DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 3. 物质主义的成因 3.1. 家庭因素 家庭经济条件对物质主义的作用已有大量研究。Kasser等人(1995)的研究发现，18岁的青少年中，经济状况较差的比家庭条件较好的更看重经济上的成功。Twenge和Kasser (Twenge & Kasser， 2013)在1976年至2007年间对美国青少年的大样本研究也发现儿童期的家庭生活水平对10年后的物质主义水平有负向预测作用。国内也有研究发现个体的主观家庭社会阶层与物质主义显著负相关(夏婷等，2017)。 家庭关系尤其是父母的矛盾或离异是研究者关注的另一个家庭因素。Flouri (2004)的研究发现父母间的矛盾会使儿童的形成物质主义价值观。Grougiou和Moschis (2015)的研究表明童年期的破坏性家庭事件会损害个体社会经济地位和自尊心，造成物质主义的发展。Richins (2017)提出了影响物质主义的三个养育变量：父母是否对孩子使用导向性的沟通方式，父母的温暖，物质养育——在与孩子的互动中使用物质奖励和惩罚，这些因素都会影响到孩子物质主义的形成。 3.2. 社会因素 社会因素的作用主要体现在两个个方面：一是社会学习。儿童会模仿父母的价值观并认同内化，形成自己的价值观。尽管有研究发现儿童与其父母的物质主义程度存在显著相关(Banerjee & Dittmar， 2008)，但相关研究已排除了这种关系具有遗传基础的可能性(Giddens et al.， 2009)。因此，物质主义更有可能是通过学习获得的。广告也促进了物质主义，因为它旨在唤起人们对产品的欲望，广告宣传了一种思想，即财产是重要的，只有物质财产才能获得美、成功和幸福等令人向往的品质(Buijzen & Valkenburg， 2003)。 二是社会比较。儿童的社会比较也是物质主义形成的重要原因。经常与同伴进行交流且容易受同伴影响的个体会进行更多的社会比较，物质主义更高(Chan & Prendergast， 2007)。广告中的理想化形象会导致消费者不自觉地将自己的生活与理想化广告图像中所代表的生活进行比较，从而有更高的物质主义水平(Isaksen & Roper， 2008)。Kim等人(2017)通过实验证明了社会比较和物质主义间的因果关系，不利的社会比较使得被试把获得经济成功放在了更重要的位置，社会比较增强了个体的物质主义。 3.3. 心理不安全感 个体的不安全感会使他们把物质主义作为一种补偿策略来减少痛苦和焦虑。Kasser和Sheldon (2000)的实验发现在死亡凸显条件下的被试表现出了更高水平的物质主义。回忆起被同伴拒绝的经历会使青少年的物质主义水平更高(Jiang et al.， 2015)。另有研究发现，采用奉承和请求的自我表现方式的个体，物质主义程度更高，这两种自我表现方式会使被试感受到更多的无助感和更少的力量感，因此他们更倾向于通过积累财物来消除这种不安全感(Christopher et al.， 2005)。王予灵等(2016)在实验室情境中启动了个体的存在不安全感，结果发现，高存在不安全感组的个体内隐物质主义态度显著高于低存在不安全感组，物质主义是个体应对存在不安全感的一种策略，该策略可以满足个体寻求确认和控制的需要。
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user: 4. 物质主义的影响 4.1. 物质主义与消费行为 研究发现个体的高物质主义与高消费有显著相关，尤其是消费有助于个体的地位和形象的建立时(Kasser， 2016)。高物质主义的个体在金钱管理方面更宽松，理财技能更差(Donnelly et al.， 2013)。Dittmar等(2014)的元分析结果显示物质主义和强迫性消费间存在显著正相关，高物质主义的个体更难抑制自己的购买冲动。物质主义也与增加享乐主义、形象和地位的消费行为和态度间存在正相关，这些行为不仅经常涉及香烟、酒精等的消费，而且往往具有强烈的享乐主义成分。高物质主义者更关注地位，他们通常报告说想赚钱的原因是为了拥有比邻居更好的汽车和房子(Srivastava et al.， 2001)。王洁等(2014)的元分析结果显示物质主义及其维度均对强迫性购物有预测作用。 4.2. 物质主义与幸福感 根据自我决定理论(SDT)，个体的幸福感主要取决于自主性、能力感和归属感这三种基本心理需要的满足(Ryan & Deci， 2000)，而物质主义恰恰阻滞了这三种基本心理需要的满足，因此不利于幸福感的产生(陈勇杰，姚梅林，2012)。大量研究证实了物质主义和个体的幸福感之间的负相关。Dittmar等人(2014)对258个独立样本进行了元分析，结果显示物质主义和个体的幸福感之间存在中等程度的负相关(r = −0.15)。跨时间(从6个月到12年)和跨国家(挪威、美国)的研究均显示，物质主义的降低与幸福感的提高间存在正相关(Hellevik， 2003; Kasser et al.， 2014) 。周开济等(2018)对国内外基于中国样本的研究进行元分析，结果表明物质主义与主观幸福感存在中等程度的负相关(r = −0.20)。 4.3. 物质主义与社会态度和行为 由于物质主义与仁爱、家庭、社会等观念间的冲突，大量研究表明，物质主义与人际关系问题和对他人更消极的态度有关。与低物质主义者相比，高物质主义者会经常陷入孤独的恶性循环中(Pieters， 2013)，有更多的焦虑型依恋(Norris et al.， 2012)，在平衡家庭和工作方面遇到更多困难(Promislo et al.， 2010)。物质主义会使人们更少关注环境和参与公共事务，减少与家人相处的时间，减少对社会问题的关注，有更少的慈善捐款等(Kasser & Ahuvia， 2002)。在囚徒困境游戏中，即使与朋友一起玩，物质主义得分也能预测更多的竞争性和更少的合作性的行为(Sheldon & McGregor， 2000)。李原(2014)以城市居民为研究对象，研究结果也表明物质主义与人际信任显著负相关。
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user: 5. 研究展望 以往的大量研究发现了物质主义的负面影响，但是关于如何干预和缓解物质主义带来的影响方面，还有很大的研究空间。Kasser (2016)总结了减轻物质主义的三种策略，主要包括激活与物质主义相反的价值观或目标，减少对环境中相关信息和价值观的接触和影响，帮助人们减轻不安全感、威胁感和对无法满足自身需要的担心。王静等(2019)指出缓解物质主义需要积极营造减少物质主义价值观的社会氛围，需要积极借鉴传统文化中的合理价值要素，积极鼓励个体对自身内在价值的提升及追求。然而已有研究大多数是一次或几次的短期干预，干预是否会对物质主义产生持久性改变是今后研究要解决的问题。另外，干预措施的作用机制也尚不明确，需要进一步探究。 近年来，研究者也开始关注物质主义的积极效应。Sagiv和Schwartz (2000)认为价值观与幸福感的关系取决于价值观与环境支持的匹配程度。他们对商学院和心理学院的大学生的研究发现，物质主义对商学院的大学生的作用并不是消极的，因为他们所处的环境支持和鼓励这种价值观。Shrum等人(2013)提出应当强调物质主义对主观幸福感的双重影响，李静等(2017)也从不安全感的补偿策略和工具性物质主义方面探讨了物质主义的积极影响。今后对于物质主义价值观，应从更全面的角度进行分析，未来研究可以继续从整合的视角考察物质主义的影响。
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user: 摘要 环境持久性自由基(Environmental Persistent Free Radicals， EPFRs)是一种新型且具有潜在环境风险的物质。与短寿命自由基相比，其具有较强的环境持久性，可以在介质中长期存在，甚至不消失。它可以破坏人体的正常细胞，诱发DNA突变，导致肺功能障碍，加快人体衰老速度，提高患病的几率。同时，含有EPFRs的活性物质还可能对污染物有直接或间接的降解作用。目前对于EPFRs的研究尚处于起步阶段。本文讲述了EPFRs的形成机制、测试方法、半衰期、存在介质、影响因素以及催化降解作用，重点论述了判定EPFRs类型的方法以及其形成路径——前驱体分子与过渡金属之间的电子得失，其次论述了环境持久性自由基在固体、液体和气体介质中均存在，最后展望了EPFRs的研究前景，包括反应条件对EPFRs产量和类型的影响以及EPFRs对有机或无机污染物转化的影响。
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user: 1. 引言 自由基(free radicals)是指分子在光、热、辐射等外界条件下，通过氧化还原反应，共价键发生断裂形成的原子或者分子基团 [ 1 ]，其含有一个或多个未配对电子。自由基在燃烧反应、化学反应、聚合反应等过程中扮演必不可少的角色，当自由基与非自由基的化合物发生化学反应时，可以形成其它自由基 [ 2 ]。对人体而言，自由基是具有强氧化性物质 [ 3 ]，直接损害机体，导致细胞内大分子物质损伤，引起慢性疾病及衰老效应 [ 4 ]，自由基还会攻击免疫系统中淋巴细胞，使人体免疫功能下降 [ 5 ]，另外，人体的基因分子结构遭到自由基破坏后，基因发生突变，最终使整个生命体系发生系统性的混乱 [ 6 ]。三苯甲基自由基是人类历史上首次被发现和证实的自由基，由美国化学家Gomberg于1900年发现 [ 7 ]。1929年奥地利化学家Paneth等人第一次由四甲基铅热分解得到了甲基自由基 [ 8 ]，但是甲基自由基只要0.1秒就会相互结合生成乙烷气体。自由基理论是由英国Harman博士首次提出 [ 9 ]，随后理论得到不断完善和丰富。Leighton在1961年第一次提出自由基在污染的空气中出现 [ 10 ]，包括烃基自由基(R·)、过氧自由基(ROO·包括HO 2 ·)、酞基自由基(RCO·)、过氧酰基和过氧烷基自由基(RO·包括HO·)，这些自由基存在时间非常短暂，可谓稍纵即逝。1954年Ingram [ 11 ] 和Uebersfeld [ 12 ] 提出有些自由基不会立刻消失，把这种不同于传统短寿命的自由基称为持久性自由基(Persistent Free Radicals， PFRs)，是一种共振稳定且相对不活泼的自由基，其可以持久地存在于环境介质中。随后1958年Lyons等人在香烟烟雾中发现了一种长时间存在于环境中的自由基 [ 13 ]，并在柴油和汽油燃烧的烟雾中以及家庭烟囱里的烟雾中也发现了这种自由基。直到2007年Dellinger等人 [ 14 ] 发现在燃烧系统、其他热过程的后火焰以及冷区区域，可以形成稳定且相对不反应的自由基，当持久性自由基吸附于颗粒物质表面，这种相互作用赋予自由基更强的稳定性，使得这些物质能够在环境中长久地保持 [ 14 ] [ 15 ]，因此称之为环境持久性自由基(Environmental Persistent Free Radicals， EPFRs)。 EPFRs既可以在环境中产生，也能够被释放到环境中。当EPFRs负载在不同颗粒物上，其存在形式更加复杂。同时，任何事物都具有两面性，EPFRs作为一种新型物质，不仅具有某些潜在的危险性，还可能对污染物具有直接或间接的去除作用。因此对于EPFRs的研究越来越受到关注 [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]。本文将主要阐述EPFRs的形成机制、测试方法、半衰期、存在介质、影响因素以及对污染物的催化降解作用等方面。
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user: 3. 环境持久性自由基的存在介质 EPFRs在环境中普遍存在，其分布极其广泛，能够在固体、液体和气体等介质中产生并存在。 3.1. 固体介质 在含有金属氧化物的燃烧颗粒物质中，Vejerano等人研究发现通过前驱体分子和颗粒物质的相互作用 [ 34 ] [ 37 ]，在颗粒物表面产生稳定的EPFRs。然而，EPFRs的形成不仅表现在高温的燃烧系统，还存在于土壤中，土壤有机质是一种高度复杂的非均相混合物，由弱相关的分子集合体组成 [ 73 ]，其分子部分具有类似于蛋白质的疏水性和亲水性特征 [ 74 ]，有机质中的腐殖酸和金属离子等能够与土壤中的含氯农药等有机污染物作用产生多酚类自由基 [ 66 ]。比如Jezierski等人发现土壤中的腐殖质和类腐殖质以及城市生活垃圾堆肥中有半醌类自由基存在 [ 75 ]，后来，Dela Cruz等人 [ 23 ] 收集不同的样本分别是受PCP污染和未受PCP污染的土壤，发现PCP污染土壤中的EPFRs与燃烧产生的颗粒和PM2.5上的EPFRs相似，并比未污染土壤中EPFRs浓度高30倍。另外还证实土壤的无机、有机和生物组分以及它们的相互作用，特别是粘土和金属的组合作用，能够明显影响EPFRs的形成。Wang等人研究发现 [ 76 ]，铁氧化物对PCP等污染物的吸附能力比有机质和锰氧化物等组分高7倍以上，铁氧化物通过静电吸附或者络合作用使有机污染物与土壤结合，污染物进入水—土壤体系后发生转化及降解，易产生EPFRs。因此在土壤中，EPFRs的形成来源于土壤成分(如无机矿物质，有机质和生物成分)或者金属离子等与有机污染物相互作用，有机污染物与粘土矿物的结合对EPFRs形成和稳定起着重要作用 [ 77 ]。 3.2. 液体介质 生物油是一种燃料中间体，它是生物质在高温和惰性环境下热解的产物。生物油有300多种不同的化学物质，在有利条件下，其组分会聚合并引起老化，热解生物油中存在EPFRs [ 78 ]。此外，海洋中原油经过长时间的风化作用和分散作用形成焦油球，焦油球中同样存在EPFRs，其半衰期有的可达400~600天 [ 68 ]，这种EPFRs与在燃烧产生的颗粒和污染土壤中发现的半醌型EPFRs相似。此外，Paul等人分析从欧洲地表水经反渗透分离得到的23个天然有机物质(NOM)的EPR光谱 [ 79 ]，发现NOM中自由基是半醌型自由基与以碳为中心的“芳香族”自由基，天然水的pH值对水中有机自由基的数量和种类有显著影响，而半醌型自由基在碱性pH条件下占主导地位。但是EPFRs是否能在水相或其他液相中存在还无从得知。 3.3. 气体介质 大气颗粒物由燃料燃烧产生的粗颗粒、细颗粒和超细颗粒物质组成。其大小和特性取决于燃烧源，燃料类型，季节和当地的地理环境。颗粒物中含有大量有毒和致癌物质，如多环芳烃(PAHs，不完全燃烧的产物)，醌类和半醌类有机物吸附在大气颗粒物上 [ 80 ] [ 81 ] [ 82 ]。有机化合物(醌类，烃类、PAHs等)和金属与空气中污染物发生化学反应形成颗粒，并监测到其含有较高浓度的半醌类EPFRs [ 69 ]。Dellinger等人 [ 83 ] 于2001年对美国路易斯安那州郊区空气中的PM2.5、木材燃烧的壁炉烟尘、工业废物焚烧产生的飞灰、掺有氯萘和铜的动力锅炉飞灰，以及实验室中各种卤烃燃烧产生的烟灰进行分析测定，结果显示其存在与半醌类自由基特征相似的自由基，并且发现自由基都能够在大气中无限期的稳定存在。另外Squadrito等人发现PM2.5中含有大量EPFRs [ 81 ]，这些自由基与半醌型自由基的稳定性和EPR谱图一致，并且可以在环境中稳定存在好几个月。Wang等人在烟囱烟尘和总悬浮颗粒物等环境样品中均检测到强烈的EPR信号 [ 84 ]，确定其是典型的有机自由基，这些信号在18个月后没有明显变化，并证明EPFRs来源于煤的燃烧和多环芳烃的光降解。 这里仅仅列举了自然界中EPFRs可能存在的介质，然而在生产过程中，包括负载有机物的金属纳米颗粒和金属氧化物、人工碳材料等都可能存在EPFRs，并且由于物质本身的性质不同，EPFRs产生原理、产生路径和迁移转化机制会各不相同，因此不同环境介质对EPFRs产生及存在的影响还需要进一步的研究和探讨。
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user: 4. 环境持久性自由基影响因素 在EPFRs形成过程中，各种环境因素对其有较大的影响，根据已有的研究发现，影响EPFRs种类以及产量的主要因素包括温度、加热空间气体种类以及湿度等。 4.1. 温度对环境持久性自由基的影响 4.1.1. 温度对环境持久性自由基类型的影响 自由基的形成需要外界提供能量 [ 62 ]，温度则是很好的媒介。在中低温下，提高温度有利于EPFRs生成，高温时则相反。一般而言，在较低温度下，EPFRs主要是以氧为中心的自由基，随着温度升高，g值较高的自由基会慢慢降解转化成g值较低的自由基，即以氧为中心的自由基会在高温下转变为以碳为中心的自由基 [ 85 ]。另外在较低温度下形成的氯取代自由基具有较高g值，它们会随着温度升高发生脱氯反应 [ 59 ]，形成g值较低的自由基。当前驱体分子不同时，EPFRs的g值表现出不同趋势，Dellinger等人发现氯苯和1，2-二氯苯形成的EPFRs具有较高初始g值 [ 14 ]，随着温度的升高而降低，对苯二酚、邻苯二酚和2-氯苯酚形成的EPFRs具有中等且恒定g值，但苯酚形成的苯氧自由基，g值却比较低。另外Lomnicki等人 [ 34 ] 研究苯氧基和半醌型自由基g值与温度的关系时，发现邻苯二酚和苯酚形成苯氧基自由基，其g值随温度变化相对恒定，在低温下都形成半醌型EPFRs，在高温下则形成半醌型和苯氧基型混合EPFRs；2-氯苯酚、1，2-二氯苯和氯苯形成的苯氧基自由基，其g值随着温度的升高而降低；氯苯和2-氯苯酚在低温下形成苯氧基型EPFRs，在高温下形成苯氧基型和半醌型混合EPFRs；而1，2-二氯苯在所有温度下均形成半醌型和苯氧基型混合EPFRs。Jia等人发现 [ 47 ]，EPFRs的g值随反应温度有轻微变化，随着反应温度从40℃增加到90℃，g值从2.00335逐渐增加到2.00351，形成主要是以氧碳为中心的EPFRs，也有少量含相邻氧原子的以碳为中心的EPFRs。 4.1.2. 温度对环境持久性自由基产量的影响 温度不仅影响EPFRs类型，还会影响EPFRs产量。Dela Cruz等人研究低温热处理对自由基产生的影响时 [ 36 ]，发现EPFRs产量从25℃开始逐渐增加，而在30℃时，土壤中的水分会导致五氯苯氧基自由基水解形成PCP分子 [ 51 ] [ 52 ]，EPFRs产量会表现出下降的趋势。但是当温度升到50℃时，水分连续不断的蒸发，导致EPFRs产量突然增加，在75℃时达到最大值，当温度继续升高时，EPFRs会发生重组或热分解导致产量降低 [ 36 ]。Vejerano等人研究EPFRs在Fe(III) 2 O 3 /SiO 2 表面上产生时 [ 37 ]，发现对苯二酚作为前驱体分子，其形成的EPFRs产量不随温度的变化而变化。而苯酚形成的EPFRs，产量随着温度升高而升高(150℃~350℃)，EPFRs产量在300℃~350℃时最大 [ 53 ]。另外邻苯二酚形成的EPFRs，产量随着温度的升高而增大，在200℃时达到最大值，而后EPFRs产量随着温度升高而减少。2-氯苯酚形成的苯氧基型自由基产量随温度的升高增加到最大值，随后温度升高EPFRs产量反而下降。后来Vejerano等人又研究EPFRs在Ni(II)O/SiO 2 表面上形成 [ 57 ]，发现苯酚形成的EPFRs，其产量随着温度升高而升高(150℃~350℃)，在350℃以上EPFRs产量降低，是由于苯氧自由基分解形成环戊二烯基乙烯酮化合物 [ 86 ]；对苯二酚，2-氯苯酚形成的EPFRs产量呈现单调增加；邻苯二酚形成的EPFRs产量随着的温度升高先增加后减少。Dellinger等人的研究结果表明 [ 14 ]，对苯二酚和邻苯二酚形成的EPFRs，其产量的变化与温度无关，氯苯和1，2-二氯苯形成的EPFRs，产量随温度的升高增加到最大值，而后随温度的升高而减少。Jia等人研究蒽与Fe相互作用诱发EPFRs的形成 [ 47 ]，其产量在25℃至40℃之间没有明显变化，但当反应温度进一步升高时，其产量会降低，当温度升高到75℃以上时，EPFRs的产量大致恒定，表明蒽向EPFRs转化非常有限，EPFRs产量随着反应温度的升高出现了降低的趋势，主要归因于它们在较高温度下更容易分解。 4.2. 加热空间气体对环境持久性自由基的影响 EPFRs的形成可能受到反应体系中氧气的影响，氧气可参与有机污染物的氧化或自由基中间体的分解 [ 34 ]。随着氧气浓度的增加，以碳为中心的自由基减少，以氧为中心的自由基增加，因为氧气会氧化以碳为中心的自由基，使之变成以氧为中心的自由基。Dela Cruz等人发现PCP分子在开放的系统中热解 [ 36 ]，当温度为100℃时，81%的五氯苯酚分子转化为EPFRs，而当温度升高至250℃和300℃时，却没有形成额外的EPFRs，并且原先在土壤中形成的EPFRs也会被破坏，可能是因为氧气会氧化土壤中的各种官能团 [ 51 ] [ 52 ] [ 87 ]。Maskos等人研究氧气浓度对EPFRs的影响 [ 51 ]，发现EPFRs的产量随着氧气浓度的增加而减少，当温度为280℃，氧浓度从0增加到5.2%时，烟草中自由基浓度从1 × 10 15 下降到0.2 × 10 15 自旋/克，当温度升高至450℃时，自由基的g值从2.0036略微上升到2.0052，导致g值增加 [ 46 ]。另外Jia等人研究在缺氧条件下 [ 47 ]，EPFRs的产量逐渐增加，所产生的自由基阳离子部分转化为更多的含氧自由基，在缺氧室中形成的自由基阳离子暴露于环境空气会影响其EPR信号位置和强度，g值会从2.0032迅速增加到2.0038，表明芳香族自由基阳离子迅速转化为以碳为中心的EPFRs。EPFRs长时间暴露在空气中，g值会减少，表明以碳为中心的自由基随着附近氧气的增加逐渐分解成另一个以碳为中心的自由基。 4.3. 相对湿度对环境持久性自由基的影响 水可能也是影响EPFRs产生的重要因素，湿度越大导致EPFRs衰减越快，在潮湿气候下EPFRs毒性可能更低 [ 64 ]。Jia等人研究相对湿度在8%~11%的范围内增加时，EPFRs的产量表现出轻微上升趋势，可能是由于表面阳离子周围的配体水分子参与了EPFRs的形成 [ 50 ] [ 88 ]；当相对湿度进一步增加到11%以上，体系中的EPFRs产量急剧下降，当相对湿度高于43%时，Fe-蒙脱土表面上的蒽向EPFRs的转化几乎完全被阻滞。在芳烃转化的相关体系中，水的加入导致反应速率快速衰减，水的抑制作用归因于芳烃和水之间竞争 [ 89 ]。此外，Nwosu等人发现EPFRs在更长时间内衰变 [ 64 ]，可能是由于水分子吸附在有机金属位点上并从金属位点解吸有机前驱体分子，当空气相对湿度增加到75%时，EPFRs的衰减速度比在空气中快22倍，当相对湿度在22%到38%之间时，EPFRs的衰减速度比在真空中快71倍。 基于已有的研究，反应条件和反应基质是EPFRs生成的主要影响因素。但是具体的影响过程还不够完善，对EPFRs认识还具有局限性，还需要对更多的相关数据进行统计分析，才能更好地掌握不同因素对EPFRs生成的影响，进而通过改变反应条件使EPFRs改变为寿命较短的自由基或消除自由基。
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user: 5. 环境持久性自由基催化降解作用 世间万物都具有两面性，EPFRs也不例外。一方面EPFRs具有潜在的危险，另一方面如果利用EPFRs的反应活性这一特征，将携带EPFRs的材料应用到环境催化领域将对解决环境问题具有深远的影响意义。 EPFRs具有较高的活性，可直接作用于污染物，达到去除污染物的效果。Yang等人研究生物质炭对硝基苯酚的去除 [ 90 ]，发现除了溶液中污染物的浓度降低外，还检测出 NO 3 − 和有机物副产品，说明生物质炭对有机污染物发生吸附作用时，可能还发生了化学反应。当在溶液中加入大量的叔丁基醇(一种·OH清除剂)，并不能抑制体系中的降解反应，这一现象说明，对硝基苯酚的降解并不完全因为·OH的作用，可能是生物质炭上的EPFRs直接与污染物接触，造成污染物降解，其降解程度与生物质炭颗粒的EPR信号强度有密切关系。因此EPFRs具有较强的氧化活性，可以促进环境中有机污染物的降解。另外有报道指出，多壁碳纳米管也是携带EPFRs的材料之一，其具有非常高的活性，能够使染料的降解效率增加2倍 [ 67 ]，但在该反应体系中没有检测到·OH和·COOH等高氧活性物质，进一步证实EPFRs可能对染料有直接的催化降解作用。此外，研究人员还证实，生物质炭上的EPFRs还具有还原性，可以将Cr(VI)还原为Cr(III) [ 91 ]。综上，将EPFRs应用到环境中，赋予EPFRs在环境催化中对污染物分解的积极性，扩大了EPFRs的应用范围。 近几年研究人员证实，EPFRs除了可以直接作用于污染物外，还可以激发双氧水(H 2 O 2 )和过硫酸盐( S 2 O 8 2 − )产生羟基自由基和硫酸根自由基( SO 4 · − )等活性组分用于降解环境中的有机污染物 [ 92 ] [ 93 ] [ 94 ]。Fang等人研究由松针、玉米以及小麦秸秆制成的生物质炭 [ 92 ]，结果表明生物质炭上的EPFRs能够激活H 2 O 2 产生羟基自由基，显著地增加2-氯联苯的去除，另外以松针作为生物质原材料制备生物质炭，产生的EPFRs可以激发过硫酸盐产生 SO 4 · − 并有效降解多氯联苯(PCBs) [ 93 ]。另外醌类物质和对苯二酚发生反应可以形成半醌自由基，激发过硫酸盐产生 SO 4 · − ， SO 4 · − 和水反应生成·OH，如Fang等人在研究过硫酸盐原位化学氧化土壤、沉积物和地下水中的有机污染物的过程中发现 [ 95 ]，腐殖酸具有氧化活性功能基团如醌类，其在过硫酸盐处理的氧化过程中发挥重要作用，并通过模型醒结构和腐殖酸的实验证明，模型醒和腐殖酸能够形成EPFRs，并转化为·OH活化过硫酸盐，从而将2，4，4-三氯苯降解为CO 2 和H 2 O。此外，EPFRs能够通过电子转移将O 2 还原成超氧阴离子自由基( O 2 · − )， O 2 · − 与水中的H + 发生反应生成H 2 O 2 ，系统中的EPFRs激活H 2 O 2 产生·OH，能有效降解有机污染物 [ 96 ]。另外，Luo等人将活性碳纤维上的EPFRs与Fe(III)光催化剂偶联 [ 97 ]，EPFRs将电子贡献给柠檬酸铁，加快了配体到金属的电荷转移进程，使Fe(III)向Fe(II)的转化过程加快，可以有效激活过氧单硫酸盐生成活性氧降解污染物。
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user: 6. 结语与展望 EPFRs作为一种新型环境风险类物质，不断在世界各地的自然环境介质中检出，如大气颗粒物、海洋环境以及有机污染土壤等，因此逐渐受到研究学者的广泛关注。但是根据目前的资料，对EPFRs的认识在国内外都还不够全面、深入，未来关于EPFRs的研究可以考虑以下几个方面：1) 国内外对于人工介质中EPFRs的研究还不够充分，例如人工合成的纳米材料，水热法制备生物质炭等，这些过程都具备产生EPFRs的充分条件，EPFRs是否会伴随着这些过程产生，EPFRs的种类和结构是否会因为在不同环境介质中而出现差异，EPFRs产生之后是否会稳定地存在，这些都还缺乏系统的研究；2) 随着人工碳材料在不同领域中的应用，所携带的EPFRs会通过不同的途径释放，造成环境污染，因此了解其存在介质以及产生机理可以进一步认识它们在环境中的迁移和转化，由此制定相应的措施，以减少并抑制其对环境以及生命体的危害；3) 如果将具有高活性、高反应性的EPFRs影响有机和无机污染物转化这一特性应用到环境催化领域，将对解决目前国内日益严重的环境问题具有重要的现实意义。进一步对污染物液相和固相降解进行区分，定量污染物的吸附、降解以及EPFRs的贡献，对碳基材料中EPFRs影响下的污染物环境行为进行可靠的描述和预测，将为拓展碳基材料去除环境中污染物的工程应用提供科学的依据和指导。
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user: 摘要 目的：本研究考察点探测注意偏向训练对考试焦虑大学生的干预效果。方法：依据考试焦虑量表(TAS)、状态特质焦虑量表(STAI-T， STAI-S)和社会期望量表(SDS)上的得分筛选出高、低考试焦虑被试各20名，对两组被试进行10次点探测注意偏向训练。在训练程序中，探测刺激出现在先前呈现的与考试无关图片位置的概率为98%，两种形状的探测刺激出现的概率皆为50%。训练结束后施测相同的量表。结果：高考试焦虑组被试各量表的得分在注意偏向训练之后显著降低，但低考试焦虑组被试的量表得分在训练前后不存在显著性差异。结论：点探测注意偏向训练能够有效降低f高考试焦虑者的焦虑水平，干预效果良好，而对于低考试焦虑者效果不明显。
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user: 1. 引言 考试充斥着生活的各个方面，上学、工作、晋升都不可避免要面临考试或者评价。国内研究表明，大学生群体中普遍存在考试焦虑且程度较重(王才康，2001；陈睿，刘潇楠，周仁来，2011；董云英，2016)。Zeidner认为，考试焦虑是指在评价情境中，由于担心可能的消极结果或失败而表现出的一系列现象、心理和行为的反应(Zeidner， 1998)。考试焦虑严重影响了大学生的学业成绩和心理健康，考试焦虑形成和发展的认知机制亟待研究。大量研究发现，对考试相关威胁刺激的注意偏向可能是考试焦虑形成和持续的原因(董云英，2016；Dong， Beuckelaer， Yu et al.， 2017)，且不能有效抑制无关刺激对当前加工任务的影响(史战，高鑫，周仁来，2014)。如果注意偏向维持着焦虑，那么改变注意偏向的治疗方法则可以缓解焦虑(Shechner， Britton， Pérez-Edgar et al.， 2012; Chen， Clarke， Watson et al.， 2016)。 注意偏向训练(attentional bias training， ABT)，也称注意偏向矫正(attentional bias modification， ABM)，是运用系统化的训练任务改变个体的注意偏向的方法。有研究者采用修正的点探测任务引导被试对不同情绪刺激产生注意偏向，结果发现，注意偏向改变情绪易感性，从而发现注意偏向训练具有潜在的临床治疗价值(Macleod， Rutherford， Campbell et al.， 2002)。近年来，ABT被越来越多地运用到焦虑群体的矫治训练，以起到降低焦虑症状的作用(Bar-Haim， 2010; Cai， Pan， Chai et al.， 2018; 郭晨虹，梅青，2016；郝爽，李萍，王晓龙等，2018)。越来越多的研究表明，ABT不仅仅对不同的焦虑症状有比较稳定和明显的效果，而且在非临床和临床人群中均得到很好的证明。如，一段时间的ABT训练降低了考试焦虑个体对考试相关威胁刺激的注意偏向(来枭雄，陈晨，张晓彤等，2015)。但是，也有一些研究者对此提出了质疑，他们经过研究发现，ABT只是减小了情绪障碍个体对相关威胁刺激的注意偏向，但是对症状的减轻效果并不十分理想，尤其是对儿童和青少年情绪障碍患者而言，ABT的效果不如成年人好。 以往针对多种焦虑人群的大量研究中发现，注意偏向包括三种成分：注意易化(如，威胁刺激比非威胁刺激更快地被觉察到)、脱离困难(如，相对于中性刺激，注意很难从威胁刺激上脱离)和注意回避(如，注意会分配到和威胁刺激相反的位置) (Cisler & Koster， 2009)。通过对考试焦虑个体注意偏向的研究文献进行分析，目前主要的研究结果认为，考试焦虑个体对考试相关刺激存在注意偏向，但研究结果存在分歧：有研究发现考试焦虑对考试相关威胁刺激及负性刺激脱离困难(施永谋，郑小玉，韩畅等，2017)，有的则发现注意易化和回避(董云英，张小聪，周仁来，2015)。换言之，考试焦虑个体对考试相关威胁刺激的注意偏向成分、加工阶段和加工模式特征，具体因威胁刺激呈现时间、威胁水平的不同而不同。综上所述，本研究拟探讨以下问题：(1) ABT对于考试焦虑个体是否存在干预效果？(2) 基于注意偏向的成分理论，如果干预有效，ABT以怎样的方式发挥作用？本研究假设，如果是脱离困难导致了考试焦虑个体的注意偏向，那么可以通过内隐训练程序系统地控制目标位置，即为了减少对考试相关威胁刺激的注意偏向，目标就应该频繁地出现在中性刺激的位置，随着时间的推移，对这种突发事件的关注会影响任务操作，产生脱离威胁的内隐习得性偏向。 本研究针对考试焦虑者对考试相关威胁刺激存在脱离困难现象，采用更严格的考试焦虑筛选标准，筛选出高、低考试焦虑个体，创设点探测注意偏向训练方法进行训练，对比前后测得分差异探讨如何缓解考试焦虑个体的焦虑状态，改变个体的注意模式，达到调节情绪的目的。
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user: 2. 方法 2.1. 被试 选择中文版考试焦虑量表TAS (王才康，2001)、状态–特质焦虑量表STAI (李文利，钱铭怡，1995)、贝克抑郁量表BDI和社会期望量表SDS (汪向东，王希林，马弘，1999)。高、低考试焦虑被试选取符合以下标准：(1) TAS ≥ 20称为高考试焦虑组被试；TAS ≤ 12称为低考试焦虑组被试；(2) 在(1)的基础上，被试在STAI (STAI-S， STAI-T)得分也都高(≥40)的才能界定为高考试焦虑个体；被试在STAI (STAI-S， STAI-T)得分较低(≤35)的才能界定为低考试焦虑个体；(3) 所有被试在社会期望量表上的得分不超过20分(SDS ≤ 20)。 本研究通过问卷星收集东南大学、南京中医药大学、南京大学、江苏理工学院等高校在校大学生604人填写的问卷，其中男生149人，女生455人，年龄范围17~30岁，平均年龄为21.1 (SD = 2.10)岁。其中，高考试焦虑者共有146人(男生为37人)，占24.2%；低考试焦虑者共有68人(男生18人)，占11.26%。其中，女生群体中，高考试焦虑者占23.96%，低考试焦虑者占10.99%；男生群体中，高考试焦虑者占24.83%，低考试焦虑者占12.08%。 为方便后续干预训练，方便选取江苏理工学院的高考试焦虑被试20人(男6人)，年龄范围18~24岁，平均年龄20.7岁(SD = 1.559)；低考试焦虑被试20人(男5人)，年龄范围18~24岁，平均年龄20.8岁(SD = 1.802)。所有被试自愿参加训练，视力以及矫正视力均正常，无精神疾病史。 2.2. 材料 本研究选取了考试焦虑图片库(于靓，陈睿，张小聪等，2011)中的全部图片，共64张考试相关图片和89张考试无关图片。 2.3. 实验程序 点探测注意偏向训练程序的编写参考来枭雄等人(2015)所采用的训练程序。 实验开始时，首先给被试呈现指导语，待被试理解后，开始练习。正式实验流程见图1：首先在屏幕中央呈现一个白色“+”400~600 ms；然后一对图片(考试无关图片和考试相关图片)以上下方式500 ms；随后在任意一张图片呈现的位置中央呈现探测刺激“：”或“··”200 ms；探测刺激消失后出现黑屏，被试按键反应，若没有对探测刺激做出反应，1300 ms后自动进入下一个trial。被试的任务是对探测刺激的类型进行判断：当呈现的探测刺激为“：”时需要按“F”键反应，当呈现探测刺激为“··”时需要按“J”键反应。记录被试的反应时和正确率。在整个注意偏向训练过程中，探测刺激出现在先前呈现的考试无关图片位置的概率为98%，两种类型探测刺激出现的概率皆为50%。训练程序共有128个trial，用时约为5 min。 图1. 点探测注意偏向训练程序 2.4. 实验流程 首先，大批量的被试调研，筛选出高考试焦虑和低考试焦虑的被试。其次，邀请江苏理工学院的高、低考试焦虑两组被试各20名参加注意偏向训练，训练共进行10次，在两周内完成。所有被试训练前填写知情同意书。所有干预训练均在行为实验室中进行。最后，训练结束后，进行后测，重新测量这批被试的考试焦虑量表得分。
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user: 3. 结果 高、低考试焦虑组在点探测注意偏向训练前后在TAS、STAI、SDS以及BDI量表上的得分均值及标准差见表1。 Table 1 Scores of each scale before and after the interventions in high and low anxiety groups (M ± SD 量表 组别 前测 后测 BDI 高考试焦虑(n = 20) 16.30 ± 7.51 11.20 ± 7.50 低考试焦虑(n = 20) 4.15 ± 5.50 5.40 ± 6.99 STAI-S 高考试焦虑(n = 20) 50.65 ± 6.98 45.25 ± 9.66 低考试焦虑(n = 20) 33.70 ± 6.37 36.30 ± 6.68 STAI-T 高考试焦虑(n = 20) 52.20 ± 8.45 44.50 ± 10.05 低考试焦虑(n = 20) 34.25 ± 6.41 37.05 ± 7.72 SDS 高考试焦虑(n = 20) 14.60 ± 3.05 16.65 ± 6.50 低考试焦虑(n = 20) 15.93 ± 3.58 17.38 ± 4.84 TAS 高考试焦虑(n = 20) 25.45 ± 4.30 20.40 ± 7.80 低考试焦虑(n = 20) 9.60 ± 1.98 12.10 ± 5.37 表1. 高、低考试焦虑组在训练前后各量表的得分(M ± SD) 为了考察点探测任务注意偏向训练的干预效果，分别两组对被在各量表前后测得分进行配对样本t检验，结果发现：经过干预训练，高考试焦虑组在BDI量表(t (19) = 2.478， p = 0.023， d = 0.55)、STAI-S量表(t (19) = 2.117， p = 0.048， d = 0.47)、STAI-T量表(t (19) = 2.464， p = 0.023， d = 0.55)和TAS量表(t (19) = 3.220， p = 0.005， d = 0.72)上的得分均显著下降，而在SDS量表(t (19) = −1.261， p = 0.223， d = 0.28)上得分不存在显著性差异；低考试焦虑组在BDI量表(t (19) = −1.154， p = 0.263， d = 0.26)、STAI-S量表(t (19) = −1.322， p = 0.202， d = 0.30)、STAI-T量表(t (19) = −1.441， p = 0.166， d = 0.32)、SDS量表(t (19) = −1.648， p = 0.107， d = 0.43)和TAS量表(t (19) = −1.943， p = 0.067， d = 0.34)上的前后测得分之间均不存在显著性差异。 Table 2 The difference scores of each scale (M ± SD) before and after the interventions were compared with independent-sample t-test between the high and low anxiety group 各量表得分差值 (前测–后测) 高考试焦虑组 (n = 20) 低考试焦虑组 (n = 20) t p d BDI 5.10 ± 9.20 −1.25 ± 4.84 2.730 0.011 0.86 STAI-S 5.40 ± 11.41 −2.60 ± 8.79 2.484 0.018 0.72 STAI-T 7.70 ± 13.98 −2.80 ± 8.69 2.853 0.008 0.89 TAS 5.05 ± 7.02 −2.50 ± 5.75 3.722 0.001 1.18 SDS −2.05 ± 7.27 −0.85 ± 3.15 −0.677 0.504 0.44 表2. 高、低考试焦虑组被试训练前后各量表得分差值(M ± SD)的独立样本t检验 为了探讨相同的点探测注意偏向训练对不同程度的考试焦虑个体是否有相同的效果，将高考试焦虑组被试和低考试焦虑组被试在各个量表上得分差值(前测–后测)进行独立样本t检验，结果见表2：高考试焦虑组BDI量表得分差值显著高于低考试焦虑组BDI得分差值，t (38) = 2.730，p = 0.011，d = 0.86。高考试焦虑组STAI-S得分差值与低考试焦虑组STAI-S得分差值存在显著差异，t (38) = 2.484，p = 0.018，d = 0.72。高考试焦虑组STAI-T得分差值与低考试焦虑组STAI-T得分差值存在显著差异，t (38) = 2.853，p = 0.008，d = 0.89。高考试焦虑组TAS得分差值显著高于低考试焦虑组TAS得分差值，t (38) = 3.722，p = 0.001，d = 1.18。高、低考试焦虑组在SDS得分差值不存在显著差异，t (38) = −0.677，p = 0.504，d = 0.44。
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user: 4. 讨论 4.1. 大学生考试焦虑现状 从本研究的结果可以看出，高考试焦虑者占总人数的24.2%，低考试焦虑者占11.26%，高考试焦虑检出率与王才康(2001)、陈睿等人(2011)的调查结果相似，此外，将近50%的人或多或少的存在一定程度的考试焦虑。随着学业压力、就业压力的增大，考试焦虑越来越成为大学生“必备装备”，特别是面对重大考试时，学生的考试焦虑水平会上升。同时也可以发现，从回收的问卷得分来看，高、低考试焦虑群体中的男女比例不存在明显的差异，导致该结果的原因，可能需要综合考虑本研究问卷发放的数量较少，而且女生数量占较大比例。 4.2. 注意偏向训练的干预效果 本研究结果发现，点探测注意偏向训练可以有效的缓解高考试焦虑个体的焦虑水平，调节其情绪状态，即高考试焦虑被试经过注意偏向训练后在考试焦虑量表(TAS)、状态特质焦虑量表(STAI)、贝克抑郁量表(BDI)上的得分均显著降低。该结果与预期基本相同，证明了点探测注意偏向训练能够降低考试焦虑个体的焦虑和抑郁水平。笔者认为，点探测注意偏向训练之所以能够在对个体尤其是高考试焦虑个体的情绪调节中发挥作用，是因为通过多次训练，迫使高考试焦虑个体反复将其注意从考试相关威胁性刺激上转移，增强其对考试相关威胁性刺激的注意脱离，引导其注意目标刺激，从而缓解考试焦虑情绪(施永谋等，2017；郝爽等，2018)。 本研究发现，低考试焦虑组经过相同的训练后在各个量表上得分呈升高趋势，但均没达到显著差异。该结果表明点探测注意偏向训练对于低考试焦虑个体的干预效果不明显。原因可能在于：一方面，低考试焦虑被试的焦虑水平较低，而注意偏向训练的主要功能在于缓解焦虑水平，因此对该组被试没有明显效果。另一方面，本研究所采用的点探测注意偏向训练程序，是基于考试焦虑者对考试相关威胁刺激存在脱离困难所设计的。与高考试焦虑个体相比，低考试焦虑个体对考试相关威胁刺激可能并不存在脱离困难现象，故而本研究所采用的注意偏向训练程序对其不起效。因此，未来研究重点应该关注注意偏向训练起效机制。该结果与来枭雄等人(2015)的干预结果并不完全一致，其研究发现在低考试焦虑组中，中学生和大学生组被试在考试焦虑量表(TAS)上前后测比较结果没有显著性差异，但是其后测的分数仍然是降低的，笔者推测可能是被试筛选的方法不同所导致。后续研究可针对该结果进行深入探讨。 4.3. 不同程度考试焦虑个体干预效果的差异 本研究结果表明，高、低考试焦虑组在除社会期望量表(SDS)以外的其他所有量表上得分差值存在显著性差异，其中考试焦虑量表(TAS)的显著性最大。 从整个实验结果不难看出，点探测注意偏向训练确实能够降低高考试焦虑者的焦虑水平，这可能是因为，高考试焦虑者对考试相关的威胁性刺激存在注意偏向，通过点探测注意偏向干预能够引导高考试焦虑者形成对与考试相关的威胁性刺激的注意解除、注意再分配、注意再解除的一个循环加工系统(王曼，陶嵘，胡姝婧等，2011)，从而使得高考试焦虑个体的注意从威胁性刺激转向非威胁性刺激，从而降低焦虑程度。以往相关研究表明，低考试焦虑者并不存在对考试相关威胁性刺激的注意偏向(董云英，2016；来枭雄等，2015)，因而也就无法通过改变其注意模式来缓解情绪状态。此外，从实验结果来看，低考试焦虑组在各个量表上的前后测得分不存在显著差异，可能原因是：首先，本研究选取的被试是大学生，相对于小学生和中学生，大学生的社会认知能力和自我意识水平较高，而且经历过的考试次数较多，因此积累了一定的经验，考试焦虑水平相对稳定，低考试焦虑组前后测的焦虑水平不会产生显著的变化，焦虑程度浮动较小。其次，低考试焦虑组在点探测注意偏向训练的干预后，其各个量表的得分除了社会期望量表(SDS)以外都有小幅度的上升，可能是因为训练的周期比较长，被试会产生疲劳效应。 4.4. 研究不足及展望 本研究采用的是为期两个星期的点探测注意偏向训练，从结果来看确实有一定的干预效果，但也存在不足之处：(1) 没有设置高考试焦虑控制组，无法区分注意偏向训练的实验效应和安慰剂效应(来枭雄等，2015)，应在以后的注意偏向训练中加以改进；(2) 没有探讨注意偏向训练对考试焦虑个体的干预效果的时效性，因而在以后的研究中，可以通过反复的训练使得注意偏向模式变为一种自动化的行为，减少认知加工过程，并通过长期的追踪来检验注意偏向训练可能带来的长期的干预效果。 未来研究需要采用多元化的评估手段。有研究者利用眼动技术研究考试焦虑者的注意偏向的时间进程(Dong et al.， 2017; Chen et al.， 2016)。眼动技术不仅可以研究注意偏向的时程问题，同时也可以考察在注意过程中是否发生了前注意的加工。所以眼动技术相对于行为实验而言具备一定的优势，未来研究的一个趋势必然是眼动技术和行为实验相结合，采用多元化的方法对注意偏向训练进行深入研究及对训练效果进行评估，从而获取更多有价值的研究成果。
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user: 5. 结论 通过训练程序系统地控制目标位置，引导考试焦虑者产生脱离考试相关威胁刺激的注意偏向，点探测注意偏向训练能够有效降低高考试焦虑者的焦虑水平，干预效果良好，但对低考试焦虑者效果不明显。
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user: 摘要 物联网作为信息系统，已经被称为继计算机和互联网之后的世界信息产业的第三次浪潮，正在深刻地改变人类的生存环境和生活方式，但没有网络连接的支撑物联网将功能全失。本文探讨的无源感知网络就是最大限度地确保连接畅通，使物联网系统持续发挥作用。文章介绍了物联网现状、无源网络的特点、无源网络发展遇到的技术挑战，分析了为确保网络连接畅通需要解决的主要科技难题。为未来无源感知网络技术发展指出了方向，现实意义巨大。
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user: 1. 引言 在这个信息互通的时代，人们一直致力于物与物之间实现广泛互连，通过完全智能的响应行为，实现人与物的深度融合，并为此展开一系列的研究开发工作，从而为人类提供更好的服务体验 [ 1 ] [ 2 ]。多年过去了，虽然物联网产业被一致看好，但并没有出现爆发式大规模物联网应用。不能不说，物联网节点的能源问题是其中一个重要制约因素。因此，人们就自然而然想到了，如果物联网节点不是必须带电源也能正常工作就好了。而无源感知网络正是为解决这一问题而提出的。所谓无源感知网络，是指由无源感知节点组成的网络，节点自身不配备供电的电源设备，而是通过从环境中获取能量支撑其计算、感知和通信与组网。这些能源可以来自光能、运动能以及无处不在的电磁能。因此，网络连接和能量供给无源化正是解决物联网大规模应用的重要环节。
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user: 2. 无源感知网络的由来 2.1. 无源感知技术早期应用 二战结束不久的1946年初，苏联政府送给当时美国驻苏联大使埃夫里尔·哈里曼一个按照美国国玺图案设计的精美木雕。美国人反复检查后并没发现任何电源装置，于是放心地把这块木雕作为装饰品挂在了大使馆里。直到1952年，美国人才发现这块木雕里面暗藏着窃听器。那么，当时支持这个窃听器工作的正是无源感知网络技术。如图1所示，整个设备既没有电池，也没有任何能够主动发射信号的收发器。这个设备的原理很简单，在它的内部有一个非常小的电容薄膜，能够感受由外部声音产生的振动，电容薄膜同一根天线相连。当有特定频率的电磁信号发射给天线时，因为电磁感应，电容薄膜和天线构成的回路产生交变的电流，交变的电流通过天线又产生新的电磁场，这种新的电磁场被称为反射链路。外部声音引发电容薄膜发生振动，改变天线的阻抗，从而将声音信号加载到天线的反射链路上，接收端再通过特殊的“解码器”就能够把声音信号恢复出来。这是世界上首个能够利用外部能源传输音频信号的监听设备，算是无源感知最早的案例之一 [ 3 ]。 图1. 设备原理图 2.2. 无源感知网络的发展 我们所说的无源感知网络，是指由无源感知节点组成的网络，节点自身不配备或不是主要依赖自身的电源设备供电，而是通过从环境中获取能量支撑其计算、感知和通信与组网。无源感知网络首先要面临的最大挑战是高效的环境能量获取。这些能量可能来自光能、运动能以及无处不在的电磁能，其中利用电磁能的节点甚至不需要具备一般有源设备的收发器，利用自身天线对电磁波的反射信号进行信号加载。在二战期间就有利用电磁能的射频识别被动标签了，这是雷达技术在民用方面的扩展。今天射频识别技术已经广泛应用于物流、访问控制、电子支付等诸多行业。2005年，英特尔西雅图研究院提出标签结合无线充电技术 [ 4 ]，从射频识别阅读器的连续波中获取能量，研发了无线识别和感知平台新技术。2013年美国华盛顿大学研究团队提出了一种利用环境中现存的一些无线信号来获取能量从而进行通信的新思路 [ 5 ] [ 6 ]。近年来除了在电磁能方面研究之外还在温差供能、运动供能等研究领域取得了实际应用进展，为无源感知网络的普及应用提供了最重要保障。和有源感知网络相比无源感知网络由于没有节点电源，体积小组网灵活而成为今后网络发展的主要方向。
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user: 3. 物联网发展现状 3.1. 物联网现状 物联网作为信息系统，向物理世界的延生，拓展了人类认知和控制物理世界的能力，已经被称为，继计算机和互联网之后的世界信息产业的第三次浪潮，正在深刻的改变人类的生存环境和生活方式 [ 7 ]。近几年，随着网络通信，无线传感网络，和无线社评识别等信息技术的迅速发展，物联网技术突飞猛进应用日新月异，截止到2019年6月我国网民数量已达到8.54亿，基于互联网的物联网在我国得到了迅速发展、推广 [ 8 ]。全球通过物联网连接的设备的总数，在2020年前，已经达到261亿台。年均复合增速达到35%，其中无线传感器及其他网络节点，约占总数的60% [ 9 ]。物联网在未来一旦大面积部署，将是最具颠覆性的创新技术。物联网基本概念如图2所示。 图2. 物联网概念图 物联网的发展令人鼓舞，其未来前景广阔。但是，物联网距离其万物相连、无处不在的初衷，还相距甚远，虽然发展近20年，至今尚未出现大规模的普及应用，进入的举步艰难的阶段。 3.2. 物联网发展瓶颈 不可否认的是我们即将，或者已经进入了万物互联的时代，连接成为我们不可或缺的媒介。在大多数应用中，物联网的数据感知，无线传输和分布式计算均由网络节点，协同完成。而网络节点的工作依赖于，自身携带的电池提供能量，这种工作方式，需要频繁的更换电池，以保持能量持续供应，维持物联网的工作寿命 [ 10 ]。在这种工作方式下，随着物联网不断向广度和深度发展，能量供应障碍问题，日益突出，原因如下。 1) 随着物联网迅速的向广度发展，即网络规模迅速增大，必将导致网络节点数量激增，根据预测，2020年，全球通过物联网连接的各种网络节点数将达到260亿，并以35%的速度增加。如此大量的网络节点，使得电池更换或能量维护(无论是人工更换还是移动充电)都成为非常昂贵和困难的工作，能量供应障碍问题随之而来。 2) 随着物联网迅速地像深度发展，即全方位地向物理世界延伸，必将导致大量的网络节点进入人类和充电装置不能接近的位置(如战场，含毒害物质的空间)。这些网络节点的电池更换或能量维护成为不可能。能量供应障碍问题不可避免。 综上所述，物联网发展举步维艰的重要原因之一是能量供应障碍。如何解决能量问题。保证网络能够持久，稳定地运行。是物联网实现普通适应用面临的一个非常重要的挑战。
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user: 4. 无源网络助力物联网深度发展 4.1. 无源网络的特点 近几年，“从环境中获取能量”这一理念引起了人们的广泛关注。这一点就像最近比较流行的“众包”。能量众包的概念就是“我们不生产能量，我们只是能量的搬运工”。对于物联网而言，利用光能、机械能、风能、热能、等能源可以为节点提供能量，为解决能量供应障碍问题带来了曙光。目前的研究表明，我们能够获取和利用广泛存在于环境问题中的能量，将其提供给物联网的节点。我们有理由相信设想，在未来物联网中，网络节点可以是无源的(battery free)，即节点自身不配备或不主要依赖电池等电源设备，而是从环境中获取能量，支撑数据的感应、传输和分布式计算。我们将这一未来新型网络称为无源传输网络。如图3所示，光网络干线终端(OLT)通过无源光分路器连接光网络单元(ONU)，可在20公里范围内实现无源信息传递。 图3. 无源光网络原理图 在无源传输网络中，节点能量不一定是其自身所固有的。节点之间能够通过无线方式进行能量交换。由于目前技术的局限，无源节点能量获取时间长，能量积蓄小，导致无源传输网的核心人物(数据的感知、无线传输和分布式计算)结尾能量所限唯能量是从，节点在传输与计算过程中如何节省能量，提高效率不在是第一核心任务，如何利用节点当前的能量完成尽可能多的传输与计算任务为首要目标。因此，无源传输网是以能量为中心，以数据为核心的无线网络，具有如下特性。 1) 能量震荡性 由于节点能够从周围环境获取能量，因此节点的能量不再是单一的由高至低的静态变化趋势。而是呈时高时低的动态变化状态。当节点在执行传输或计算任务时，其能量积蓄会降低；当节点在开始从环境中获取能量时，其能量积蓄会上升。于是，无源传输网络节点的能量积蓄高低震荡。 2) 能量失恒性 无源传输网络节点能量的获取存在随机性和不稳定性。导致整个网络能量分布不均衡，差异很大，无源节点的协同工作能量低。 3) 能量受限性 利用微型芯片所采集的环境能量的功率非常弱，一般在纳瓦(nW)到微瓦(μW)的数量级，而且传感器受限于外形尺寸，节点蓄电的能量有限。 4) 连通脆弱性 网络的连通性直接受各节点的能量影响。当某些节点的能量低于一定程度时，这些节点则成为孤立节点，导致网络不连通。由于能量的震荡性网络的连通性时脆弱的，时断时续，难以保持恒定的连通。 5) 占空比超低 驱动微型感知节点所需的平均工作功率要比采集功率高3~6个数量级。节点需要较长时间蓄能才能满足工作所需要的能量，而且蓄能时节点无法工作。所以，节点呈间断性工作方式，且网络大部分时间处于非工作状态，占空比超低。 4.2. 无源网络主要面临的技术挑战 无源传输网络的上述特性为无源传输网络的组网通信、感知数据获取和计算机提出来挑战。 1) 无源节点能量获取困难 由于环境中的能量具有随机性和不稳定性，无源节点吸能低，蓄电少，无源节点难以持续、稳定、均衡地获取高能量。 2) 现有的组网与通信方式不适于无源传输网络 现有无线网络的节点覆盖、节点互联、时钟同步等组网技术难以应付对无源传输网的能量震荡性、能量受限性、能量失衡性和连通脆弱性；此外，现有的无线网络进行一次数据传输，需要执行网络协议栈中一系列任务，执行数百条指令，传输数百比特的信息，信息交互量大，数据重传数据次数多，难以适应无源传输网络的能量受限性；最后，现有的无线网络传输数据需要稳定的端到端连通的路径，不适于无源传输网络的连通脆弱性。 3) 通过无源传输网络获取的感知数据质量低下 首先，无缘传输网络的能量震荡性和能量受限性使得数据获取任务只能断断续续地执行，将导致成片的数据缺失，产生数据完整性错误。其次，无源传输网络的能量震荡性和能量受限性，使得描述紧急事件的数据无法及时采集，导致数据获取失去实时性，产生实时监测错误。第三，无源传输网络的能量失恒性，使得网络同步工作困难，导致各节点的数据获取不同步，产生数据不一致错误。
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user: 5. 关键科学技术问题 从上述挑战，我们可以凝练出无源传输网络的科学技术问题。 5.1. 节点能量获取与网络能量配置的理论与方法 针对能量源多样性、能量源的随机性和不稳定性，建立多能量源融合的能量源覆盖和调度的理论和技术，以及最大化持续性和稳定性的无源节点能量获取的理论和技术。 5.2. 以能量为中心的无源传输网的组网和通信的理论与方法 针对无源传输网的能量震荡性、能量受限性、能量失衡性、连通脆弱性，建立无源传输网节点覆盖的理论和方法。无源传输网节点互联的理论和方法、无源传输网节点单定位的理论和方法、无源传输网节点之中同步的理论和方法；针对无源传输网的能量受限性、连通脆弱性和能量失衡性，建立无源传输网络的物理层协议、链路层协议、路由器协议构建的理论和技术。无源传输网组网和通信的理论与方法是实现数据传输的基础和保障。 5.3. 以能量为中心的高质量感知数据获取的理论和方法 针对有无源传输网获取的感知数据质量低下和无源传输网能量受限性问题，建立低能耗的、基于无源传输网的高质量感知数据获取的理论和方法，并建立感知数据错误发现与修复的理论和方法。