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期刊信息/Journal information
中国科学（技术科学）
中国科学（技术科学）

严陆光

月刊

1674-7259

technology@scichina.org

010-64016732

100717

北京东黄城根北街16号

中国科学（技术科学）/Journal SCIENTIA SINICA TechnologicaCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>《中国科学》是中国科学院主办、中国科学杂志社出版的自然科学专业性学术刊物。《中国科学》任务是反映中国自然科学各学科中的最新科研成果，以促进国内外的学术交流。《中国科学》以论文形式报道中国基础研究和应用研究方面具有创造性的、高水平的和有重要意义的科研成果。在国际学术界，《中国科学》作为代表中国最高水平的学术刊物也受到高度重视。国际上最具有权威的检索刊物SCI，多年来一直收录《中国科学》的论文。1999年《中国科学》夺得国家期刊奖的第一名。本刊从2009年1月期变更为主要报道技术科学方面的优秀成果，主要学科为材料、机械工程、工程热物理、水利、空间科学、航空、土木工程、核科学与技术、电工、电机、建筑、工程力学等，而不再刊登有关信息科学方面的内容。
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    氢燃料电池阳极抗一氧化碳毒化催化剂的研究进展与展望

    吴钊颖罗夏爽罗柳轩郭杨格...
    567-583页
    查看更多>>摘要：氢燃料电池阳极侧通常使用铂(Pt)催化氢氧化反应(HOR)，然而当前供应氢燃料电池的工业产氢气中通常含有少量的一氧化碳(CO)杂质，因此将导致Pt催化剂活性因CO中毒而降低。如何提升阳极催化剂的抗CO毒化能力是HOR研究领域的重要课题。本文介绍了抗CO毒化的Pt基催化剂的研究现状，总结了过渡金属及氧化物掺杂、催化剂表面修饰和载体调控及选择等合成策略，汇总了其他铂族金属催化剂与非贵金属催化剂的抗CO毒化研究进展，并对未来的抗CO毒化阳极HOR催化剂发展方向作出了展望。

    氢燃料电池阳极反应氢氧化反应抗CO毒化电催化剂

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    数据驱动储能电池新材料的筛选和设计

    张奇彭超薛冬峰
    584-600页
    查看更多>>摘要：数据驱动新材料产业发展是第四研究范式促进材料创新，加快材料应用的多学科多领域交叉融合的技术热点。机器学习(machine learning，ML)作为一种重要的数据驱动方法，其结合第一性原理计算在材料科学、化学、物理学和计算机等跨学科领域展现出巨大的优势，为储能电池新材料的快速发展带来了新的机遇。为帮助研究人员了解这一新兴领域，本文系统地详述了高通量计算筛选和ML在储能电池材料研究中的最新进展，概括和总结了目前国内外应用较为广泛的在线材料数据库，举例介绍了新数据库的多层次构建，分析了目前数据采集方面的一些难点。论文进一步介绍了ML方法在高通量计算筛选、材料性质预测、材料结构与电化学性能构效关系研究和材料设计方面的应用实例，最后分析讨论了当前ML在储能电池领域面临的一些挑战，并展望了该领域的前沿研究。

    ML储能电池高通量计算筛选

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    智能飞行汽车关键技术及发展趋势

    张新钰荣松松李骏李德毅...
    601-624页
    查看更多>>摘要：城市立体交通是未来智慧出行发展的热点方向，近年来受到了广泛的关注。作为城市立体交通的载体，智能飞行汽车融合了飞机与汽车两种运动模态，能够灵活地在空中与地面进行切换。本文介绍了智能飞行汽车的背景、历史与现状，阐述了其与城市空中交通载具的区别，分析与讨论了飞行汽车的系统设计，并介绍了智能飞行汽车的关键技术创新，包括动力技术和机电总体设计、多模态切换、模块复用与飞车脑认知等。重点讨论了飞行汽车的智能化技术，包括近地感知、决策与规划、智能控制与智能通信系统的关键技术与瓶颈。最后，结合现有技术，对智能飞行汽车的技术进行了剖析，并讨论了潜在的解决方案与发展趋势。

    智能飞行汽车城市立体交通飞车脑认知多模态切换智能化技术

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    聚合物纳米复合电介质电热耦合分子断裂击穿特性与机理研究

    杨玲钰闵道敏武庆周于是乎...
    625-635页
    查看更多>>摘要：薄膜介电电容器是电力系统、新能源汽车及电磁能装备中广泛使用的高功率储能设备。但面对越来越高的工作温度，电介质的击穿强度急剧下降，导致电容器的储能密度大幅减小。为了明确电介质击穿特性和温度间的定量关系，本文制备了聚丙烯/氧化铝和聚醚酰亚胺/氧化铝纳米复合电介质，研究其击穿强度的温度依赖性。结果表明，电介质的击穿场强随温度升高下降幅度增大，两者间为凸函数关系。但传统击穿模型均得到击穿强度与温度的变化为凹函数关系，与实验结果不符。本文建立了电热耦合分子断裂击穿模型，模型解析值与实验数据的最大误差仅为3。57％;从分子定向运动导致局部分子链相互作用强度下降的角度揭示了聚合物的击穿机理;纳米填料掺杂会导致复合电介质中的分子链受到束缚，界面区分子链间相互作用增强，并减少弱束缚分子链段，提升电介质的击穿场强及其温度稳定性。该研究为开发耐高温储能电容器提供了理论模型支持。

    纳米复合电介质击穿模型温度依赖性分子断裂

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    超临界CO2池式换热实验与数值模拟研究

    于博文何孝天徐进良
    636-644页
    查看更多>>摘要：超临界传热已进行了广泛研究，但对其现象及机理的认识仍不充分，本文研究了超临界二氧化碳(super-critical，sCO2)池式传热。实验以长度为22 mm和直径为70 μm铂丝为加热和测温元件，容器压力为8～10MPa，加热丝热流密度范围为0～1800kW/m2，显著高于文献中的参数范围。采用变物性层流模型进行流固耦合数值模拟，加热丝附近采用了多尺度网格技术，数值模拟与实验结果吻合良好。发现传热系数h随热流密度qw的变化呈S形曲线，将h-qw曲线划分成三个区域。在类临界温度前，因瑞利数Ra随qw增大而增大，h随qw增大而增大;当铂丝温度开始超过类临界温度后，由于超临界流体回流效应增强，h继续增大直到获得最大值。随后，由于近壁区类气膜热阻增大，h随qw增大而减小直到获得极小值。在超过h极小值点后，由于高温下超临界流体导热系数随温度增大而增大，随qw增大h回复到增大趋势。本文获得了全参数范围内传热系数与热流密度的关系曲线，获得了对超临界池式传热较为完整的理解。

    超临界CO2池式换热自然对流数值模拟

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    核反应堆液体区域控制系统全程隐蔽攻击方法研究

    黄宇王嘉俊谷赫谢家乐...
    645-654页
    查看更多>>摘要：隐蔽攻击对核反应堆液体区域控制系统的安全运行构成了严重威胁。然而，隐蔽攻击的成功实施不仅需要掌握被攻击对象的精确模型，而且很难在攻击完成后无痕退出。为此，本文针对核反应堆液体区域控制系统提出了一种四阶段全程隐蔽攻击方法。首先，在攻击筹备阶段，通过最大似然估计离线设计最大似然形式下的双模H2最优无偏FIR;之后，在状态估计阶段，利用该FIR对攻击开始时刻的系统状态进行估算;然后，在攻击实施阶段，结合预期攻击目的和系统当前状态设计攻击实施序列，并将其注入至系统信号传输通道中，实现隐蔽攻击;最后，在攻击退出阶段，根据系统状态偏移量构建约束优化问题以给出最优攻击退出序列从而实现攻击退出过程的静默化。此外，本文基于系统噪声强度和攻击模型精度，分情况对全程隐蔽攻击方法的可行性进行了仿真验证。实验结果表明，在上述影响因素单独或综合作用下，所提攻击方法都能够隐蔽地完成攻击目标并无痕退出。

    液体区域控制系统隐蔽攻击双模H2最优无偏FIR攻击退出最大似然

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    新型高增益氟硫改性磷酸盐光纤及L波段光纤激光

    朱金钟姬瑶黎仲贤耿鑫...
    655-664页
    查看更多>>摘要：L波段(1565～1625 nm)激光是光通信信道容量拓展、测风雷达、生物气溶胶检测等领域发展的迫切与重大需求。稀土离子掺杂的高增益有源光纤是L波段光纤激光器的核心增益介质和关键科学难题。然而，目前石英有源光纤存在稀土离子溶解度低、发光效率低、增益系数低等问题，严重制约着光纤激光器的性能提升。因此，探索在L波段具有优异放大能力的新型高增益介质是该领域的主要挑战之一。本文报道了一种新型Er3+/Yb3+共掺氟硫改性磷酸盐(FSP)激光玻璃光纤及其L波段光纤激光输出。结果表明，FSP玻璃光纤为稀土离子提供了丰富的配位环境，具有高增益与宽带宽的特性。Er3+/Yb3+共掺FSP玻璃光纤品质因子为5。7×10-23 s cm2，增益带宽为49。7×10-27 cm3，峰值净增益系数达5。3 dBcm-1@1540 nm，在1600nm波段的增益系数可达2。4 dB cm-1。基于超短长度(1cm)FSP光纤即可实现中心波长为1617 nm的L波段激光输出。此外，FSP玻璃光纤还具有弹性模量高(＞80GPa)、抗析晶稳定性好(＞200℃)和化学稳定性强(溶解速率＜0。2×10-7 g cm-2 min-1)等优势。研究表明，新型高增益FSP光纤具有优异的长波放大性能，为L波段超短线性腔光纤激光器所需的增益材料提供了解决方案。

    激光玻璃磷酸盐光纤氟硫改性磷酸盐光纤光纤激光器

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    基于连续化制备的核壳结构压感纤维阵列式精准轮廓识别垫

    欧阳静宇欧阳举胡佳雨刘晓娟...
    665-677页
    查看更多>>摘要：记录和理解外界压力刺激对于人与周围环境交互的研究和智能机器人的开发具有重要意义。现有的压力传感设备多为刚性结构难以自然贴附于物体表面，且低密度传感单元使得物体压力特征信息的获取受到限制，一种可适形、全覆盖、高密度的压力传感与分析系统亟待研究。本文采用湿法纺丝工艺连续化制备了芯层为混纺导电芯材，包层为碳纳米管掺杂的聚氨酯的核壳结构压感纤维，通过缝纫、刺绣方式在织物表面构筑经纬结构的交叉点压力传感阵列。结合阵列数据采集实时捕获压力图谱帧，基于深度学习卷积神经网络驱动的算法模型，实现了物体轮廓识别垫对环境物体的轮廓精准分类识别。该识别系统准确率高达99。4％，证明了其在提取物体的压力信息和揭示物体的形态特征的应用潜能。

    压感纤维传感织物阵列数据采集深度学习卷积神经网络

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    仿生蜻蜓脉膜折纸结构的压缩性能研究

    朱一然张海鹏翟思琦李静...
    678-689页
    查看更多>>摘要：折纸结构具有折叠诱发的独特力学特性，在机器人、航空航天、材料科学等诸多工程领域有广泛的应用前景。基于膜结构设计的Kresling折纸承载能力小、折叠路径不稳定的不足，本研究利用蜻蜓脉膜的刚柔耦合结构进行仿生设计。以软质硅胶为膜、硬质树脂内嵌为脉，形成柔性软膜与刚性内嵌互相包被的二级刚柔耦合类Kresling折纸结构。该折纸结构具有变刚度特性，有优异的折叠特性和较高的折叠比。准静态压缩试验结果表明，有内嵌折纸结构折叠路径单一稳定，轴向压缩量与层间转角呈现单自由度结构的特征。相对于无内嵌折纸结构，刚性内嵌限制了峰折折痕的屈曲，可显著提升其力学性能，其中n=4的构型中有内嵌结构支反力极大值提高了60。87％。同时，其支反力具有迟滞性，折纸结构具有稳定的滞回耗能特性，在1000次加载-回复循环后仅下降3。60％，未发生显著降低。

    折纸仿生准静态压缩变刚度滞回耗能

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    谐和与随机激励共同作用下振动能量采集系统的响应预测

    杨帆陈林聪原子
    690-698页
    查看更多>>摘要：非线性振动能量采集技术是近年来获得广泛发展且有效的微电子设备供能手段，而各类设备工作的实际环境较为复杂，亟需建立更加贴近其真实服役环境的模型，以便对俘能效率开展准确的预测与分析。周期激励与随机噪声联合激励模型能有效模拟振动能量采集器的真实服役环境，但当前研究常局限于单独的周期激励或随机激励情形。为此，本文利用径向基神经网络方法，分析谐和与高斯白噪声联合激励下振动能量采集系统的瞬态响应。首先，构造由高斯基函数与时变权值系数组成的FPK方程试解;随后，采用有限差分格式离散时间导数项，构造由FPK方程残差和权值系数约束条件组成的损失函数;最后，对损失函数进行最小化，获得最优权值系数矩阵，进而得到系统时变响应概率密度函数的近似解。以单稳态与双稳态系统为算例，验证该求解方案，考察了机电耦合系数及机电时间常数对系统瞬态响应和输出功率的影响，并通过与蒙特卡罗模拟对比验证了理论解析解的正确性。结果表明，系统在所设激励扰动下，其响应概率密度函数的拓扑结构随时间演化有较大改变;调整系统关键参数将会诱导其发生随机跳跃以及随机P-分岔，且关键参数的改变对俘能效率有显著影响。本工作结果对探究能量采集系统的随机动力学演化规律以及优化系统的俘能效率提供了一定理论性参考。

    谐和与高斯白噪声联合激励能量采集系统径向基神经网络瞬态响应

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