教育新基建、数字教学法和资源自供给——国内大学数字教材出版的动力与隐患

【目的】为了促使教育出版人更加理性地进入大学数字教材出版赛道。【方法】文章通过教育新基建相关政策文本梳理和疫情期间的高校教师调研,理解当前国内教育新基建的“硬环境”和数字教学法的“软环境”对数字教材发展的推动机制。【结果】发现高教教师教学资源“自供给”中出现的版权隐患。【结论】强调指出国内大学数字教材出版不仅具有大时代背景下的统一发展趋势,也具有基于国情的本土特色。

无线传感器网络的节点能量自供给方法

从实际应用角度出发,全面分析了无线传感器网络节点的功能特点、压电悬臂梁的频率选择以及俘能电路的功能特性,提出了集成化的环境振动能量采集器,并进行了实验研究。结果表明,所制备的环境振动能量采集器的整体装配尺寸约为83mm×55mm×12mm,在33mA的驱动负载下能提供稳定的3.3V供电电压,根据俘能电路的输入输出特性,可计算出其综合转换效率约为79%。

基于自供给模式的电动汽车换电站供需均衡运营策略

以换电模式为电动汽车(EV)提供能源补给是促进EV行业发展的重要保障。为了评估EV换电站的运营模式、提高EV换电站的运营效益,提出了一种基于自供给模式的EV换电站供需均衡运营策略。针对未来可行的统一化电池规格和换电站自供给模式,EV既可作为电池消费者,又可作为电池服务提供者,通过设计换电站的动态奖励机制,以吸引EV用户充当电池服务提供者辅助换电站提供换电服务,并基于带约束的马尔可夫决策框架对系统的随机优化问题进行建模。算例结果表明所提策略能使换电站自适应地选择给予电池服务提供者的奖励,从而在满足换电站服务质量水平约束的条件下最大化换电站的运营效益。

德国新型自供给移动通讯基站

基于我国目前通讯行业数量庞大的移动通信基站的巨大能源消耗,本文通过介绍德国一种新型自供给移动通讯基站工作原理与工作方式,包括系统各个组成部分的连接方式,供能系统中的控制部分和控制策略,以及相关的数据分析来提供一种新的移动通讯基站的能源解决方案的方向。

智能变电站辅助监控系统中独立节点的能量自供给技术研究

对智能变电站中常见环境能量源的收集技术和特点进行了介绍,同时根据监测传感器节点的功耗特征设计了相应的能量自供给电路;通过LTspice仿真软件模拟搭建了自供电节点的能量收集和功耗模型,进行了仿真分析;仿真结果表明,采用变电站环境中的太阳能、温差能和风能收集技术,在现有的技术条件下可以做到一些低功耗无线传感器节点的能量完全自供给,避免了因更换节点电池而引起的设备频繁停电维护。

螺丝自供给的电动螺丝刀装置

传统生产线上安装螺丝的工人经常左手拿螺丝,右手拿电动螺丝刀进行操作,工作效率不高。为了提高工作效率,本装置设计了一个螺丝自动传送机构,当工人触发手上电动螺丝刀安装按钮时,螺丝在由单片机组成的控制系统操作下,自动从进料槽输送到电动螺丝刀头进行安装,这样既然能将工作效率提高一倍,又能保护安装工人的左手不会在误操作的情况下受伤。

我国初级矿产品自供给保障现状及能力提升路径

初级矿产品是指经过采矿作业后脱离自然赋存状态的原矿产品以及经过选矿作业得到的精矿产品,是工业发展最基础的原材料,保障初级矿产品供给事关我国经济社会的健康平稳发展。从资源状况、技术创新、政策制度、资源利用方式等方面系统分析了影响初级矿产品自供给保障能力的重要因素,并从固体矿产勘查、采选以及资源循环利用等方面深入阐述了我国初级矿产品自供给保障现状。在此基础上,从优化勘查开发布局、完善经济激励政策、加强资源储备、推进资源节约集约利用等方面提出了若干建议,以期为增强国内初级矿产品自供给保障能力、兜住资源安全供给保障底线提供参考和思路。

面向电力装备自供电传感的微纳能源收集技术

数智化电网的建设依赖于海量分布式电力装备状态监测传感器,提升传感器的供电可靠性进而实现自供电感知,对拓展设备状态感知系统的深度和广度具有重要意义。近年来,以纳米发电机为代表的微纳能源收集方法与器件被广泛关注,其能够将多元、分散的机械能、热能、电磁能等转化为电能,搭配微能量存储元件与低功耗微纳传感器实现自供电传感。该文围绕面向电力装备自供电传感的微纳能源收集方法这一主题,首先介绍了电力装备及其运行环境微能量的分布特性;其次,总结了以热电纳米发电机、摩擦纳米发电机、压电纳米发电机、磁场能收集发电机、水伏发电机为代表的微纳能源收集方法原理及特点,分析了其在电力装备场景下的适用性,同时综述了基于微纳能源器件的电力装备微能量收集与自供电传感最新研究进展,并提出了本领域目前发展面临的主要技术难点和潜在解决方案。最后,展望了微纳能源收集方法及器件的发展趋势,有望为电力装备自供电状态监测和数智化发展提供参考与指导。

一种应用于胎压监测的自供电系统研究

设计与制作了一种用于胎压监测的自供电系统,主要利用压电-光电复合能量收集装置及相匹配的能量管理与存储电路采集轮胎转动的机械能和自然界光能。实验测试表明:光电能量收集器在弱光环境下输出功率最低327μW,压电能量收集器在正常车速情况下平均输出功率为452μW,而复合能量输出平均功率达到1.32 mW。同时对胎压监测系统进行功耗分析,从能量收支平衡的角度验证监测系统10 s钟工作一次的可行性,利用轮胎转动的机械能与太阳能复合互补供电的胎压监测系统可长期自我维持,无需额外电池或备用电源,具有一定的应用参考价值。

模块化多电平中压直流变换器的高可靠自供电架构研究

随着大容量中压直流配电技术的迅速发展,模块化多电平直流变换器受到工业界和学术界的广泛关注。然而,实现高可靠的辅助供电是实现直流变换器在中压直流配电场景中应用的关键技术瓶颈之一。为此,提出一种面向模块化多电平中压直流变换器的高可靠自供电系统架构。该架构实现主控制器、子模块等辅电系统的中压直联馈电,从而无需额外低压直流电源,并且大幅提升系统启动速度。基于此架构设计,模块化多电平直流变换器的子模块控制器和旁路开关辅助供电均实现3倍冗余,提高系统容错运行的能力。在子模块电容预充电阶段,提出一种基于辅助电源自主控制的子模块电容均压方法,保证模块化多电平直流变换器可靠预充电。最终通过实验验证所提辅助供电系统架构的可行性。

Ag/Bi_(2)O_(3)纳米块自供能紫外探测器的制备及性能

为了实现在无外部供能下对紫外光的有效探测,基于Ag修饰的Bi_(2)O_(3)纳米块(Ag/Bi_(2)O_(3))纳米块制备了自供能紫外探测器。通过煅烧法制备Bi_(2)O_(3)纳米块,随后采用室温溶液法在其表面沉积Ag纳米粒子,进而成功制备了Ag/Bi_(2)O_(3)纳米块,且对所制备样品的晶体结构和微观形貌等进行了表征。结果表明,Ag/Bi_(2)O_(3)纳米块的平均尺寸约为1μm,且Ag纳米粒子随机分布在Bi_(2)O_(3)纳米块表面。将涂覆Ag/Bi_(2)O_(3)纳米块的FTO作为工作电极,并进一步构建了自供能紫外探测器。在365 nm的紫外光照射下,Ag/Bi_(2)O_(3)纳米块紫外探测器能在零偏压下实现对紫外光的快速检测,这证实其具有自供能特性。相比于Bi_(2)O_(3)纳米块紫外探测器,Ag/Bi_(2)O_(3)纳米块紫外探测器的光电流得到明显提升,上升和下降时间分别缩短至29.1 ms和40.2 ms,并具有良好的循环稳定性。

面向可穿戴电子产品的自供能摩擦电纺织品研究进展

伴随着人们对智能穿戴的需求日益增加,为解决可穿戴电子产品的供能问题,各种能源转化技术接连涌现,摩擦电纺织品凭借其在低频机械能收集和自驱动传感器等方面的优异表现脱颖而出,成为能源织物领域的佼佼者。为提高摩擦电纺织品的能量转换效率与舒适自然的穿戴感,基于摩擦电技术的理论,探讨了接触起电的物理机制,从材料、结构、运行模式以及功能性等角度出发,总结了纱线基摩擦纳米发电机、织物基摩擦纳米发电机与非织造布基摩擦纳米发电机的发展历程,综述了摩擦电纤维在柔性传感、电子皮肤、智能机器人、交互式设备等领域的应用情况,指出目前摩擦电纺织品所面临的挑战以及未来的机遇,以期为摩擦电技术与传统纺织业的高值化结合提供一些理论参考。

基于Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合材料的自供能紫外探测器的制备及性能研究

为了获得高性能的自供能紫外探测器,结合热聚法和溶液法成功制备了Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合材料,并对其微观形貌、晶体结构、元素组成及价态进行了表征。结果表明,Bi_(2)O_(3)呈蜂窝状结构的块体,其附着在具有层状结构的g-C_(3)N_(4)纳米片上。基于该异质结制备了无需外加偏压即能工作的紫外探测器。在紫外光照射下,Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)光电探测器能够立即产生光电流并达到最大稳定值约0.43μA,相比于Bi_(2)O_(3)纳米块紫外探测器,其光电流提升了约1.05倍。值得注意的是,Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)紫外探测器还展现出了快的响应速度(约181.7 ms),并且其光电流与入射光强也具有良好的线性关系,表明该器件对不同强度的紫外光均能实现快速且稳定的探测。

基于自供电的低功耗电力设备监测系统设计与分析

针对智能化电网的需求以及电力设备温度监测节点的电源问题,研发基于自供电的低功耗电力设备监测系统。利用热电转换模块将热能直接转换成电能,基于FEH710热电管理芯片设计能量管理电路为节点提供稳定电能,节点由温度传感器DS18B20、低功耗单片机STC15W4K32S4、无线射频芯片nRF24L01P组成,电路采用低功耗设计,在程序和电路上对系统进行低功耗处理。实验结果表明,正常工作情况下节点的功耗为115.50 mW;热端温度为60℃时,能量管理电路可输出183.26 mW功耗,满足节点的电能需求,并可以将多余的电量进行储存。该系统能够为变压器的安全运行提供技术保障,推动电力设备的数字化发展。

铁电效应调控的高性能p-NiO/i-BaTiO_(3)/n-ITO自供能紫外光电探测器

近年来,自供能的紫外光电探测器由于无需任何外部偏压即可工作而成为军事和民用领域的研究热点。其中,钛酸钡(BTO)作为一种宽禁带铁电材料,拥有良好的铁电、压电和热电性能,可以产生本征自发极化场来分离光生载流子,从而实现自供能紫外光电探测。到目前为止,基于BTO的自供能光电探测器已经取得了巨大进展,然而,除了使用高质量的单晶材料外,所报道的器件往往表现出低响应度(10^(-8)~10^(-7) A·W^(-1))。本文利用低成本的射频溅射技术,制造了一种高性能的NiO/BTO/ITO p-i-n异质结构自供能紫外光电探测器。通过将BTO的铁电去极化场和p-i-n结的内建电场耦合,能有效提高光生载流子的分离和迁移。因此,该器件在正极化态下255 nm波长紫外光照射下的响应度可以达到3.4×10^(-5) A·W^(-1),远远高于其他已报道的基于非晶态和陶瓷BTO制备的紫外光电探测器。此外,该器件具有0.3 s/0.4 s的快速响应时间。本工作为提高BTO光电探测器的性能提供了一种新的策略。

用于乳腺癌标志物检测的自供电光电化学传感器

为了检测人表皮生长因子受体2,构建一种新型的自供电光电化学传感器;以铟锌硫化物、铟镁硫化物、钠离子、钾离子掺杂的亚甲基蓝(MB)敏化的碳化氮复合物ZnIn_(2)S_(4)/MgIn_(2)S_(4)/NaKC_(3)N_(4)-MB作为光电阳极,金属炔基聚合物苯基乙烯基铜(PPhECu)纳米棒作为光电阴极,采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜对复合物进行表征,并进行光电化学检测。结果表明:光活性ZnIn_(2)S_(4)/MgIn_(2)S_(4)/NaKC_(3)N_(4)-MB光电阳极中异质结构的形成加速了光生电子的转移,使其具有优异的光电性能,能够作为对电极为传感系统提供电子;集成的光电阳极和光电阴极的自供电光电化学检测模式可消除生物样品中还原性物质的干扰,显著提高光电化学传感器的抗干扰能力及检测灵敏度,检测质量浓度范围为5×10^(-5)~200 mg/L,检测限为0.0156 ng/L。

3D打印球冠式摩擦电自供能压缩传感结构及应用

针对柔性可穿戴器件对压缩应变传感的需求,利用摩擦纳米发电机摩擦生电的原理,设计可监测压缩应变的球冠式自供能压缩传感结构,以尼龙布和硅胶为正负摩擦材料,基于硬度差异化硅胶材料设计策略,实现球冠摩擦接触面积的压缩可变性,并阐释其自供能压缩传感的原理;配制3种硅胶打印墨水,采用自主研发的多喷头硅胶直写3维(3D)打印工艺与设备,制造相应的自供能压缩应变传感结构;借助冷场发射扫描电子显微镜对摩擦球冠的横截面形貌进行表征,分析不同硬度硅胶间的界面黏结性能;搭建可实现往复运动的压缩实验装置,通过实验研究球冠尺寸参数和压缩应变对传感输出电性能的影响规律。实验结果表明:3D打印球冠式摩擦电自供能压缩传感结构的最大压缩应变输出电信号随支撑球冠高度的增大而增大;开路电压、电荷转移量和短路电流均与压缩应变呈正相关,当压缩应变由7%增至35%时,开路电压峰值由5.3V增至22.2V,且具有良好的循环耐久稳定性。最后,以该球冠式自供能压缩应变传感结构为基础,设计一款自供能传感鞋垫,并探索其在步态监测和足底压力分布监测方面的传感性能,获得了良好的应用效果。研究内容为可穿戴柔性摩擦电式自供能压缩应变传感结构的一体化设计制造提供新思路与新工艺。

GaN外延材料及其自供电紫外光电探测器研究进展

近年来,自供电Ga N基紫外光电探测器凭借具有的紫外敏感性、高稳定性及便携应用等特点,在紫外通信、紫外辐射检测以及导弹追踪等领域具有重要的应用前景。但其发展依旧面临着材料位错密度高、器件性能差、器件集成度低等问题。为了解决上述问题,科研工作者开展系统地研究并取得了重要进展。本文从材料缺陷控制、器件结构设计和器件集成应用三个方面讨论了自供电Ga N基紫外光电探测器的研究进展,并展望了其发展前景。

基于GaN/(BA)_(2)PbI_(4)异质结的自供电双模式紫外探测器

紫外探测器作为智能光电系统的重要组成部分,近年来在诸多领域应用广泛,其中自供电异质结光电二极管的研究显得尤为重要.本文制备并讨论了一种双模式运行的GaN/(BA)_(2)PbI_(4)异质结紫外光电二极管.通过金属有机化学气相沉积法在蓝宝石上沉积GaN薄膜,再在GaN薄膜表面旋涂(BA)_(2)PbI_(4)薄膜,用于构建平面异质结探测器.当在+5 V偏压驱动、光强为421μW/cm^(2)的365 nm紫外光照射下,响应度(R)和外量子效率(EQE)分别为60 mA/W和20%.在自供电模式下,上升时间(τ_(r))和衰减时间(τ_(d))分别为0.12 s和0.13 s.这些结果共同证明了基于GaN/(BA)_(2)PbI_(4)异质结的自供电紫外光电二极管拥有旷阔的发展前景,为智能光电系统的发展提供了新的思路.

自供电电解海水析氯杀菌防污系统的研究与设计

以风驱动旋转圆盘摩擦纳米发电机(WRD-TENG)为主体,结合太阳能电池,储能锂电池、时控开关成功构建了时间精准操控的自供电电解析氯系统。测试结果表明:尺寸稳定阳极(DSA电极)电解析氯20 min产生的活性氯对铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌有明显的杀灭效果,杀菌率都达到95%以上。自供电系统的太阳能电池和WRD-TENG可以单独或同时收集能源,并且输出具有互补性,锂电池和时控开关赋予了复合系统储能和时间精准操控的特性,复合体系可以成功驱动电解析氯体系。