无油浮动涡旋压缩机驱动液氦温区JT制冷机实验研究

为验证无油浮动涡旋压缩机驱动液氦温区JT制冷机的可行性,搭建了闭式液氦温区JT制冷机实验平台,开展了降温实验,实现了液氦温区制冷。通过调节压缩机背压,在压比为9.57时优化得到浮动涡旋压缩机的效率为8.65%,此时制冷机可在4.4 K提供24.0 mW制冷量。

液氦温区预冷型JT制冷机闭式循环实验研究

针对目前空间探测任务对高效可靠的液氦温区制冷技术的需求,介绍了自行研制的液氦温区JT制冷机测试系统及制冷机结构,采用带有进排气阀的单级线性压缩机驱动,由两级GM制冷机预冷,测试了JT制冷机在闭式循环条件下的制冷性能。结果表明,JT制冷机经5.5 h降温至液氦温区,无负荷制冷温度为4.4 K,在4.9 K获得87.98 mW的制冷量,驱动JT侧线性压缩机所耗电功41.6 W。并分析了制冷机闭式循环与开式实验中存在的差异,表明热负荷的改变会影响制冷机的运行状态。

城市内河小流域黑臭水体治理技术探讨

随着我国城市化的发展和人类的不断活动,生活污水、工业废水排放量显著增加,城市中的河湖作为污水的主要受纳体而不断受到污染。城市小流域作为连接城市河湖的基础网络,其水系分布广泛、连接复杂,污染源种类繁多,极易形成黑臭状态,从而影响人类的正常生活。文章分析了现有黑臭水体的治理措施及措施的利弊,以宣城市城市内河小流域黑臭水体治理工程为例,基于工程流域现状及工程目标,从清淤工程、截污工程、引水工程及生态修复工程方面系统地介绍了城市内河小流域黑臭水体治理的实际工程应用,以期为其他黑臭水体的工程治理提供方法依据。

扫描方向对金属和硅复合薄膜表面激光诱导自组织加工质量的影响(特邀)

激光诱导周期性表面结构的质量可通过调整激光参数、改善材料表面和优化扫描策略等手段来提高。研究了扫描方向对线偏振激光诱导金属/硅复合薄膜表面氧化LIPSS的影响。结果表明,当扫描方向垂直于激光偏振方向时,纳米结构会出现分叉、不连续等问题;当扫描方向平行于激光偏振方向时,纳米结构呈现短程有序,但在光斑拼接处存在扭曲;而当扫描方向与激光偏振方向存在一定夹角时,容易获得长程均匀有序的周期性纳米结构。数值仿真结果表明造成这些现象的原因是近场效应对自组织过程具有不可忽略的影响。

真空度与静置放气方式对绝热材料放气性能测量的影响

为了研究绝热材料放气速率与真空压力的关系,采用静态升压法测试了某玻璃纤维纸在不同抽真空时间和不同真空压力下的放气速率,在同一真空压力下对抽真空阶段和静置阶段测得的放气速率进行了对比。发现材料的放气速率不仅与抽真空时间有关,还与抽真空时材料所处的真空压力有关,在同一真空压力下不同测试方式得到的放气速率明显不同。研究表明:相比相同抽真空时间下测得的材料放气速率,在相同真空压力下测得的放气速率数据具有较好的一致性;相比抽真空阶段,抽真空结束后静置放气阶段测得的放气速率在实际应用中更具参考价值。

活性污泥微生物群落宏组学研究进展

活性污泥是全球最常用的废水生物处理人工生态系统,微生物是驱动其污染净化能力的关键。活性污泥微生物群落所有物种与基因(简称"微生物组")的研究先后经历了"显微镜观察和纯菌培养分离"(1915)、"PCR扩增-测序"(1994)和"高通量测序-宏组学分析"(2006)三个重要阶段的发展变迁。相应地,我们对活性污泥微生物组的认知经历了从最早对微型动物(如钟虫和轮虫)及其他微生物的形貌观察和纯种培养鉴定到今天对整个微生物组的全局多样性认识的飞跃。近13年来,基于高通量测序的宏组学方法被广泛应用于揭示活性污泥微生物群落组成结构和功能,我们现在充分意识到活性污泥微生物组蕴藏着大量不可培养新物种和基因多样性,驱动着各类污染物的降解与转化。目前,特异性分子标记基因的扩增子测序技术已经被广泛应用于揭示城市和工业废水处理活性污泥微生物组和典型功能种群(如硝化细菌和聚磷菌)的时空多样性和群落构建机制,进而为未来实现活性污泥微生物组功能的精准调控奠定理论基础。宏基因组学研究在群落、种群和个体基因组水平全面解析了活性污泥微生物组驱动的碳、氮、磷元素循环过程,以及有机微污染物的生物降解和转化机理。将来活性污泥微生物组学研究需要在"标准化的组学分析方法和绝对定量""高通量培养组学""高通量功能基因组学"和"多组学方法的结合及多种方法并用"4个方面取得实现精准生态基因组学所需的技术突破,以最大限度发掘活性污泥微生物组在污水处理与资源回收领域的生态学与工程学价值。

不同冷凝段温度下液氢脉动热管实验研究

脉动热管是一种高效的传热元件,可用于将低温制冷机冷头的有限冷量分配到更大的面积、传输到更远的距离。本文采用一台两级GM制冷机作为氢工质脉动热管的冷源,测试脉动热管在不同冷凝段温度下的传热性能,实验中充液率为28%@19K。不控制冷凝段温度(实验A)和将冷凝段温度控制在19 K(实验B)的实验结果表明实验A中的脉动热管在每个热负荷下都有更小的温差和更大的有效热导率。固定热负荷,控制冷凝段温度从16.5 K逐步增加到24 K(实验C),结果表明在此充液率和热负荷下,有效热导率随着冷凝段温度的升高而近似线性增加。在本研究的三组实验工况下,氢脉动热管正常运行范围内,冷凝段温度越高,有效热导率越高。

液氢温区直接节流制冷新流程热力学分析

低温制冷机是液氢长期在轨零蒸发贮存的关键技术之一。节流制冷机无低温运动部件,具备系统简单和可连续制冷等优点。本文提出了液氢温区直接节流制冷新流程,拟采用回热式制冷机或者液氢储罐排气冷量为其提供32K以下的预冷量,有潜力实现快速降温和高效制冷。采用热力学方法对于给定液氢温区10W的制冷量要求,以等温压缩功为优化目标对该制冷机进行优化。分析得到了优化等温压缩功及其对应的优化高压压力和预冷量与预冷温度之间的变化关系。结果表明:当预冷温度低于32K时,直接节流制冷机在优化工况下运行时与典型节流制冷机性能接近,但其结构得到简化,稳定性高且制冷机降温初期无需旁通。

深度学习在论辩挖掘任务中的应用

论辩挖掘任务的目标是自动识别并抽取自然语言中的论辩结构,对论辩结构及其逻辑的分析有助于了解论辨观点的成因,因而该任务受到了研究者越来越多的关注,而基于深度学习的模型因其对复杂结构的编码能力及强大的表征能力,在论辩挖掘任务中得到了广泛的应用。该文对基于深度学习的模型在论辩挖掘任务中的应用进行了系统性的综述,首先介绍了论辩挖掘任务的概念、框架及不同领域的数据集,随后,详细描述了深度学习模型是如何被应用于不同的论辩挖掘任务,最后对论辩挖掘任务现有的问题进行了总结并对未来的研究方向进行了展望。

微型JT制冷机降温实验

采用BF33硼硅玻璃结合光刻、激光刻蚀和熔融键合等工艺制成了以纯氮为工质的微型JT制冷机,外观尺寸(长×宽×厚)为60 mm×9.6 mm×1.2 mm。搭建了微型JT制冷机实验系统,能够为JT制冷机提供稳定的压力工况和高纯工质,并可测得相应压力工况下的温度和工质质量流量数据。降温实验结果表明,当高压和低压分别为10.1 MPa和0.24 MPa时,微型JT制冷机能够获得94.3 K的无负荷制冷温度。制冷温度和工质质量流量保持稳定长达4小时以上。其加工工艺和实验系统方案可靠性得到验证。

基于相变材料超表面的光学调控

超表面光学完美结合了传统的几何、物理光学理论和前沿的纳米技术,近年来引起科研工作者的广泛关注.在线性光学领域,它已广泛用于对光波的振幅、相位进行调控,如平面透镜、全息成像和热辐射器件等.在非线性光学领域,针对它在高次谐波生成、超快激光器等方面的研究工作也方兴未艾.本文分别从理论和应用角度,分析总结了国内外超表面光学调控方向的研究进展,重点介绍了利用相变材料实现动态光学调控的前沿研究工作,并讨论了未来发展前景以及需要解决的难题.

柔性光子材料与器件的研究进展

柔性光子器件不受传统光电子器件刚性物理状态限制,可弯曲、可折叠、可拉伸的形式使得器件独特的光电性质得以实现和调控,极大拓展了传统光电子器件的发展模式与应用空间。结合新功能光学材料、器件集成技术以及光子器件较电子器件在物质特异性传感、信道容量和抗电磁干扰能力上的优势,柔性光子技术在多学科交叉融合领域的前沿方向,如可穿戴传感、高速光互连、光场调控、生物光遗传等展现出巨大的研究和应用价值。然而目前存在柔性集成光子器件加工制备难、机械柔韧性有限、集成化程度低等挑战。针对以上问题简要回顾了近年来研究人员在柔性光子材料与器件方面取得的研究进展并对其相关技术应用前景进行了总结和展望。

图神经网络在自然语言处理中的应用

近几年,神经网络因其强大的表征能力逐渐取代传统的机器学习成为自然语言处理任务的基本模型。然而经典的神经网络模型只能处理欧氏空间中的数据,自然语言处理领域中,篇章结构,句法甚至句子本身都以图数据的形式存在。因此,图神经网络引起学界广泛关注,并在自然语言处理的多个领域成功应用。该文对图神经网络在自然语言处理领域中的应用进行了系统性的综述,首先介绍了图神经网络的核心思想并梳理了三种经典方法:图循环网络,图卷积网络和图注意力网络;然后在具体任务中,详细描述了如何根据任务特性构建合适的图结构以及如何合理运用图结构表示模型。该文认为,相比专注于探索图神经网络的不同结构,探索如何以图的方式建模不同任务中的关键信息,是图神经网络未来工作中更具普遍性和学术价值的一个研究方向。

基于硫系玻璃的微纳光子器件研究进展

硫系玻璃由于具有较高的折射率、宽的红外波段透明窗口、较低的非线性损耗和较快的非线性响应,在光学器件领域具有巨大的应用潜力。随着近年来微纳器件加工技术的进步,基于硫系玻璃制备的新型微纳光子器件,在通信、安全、医疗、环境等领域得到了广泛的应用。本工作从硫系玻璃的物理光学性质出发,就硫系玻璃的薄膜制备工艺、微纳器件加工方法、光学器件应用及发展前景分别展开论述。

利用简化空气质量模型快速构建臭氧生成等浓度曲线及其应用

提出一种快速构建臭氧生成等浓度曲线的新方法。该方法利用区域空气质量模式进行臭氧前体物的敏感性分析,基于一阶和二阶敏感性系数构建简化模型,快速计算前体物不同排放水平对应的臭氧生成浓度。使用该方法,结合调整的源排放清单,对2018年8月成都平原地区进行臭氧回溯模拟并绘制臭氧生成等浓度曲线图。在此基础上,以成都市为例,对城市臭氧污染控制提出对策建议。

基于CO_(2)等碳一底物的化学品生物合成技术进展及挑战

面对不断恶化的气候危机,开展二氧化碳的减排和资源化利用,向低碳和可持续发展模式转型已经迫在眉睫.其中大力发展绿色生物经济,开发高效的生物法固定二氧化碳和其衍生的碳一底物策略,并驱动化学品规模化生物制造,将发挥举足轻重的作用.本文围绕生物基化学品低碳合成,特别是以基于碳一化合物为原料的高附加值产品生物合成为重点,首先简要回顾了近几年相关领域的研究进展,包括提高自养微生物固碳效率、赋能大肠杆菌和酵母菌等异养微生物固碳效能、体外组装多酶体系进行固碳合成等;然后讨论了利用碳一化合物进行生物合成面临的科技挑战,包括固碳途径能量和还原力的消耗、较低的固碳效率与工业应用实际需求之间的巨大差异,并从工业应用角度讨论了混合底物及混合培养发酵的可行性.重点提出并探讨了聚焦甲醛为核心中间体的代谢途径的人工设计和优化策略,强调了甲醛在从无机碳到有机碳的转化以及碳链延长等方面的重要作用.作为能量供给及甲醛的来源之一,本文还介绍了电生物合成技术在低碳生物合成方面的潜力及面临的挑战.以1,3-丙二醇的生物合成为例,阐述了C1和C2以及电生物合成技术在这一重要大宗化学品生物合成中的应用途径.最后,讨论了从基础研究的0到1的原理突破进步到1到100的工业应用的挑战以及值得关注的核心科学和技术问题.

养猪废水中试规模亚硝化-反硝化-厌氧氨氧化组合工艺脱氮效能及群落结构分析

与传统硝化-反硝化工艺对养猪废水脱氮处理相比,厌氧氨氧化(Anammox)是一种更为绿色节能的污水生物脱氮工艺,但缺乏成熟的大规模养猪废水处理的工程应用案例.因此,本研究开展厌氧氨氧化技术应用于猪场废水处理的中试项目,采用一体化集装箱式组合工艺,主要包括前置反硝化池、亚硝化池、亚硝化-厌氧氨氧化池(PN-A池).结果表明,中试设备稳定运行阶段,处理规模为2 m^(3)·d^(-1),总氮去除率为93.93%±0.44%,有机物(以COD计)去除率为84.43%±0.84%,表现出良好的脱氮除碳能力.高通量测序分析结果表明,Nitrosomonas为系统中主要的好氧氨氧化菌,在亚硝化池和PN-A池都有显著富集,其相对丰度最高可达7.50%;亚硝化池亚硝氮积累率为74.28%,系统能够实现稳定亚硝化.反硝化池中主要的反硝化功能细菌为Thauera和Halomonas.Candidatus Kuenenia是系统中唯一检测到的AnAOB,只存在于PN-A池中,稳定运行期间其在填料上的相对丰度较悬浮污泥中的相对丰度高0.76~10.95倍.综上所述,厌氧氨氧化一体化工艺适用于养猪废水处理且具备良好脱氮效能,研究结果对厌氧氨氧化技术更大规模应用于养殖废水处理具有工程指导意义.

纳米光遗传探针的发展与应用

作为光遗传学的重要工具,纳米光遗传探针用于实现对生物体神经元的光刺激,能够辅助神经科学家更具特异性地探索大脑的工作机制,有望用于神经疾病的发病机理分析和治疗。研究人员针对光遗传学刺激的刺激强度、刺激范围、刺激模式、时空分辨率等要求,开发了具有不同光学功能的探针,也针对丰富探针功能如原位电生理记录、化学或生物分子递送等要求,开发了多功能的神经探针。为克服传统光电子器件刚性不可弯折、易对生物体造成损伤等弊端,柔性光学神经探针应运而生。这一类探针在植入时对生物体的损伤小,在植入后能够维持稳定的出光强度,其使用寿命得到保证。本文围绕不同类型、不同功能的光遗传探针以及光遗传探针中的柔性技术进行综述和展望。

红树林和盐沼湿地间隙水交换过程及其碳汇潜力

全球气候变化对资源、生态和环境的负面影响日益显现,降低大气CO浓度已经成为全球关注的焦点。潮间带湿地(如红树林和盐沼)具有很强的碳汇功能,是降低CO浓度和减缓全球气候变化的重要途径。红树林和盐沼作为重要的海岸带蓝碳生态系统,其土壤具有极高的储碳能力。由于受潮汐和降雨等驱动力的控制,红树林和盐沼土壤间隙水碳交换过程在海岸带蓝碳汇估算中具有较大的不确定性。同时,红树林和盐沼间隙水碳交换过程也是海岸带蓝碳汇相关研究中的前沿性科学问题,具有较大的挑战性。红树林和盐沼间隙水交换促使大量沉积物中的碳输出并存储于海洋,其可能是除了湿地碳埋藏之外的另一个重要碳汇,但目前对此尚未开展系统研究。总结论述了红树林和盐沼生境土壤间隙水交换速率及其携带蓝碳通量和控制因素,期望在对全球红树林和盐沼生态系统蓝碳收支和碳汇潜力进行评估中对其土壤间隙水过程携带的蓝碳通量引起足够的重视。这将深化对红树林和盐沼生态系统碳收支平衡和循环过程的认识,进而在全球气候变化的背景下,为更好地发挥海岸带蓝碳汇功能、促进红树林和盐沼生态系统建设和保护以及海岸带可持续发展提供科学支撑。