DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 氢气作为化石燃料的替代能源，可再生、热能高且燃烧不产生二次污染 [ 1 ] 。其中生物制氢以其产生能源同时降解污染物的优点广受关注。 与光合生物制氢相比，厌氧发酵生物制氢不需要光能投入、反应装置形式更为简单、并且可以利用有机废水或固废等来源广泛的基质进行发酵，生产能源的同时还能净化环境 [ 2 ] [ 3 ] 。 在厌氧生物制氢过程中，反应器的设计和运行模式会对反应器内产氢菌的数量和种类以及微生物与底物之间的传质作用产生显著影响，进而影响产氢系统的稳定性、产氢效果和废水处理能力 [ 4 ] [ 5 ] 。反应器设计是厌氧发酵产氢的重要研究方向。 在废水处理中，连续流反应器按照微生物聚集形式，可以分为悬浮生长型和附着生长型。附着生长型反应器具有在高负荷下能保持较高的生物量等优点，被广泛用作生物制氢的研究 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] 。但附着生长型反应器也有一些局限性。首先，反应系统内生物气难以释放，附着在污泥和载体上，导致载体上浮，降低了反应器的产氢效率和反应器的稳定性 [ 9 ] [ 10 ] 。其次，随着生物膜厚度增加，污泥停留时间较长，一些代时较长的耗氢微生物(如产甲烷菌)能在反应系统中存活下来 [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] ，消耗氢气。另外，附着型工艺需要大量的载体作为填料，提高了制氢成本。与附着生长型反应器相比，悬浮生长型立式连续流搅拌槽式反应器(Continuous Stirred Tank Reactor， CSTR)是目前应用最为广泛的一种反应设备。由于机械搅拌的作用，反应设备具有很好的传质效率，底物和微生物能很好地进行接触和反应 [ 12 ] 。但由于该反应设备属于典型的污泥悬浮生长型工艺，水力停留时间(HRT)和固体停留时间(SRT)相等，反应设备中的生物量受到较大的限制，特别是当HRT较小时，污泥流失问题严重，反应器内生物持有量小，易引起制氢反应系统崩溃 [ 13 ] 。 为了在一定程度上弥补VCSTR生物制氢反应器的缺陷，以及指导生物制氢反应器的放大设计，本研究设计了卧式CSTR制氢反应器 [ 14 ] 。在总容积相同的条件下，同时启动和运行VCSTR反应器和HCSTR反应器，接种厌氧活性污泥，以赤糖废水为底物，分别对两个系统的产气量和产氢含量、pH、液相末端产物、生物量及废水处理量进行对比研究，旨在量化不同型式反应器的产氢效果和应用条件，为生产性试验设计中反应器型式的选择提供理论依据。
system: [SYSTEM]

user: 2. 材料与方法 2.1. 试验装置 发酵产氢试验装置如图1所示。CSTR反应器为有机玻璃材质，内设气-液-固三相分离装置，反应器为反应区、沉淀区一体化结构。反应器设有桨式搅拌装置与控速电机相连，搅拌桨末端采用轴封保证反应区的密闭条件。采用将水循环在内壁和外壁之间的方式加热保温， 通过温控仪将反应器内温度控制在35℃。试验进水由恒流蠕动泵泵入。 反应器顶部设有排气孔与水封相连，反应所产生的发酵气体量由导气管导出并用湿式气体流量计计量体积。两个CSTR反应器的总容积均为32 L，VCSTR反应器的有效容积和最佳搅拌速度为14 L、120 rpm [ 13 ] 。由于HCSTR反应器结构设计的优越性，反应器的有效容积增加，最佳搅拌速度降低，分别为22 L、50 rpm [ 14 ] 。 2.2. 试验用废水与接种污泥 在试验污泥驯化阶段、启动及运行阶段，试验废水采用红糖配制成有机废水，添加N、P等元素保持COD、N、P的质量比在1000~500:5:1左右，以供微生物生长繁殖所需。 试验采用的接种污泥来自于哈尔滨市某生活污水处理厂的二沉池污泥。取回的污泥经过淘洗、过滤后，曝气预处理，培养14 d。每天停止曝气1~2 h进行沉淀，去除上清液，然后添加水并添加碳源及N、 图1. 生物制氢反应器示意图 P。然后作为接种污泥在启动时分别置入VCSTR反应器和HCSTR反应器， 其VSS和TSS分别为8.41 g/L和11.54 g/L。 2.3. 分析方法及仪器设备 采用PHS-25型酸度计测量pH和氧化还原电位(ORP)，产气量由LML-1型湿式气体流量计计量。COD、VSS、SS使用国家标准方法 [ 15 ] 测定。气体产物及组成采用SC-Ⅱ型气相色谱测定。液相末端发酵产物组分及含量采用GC-122型气相色谱测定。 2.4. 反应器启动与运行 HCSTR和VCSTR均采用连续流运行方式。对进水进行调节，使其pH保持在7~8之间，消除红糖废水常温下酸化pH降低的影响。试验采用低有机负荷启动，启动和稳定期均保持水力停留时间不变(HRT = 6 h)，以提高进水COD的方式提高有机负荷。启动初期有机负荷为12 kgCOD/(m 3 ∙d)左右，两个CSTR发酵反应体系pH值能够迅速下降，达到4.0以下，为避免过度酸化，降低进水COD，调节有机负荷到8 kgCOD/(m 3 ∙d)，此时反应系统的pH值能够稳定在4.2~4.5之间，符合乙醇型发酵最佳pH。VCSTR反应器在运行12 d后，HCSTR反应器在运行13 d后，系统达到相对稳定状态。采用各阶段稳定时期数据的平均值来比较研究VCSTR和HCSTR反应器在有机负荷(OLR)为8、12、16、24、32 kg/(m 3 ∙d)时的产氢量、氢气含量、液相末端产物、生物量以及COD去除率的变化(表1)。
system: [SYSTEM]

user: 3. 结果与分析 3.1. VCSTR反应器和HCSTR反应器的产氢能力 产氢能力是衡量发酵法生物制氢反应器系统运行效能的重要参数。不同运行阶段下，VCSTR和HCSTR的产气量及氢气含量如图2所示。 从图2可以看出，虽然两个反应器具有不同的形式和产氢速率，但产氢速率的变化规律却是相似的， 在一定范围内均表现为随OLR (8~24 kgCOD/(m 3 ∙d))的升高而升高。 在启动和稳定期，每次OLR改变后的初期，容积负荷的提高对产氢稳定性都产生了一定的影响。这是由于每次系统负荷改变之后初期微生物的细胞酶系统需要适应产氢产酸发酵环境，需要大量的有机物完成自身的繁殖及代谢，直至微生物适宜环境中有机物的浓度。所以，作为代谢产物之一的氢气的产生速率随有机负荷的变大而升高。然而，有机负荷过高的时候(OLR = 32 kgCOD/(m 3 ∙d))，酸性末端产物的不断增加并在系统内积累，导致产氢系统pH值的降低，而pH值的降低对两个系统的产氢微生物的活性造成很大的影响 [ 16 ] 。 Table 1 Start-up and operational conditions of VCSTR and HCST Time/d OLR/kg∙(m 3 ∙d) −1 HRT/h 1~3 12 6 4~13 8 6 14~24 8 6 25~35 16 6 36~46 24 6 47~57 32 6 表1. 两个生物制氢反应系统启动及运行条件 图2. VCSTR和HCSTR生物制氢反应器中产气量与氢气含量 HCSTR和VCSTR生物制氢反应器的最佳OLR均为24 kgCOD/(m 3 ∙d)。此时VCSTR反应器的产气量、产氢含量分别为86.1 L/d、47.30%。而HCSTR反应器的产气量、产氢含量分别达到了132.8 L/d、51.24%。HCSTR反应器的产气量和产氢含量在每个运行阶段均高于VCSTR，其原因是HCSTR反应器的有效容积大于VCSTR反应器，并且有更好的三相分离效果。反应器的总容积、HRT和COD不变的条件下，有效容积的增加意味着体系进水量、接种污泥、体系中生物量的增加，导致产氢量的增加。并且，由于耗氢的产甲烷细菌的生长速率较低，产氢细菌如梭菌等生长较快。进水量的增加可以有效去除产甲烷细菌，可以避免pH的极端的降低。因此在OLR = 32 kgCOD/(m 3 ∙d)的时候，相对于VCSTR反应器，冲击负荷对HCSTR反应器的影响更小。 从产氢能力和抗冲击负荷方面，HCSTR具有较好的产氢优势。这为实际废水处理产氢的工程设计中， 反应器类型的选择提供了重要依据。 3.2. VCSTR反应器和HCSTR反应器的液相末端产物的变化 由于混合菌种发酵体系中存在着许多种类不同的菌种，因此导致发酵体系形成多种特征性的末端产物。在废水发酵法生物制氧生产和研究中，根据末端发酵产物组成，常将发酵类型分为三类：乙醇型发酵、丁酸型发酵和丙酸型发酵 [ 17 ] [ 18 ] 。在这三种发酵类型中，乙醇型发酵类型的稳定性好并且产气量及氢气含量高。本试验中两个CSTR反应体系在稳定期都乙醇和乙酸含量占总液相末端产物含量的比例均在80%以上，形成末端产物主要为乙醇和乙酸的乙醇型发酵体系。 液相末端发酵产物和pH检测结果见图3。从图3可以看出，两个反应器从启动到稳定运行经历了复杂的生态演替过程。VCSTR反应器(图3(a))和HCSTR反应器(图3(b))具有相似的产酸规。启动初期，两 图3. 生物制氢反应器中液相末端产物和pH的变化 个反应体系中丁酸和丙酸的含量较高。随着pH的回升，丁酸和丙酸含量逐渐降低，乙醇含量逐渐增加。到启动末期，两个反应体系均已经形成乙醇型发酵。两个反应器的最佳OLR为24 kgCOD/(m 3 ∙d)的时候，VCSTR反应器中乙醇和乙酸含量占总液相末端产物含量的比例、pH和总量分别为82.04%、1732 mg/L和4.21，HCSTR反应器分别为87.36%、1528 mg/L和4.34；而当OLR(32 kgCOD/(m 3 ∙d))进一步提高，废水的有机负荷超出了两个反应器的处理能力，导致产乙醇及乙酸含量降低，VCSTR反应器的pH达到3.7，发酵产氢体系面临崩溃，但HCST反应器由于有效容积比较大、进水量达到88 L/d，此时HCST反应器的PH仍可维持为4.0左右，可以避免崩溃。 3.3. VCSTR反应器和HCSTR反应器的生物量变化和COD去除率 乙醇型发酵产氢是由乙醇型发酵微生物代谢有机物产生的，反应器内微生物生物量的多少直接决定了系统产氢速率。 两个反应器同样存在一个选择适应过程，接种入生物制氢反应器的生物量均经历了先降低后升高的过程。两个反应器接种时污泥的生物量均为8.17 gVSS/L，经过启动期由于驯化适应，一些微生物被淘汰，生物量呈现先降低的趋势，乙醇型发酵菌群形成优势菌群后生物量逐渐提高达到稳定。两种反应器在OLR为8、16、24、32 kgCOD/(m 3 ∙d)时的生物量变化和COD去除率见图4。在启动期和稳定期，两个反应器的差别不大。最佳OLR为24 kgCOD/(m 3 ∙d)的时候，VCSTR反应器的生物量和COD去除率分别为12.1 gVSS/L、27.1%；HCSTR反应器的生物量和COD去除率12.7 gVSS/L，24.3%。由此可见，HCSTR反应器的生物量更高，但COD去除率较VCSTR低。由此说明，相对于VCSTR反应器，HCSTR反应器结构能够有效保持足够的生物量，但由于进水量比较大，所以COD去除率比较低，但总处理量和去除量更大。而HCSTR反应器具有较大的废水处理能力和较优的经济效益。
system: [SYSTEM]

user: 4. 结论 1) HCSTR反应器结构设计的优越性，它具有工业化应用价值。两种类型CSTR反应器的总容积(32 L)相同的条件下，VCSTR反应器的有效容积、搅拌速度和废水处理量为14 L、120 rpm和56 L/d。但HCSTR反应器达到22 L、50 rpm和88 L/d。 2) 虽然两个CSTR反应器型式不同，但产氢速率的变化规律却是相似的。两个生物制氢反应器的最佳OLR为24 kgCOD/(m 3 ∙d)。此时VCSTR反应器的产气量、产氢含量分别为86.1 L/d、47.30%。而HCSTR反应器的产气量、产氢含量分别达到了132.8 L/d、51.24%。说明两个反应器的比产氢速率(HPR)的差别不大，而反应器的总容积、HRT和COD不变的条件下，有效容积的增加意味着处理水量、接种污泥的增加，并且导致产氢量的增加。所以HCSTR反应器具有比较高的产氢能力。 图4. VCSTR和HCSTR生物制氢反应器中生物量和COD去除率与OLR的关系 3) HCSTR反应器更能够有效保持微生物生物量。在最佳有机负荷(OLR = 24 kgCOD/(m 3 ∙d))时，VCSTR反应器和HCSTR反应器的生物量分别为12.1 gVSS/L、12.7 gVSS/L。HCSTR反应器的生物量更高，有效容积的增加意味着废水处理量的增加，需要更好的三相分离效果。与VCSTR反应器相比，HCSTR 反应器更能够有效保持微生物生物量。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 海草床在全球的碳、氮、磷循环中扮演着重要角色，并和珊瑚礁、红树林一起被称为三大典型海洋生态系统。目前我国海草床面临着退化危机，本文以海南、广西、广东等华南沿岸主要海草床为重点，对其种类、分布、海草床退化现状及保护措施进行汇总分析，并有针对性地提出保护建议。 关键词 :海草床，退化，海草保护 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 海草是指那些生活在热带到温带海域沿岸浅水中的单子叶植物，单种或多种海草植物构成了海草床。尽管海草床面积占海洋总面积的比例很小，但它所构成的复杂生境改善了周围环境，并为其他生物提供了栖息、庇护和繁殖的场所。因此，鉴于海草床具有的重要生态价值和功能，它和珊瑚礁、红树林一起被称为三大典型海洋生态系统。然而由于近年来人类对近海海域频繁的干扰活动，海草床以每年7%的速率在减少，约有14% (10种)的海草种类正面临灭绝的风险 [ 1 ] 。 我国海草分布区可划分为中国南海海草分布区和中国黄渤海海草分布区，涉及了海南、广西、广东、香港、台湾、福建、山东、河北和辽宁9个省区沿海。南海海草分布区在数量和面积上均明显大于黄渤海区，加之近年来出现了关于华南沿岸海草床退化的报道，因此本文以海南、广西、广东等华南沿岸海草床为重点，就其种类、分布及海草床退化现状进行综述，为海草保护研究提供一些基础资料和启示。
system: [SYSTEM]

user: 2. 华南沿岸主要海草床现状 2.1. 海南海草床现状 海南海草资源丰富，是中国海草床分布面积最大的省份，合计5634.2 km 2 ，占我国海草总面积的64%，主要集中于东部沿岸，多分布在近岸珊瑚礁坪内侧的沿岸港湾和一些潟湖沿岸，多数以泰来藻为优势种，但陵水县新村港和黎安港以海菖蒲为优势种，西部沿岸仅有零星分布 [ 1 ] 。但近年来，由于养殖活动、陆源污染增加，航道、港口建设以及填海造地等海洋工程开发，导致海南岛周边海草栖息地环境不断恶化减少，海草床群落和海草底栖生物区域性退化减少。陈石泉等 [ 2 ] 在2014年开展海南岛南部海草资源分布现状调查分析发现后海湾、铁炉港、鹿回头、西瑁洲岛以及小东海等地的海草种类有2科5属，分别为圆叶丝粉草、泰来草、海菖蒲、卵叶喜盐草以及单脉二药草。相比于2008年海南省热带典型海洋生态系统调查项目(海南省908项目)的调查结果，海南岛南部海草面积从2008年的1.64 km 2 减少到2014年的0.50 km 2 ，面积减少幅度较大的区域为铁炉港及小东海；海草盖度从2008年的15.37%~65.00% (平均35.67%)减少到2014年的5.00%~62.25% (平均26.40%)；后海湾与鹿回头的海草平均密度及平均生物量略有增长，铁炉港、西瑁洲岛以及小东海的海草平均密度及平均生物量呈下降趋势。海南岛南部海草资源已出现了退化。陈石泉等 [ 3 ] 还对海南岛东海岸海草床近10年变化进行了研究，2004年发现海南岛东海岸的高隆湾、长圮港、龙湾、新村港和黎安港的海草种类有2科6属8种海草，分别是海菖蒲、泰来草、单脉二药草、喜盐草、圆叶丝粉草、针叶草、齿叶丝粉草和小喜盐草，至2013年仅发现2科5属5种海草，即单脉二药草、针叶草、海菖蒲、泰来草和卵叶喜盐草。2004~2013年海南岛东部沿海海草床整体平均覆盖度总体上呈下降趋势，从2004年的58.60%到2013年的21.12%；平均密度总体上呈下降趋势，从2004年的1756株/m 2 下降到2013年的223株/m 2 ；平均生物量总体上保持稳定，从2004年的348.00 g/m 2 到2013年的388.87 g/m 2 。 2.2. 广西海草床现状 长期以来，业内认为广西的海草只分布于合浦一带，其海草床的面积为5.4 km 2 ，主要种类为卵叶喜盐草和日本鳗草，混有少量单脉二药草和贝克喜盐草。范航清等 [ 4 ] 2000年在防城港市的珍珠港的黄鱼万红树林外缘发现约0.01 km 2 茂密的海草，后鉴定为日本鳗草；2003年在珍珠港的浅水下发现较大面积的日本鳗草，生物量为66.4 g/m 2 ，平均覆盖率为52.2%，平均密度为1940株/m 2 ；在北海大冠沙的养殖排水口发现少量的日本鳗草；2007年在北海竹山盐场发现约0.001 km 2 的日本鳗草、单脉二药草和卵叶喜盐草的混生海草床。因此，现在业内认为广西的海草主要分布在合浦沙田一带海域和防城港的珍珠港，珍珠港海草床面积为1.5 km 2 ，主要种类为日本鳗草，混有少量的贝克喜盐草。从1987年至2002年，不少学者对广西合浦儒艮国家级自然保护区开展了海草资源方面的研究 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] ，研究结果表明淀洲沙滩涂、英罗港滩涂、英罗港口门外滩涂、淡水口滩涂、山寮九合井底、高沙头滩涂、北暮盐场海堤外滩涂和榕根山榄脚下等各区域的海草长势有逐渐衰退的趋势。 2.3. 广东海草床现状 早在2002年和2003年，黄小平等 [ 8 ] 对华南沿海地区的实地调查发现了广东海草床分布在雷州半岛的流沙湾、湛江东海岛和阳江海陵岛等地。2008年黄小平等 [ 9 ] 再次对广东沿海的海草资源进行调查研究发现了8个新的海草床，分布在柘林湾、汕尾白沙湖、惠东考洲洋、大亚湾、珠海唐家湾、上川岛、下川岛和雷州企水湾等地。2012年熊卉等 [ 10 ] 在广东湛江英罗湾高桥河口以南潮间带滩涂发现贝克喜盐草的斑块分布。广东以流沙湾海草床的面积最大，2002年曾达到9 km 2 ，主要种类包括卵叶喜盐草和单脉二药草，优势种为卵叶喜盐草，分布面积占98%以上 [ 8 ] 。至2014年，流沙湾卵叶喜盐草的全年覆盖度为28.5%，生物量9月最大(35.5 gDW/m 2 )，2月最小(2.0 gDW/m 2 ) [ 11 ] 。但由于流沙湾从20世纪90年代初开始大力发展养殖业，该海域内海水养殖规模和面积的不断扩大 [ 12 ] ，海草床面临着围网捕鱼、炸鱼电虾和挖贝耙螺等人类活动的威胁，导致养殖范围内海草已绝迹。
system: [SYSTEM]

user: 3. 华南沿岸主要海草床保护的现状 相比于欧美和澳大利亚等国家，中国的海草床保护工作起步较晚，但还是取得了一定的成绩。特别是在海南、广西和广东，开展了大量有关海草的调查，如联合国环境规划署/全球环境基金/南中国海项目“海草专题”(2002~2008年)资助下的海南、广东和广西沿海的海草资源系统普查，以及908专项支持下的海南和广西两省的海草床调查与评价等，这些调查工作初步了摸清海南、广东和广西三省沿岸的海草种类、草场分布、环境要素和胁迫因子等情况 [ 1 ] 。海南、广西和广东三省设立了海草相关的保护区，如广西合浦国家级儒艮自然保护区、广东湛江雷州海草县级保护区、海南陵水新村港与黎安港海草特别保护区，还设立了北海市海草科学监测站和广西合浦海草国际示范区。此外，海南省加大对海洋湿地保护的地方立法和研究，先后出台了《海南省自然保护区管理条例》、《海南省红树林保护规定》、《海南省珊瑚礁保护规定》、《海南省海洋环境保护规定》及其修正案等与海草湿地法律保护间接有关的地方行政法规。2012年11月7日，国务院正式批复的《海南省海洋功能区划(2011-2020年)》，规定了要加强对与海草湿地保护有关的海洋湿地海洋环境监测、维护、恢复工作，改善与海草湿地保护有关的海洋湿地海洋生态环境，禁止损害保护对象、改变与海洋湿地保护有关的海域自然属性、影响海洋环境生态的用海活动。 以上工作虽然为海草床的保护、修复打下较好的基础，但目前海草床仍然呈现退化趋势，其原因主要一是保护区执法困难，养殖活动、耙螺挖贝等人为破坏活动未能得到有效控制；二是海洋经济和城镇化的高速发展，陆源污染和养殖污染导致近海水质环境不断恶化；三是海草的重要性依然没有得到足够重视，政府宣传力度不足，民众海草保护意识的缺乏。
system: [SYSTEM]

user: 4. 海草床保护建议 随着海草床生境不断受到破坏，海草床已经危在旦夕。和其他的自然资源一样，海草床的保护既需要一些普遍性的措施，也由于其生境的独特性而有其保护措施上的特殊性。为此，提出以下建议： 1) 开展宣教工作，提高公共意识。当地居民普遍缺乏对海草的重要性的了解，他们在生活生产中经常无意地破坏了海草的生境，特别是潮间带生境的完整性和稳定性，给海草群落的可持续性带来显性和隐性的伤害。建议以学校和科研院所为主导、政府支持的方式，通过录像片、海报、宣传画和展览等形式，大力宣传、普及海洋生物多样性保护知识，提高当地居民特别是渔民的海洋自然保护意识。 2) 制定法律法规，加强管理工作。保护海草不仅需要群众意识的提高，还需要由法律法规的有力保障。目前，关于海草保护均是间接有关的法律法规，因此加快海草保护立法进度，以层级较高的法律来规范海草资源保护和管理尤为重要。同时，加强当地执法队伍建设，改善执法条件，在保护区内加大对海洋环境及海草床生态系统的监控和保护力度，严厉禁止破坏海草床的行为，使海草保护工作真正落到实处。 3) 进行科学开发，发展与保护并重。养殖活动、海洋开发及涉海工程均会对海草生境和生长产生不同程度的影响和破坏，但完全禁止这些活动则会影响到当地居民的正常生活。因此，政府应对海草场生境进行科学合理的规划和开发，让生产经营活动与海草生长在在时间与空间上错开，从而达到尽量不损害渔民经济利益，又能尽可能减少对海草床负面影响。同时，在海草床周边地区的涉海工程进行环境评价时，建议增加对海草保护的内容和措施。 4) 实施常态监测，开展海草恢复。目前，仅在广西北海有一条海草监测断面，有必要在主要海草床设立常态化监测断面，建立海草监测网络，用统一的方法和工具对主要海草资源和威胁进行长期监测，为海草床的保护恢复与有效管理提供科学依据。同时，根据监测结果有针对性地开展海草恢复工作，提升海草覆盖率和恢复海草床生态系统功能。
system: [SYSTEM]

user: 5. 总结 本文以海南、广西、广东等华南沿岸主要海草床为重点，对其种类、分布、海草床退化现状进行汇总分析，发现华南沿岸主要海草床在海草种类、覆盖面积和生物量等方面均呈现退化趋势。海南、广西、广东开展了大量有关海草的调查，并通过设立保护区或加强立法等措施加强海草床保护。但鉴于养殖活动、耙螺挖贝等人为破坏活动，以及陆源污染和养殖污染等原因，海草床生境仍然不断受到破坏。本文建议海草床保护应采取普遍性措施与特殊性措施并重的思路，并有针对性地提出了四项保护措施。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 针对新疆乌昌区雾霾天气问题，运用实地调研及气象观测等方法，分析了乌昌区雾霾天气起始范围及发生形成机理，基于此提出该区雾霾类型为主要分为烟尘污染型和水雾(水温水质)污染型，并针对性地就雾霾治理突出综合水利施策等技术方法进行研讨，为乌昌区人居环境可持续发展提供技术思路。 关键词 :乌昌区，雾霾形成，防治，分析 Copyright © 2018 by author and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 雾霾形成具有普遍和特殊性，普遍性是传统土壤尘、燃煤、生物质燃烧、汽车尾气与垃圾焚烧、工业污染和二次无机气溶胶为凝结核生成雾霾，特殊性是雾霾形成速度和扩散快、凝结核体积跳跃式和突发性增长，均与区域微生物种群及土壤、水源严重面源污染密切相关，是严重危害人体健康的常见大气污染 [ 1 ] [ 2 ] 。大范围雾霾形成有气候方面因素，从本质上粗放的经济发展模式是雾霾产生的根本原因，工业排放污染物是雾霾形成的直接原因，机动车尾气对雾霾的形成起到推波助澜的作用 [ 3 ] 。季鸣童等 [ 4 ] 认为，雾霾形成众多因素中气象条件是重要的影响因素，因此，气象对雾霾形成影响监测预报分析研究在不断推进 [ 5 ] [ 6 ] ，目前在预防雾霾污染治理措施保护生态环境方面，已有诸多 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 的探索研究，在防控层面上主要是运用规划制度、环境标准制度、环评制度、总量控制制度、区域联防制度、预警监测制度等手段监管实现对雾霾的治理 [ 10 ] ，在具体治理方法和措施方面，需要对污染源及发生的不同类型进行研究分析，提出具有针对性的治理方案措施 [ 11 ] 。本文基于新疆乌鲁木齐及昌吉区域(简称乌昌区)雾霾形成主因分析，提出该区雾霾类型主要表现为一种大面积形成的水温水质污染类型，并针对性地就相关治理问题进行探讨分析。
system: [SYSTEM]

user: 2. 区域地理环境 乌昌区是新疆经济文化中心所在地，位于新疆天山北麓中部、准噶尔盆地南缘，区域面积14，216 km 2 ，东经86˚37'~88˚58'，北纬42˚45'~45˚00'。区域内东西最长约190 km，海拔580~920 m，地势起伏悬殊，区域东南西三面环山，北部平原开阔。地势由东南向西北降低，自然坡降12‰~15‰，其走向大致为山地(海拔2500~3000 m)、山间盆地与丘陵(海拔1000~2000 m)、平原(海拔在600 m上下)。乌昌区远离海洋，属中温带大陆性干旱气候，年均降水200 mm，蒸发量达2500~3000 mm，昼夜温差大。最热7、8月，平均气温25.7℃；冬季最冷1月，平均气温−15.2℃。每年从11月至次年4月上旬长达150 d。 乌昌区地理环境具有特征为(见图1)东南西三面环山，北部好似南北走向“喇叭口”，基于天山屏障，冷空气往往滞留于盆地内，而南郊山前丘陵却有“暖带”现象。
system: [SYSTEM]

user: 3. 雾霾形成分析 3.1. 雾霾起源地 经长期观测，乌昌区域雾霾起源地基本发生在乌昌城北北沙窝子与准噶尔沙漠交界地带。乌昌西北部城区与沙漠交界地带大致是沿着甘漠公路为界。在入冬季节，自沙漠腹地向南城区方向观察，雾霾天气基本笼罩于北郊城区上空，而沙漠腹地则没有雾霾。如果从城区最南部的南山向西北观察，可见雾霾天气是由西北向南漂移并笼罩整个市区的过程。由此，可以确定雾霾起始源地为甘莫公路沿线范围。 图1. 乌鲁木齐、昌吉(乌昌区)地形分布示意图 3.2. 雾霾起源地下垫面 雾霾天气起始源地，平均海拔高程500 m，其上游南部的乌拉泊水库海拔为900 m左右，乌鲁木齐河流域以及支流下泄水，几乎全部汇集于此区(地下水自然溢出带)。同时，随着城区规模扩大，受到上游城区生活废水、工业污水、农田化肥等下泄污水的影响，该区基本为污水分布。进入冷季，气温下降，地表逐渐结冰形成冻土，而地表以下土壤深度却有源源不断温水和污水补给，因此，该区域水土始终不能完全冻结，多处于上冻下暖半冻结状态。 3.3. 冻土结冰产生的雾和霾 上世纪六七十年代，下泄的水域基本没有污染，冻土深度一般较深可达1.5 m左右，水体自上而下逐渐冻结封冰过程中，可释放短暂水雾。由此，乌昌区一般在入冬和春季化冻期出现短暂且为数不多的大雾天气，其它时段很少出现。而20多年来，尤其是近些年，起始源地整个冬季土壤层因排污水温度提高，致使冻土不能完全冰封，冻土深度不足1.0 m。冬季随着冻土厚度加深，表面冻土与底部温污水之间的接触面，水温升温降温比较活跃，表现出水、气转化较为频繁，由此产生的气溶胶露于地表，与冷空气相融合，一部分气溶胶转换为水相，使冷空气含水量增加，使得部分含有微量酸类等颗粒悬浮空气成为雾霾天气。 3.4. 冻土现象与雾霾天气 表1为乌昌区蔡家湖、米泉、乌鲁木齐三个气象站多年平均(2006~2015年)主要气象因素与雾霾发生天气信息，由统计结果可以看出，夏季5至10月间，由于无冻土几乎没有持续雾霾天气出现；初冬10月间雾霾平均发生0.1~2.3 d；入冬11月雾霾平均发生5.1~8.0 d；冬季寒冷12至次年2月雾霾平均发生7.4~15.5 d；解冻的3至4月雾霾平均发生0.1~6.7 d。观测分析表明，乌昌区入冬冷季开始，随着冻土形成霾的天数也随之增加；春季冻土融化覆盖消失，雾霾天气(气溶胶)消散。乌昌区雾霾始源地主要为下游 Table 1 Observation and statistics of meteorological factors and haze days in Wuchang Distric 月份 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 气压(hPa) 979.8 975.9 972.1 966.4 962.5 957.1 955.2 958.4 964.2 970.9 974.8 979.3 湿度(%) 77.7 78.5 68.1 44.3 38.5 42.3 45.3 45.7 46.8 57.5 76.6 81.0 气温(℃) −19.0 −13.3 −0.6 13.1 19.5 24.6 26.0 23.9 17.3 9.1 −1.5 −14.0 冻土(cm) 76.4 84.7 81.8 34.5 4.8 22.7 52.6 雾霾(d) 9.2 11.0 6.7 1.3 1.0 1.0 2.1 8.0 10.7 表1. 乌昌区气象因素与雾霾天数观测统计 蔡家湖气象观测站 米泉气象观测站 乌鲁木齐气象观测站 北沙窝子与准噶尔沙漠交界的地下水溢出带，水域在上冻下暖情况下极易形成雾和霾，冻土变化对雾霾天气影响明显。 3.5. 下游容泄区污水源与雾霾 霾颗粒的化学成分主要为硫酸和硝酸类。上世纪乌昌区上游钢铁和石化等厂生产，废水多直接排放于下游北沙窝子污水容泄区。近十多年来，厂区工业污水兴建了污水库围堰等措施，城区陆续兴建污水处理厂，处理水大部分供应工业生产和少量林地灌溉。但仍有些厂家存在偷排现象，北沙窝子“酱油河”现象仍存在。乌昌区分布有米东区、五家渠市、头屯河区、昌吉市等区市，沙漠边缘城郊区域有6.7万hm 2 农田，农田当年未利用化肥积存于浅层地下水，尤其是大面积大水量冬灌，助推了向下游北沙窝子污水容泄区。乌昌城区人口近450万人，洗浴肥皂水，洗菜水，人体排放尿酸粪便等废水形成硝酸类，通过地下污水管道排向下游容泄区，且下泄废水温度较高。北沙窝子污水容泄区，原本是动物栖息地，目前动物群体数量由千余只锐减至几十只，野生飞禽走兽死尸寻出可见，已成为死亡地带。下游容泄区污水中硫酸、硝酸盐类与水互溶，流动基本与水体一致。但在冷季冻土结冰结晶时，水与污染物会明显分离开来。冻土表部水质比较清洁，而底部相对浑浊，冻土与底部温污水接触面之间形成温差，产生冷热和体积大小变化，在冻土覆盖压力和保温等多种作用下形成含有霾颗粒的水气溶胶。 3.6. 输送介质与雾霾 乌昌区热岛效应比较活跃，从本质上分析，乌昌区工厂以及汽车等排放的尾气只造成了烟雾型雾霾的原因，类似“伦敦烟雾”现象，通过减排是可以解决的，但是工厂和汽车所排放的热量是增加城市热岛效应升温的主要热源，这表现在乌昌区虽然采取大面积“煤改气”工程，虽然出现过几年的蓝天天气，但是目前雾霾依旧有增无减。城区主要热源包括：工业生产烟囱排放热量、居民生活供热站烟囱排放、汽车尾气排出热量，尤其煤改气排出的温度相对高，加之交通拥堵时，热气排热形成上升热气团。城区尾气热源形成的温度明显高于外围郊区。热气流上升，郊外冷空气不断补充，空气产生流动，使得冻土区含有霾粒子气溶胶(湿气)，被携带输送冷空气，增加了空气湿度和黏结度，同时运移过程二次吸收城区排放烟尘，颜色由浅白色雾变为黑褐色的霾，进入冷季雾霾频繁出现。 气象天气过程与雾霾有一定影响。当高压冷气来临城区空域时，即便加剧冻土增厚析出气溶胶，但是高压冷空气抑制热气上升能力，循环输送能力相对减弱，随即雾霾消散。降雪天气时，虽然冻土依旧析出有气溶胶，但被掩埋隔绝于雪下，阻止气溶胶汇入大气，等大雪稍有融化会出现新一轮雾霾天气。
system: [SYSTEM]

user: 4. 雾霾防治措施 近年来，乌昌区在雾霾防治措施方面，主要是完善空气质量监测，建立空气质量发布体系和重污染天气预警机制，并以广播电视、网络等媒体向社会发布空气质量和雾霾等重污染天气预警信息；加强在建工地围挡防尘、车辆冲砂消尘、洒水防尘管理；加强对重污染行业监控设施建设和管理执法监督及违规处罚力度，严格控制污染物排放；加强车辆尾气环保检测，提高车辆尾气检测合格率等。这些措施对乌昌区雾霾防治起到了作用，但这些方案措施对每年冬、春之季乌昌区雾霾防治，尚缺乏系统有效的针对性。经观测和综合分析认为，乌昌区入冬时节雾霾成因是水温水质污染型雾霾，换言之是乌昌区下游北沙窝子污水容泄区这一根源所产生的。因此，治理雾霾应致力于清洁水质水源，冷水排放，采取系统的水利综合防治措施。 乌昌区城市热岛效应，针对所排放的热源应该采取冷气排放综合措施，降低热气循环输送能力。关于乌昌区下游北沙窝子污水容泄区的治理问题，需要从减少或根除下游容泄区污水排泄，以及消除污水容泄区雾霾发生的技术处理两方面考虑综合治理。一是从乌昌区上中下游大面积农田节水入手，改变农业农耕生产方式，采取大面积林草养畜等措施，根本消除化肥农药污染，提高土壤肥力净化农田生态环境。大力发展节水农业工程及管理技术，通过节约水资源向下游增加洁净水排放量，以便稀释积存污水。对工业园区进行严格的水资源利用管理和环保监控，确保一滴污水不出工业园区，对于市政生活废水，应从专用排污工程技术方面，针对污染废水大小程度等情况进行输水管改造并提出对应的工程管理措施。二是针对下游容泄区污水排泄水源污染面大，进一步开展容泄区污水土壤水文环境、冬春气候与雾霾发生发展关系研究，在研究分析的基础上提出雾霾源防治新技术新方法的创新应用，从根本上解决乌昌区冬春之季节雾霾天气频发问题。
system: [SYSTEM]

user: 5. 结论 乌昌区冬春季节雾霾频繁发生，其影响因素虽然是多方面的，但从引起雾霾发生发展的污染源和类型综合考察分析认为，乌昌区雾霾起源地为乌昌城北下游北沙窝子与准噶尔沙漠交界地的大面积范围污水容泄区，基于该区雾霾类型主要是水温水质污染类型，提出了乌昌区下游北沙窝子污水容泄区雾霾综合施策，一是尽量减少下游容泄区污水排泄，二是实施消除污水容泄区雾霾发生的处理技术研究。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 本文提出了一种新的基于材料光致变色特性来制造超高分辨率纳米结构技术。这种方法可以大大简化目前复杂的超高分辨率加工配置。同时，通过理论模拟圆环光束的大小对聚焦区域光强分布的影响，发现当环状聚焦光大小为60 nm，光致变色层厚度为0.1 µm时可以实现87 nm的“纳米刻针”系统。 关键词 :超分辨，纳米加工，光刻技术 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
system: [SYSTEM]

user: 1. 背景介绍 近些年来，纳米级设备的应用被广泛的报道，例如：负性反射率的人造超材料 [ 1 ] ，光子结构控制光流 [ 2 ] (即光子晶体，波导)，以及大容量的光学数据存储设备 [ 3 ] 。微小的纳米结构可以通过电子束光刻来实现。然而，其实验过程相当复杂，而且实验设备非常昂贵。利用光学显微镜在光敏材料上进行加工相较而言比较便宜而且方便。但是，由于光的衍射特性，能够被加工的最小尺寸，通常限制在所用光的波长的一半。几种有效的方法被提了出来以提高光学光刻加工的分辨率。Min Gu等利用径向偏振光束采用双光子吸收机制制作了一种高容量的磁盘(高达3 TB) [ 4 ] 。Scott等人利用光敏材料的光引发以及光抑制特性制作了一种次衍射结构(100 nm) [ 5 ] 。类似于STED显微镜，在这种方法中，写入光束被紧紧地聚焦在光敏材料上，随后引入第二光束来抑制抗蚀剂的聚合，这道光束在聚焦区域具有环状分布的。由于受到抑制，位于环状中心的光敏材料得以聚合。Min Gu等利用高感光性的树脂的快速固化特性进一步改进了这一方法 [ 6 ] 。 此外，吸光度调制光学光刻(AMOL) [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 也是一个有效的光学制造方法。这种方法是基于光致变色材料的光学性能。本论文里面，主要通过环形光调制光致变色材料的吸收光谱来实现间接调制激光直写光源来达到超分辨率纳米探针的效果。文章结构安排如下，在第一段介绍激光制造领域的现状。第二段里面主要介绍光致变色材料光学特性以及获得超分辨激光纳米探针的方法。第三段主要介绍理论模拟方法以及实现87 nm光学探针的系统要求。我们的结果在最后段里面得到总结。
system: [SYSTEM]

user: 2. 光致变色材料光学属性及ASML光学系统 如图1(a)所示，光致变色材料有两种吸收状态A和B。光λ 2 在状态A被强烈地吸收，然而在状态B几乎不被吸收。当光致变色材料被光λ 1 照射时，其对光致变色层的吸收状态从状态A转变到了状态B，当被光λ 2 照射时，其又将从状态B转换回它的初始状态A。 AMOL的示意图如图1(b)所示，它由两个光源组成。一个是写入光束，写入光束在聚焦区域引起了Airy斑(图2(a)中的蓝色曲线)。另一个是“擦除”光束λ 2 ，擦除光束在聚焦区域呈现环形分布(图2(a)中的绿色曲线)。我们在目标样品上涂了一层光致变色材料(即光致抗蚀剂)。 聚焦区域的细节如图2(b)所示。由于呈现环状分步的光束λ 2 的存在，在聚焦区域的光致变色层的吸收特性呈现不均匀分布。被光束λ 2 照射的区域，有对写入光束λ 1 有很强的吸收，而位于环状中心的区域几乎不吸收写入光束λ 1 。由于吸收层的缘故，聚集区域的光场分布被有效地调制。有几个因素会影响到聚焦区域的特性：环状区域的直径大小(f)，光致变色层的厚度(t)、吸收系数 σ A ，这里，我们假设 σ B = 0 。
system: [SYSTEM]

user: 3. 理论模拟光在ASML系统中的强度分布 据我们所知，关于材料吸收特性的矢量Debye理论尚有待研究。在这里，我们利用矢量Debye理论 图1. (a) 光致变色材料光学特性示意图。此材料在状态A情况下对于光λ 1 有着很强的吸收，在状态B下对于光λ 1 透明；(b) 超高分辨率AMOL加工技术示意图。很薄的光致变色材料镀在被加工的光敏材料上。激光直写光λ 1 聚焦在物体上形成Airy斑。光λ 2 ，也叫“擦除斑”，经过vortex盘照射在物体上，行程环形光斑。DM：分色镜 Figure 2 . (a) 两种激光在物镜交面上的电磁场强度分布。λ1 为蓝线，λ2 为绿线；(b) λ1 通过光致变色层的传播情况。 由于环形光的原因，光致变色材料被λ2 照射过的地方对于λ1 光的吸收系数改变为σA，而中间部分φ对于λ1 光吸收系 数σB，几乎为零。光致变色材料厚度为t 首次提出数值计算结果。具体的数学公式的推导将已在论文 [ 11 ] 中讨论过。在这一部分，我们主要是关于这些因素的理论研究。我们的目标是生成小尺寸但是具有合适的强度的纳米级刻针来用于超高分辨率的光学制造。 在数值计算中，我们假设光致变色层与光致抗蚀剂交界处没有反射。在低吸收率的情况下， σ A = 1 × 10 6 [ l / ( mol ⋅ cm ) ] ，在聚焦区域的光强分布是关于光致变色层厚度(t)的函数，如图3所示。图中白线的内部区域表示光致变色材料处于状态A。符号“Ref”表示在没有吸收层条件下的光强分布。数值参数：NA = 0.6，n = 1，圆环直径f = 200 nm，λ 1 = 532 nm。显然，当光致变色层的厚度从0增加到1 μm时，聚焦区域的场分布被有效调制。EM场沿光轴方向衰减剧烈，径向方向衰减也很明显。然而，由于吸收系数 σ A 不够高，圆环直径较大(f = 200 nm)，在径向方向的限制没有很好的增强。在理想情况下，目标位置上的聚焦光斑的尺寸应该是在230 nm (t = 0.9 µm)。 图4显示了具有高吸收的 ( σ A ( 6.8 × 10 6 [ l / ( mol ⋅ cm ) ] ) ) 以及小的环状尺寸(f = 60 nm)的聚焦光斑的强度分布的计算。很明显，当光线到达底层目标材料时，聚焦光斑尺寸显著减小。然而与参考PSF相比，在吸收层的存在下，聚焦光斑的强度显著减小。当光致变色层厚度大于0.5 µm时，强度降到了0。在光学成像光学加工的情况，聚焦光斑的大小和强度都特别重要。如果光的强度比较小，例如在光致抗蚀剂 当光致变色材料厚度t 变化是光在交面上分布情况。这里采用的相关参数是：NA = 0.6， n = 1.0， f = 200 nm， σ A = 1 × 10 6 [ l / ( mol ⋅ cm ) ]  蓝色柱子所代表的是焦点处强度分布的半高宽。红色柱子所代表的是纳米探针最高值和参考光最高强度的 比值。从上到下这五个图是当φ从20 nm~100 nm 半高宽和强度比值的分布图。蓝色虚线圈出的地方是相对最好的几 个参数的搭配结果。此时FWHM = 87 nm 又拥有着70% of 高强度光分布。这里所使用的参数是 NA = 0.6， n = 1.0， f = 60 nm， σ A = 6.8 × 10 6 [ l / ( mol ⋅ cm ) ] 的聚合作用下，所期望的结构不能被实现。利用一个高强度的吸收层 ( σ A ( 6.8 × 10 6 [ l / ( mol ⋅ cm ) ] ) ) ，我们研究了圆环光束的大小(f)，对聚焦区域光强分布的影响。计算结果如图5所示。红色条表示计算得到的聚焦光斑的FWHM的横向尺寸(在样品的表面)。蓝色条表示聚焦区域的峰值强度，这依据参考情况(无光致变色层) (参考PSF)进行了标准化。 我们研究了圆环大小，f从20 nm到100 nm的变化范围。很明显，在厚的吸收层区域(t > 0.5 µm)，当f小于50 nm时(图5(a)，(图5(b))，聚焦光斑尺寸小于λ/10。然而，在这些范围内，光的强度降低到仅1%的参考PSF。这样高的能量损失不适用于类似双光子吸收聚合等应用。然而，对于低单光子(LOPA)吸收显微镜 [ 10 ] [ 11 ] 可能是一个很好的工具。主要是由于这种方法不需要高强度的激励光束。当f比较大的时候(图5(e))，聚焦区域的大小不再限于纳米级(>100 nm)。图5(c)呈现了焦点大小和强度大小的较乐观情况。这表明，当厚度t = 0.1 µm (绿色虚线环)时，聚焦光斑的大小仅为87 nm，聚焦强度保留了总强度的70%以上。这个小尺寸高强度的“纳米刻针”，可用于许多应用场景，如超高分辨率光学结构的制作，纳米器件等。
system: [SYSTEM]

user: 4. 结论 在本中，提出了一种新的基于材料光致变色特性来制造超高分辨率纳米结构技术。这种方法可以大大简化目前复杂的三维超高分辨率显微镜配置。仅仅利用一个暗环振幅掩模调制的光源，就能够生成三维圆环聚焦点。然后，根据光致变色材料的光学特性，我们理论上提出了一种能够产生87 nm聚焦光斑的“纳米刻针”系统。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 我们研究了在微波场作用下单层石墨烯势阱结构的透射几率、电导、散粒噪声、Fano因子随含时周期势强度和系统结构参数(入射能量、势垒宽度)的变化规律。我们发现，由于微波场的存在，系统的电导、散粒噪声和Fano因子将会被增强。同时，我们可以通过调制含时周期势的强度和系统的结构参数来控制电子的输运。我们希望这些工作能够对以单层石墨烯为基础的电子仪器的设计提供有价值的参考。 关键词 :石墨烯，透射系数，电导，散粒噪声，Fano因子 Copyright © 2018 by author and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 随着石墨烯的发现(石墨单原子层) [ 1 ] ，人们对石墨烯的电子输运性质一直存在着极大的实验和理论上的研究兴趣。石墨烯是碳原子构成的单层密集的蜂窝晶格，它也可以被看作是从石墨中拉出的单个的碳原子层或展开的单壁碳纳米管。单层石墨中准粒子的低能动力学相当于相对论费米子，在形式上由狄拉克哈密顿所描述 H ^ 0 = − i ℏ v F σ ⋅ ∇ (1) 其中， v F = 10 6   m / s 费米速度， σ = ( σ x ， σ y ) 是泡利矩阵。临近布里渊区中的石墨烯 具有线性能谱 E = ℏ v F k 。粒子的手性性质和线性能谱使石墨烯存在许多独特的电子传输性质量，如非正常霍尔效应 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] ，特殊安德列夫反射 [ 6 ] [ 7 ] ，最小有限电导等等 [ 2 ] [ 8 ] 。不同于传统的非相对论的隧穿，Klein佯谬预测，相对论电子能够以完美透射穿过高的势垒，与此相反，在非相对论的条件下，透射概率随着势垒高度的增加而指数衰减 [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] 。 现在技术的进步使得人们研究光子辅助隧穿(PAT)成为了可能。在由Dayem和Martin进行的早期研究中，提供了微波场作用下超导薄膜当中光子辅助隧穿的实验证据 [ 14 ] 。随后，Tien和Gordon第一次对这些实验观察给出了理论解释 [ 15 ] 。Pedersen和Buttiker经过研究获得样品被施加到接触振荡电压情况下波动的频谱 [ 16 ] 。Zeb等人研究了狄拉克电子单层单势垒石墨烯中有时变外场作用下的输运性质。他们通过研究发现在有时变外场的情况下，随着结构参数的变化，系统的输运性质将会发生很大变化。但是，由于粒子的手征性质，当狄拉克电子是正入射或者接近正入射的时候，系统仍然存在Klein遂穿(完全透射) [ 17 ] 。通过散射矩阵的方法，Wagner和其它研究者详细研究了量子势垒和势阱在振荡势 V cos ω t 作用下光辅运输性质随各项势参数变化的关系 [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] 。 随着单电子器件的快速发展，对散粒噪声的研究越来越受到了人们的重视，作为电荷量子化结果的散粒噪声将会影响到仪器的性能。同时，通过研究散粒噪声，人们可以发现介观体系的输运机制，并获得比电导更多的信息，例如：确定与输运相关的准粒子的统计和电荷信息等 [ 21 ] 。Schottky’s公式 S p = 2 e 〈 I 〉 涉及到泊松噪声，它与宏观系统的泊松分布相对应 [ 22 ] 。Fano因子定义为散粒噪声谱密度S除以S p 例如：F = S/S p ， Fano因子描述了散粒噪声的泊松值1的偏离类型。散粒噪声由此被划分为次泊松分布(F < 1)，泊松分布(F = 1)，和超泊松分布(F > 1)三种类型 [ 23 ] 。 在本文中，我们研究了含时周期势作用下电子在单势垒石墨烯结构中的输运性质。我们对系统的透射几率、角平均电导、散粒噪声和Fano因子进行了数值研究。结果显示，在有时变周期势的作用下，电子在石墨烯当中的输运性质将会发生很大改变。由于时变周期势的存在，系统的电导、散粒噪声和 Fano因子将会被增强。我们也可以通过调整结构参数和时变周期势强度 α ( α = V 1 ℏ ω ) 来调控系统的输运性质。
system: [SYSTEM]

user: 2. 理论和模型 我们采用和文献 [ 17 ] 一致的模型进行研究。假定xy平面的石墨烯片，一个方形的势垒被设置在x方向，在y方向上电荷载流子是自由的，静态方势垒的宽度为a，高度是V，时变周期势的振幅为V 1 频率为ω。具有入射能量E的载流子从石墨烯中势垒的一侧以ϕ 0 入射角沿着x轴方向入射。系统的哈密顿量H 可以写成如下的形式： H = H 0 + H 1 (2) 其中 H 0 = − i ℏ v F σ ⋅ ∇ + V ，     H 1 = V 1 cos (ωt) 通过求解无时变周期势情况下的Dirac方程 [ 13 ] ，通过求解无时变周期势情况下的Dirac方程 ( ψ z ( x ， y ， E ， t ) ) 为： ψ z ( x ， y ， E ， t ) = e i k y y ∑ l = − ∞ ∞ [ A z ， l ( 1 s z ， l e i ϕ z ， l ) e i k z ， l x + ( 1 − δ z ， 3 ) B z ， l ( 1 − s z ， l e − i ϕ z ， l ) e − i k z ， l x ] e − i ( E + l ℏ ω ) t / ℏ       × [ δ z ， 2 ∑ m = − ∞ ∞ J m ( V 1 ℏ ω ) e − i m ℏ ω t / ℏ + ( 1 − δ z ， 2 ) ] (3) 在这里k z，l ，k y 分别是沿着x和y方向的波矢， J m ( V 1 ℏ ω ) 是m阶贝塞尔函数，δ z ，2 ，δ z ，3 是狄利克雷函数，分别代表不同的区域 x < 0 ， 0 < x < a ， x > a 。在区 ，反射峰值为 r l = B 1 ， l ，透射峰值为 t l = A 3 ， l         and         s 1 ， l = s 3 ， l = sgn ( E + l ℏ ω ) ，   s 2 ， l = sgn ( E − V + l ℏ ω ) ， k = E ℏ v F ，   k y = E sin ϕ ，   k 1 ， l = k 3 ， l = ( E + l ℏ ω ℏ v f ) 2 − k y 2 ，   k 2 ， l = ( E − V + l ℏ ω ℏ v f ) 2 − k y 2 ，   ϕ 1 ， l = ϕ 3 ， l = tan − 1 ( k y k 1 ， l ) ，   ϕ 2 ， l = tan − 1 ( k y k 2 ， l ) . 通过运用波函数在边界处的连续性： x = 0 ， a ， i . e . ， ψ 1 ( 0 ， y ， E ， t ) = ψ 2 ( 0 ， y ， E ， t ) ， ψ 2 ( a ， y ， E ， t ) = ψ 3 ( a ， y ， E ， t ) ，我们就可以获得如下的方程组。 δ 0 ， n + B 1 ， n = A 2 ， n + B 2 ， n ， (4) δ 0 ， n e i ϕ 1 ， n − s 1 ， n B 1 ， n e − i ϕ 1 ， n = s 2 ， n ( A 2 ， n e i ϕ 2 ， n − B 2 ， n e − i ϕ 2 ， n ) ， (5) ( A 2 ， n e i k 2 ， n a + B 2 ， n − i k 2 ， n a ) = ∑ l = − ∞ ∞ ( A 3 ， l e i k 3 ， l a + B 3 ， l e − i k 3 ， l a ) J n − l ( V 1 ℏ ω ) ， (6) s 2 ， n ( A 2 ， n e i ϕ 2 ， n e i k 2 ， n a − B 2 ， n e − i ϕ 2 ， n e − i k 2 ， n a ) = ∑ l = − ∞ ∞ s 3 ， l ( A 3 ， l e i ϕ 3 ， l e i k 3 ， l a − B 3 ， l e − i ϕ 3 ， l e − i k 3 ， l a ) × J n − l ( V 1 ℏ ω ) ， (7) 通过求解以上联立方程，就可以得到各个边带的透射系数 T n [ 17 ] 。 对于零频分量，根据B¨uttiker公式 [ 24 ] ，在零温下，该系统的角平均电导由下式给出 G = G 0 ∑ n = − ∞ ∞ ∫ − π / 2 π / 2 T n cos [ ϕ 0 ] d ϕ 0 (8) 系统的散粒噪声(S)和Fano因子(F)可以表示为 [ 25 ] [ 26 ] S = S 0 ∑ n = − ∞ ∞ ∫ 0 π / 2 T n ( 1 − T n ) cos [ ϕ 0 ] d ϕ 0 (9) F = ∑ n = − ∞ ∞ ∫ − π / 2 π / 2 T n cos [ ϕ 0 ] d ϕ 0 ∑ n = − ∞ ∞ ∫ − π / 2 π / 2 T n ( 1 − T n ) cos [ ϕ 0 ] d ϕ 0 (10) 其中， ， S 0 = 16 e 3 V h E W π ℏ v F ，E是入射能量。将 T n 分别代入(8)、(9)、(10)，就可以数值计算 时变周期势作用下单势垒结构石墨烯体系的电导、散粒噪声和Fano因子。