基于包络学习和分级结构一致性机制的不平衡集成算法

集成方法是不平衡学习方法的重要分支,然而,现有不平衡集成方法均作用于原样本而没考虑样本的结构信息,因此其效能仍然有限.样本的结构信息包括局部和全局结构信息.为了解决上述问题,本文提出了一种基于深度样本包络网络(Deep Instance Envelope Network,DIEN)和分级结构一致性机制(Hierarchical Structure Consistency Mechanism,HSCM)的不平衡集成学习算法.该算法在考虑局部流形和全局结构信息的情况下,通过多层样本聚类,生成高质量的多层包络样本,从而实现类平衡化.首先,算法基于样本近邻拼接和模糊C均值聚类算法,设计DIEN来挖掘样本的结构信息,得到深度包络样本.然后,设计局部流形结构度量和全局结构分布度量来构建HSCM用于增强层间样本的分布一致性.接着,将DIEN和HSCM结合起来,构建出优化后的深度样本包络网络——DH(DIEN with HSCM).之后,将基分类器应用于包络样本.最后,设计bagging集成学习机制来融合基分类器的预测结果.文末组织了多组实验,采用了十多个公共数据集和有代表性的相关算法进行验证比较.实验结果表明,本文算法在AUC(Area Under Curve),F-measure等四个性能指标上显著最优.

基于分级结构骨架相变储热系统强化传热特性

添加金属骨架的多孔介质复合相变材料可以改善纯相变材料的低导热性能,进一步提高复合相变材料的传热速率,具有重要研究意义。本研究采用数值模拟,提出构建主干-分支两级分级结构金属骨架并与石蜡方腔相结合,形成传热效果更好的复合相变传热材料,并在此基础上添加翅片管结构来进一步优化复合相变材料的传热性能。结果表明,翅片管结构对相变传热过程影响显著,在横向主干附近产生的流速突进现象可使熔化前沿更加倾斜,腔内环状流动传热快速向方腔下部移动。优化后的复合相变材料相较于均匀骨架复合相变材料固液相变时间可缩短37.4%,熔化初期瞬时液化速率曲线的波谷提高了1.88倍并且使熔化后期800s时的最大温差减小了20.9%,提高了温度均匀性。本研究在定孔隙率情况下对骨架结构进行了改变,通过更合理的金属骨架体积分布提高了复合相变材料的储热速率。

基于Au/Ni-W多层薄膜修饰铜基微纳分级结构固相瞬态焊接方法

目的以特殊形貌的铜基微纳结构为基板,在其上依次镀覆Ni-W合金层和Au纳米层,在超声能量和室温条件下,实现瞬时与锡基焊料的焊接,解决无铅焊料由于高熔点对薄芯片和热敏器件造成的热冲击和热损伤问题,保证器件安全性和性能可靠性。方法采用电化学方法沉积出特殊形貌铜基微纳分级结构,在其上化学镀覆层厚为180 nm的Ni-W合金层和50 nm的Au层。将获得的Au/Ni-W多层薄膜修饰的铜基结构与商用焊料(SAC305)在焊接压力98 N(20 MPa)、焊接时间3 s、超声振动3 s条件下实现固相瞬态焊接。将不同表面修饰层的铜基微纳分级结构与焊球进行破坏剪切测试。将焊接后的样品在180℃下分别进行10、30、60 min的时效处理。结果铜基微米级突起结构高度为2~4μm,底端尺寸为800~1200 nm,具有优良的凸起结构密度和长径比。Au/Ni-W修饰后的铜基微纳分级结构与SAC305焊球所形成的焊接界面嵌入效果好,没有任何孔洞存在,焊接界面平均剪切强度为43.06 MPa。结论铜基微纳分级结构插入焊球内部形成镶嵌,产生机械互锁,而Au/Ni-W合金修饰层能有效提高铜基微纳分级结构表面硬度,与锡焊料形成较大的硬度差,在插入式焊接中减少了孔洞的形成,焊接效果优良。Ni-W合金层的存在延缓了Cu-Sn之间的互扩散,阻挡了Cu-Sn金属间化合物的生长,减少了因界面失效而产生的可靠性问题。

用于去除有机染料的分级结构ZnO微球的简便合成

以六亚甲基四胺(HMTA)为结构导向剂,采用乙二醇辅助的溶剂热法制备了均匀分散的纳米片组装的三维分级结构ZnO微米球。可控实验证明,HMTA和溶剂在分级结构微米球的形成中起重要作用。通过二维纳米片组装来构建三维分级结构,不仅增加了产品的比表面积,而且还建立了更多的电荷传输通道。在暗室下,该样品可作为吸附剂去除水溶液中的一些有机染料。吸附结果表明,纳米片组装的分级结构ZnO微球对阴离子染料具有良好的去除率和选择性。特殊的分级结构、较大的比表面积和静电引力的协同作用,使ZnO微球对代表性染料刚果红(CR)经过5次循环吸附后的去除率仍可达95.67%。动力学研究证实,CR在ZnO微球上的吸附为物理吸附,符合准二级动力学和Langmuir等温线模型。

双尺度分级结构时域动刚度问题的并行拓扑优化

提出双尺度分级结构时域动刚度问题的并行拓扑优化方法,实现结构宏观拓扑构型和材料微观分布协同优化。利用三场密度方法实施宏观与微观结构的设计,基于能量的均匀化方法(energy-based homogenization method, EBHM)在微观结构上计算等效的宏观力学特性。针对比例阻尼系统,将HHT-α方法作为时间积分算法,求解多尺度结构的动力学有限元模型。融合先离散-后微分方法与伴随方法,在时间与空间离散的拓扑优化模型上实施敏度分析,避免了将时间作为连续变量而导致的灵敏度计算的一致性误差问题。以多尺度结构的动柔度最小化为目标,宏观与微观结构体积为约束,分别求解了正弦半波和余弦半波冲击载荷作用下多尺度结构的并行拓扑优化问题。最后,通过2种典型算例的数值结果验证了所提算法的有效性。

自组装分级结构二氧化钛的制备及光催化性能研究

可控合成(001)晶面暴露的自组装分级结构TiO_(2)是二氧化钛光催化领域一个研究热点。采用水热法,以氟钛酸钾为钛源,以氟化钾为形貌调控剂,制备了高(001)晶面暴露的自组装分级结构TiO_(2)。并通过光化学沉积法将Pt修饰在TiO_(2)表面。实验结果表明,所制备的(001)晶面暴露的自组装分级结构TiO_(2)纯度较高,均匀性较好,具有优异的光催化降解性能,对盐酸四环素(TC)的1 h降解率达67.4%。而Pt表面修饰改性极大增强了光吸收能力,提高了光生电荷分离效率和光催化性能。Pt-TiO_(2)对TC的1 h降解率达84.3%,光解水制氢效率达107.0μmol·g^(-1)·h^(-1)。

自组网中一种多层无中心分级结构

为了能更好地解决自组网的可扩展问题,在一层分级结构的基础上引入了多层分级结构。针对多层分级结构中存在的结构稳定性差和结构维护开销大等问题,提出一种多层无中心分级结构。它采用无中心策略,结构依赖于一些相对稳定的群,以提高结构的稳定性;它采用一种新型编址方案,可以避免群首轮换引起的节点分级地址的频繁变更,这有利于降低结构维护开销。从理论和仿真两方面对两种结构的性能进行了比较分析,结论表明多层无中心分级结构在结构稳定性和结构维护开销等性能指标上都优于目前的多层分级结构。

溶胶凝胶辅助水热可控合成ZnO不同形貌分级结构光催化剂

以Zn(NO3)2·6H2O、柠檬酸和Na OH为原料,采用溶胶凝胶(sol-gel)辅助水热法,仅通过改变水热时间,就可得到片花、棒花及梭状3种不同形貌ZnO分级结构。利用XRD、SEM、UV-Vis DRS、光致发光光谱(PL)和氮低温吸附-脱附等手段对合成的ZnO样品进行了表征。推测了合成条件下不同形貌ZnO分级结构形成的机理。以活性翠兰(KGL)为模拟印染废水,考察了其光催化活性。结果表明,虽然所合成的不同形貌的ZnO样品在光照120 min后均能使KGL降解78%以上,但其中水热4 h得到的片花状ZnO光催化性能最好,可降解99%的KGL,这与其片花状的形貌、较大的比表面积、较多的表面氧缺陷和极性面有关。

花状TiO_2分级结构的可控合成与其光催化性能

采用水热法可控合成了花状TiO2分级结构材料,运用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、N2物理吸附-脱附等手段,对其进行了表征,系统研究了NaOH用量、H2O2浓度、HNO3浓度、反应温度及时间等因素对所得样品形貌的影响,并评价了它们的光催化性能.结果表明,花状TiO2分级结构为锐钛矿相,颗粒大小均一;随制备条件的变化,构成花状TiO2分级结构的基元结构分别为纳米线、纳米片,纳米线直径约25nm,纳米片厚度不足10nm;该样品具有较高的比表面积,表现出良好的单次光催化活性与重复使用性能.

微纳分级结构碳酸钙中空微球的可控制备

以Ca Cl2和Na2CO3为反应原料,以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和十二烷基磺酸钠（SDSN）为模板剂,在50℃采用化学沉淀反应,干燥、煅烧后成功制备了具有微纳分级结构的Ca CO3中空微球。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射等检测手段对所制备的样品形貌、结构进行了表征,结果显示：所制备的微纳分级结构Ca CO3中空微球直径为4~6μm,壳壁由直径约60 nm的Ca CO3颗粒组成,壳层厚度约为200 nm,Ca CO3中空微球晶相组成为方解石和球霰石的共混体。同时,在反应温度为50℃、PVP添加量为0.4 g,SDSN浓度为0.1 mol/L的条件下,所制备的微纳分级结构Ca CO3中空微球分散性好,且形貌比较完整。

分级结构氧化锌的制备及形貌调控

以单一和混合锌盐为锌源,氢氧化钠为沉淀剂,丙氨酸和离子液体(IL)为表面活性剂,通过水热法制备了不同形貌的分级结构氧化锌粉末.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱仪(IR)和紫外-可见分光光度计(UV-Vis)对样品进行了表征,并探讨了锌源(单锌盐、混合双锌盐及三锌盐)、离子液体种类及用量、丙氨酸用量和温度等变量对产物形貌的影响,推测了在分级结构氧化锌形成过程中阴离子对样品形貌的调控作用.

超声刻蚀法构建分级结构的超疏水表面

在湿法刻蚀和超声空化的基础上,采用超声刻蚀法制备了具有微纳米分级结构的超疏水表面.以等体积比的硝酸/乙醇（体积分数为4%）和双氧水（质量分数为30%）的混合溶液作为刻蚀剂,在室温下对60Si2Mn钢、60#钢、T10钢、Cr06钢、65Mn钢和硅钢表面超声刻蚀2~10 min,构建出多种形貌的微纳米分级结构.上述表面经氟硅烷修饰后具有超疏水性,水的表观接触角高达157.0°,155.8°,157.4°,154.9°,157.6°和156.8°,滚动角分别为6.5°,19.2°,6.1°,7.8°,6.7°和7.2°.与常规刻蚀方法相比,超声刻蚀的化学刻蚀作用因与空化作用耦合而得到强化和改变,从而在钢表面构建出分级结构.由于材料表面微结构形貌和固/液界面接触状态不同,制得的超疏水表面表现出的润湿行为也不同.超声刻蚀法简单易行,成本低廉,适用于其它金属表面构建微纳米分级结构和超疏水表面.

仿生分级结构NiO纳米线/纳米纤维的可控制备及光催化性能

采用静电纺丝技术和"自下而上"的溶液相自组装技术,制备了具有仿生主次分级结构的三维NiO纳米线/纳米纤维.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和比表面积分析仪分别对其形貌、晶型和孔结构进行了表征.以水体中的有色染料亚甲基蓝为模型污染物,研究了分级结构NiO纳米线/纳米纤维的光催化性能.结果表明,在180 min内,以分级结构NiO为催化剂时,亚甲基蓝的降解率达到了97%,分别是以纳米纤维和纳米粒子为催化剂时的1.24倍和2.16倍.

三维分级结构ZnO的制备及光催化性能

以聚乙烯醇/醋酸锌复合纳米纤维为模板,采用模板辅助共沉积技术制备了三维尖晶石型ZnO纳米线/纳米纤维分级结构,并采用SEM,XRD对其形貌和晶型结构进行了表征.在光催化降解乙醛性能实验中,三维分级结构ZnO表现出比纳米粒子和纤维更好的光催化性能.这主要归因于ZnO纳米线的次级结构和开放的三维网络结构更有利于乙醛分子和氧分子的扩散和传输,从而提高了乙醛的光降解速率.

TiO_2分级结构/Ag_3PO_4复合材料的可见光催化性能

制备了具有分级结构的海胆状TiO2纳米材料,并通过原位沉积法将可见光响应的Ag3PO4纳米颗粒沉积到TiO2的纳米分级结构上,合成了具有高效稳定可见光催化性能的系列TiO2分级结构/Ag3PO4复合材料,对比测试了系列材料对罗丹明B(RhB)的光催化降解性能.结果表明,TiO2分级结构/Ag3PO4复合材料光催化性能明显高于纯相的Ag3PO4光催化剂,同时也明显优于TiO2(P25)/Ag3PO4复合光催化剂,其中分级结构TiO2与Ag3PO4摩尔比为1∶1的复合材料具有最强的光催化性能,在可见光照射6min内可实现RhB的完全脱色.分析结果表明,与纳米颗粒TiO2相比,具有海胆状纳米结构的TiO2可为Ag3PO4的负载提供更多的担载位点,增加TiO2和Ag3PO4的接触面积,进而提升Ag3PO4光激发产生的光生电子-空穴的分离效率.同时在光降解过程中,Ag3PO4表面存在的少量Ag+会逐渐还原成单质Ag0,通过Ag0的等离子体共振效应,可增加对光子的吸收转换能力,从而进一步提高该复合材料光催化降解染料的性能.

分级结构沸石/泡沫炭整体复合材料的制备

用T型沸石/聚酰胺酸悬浊液浸渍聚氨酯泡沫,然后在900℃下热处理制备原位担载的T型沸石/泡沫炭复合材料。用SEM,XRD和物理吸附仪等设备对所得样品进行表征。结果表明:所得复合材料为分级结构整体块状材料,泡沫炭基体的大孔平均尺寸约为500μm;泡沫炭孔壁表面均匀镶嵌了大量沸石分子筛。所得复合材料的微孔孔径分布集中于0.45nm左右,比表面积达到328m2/g。复合材料中沸石分子筛自身的结构特性和化学组成保持不变。

人牙釉质分级结构的观察

目的:人牙釉质的性能与其主要成分———羟基磷灰石晶体的特殊组装结构密切相关。本研究目的是使用材料显微分析技术,对牙釉质从微米尺度到纳米尺度范围内的分级结构特点进行观察。方法:釉质样本取自成熟的人第三磨牙。使用扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜和原子力显微镜观察釉质切片内釉柱的排列方式以及釉柱的微结构。结果:基于观察结果,我们提出了人类牙釉质7级分级结构,并用示意图讨论了各分级结构的特征。结论:构成人类成熟磨牙的釉质由7级分级结构构成,而且与其力学性能分布特点密切相关。

分级结构介孔-大孔材料及其实际应用

介绍了具有分级结构的大孔-介孔材料的合成方法(包括双模板法、单一表面活性剂/无模板剂一步合成法和生物模板法)及其实际应用。分级结构的介孔-大孔材料具有内部相互连通的孔道结构,与具有单一孔径的材料相比,分级孔结构的材料不但更有利于反应物分子的扩散,还能保持大比表面积和一定的孔道尺寸,因此在水中污染物的吸附分离、催化剂和催化剂载体、太阳能转化利用、电化学催化及药物的传输和缓释等方面具有广泛的应用。

Sb_2S_3纳米粒子修饰ZnO纳米片微纳分级结构的光电化学性能

采用恒电位方法,选择氯化钾和乙二胺(EDA)为添加剂,在氧化铟锡(ITO)导电玻璃上制备了高度有序的ZnO纳米片阵列,通过二次电沉积得到了ZnO纳米片上生长纳米棒的微纳分级结构.利用化学浴沉积法在ZnO基底上沉积Sb2S3纳米粒子制备出了Sb2S3/ZnO纳米片壳核结构和Sb2S3/ZnO微纳分级壳核结构.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱、瞬态光电流等对其形貌、结构组成和光电化学性能进行了表征和分析.结果表明,Sb2S3/ZnO纳米片上生长纳米棒分级壳核结构的光电流明显高于Sb2S3/ZnO纳米片壳核结构.在Sb2S3/ZnO纳米片壳核结构和Sb2S3/ZnO微纳分级壳核结构的基础上旋涂一层P3HT薄膜形成P3HT/Sb2S3/ZnO复合结构,以上述复合结构薄膜为光活性层组装成杂化太阳电池,其中,P3HT/Sb2S3/ZnO分级壳核结构杂化太阳电池的能量转换效率最高,达到了0.81%.

水热法制备TiO_2-ZnO纳米棒分级结构及其光电性能研究

为了增加光电极光生电子传输通道并提高其光敏剂的负载能力,采用两步水热法制备了一种新颖的TiO_2-ZnO纳米棒分级结构。采用水热法在FTO导电玻璃基底上生长TiO_2纳米棒有序阵列膜,通过浸泡提拉在TiO_2纳米棒上包覆一层ZnO溶胶,经烧结形成ZnO种子层;再次采用水热法于TiO_2纳米棒上生长ZnO纳米棒,形成TiO_2-ZnO纳米棒分级结构,通过旋涂辅助连续离子反应分别在TiO_2纳米棒阵列和TiO_2-ZnO纳米棒分级结构中沉积光敏剂CdS纳米晶,形成CdS/TiO_2纳米棒复合膜和CdS/TiO_2-ZnO纳米分级结构复合膜。利用SEM,TEM,XRD、紫外-可见吸收光谱、瞬态光电流图谱等表征和测试手段,对样品的形貌、结构、光吸收和光电性能进行了表征和测试。结果表明,与单纯的TiO_2纳米棒阵列相比,TiO_2-ZnO分级结构可以沉积更多的CdS光敏剂,CdS/TiO_2-ZnO纳米分级结构复合膜的光吸收性能和瞬态光电流均明显优于CdS/TiO_2纳米复合薄膜。凭借优异的光电性能,TiO_2-ZnO分级结构在太阳电池光阳极材料中具有很好的应用前景。