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高被引论文  (被引数据来源于全网,每月更新)

柔性压阻式压力传感器的研究进展
李凤超, 孔振, 吴锦华, 纪欣宜, 梁嘉杰
2021, 70 (10): 100703. doi: 10.7498/aps.70.20210023
摘要 +
柔性压阻式压力传感器作为柔性压力传感器的重要分支, 具有结构简单、灵敏度高、工作范围大、响应速度快及稳定性高等特点, 在人类运动行为探测、健康监测、仿生电子皮肤开发及人机交互等领域均具有潜在发展需求. 但是截至目前, 如何同时实现低成本、高性能、低能耗和自驱动仍旧是柔性压阻式压力传感器未来所面临的挑战, 而新型传感机制的开发、新型功能化纳米材料的融合及柔性器件的新型制备工艺将是未来发展的方向. 本文综述了近年来柔性压阻式压力传感器的研究进展, 从传感机制出发, 对柔性压阻式压力传感器的活性层材料种类和微结构设计类型进行了总结, 最后对其未来的潜在应用进行了展望.
基于混合神经网络和注意力机制的混沌时间序列预测
黄伟建, 李永涛, 黄远
2021, 70 (1): 010501. doi: 10.7498/aps.70.20200899
摘要 +
为提高混沌时间序列的预测精度, 提出一种基于混合神经网络和注意力机制的预测模型(Att-CNN-LSTM), 首先对混沌时间序列进行相空间重构和数据归一化, 然后利用卷积神经网络(CNN)对时间序列的重构相空间进行空间特征提取, 再将CNN提取的特征和原时间序列组合, 用长短期记忆网络(LSTM)根据空间特征提取时间特征, 最后通过注意力机制捕获时间序列的关键时空特征, 给出最终预测结果. 将该模型对Logistic, Lorenz和太阳黑子混沌时间序列进行预测实验, 并与未引入注意力机制的CNN-LSTM模型、单一的CNN和LSTM网络模型、以及传统的机器学习算法最小二乘支持向量机(LSSVM)的预测性能进行比较. 实验结果显示本文提出的预测模型预测误差低于其他模型, 预测精度更高.
磁记忆检测的力磁耦合型磁偶极子理论及解析解
时朋朋, 郝帅
2021, 70 (3): 034101. doi: 10.7498/aps.70.20200937
摘要 +
磁偶极子理论在缺陷漏磁场解释中被成功广泛使用. 由于磁荷密度等参数不易定量, 磁偶极子理论在应用中常常进行归一化处理, 被认为不适用于对应力相关的磁记忆信号做量化分析. 本文通过建立力磁耦合型磁偶极子理论模型, 以适用于分析磁记忆检测中应力对磁信号的影响. 基于铁磁学理论确定应力和磁场联合作用下的等效场强度, 基于弱磁化状态的一阶近似, 获得了各向同性铁磁材料微弱环境磁场下的应力磁化解析解. 结合磁信号二维问题中矩形和V形磁荷分布假定, 建立了光滑与破坏试件表面磁信号、矩形和V形表面缺陷所诱导磁信号的力磁耦合型磁偶极子理论分析模型, 并获得其解析解. 基于力磁耦合型磁偶极子理论的解析解, 对拉伸实验中试件破坏前后的信号差异、矩形和V形表面缺陷诱导磁信号, 以及磁信号的影响因素和规律等进行了详细分析. 理论研究表明, 基于本文理论模型的解析解可实现对磁记忆检测中的一些基本实验现象和规律的解释.
等离子气化技术用于固体废物处理的研究进展
孙成伟, 沈洁, 任雪梅, 陈长伦
2021, 70 (9): 095210. doi: 10.7498/aps.70.20201676
摘要 +
社会经济的快速发展致使固体废物的产量迅速增加, 传统的处理工艺, 如填埋、焚烧和堆肥等方法, 不仅效率低下, 而且存在着二次污染和资源浪费等诸多问题, 因此, 急需探索新的固体废物处理技术. 等离子气化技术因具有高效、环保和能源转化率高等特点而被应用于固体废物的处理. 本文介绍了等离子气化技术处理固体废物的背景与意义, 综述了等离子气化技术在不同固体废物处理中的应用, 就国内外等离子气化技术水平与研究进展进行了详细的阐述, 并对目前等离子气化固体废物应用中存在的问题进行了着重分析. 综合多方面因素指出等离子气化技术是固体废物资源无害化处理的有效方式.
中国超导电子学研究及应用进展
李春光, 王佳, 吴云, 王旭, 孙亮, 董慧, 高波, 李浩, 尤立星, 林志荣, 任洁, 李婧, 张文, 贺青, 王轶文, 韦联福, 孙汉聪, 王华兵, 李劲劲, 屈继峰
2021, 70 (1): 018501. doi: 10.7498/aps.70.20202121
摘要 +
超导体的发现距今已有近110年了, 高温超导体的发现也已经有30多年了. 超导材料的电子学应用在最近一二十年取得了突破性进展. 高温超导微波器件显示了比传统微波器件更优越的性能, 已经在移动通信、雷达和一些特殊通信系统中取得了规模化应用. 超导量子干涉器件以其磁场和电流测量的超高灵敏度, 成为地质勘探、磁共振成像和生物磁成像等领域不可替代的手段. 包括超导隧道结混频器、超导热电子混频器、超导转变沿探测器及超导单光子探测器等在内的超导传感器/探测器可以探测全波段的电磁波及各种宇宙辐射, 具有接近量子极限的超高灵敏度, 在地球物理、天体物理、量子信息技术、材料科学及生物医学等众多前沿领域发挥越来越重要的作用. 超导参量放大器已经成为实现超导量子计算的关键器件. 超导集成电路技术已被列入国际器件与系统技术路线图, 成为后摩尔时代微电子领域的前沿阵地之一. 在计量科学中, 超导约瑟夫森效应及约瑟夫森结阵器件被广泛应用于量子电压基准和国际单位制基本单位的重新定义中. 在当前的量子信息技术热潮中, 超导电子学扮演重要角色, 同时量子热潮也大力推动了超导电子学的发展. 本文主要对近几年我国超导电子学研究和应用的现状与进展进行概括总结.
非热等离子体材料表面处理及功能化研究进展
张海宝, 陈强
2021, 70 (9): 095203. doi: 10.7498/aps.70.20202233
摘要 +
等离子体技术在现代材料制备和表面处理过程中起着重要的作用. 本文聚焦于非热等离子体(NTP)材料表面处理及功能化应用, 重点综述NTP在材料表面处理及功能化过程中的最新研究进展, 包括激励产生等离子体的等离子体源、NTP材料表面处理及功能化工艺以及具体应用. 其中, 激励产生等离子体的等离子体源包括感应耦合等离子体/容性耦合等离子体、电子回旋共振/表面波等离子体、螺旋波等离子体、大气压射流等离子体和介质阻挡放电等; NTP材料表面处理及功能化工艺包括等离子体表面接枝和聚合、等离子体增强化学气相沉积和等离子体辅助原子层沉积、等离子体增强反应刻蚀和等离子体辅助原子层刻蚀工艺等; 等离子体表面处理及功能化的具体应用领域包括亲水/疏水表面改性、表面微纳加工、生物组织表面处理、催化剂表面处理等. 最后提出了NTP技术材料表面处理及功能化的应用前景与发展趋势.
化学气相沉积法制备大面积二维材料薄膜: 方法与机制
王铄, 王文辉, 吕俊鹏, 倪振华
2021, 70 (2): 026802. doi: 10.7498/aps.70.20201398
摘要 +
近年来, 二维层状材料由于其丰富的材料体系和独特的物理化学性质而受到人们的广泛关注. 后摩尔时代要求器件高度集成化, 大面积、高质量的二维材料可以保证器件中结构和电子性能的连续性. 要实现二维材料工业级别的规模化生产, 样品的可控制备是其前提. 化学气相沉积是满足上述要求的一种强有力的方法, 已广泛应用于二维材料及其复合结构的生长制备. 但是要实现多种二维材料大尺寸以至晶圆级的批量制备仍然是很困难的, 因此, 需要进一步建立对各种二维材料生长控制的系统认识. 本文基于材料生长机理分析了化学气相沉积反应中的物质运输、成核、产物生长过程对二维材料尺寸的影响, 以及如何通过调控这些过程实现二维材料大面积薄膜的可控制备. 通过对目前研究成果的总结分析, 讨论了如何进一步实现二维材料的高质量大面积制备.
6G技术发展愿景与太赫兹通信
冯伟, 韦舒婷, 曹俊诚
2021, 70 (24): 244303. doi: 10.7498/aps.70.20211729
摘要 +
6G无线网络预计在未来提供全球覆盖、高频谱效率、低成本、高安全性、更高智能水平的服务, 为人类社会打造一个无处不在的智能移动网络. 太赫兹无线通信具有高数据传输速率、低延时和抗干扰等特点, 有望在6G技术中得到广泛的应用. 本文主要介绍了6G技术的规划愿景、发展现状及其关键技术, 分析了太赫兹器件、信道、通信系统以及6G技术可能的发展趋势.
激光诱导击穿光谱技术结合神经网络和支持向量机算法的人参产地快速识别研究
董鹏凯, 赵上勇, 郑柯鑫, 王蓟, 高勋, 郝作强, 林景全
2021, 70 (4): 040201. doi: 10.7498/aps.70.20201520
摘要 +
利用激光诱导击穿光谱技术结合机器学习算法, 对东北5个产地(大兴安岭、集安、恒仁、石柱、抚松)的人参进行产地识别, 建立了主成分分析算法分别结合反向传播(BP)神经网络和支持向量机算法的人参产地识别模型. 实验采集了5个产地人参共657组在200—975 nm的激光诱导击穿光谱, 经光谱数据预处理后, 对C, Mg, Ca, Fe, H, N, O等元素的8条特征谱线进行主成分分析, 原光谱数据的前3个主成分累积贡献率达到92.50%, 且样品在主成分空间中呈现良好的聚集分类. 降维后的前3个主成分以2∶1进行随机抽取, 分别作为分类算法的训练集和测试集. 实验结果表明主成分分析结合BP神经网络及支持向量机的平均识别率分别为99.08%和99.5%. 发生误判的原因是集安和石柱两地地理环境的接近而导致的H, O两元素在Ca元素离子发射谱线下的归一化强度相似. 本研究为激光诱导击穿光谱技术在人参产地的快速识别提供了方法和参考.
超导量子干涉器件
郑东宁
2021, 70 (1): 018502. doi: 10.7498/aps.70.20202131
摘要 +
超导现象是一种宏观量子现象. 磁通量子化和约瑟夫森效应是两个最能体现这种宏观量子特性的物理现象. 超导量子干涉器件(superconducting quantum interference device, SQUID)是利用这两个特性而形成的超导器件. SQUID器件在磁信号灵敏探测方面具有广泛的应用. 本文简要介绍低温超导和高温超导SQUID器件的相关背景和发展现状以及应用领域.
复杂网络上的意见动力学对谣言传播的影响
王祁月, 刘润然, 贾春晓
2021, 70 (6): 068902. doi: 10.7498/aps.70.20201486
摘要 +
通过在SIR (susceptible-infected-recovered)模型中引入抑制者对谣言的辟谣机制研究了在线社交网络上的意见动力学对谣言传播的影响. 在这一模型中, 节点可以与自身的邻居组成1个群, 传播者可以通过该群传播信息, 抑制者也可以在此群中对信息发表意见进行辟谣. 辟谣机制在降低未知者对于谣言的接受概率的同时也可以促使传播者向抑制者转变. 本文采用ER (Erdös-Rényi) 随机网络、无标度网络以及真实的社交网络研究了抑制者的沉默概率对于谣言传播范围的影响. 首先发现, 谣言传播的过程以传播者的峰值为界可以分为两个阶段, 即谣言自由传播的前期以及抑制者和传播者互相制衡的后期; 其次, 谣言的传播会随着抑制者的沉默概率的增大而突然暴发. 在谣言暴发阈值之下, 沉默概率的增大不会导致谣言传播范围显著增大, 这是由于未知者在感知到谣言并转变为传播者后又迅速转变为抑制者; 而当沉默概率达到谣言暴发阈值时, 抑制者将不能控制传播者对谣言的传播从而导致抑制者的降低和谣言的暴发; 最后, 无标度上的谣言自由传播的前期阶段比随机网络持续的时间更短, 从而使无标度上的谣言更难以暴发. 本文的模型综合考虑了意见动力学和谣言传播的相互作用, 更加真实地模拟了真实世界社交网络中的谣言传播过程. 为谣言传播的控制和干预提供了一些有用的思路和见解.
绿色环保化学机械抛光液的研究进展
郜培丽, 张振宇, 王冬, 张乐振, 徐光宏, 孟凡宁, 谢文祥, 毕胜
2021, 70 (6): 068101. doi: 10.7498/aps.70.20201917
摘要 +
原子级加工制造是实现半导体晶圆原子尺度超光滑表面的有效途径. 作为大尺寸高精密功能材料的原子级表面制造的重要加工手段之一, 化学机械抛光(chemical mechanical polishing, CMP)凭借化学腐蚀和机械磨削的耦合协同作用, 成为实现先进材料或器件超光滑无损伤表面平坦化加工的关键技术, 在航空、航天、微电子等众多领域得到了广泛应用. 然而, 为了实现原子层级超滑表面的制备, CMP工艺中常采用的化学腐蚀和机械磨削方法需要使用具有强烈腐蚀性和高毒性的危险化学品, 对生态系统产生了不可逆转的危害. 因此, 本文以绿色环保高性能抛光液作为对象, 对加工原子量级表面所采用的化学添加剂进行分类总结, 详尽分析在CMP过程中化学添加剂对材料表面性质调制的作用机理, 为在原子级尺度下改善表面性质提供可参考的依据. 最后, 提出了CMP抛光液在原子级加工研究中面临的挑战, 并对未来抛光液发展方向作出了展望, 这对原子尺度表面精度的进一步提升具有深远的现实意义.
周期性分流微通道的结构设计及散热性能
王晗, 袁礼, 王超, 王如志
2021, 70 (10): 104401. doi: 10.7498/aps.70.20201802
摘要 +
微通道散热器在集成电路中具有重要应用, 但目前传统的长直微通道散热过程导致温度不均匀, 散热效率较低. 本文设计了一种周期性分流微结构并与传统微通道进行集成, 实现了一种高效率的周期性分流微通道散热器. 基于以上周期性分流微通道, 系统研究了单根微通道内微结构数目、微结构的排布方式及结构参数对其散热性能的影响. 结果表明, 引入的分流微结构可增大换热面积、打破原有层流边界层、促进冷/热冷却液混合、显著改善微通道散热性能. 在100 W/cm2的热流密度下, 入口端冷却液流速为1.18 m/s时, 单根微通道内引入9组微结构后, 其最高温度下降约24 K, 热阻下降约44%, 努塞尔数增大约124%, 整体传热性能(PEC)达1.465. 进一步地, 微结构采用交错渐变的周期排布方式, 沿流动方向逐渐变宽的扰流元使得冷却液被充分利用, 减少了高/低温区的存在且缓解了散热面沿流动方向存在的温度梯度, 压降损失相较于均匀排布也有一定程度的降低, 有效提升了散热效率. 本文提出的周期性分流微通道将在大功率集成电路及电子冷却领域中具有广阔的应用前景.
具有双峰特性的双层超网络模型
卢文, 赵海兴, 孟磊, 胡枫
2021, 70 (1): 018901. doi: 10.7498/aps.70.20201065
摘要 +
随着社会经济的快速发展, 社会成员及群体之间的关系呈现出了更复杂、更多元化的特点. 超网络作为一种描述复杂多元关系的网络, 已在不同领域中得到了广泛的应用. 服从泊松度分布的随机网络是研究复杂网络的开创性模型之一, 而在现有的超网络研究中, 基于ER随机图的超网络模型尚属空白. 本文首先在基于超图的超网络结构中引入ER随机图理论, 提出了一种ER随机超网络模型, 对超网络中的节点超度分布进行了理论分析, 并通过计算机仿真了在不同超边连接概率条件下的节点超度分布情况, 结果表明节点超度分布服从泊松分布, 符合随机网络特征并且与理论推导相一致. 进一步, 为更准确有效地描述现实生活中的多层、异质关系, 本文构建了节点超度分布具有双峰特性, 层间采用随机方式连接, 层内分别为ER-ER, BA-BA和BA-ER三种不同类型的双层超网络模型, 理论分析得到了三种双层超网络节点超度分布的解析表达式, 三种双层超网络在仿真实验中的节点超度分布均具有双峰特性.
基于硅基光子器件的Fano共振研究进展
鹿利单, 祝连庆, 曾周末, 崔一平, 张东亮, 袁配
2021, 70 (3): 034204. doi: 10.7498/aps.70.20200550
摘要 +
硅基光子技术的发展为新型微纳光学功能器件和片上系统提供了高可靠、高精度的实现手段. 采用硅基光子技术构建的具有连续(准连续)模式微腔与离散模式的微腔耦合产生的Fano共振现象得到了广泛关注. Fano共振光谱在共振波长附近具有不对称且尖锐的谐振峰, 传输光的强度在共振波长附近从0突变为1, 该机制可显著提高硅基光开关、探测器、传感器, 以及光非互易性全光信号处理的性能. 本综述分析了Fano共振的一般数学表述, 总结了当前硅基光子微腔耦合产生Fano共振的理论模型研究现状, 讨论了不同类型硅光器件实现Fano共振的方法, 比较各种方案优劣及适用场合, 梳理了Fano共振在全光信号处理方面的应用研究情况. 最后探讨存在的一些问题及未来可能的相关研究方向.
一种单相H桥光伏逆变器混沌控制方法
龚仁喜, 尹志红
2021, 70 (2): 020501. doi: 10.7498/aps.70.20200982
摘要 +
比例积分调节单相H桥光伏逆变器存在复杂的分岔与混沌等非线性行为, 这些非线性行为会大大增加输出电流的谐波含量, 降低系统运行的稳定性与供电可靠性. 现有的混沌控制方法存在建模复杂、控制系数难以确定等问题. 针对于此, 本文提出了一种改进指数延迟反馈控制方法. 该方法首先利用系统输出电流与其自身延迟的差值形成反馈信号, 然后将该反馈信号通过指数环节、作差环节和比例环节得到控制信号, 并将该控制信号以反馈的形式施加于被控系统, 同时建立系统的离散映射模型并求取系统雅克比矩阵表达式; 最后基于稳定判据推导出该控制信号的反馈控制系数的限定条件并实施对系统的控制. 为了验证该方法的控制效果, 进行了大量的仿真实验. 结果表明, 该方法能有效抑制系统中的混沌行为, 大大扩展系统稳定运行域.
基于DNA编码与交替量子随机行走的彩色图像加密算法
王一诺, 宋昭阳, 马玉林, 华南, 马鸿洋
2021, 70 (23): 230302. doi: 10.7498/aps.70.20211255
摘要 +
近年来, 图像加密技术备受关注. 随着人们对通信隐私及网络安全重视程度的提高, 对信息加密技术的要求更加严格, 图像作为信息的载体之一, 因携带信息的有效性和生动性而受到重视. 本文提出一种基于DNA编码与交替量子随机行走的彩色图像加密算法. 量子随机行走作为出色的密码学工具参与算法流程中各个部分, DNA编码作为核心加密方式完成算法. 本文详细描述加密、解密流程, 并对所提出算法进行仿真实验验证与结果分析. 仿真阶段设计模拟密钥参数, 编码进行彩色图像加密、解密实验, 并进行了相关分析. 实验结果表明, 本文提出的彩色图像加密算法能够进行安全有效的彩色图像加密, 且相关分析表示其加密后图像直方图平稳、像素相关性系数趋近于0、密钥空间${2^{ 128}} $, 三通道信息熵达到7.997以上, 能够抵御统计攻击、穷举攻击等攻击手段. 此外, DNA编码除新颖的编码及运算方式之外还有其独特的生物学特性, 为密码学的研究提供了新的思路与方向.
基于超声波声压衰减效应的局部放电源定位与强度标定
王玉龙, 张晓虹, 李丽丽, 高俊国, 郭宁, 程成
2021, 70 (9): 095209. doi: 10.7498/aps.70.20201727
摘要 +
局部放电是导致电力设备绝缘劣化或击穿的重要原因之一. 为此, 结合即到达时差法定位原理, 在广义互相关法的基础上, 引入量子遗传算法对局部放电源进行精准定位. 而后以声波传播损耗、反射及折射现象导致的声压衰减效应为研究切入点, 首次建立局部放电源超声波信号标定的数学模型. 结果表明: 在针-板放电模型中, 利用量子遗传算法计算的局部放电源较为精准, 其最大偏差为(0.27 ± 0.13) cm, 与遗传算法、模拟退火算法、粒子群优化算法以及广义互相关法相比, 其定位精度分别提高了33.57%, 41.51%, 32.12%以及87.26%. 与此同时, 由于声压衰减效应, 当测量得到的超声信号电压幅值相同时, 随着测试距离增大, 放电源处的视在放电量逐渐增加. 若测试距离为37.80 cm时, 局部放电源的视在放电量为633.83 pC, 与7.00 cm相比, 放电强度增大了28.51%. 局部放电源的放电曲线与标定拟合曲线几乎完全重合, 验证了放电源放电程度标定模型的准确性.
液体横向射流在气膜作用下的破碎过程
张彬, 成鹏, 李清廉, 陈慧源, 李晨阳
2021, 70 (5): 054702. doi: 10.7498/aps.70.20201384
摘要 +
为了研究液体横向射流在气膜作用下的破碎过程, 采用背景光成像技术及VOF TO DPM方法进行了实验研究和仿真研究, 模拟介质为水和空气. 研究结果表明, 液体射流在气膜作用下主要存在两种破碎过程: 柱状破碎和表面破碎. Rayleigh-Taylor (R-T)不稳定性产生的表面波是液体射流发生柱状破碎的主要原因, 气流穿透表面波的波谷导致射流柱破碎, 破碎后的液丝沿流向逐渐发展呈带状分布. Kelvin-Helmholtz (K-H)不稳定性产生的表面波是液体射流发生表面破碎的主要原因, 液丝和液滴从射流表面剥离. 局部动量比对液体横向射流的破碎过程具有重要影响, 当局部动量比较低时, 液体射流的破碎由K-H不稳定性主导; 随着局部动量比的增大液体射流的破碎逐渐由R-T不稳定性主导. 液体射流的破碎长度及穿透深度均随局部动量比的增大而增大.
耦合不同年龄层接触模式的新冠肺炎传播模型
王国强, 张烁, 杨俊元, 许小可
2021, 70 (1): 010201. doi: 10.7498/aps.70.20201371
摘要 +
搜集广东省自1月23日到2月16日期间944例新冠肺炎样本信息. 对确诊人群进行年龄特征分析, 将人群分为儿童组(0—5岁)、青少年组(6—19岁)、中青年组(20—64岁)、老年组(65岁及以上), 耦合不同年龄层的接触模式, 建立离散年龄结构新冠肺炎模型, 得出模型的基本再生数及最终规模. 通过蒙特卡罗数值算法(MCMC)辨识模型的参数、拟合累计病例数、计算消亡时间、感染峰值及到达时间等有关生物量. 研究发现中青年人群感染人数最多; 相比于居家模式, 社区模式下中青年人群感染峰值上升41%, 峰值推迟一周到达. 通过分析不同年龄层的最终规模在对应年龄层的占比, 发现老年人的易感性较高, 青少年的易感性相对较低. 在居家模式下, 若各年龄层患者能及时就诊, 住院峰值将进一步减少, 但住院高峰将提前一周到达. 此模型可揭示个体接触行为对新冠肺炎的传播的影响, 定量评价居家隔离措施的有效性.
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