DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 1. 引言 本文研究如下非线性椭圆方程Dirichlet问题有界弱解的存在性： (1.1) 其中 是 中的有界区域，非线性项 关于梯度具有 增长，即 。 对于 的情形，问题(1.1)解的存在性已被众多学者通过各种方法在附加结构条件的情况下进行了研究。例如，若 满足符号条件，Bensoussan等[ 1 ] 讨论了弱解的存在性；Boccardo等[ 2 ] 在方程存在上下解的前提下证明了有界解的存在性；而在具有正零阶项的结构条件下，文献[ 3 ] [ 4 ] 得到了类似结论。近些年，对于没有附加结构条件的问题(1.1)，有界解的存在性也得到了广泛研究。这些研究基于对称技术进行讨论，利用Schwarz对称建立原方程与对称方程解之间的比较结果，进而获得解的先验估计，以此证明存在性。文献[ 5 ] -[ 8 ] 考虑了 的情形。之后，Ferone和Messano在[ 9 ] 中结合特殊不等式将结论推广至 的情形，然而其证明需要 ，该条件对于存在有界解来说较强。 因此，本文的工作主要是研究在一般的假设 下，问题(1.1)有界解的存在 性。通过对一类Volterra型积分算子不动点的研究，获得了问题(1.1)与一类对称问题解之间的比较结果，进而证得结论。本文的安排如下：第二节将给出一些预备知识，第三节给出假设与主要结果，第四节给出主要结果的证明。
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user: 2. 预备知识 为方便起见，我们记 为区域 的Lebesgue测度， ， ，以后不再说明。 定义2.1：设 是 上的可测函数， 是 的分布函数，称 ， 为函数 的单调递减重排。 令 ，称 为函数 的单调递减球对称重排，也称为Schwarz对称。这里 表示单位球体积， 表示球心位于原点且与 具有相同测度的球。 注2.1 [ 10 ] ：Schwarz对称保持函数的 范数不变，即 。 设 为Carathéodory函数， 为如下Volterra型积分算子 [ 11 ] ： (2.1) 定义2.2：设 ， ，若存在三常数 ， 和 使得对任意 ，都有 则称算子 具有性质(l)。 引理2.1 (比较原理)：设 为由(2.1)给出的Volterra型积分算子，且具有性质(l)。若对 ， 为非减函数，则对任意 满足 ， ，都有 (2.2) 证明：采用反证法。若(2.2)不成立，则必存在 和 使得 ，且 。记 ，其中 是性质(l)中的常数。对 上式两端关于 取最大值且注意 ，得 产生矛盾。所以假设不成立，(2.2)得证。
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user: 3. 假设与主要结果 本文研究非线性椭圆问题(1.1)，其中 ， 为Carathéodory函数且对 及 满足以下假设条件： (i) ，其中 ； (ii) ，其中 为常数， 且 ； (iii) ，其中 为常数， ， 且 。 定义3.1：函数 称为问题(1.1)的弱解，如果以下等式成立： 首先，考虑(1.1)的对称问题 (3.1) 其中 为 的Schwarz对称。讨论该对称问题对称解存在的条件，定理如下。 定理3.1设 ，其中 ， ， 。 若 (3.2) 则问题(3.1)必存在对称解 ，即 。且有如下估计： 这里 、 是仅与已知量 有关的常数。 其次，给出问题(1.1)的解与问题(3.1)的对称解之间的比较结果。 定理3.2：假设(i)~(iii)成立。若 是问题(1.1)的解， 是问题(3.1)的对称解，则 (3.3) (3.4) 最后，得到问题(1.1)有界弱解的存在性。 定理3.3：假设(i)~(iii)和(3.2)成立。若 则问题(1.1)至少存在一个解。
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user: 4. 主要结果的证明 对于Volterra型积分算子(2.1)，更具体地，我们令 ， 则 。记 是 的值域。 引理4.1：设(3.2)成立，在 中令 ，则算子 在 中必有不动点。 证明：首先可证 。事实上，对于 及 ，由Hölder不等式得 由 的具体形式以及 容易计算得 ，故 ，即 . (4.1) 又 ，由(3.2)可知 。所以 ，说明 。 其次，因 ，故 。从而，对任意 因此当 时， 一致地收敛于0，故 等度连续。此外，由(4.1)得 ，从而 是一致有界的。于是由Ascoli-Arzela定理知 是 中的列紧集，即 是 中的紧算子。注意到 是有界闭凸集， 且 是紧算子。 根据Schauder不动点定理得， 在 中必有一个不动点。 引理4.2 [ 9 ] 设 是问题(1.1)的解， 是问题(3.1)的对称解，则对 ，有 (4.2) (4.3) 定理3.1的证明：令 (4.4) 其中 为引理4.1中 的不动点。显然 且 。 又 注意到 ，故 而 于是， 。此外，易验证 满足问题(3.1)弱解的定义。从而(4.4)给出的正是问题(3.1)的一个对称解。 定理3.2的证明：令 (4.5) 等式两边关于s求导，得 (4.6) 由(4.2)知 ，带入(4.6)中有 上式在 上积分，并注意 ，可得 。同理，若令 (4.7) 则有以下等式成立： 。 由(4.5)和(4.7)计算可得 。又对 ，任取 ， 注意到 ，所以 令 ，则 ，从而算子 具有性质(l)。 于是由引理2.1可知， 。 上式结合(4.2)和(4.3)可得 ， ，即 注意到 ，因此 ，即 此外，(3.4)的证明完全类似于文献[ 9 ] 中定理4.1的证明，这里不再赘述。 定理3.3的证明： 对于 ，考虑以下逼近问题 (4.8) 其中 ，则 满足条件(iii)且 。 从而问题(4.8)存在解 。又由定理3.1知问题(3.1)存在对称解 且有估计 和 。 因此，根据定理3.2有： 且 。于是 。注意到 ，所以 。从而 最后，利用文献[ 3 ] [ 4 ] 中经典的逼近理论，可证问题(1.1)至少存在一个解。
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user: 摘 要 城市房屋建设作为我国的支柱产业，带来巨大经济收益的同时也消耗着有限的水资源。整个房屋建设行业建设周期长、用水人员复杂、工艺多样、阶段性明显、计量困难以致管理相对困难。现研究多集中在建筑材料、结构以及节能的设计，缺少专门针对房屋建设施工中的节水研究。在分析行业用水特点以及总结工程建设管理标准的基础上，收集调查上海市房屋建设施工用水数据，用单位建设面积用水量为指标计算得到了用水定额标准值，并提出相关节水对策建议。 关键词 :城市房屋建设，用水定额，节水管理
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user: 1. 前言 房屋建设是城市基础建设的重要内容，其用水总量随其房屋建设数量的攀升而逐年增加 [ 1 ] 。尤其是施工阶段对于水资源的消耗，目前既缺少相关标准和管理规定，也缺少基础数据调查，导致普遍存在房屋建设过程中用水量较大、用水量难以准确计量、用水方式粗放、浪费水现象严重、节水管理不健全、污染物排放量大且不受管控等问题 [ 2 ] 。为提高其行业用水效率，众多针对房屋建筑节水的措施被提出来，主要侧重于给排水系统设计、热水系统设计、节水器具的推广使用和非常规水资源的利用这四个方面，旨在从房屋建筑的使用方面，实现建筑节水 [ 3 ] - [ 5 ] ，但鲜有专门针对房屋建设施工过程的用水节水的研究。本文通过调查和分析上海市房屋建设项目相关用水数据，计算提出作为上海市地方标准的城市房屋建设用水定额基准值，并与部分省市相关定额标准进行了比较，提出了相应的节水管理措施建议。 城市房屋包括住宅楼、工业厂房、商业楼宇、写字楼及其他专用房屋，其建设浇筑方式分为现场浇筑混凝土与商品混凝土，建筑结构分为框架结构与砖混结构。城市房屋的建造和运行是以消耗大量的自然资源以及造成沉重的环境负面影响为代价的 [ 5 ] 。施工中的用水主要用于混凝土搅拌、施工养护、模板清洗、设备清洗、车辆清洗及除尘等生产用水 [ 6 ] [ 7 ] 和生活用水。表1列出了房屋建设施工中的具体用水情况。 Table 1 Water usage of various aspects in building construction proces 序号 建设环节 用水内容 1 混凝土搅拌和打桩 混凝土搅拌与打桩用水随混凝土性质不同而不同，干硬性混凝土用水量一般在0.14~0.19 m 3 /m 2 之间，塑性混凝土用水量一般在0.15~0.23 m 3 /m 2 之间，而普通混凝土用水量在0.15~0.23 m 3 /m 2 之间；另外，其它配料砂石的搅拌，用水量为0.10~0.15 m 3 /m 2 。 2 施工养护 主要指混凝土养护用水，其用水量随季节、湿度、气温变化而不同。 3 其他工序用水 主要指模板清洗、设备清洗除尘及输水损失，一般单位面积用水量约为0.10~0.12 m 3 /m 2 。 4 车辆清洗用水 指为防止混凝土搅拌车所带泥沙污染地面环境的清洗用水和使用完后防止混凝土凝固的冲洗用水。 5 生活用水 除生产用水外，生活用水是房屋建设用水的主要部分，主要供给以保证施工人员每日生活所需用水。 表1. 房屋建设施工各环节用水情况 以上海为例，房屋建设施工中的用水有以下特点：1) 整体用水量大，且施工过程用水与工程周期有关，但并不按照工程期时间平均分布。2) 混凝土用水是施工用水的主要环节，包括混凝土搅拌和养护用水。建筑工程对混凝土的性能要求不仅取决于设计，也与施工方式、施工环境等因素有关。3) 车辆清洗用水量占上海市房屋建设总用水量比重大，这是由于全市对于防尘、防噪音、保持道路清洁有严格环境标准，使混凝土搅拌车等各种车辆在进出厂、进出工地前都需要用大量水进行清洗。4) 生活用水随着工程期时间长度增加而增加，其用水量与施工人员是否入驻工地、人员用水素质、工地生活区条件有关。可见，城市房屋建设用水节水涉及多个方面、情况较为复杂，需要针对其用水特点制定符合实际的节水标准。
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user: 2. 城市房屋建设施工的节水管理现状 结合城市房屋建造与使用等不同阶段的特点，众多工程建设标准被提出来。包括了结构设计、节能设计、节水设计等的设计标准和包括了绿色建筑评估和绿色施工评估的评估标准，这些标准包含城市房屋建筑的全过程管理，均涉及水资源的使用。表2将这些标准从空间尺度上分成5类：国家标准、地方标准、行业标准、企业标准以及国外借鉴。 除以上标准外，建设部于2007年颁布的《绿色施工导则》中，专门针对城市房屋建设施工过程的用水进行规定，特别要求根据工程所在地的水资源状况，制定节水措施。但在实际施工过程中，节水情况并不理想。主要原因在于：1) 节水设备和技术的使用将增加建筑成本，企业推广绿色施工技术的动力不足；2) 针对建设施工用水的标准中均未规定具体的用水量，管理制度不健全导致节水效果不佳；3) 施工人员普遍受教育程度不高，在施工现场以及生活区浪费较为严重。因此，在企业内在节水驱动力不足、用水节水现场管理较为混乱，相应节水标准不够具体、节水设计以及措施无法真正发挥作用的情况下，通过调查和计算分析，提出地方性城市房屋建设用水定额标准，并由政府据其进行相应的总量控制与定额控制相结合的节水管理，成为城市房屋建设节水管理的必然要求。
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user: 3. 城市房屋建设施工的用水定额标准研究 3.1. 用水定额地方标准制订的必要性 根据《中华人民共和国水法》和国务院、水利部的相关规定，我国各省市自治区要制定用水定额地方标准，以为节约用水管理提供技术标准。上海是中国最大的城市，房屋建设数量多、速度快、标准高、种类繁杂、功能多样，用水量较大且有其自身特点。由于施工条件、工人住宿、工地及周边环境保护等众多要求，故在房屋建筑中优先采用占地少、污染小、扬尘少、建设方便快捷的建筑结构与形式，如采用商品混凝土浇筑方式代替传统的现场浇筑，减少了混凝土环节用水，但带来运输车辆清洗的水量增加；又如由于场地有限导致工人不住宿在工地，减少了施工中的生活用水消耗。因此，根据上海城市房屋建设施工用水的特点和节水管理需求，针对性地制订用水定额地方标准是非常必要的。 3.2. 调查方法及结果 本文在上海市节约用水办公室的配合下，采用问卷调查法、访谈法和资料收集法，调查了近三年来用水量较大、企业愿意主动配合、用水数据可信，且已经建成的房屋建设项目31个。剔除其中因缺乏计量措施造成数据不健全的项目、无法区分在建场地与使用场地用水的项目、因用水浪费而数据明显偏高的三类项目，可用有效样本共计21个。 21个样本数据调查共涉及总施工面积为687，164 m 2 ，总用水量为892，862 m 3 ，平均房屋建设单位面积用水量为1.30 m 3 /m 2 。图1为21个项目总用水量与建设面积分布的散点图，反映出用水量基本上随着 Table 2 Construction standards of urban buildin 类别 标准名称 标准内容 国家标准 《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005 从建筑、热工和暖通空调设计方面提出控制指标和节能措施。 《住宅建筑规范》GB50368-2005 从住宅的性能、功能和目标方面提出的强制性要求。 《混凝土结构设计规范》GB50010-2011 用于房屋和一般构筑物的混凝土结构的设计。 《民用建筑节水设计标准》GB50555-2010 用于民用建筑节水设计，包括节水计算、节水系统设计等。 地方标准 《上海市工程建设规范-公共建筑节能设计标准》DGJ08-107-2012 包括热工设计、供暖、通风和空调节能设计、给水节能设计、照明节能设计、电力节能设计等的控制指标和节能措施。 《绿色建筑评价标准》DG/TJ08-2090-2012 规范绿色建筑设计和运行两个阶段的评价。 行业标准 《民用建筑绿色设计规范》JGJ/T229-2010 包括场地、室外环境、室内环境、建筑设计、建筑材料、给排水暖通、电气方面的设计。 企业标准 《绿色施工评价标准》ZJQ08-SGJB005-2008 旨在对工业、民用建、构筑物现场绿色施工进行标准化管理。 国外借鉴 LEED TM (美国) 均为绿色建筑评估体系，包括场地优化设计、建材与资源、建筑节能、室内环境质量等方面的评估 [ 8 ] [ 9 ] 。 BREEAM体系(英国) CASBEE体系(日本) GBC评估体系(加拿大发起，多国合作) 表2. 城市房屋工程建设标准 图1. 21个项目总用水量与建设面积分布散点图 工程量增长而增长。图2表示了5个典型项目的月用水量变化情况，反映了它们在整个项目建设周期内的用水变化特征。图3反映了21个项目中单位建设面积用水量的个数分布条形图。 通过对结果的统计和分析，得到上海市城市房屋建设施工用水特点：1) 施工用水量与建设面积正相关，但也因项目性质的差异而不同，也与企业节水管理水平、建筑材料、建筑用途、建设周期密切相关，这说明房屋建设施工中还有较大的节水潜力；2) 施工用水具有周期性特点，房屋建设用水前期较后期大，前期主要用于打桩、混凝土搅拌和施工养护等建设环节，因受自然条件、建设面积、工期长度、节水技 图2. 5个项目建设周期内月用水量情况图 图3. 单位建设面积用水量个数分布条形图 术的影响，使各项目间月用水量变化趋势存在差异；3) 施工中单位面积用水量分布在0.1~1.6 m 3 /m 2 之间，差距较大，但单位面积用水量在0.9~1.2 m 3 /m 2 区间的项目个数最多，占总数的28.57%。 3.3. 用水定额标准的制订方法与结果 根据上海节约用水工作的实际情况和水利部颁布的《用水定额编制技术导则(试行)》中的用水量计算方法，采用概率平均法计算定额值，能够体现房屋建设施工用水特点与发展趋势及节水指标的先进性 [ 11 ] 。 采用用水定额值计算公式为： 其中： 为调查值的加权平均值；a为最小值；m为中位值；b为最大值。 对于21个样本的单位建设面积用水量数据进行计算分析，得到表3。由公式计算得到：上海市房屋建设施工用水定额标准值 = 0.95 m 3 /m 2 。 3.4. 用水定额标准的比较分析 为验证上海市城市房屋建设施工用水定额标准值的科学性与可行性，将其与其他省市已发布的相关定额标准进行比较。由于上海市主要采用的是商品混凝土的浇筑方式，将其单独列出，并因框架结构与砖混结构的用水量相差较大，将其分开，得到图4与图5。 Table 3 Typical survey datum summary table with wate 种类 单位建设面积用水量(单位：m 3 /m 2 ) 最大值 最小值 中位值 平均值 城市房屋建设施工 1.52 0.15 0.84 0.86 表3. 用水典型调查数据汇总表 图4. 部分省市框架结构房屋建设用水定额 图5. 部分省市砖混结构房屋建设用水定额 自2000年开始，先后有20个省市对房屋建设施工用水定额标准进行制定。经统计，砖混结构单位建设面积平均用水量为0.98 m 3 /m 2 ，框架结构单位建设面积平均用水量为1.03 m 3 /m 2 ，上海市制订的0.95 m 3 /m 2 的标准值比这两者均低。考虑到房屋建设用水受当地气候、施工工艺、用水技术等条件的影响较大，根据相关企业的征询意见、相关政府管理部门咨询意见，最终提出上海市房屋建设施工用水定额标准值为0.95 m 3 /m 2 ，并将其申报上海市地方用水定额标准。
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user: 4. 城市房屋建设施工中的节水对策建议 城市房屋的建设施工过程虽然相对建筑生命周期时间较短，但其对于资源和能源的消耗是非常集中的，且污染物排放量大 [ 10 ] ，其施工用水节水环节是推进绿色建筑，加强节水管理的重要内容。制订房屋建设工程的用水定额地方标准，有利于从法规和标准角度，进一步推动政府管理部门、设计和施工企业进一步加强用水节水管理。 对于城市房屋建设行业而言，结合用水定额标准值，提出5条相关的节水对策建议。1) 建立完善的计量系统，便于用水定额分级管理，将施工各环节用水标准进行精细化管理，制订各个环节节水措施。2) 利用非常规水资源，减少自来水使用量。再生水或海水作为混凝土用水已获得相应的科研成果 [ 12 ] ，减少新水量，降低建筑生产成本。3) 综合考虑施工各阶段的用水情况和影响因素，参照已有的绿色施工评估体系，建立适合企业自身的用水评估系统，定期将实测数据与定额标准值进行比较，及时了解用水效率。4) 政府提供补偿措施或节水奖励机制，促使企业改善建筑工艺，推广节水材料、进行绿色施工。5) 采取有区域特色施工节水措施，如减少混凝土搅拌与养护用水、施工区生活用水、车辆清洗取用自来水量，可在节水的同时，从源头上减少污染物的排放。
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user: 摘 要 传统电沉积技术主要强调材料的装饰性及防腐性，往往忽视了极端电化学条件下电沉积制备技术的开发及应用。本文对极高电流密度和脉冲电流两种极端条件下电沉积技术制备纳米结构材料进行了研究，结果表明：通过调整电沉积工艺参数，可以制备出纳米三维多孔结构材料及块体纳米晶材料。此外，本文还对极端电化学沉积技术制备纳米结构材料的研究应用进行了总结和展望。 关键词 :电化学沉积，极端条件，纳米结构材料，脉冲电沉积
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user: 1. 前言 电化学沉积技术是一种传统的材料制备技术，其包括直流电沉积、脉冲电沉积、喷射电沉积和复合共沉积等 [ 1 ] 。在传统应用领域，电沉积技术往往强调的是材料的装饰性和防腐性等 [ 2 ] ，其通过在电解液中添加表面活性剂和络合剂等，以提高材料的平整度、光洁度及耐蚀性 [ 3 ] - [ 5 ] 等，可获得结晶细致、致密度高的镀层。 随着现代科技的迅速发展，材料领域对具有纳米结构或特殊功能的新型材料提出了更高的要求。电沉积制备技术具有工艺灵活、参数易控等优点，其可以通过调节脉冲波形、频率、电流密度，改变阴极尺寸、电镀液成分等途径来控制合成具有不同结构及性能的金属材料。反之，我们也可以依据对材料结构及性能的要求调整电沉积工艺参数，制备出具有纳米结构或特殊功能的金属材料。传统的电化学沉积技术往往忽视了其在极端条件下的应用 [ 2 ] ，研究极端电化学条件下的电沉积制备技术为纳米结构材料的开发利用提供了一种新思路。因而，本文对极高电流密度和脉冲电流两种极端条件下电沉积技术制备的纳米结构材料进行了研究，并对极端电化学沉积技术的发展及应用前景进行了展望。
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user: 2. 极高电流密度下电沉积制备纳米多孔铜 2.1. 实验 电镀电源采用双向脉冲电源，镀液成分为1.5 mol/L H 2 SO 4 和0.2 mol/L CuSO 4 (室温)。阳极采用电解铜板(纯度高于99.8%)，规格为100 × 50 mm 2 。阴极也采用电解铜板，规格为20 × 10 mm 2 ，阴极背面及侧面用绝缘胶带覆盖。阴阳极之间的间距约为50 mm，施镀时保持阴阳极平行，避免边缘效应和尖端效应。电沉积采用高密度直流电流，阴极电流密度为380 A∙mm −2 ，镀层形貌采用扫描电镜(JEOL JSM-6360LV)进行观察。 2.2. 结果与讨论 在极高电流密度(380 A∙mm −2 )下，不同电沉积时间(5 s、10 s、20 s)制备镀层的表面SEM形貌如图1所示。很明显地，镀层为三维多孔结构材料，孔壁为疏松堆积结构。阴极在极高电流密度下发生高度阴极极化，有大量氢气泡析出并快速逸离。电沉积过程即是以这些氢气泡为模板进行，最终在阴极形成多孔疏松的铜颗粒聚集体结构。阴极析出的氢气泡是一个动态的模板，气泡在向远离电极表面方向运动的过程中极易与相邻气泡合并，从而形成较大体积的气泡 [ 6 ] [ 7 ] 。因而，随着沉积时间的增加，气泡模板的直径增大，镀层主孔径尺寸逐渐增大。 图2是沉积时间为5 s镀层的高倍SEM图，可以看出，孔壁为枝晶生长结构，孔壁上铜粒子的平均尺寸约为50 nm [ 6 ] 。当阴极电流密度足够高时(高于50 A∙mm −2 时，阴极电流密度的变化不影响该三维多孔结构的形成。这种多孔纳米结构材料具有较大的比表面积和贯通的结构，在燃料电池、电化学电容器和电化学传感器等领域都有广泛的应用前景 [ 6 ] [ 7 ] 。
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user: 3. 脉冲电沉积制备块体纳米晶镍 3.1. 实验 电镀电源采用双向脉冲电源，镀液成分及工艺条件如表1所示。阳极采用电解镍板(纯度高于99.8%)，规格为100 × 70 mm 2 。阴极采用高纯(99.9%)铜板，规格20 × 10 mm 2 ，阴极背面及侧面用绝缘胶带覆盖。阴阳极间距约为50 mm，施镀时保持阴阳极平行，以使电力线分布均匀，避免边缘效应和尖端效应。 电沉积采用矩形脉冲电流，脉冲导通时间记为t on ，脉冲关断时间记为t off ，峰值电流密度记为J p ，平均电流密度记为J m ，其中t on 、t off 和J m 可以在电镀电源的控制面板上进行调节，则可知峰值电流密度J p 为 (1) 制备两组电沉积样品，分别采用占空比(t on /t off )为0.2 ms/1.8 ms和1 ms/15 ms，平均电流密度(J m )都为7.5 A/dm 2 ，则峰值电流密度(J p )分别为75 A/dm 2 和120 A/dm 2 。将镀层从阴极上分离，可见镀层表面光洁，厚度约为60 μm。采用TECNAI G220透射电子显微镜(TEM)观察镀层的显微组织。 3.2. 结果与讨论 图3为不同电沉积参数制备镍镀层的TEM图，其中插图为选区电子衍射图谱。可以看出，两个样品的晶粒尺寸皆为纳米量级，晶粒组织较为均匀，无明显孪晶及微裂纹等缺陷。采用脉冲电流进行电沉积时，在脉冲导通时间后，阴极-溶液界面处消耗的阳离子可在脉冲关断时间内得到补充，可以及时消除浓差极化，因而可采用较高的峰值电流密度进行电沉积。此外，由于脉冲关断时间的存在，晶核的长大过程受到阻碍，晶粒不易长大为粗大的晶体组织，因而脉冲电沉积易于获得纳米晶镀层。脉冲电沉积法制得的纳米晶体材料致密度高、晶界洁净、晶粒尺寸均匀，适于用作对纳米材料力学性能和形变机制的研究 [ 8 ] - [ 10 ] 。脉冲电沉积法还可以通过调节脉冲波形、频率、通断比及电流密度等参数，获得具有不同晶粒尺寸的电沉积材料，目前脉冲电沉积技术已被广泛用作制备纳米晶体材料。 对比图3(a)、图3(b)可见，峰值电流密度较高(图3(b))的脉冲电沉积制备镀层的平均晶粒尺寸略小(分别约为24 nm和21 nm)。这是由于在较高的电流密度下阴极形核率较高，在每个脉冲周期恒定充电情况下，提高电流密度可以降低材料的平均晶粒尺寸。王立平等 [ 11 ] [ 12 ] 也发现随着脉冲峰值电流密度的提高，镀层的晶粒尺寸显著减小，镀层的硬度等性能明显提高。为保证阴极-溶液界面处的沉积离子能有效补充，采用较高的峰值电流密度时，要结合较短的导通时间和较长的脉冲关断时间，另外，增加电解液与阴极的相对流速，如采用高速冲液或增加阴极旋转速度等方法也是有效的 [ 13 ] 。 图1. 不同电沉积时间铜镀层的SEM形貌图：(a) 5 s， (b) 10 s， (c) 20 s 图2. 电沉积时间为5 s铜镀层的高倍SEM图 图3. 不同电沉积参数制备镀层的明场TEM图：(a) J p = 75 A/dm 2 ；(b) J p = 120 A/dm 2 Table 1 Composition of the bath and the condition for platin 镀液组成 NiSO 4 ∙6H 2 O 300 g/L NiCl 2 ∙6H 2 O 50 g/L H 3 BO 4 40 g/L 十二烷基硫酸钠 0.25 g/L 糖精 5 g/L 工艺条件 PH 3.0~4.0 温度 50℃ 电镀时间 1 h 表1. 镀液成分和工艺条件
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user: 4. 总结与展望 采用极端条件下的电沉积技术还制备出了其他性能优异的材料。如中科院金属研究所通过极端条件下的电沉积技术制备出了具有高密度纳米级孪晶结构的纯铜材料 [ 14 ] 。强度和导电性是金属材料的两个至关重要的性能，然而，常用的材料强化技术往往是在二者之间作出权衡，如冷变形、合金化、晶粒细化等，在提高材料强度的同时材料的导电性会明显降低。高密度纳米孪晶铜材料不仅具有极高的抗拉强度，其导电性能也与纯铜几乎相当(97%IACS)。纳米孪晶结构中的共格孪晶界在塑性变形过程中可有效阻碍位错，具有与普通晶界相似的强化效果，孪晶界还可作为位错的滑移面吸纳大量位错。这种纳米孪晶结构材料不仅是传统电沉积制备技术的一个突破，还为进一步发展综合性能优异的纳米材料及其产业化应用提供了重要线索。 在学科交叉领域，将电沉积技术与其他技术相结合，近年来受到了广泛的关注。杨艳玲等 [ 15 ] 将超声波技术与电沉积技术相结合，制备出了高致密、高强度的纳米晶体材料。将磁场处理技术与电沉积技术相结合[ 16 ] [ 17 ] ，磁场与电场发生交互作用，对电沉积过程产生重要影响，可以提高电流效率、改善镀层质量与性能。电沉积技术与其他领域技术的交叉应用，拓展了电沉积技术的应用范围，为学科交叉研究提供了一个新颖的方向。 电化学沉积是一种历史悠久的材料制备技术，其相关理论是湿法冶金、电精练、电铸和电镀等传统工业的基础。目前，基于现代科技的发展要求，研究开发具有特殊结构和特殊用途的电沉积材料已成为主要研究方向。在极端电化学条件下进行电沉积制备技术的探索，通过改变电沉积条件，打破传统电沉积参数范围，采用一种极端条件或几种极端条件的组合，或者将电化学沉积与其他领域技术进行交叉组合，有望制备出新的具有特殊结构或特殊功能的金属/合金材料。
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user: 摘 要 利用Hot disk热常数分析仪测定了压实新疆阿尔泰膨润土在不同条件下的导热性能。探讨了干密度、含水量、孔隙度、饱和度与导热性能的关系，并运用了多种模型对热传导系数进行了预测对比分析。结果表明：阿尔泰膨润土的热传导系数、热扩散系数和体积比热均随着干密度和含水量的增大而增大；相同含水量条件下，均随孔隙度的增大而减小；在饱和度大于20%时，饱和度与热传导系数、热扩散系数和体积比热具有明显的指数关系。通过对比，得到实验所得方程与Kahr模型能较好地预测阿尔泰膨润土的热传导系数。 关键词 :高放废物，膨润土，导热特性，预测
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user: 1. 引言 对于高放废物的处置，目前国际上主要倾向于采用深地质处置，即将高放废物深埋于距地表500~1000 m深的稳定地质体中，人为设置多重屏障来阻止核素的泄漏与迁移，以达到对高放废物的安全处置[ 1 ] 。处置库中的回填材料受地下水、应力及核废料放热产生的温度等因素影响[ 2 ] ，在热–力–水多场耦合场中，高压实膨润土作为高放处置库的最后一道人工屏障，要求其具有良好的导热性能和热稳定性能，因此，缓冲/回填材料的热传导性能参数是高放废物深地质系统设计的一项关键指标[ 3 ] 。 目前，关于缓冲/回填材料导热性能的研究，国内外已取得了一定成果。朱国平等人[ 4 ] 用NK-III100E型双试件热导率测定仪测定高庙子膨润土的热传导系数，探讨了含水量与热传导系数的关系；刘月妙等人[ 5 ] 研究了内蒙古高庙子天然钠基膨润土GMZ01与石英砂和石墨混合材料GMZM不同压实密度和不同含水量样品的导热性能，探讨了含水量、干密度、矿物组成和微结构与热传导系数的关系；谢敬礼等人[ 6 ] 在高庙子膨润土GMZ001中添加不同比例的石英砂配制成混合材料，采用瞬变平面热源法测定不同压实密度、不同含水量的砂–膨润土混合材料的热传导系数和热扩散系数，探讨了压实密度、含水量及含砂量与热传导系数和热扩散系数的关系；崔玉军等人[ 7 ] 以美国MX80膨润土为研究对象，探讨了了干密度、含水量、饱和度、孔隙气体体积与热传导系数的关系；J. Pacavsky [ 8 ] 研究了RMN 膨润土与石英和石墨混合材料的热传导系数，探讨了温度，干密度和含水量与热传导系数的关系；Anh-Minh Tang等人[ 9 ] 采用热丝法来测定压实的MX80膨润土的导热率，探讨了矿物成分、含水量、干密度、滞后、饱和度及组分的体积分数与热传导系数的关系。然而，目前还没有人对新疆阿尔泰膨润土的导热性能作过系统的研究。 本文以新疆阿尔泰膨润土为研究对象，采用基于瞬变平面热源法的Hot disk TPS2005S热常数分析仪，在室温条件对不同干密度和不同含水量压实膨润土的热传导系数、热扩散系数和体积比热进行量测，分析探讨了不同因素对热传导系数、热扩散系数和体积比热的影响，并运用多种热传导模型对新疆阿尔泰膨润土的热传导系数进行了预测。
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user: 2. 试验与材料 2.1. 试验原理 试验采用基于瞬变平面热源法的Hot disk TPS2005S热常数分析仪，试验装置如图1。它的核心元件 图1. Hot Disk TPS2500S热常数分析仪 是一个可同时作为热源和温度传感器的平面形Hot disk探头，测试时，在探头上加载恒定电流，引起温度增加，探头的电阻发生变化，从而在探头两端产生电压差。根据样品导热性能的不同，探头的热量散失不同，产生的电压变化也不同。因此，通过记录在一段时间内电压的变化，可以较为精确地得到探头温度的变化，进而测得被测样品的热传导系数、热扩散系数和体积比热。 2.2. 试验材料 试验材料为新疆阿尔泰市售200目钠基膨润土，新疆阿尔泰膨润土矿地处新疆准噶尔盆地北部边缘，是目前世界发现的较大矿床之一，也是我国发现的最大的膨润土矿床。其主要矿物为Na-蒙脱石，含量约为65%，另有少量α-石英，约为9%，液限为102.7%，塑限为36.4%，比重为2.77，离子交换容量为1.02 mmol∙g −1 。 2.3. 试样制备 为了研究干密度、含水量等对膨润土导热性能的影响，本次试验按照12%，14%，16%和18%含水量及1.2~1.8 g∙cm −3 等参数的不同组合制备试样。 制备之前，首先将200目膨润土置于(105 ± 3)℃的烘箱中，烘干至恒重，按预先设定的含水量，加入蒸馏水均匀湿化，密封2 d后用压样机将试样压至预设干密度，加工成直径为61.1 mm，厚度为20 mm的圆柱形试样，一式两块。压好后的试样应即刻进行导热性能测试，以保证测试出的结果尽可能准确。
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user: 3. 结果与讨论 3.1. 膨润土的热传导系数 热传导系数反映了材料传递分子热运动的性质 [ 10 ] 。图2为不同压实干密度和不同含水量的膨润土的热传导系数，由图可知在相同干密度条件下，随着含水量的增大，热传导系数也随之增大；在相同含水量条件下，随着干密度的增大，热传导系数也是不断增大的。当干密度大于1.58 g∙cm −3 时，膨润土的热传导系数均高于0.8 W∙m −1 ∙k −1 。含水量为18%，实际干密度为1.79 g∙cm −3 时，热传导系数达到1.402 W∙m −1 ∙k −1 。 从图3上可以明显看出热传导系数与孔隙度的关系：在相同含水量条件下，热传导系数随着孔隙度的增大而显著减小；而对于同一孔隙度的膨润土，随着含水量的增大热传导系数也是随之增大的。 图4反映了当饱和度大于20%时热传导系数与饱和度的关系。每个点代表不同干密度和不同含水量膨润土的热传导系数值，由图可看出热传导系数随饱和度变化的整体趋势是前者随后者的增大而逐渐增大的。当饱和度大于45.85%时，热传导系数均高于0.8 W∙m −1 ∙k −1 。热传导系数和饱和度的关系可用下式表示： 图2. 热传导系数与干密度关系曲线 图3. 热传导系数与孔隙度关系曲线 图4. 热传导系数与饱和度关系曲线 3.2. 膨润土的热扩散系数 热扩散系数是反映材料的温度传递能力，热扩散系数越大，热量传递越快。图5反映了在不同干密度和不同含水量条件下的热扩散系数。由图可知，在同一干密度条件下，随着含水量的增大，热扩散系数逐渐增大；在同一含水量条件下，随着干密度的增大，热扩散系数显著增大。当含水量为18%，实际干密度为1.79 g∙cm −3 时，热扩散系数达到0.5449 m 2 ∙s −1 。 图6为热扩散系数与孔隙度的关系曲线，由该图可明显看出：在相同含水量条件下，热扩散系数随孔隙度的增大显著减小；在相同孔隙度条件下，热扩散系数随含水量的增大而略微增大。在孔隙度大于42%时，热扩散系数均高于0.4 m 2 ∙s −1 。 图7反映了热扩散系数与饱和度的关系。每个点代表不同干密度和不同含水量膨润土的热扩散系数值，由图可看出热扩散系数随饱和度变化的整体趋势是前者随后者的增大而逐渐增大的。热扩散系数与饱和度的关系可用下式表示： 式中：α为热扩散系数(m 2 ∙s −1 )；Sr为饱和度(%)；R为相关系数。 3.3. 膨润土的体积比热 体积比热是表示物质热性质的特有属性。图8为不同干密度和不同含水量条件下的比热。从图上可以明显看出：在同一干密度条件下，随着含水量的增大，热扩散系数逐渐增大；在同一含水量条件下，随着干密度的增大，比热显著增大。在含水量为18%，实际干密度为1.79 g∙cm −3 时，比热达到2.574 MJ∙m −3 ∙k −1 。 图9反映了不同含水量条件下比热与孔隙度的关系。由图8可知，对于相同含水量的膨润土，比热随着空隙的的增大而明显减小；而对于相同孔隙度下的膨润土，比热随着含水量的增大而增大。孔隙度低于45%时，比热均高于2 MJ∙m −3 ∙k −1 。 不同干密度和不同含水量的比热与饱和度的关系如图10所示。由图可以得出，随着饱和度的增大，膨润土的比热呈现不断增大的趋势。比热与饱和度的关系可用下式表示： 图5. 热扩散系数与干密度关系曲线 图6. 热扩散系数与孔隙度关系曲线 图7. 热扩散系数与饱和度关系曲线 图8. 比热与干密度关系曲线 式中：c为比热(MJ∙m −3 ∙k −1 )；Sr为饱和度(%)；R为相关系数。
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user: 4. 热传导系数的预测 通过试验数据进行拟合得到的热传导系数方程如方程(1)： 。图11 图9. 比热与孔隙度关系曲线 图10. 比热与饱和度关系曲线 图11. 本试验所得方程预测值与实测值的比较 是用该方程预测的纯膨润土的热传导系数与与本试验实测值的比较结果，图中x轴表示实测值，y轴表示预测值，+15%和−15%线分别表示预测值与实测值的误差为±15%。由该图可以明显看出，用该方程得到的预测值与通过本试验得到的实测值的误差均在±15%以内，说明该方程可以较好地预测新疆阿尔泰膨润土的热传导系数。 国内外常用的纯膨润土的热传导系数模型有Kahr模型、Kuntsson模型、Sakashita模型和Johanson方法。 Kahr模型[ 11 ] 为： Kuntsson模型[ 12 ] 为： 其中： Sakashita模型[ 13 ] 为： 其中： Johanson方法[ 14 ] 为： 其中： 以上式中：λ p 、ρ、ρ d 、ρ s 、w分别为热传导系数预测值、膨润土密度、干密度、土粒密度和含水量。λ o 和λ 1 为饱和度等于Sr = 0和1时的热传导系数，K e 为饱和度的函数，表示饱和度对热传导系数的影响。K w 表示水的热传导系数(K w = 0.57 W·m −1 ∙k −1 )；K s 是固体的热传导系数，K q 是石英的热传导系数(K q = 7.7 W·m −1 ·k −1 )，K o 是其他矿物的热传导系数(K o = 2.0 W∙m −1 ∙k −1 )，q是石英的体积分数。 图12(a)~(b)分别是以上4种模型预测的纯膨润土的热传导系数与与本试验实测值的比较结果。由图可见，除了Kuntsson模型外，Kahr模型、Sakashita模型和Johanson方法都能较好地预测阿尔泰膨润土的热传导系数。其中，用Kuntsson模型、Sakashita模型和Johanson方法都较高地预测了该膨润土的导热率，Kuntsson模型预测值高于实测值的15%~50%，Sakashita模型预测值高于实测值0%~25%，Johanson方法预测值高于实测值−5%~30%。而Kahr模型预测值与实测值相差在10%以内，可见，Kahr模型能较 图12. Kahr模型、Kuntsson模型、Sakashita模型和Johanson方法预测值与实测值的比较 好得预测阿尔泰膨润土的热传导系数。叶为民等[ 15 ] 采用几种模型预测了内蒙高庙子膨润土的热传导系数，结果显示用Kahr模型预测值和实测值拟合最好，而Kuntsson模型、Sakashita模型预测的结果较好，但相差20%以上。这说明了同一模型可能适用于不同的膨润土，但不同的预测模型也可能适合不同的膨润土。
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user: 5. 结论 (1) 对于新疆阿尔泰膨润土，当含水量为12.24~18.21%，干密度大于1.58 g∙cm −3 时，膨润土的热传导系数均高于0.8 W·m −1 ∙k −1 ，满足IAEA对缓冲回填材料热传导系数的要求。 (2) 同一干密度条件下，热传导系数、热扩散系数和比热随着含水量的增大而增大；同一含水量条件下，热传导系数、热扩散系数和比热均随着干密度的增大而显著增大。在相同含水量条件下，热传导系数、热扩散系数和比热随着孔隙度的增大而减小。出现以上现象是由于干密度的增大会导致孔隙度的减小，含水量的增大会导致孔隙中空气的量相对减少，而膨润土和水的导热性均远远大于空气的导热性能所致。 (3) 阿尔泰膨润土的饱和度大于20%时，热传导系数、热扩散系数和比热均与随饱和度的增大而增大，并通过拟合分别得到了传导系数、热扩散系数、比热与饱和度的关系方程。 (4) 用几种模型进行拟合，通过比较，得到本试验所得方程与Kahr模型预测的新疆阿尔泰膨润土热传导系数与实测值拟合较好，可用于新疆阿尔泰膨润土热传导系数的预测。
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user: 摘 要 相比于传统自动调焦方法，基于图像处理的光电自动调焦技术具有智能化、速度快、准确性高、便于控制等优势，已成为自动调焦技术研究的主流方向。本文首先通过构建模型，详细阐述了基于图像处理的光电自动调焦原理和流程，并简要介绍了两种常用自动调焦方法；接着，基于对焦深度法给出了本文设计的自动调焦方案；最后，利用搭建的原理性样机开展了自动调焦实验，验证了本文方案的可行性。 关键词 :自动调焦，对焦深度法，图像处理，调焦实验
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user: 1. 引言 近年来，光电成像系统逐步向智能化、自动化的发展，自动调焦技术也逐渐成熟起来。为拓展该技术的应用，国内外研究了多种调焦方法，常用方法可概括为三种 [ 1 ] [ 2 ] ：1) 测距法，该方法通过测量目标距离，利用目标距离与焦距之间的关系进行自动调焦。该方法原理简单，可靠性高，但对于“远、弱、小”物体拍摄效果不理想；2) 焦点检测法，该方法在光学镜头附近安装一自动对焦组件，以镜头焦点为探测对象，拍摄距离大，已在单反相机中广泛应用，但对运动目标、细条目标和低反差目标成像效果欠佳；3) 图像处理法，这是一种被动调焦方法，它是基于目标图像的清晰程度来自动调焦的。从发展趋势来看，基于图像处理的光电自动调焦方法具有智能化、快速准确、控制方便等优势 [ 3 ] ，已逐步成为自动调焦技术发展的主要方向。本文设计的数字图像自动调焦方案，取窗准确，实时性好，可满足25 Hz实时采集的需求。
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user: 2. 基于图像处理的光电自动调焦原理与方法 2.1. 自动调焦原理 原理上讲，基于图像处理的光电自动调焦技术以图像评价函数作为判定聚焦与否的指标，根据评价函数值控制图像传感器移动或者改变光学系统焦距，从而使景物在传感器面上清晰成像。由于图像传感器精密易损，而且轴向移动对成像质量影响较大，因此，对于高精度光电测量系统，通常采用“传感器固定、镜头移动”的自动调焦方案，利用电机控制光学系统中各组镜片间距，达到自动调焦的目的。 基于图像处理的光电自动调焦系统主要由四部分构成，包括变焦光学系统、图像传感器、图像处理模块、电机驱动模块，如图1所示。其中，变焦光学系统用于对三维场景成像，并在电机驱动控制下，实现光学系统中镜组之间的轴向移动，达到调焦的目的；图像传感器的功能是对目标成像，并将图像数据传送至后续处理模块进行清晰度评价；图像处理模块具有图像预处理、调焦窗口选取和图像清晰度评价等功能，该模块还将清晰度评价值转换为调焦量；电机驱动模块根据调焦量大小控制改变变焦光学系统各镜组之间的间隔，获取最佳焦距。 对比图1系统结构，图2给出了该系统的工作流程，对其简要表述为：首先，利用变焦光学系统和 图1. 基于图像处理的光电自动调焦系统结构示意图 图2. 系统工作流程 传感器获取序列图像数据；然后对图像做预处理，如图像降噪、增强与分割等；接着按照一定策略选择调焦窗口，并利用图像评价函数计算窗口图像的清晰度评价值；根据序列图像清晰度值特征，确定合适的调焦方向和调焦步长进行峰值搜索和调焦判断；通过改变镜组间距来进行调焦，依次反复，直至获取最清晰的场景图像。 2.2. 常用自动调焦方法 不同于传统自动调焦法，基于图像处理的光电自动调焦方法利用图像处理技术对目标像进行成像质量分析，得出图像清晰度值或者离焦量，再驱动电机调整光学系统焦距，从而获取聚焦下的目标图像实现自动调焦。按照工作原理不同，又可分为 [ 2 ] 对焦深度法和离焦深度法。 1) 离焦深度法 离焦深度法利用从离焦图像中获取的目标深度信息来进行自动调焦。该方法要求事先建立描述光电成像系统的数学模型，通过获取2副或者2副以上不同成像参数下的图像信息，再结合成像系统参数，求解成像目标离焦的深度信息，进而找到系统的最佳聚焦位置。离焦深度法只需采集不同成像参数下的几幅图像，便可结合图像分析实现自动调焦，极大减少了驱动电机、程序运行等时间，具有较快的运算速度，但由于计算所用信息量少，而且需建立精确的数学模型才能保证调焦效果，因此离焦深度法误差加大，适用于一些要求不高的场合。 离焦深度法又分为 [ 4 ] [ 5 ] 基于图像恢复的方法和基于模糊量估计的方法。第一种方法先利用部分特征性图像信息估算光学系统的点扩展函数PSF，然后再根据所建立的图像退化模型，对模糊图像进行恢复还原。第二种方法首先利用不同成像参数下采集的2~3幅图像，计算帧间相对模糊量，并结合图像分析得到图像的模糊程度；然后根据几何光学知识估算出光电成像系统的离焦量，进而驱动变焦光学系统或图像探测器实现准确聚焦。 2) 对焦深度法 对焦深度法是一种采用搜寻方式的调焦方法，它首先采集从模糊到清晰的序列图像，再选用适用的图像清晰度评价函数进行图像清晰度评价，同时利用电机控制镜头移动方向和步长，直至找到图像清晰度评价值最大的位置，实现自动调焦。图3给出了该方法实现的系统结构示意图。 结合图3，对对焦深度法工作过程作简要阐述：目标物经变焦镜头在图像传感器上形成图像，然后主控单元对采集到的图像数据进行预处理和分析，再根据评价结果控制驱动模块调整变焦镜头中镜组之间的间距，直到成像最清晰，然后由主控单元输出并存储清晰图像。通常情况下，对焦深度法往往需要搜索10幅~12幅图像才能保证调焦精度，所利用的图像数据越多，调焦效果也就越好，但速度会有所降低，另外，图像评价函数的选择也是影响算法速度的因素之一。
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user: 3. 本文自动调焦方案 对比两种常用自动调焦方法，对焦深度法充分利用了数字信号处理的硬件高速型和软件编程的灵活性，具有稳定性好、智能化程度高、适用范围广等优势，因此，本文在自动调焦方案设计中便采用了对焦深度法。 本文设计了基于PC机的自动调焦系统平台，如图4所示，硬件部分包括变焦镜头、图像传感器、监视器、驱动电机、PC机、图像采集卡和数据处理板等部分。其工作流程为：被观测物体出现在系统视场内时，图像传感器将采集到的视频信号分两路传送，一路送监视器实时显示，另一路被图像采集卡转换成数字信号，再由数据处理单元对每帧图像进行实时处理，判断物体是否清晰成像，即是否聚焦准确——若处于图像模糊不清，则根据反馈信号驱动电机改变变焦镜头中镜组之间的距离，如此反复直至完成自动调焦任务。 在方案设计中，图像清晰度评价、调焦窗口自动选择、峰值搜索是三项亟待关键技术问题。在图像清晰度评价函数选择中，本文根据被测物体特点，提出了一种基于多向最大梯度阈值的自动调焦评价函数，函数定义如下： (1) 式中： 为图像中任意一点。 图3. 基于对焦深度法的光电自动调焦系统结构示意图 图4. 基于PC机的自动调焦系统总体结构框图 在调焦窗口设计时，本方案采用波门跟踪理论，提出了基于动态窗口预测的波门选择法。假定调焦窗口在第 帧和第 帧中的坐标位置 和 ，则下一刻调焦窗口位置为： (2) 式中： 和 为坐标偏移量， ， 。 在峰值搜索算法中，本方案选用成熟的爬山搜索方法[ 6 ] ，其原理如图5所示。驱动变焦镜头的点击从原点位置出发，走一步计算一次图像评价函数值。如果函数值逐渐变大，则调焦方向正确，急需调焦，否则，方向错误，反方向调焦。当函数值开始下降，说明镜头已经跨过最佳对焦点位置，此时驱动电机需要反向运转并减小步长，带动镜头反方向移动，回寻最佳对焦点位置。如此反复，直到电机步长减小至给定值，搜索结束。在图5中，(1)和(2)表示函数值刚减小的位置，(3)表示停止搜索的位置。
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user: 4. 实验验证与结果分析 为验证本文方案，本节利用构建的原理性样机开展了自动调焦实验，图6为实验时采集的不同调焦状态的目标序列图像，图7为自动调焦过程中由模糊逐渐变清楚的目标图像，各图中的调焦窗口以矩形框标出，右上角为窗口放大图，表1对应给出了不同情况下调焦窗口的中心坐标和大小。 可以看出：1) 本方案实现了光电系统的自动调焦，准确获取了清晰图像；2) 本方案以局部图像区域为调焦窗口，计算量大为减少，实时性明显提高；3) 表1显示，本方案采取动态预测方法后，能很好预测并确定调焦窗口在序列帧间的坐标位置，最大坐标偏差不足8个像素，相邻帧间定位偏差更小，不足3个像素；4) 从实时性来看，在自动调焦过程中，整个调焦过程耗时(图像采集、处理、电机驱动等)在26 ms左右，完全可满足25 Hz图像实时采集工作的要求。 图5. 爬山搜索法原理示意图 图6. 调焦过程中采集的序列图像 图7. 本方案自动调焦效果 Table 1 The focusing windows parameter obtained by the proposed schem 图像状态 窗口中心坐标(像素) 窗口大小(像素 × 像素) 离焦状态1 (267， 334) 32 × 38 离焦状态2 (264， 331) 24 × 48 聚焦状态 (262， 328) 26 × 56 表1. 本方案获取的调焦窗口参数
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user: 5. 结论 基于图像处理的光电自动调焦方法以数字图像处理为基础，通过分析图像信息来评估光电成像系统的聚焦程度，进而实现自动对焦。因其无需额外设备，硬件结构少，现已在摄影摄像、实时监控、机器视觉等领域得到了工程化应用。本文先对基于图像处理的光电自动调焦技术做了原理阐述，介绍了两种常用自动调焦方法，接着基于对焦深度法提出了本文设计的自动调焦方案，最后实验验证了本文方案的可行性。本文所提方案对于后续系统工程化实现具有很强的指导意义。
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user: 摘 要 我们采用浸渍法将GOD吸附在有序介孔碳修饰的电极表面(GOD/OMC/GCE)，然后又在其表面覆盖了一层二茂铁丙酮溶液，最终成功构建了一种新的电流型葡萄糖生物传感器。结果表明，该修饰电极Fc/GOD/OMC/GCE对葡萄糖有很好的电催化活性，对葡萄糖的检测线性范围为5.00 μM~10.00 mM；检出限为1.03 ± 0.15 μM (信噪比为3)。同时对该修饰电极的选择性与稳定性也做了讨论。 关键词 :有序介孔碳，葡萄糖氧化酶，葡萄糖，生物传感器
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user: 1. 引言 葡萄糖 [ 1 ] 是构成人体最基本的化学物质之一。是为有机体提供能量的原料。基于葡萄糖氧化酶的生物传感器在食品工业、生物医学、生化工业上均有重要的用途。早在1962年，Clark和Lyons [ 2 ] 就提出了葡萄糖生物传感器的原理：当葡萄糖还原以后，还原态葡萄糖氧化酶的氧化还原活性中心在酶分子内部，受蛋白质的包围，不易直接与常规电极交换电子，因而得不到直接可测量的电信号。因此人们常根据此反应过程中氧气的消耗量或者生成物H 2 O 2 的生成量间接测定葡萄糖的含量。但是，该方法中由于大气中氧分压的变化会导致溶液中溶解氧浓度的变化，从而影响测定的准确性；而在传统的固体电极上，H 2 O 2 氧化需要很高的过电位(>0.6 V vs. Ag/AgCl)。在如此高的电位下进行氧化测定，试样中共存的其它电活性物质，如：抗坏血酸和尿酸等，也可以在此电位下氧化而产生氧化电流，给测定带来干扰，因此该方法的灵敏度和选择性相对较差。因此，近年来基于媒介体电极的葡萄糖生物传感器得到广泛的重视 [ 3 ] - [ 6 ] 。 二茂铁(Ferrocene，以下简称Fc)及其衍生物 [ 7 ] - [ 10 ] 是一类富电子体系， 具有氧化还原可逆性、芳香性、低毒性、疏水性等特点，其修饰电极膜中有氧化还原中心，因此在电位扫描过程中能发生氧化或还原反应，促进电子的转移速率。张校刚 [ 10 ] 等人用分子自组装技术在金电极表面形成二茂铁乙烯基吡啶硫醇单分子膜。经过分子自组装法制得的二茂铁及其衍生物修饰电极，表面结构高度有序，稳定性好。李亚卓 [ 11 ] 等人将聚烯丙胺基二茂铁与聚苯乙烯磺酸盐生成的离子配合物用乙醇溶解后掺杂到溶胶–凝胶中，将此溶液滴涂在玻碳电极表面。Koide等人 [ 12 ] 通过羧基二茂铁上的羧基与凝胶聚烯丙胺上的氨基反应制成高分子媒介体，然后以共价键连到葡萄糖氧化酶上，得到介质改良的酶电极。Gass等人 [ 13 ] 通过媒介体吸附的方法制备了二茂铁媒介的葡萄糖氧化酶电极所以它们具有非常好的电化学活性和电催化功能，广泛地应用于电化学和生物传感器的制备。 有序介孔碳自1999年 [ 14 ] 首次被合成出来以来，由于其一系列独特的性质 [ 14 ] - [ 16 ] ，如巨大的比表面积、狭窄的孔径分布、维度有序等等，己经引起了科学工作者极大的兴趣。介孔碳能提高电子传递速率，人们利用有序介孔碳修饰电极已经成功地检测了许多生物分子，如：NADH、抗坏血酸、多巴胺、过氧化氢等 [ 17 ] - [ 22 ] 。 在本论文中，我们利用有序介孔碳的高比表面积，采用浸渍法将葡萄糖氧化酶(Glucose Oxidase，简称GOD)吸附固定在有序介孔碳修饰电极表面，然后利用Nafion溶液将媒介体二茂铁修饰到介孔碳电极表面，便制得了一种新的电流型葡萄糖生物传感器，并详细研究了它的性能。
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user: 2. 实验部分 2.1. 试剂与仪器 葡萄糖氧化酶(GOD， E.C. 1.1.3.4， 151 U/mg，来源于黑曲霉)购于美国Sigma公司。有序介孔碳(OMC)由本实验室提供。β-D-葡萄糖，抗坏血酸(AA)，尿酸(UA)，多巴胺(DA)均购于Sigma公司。二茂铁购于北京化学试剂厂。β-D-葡萄糖储备溶液使用前需要在4℃环境中放置24小时，使其达到变旋平衡后再使用。其他试剂均为分析纯。实验用水为二次蒸馏水。整个实验均在室温下进行。有序介孔碳(OMC)由本实验室自己合成 [ 14 ] [ 23 ] 。 电化学实验采用CHI660C型电化学工作站(上海辰华仪器公司)；标准三电极体系：Fc/GOD/OMC修饰的玻碳电极为工作电极，Ag/AgCl (3 M KCl)为参比电极，铂丝为对电极。X射线粉末衍射数据在Siemens D5005衍射仪上收集。氮气吸附/脱附于液氮温度下(77 K)在美国ASAP 2010分析仪上测得。透射电镜(TEM)照片在日本JEOL JEM2011型高分辨透射电镜于200 kV下获得。拉曼光谱在英国Renishaw-1000型拉曼光谱仪上收集。 2.2. 修饰电极的制备 将玻碳电极分别在湿润的金相砂纸和α-Al 2 O 3 抛光成镜面，二次蒸馏水超声清洗，经铁氰化钾溶液校准，在丙酮和二次水中各超声3 min后备用。将一定量有序介孔碳超声分散在N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，制得0.5 mg/mL的OMC分散液。用微量注射器取5 μL此分散液修饰于处理好的玻碳电极表面，用红外灯烘干约15 min，得到有序介孔碳修饰电极(OMC/GCE)。 制备10 mg/mL的GOD Na 2 HPO 4 -KH 2 PO 4 溶液中(0.1 M， pH 7.0)。将OMC/GCE电极于4℃环境中在上述GOD溶液中浸泡约20 h后，取出，然后在其表面滴加2 μL 0.5% Nafion溶液，自然晾干，最后在修饰电极表面滴涂5 μL 0.05 mol/L的二茂铁的丙酮溶液，利用Nafion与二茂铁之间的静电吸附作用将二茂铁修饰到电极上。待电极自然晾干后便得到了包含GOD的有序介孔碳修饰电极。本文中我们用Fc/GOD/OMC/GCE来表示该修饰电极。
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user: 4. 结论 在本工作中，我们用吸附法将葡萄糖氧化酶固定到有序介孔碳修饰电极表面，进而制备出了一种新型的Fc/GOD/OMC/GCE修饰电极，这种电极很好地体现了有序介孔碳的优良特性，不仅保持了葡萄糖 图10. Fc/GOD/OMC/GCE在连续滴加葡萄糖的磷酸缓冲溶液(0.1 M， pH = 7.0)中的计时电流响应，设置电位为−0.45 V 图11. 不同浓度的葡萄糖与Fc/GOD/OMC/GCE的计时电流响应的线性关系 Table 1 I-t current responses of 20 µmol·L−1 glucose， uric acid， dopamine and ascorbic acid in PBS (0.1 M， pH 7.0 物质 浓度 目标物(T)/干扰物(I) 稳态电流 是否干扰(Y/N) 葡萄糖 20 µmol·L −1 T 6.88 × 10 −6 A - 尿酸 20 µmol·L −1 I 6.87 × 10 −6 A N 多巴胺 20 µmol·L −1 I 6.89 × 10 −6 A N 抗环血酸 20 µmol·L −1 I 6.75 × 10 −6 A Y 表1. 20 µmol·L −1 的葡萄糖、尿酸、多巴胺以及抗坏血酸在0.1 M，pH 7.0的磷酸盐缓冲液中的电流–时间响应 氧化酶的生物活性，而且在二茂铁与有序介孔碳的共同作用下，所制得的Fc/GOD/OMC/GCE修饰电极对葡萄糖显示出良好的电催化性能，对葡萄糖的检测线性范围为5.00 M~10.00 mM；检出限为1.03 ± 0.15 M (S/N = 3)；相关系数为0.996 (信噪比为3)。并且在检测过程中可以消除多巴胺、尿酸的干扰，但是对抗坏血酸表现出一定程度的响应。我们希望通过进一步改进，该葡萄糖氧化酶修饰电极可以在实际样品检测中得到应用。
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user: 摘 要 在放射性废固处理处置问题愈发突出的情况下，聚乙烯高整体性容器(HIC桶)在ALARA (合理可行尽可能低)、废物最小化、可操作性、系统复杂性及成本等各方面具有优势，HIC桶在美国等核技术发达国家广泛使用，具备良好的工程应用业绩，拥有被不断验证和改进的成熟配套设备，同样，在我国从山东海阳核电站开始，HIC桶将会陆续应用在放射性废物处理和处置上，这不可避免的会涉及HIC桶的贮存问题。本文结合国内的标准规范和海阳核电厂的工程应用，阐述了HIC废物桶在核电厂产生后的贮存要求和暂存库的设计考虑。 关键词 :高整体性容器，处置，设计