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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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    小天体着陆动力学研究进展

    曾祥远温童歌李姿雯
    761-785页
    查看更多>>摘要：小天体着陆探测是目前获取小天体数据最直接最有效,也最具挑战的方式之一,是深空探测领域广受关注的热点问题,对行星和生命起源等重大问题研究具有独特科学意义.着陆动力学是小天体着陆任务成功的前提和保障,涉及小天体复杂空间摄动环境建模,着陆器及小天体崎岖地表描述和含有不确定性的着陆器姿轨运动分析等高维非线性动力学问题,给航天动力学提出了新的挑战.为此,本文系统梳理了已开展的小天体着陆探测任务及其着陆动力学主要问题,简单汇总了小天体着陆探测机器人及其弱引力地面模拟实验平台发展现状;归纳了小天体崎岖地表着陆器自由着陆的动力学分析方法,系统探讨了不规则引力场建模方法、接触碰撞检测与分析、双小行星系统着陆动力学,以及小天体地表力学性质等问题.最后,面向我国小天体探测任务需求,展望着陆动力学未来发展.

    小天体着陆动力学不规则引力场建模崎岖地表姿轨动力学

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    植入式生物可降解电化学储能器件的研究进展

    马煜淇盛鸿伟张浩硕兰伟...
    786-802页
    查看更多>>摘要：新型生物可降解的植入式医疗电子器件在个性化健康监测和疾病的精准诊疗方面展现出巨大的应用潜力.然而,真正实现临床应用还面临着诸多挑战,尤其是缺乏与之相匹配的生物可降解能源器件.现有的植入式电池体积庞大、封装坚硬,与柔软的生物组织机械失配.此外,电池所使用材料包含有毒有害物质,植入体内后存在严重的安全隐患,更重要的是服役结束后需要通过二次手术移除,这给患者带来了极大的身体和经济负担.具有瞬态特性和良好生物相容性的柔性供能器件为解决以上问题提供了新的途径.其中,生物可降解电化学储能器件具有独立的供电能力,基本不受外部条件约束,这与植入式医疗电子的特殊应用场景完美契合.基于此,本文重点综述了面向植入式医疗电子应用的生物可降解电池及超级电容器的最新研究进展,根据器件构型对其进行了分类讨论,内容包括工作原理、材料选择、电化学性能、降解行为等.最后探讨了各自所面临的一些问题和挑战,并对未来的发展方向进行了展望.

    植入式医疗电子生物可降解电池超级电容器

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    基于碳敏感性通用矩阵模型的燃煤机组碳排放强度扰动分析

    冉鹏王静李政樊钦洋...
    803-819页
    查看更多>>摘要：为从运行角度分析及评价燃煤机组碳排放强度,在矩阵分析法基础上,提出了碳敏感性通用矩阵模型,确定了其矩阵填写规则.采用常规热平衡法和等效焓降法验证了碳敏感性通用矩阵模型的准确性;利用碳敏感性通用矩阵模型分析了锅炉侧,汽轮机侧以及发电机侧可控运行参数在不同波动强度下的碳敏感性;定义了碳敏感性变化率,比较了可控运行参数与碳敏感性间的关系;定义了碳敏感性因子,比较了不同量纲可控参数在相同比例波动下的碳敏感性.结果表明:排烟温度、排烟氧量、排渣温度、飞灰含碳量、主蒸汽温度、再热蒸汽压力、再热蒸汽温度、厂用电率等可控运行参数与碳敏感性指标近似呈线性关系,主蒸汽压力、给水温度以及末级高加上端差与碳敏感性指标呈非线性关系;主蒸汽温度、再热蒸汽温度、给水温度、主蒸汽压力、厂用电率、排烟氧量以及排烟温度的碳敏感因子较大,其数值分别为:1.463,0.5071,0.3345,0.2221,0.08623,0.08579,0.07506.机组运行人员可以重点监控和调节碳敏感因子较大的可控运行参数,降低电厂的碳排放量,从而助力实现碳减排的目标.

    碳敏感性通用矩阵模型碳排放强度可控运行参数碳敏感因子燃煤机组

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    富氧燃烧发电机组辅助系统余热利用过程优化与影响因素分析

    高大明陈鸿伟冉鹏许小刚...
    820-834页
    查看更多>>摘要：基于多系统集成和热量耦合思想,结合能级最优匹配原理,针对富氧燃烧发电机组设计了串、并联混合结构的流量可调辅助系统余热梯级利用方案.采用效能-传热单元数(e-NTU)的换热器分析计算方法,推导了级间冷却器出口排气和凝结水温度计算公式.基于汽轮机回热系统中各加热器内部换热过程的特征参数,建立了汽轮机回热系统的热量-功率转换系数矩阵方程,并在此基础上建立了辅助系统余热利用过程发电功率增量计算模型,可以定量计算余热利用过程对机组发电功率产生的影响.以某350MW富氧燃烧模拟发电机组为例,综合考虑辅助系统余热利用过程对辅助系统运行能耗和机组发电功率产生的影响,以发电功率净增量最大值为优化目标,确定了余热利用过程凝结水流量的最优值.优化后富氧燃烧发电机组发电功率净增7.09MW,供电标准煤耗下降11.68g/(kW h),供电效率提高1.68％.同时进一步分析了机组负荷变化以及不同煤种对辅助系统余热利用过程产生的影响.

    富氧燃烧辅助系统余热利用汽轮机回热系统过程优化

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    适用于实际工况的锂离子电池容量快速估计方法

    潘斌钱其峰戴松元
    835-847页
    查看更多>>摘要：锂离子电池的容量是评估电池工作状态及能力的重要指标之一,电池容量的精准预测有利于避免电池在非健康状态下工作,延长电池的使用寿命.为了实现锂离子电池容量的快速估计,提出了基于神经网络算法的电池容量快速预测模型.以商用磷酸铁锂电池为研究对象,通过研究循环老化过程中电池充放电数据,提取与电池容量衰减强关联的特征参数作为神经网络输入,结果显示,经200次数据训练后,预测误差小于0.5％.该方法检测时间短,预测精度高,且对连续历史数据依赖度低,易于在能量管理系统(energy management system,EMS)上实现.预测模型中输入的特征参数可以直接由本地数据处理模块计算得到后传输给上位机或云平台,大大减小系统数据传输的压力,提高系统效率.

    锂离子电池容量估计神经网络

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    热功转换实现冷态液滴驱动的实验研究

    王超强马骁婧徐进良
    848-860页
    查看更多>>摘要：液滴操控是微流控领域的关键技术.基于Leidenfrost效应驱动液滴实现热功转换的方式获得广泛关注,然而该方法基于高温环境,同时工质消耗较大,热功转换效率低.本文将部分沸腾传热面与超疏水表面相结合,利用冷态液滴和过热壁面之间部分沸腾产生的动力驱动液滴直线运动,实现低工质消耗与高热功转换效率.实验系统主要包含两个功能性表面:水平超疏水表面和竖直部分沸腾换热面,部分沸腾换热面布置在超疏水直通道的两侧.建立了随竖直换热面温度变化的液滴振荡运动分区图,在部分沸腾模式下,液滴撞击壁面实现热功转换并加速,同时液滴在两侧壁面之间振荡运动,其平均撞击频率达到8.3 Hz,平均运动速度达到156.2 mm/s.在原本平直的轨道上液滴出现了纵向振荡,其纵向偏移量的峰值随着液滴直径的减小表现出增加的趋势.该纵向运动由液滴发生接触沸腾产生的驱动力切向分量强化,在液滴重力作用下被抑制,二者的相对大小决定了液滴纵向振荡运动规律.本文提出了冷态液滴驱动新思路,有望在微流控等领域得到重要应用.

    液滴驱动传热模式液滴动力学热功转换

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    基于原位焦耳热处理的自黏附柔性表面肌电电极阵列设计与制备

    胡洋陆骐峰黄建尊孙富钦...
    861-869页
    查看更多>>摘要：随着柔性电子的发展,表皮电子在人机交互中的作用越来越突出.然而,柔性器件的稳定性和可靠性仍然是其得到广泛应用的一个挑战.本文设计一种以聚乙烯醇(PVA)为衬底,金(Au)为电极层的表面肌电(sEMG)电极阵列,通过原位焦耳加热方法对有源区域PVA衬底进行精确热处理调控,提高其结晶度和模量,提升有源区域电极的稳定性.基于该方法制备的sEMG电极阵列实现了与皮肤的共形贴附,可稳定采集8 h以上的高信噪比(达到21.3 dB)的肌电信号,进一步开展了基于sEMG信号的手势识别应用研究,识别率可达99.27％.以上结果表明,本研究提出的sEMG电极阵列制备方法简单高效,可长时间稳定工作,有望在基于sEMG信号的人机交互领域中得到应用.

    表面肌电电极阵列焦耳加热手势识别

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    冲击波强间断的高分辨率低耗散的精确捕捉数值计算方法

    宁建国苏璇许香照
    870-880页
    查看更多>>摘要：强间断是爆炸冲击波的典型特征之一,如何高效且高分辨率地求解爆炸冲击波强间断是实现爆炸冲击问题精确数值模拟的关键.本文基于传统5阶加权本质无振荡(weighted essentially non-oscillatory,WENO)格式提出一种具有更高分辨率、更低耗散的5阶WENO格式.通过引入一种紧凑形式的局部光滑度量对子模板的光滑度进行定量表征,并设计新的全局光滑度量以衡量整体模板的光滑度,能够充分利用各子模板的光滑信息,有效降低强间断附近的耗散.针对现有格式的权值调控系数受网格步长直接限制的缺陷,提出一种能够摆脱网格步长依赖的自适应权值调控系数,使得非线性权值能够随流场变化自动调控.此外,该权值调控系数适当地提高欠光滑模板的权重,避免在网格较粗糙的情况下将欠光滑部分误识别为强间断,从而提高格式分辨率.最后,通过精度测试与典型的具有强间断特性的数值算例表明新计算方法可明显降低强间断附近的耗散,提高传统WENO格式的分辨率,从而实现对爆炸冲击波的锐利捕捉以及冲击波碰撞后复杂流场旋涡结构的高分辨率识别,为爆炸冲击问题的数值模拟仿真和冲击波强间断面的预测提供支撑.

    强间断光滑度量因子高分辨率低耗散

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    一种WC-Co/316L γ射线屏蔽复合材料交替沉积制备方法

    乔春光王中华李博川姜潮...
    881-897页
    查看更多>>摘要：核工业场景中普遍存在具有极强穿透能力的γ射线,极易造成机器人等智能装备的电路系统故障失效.传统钨、铅等屏蔽材料无法兼顾可加工性、辐射屏蔽性能及结构力学性能,难以同时满足结构承载、屏蔽功能及经济性综合最优的设计目标.基于此,本文以316L不锈钢为基体,以WC-Co为功能-结构增强材料,采用定向能量沉积增材制造(DED-AM)技术提出了一种新的WC-Co/316L功能-结构一体化γ射线屏蔽复合材料交替沉积制备方法.首先,研究了WC-Co/316L,316L两种粉末交替沉积工艺,通过优化调控激光功率、扫描速度、粉末配比等工艺参数,制备出WC-Co/316L功能-结构一体化γ射线屏蔽复合材料;其次,对制备出的复合材料进行微观结构与宏观力学性能表征;最后,采用蒙特卡罗粒子输运模拟方法对厚度、WC-Co含量及沉积方式不同的WC-Co/316L复合材料Y射线屏蔽性能进行分析.结果表明,该复合材料的低能γ射线屏蔽率明显提升,且在材料成型过程中增加了形核率并使晶粒细化,显著提高了材料的拉伸强度.本研究可为功能-结构一体化Y射线屏蔽材料制备提供指导.

    增材制造多层交替沉积γ射线屏蔽WC-Co/316L

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    基于耗散稀释理论的声子晶体软支撑石墨烯纳机电谐振器设计与实现

    刘瑛郑贤德徐博巫佳琦...
    898-910页
    查看更多>>摘要：室温品质因数低下是石墨烯纳机电谐振器走向工程应用面临的关键瓶颈,欧姆损耗难以完全解释石墨烯室温低品质因数以及品质因数应力调控现象.耗散稀释理论揭示了传统高应力硅基谐振器品质因数调控的内在能量及耗散机制,有望适用于石墨烯类二维材料体系.本文基于Zener滞弹性理论,对比分析高应力石墨烯薄板-薄膜模型下的能量分布与耗散特性,揭示边界处弯曲势能在总弯曲势能中的主导作用,指出薄板模型更适宜分析谐振器能量耗散特性.基于耗散稀释理论,结合石墨烯弯曲刚度特性,构建石墨烯纳机电谐振器耗散稀释理论模型,提出声子晶体软支撑耗散稀释机制.采用三角晶格晶胞构建声子晶体,并以此构建声子晶体软支撑石墨烯纳机电谐振器,仿真验证局域态的存在且其品质因数放大因子高于非局域态近5倍,证明了声子晶体软支撑设计提高品质因数的有效性.通过分析局域态的振幅与曲率分布,解释了声子晶体软支撑局域振动能量、抑制耗散的机制.仿真分析品质因数放大因子与软支撑声子晶体层数关系,研究发现仅需2～3层声子晶体即可实现较优局域效果,对谐振器设计具有重要指导意义.针对设计方案,提出了大规模悬空石墨烯背浮法制备工艺与石墨烯声子晶体软支撑结构FIB刻蚀工艺,成功实现了声子晶体软支撑石墨烯纳机电谐振器的制备.扫频测试结果表明,声子晶体软支撑石墨烯谐振器品质因数为圆形鼓膜石墨烯谐振器的2.5倍,验证了声子晶体软支撑结构抑制耗散提高品质因数的有效性.本文所建立石墨烯耗散稀释理论模型与声子晶体软支撑耗散稀释机制为石墨烯纳机电谐振器耗散特性研究提供了新思路,所研制声子晶体软支撑石墨烯纳机电谐振器为石墨烯纳机电谐振器谐振特性分析、耗散机制研究提供了新平台和新方法.

    石墨烯耗散稀释品质因数声子晶体聚焦离子束

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