光催化反应具有很大的优势: 借助双光子激发过程, 在不同光催化剂上分别完成氧化反应和还原反应, 有效促进了光生电荷的分离和迁移. Z型反应体系中的光催化剂只需分别满足各自的光激发过程和对应的半反应, 为光催化材料的选择和设计提供了很大的空间. 光催化还原位点和氧化位点分别在两个光催化半导体上, 还原和氧化过程相互分离, 可以有效抑制逆反应的发生. 同时, 催化材料光还原剂中的光生空穴被来自光氧化剂中的光生电子复合, 光催化体系的稳定性随之增强. Z型光催化材料体系, 表现出了宽光谱响应, 高稳定性, 高光生载流子的分离效率, 强氧化还原能力, 具有广阔的应用前景.
2015, 64 (21): 210501.
doi: 10.7498/aps.64.210501
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双稳态俘能系统的运动常常会陷入单个势能阱中, 导致俘能效率降低. 为了解决这个问题, 本文提出了一类带碰撞的磁斥力双稳态压电振动能量采集系统. 建立了该碰撞双稳态系统的机电耦合方程, 分析了碰撞对双稳态系统动力学特性的影响. 研究了确定性激励和低强度随机激励下碰撞对系统响应特性和俘能效率的影响. 结果表明: 简谐激励下, 碰撞能够使得原双稳态系统的单阱小幅周期运动转变为双阱间的大幅运动, 从而有效地提高输出功率. 得到了低强度随机激励下, 不同碰撞间隙对系统动力响应特性和输出功率的影响规律. 对一个给定的随机激励, 存在一个最优的碰撞间隙, 此时碰撞能够将原双稳态系统单阱内的随机运动转化为频繁的双阱跳跃, 出现大幅值运动, 从而大幅提高了系统的俘能效率.
2015, 64 (22): 224203.
doi: 10.7498/aps.64.224203
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偏振差分水下成像能够有效地克服光散射效应造成的图像退化问题, 在水下物体探测与识别领域具有重要应用价值. 传统的偏振差分方法靠光学检偏器的无规则机械转动来实现对散射背景的共模抑制, 限制了其在水下成像过程中的实时探测性能. 本文通过分析偏振差分探测原理来建立偏振差分成像模型, 从理论上提出了基于Stokes矢量的计算偏振差分水下实时成像系统, 并进行了实验验证. 研究结果表明, 基于Stokes矢量的计算偏振差分成像不仅与传统的偏振差分方法具有相同的水下探测效果, 更重要的是可以实现快速成像过程. 该方法可以应用到目前的偏振成像仪器系统, 实现无需人-机互动的自动化实时偏振差分水下成像, 进一步提高水下物体探测与识别的效率.
2015, 64 (4): 048902.
doi: 10.7498/aps.64.048902
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利用典型的Barabási-Albert无标度网络构建了基于度的正/负相关相依网络模型, 该模型考虑子网络间的相依方式及相依程度, 主要定义了两个参数F和K, F表示相依节点比例, K表示相依冗余度. 在随机攻击及基于度的蓄意攻击模式下, 针对网络的级联失效问题, 研究了不同的F值和K值对该相依网络模型鲁棒性的影响, 与随机相依网络模型进行了对比研究. 仿真结果表明:无论是随机相依或是基于度的正/负相关相依网络, 其鲁棒性都是随着F的增大而减弱, 随着K的增大而增强; 在随机攻击下, 全相依模式(F=1)时, 基于度正相关相依网络模型鲁棒性最优, 部分相依模式 (F =0.2, 0.5, 0.8)时, 基于度的负相关相依网络模型则表现出更好的鲁棒性. 而在基于度的蓄意攻击下, 无论F为何值, 基于度的正相关相依网络模型表现出弱鲁棒性.
2015, 64 (8): 089201.
doi: 10.7498/aps.64.089201
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利用1961-2011年中国东、西部地区地面太阳辐射和长期气象数据观测资料, 综合分析了东、西部地区地面太阳总辐射的变化特征, 并结合云量、日照百分率、风速、相对湿度等分析了影响东、西部地面太阳总辐射的变化原因. 结果表明: 近50年来东、西部地区地面太阳总辐射整体呈下降趋势, 下降幅度有所不同; 20世纪90年代之前大部分地区地面太阳总辐射呈下降趋势, 之后呈缓慢增加; 东西部各地区地面太阳总辐射与日照时数间存在显著相关性; 分析影响地面太阳总辐射减少的因素, 东部地区地面太阳总辐射与日照百分率呈显著正相关, 日照百分率是影响地面太阳总辐射减少的主要因素, 总云量与低云量已不是东部地区影响太阳辐射的主要因素; 西部地区地面太阳辐射与云量相关性较低, 主要受大气污染和日照百分率的影响. 风速成为影响地面大气辐射的一个重要因子, 并且风是驱逐大气对流层雾霾等大气污染的主要因子, 这进一步证实了大气污染已经成为影响地面太阳辐射的重要因素, 尤其在中国东部地区.
2015, 64 (11): 114501.
doi: 10.7498/aps.64.114501
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为探讨在强制搅拌下同属性颗粒由分层到分布均匀状态的运动特征及规律, 本研究利用三维离散单元法模拟不同转速下U形罐体内等粒径椭球颗粒的混合过程. 从单颗粒随机运动轨迹、宏观颗粒流运动矢量图的角度分析颗粒混合过程的宏观混合规律及局部混合特征, 定量描述混合度与搅拌叶片旋转圈数的数学关系. 结果表明, 强制搅拌下同属性分层颗粒的混合是在对流混合及四个局部混合共同作用下实现的; 分层颗粒的混合度与搅拌轴的转速无关, 而与搅拌轴旋转圈数直接相关; 混合度与圈数的关系符合指数增长模型. 研究结果可为散体物料增混行业的设备改进及操作控制提供依据和参考.
2015, 64 (1): 018903.
doi: 10.7498/aps.64.018903
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在考虑行人视野范围的随机偏走格子气模型基础上, 引入行人对前方开阔区域的移动偏好特性, 提出改进的格子气模型, 对通道内对向行人流进行仿真研究. 模型再现了对向行人流在不同密度下出现的3种演化过程, 发现了行人密度与对向行人流分层现象的形成具有随机性, 以及统计了概率的变化趋势, 同时分析了分层现象形成概率与系统几何尺寸参数、移动强度参数、右行人流比例参数和视野范围参数等的关系. 分析结果表明, 改进的模型能够再现实际低密度下对向行人流不会出现分层现象的特性. 根据分层形成的概率, 可将对向行人流的密度分为5个区间, 不同区间的行人流演化过程各有差异. 模型和分析结果对理解对向行人流的动态演化过程, 提高通道内对向行人流的走行效率有一定帮助.
2015, 64 (8): 089301.
doi: 10.7498/aps.64.089301
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全球导航卫星掩星探测仪(GNOS)是国际首台北斗系统(BDS)和全球定位系统(GPS)双系统兼容掩星探测仪, 2013年9月23日随风云三号卫星C星(FY3 C)发射入轨, 目前已测得大量掩星数据. 介绍了FY3 C-GNOS的组成; 统计了2013年10月12日全天的FY3 C-GNOS掩星事件及其全球分布情况; 通过与GPS精密定轨结果进行对比分析, 测试了BDS在轨实时定位精度, 检验了BDS掩星产品的可靠性和一致性. 初步分析结果表明: 14颗BDS卫星在轨运营的条件下, BDS和GPS兼容掩星探测仪可将掩星事件数提高约33.3%; BDS实时定位平均偏差优于6 m, 标准偏差优于7 m; 5-25 km高度范围内, BDS与GPS内符合精度大气折射率优于2%, 温度优于2 K, 湿度优于1.5 g/kg, 压强优于2%, 电离层峰值密度优于15.6%. GNOS的在轨正常运行及BDS与GPS掩星定位精度及反演产品的一致性为北斗掩星探测的业务化运行奠定了基础.
2015, 64 (3): 033301.
doi: 10.7498/aps.64.033301
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钙钛矿太阳能电池是一种全新的全固态薄膜电池. 报道的能量转换效率已提高到19.3%, 成为可再生能源领域的热点研究方向. 空穴传输材料是构成高效钙钛矿太阳能电池的重要组分之一. 本文介绍了钙钛矿太阳能电池的基本结构, 对空穴传输材料的分子结构、能级水平和迁移率等对电池性能的影响进行了详细的总结和评述.
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