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, 最新更新时间 , doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.06.004
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摘要:
新能源汽车能够有效缓解传统汽车行业对化石燃料的严重依赖和全球所面临的环境问题，是未来发展的必然趋势。驱动电机作为新能源汽车的动力核心，不仅需要具有优异的磁性能提高能源转换效率，同时需要具有高强度来抵抗高速运转时的离心力。然而，无取向硅钢的强度和磁性能难以兼顾，因此无取向硅钢力、磁性能的协同调控是新能源汽车驱动电机发展过程中的一个关键科学问题。本文综述了国内外有关高强无取向硅钢力学性能和磁性能调控的相关研究现状，分析了不同强化方式对无取向硅钢磁性能的影响，指出了新能源汽车驱动电机用高强无取向硅钢力学性能和磁性能协同调控的未来发展趋势，即多种强化方式共同作用或利用细小弥散的纳米共格析出相实现高强无取向硅钢力、磁性能的最佳匹配，为新能源汽车驱动电机用高强无取向硅钢的发展提供借鉴。
新能源汽车能够有效缓解传统汽车行业对化石燃料的严重依赖和全球所面临的环境问题，是未来发展的必然趋势。驱动电机作为新能源汽车的动力核心，不仅需要具有优异的磁性能提高能源转换效率，同时需要具有高强度来抵抗高速运转时的离心力。然而，无取向硅钢的强度和磁性能难以兼顾，因此无取向硅钢力、磁性能的协同调控是新能源汽车驱动电机发展过程中的一个关键科学问题。本文综述了国内外有关高强无取向硅钢力学性能和磁性能调控的相关研究现状，分析了不同强化方式对无取向硅钢磁性能的影响，指出了新能源汽车驱动电机用高强无取向硅钢力学性能和磁性能协同调控的未来发展趋势，即多种强化方式共同作用或利用细小弥散的纳米共格析出相实现高强无取向硅钢力、磁性能的最佳匹配，为新能源汽车驱动电机用高强无取向硅钢的发展提供借鉴。
, 最新更新时间 , doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.08.14.003
摘要:
差动机器人是一种常见的移动机器人，在仓储、农业等行业的应用十分广泛。针对纵向速度接近最大值时差动机器人跟踪参考路径的能力与保持纵向速度的能力之间存在冲突的问题，从差动机器人纵向速度与转弯曲率之间的映射关系出发，提出了基于预瞄信息的速度调节控制器，并提出了配套的基于非线性模型预测控制的路径跟踪控制器，形成了基于速度调节与路径跟踪的差动机器人运动控制系统。仿真与实验结果表明，提出的运动控制系统可以在差动机器人的纵向速度设定值较高时主动调节纵向速度，保障较高的路径跟踪控制精确性，其中位移误差的绝对值不超过0.0499 m，航向误差的绝对值不超过0.0726 rad，相比无速度调节的运动控制系统，该系统可将位移误差和航向误差的最大绝对值分别减少达97.57%和45.04%。
差动机器人是一种常见的移动机器人，在仓储、农业等行业的应用十分广泛。针对纵向速度接近最大值时差动机器人跟踪参考路径的能力与保持纵向速度的能力之间存在冲突的问题，从差动机器人纵向速度与转弯曲率之间的映射关系出发，提出了基于预瞄信息的速度调节控制器，并提出了配套的基于非线性模型预测控制的路径跟踪控制器，形成了基于速度调节与路径跟踪的差动机器人运动控制系统。仿真与实验结果表明，提出的运动控制系统可以在差动机器人的纵向速度设定值较高时主动调节纵向速度，保障较高的路径跟踪控制精确性，其中位移误差的绝对值不超过0.0499 m，航向误差的绝对值不超过0.0726 rad，相比无速度调节的运动控制系统，该系统可将位移误差和航向误差的最大绝对值分别减少达97.57%和45.04%。
, 最新更新时间 , doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.04.26.001
摘要:
为了研究墙板与钢框架结构之间的协同抗震性能，对采用不同墙框连接节点的轻质混凝土拼装墙板填充钢框架进行了低周往复荷载试验。通过对比试件的承载力、滞回性能、刚度、耗能以及延性性能，探讨了轻质混凝土拼装墙板及其整体性对结构抗震性能的影响。结果表明：填充墙板钢框架结构的最终破坏形态以墙板挤压开裂，框架梁柱端部翼缘屈曲为主；轻质混凝土拼装墙板与钢框架协同工作，有利于提高结构整体的承载力和变形能力，减轻钢框架在平面内的屈曲破坏；与刚性节点相比，采用柔性节点连接墙板与钢框架对结构的承载力、层间刚度和耗能能力更为有利；增强拼装墙板的整体性，有助于提高结构整体刚度、变形和耗能能力。研究结果可为轻质混凝土拼装墙板填充钢框架结构的抗震设计提供参考。
为了研究墙板与钢框架结构之间的协同抗震性能，对采用不同墙框连接节点的轻质混凝土拼装墙板填充钢框架进行了低周往复荷载试验。通过对比试件的承载力、滞回性能、刚度、耗能以及延性性能，探讨了轻质混凝土拼装墙板及其整体性对结构抗震性能的影响。结果表明：填充墙板钢框架结构的最终破坏形态以墙板挤压开裂，框架梁柱端部翼缘屈曲为主；轻质混凝土拼装墙板与钢框架协同工作，有利于提高结构整体的承载力和变形能力，减轻钢框架在平面内的屈曲破坏；与刚性节点相比，采用柔性节点连接墙板与钢框架对结构的承载力、层间刚度和耗能能力更为有利；增强拼装墙板的整体性，有助于提高结构整体刚度、变形和耗能能力。研究结果可为轻质混凝土拼装墙板填充钢框架结构的抗震设计提供参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.06.28.001
摘要:
硅酸盐类脉石夹带是制约贫杂难选矿高效浮选分离的难题之一。借助分批浮选试验、流变学测试、冷冻扫描电镜测试、颗粒沉降试验，探究了黄铜矿浮选体系晶态/无定形二氧化硅的流变特性与夹带行为。结果显示，随着脉石中无定形二氧化硅含量的增加，矿浆表观黏度呈指数型增大，黄铜矿回收率持续降低，脉石回收率先升高后降低。脉石回收率发生变化是脉石夹带率、水回收率共同作用的结果：在黏度低增长区，脉石夹带率上移对脉石回收率升高起主导作用，而在黏度中、高增长区，水回收率减少是脉石回收率由升转降的主要原因。总脉石夹带率和各粒级脉石夹带率均随无定形二氧化硅含量增加而升高，且各粒级脉石夹带率呈现出明显差异性，细粒脉石夹带率增幅最大。冷冻扫描电镜与沉降试验表明，无定形二氧化硅与石英颗粒形成了聚集体结构，导致矿浆体系黏度增大，因而脉石颗粒沉降减缓、泡沫排液“洗涤”脉石作用弱化，单位泡沫水中的脉石质量增大，脉石夹带率升高。
硅酸盐类脉石夹带是制约贫杂难选矿高效浮选分离的难题之一。借助分批浮选试验、流变学测试、冷冻扫描电镜测试、颗粒沉降试验，探究了黄铜矿浮选体系晶态/无定形二氧化硅的流变特性与夹带行为。结果显示，随着脉石中无定形二氧化硅含量的增加，矿浆表观黏度呈指数型增大，黄铜矿回收率持续降低，脉石回收率先升高后降低。脉石回收率发生变化是脉石夹带率、水回收率共同作用的结果：在黏度低增长区，脉石夹带率上移对脉石回收率升高起主导作用，而在黏度中、高增长区，水回收率减少是脉石回收率由升转降的主要原因。总脉石夹带率和各粒级脉石夹带率均随无定形二氧化硅含量增加而升高，且各粒级脉石夹带率呈现出明显差异性，细粒脉石夹带率增幅最大。冷冻扫描电镜与沉降试验表明，无定形二氧化硅与石英颗粒形成了聚集体结构，导致矿浆体系黏度增大，因而脉石颗粒沉降减缓、泡沫排液“洗涤”脉石作用弱化，单位泡沫水中的脉石质量增大，脉石夹带率升高。
, 最新更新时间 , doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.04.30.003
摘要:
为解决硫氨酯捕收剂制备过程中副产品处理困难、存在污染等问题，设计了四种新工艺制备乙硫氨酯（IPETC），分别联产对叔丁基苄基硫醇（BBSH）、苄基三硫代碳酸盐（BTTC）、苄硫基乙基黄药（SBEX）、二苄基二硫醚。在优化的合成工艺条件下，合成IPETC联产BBSH，得到含IPETC和BBSH的复合捕收剂，其中IPETC的质量分数为51%，BBSH的质量分数为41%，IPETC和BBSH的收率达到95%；合成IPETC联产BTTC，IPETC和BTTC的收率分别达到94%和95%，纯度分别为91%和82%；合成IPETC联产SBEX，IPETC的收率和纯度分别达到89%和95%，SBEX的收率和纯度分别为93%和91%；合成IPETC联产二苄基二硫醚，IPETC的收率和纯度分别达到93%和92%，二苄基二硫醚的收率和纯度分别达到95%和94%。考察了制备的复合捕收剂（IPETC与BBSH）对铜钼矿的浮选性能，结果表明，复合捕收剂对铜钼矿表现出良好的捕收性能。联产的新型捕收剂SBEX、BTTC对黄铜矿的捕收力略强于异丁基黄药，对黄铁矿具有较好的选择性，可替代异丁基黄药浮选硫化铜矿。红外光谱和X射线光电子能谱分析结果表明，SBEX、BTTC与黄铜矿作用时，捕收剂分子中的C=S和C—S与矿物表面的金属Cu作用，生成捕收剂与铜的表面络合物吸附在黄铜矿的表面。
为解决硫氨酯捕收剂制备过程中副产品处理困难、存在污染等问题，设计了四种新工艺制备乙硫氨酯（IPETC），分别联产对叔丁基苄基硫醇（BBSH）、苄基三硫代碳酸盐（BTTC）、苄硫基乙基黄药（SBEX）、二苄基二硫醚。在优化的合成工艺条件下，合成IPETC联产BBSH，得到含IPETC和BBSH的复合捕收剂，其中IPETC的质量分数为51%，BBSH的质量分数为41%，IPETC和BBSH的收率达到95%；合成IPETC联产BTTC，IPETC和BTTC的收率分别达到94%和95%，纯度分别为91%和82%；合成IPETC联产SBEX，IPETC的收率和纯度分别达到89%和95%，SBEX的收率和纯度分别为93%和91%；合成IPETC联产二苄基二硫醚，IPETC的收率和纯度分别达到93%和92%，二苄基二硫醚的收率和纯度分别达到95%和94%。考察了制备的复合捕收剂（IPETC与BBSH）对铜钼矿的浮选性能，结果表明，复合捕收剂对铜钼矿表现出良好的捕收性能。联产的新型捕收剂SBEX、BTTC对黄铜矿的捕收力略强于异丁基黄药，对黄铁矿具有较好的选择性，可替代异丁基黄药浮选硫化铜矿。红外光谱和X射线光电子能谱分析结果表明，SBEX、BTTC与黄铜矿作用时，捕收剂分子中的C=S和C—S与矿物表面的金属Cu作用，生成捕收剂与铜的表面络合物吸附在黄铜矿的表面。
, 最新更新时间 , doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.06.06.001
摘要:
针对超远距离输送过程中，特殊管路布置等充填技术中堵管、爆管风险大，管道磨损严重等问题，采用改性镁渣（MMS）和粉煤灰（FA）在不同配比下制备超高流动性新型膏体充填材料（UH-MFPB），探究其早期强度、流动性以及流变特性，并建立流动性和流变参数的相关关系。研究结果表明：（1）UH-MFPB样品的单轴抗压强度随FA含量增加呈先增大后减小的趋势。当FA质量分数为20%时，样品的抗压强度最大，养护28 d可达到6.759 MPa，后期强度持续增加；（2）新鲜UH-MFPB料浆的坍落度为25.6～29.2 cm，扩展度为61～93.1 cm，具有很好的流动性；（3）新鲜UH-MFPB料浆的流变特性符合Herschel−Bulkley模型，流变参数（屈服应力、塑性黏度和触变性）随FA含量的增大而减小，且FA质量分数达到20%时，料浆出现剪切增稠的现象；（4）新鲜UH-MFPB料浆的流动性和流变参数满足二次多项式关系，呈现出负相关性。
针对超远距离输送过程中，特殊管路布置等充填技术中堵管、爆管风险大，管道磨损严重等问题，采用改性镁渣（MMS）和粉煤灰（FA）在不同配比下制备超高流动性新型膏体充填材料（UH-MFPB），探究其早期强度、流动性以及流变特性，并建立流动性和流变参数的相关关系。研究结果表明：（1）UH-MFPB样品的单轴抗压强度随FA含量增加呈先增大后减小的趋势。当FA质量分数为20%时，样品的抗压强度最大，养护28 d可达到6.759 MPa，后期强度持续增加；（2）新鲜UH-MFPB料浆的坍落度为25.6～29.2 cm，扩展度为61～93.1 cm，具有很好的流动性；（3）新鲜UH-MFPB料浆的流变特性符合Herschel−Bulkley模型，流变参数（屈服应力、塑性黏度和触变性）随FA含量的增大而减小，且FA质量分数达到20%时，料浆出现剪切增稠的现象；（4）新鲜UH-MFPB料浆的流动性和流变参数满足二次多项式关系，呈现出负相关性。
, 最新更新时间 , doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.26.004
摘要:
随着万物互联时代的快速到来，海量的数据资源在边缘侧产生，使得基于云计算的传统分布式训练面临网络负载大、能耗高、隐私安全等问题。在此背景下，边缘智能应运而生。边缘智能协同训练作为关键环节，在边缘侧辅助或实现机器学习模型的分布式训练，成为边缘智能研究的一大热点。然而，边缘智能需要协调大量的边缘节点进行机器模型的训练，在边缘场景中存在诸多挑战。因此，通过充分调研现有边缘智能协同训练研究基础，从整体架构和核心模块两方面总结现有的关键技术，围绕边缘智能协同训练在设备异构、设备资源受限和网络环境不稳定等边缘场景下进行训练的挑战及解决方案；从边缘智能协同训练的整体架构和核心模块两大方面进行介绍与总结，关注边缘设备之间的交互框架和大量边缘设备协同训练神经网络模型参数更新问题。最后分析和总结了边缘协同训练存在的诸多挑战和未来展望。
随着万物互联时代的快速到来，海量的数据资源在边缘侧产生，使得基于云计算的传统分布式训练面临网络负载大、能耗高、隐私安全等问题。在此背景下，边缘智能应运而生。边缘智能协同训练作为关键环节，在边缘侧辅助或实现机器学习模型的分布式训练，成为边缘智能研究的一大热点。然而，边缘智能需要协调大量的边缘节点进行机器模型的训练，在边缘场景中存在诸多挑战。因此，通过充分调研现有边缘智能协同训练研究基础，从整体架构和核心模块两方面总结现有的关键技术，围绕边缘智能协同训练在设备异构、设备资源受限和网络环境不稳定等边缘场景下进行训练的挑战及解决方案；从边缘智能协同训练的整体架构和核心模块两大方面进行介绍与总结，关注边缘设备之间的交互框架和大量边缘设备协同训练神经网络模型参数更新问题。最后分析和总结了边缘协同训练存在的诸多挑战和未来展望。
, 最新更新时间 , doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.11.26.001
摘要:
氮氧化物（NOx）已成为我国首要大气污染物，钢铁工业是工业源NOx排放的主要来源。烧结、球团、炼焦等工序是钢铁工业NOx超低排放改造的重点，但其烟气特性与火电厂烟气存在差异，烟气脱硝技术不能完全照搬现有燃煤锅炉脱硝工艺。目前，选择性催化还原（SCR）、活性炭（焦）（AC）吸附催化、臭氧（O3）氧化协同吸收等技术已在烧结、球团、炼焦等工序成功应用，并均取得了良好效果。本文针对钢铁工业超低排放的迫切需求，梳理了钢铁工业烧结、球团、炼焦等主要工序的现有烟气脱硝技术及其应用，重点总结并对比分析了SCR技术、AC吸附催化和O3氧化协同吸收技术的应用进展及优劣势。其中，SCR技术正逐步成为钢铁工业脱硝市场的主流技术，占比超过70%，因此脱硝催化剂及其再生具有长期巨大的市场需求。AC吸附催化和O3氧化协同吸收等新型技术因其适用温度低，无需烟气升温等，在钢铁工业越来越受到青睐，将逐步得到更多钢铁企业的支持。
氮氧化物（NOx）已成为我国首要大气污染物，钢铁工业是工业源NOx排放的主要来源。烧结、球团、炼焦等工序是钢铁工业NOx超低排放改造的重点，但其烟气特性与火电厂烟气存在差异，烟气脱硝技术不能完全照搬现有燃煤锅炉脱硝工艺。目前，选择性催化还原（SCR）、活性炭（焦）（AC）吸附催化、臭氧（O3）氧化协同吸收等技术已在烧结、球团、炼焦等工序成功应用，并均取得了良好效果。本文针对钢铁工业超低排放的迫切需求，梳理了钢铁工业烧结、球团、炼焦等主要工序的现有烟气脱硝技术及其应用，重点总结并对比分析了SCR技术、AC吸附催化和O3氧化协同吸收技术的应用进展及优劣势。其中，SCR技术正逐步成为钢铁工业脱硝市场的主流技术，占比超过70%，因此脱硝催化剂及其再生具有长期巨大的市场需求。AC吸附催化和O3氧化协同吸收等新型技术因其适用温度低，无需烟气升温等，在钢铁工业越来越受到青睐，将逐步得到更多钢铁企业的支持。
, 最新更新时间 , doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.06.12.003
摘要:
轨道式巡检机器人的高精度定位技术是带式输送机智能化巡检的重要研究方向之一，而矿用带式输送机距离超长，工作环境复杂，严重影响巡检机器人的定位精度。针对目前的轨道式巡检机器人定位技术在矿用带式输送机巡检领域存在的问题，提出了基于编码器和NFC双传感器修正融合的高精度定位方法。分析带式输送机轨道式巡检机器人轨道与环境特性对编码器系数的影响，提出轨道分段原则。利用机器人搭载的编码器数据反馈特点，构建编码器递推定位方法。通过机器人运行的历史数据，对编码器系数进行分段分方向修正，并提出基于递推最小二乘的编码器系数修正方法，以提高编码器对轨道环境的适应性。在此基础上，根据机器人所在轨道分段的位置不同，在段端基于卡尔曼滤波算法实现编码器和NFC数据融合，在段内利用分段分方向修正系数与编码器信息进行递推定位，实现轨道式巡检机器人连续高精度的定位。针对所提方法搭建了实验平台并进行了实物测试，实验结果表明，相较于编码器定位、RFID定位和两者融合定位三种传统定位方式，基于编码器和NFC的修正融合定位算法能够有效提高轨道式巡检机器人定位对轨道环境的适应性，同时提高轨道式巡检机器人的定位精度。
轨道式巡检机器人的高精度定位技术是带式输送机智能化巡检的重要研究方向之一，而矿用带式输送机距离超长，工作环境复杂，严重影响巡检机器人的定位精度。针对目前的轨道式巡检机器人定位技术在矿用带式输送机巡检领域存在的问题，提出了基于编码器和NFC双传感器修正融合的高精度定位方法。分析带式输送机轨道式巡检机器人轨道与环境特性对编码器系数的影响，提出轨道分段原则。利用机器人搭载的编码器数据反馈特点，构建编码器递推定位方法。通过机器人运行的历史数据，对编码器系数进行分段分方向修正，并提出基于递推最小二乘的编码器系数修正方法，以提高编码器对轨道环境的适应性。在此基础上，根据机器人所在轨道分段的位置不同，在段端基于卡尔曼滤波算法实现编码器和NFC数据融合，在段内利用分段分方向修正系数与编码器信息进行递推定位，实现轨道式巡检机器人连续高精度的定位。针对所提方法搭建了实验平台并进行了实物测试，实验结果表明，相较于编码器定位、RFID定位和两者融合定位三种传统定位方式，基于编码器和NFC的修正融合定位算法能够有效提高轨道式巡检机器人定位对轨道环境的适应性，同时提高轨道式巡检机器人的定位精度。
, 最新更新时间 , doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.08.22.003
摘要:
P2型Na0.67[Ni, Mn]O2材料由于较高的比容量、工作电压以及较好的空气稳定性成为最具前景的钠离子电池正极材料之一。然而，高压相变、Na+/空位有序排布以及由Mn3+引起的Jahn–Teller扭曲导致该类材料充放电过程中面临结构失稳以及性能衰减的挑战。本综述从P2型Na0.67[Ni, Mn]O2材料的失效机制出发，系统阐述了该类材料的最新进展。最后，对其未来的发展方向进行了展望。本文将为P2-type Na0.67[Ni, Mn]O2材料的研发与商业化提供借鉴。
P2型Na0.67[Ni, Mn]O2材料由于较高的比容量、工作电压以及较好的空气稳定性成为最具前景的钠离子电池正极材料之一。然而，高压相变、Na+/空位有序排布以及由Mn3+引起的Jahn–Teller扭曲导致该类材料充放电过程中面临结构失稳以及性能衰减的挑战。本综述从P2型Na0.67[Ni, Mn]O2材料的失效机制出发，系统阐述了该类材料的最新进展。最后，对其未来的发展方向进行了展望。本文将为P2-type Na0.67[Ni, Mn]O2材料的研发与商业化提供借鉴。
, 最新更新时间 , doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.06.24.001
摘要:
充填体强度对安全高效采矿至关重要，而胶凝材料是获得高强度充填体的关键。本文以工业固废为原料，首先借助D-optimal设计方法通过建立强度回归模型和因素影响分析得到矿渣激发剂最佳配比，然后通过矿渣掺量优化试验获得最佳矿渣掺量，进而获得胶凝材料完整配比；并以水泥为参照，借助X射线衍射仪和扫描电镜从水化产物和充填体微观结构揭示充填体强度形成机制。结果表明：（1）激发剂各组分对矿渣敏感顺序为：氢氧化钠﹥熟石灰﹥脱硫石膏﹥硫酸钠，且相互之间存在不同程度的交互作用；（2）在最佳质量配比（矿渣85.00%，熟石灰8.03%，硫酸钠3.96%，脱硫石膏1.85%，氢氧化钠1.16%）下，可获得超过单一水泥3.5倍的早期(1~3 d)强度和2倍的后期(7~28 d)强度；（3）高强度充填体的形成主要与水化产物钙矾石（AFt）和C–S–H有关，钙矾石在早期快速成核与生长，形成有效物理填充作用是形成较高早期强度的主要原因，后期强度则得益于不断累积的C–S–H的包裹黏结作用，使充填体结构进一步致密化。使用该固废基胶凝材料有助于矿山安全采矿；工业固废质量占比86.85%，协同解决了尾砂、矿渣、脱硫石膏等固废；D-optimal设计方法可用于激发剂等多物料混合物的配比设计和因素作用分析。
充填体强度对安全高效采矿至关重要，而胶凝材料是获得高强度充填体的关键。本文以工业固废为原料，首先借助D-optimal设计方法通过建立强度回归模型和因素影响分析得到矿渣激发剂最佳配比，然后通过矿渣掺量优化试验获得最佳矿渣掺量，进而获得胶凝材料完整配比；并以水泥为参照，借助X射线衍射仪和扫描电镜从水化产物和充填体微观结构揭示充填体强度形成机制。结果表明：（1）激发剂各组分对矿渣敏感顺序为：氢氧化钠﹥熟石灰﹥脱硫石膏﹥硫酸钠，且相互之间存在不同程度的交互作用；（2）在最佳质量配比（矿渣85.00%，熟石灰8.03%，硫酸钠3.96%，脱硫石膏1.85%，氢氧化钠1.16%）下，可获得超过单一水泥3.5倍的早期(1~3 d)强度和2倍的后期(7~28 d)强度；（3）高强度充填体的形成主要与水化产物钙矾石（AFt）和C–S–H有关，钙矾石在早期快速成核与生长，形成有效物理填充作用是形成较高早期强度的主要原因，后期强度则得益于不断累积的C–S–H的包裹黏结作用，使充填体结构进一步致密化。使用该固废基胶凝材料有助于矿山安全采矿；工业固废质量占比86.85%，协同解决了尾砂、矿渣、脱硫石膏等固废；D-optimal设计方法可用于激发剂等多物料混合物的配比设计和因素作用分析。
, 最新更新时间 , doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.05.29.002
摘要:
基于数据驱动的材料信息学被认为是材料研发第四范式，可以极大降低新材料的研发成本，缩短研发周期。然而，数据驱动的方法在材料数据共享利用时，会增加材料研发中关键工艺等敏感信息的隐私泄露风险。因此，面向隐私保护的机器学习是材料信息学中的关键问题。基于此，本文针对在材料信息学领域广泛使用的随机森林模型，提出了一种差分隐私保护的随机森林算法。算法将整体隐私预算分配到每棵树上，在建决策树过程中引入差分隐私的拉普拉斯机制和指数机制，即在决策树的分裂过程中采用指数机制随机选择分裂特征，同时采用拉普拉斯机制对节点数量添加噪声，实现对随机森林算法的差分隐私保护。本文结合钢材料疲劳性能预测实验，验证算法在数据分别采用集中式存储和分布式存储下的有效性。实验结果表明，在添加差分隐私保护后，各目标性能的预测决定系数R2值均达到0.8以上，与普通随机森林的结果相差很小。另外，在数据分布式存储情况下，随着隐私预算的增加，各目标性能的预测R2值随之增加。同时，随着最大树深度的增加，算法整体的预测精度先增加后降低，当最大树深度取5时，预测精度最好。综合看来，本文算法在实现随机森林的差分隐私保护前提下，仍能保持较高的预测精度，且数据在分散存储的分布式网络的环境中，可根据隐私预算等算法参数设置，实现隐私保护强度和预测精度的平衡，有广泛的应用前景。
基于数据驱动的材料信息学被认为是材料研发第四范式，可以极大降低新材料的研发成本，缩短研发周期。然而，数据驱动的方法在材料数据共享利用时，会增加材料研发中关键工艺等敏感信息的隐私泄露风险。因此，面向隐私保护的机器学习是材料信息学中的关键问题。基于此，本文针对在材料信息学领域广泛使用的随机森林模型，提出了一种差分隐私保护的随机森林算法。算法将整体隐私预算分配到每棵树上，在建决策树过程中引入差分隐私的拉普拉斯机制和指数机制，即在决策树的分裂过程中采用指数机制随机选择分裂特征，同时采用拉普拉斯机制对节点数量添加噪声，实现对随机森林算法的差分隐私保护。本文结合钢材料疲劳性能预测实验，验证算法在数据分别采用集中式存储和分布式存储下的有效性。实验结果表明，在添加差分隐私保护后，各目标性能的预测决定系数R2值均达到0.8以上，与普通随机森林的结果相差很小。另外，在数据分布式存储情况下，随着隐私预算的增加，各目标性能的预测R2值随之增加。同时，随着最大树深度的增加，算法整体的预测精度先增加后降低，当最大树深度取5时，预测精度最好。综合看来，本文算法在实现随机森林的差分隐私保护前提下，仍能保持较高的预测精度，且数据在分散存储的分布式网络的环境中，可根据隐私预算等算法参数设置，实现隐私保护强度和预测精度的平衡，有广泛的应用前景。
, 最新更新时间 , doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.01.24.003
摘要:
近年来，钾离子电池（KIBs）因钾元素丰度高、氧化还原电位低等优势受到越来越多的关注。负极是电池的重要组成部分之一，直接影响着电池的安全性、稳定性和能量密度。其中，合金负极基于多电子反应机制能够提供较高的理论比容量，有望提升全电池的能量密度。此外，其储钾电位远离了金属钾的沉积/析出电位，保证了电池的安全性。然而，（去）合金化过程中剧烈的体积波动会引起电极材料的破裂和粉化，进而导致容量快速衰减。优化电解液构筑稳定的电极–电解液界面是一种切实有效稳定合金负极结构的方法，主要包括：调控固体电解质膜的组分、调节钾离子的溶剂化结构、利用溶剂对电极的化学吸附作用等。它具备工艺简单、成本低廉等优点。本文综述了近年来钾离子电池合金负极与电解液界面作用的相关研究进展，总结了电解液的优化策略，分析了合金负极的储钾机制和电化学性能，重点阐述了合金负极与电解液的界面作用机制，并对未来钾离子电池电解液的发展提供了新的见解与思路。
近年来，钾离子电池（KIBs）因钾元素丰度高、氧化还原电位低等优势受到越来越多的关注。负极是电池的重要组成部分之一，直接影响着电池的安全性、稳定性和能量密度。其中，合金负极基于多电子反应机制能够提供较高的理论比容量，有望提升全电池的能量密度。此外，其储钾电位远离了金属钾的沉积/析出电位，保证了电池的安全性。然而，（去）合金化过程中剧烈的体积波动会引起电极材料的破裂和粉化，进而导致容量快速衰减。优化电解液构筑稳定的电极–电解液界面是一种切实有效稳定合金负极结构的方法，主要包括：调控固体电解质膜的组分、调节钾离子的溶剂化结构、利用溶剂对电极的化学吸附作用等。它具备工艺简单、成本低廉等优点。本文综述了近年来钾离子电池合金负极与电解液界面作用的相关研究进展，总结了电解液的优化策略，分析了合金负极的储钾机制和电化学性能，重点阐述了合金负极与电解液的界面作用机制，并对未来钾离子电池电解液的发展提供了新的见解与思路。
, 最新更新时间 , doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.12.23.002
摘要:
钠金属因其成本低、自然丰度高、氧化还原电位低和理论比容量高等优点，被认为是高能电池的理想负极材料。然而，钠金属在充放电过程中易发生体积膨胀和产生钠枝晶，导致电池性能不断恶化，并引发安全隐患，严重阻碍了钠金属电池在实际中的应用。为了解决上述问题，国内外已进行了大量探索。其中，构建三维导电载体可以有效降低局部电流密度和成核能，抑制枝晶生长和减缓体积膨胀，在未来应用方面具有巨大的潜力。本文综述了近年来利用三维导电载体来提高钠金属负极电化学循环稳定性的研究进展并对三维导电载体进行了总结和分类。最后，从基础研究和实际应用两个方面讨论了三维导电载体材料在钠金属负极中的发展前景和未来研究方向。
钠金属因其成本低、自然丰度高、氧化还原电位低和理论比容量高等优点，被认为是高能电池的理想负极材料。然而，钠金属在充放电过程中易发生体积膨胀和产生钠枝晶，导致电池性能不断恶化，并引发安全隐患，严重阻碍了钠金属电池在实际中的应用。为了解决上述问题，国内外已进行了大量探索。其中，构建三维导电载体可以有效降低局部电流密度和成核能，抑制枝晶生长和减缓体积膨胀，在未来应用方面具有巨大的潜力。本文综述了近年来利用三维导电载体来提高钠金属负极电化学循环稳定性的研究进展并对三维导电载体进行了总结和分类。最后，从基础研究和实际应用两个方面讨论了三维导电载体材料在钠金属负极中的发展前景和未来研究方向。
, 最新更新时间 , doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.07.24.002
摘要:
对分级细尾砂胶结充填体的早期水化反应及力学演化特性进行研究，对不同灰砂比充填体料浆进行水化放热及电阻特性测试，并根据扫描电子显微镜对早期水化产物进行微观形貌特征分析，最后在单轴压缩力学试验结果的基础上，分析早期水化反应进程及产物对充填体强度演化的影响。研究表明，灰砂比越大，水化放热速率及放热量越大，生成水化产物越多，体积电阻率越大。同时水化反应速率直接决定了充填体自身强度形成的快慢，生成的Ca(OH)2减小了料浆体积电阻率，加快充填体自身强度的增长；随后生成的钙矾石（Aft）导致颗粒间孔隙更加致密，抑制了离子的溶解，减缓放出热量速率，从而阻碍了充填体强度的增长；当水化反应进行14 d基本结束后，充填材料凝结固化成为一个整体，强度基本稳定。充填体强度的变化呈现先迅速增加随后增加趋势逐渐减小直至稳定的趋势，为矿山采用分级细尾砂进行井下采空区充填、控制深部采场温度提供理论支撑及科学指导。
对分级细尾砂胶结充填体的早期水化反应及力学演化特性进行研究，对不同灰砂比充填体料浆进行水化放热及电阻特性测试，并根据扫描电子显微镜对早期水化产物进行微观形貌特征分析，最后在单轴压缩力学试验结果的基础上，分析早期水化反应进程及产物对充填体强度演化的影响。研究表明，灰砂比越大，水化放热速率及放热量越大，生成水化产物越多，体积电阻率越大。同时水化反应速率直接决定了充填体自身强度形成的快慢，生成的Ca(OH)2减小了料浆体积电阻率，加快充填体自身强度的增长；随后生成的钙矾石（Aft）导致颗粒间孔隙更加致密，抑制了离子的溶解，减缓放出热量速率，从而阻碍了充填体强度的增长；当水化反应进行14 d基本结束后，充填材料凝结固化成为一个整体，强度基本稳定。充填体强度的变化呈现先迅速增加随后增加趋势逐渐减小直至稳定的趋势，为矿山采用分级细尾砂进行井下采空区充填、控制深部采场温度提供理论支撑及科学指导。
, 最新更新时间 , doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.03.22.003
摘要:
采用水热合成法和冷冻干燥技术制备了2,6-二氨基蒽醌（2,6-AAQ）/rGO复合材料，通过氨基（—NH2）与羧基（—COOH）形成肽键（—CO—NH—）共价键，使其在电解液中的溶解问题从本质上得到了解决。SEM和EDS Mapping表明，2,6-AAQ/rGO-3复合材料中的2,6-AAQ呈现出高度的棒状结构，并且被石墨烯包裹得更紧密。这种独特的结构提高了2,6-AAQ在锂化过程中的电子导电性，可有效减少2,6-AAQ的聚集，利于电解质的浸润。XPS、XRD、FTIR和Raman结果表明，2,6-AAQ和rGO之间发生了水热辅助化学键合，形成了rGO包裹2,6-AAQ的结构。此外，非原位FTIR表征结果验证了2,6-AAQ/rGO-3具有良好的储锂性能，羰基（C=O）为反应位点。同时，紫外-可见光谱测试清楚表明，与2,6-AAQ相比，通过肽键连接的2,6-AAQ/rGO-3的溶解度显着降低，表明电化学性能大大提高。其中2,6-AAQ/rGO-3作为锂离子电池正极时，在100 mA·g−1电流下，首圈放电容量高达212.2 mA·h·g−1, 在500 mA·g−1电流下循环100周后放电容量仍为184 mA·h·g−1，展现出了优异的循环稳定性和高倍率性能。2,6-AAQ/rGO出色的电化学性能得益于石墨烯的碳骨架对2,6-AAQ的锚定，该结构不仅可以防止2,6-AAQ溶解，还可以为其提供导电网络，进一步提高电子传导速率。
采用水热合成法和冷冻干燥技术制备了2,6-二氨基蒽醌（2,6-AAQ）/rGO复合材料，通过氨基（—NH2）与羧基（—COOH）形成肽键（—CO—NH—）共价键，使其在电解液中的溶解问题从本质上得到了解决。SEM和EDS Mapping表明，2,6-AAQ/rGO-3复合材料中的2,6-AAQ呈现出高度的棒状结构，并且被石墨烯包裹得更紧密。这种独特的结构提高了2,6-AAQ在锂化过程中的电子导电性，可有效减少2,6-AAQ的聚集，利于电解质的浸润。XPS、XRD、FTIR和Raman结果表明，2,6-AAQ和rGO之间发生了水热辅助化学键合，形成了rGO包裹2,6-AAQ的结构。此外，非原位FTIR表征结果验证了2,6-AAQ/rGO-3具有良好的储锂性能，羰基（C=O）为反应位点。同时，紫外-可见光谱测试清楚表明，与2,6-AAQ相比，通过肽键连接的2,6-AAQ/rGO-3的溶解度显着降低，表明电化学性能大大提高。其中2,6-AAQ/rGO-3作为锂离子电池正极时，在100 mA·g−1电流下，首圈放电容量高达212.2 mA·h·g−1, 在500 mA·g−1电流下循环100周后放电容量仍为184 mA·h·g−1，展现出了优异的循环稳定性和高倍率性能。2,6-AAQ/rGO出色的电化学性能得益于石墨烯的碳骨架对2,6-AAQ的锚定，该结构不仅可以防止2,6-AAQ溶解，还可以为其提供导电网络，进一步提高电子传导速率。
, 最新更新时间 , doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.06.21.005
摘要:
在“碳达峰”和“碳中和”的时代背景下，电解水、金属空气电池、燃料电池等清洁能源技术由于具有能量效率高、安全性好、结构简单和清洁环保等优点受到广泛关注。然而，发生在氧催化电极上的关键反应——氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）具有缓慢的动力学，很大程度上阻碍了其商业化应用。传统氧催化电极存在合成过程繁琐、可控性低、均一性差、成本高和载体催化剂易团聚等问题，限制了其催化性能。自支撑氧催化电极的高催化活性位点、高稳定性等优势可以完美解决传统电极面临的问题。本文介绍了自支撑氧催化电极基底材料的研究进展以及合成方法，并讨论了影响自支撑氧催化电极ORR/OER催化性能的因素，最后对自支撑氧催化电极未来的研发方向和发展趋势提出展望。
在“碳达峰”和“碳中和”的时代背景下，电解水、金属空气电池、燃料电池等清洁能源技术由于具有能量效率高、安全性好、结构简单和清洁环保等优点受到广泛关注。然而，发生在氧催化电极上的关键反应——氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）具有缓慢的动力学，很大程度上阻碍了其商业化应用。传统氧催化电极存在合成过程繁琐、可控性低、均一性差、成本高和载体催化剂易团聚等问题，限制了其催化性能。自支撑氧催化电极的高催化活性位点、高稳定性等优势可以完美解决传统电极面临的问题。本文介绍了自支撑氧催化电极基底材料的研究进展以及合成方法，并讨论了影响自支撑氧催化电极ORR/OER催化性能的因素，最后对自支撑氧催化电极未来的研发方向和发展趋势提出展望。
, 最新更新时间 , doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.06.09.001
摘要:
高温焚烧法处理高浓度有机废液技术在处理的彻底性、排出物的减量化和对各种复杂有机物的适应性等方面具有明显优势，是处理化工高盐废液的有效途径。高盐废液组成复杂，工况下高温炉渣侵蚀焚烧炉耐火材料严重，耐火炉衬损毁给焚烧炉安全运行造成巨大的安全隐患与经济损失。本文介绍了高盐有机废液焚烧炉用耐火材料的类型及耐火材料侵蚀机理。根据有机废液焚烧过程的特点，对焚烧炉用耐火材料的抗蚀提出了一些建议措施，为提高耐火材料使用寿命提供了理论与技术基础。
高温焚烧法处理高浓度有机废液技术在处理的彻底性、排出物的减量化和对各种复杂有机物的适应性等方面具有明显优势，是处理化工高盐废液的有效途径。高盐废液组成复杂，工况下高温炉渣侵蚀焚烧炉耐火材料严重，耐火炉衬损毁给焚烧炉安全运行造成巨大的安全隐患与经济损失。本文介绍了高盐有机废液焚烧炉用耐火材料的类型及耐火材料侵蚀机理。根据有机废液焚烧过程的特点，对焚烧炉用耐火材料的抗蚀提出了一些建议措施，为提高耐火材料使用寿命提供了理论与技术基础。
, 最新更新时间 , doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.05.29.004
摘要:
针对KR工序终点铁水硫含量预测问题，提出一种基于Kmeans聚类分析和BP神经网络（BPNN）相结合的建模方法。首先，通过Kmeans聚类对KR工序生产数据进行模式识别和分类，构建不同工况特征的数据集；然后，基于BP神经网络，针对不同数据集训练预测模型；最后，将不同数据集的预测模型进行集成，形成最终的终点铁水硫含量预测模型，实现对不同铁水条件和工况条件的预测。利用某钢铁企业实际生产数据，分别用基于脱硫反应动力学、BP神经网络和Kmeans–BPNN方法建立的预测模型，对KR工序终点铁水硫含量进行预测。结果表明，Kmeans–BPNN的KR工序终点硫含量预测模型的精度显著高于脱硫反应动力学和BP神经网络的预测模型。
针对KR工序终点铁水硫含量预测问题，提出一种基于Kmeans聚类分析和BP神经网络（BPNN）相结合的建模方法。首先，通过Kmeans聚类对KR工序生产数据进行模式识别和分类，构建不同工况特征的数据集；然后，基于BP神经网络，针对不同数据集训练预测模型；最后，将不同数据集的预测模型进行集成，形成最终的终点铁水硫含量预测模型，实现对不同铁水条件和工况条件的预测。利用某钢铁企业实际生产数据，分别用基于脱硫反应动力学、BP神经网络和Kmeans–BPNN方法建立的预测模型，对KR工序终点铁水硫含量进行预测。结果表明，Kmeans–BPNN的KR工序终点硫含量预测模型的精度显著高于脱硫反应动力学和BP神经网络的预测模型。
, 最新更新时间 , doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.07.10.001
摘要:
浮选药剂的结构对其性能具有重要影响，向现有药剂中引入适宜的取代基，基于取代基效应实现药剂浮选性能的改变，已成为高性能浮选药剂开发的重要手段。为明确甲基对阳离子捕收剂浮选性能的影响，以十二胺（DDA）、N—十二烷基甲胺（MDA）、N,N—十二烷基二甲基叔胺（DMDA）、十二烷基三甲基氯化铵（DTAC）为样本，通过浮选试验考察了甲基取代基引入对药剂捕收能力和浮选选择性的影响规律，并基于药剂静电势图和极性基范德华体积的计算，明确了甲基对阳离子捕收剂浮选性能的影响机制。浮选试验结果表明，随着阳离子捕收剂中心原子中甲基的引入，石英和赤铁矿单矿物的浮选回收率逐渐降低，但人工混合矿的分离指数升高。给电子基团甲基的引入，改变了阳离子捕收剂的电荷分布密度，促使中心原子上的电荷数增加，削弱了药剂与矿物表面的静电吸附强度，从而导致浮选回收率下降。同时，甲基引入后，阳离子捕收剂中极性基尺寸变大，从而增加了药剂与矿物表面作用的空间位阻，增强了阳离子捕收剂的浮选选择性。
浮选药剂的结构对其性能具有重要影响，向现有药剂中引入适宜的取代基，基于取代基效应实现药剂浮选性能的改变，已成为高性能浮选药剂开发的重要手段。为明确甲基对阳离子捕收剂浮选性能的影响，以十二胺（DDA）、N—十二烷基甲胺（MDA）、N,N—十二烷基二甲基叔胺（DMDA）、十二烷基三甲基氯化铵（DTAC）为样本，通过浮选试验考察了甲基取代基引入对药剂捕收能力和浮选选择性的影响规律，并基于药剂静电势图和极性基范德华体积的计算，明确了甲基对阳离子捕收剂浮选性能的影响机制。浮选试验结果表明，随着阳离子捕收剂中心原子中甲基的引入，石英和赤铁矿单矿物的浮选回收率逐渐降低，但人工混合矿的分离指数升高。给电子基团甲基的引入，改变了阳离子捕收剂的电荷分布密度，促使中心原子上的电荷数增加，削弱了药剂与矿物表面的静电吸附强度，从而导致浮选回收率下降。同时，甲基引入后，阳离子捕收剂中极性基尺寸变大，从而增加了药剂与矿物表面作用的空间位阻，增强了阳离子捕收剂的浮选选择性。
, 最新更新时间 , doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.04.28.001
摘要:
O—正丁基—N—异丁基硫氨酯（NBIB）是一种新型铜硫分离捕收剂。利用紫外−可见分光光度计进行吸附量测定，研究吸附温度、pH值、时间和捕收剂浓度等对NBIB在黄铜矿表面吸附量的影响，并进行吸附热力学和动力学研究。纯矿物浮选实验表明，NBIB对黄铜矿具有较强的捕收能力，且受pH影响很小。在温度分别为288、298、308 K，pH值为6、9、12条件下，NBIB在黄铜矿表面的吸附量随NBIB浓度的增加而增大，当平衡浓度达到0.5×10−4 mol·L−1，吸附量增加幅度变小。相同pH值时，吸附量随温度的升高而增加，推测NBIB捕收剂在黄铜矿表面的吸附为吸热过程。pH值对吸附量影响不大。将吸附量数据进行Langmuir和Freundlich方程线性拟合，NBIB在黄铜矿表面的吸附过程更符合Langmuir单分子层吸附模型。热力学计算结果表明，吸附的吉布斯自由能变（∆G）均为负值，焓变（∆H）和熵变（∆S）均为正值，说明黄铜矿吸附NBIB的过程可能为自发进行的、熵驱动的、吸热的化学吸附。吸附温度从288 K到308 K，吸附量随吸附时间和温度的增加而增大，当吸附时间达到20 min之后，吸附量的增加趋势变缓。动力学计算表明，二级反应速率方程的线性拟合结果更好，利用二级反应速率方程计算所得的平衡吸附量更接近于实验平衡吸附量，推测NBIB在黄铜矿表面的吸附符合二级吸附动力学模型。
O—正丁基—N—异丁基硫氨酯（NBIB）是一种新型铜硫分离捕收剂。利用紫外−可见分光光度计进行吸附量测定，研究吸附温度、pH值、时间和捕收剂浓度等对NBIB在黄铜矿表面吸附量的影响，并进行吸附热力学和动力学研究。纯矿物浮选实验表明，NBIB对黄铜矿具有较强的捕收能力，且受pH影响很小。在温度分别为288、298、308 K，pH值为6、9、12条件下，NBIB在黄铜矿表面的吸附量随NBIB浓度的增加而增大，当平衡浓度达到0.5×10−4 mol·L−1，吸附量增加幅度变小。相同pH值时，吸附量随温度的升高而增加，推测NBIB捕收剂在黄铜矿表面的吸附为吸热过程。pH值对吸附量影响不大。将吸附量数据进行Langmuir和Freundlich方程线性拟合，NBIB在黄铜矿表面的吸附过程更符合Langmuir单分子层吸附模型。热力学计算结果表明，吸附的吉布斯自由能变（∆G）均为负值，焓变（∆H）和熵变（∆S）均为正值，说明黄铜矿吸附NBIB的过程可能为自发进行的、熵驱动的、吸热的化学吸附。吸附温度从288 K到308 K，吸附量随吸附时间和温度的增加而增大，当吸附时间达到20 min之后，吸附量的增加趋势变缓。动力学计算表明，二级反应速率方程的线性拟合结果更好，利用二级反应速率方程计算所得的平衡吸附量更接近于实验平衡吸附量，推测NBIB在黄铜矿表面的吸附符合二级吸附动力学模型。
, 最新更新时间 , doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.05.03.004
摘要:
材料的生产环境和测量条件不同，导致用于机器学习的材料数据的噪声较大。对材料数据进行标注需要一定的专业知识和专业技能，因此标注成本也相对较高。这两方面的因素给机器学习应用于材料领域带来了巨大挑战。为应对这个挑战，提出了一个主动回归学习方法，由离群点检测模块、贪婪采样模块和最小变化采样模块组成。同其他主动学习方法相比，该方法整合了离群点检测机制，选取高质量样本的同时有效地排除了噪声数据的影响，避免了沉没成本。在公开数据集和非公开数据集上与最新的主动回归学习方法进行了对比实验，实验结果表明本文方法在相同的数据量下训练的任务模型性能指标相比于其他模型平均提高15%，且只需30%~40%的数据量作为训练集就可以达到甚至超过使用全部数据训练任务模型的精度。
材料的生产环境和测量条件不同，导致用于机器学习的材料数据的噪声较大。对材料数据进行标注需要一定的专业知识和专业技能，因此标注成本也相对较高。这两方面的因素给机器学习应用于材料领域带来了巨大挑战。为应对这个挑战，提出了一个主动回归学习方法，由离群点检测模块、贪婪采样模块和最小变化采样模块组成。同其他主动学习方法相比，该方法整合了离群点检测机制，选取高质量样本的同时有效地排除了噪声数据的影响，避免了沉没成本。在公开数据集和非公开数据集上与最新的主动回归学习方法进行了对比实验，实验结果表明本文方法在相同的数据量下训练的任务模型性能指标相比于其他模型平均提高15%，且只需30%~40%的数据量作为训练集就可以达到甚至超过使用全部数据训练任务模型的精度。
, 最新更新时间 , doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.08.17.004
摘要:
锂离子电池（LIBS）已经广泛应用到便携式电子产品和电动汽车上。然而，随着锂资源的开采使用，锂离子电池的成本也在逐渐增加。相比之下，地壳中较高的钾含量使得钾离子电池（KIB）成本相对较低。进而，钾离子电池作为一种新型低成本储能器件受到了广泛关注。但钾离子的半径较大，导致充放电过程中，离子嵌入/脱出的动力学性能较差。因此，电池电极材料的选择面临着新的挑战。在对钾离子电池电极材料进行分类和总结的基础之上，重点介绍了石墨及各种形式的碳材料、过渡金属氧化物、合金类等负极材料以及普鲁士蓝、层状金属氧化物、聚阴离子型化合物等正极材料的研究进展，并对钾离子电池的发展进行了展望，以期对高性能钾离子电池的发展提供新思路。
锂离子电池（LIBS）已经广泛应用到便携式电子产品和电动汽车上。然而，随着锂资源的开采使用，锂离子电池的成本也在逐渐增加。相比之下，地壳中较高的钾含量使得钾离子电池（KIB）成本相对较低。进而，钾离子电池作为一种新型低成本储能器件受到了广泛关注。但钾离子的半径较大，导致充放电过程中，离子嵌入/脱出的动力学性能较差。因此，电池电极材料的选择面临着新的挑战。在对钾离子电池电极材料进行分类和总结的基础之上，重点介绍了石墨及各种形式的碳材料、过渡金属氧化物、合金类等负极材料以及普鲁士蓝、层状金属氧化物、聚阴离子型化合物等正极材料的研究进展，并对钾离子电池的发展进行了展望，以期对高性能钾离子电池的发展提供新思路。
, 最新更新时间 , doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.04.14.001
摘要:
全球化石能源危机和环境污染问题使得高效利用绿色、可再生清洁能源成为大势所趋。机械能因其丰富、易获取和无污染等特点被认为是理想的替代能源之一。压电纳米发电机（PENG）可以将环境中的机械能转化为电能，为电子设备提供动力。然而，传统的压电材料必须通过电极化诱导偶极子排列才能获得压电性能，增加了器件制备的工序和能耗。同时，当去除外加电场时会发生退极化效应，致使压电材料的性能稳定性下降。通过静电纺丝法纺丝过程产生的强电场和机械拉伸使聚偏二氟乙烯（PVDF）纳米纤维晶体中的偶极子定向排列，从而实现原位极化，获得了高电活性β相达78.7%的PVDF纳米纤维薄膜。基于该薄膜构建的PENG实现了机械能向电能的直接转化，其开路输出电压为1.6 V，短路输出电流为0.14 μA，分别是旋涂法制备薄膜的4.5和2.6倍。PVDF−PENG通过桥式整流器在人的手指敲打60 s后可将1 μF的电容器充电到2 V。在200 MΩ的外加负载下其最大输出功率为0.03 μW。PVDF−PENG在连续2000次按压发电后，仍能保持约100%的输出能力，验证了其长期稳定的服役能力。最后PVDF−PENG通过采集手指轻敲的能量可点亮LED灯和驱动电子表，证明了实际应用的能力。
全球化石能源危机和环境污染问题使得高效利用绿色、可再生清洁能源成为大势所趋。机械能因其丰富、易获取和无污染等特点被认为是理想的替代能源之一。压电纳米发电机（PENG）可以将环境中的机械能转化为电能，为电子设备提供动力。然而，传统的压电材料必须通过电极化诱导偶极子排列才能获得压电性能，增加了器件制备的工序和能耗。同时，当去除外加电场时会发生退极化效应，致使压电材料的性能稳定性下降。通过静电纺丝法纺丝过程产生的强电场和机械拉伸使聚偏二氟乙烯（PVDF）纳米纤维晶体中的偶极子定向排列，从而实现原位极化，获得了高电活性β相达78.7%的PVDF纳米纤维薄膜。基于该薄膜构建的PENG实现了机械能向电能的直接转化，其开路输出电压为1.6 V，短路输出电流为0.14 μA，分别是旋涂法制备薄膜的4.5和2.6倍。PVDF−PENG通过桥式整流器在人的手指敲打60 s后可将1 μF的电容器充电到2 V。在200 MΩ的外加负载下其最大输出功率为0.03 μW。PVDF−PENG在连续2000次按压发电后，仍能保持约100%的输出能力，验证了其长期稳定的服役能力。最后PVDF−PENG通过采集手指轻敲的能量可点亮LED灯和驱动电子表，证明了实际应用的能力。
, 最新更新时间 , doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.06.21.003
摘要:
利用金相（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）以及能谱（EDS）等手段研究了FH40低温钢焊接接头显微组织演变及其对低温冲击韧性的影响。结果表明，FH40低温钢母材具有优异的综合力学性能，其屈服强度为420 MPa，抗拉强度为518 MPa，−60 ℃夏比冲击功为162 J，而焊接接头熔合线位置及热影响区的低温韧性急剧降低至16 J。显微组织分析表明，低温钢母材为细小的多边形铁素体+珠光体组织，在心部位置珠光体组织呈带状分布。焊接热影响区的显微组织主要为针状铁素体，但是心部存在明显的马氏体带。针状铁素体硬度为229.7 HV0.05，比原来的多边形铁素体高约40 HV0.05，而马氏体的硬度为313.7 HV0.05，较原来的多边形铁素体高约140 HV0.05。EBSD结果显示在马氏体带存在较高的内应力，这是造成焊接接头低温韧性急剧下降的主要原因。EDS表明，中心偏析导致热轧低温钢母材形成C、Mn富集的珠光体带，这些C、Mn富集的珠光体带在焊接热影响作用下重新奥氏体化，并在冷却过程中转变成硬质相马氏体组织。
利用金相（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）以及能谱（EDS）等手段研究了FH40低温钢焊接接头显微组织演变及其对低温冲击韧性的影响。结果表明，FH40低温钢母材具有优异的综合力学性能，其屈服强度为420 MPa，抗拉强度为518 MPa，−60 ℃夏比冲击功为162 J，而焊接接头熔合线位置及热影响区的低温韧性急剧降低至16 J。显微组织分析表明，低温钢母材为细小的多边形铁素体+珠光体组织，在心部位置珠光体组织呈带状分布。焊接热影响区的显微组织主要为针状铁素体，但是心部存在明显的马氏体带。针状铁素体硬度为229.7 HV0.05，比原来的多边形铁素体高约40 HV0.05，而马氏体的硬度为313.7 HV0.05，较原来的多边形铁素体高约140 HV0.05。EBSD结果显示在马氏体带存在较高的内应力，这是造成焊接接头低温韧性急剧下降的主要原因。EDS表明，中心偏析导致热轧低温钢母材形成C、Mn富集的珠光体带，这些C、Mn富集的珠光体带在焊接热影响作用下重新奥氏体化，并在冷却过程中转变成硬质相马氏体组织。
, 最新更新时间 , doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.05.23.008
摘要:
矿浆电解作为一种短流程湿法冶金工艺，隔膜袋在搅拌桨搅动及矿石的磨损下会产生变形，甚至出现破裂，严重制约了生产效率。针对该问题，基于单向流固耦合原理，采用计算流体力学与固体有限元相结合的方法对矿浆电解搅拌槽内隔膜变形规律进行了全三维解析。研究发现隔膜袋两侧压差是导致变形的根本原因，最大变形量出现在垂直高度y=1.2 m位置处，且搅拌转速越大，隔膜变形所需的最佳液位差越小。当阴极区压力不足时，隔膜袋向内挤压变形；压力增加后，则向两侧鼓包。隔膜最大变形量随流体域固体体积含量（SL）的增加先减小后增加，在SL=15%时，隔膜变形达到最小值226.7 mm；越靠近槽下部，SL对绝对压力的影响越大。添加框架约束后，隔膜最大变形量减小到0.664 mm。通过可视化的解析，可以为矿浆电解工业控制提供参照。
矿浆电解作为一种短流程湿法冶金工艺，隔膜袋在搅拌桨搅动及矿石的磨损下会产生变形，甚至出现破裂，严重制约了生产效率。针对该问题，基于单向流固耦合原理，采用计算流体力学与固体有限元相结合的方法对矿浆电解搅拌槽内隔膜变形规律进行了全三维解析。研究发现隔膜袋两侧压差是导致变形的根本原因，最大变形量出现在垂直高度y=1.2 m位置处，且搅拌转速越大，隔膜变形所需的最佳液位差越小。当阴极区压力不足时，隔膜袋向内挤压变形；压力增加后，则向两侧鼓包。隔膜最大变形量随流体域固体体积含量（SL）的增加先减小后增加，在SL=15%时，隔膜变形达到最小值226.7 mm；越靠近槽下部，SL对绝对压力的影响越大。添加框架约束后，隔膜最大变形量减小到0.664 mm。通过可视化的解析，可以为矿浆电解工业控制提供参照。
, 最新更新时间 , doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.04.29.003
摘要:
近年来，光电催化裂解水制氢已经发展成为获取氢能最重要的途径之一。然而，半导体材料固有的较低的光吸收效率和较高的载流子复合率成为限制其发展的主要障碍。以N掺杂4H-SiC单晶片为原料，通过阳极氧化法制备了N掺杂4H-SiC纳米线阵列基一体化光电阳极，聚焦于优化阳极析氧反应条件，在光照和外加电场的共同作用下成功实现了高效裂解水制氢。相比于块体，碳化硅纳米线阵列基一体化光电阳极的裂解水制氢性能表现出了显著的提升。以Ag/AgCl电极为参比电极，开启电压从1.224 V降低至−0.021 V，1.4 V电压下的电流密度从2.64 mA∙cm-2提升至3.61 mA∙cm-2。通过构建具有纳米结构的半导体光电阳极，可以有效提高其光吸收能力并优化其电荷转移路径，从而显著提升光电催化裂解水制氢的效率。
近年来，光电催化裂解水制氢已经发展成为获取氢能最重要的途径之一。然而，半导体材料固有的较低的光吸收效率和较高的载流子复合率成为限制其发展的主要障碍。以N掺杂4H-SiC单晶片为原料，通过阳极氧化法制备了N掺杂4H-SiC纳米线阵列基一体化光电阳极，聚焦于优化阳极析氧反应条件，在光照和外加电场的共同作用下成功实现了高效裂解水制氢。相比于块体，碳化硅纳米线阵列基一体化光电阳极的裂解水制氢性能表现出了显著的提升。以Ag/AgCl电极为参比电极，开启电压从1.224 V降低至−0.021 V，1.4 V电压下的电流密度从2.64 mA∙cm-2提升至3.61 mA∙cm-2。通过构建具有纳米结构的半导体光电阳极，可以有效提高其光吸收能力并优化其电荷转移路径，从而显著提升光电催化裂解水制氢的效率。
, 最新更新时间 , doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.04.20.004
摘要:
针对传统液相法制备氧化铈纳米颗粒存在工艺流程复杂、高污水排放等问题，提出了一种高效绿色的实验方案，以七水合氯化铈为原料，采用微波射流热解技术制备出了高纯度氧化铈纳米颗粒。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析手段对产物进行了表征，借助数值模拟手段可视化分析了各物理场、各组分分布。考察了不同工艺条件（热解温度、气相速度、和添加柠檬酸）对实验产物中残余氯根含量和产物微观形貌的影响。结果表明，热解温度达到500 ℃时便可获得单相氧化铈，温度越高氧化铈纯度越高，颗粒形貌越规则。增大气相入口速度导致产物残余氯根增多，但有利于改善颗粒团聚。添加柠檬后氧化铈从球状颗粒逐渐破碎为伴有少量多孔结构的不规则形状颗粒，颗粒比表面积增大。柠檬酸浓度大于0.1 mol·L−1后利于减少氯根含量。
针对传统液相法制备氧化铈纳米颗粒存在工艺流程复杂、高污水排放等问题，提出了一种高效绿色的实验方案，以七水合氯化铈为原料，采用微波射流热解技术制备出了高纯度氧化铈纳米颗粒。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析手段对产物进行了表征，借助数值模拟手段可视化分析了各物理场、各组分分布。考察了不同工艺条件（热解温度、气相速度、和添加柠檬酸）对实验产物中残余氯根含量和产物微观形貌的影响。结果表明，热解温度达到500 ℃时便可获得单相氧化铈，温度越高氧化铈纯度越高，颗粒形貌越规则。增大气相入口速度导致产物残余氯根增多，但有利于改善颗粒团聚。添加柠檬后氧化铈从球状颗粒逐渐破碎为伴有少量多孔结构的不规则形状颗粒，颗粒比表面积增大。柠檬酸浓度大于0.1 mol·L−1后利于减少氯根含量。
, 最新更新时间 , doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.05.05.003
摘要:
鉴于矿井通风系统动态匹配自动化调节的现场需求，分析了风量供需匹配原理与联动调控方法，建立了多元特征融合的主通风机调频、关联分支调阻及联合调节的数学模型。提出了通风网络分支供需匹配调控模型和稳定性判定方法，基于有毒有害气体涌出（排放）预测的需风模型，开发了矿井通风供需偏离的智能化应急调控软件。实现了通风供需失衡选择变频调节时，自动计算通风机最佳工作频率；选择关联分支风阻调节时，运用元胞自动机模型计算出最佳调节巷道，并通过风网反演计算模型获取调节风阻值；当单一调节方式失效时，生成风机变频与分支调阻联合调控方案；通过风网超前模拟分析实现风量供需匹配的可靠调节。运用典型矿井通风系统建立了风网分支需风量自动化调节实验模型，以现场有毒有害气体超限统计规律为分支需风量调控导向模型开展调风稀释实验，结果表明：三种调节方式下分支风量严格按照调控理论模型变化，调风过程中CO2浓度变化延时明显，风机变频调节的风网波动较小，分支风阻调节对局部风网影响大，联合调节风网波动性大。实验验证了矿井通风供需匹配智能化调控系统的实用性和可行性，为矿井通风联动调控提供理论和应用指导。
鉴于矿井通风系统动态匹配自动化调节的现场需求，分析了风量供需匹配原理与联动调控方法，建立了多元特征融合的主通风机调频、关联分支调阻及联合调节的数学模型。提出了通风网络分支供需匹配调控模型和稳定性判定方法，基于有毒有害气体涌出（排放）预测的需风模型，开发了矿井通风供需偏离的智能化应急调控软件。实现了通风供需失衡选择变频调节时，自动计算通风机最佳工作频率；选择关联分支风阻调节时，运用元胞自动机模型计算出最佳调节巷道，并通过风网反演计算模型获取调节风阻值；当单一调节方式失效时，生成风机变频与分支调阻联合调控方案；通过风网超前模拟分析实现风量供需匹配的可靠调节。运用典型矿井通风系统建立了风网分支需风量自动化调节实验模型，以现场有毒有害气体超限统计规律为分支需风量调控导向模型开展调风稀释实验，结果表明：三种调节方式下分支风量严格按照调控理论模型变化，调风过程中CO2浓度变化延时明显，风机变频调节的风网波动较小，分支风阻调节对局部风网影响大，联合调节风网波动性大。实验验证了矿井通风供需匹配智能化调控系统的实用性和可行性，为矿井通风联动调控提供理论和应用指导。
, 最新更新时间 , doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.05.03.006
摘要:
材料数据具有分批次、分阶段制备的特点，并且不同批次数据的分布也不同，而神经网络按批次学习材料数据时会存在平均准确率随批次下降的问题，这为人工智能应用于材料领域带来极大的挑战。为解决这个问题，将增量学习应用于材料数据的学习上，通过分析模型参数的变化，建立了参数惩罚机制以限制模型在学习新数据时对新数据过拟合的现象；通过增强样本空间多样性，提出经验回放方法应用于增量学习，将新数据与从缓存池中采样得到的旧数据进行联合训练。进一步地，将所提方法分别应用在材料吸声系数回归和图像分类任务上，实验结果表明采用增量学习方法后，平均准确率分别提升了45.93%和2.62%，平均遗忘率分别降低了2.25%和7.54%。除此之外，还分析了参数惩罚和经验回放方法中具体参数对平均准确率的影响, 结果显示平均准确率随着回放比例的增大而增大，随着惩罚系数的增大先增大后减小。综上所述，本文提出的方法能够跨模态、任务进行学习，且参数设置灵活，可以根据不同环境和任务进行变动，为材料数据的增量学习提供了可行的方案。
材料数据具有分批次、分阶段制备的特点，并且不同批次数据的分布也不同，而神经网络按批次学习材料数据时会存在平均准确率随批次下降的问题，这为人工智能应用于材料领域带来极大的挑战。为解决这个问题，将增量学习应用于材料数据的学习上，通过分析模型参数的变化，建立了参数惩罚机制以限制模型在学习新数据时对新数据过拟合的现象；通过增强样本空间多样性，提出经验回放方法应用于增量学习，将新数据与从缓存池中采样得到的旧数据进行联合训练。进一步地，将所提方法分别应用在材料吸声系数回归和图像分类任务上，实验结果表明采用增量学习方法后，平均准确率分别提升了45.93%和2.62%，平均遗忘率分别降低了2.25%和7.54%。除此之外，还分析了参数惩罚和经验回放方法中具体参数对平均准确率的影响, 结果显示平均准确率随着回放比例的增大而增大，随着惩罚系数的增大先增大后减小。综上所述，本文提出的方法能够跨模态、任务进行学习，且参数设置灵活，可以根据不同环境和任务进行变动，为材料数据的增量学习提供了可行的方案。
, 最新更新时间 , doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.09.23.002
摘要:
钢铁工业是CO2的排放大户，也是CO2资源潜在用户，通过研究证实了CO2能够在炼钢流程中实现高效利用。二氧化碳绿色洁净炼钢技术通过利用CO2的反应冷却、气泡增殖、弱氧化、强冲击等独有特性，解决了炼钢烟尘和炉渣固废源头减量，钢水磷、氮、氧洁净控制诸多炼钢工艺难题，构建了CO2炼钢理论体系，实现了CO2利用和炼钢生产工艺的结合。本技术作为“中国低碳原创技术”，促进了我国钢铁工业绿色低碳技术的发展，我国每年将减少炼钢固体污染物产生约1000万吨，温室气体减排约2600万吨，是建设“碳中和”国家的重要助力。
钢铁工业是CO2的排放大户，也是CO2资源潜在用户，通过研究证实了CO2能够在炼钢流程中实现高效利用。二氧化碳绿色洁净炼钢技术通过利用CO2的反应冷却、气泡增殖、弱氧化、强冲击等独有特性，解决了炼钢烟尘和炉渣固废源头减量，钢水磷、氮、氧洁净控制诸多炼钢工艺难题，构建了CO2炼钢理论体系，实现了CO2利用和炼钢生产工艺的结合。本技术作为“中国低碳原创技术”，促进了我国钢铁工业绿色低碳技术的发展，我国每年将减少炼钢固体污染物产生约1000万吨，温室气体减排约2600万吨，是建设“碳中和”国家的重要助力。
