基于太赫兹光谱-统计分析的大气PM2.5监测研究

应用太赫兹技术对大气中动力学直径小于2.5 μm(PM_2.5)的细颗粒物进行了定量研究。PM_2.5质量和太赫兹吸光度之间存在线性关系,相关系数为0.86。应用主成分分析的方法,可证明随着PM_2.5质量的增加,与吸收系数存在相似的趋势。为了提高预测精度,采用偏最小二乘,支持向量机和反向传播人工神经网络对PM_2.5进行定量研究。与单一的线性模型相比,统计模型具有较大的预测相关性和较小的误差。对于神经网络模型,训练集与预测集的相关系数和均方根误差分别达到0.999和0.016 mg,0.912和0.207 mg。因此,THz技术和统计学方法的结合可提供较高精度的预测,作为一种监测PM_2.5的有效手段。     

管道中CaO颗粒吸收CO2的格子Boltzmann方法模拟

采用格子Boltzmann方法对多孔CaO颗粒与CO₂之间的气固反应过程进行模拟.主要研究在二维矩形截面管道中雷诺数(Re)和孔隙率对单个CaO颗粒吸收CO₂效率的影响.结果表明:增大Re会相应提高CaO颗粒吸收CO₂气体的效率.同时对于同一Re,CaO颗粒吸收CO₂气体的效率随其孔隙率呈非线性变化,这是由于不同孔隙率颗粒固体量和渗透率存在差别因而影响化学反应的速率.     

散射效应强化纳米颗粒悬浮液太阳能吸收性能

本文基于有限元法-蒙特卡洛法研究了散射效应对纳米流体太阳能吸收性能的影响。结果表明,在一定范围内增强纳米流体的散射能力可以提高纳米流体的太阳吸收效率。此外,将具有强散射能力的TiO₂纳米颗粒分散到Au纳米流体中,通过调控TiO₂纳米颗粒的体积分数(f_v-TiO₂),在考虑纳米流体稳定性的同时,可以提高混合纳米流体的太阳能吸收效率。当f_v-TiO₂=0.05%时,混合纳米流体的太阳吸收效率提高了16.6%(f_v-Au=0.0005%,厚度d=5.0 cm)。对于强散射的纳米流体,增大d,可以进一步提高混合纳米流体的太阳能吸收效率。当d=5.0 cm时,混合纳米流体的太阳吸收效率为78.7%,比d=1.0 cm时高35.7%(f_v-Au=0.0005%,f_v-TiO₂=0.05%)。     

一种基于差值指数的颗粒物PM2.5浓度反演新方法

从分析对颗粒物PM_2.5敏感的光谱特性入手,提出了一种基于差值指数的颗粒物PM_2.5浓度反演新方法。使用Avafield-1光谱仪(测量范围300～1 100 nm)测量了典型地物植被、土壤在不同的颗粒物PM_2.5污染条件下的光谱曲线,发现颗粒物使得植被和裸土的光谱曲线在红光波段反射率增加,在近红外波段反射率下降,且其变化量较为稳定,因此使用对颗粒物敏感的红光波段和近红外波段,构建差值指数(difference index,DI)以表征颗粒物PM_2.5的浓度变化。以北京市为研究区,选择TM影像,求取差值指数,结合北京市及周边地区地面空气质量监测站提供的PM_2.5逐时数据,反演了北京市的颗粒物PM_2.5的浓度。结果表明,2016年3月1日(监测站PM_2.5浓度均值为105.8)预测模型相关系数r为0.796,精度表现良好,12月14日(监测站PM_2.5均值为15.8)预测模型相关系数r为0.628,即颗粒物污染程度较低情况下,差值指数模型预测精度低于颗粒物污染程度较高的情况,分析原因是颗粒物浓度较低时,由颗粒物引起的地物光谱特征变化比较不明显,造成差值指数模型精度较低。由于空气质量为重度及严重污染时,获取的遥感影像质量较差,影响颗粒物浓度反演,因此该方法适合轻度、中度污染情况下的颗粒物PM_2.5浓度反演。该方法获取污染数据简单,反演结果空间分辨率较高(30m),且可根据需要选取包含敏感波段数据的遥感影像用以获取不同时间、空间分辨率的颗粒物PM_2.5浓度分布,具有广泛的应用前景。     

串列对转双圆柱的多块LB模拟

结合格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann Method,简称LBM)和多块网格(Multi-Block Grid)技术,数值研究较小雷诺数(Re=100)下均匀来流绕串列对转双圆柱问题,综合分析圆柱中心间距比S/D和圆柱无量纲旋转速度α对流场结构的影响,考察前、后圆柱的涡脱落形态和升阻力特性.结果表明:当间距比为1.2时存在一临界旋转比α_c,转速超过这一值后前圆柱产生负Magnus效应;间距比为2时,流场出现类似单旋转圆柱时的第二不稳定模态;当间距比较大(S/D=4、6)时,前、后柱之间存在涡脱落,后柱尾涡中出现2S、2S^*、2P、P+S等多种形态.     

阴极修饰层对 SubPc/C60 倒置型有机太阳能电池性能的影响

采用Cs₂CO₃, 石墨烯(graphene):Cs₂CO₃混合材料和 ZnO 纳米颗粒作为阴极修饰材料, 研究了不同阴极界面修饰层对基于SubPc/C₆₀的倒置结构的有机太阳能电池性能的影响. 结果表明: 引入适当厚度的阴极修饰层, 可以提高器件的性能和稳定性; 尤其是基于Cs₂CO₃以及graphene:Cs₂CO₃混合阴极修饰层的光伏器件, 能量转换效率(PCE)提高了2倍; 同时, 采用ZnO纳米颗粒作为阴极修饰层的器件, 开路电压(V_OC)达到0.89 V, 并且器件的PCE 提高了4倍多. 此外, 不同电极修饰材料和倒置结构的引入可以有效防止器件串连电阻的升高, 从而提高器件的稳定性. 关键词： 倒置型 阴极修饰层 有机太阳能电池 稳定性     

Au的金属颗粒对二硫化钼发光增强

二硫化钼(MoS₂)是一种层状的二维过渡金属硫族化合物材料,从块体到单层,禁带由间接带隙变为直接带隙,由于通常机械剥落的单层MoS₂是n型掺杂的,使得其发光效率仍然很低. 在本文中,采用匀胶机旋涂的方法将共振吸收峰在514 nm附近的纳米金颗粒尽可能均匀的铺在单层、双层以及多层的MoS₂样品表面,发现单层和双层样品的光致发光谱(PL谱)分别增强了约30倍和2倍同时伴随着峰位的蓝移,而多层样品的发光强度也略有增强. 拉曼特性揭示了纳米金颗粒对单层和双层MoS₂样品产生了明显的p型掺杂,从而增强了发光;同时纳米金颗粒的表面等离子激元效应对激发光的天线作用也是增强MoS₂的光致发光的一个因素. 关键词： 二硫化钼 光致发光 p型掺杂 Au纳米颗粒     

非晶锂离子导体B2O3-Li2O-LiCl一Al2O3中VO2+的电子自旋共振

两种非晶锂离子导体B₂O₃-0.7Li₂O-0.7LiCl-xAl₂O₃-0.1V₂O₅(x=0.05和0.15)的电子自旋共振谱研究表明:(i)ESR线型是高斯型,证实V₂O₅添加量适当;(ii)超精细结构来源于VO²⁺络离子,具有四角对称性,属C_4v群。越精细耦合张量的平行分量平均值A_//=0.0175cm^-1,垂直分量A_⊥=0.0063cm^-1。由g_//(g_⊥)求出其基态²B_2g与第一激发态²E_g的能级间距△₁=2.46×10⁴ cm^-1,基态与第二激发态²B_1g的能级间距△₂=3.03×10⁴ cm^-1;(iii)变温实验证实:Al₂O₃组分较少(x=0.05)的非晶ESR强度比x=0.15的非晶高3倍至2倍,而Al₂O₃组分越多则ESR强度随温升下降越小。     

双尺度串列圆柱绕流换热特性之研究

本文对串列双尺度圆柱的绕流换热进行了二维瞬态数值模拟。主圆柱直径.D固定,小圆柱的直径d与主圆柱直径之比d/D设为0.2,0.5,0.8和1。基于主圆柱的直径的ReD数为100和200,间距比L/D=2~7。其中小圆柱分布位于上游和下游。研究表明:对于串列双尺度圆柱布置,都存在一个临界间距比,此时流态变化为尾流撞击模式。而在尾流撞击模式下使用不等直径的双圆柱系统不仅可以带来更好的换热性能,同时系统的阻力系数会下降;但是L/D≥4后,系统换热系数随间距的改变变化很小,说明此时继续增加间距比并不能获得更好的换热性能,以增加圆柱之间间距来增大换热量就没有意义。     

合肥秋季气溶胶光学特性及来源分析

气溶胶通过吸收和散射效应与太阳辐射相互作用,对地球辐射收支和气候造成扰乱,对云凝结核形成和云的光学性质造成间接影响。利用黑碳仪和积分浊度计于2019年11月5日至12月10日在合肥市分别开展了气溶胶吸收系数(σ_ap)、散射系数(σ_sp)的外场观测,结合气象数据,分析了气溶胶吸收系数(σ_ap)、散射系数(σ_sp)的日变化特征及风依赖性。结果表明,合肥市秋季PM_2.5,σ_sp和σ_ap均值分别为(43±25) μg·m-3,(238.70±161.52) Mm-1,(32.04±17.01) Mm-1。研究期间σ_sp,σ_ap的时间变化趋势与PM_2.5较为一致。PM_2.5,σ_sp和σ_ap均具有显著的双峰日变化特征,分别在早8点至10点和晚20点至21点出现峰值,主要与交通排放和气象条件有关。合肥市气溶胶光学性质的风依赖性主要体现在PM_2.5,σ_ap与σ_sp的高值大多处在弱风(风速<3 m·s-1)的区域,低温高湿小风的天气条件有利于污染物的积累和形成,但较高的风速也易输送周边的污染物,σ_sp和σ_ap部分高值主要受西北风向的污染气团影响。同时,基于HYSPLIT后向轨迹模型,通过聚类分析不同输送途径的空间特征,并利用潜在源贡献法(PSCF)和浓度权重轨迹法(CWT),探讨了研究期内合肥σ_sp的潜在源区分布及其贡献特性。结果发现污染气团主要来源于合肥的西北方向,占比最高的气团1和3来自于内蒙古自治区和新疆维吾尔自治区,而对散射系数贡献较大的气团2来自于陕西省宝鸡市,气团6源于内蒙古,途径山西省、山东省、江苏省,从安徽省的东南方向到达合肥,携带较多的污染物。PSCF较大值(>0.5)主要分布在合肥的西北方向和西南方向。合肥冬季CWT高值主要分布在河南省东北部、山东省西南部、安徽省北部地区。尤其是山东济宁市、河南商丘市的污染物远距离传输是影响合肥地区秋季空气质量的重要源区。     

表面效应对γ-Fe2O3微粉饱和磁化强度的影响

我们制备了直径为80—700A的γ-Fe₂O₃微粉,测量了它的比饱和磁化强度σ_s和比表面积S_a,得出经验公式:σ_s(s=σ_s(∞)(1—aS_a)。假定微粉由两部分组成:第一部分是表面层,在磁场的作用下,它的磁矩只能转到与磁场成某个角度;第二部分是内部,它的磁矩可以转到磁场的方向。从这个简单的模型出发,上述的经验公式可以得到较好的解释。 关键词：     

太原市城区大气PM2.5中元素污染特征及其来源解析

为了解2017年-2018年非采暖季、采暖季PM_2.5污染较轻时期和采暖季PM_2.5污染较重时期太原市城区大气PM_2.5及其附着的15种金属及类金属元素（铝、砷、钙、镉、铬、铜、铁、钾、镁、锰、钠、镍、铅、钒和锌）的分布特征及主要来源,在太原市城区的尖草坪区解放北路、迎泽区新建南路和双塔寺街三个监测点使用中流量颗粒物采样器连续采集6 d且每天不少于20 h的大气PM_2.5滤膜样品。PM_2.5滤膜样品用微波消解法进行前处理后,使用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）检测其中15种金属及类金属元素的含量。通过描述性统计方法分析和比较三个监测点大气PM_2.5及其附着的15种金属及类金属元素日均浓度在时间和空间上分布的差异,进一步采用富集因子法和主成分分析法分析其聚集特征和主要来源。结果发现各采样点大气PM_2.5及其附着的15种金属及类金属元素的日均浓度在整体上呈现的趋势为：采暖季污染较重时期＞采暖季污染较轻时期＞非采暖季;各监测期大气中PM_2.5及其附着的大多数金属及类金属元素的日均浓度在3个监测点间无显著性差异（p＜0.01）;PM_2.5上附着的15种金属及类金属元素的主要来源在非采暖季是土壤扬尘、建筑扬尘和冶金工业,其贡献率分别为32.03%,30.52%和18.26%,在采暖期污染较轻时,主要来源是建筑、土壤和冶金工业的混合源、建筑和生物质燃烧混合源以及土壤,其贡献率分别为37.98%,37.05%和16.55%,在采暖期污染较重时,主要来源是建筑和生物质燃烧混合源,建筑、土壤和冶金工业的混合源以及土壤,其贡献率分别为40.62%,35.52%和13.96%。与往年的相关研究结果相比,虽然近年来太原市对PM_2.5的污染源如冶金工业、机动车和燃煤等的污染物排放控制有所成效,但还应进一步加强对生物质燃烧、土壤扬尘、建筑扬尘和冶金工业污染源的管控措施。     

2019年—2020年秋、冬季淮南市灰霾过程拉曼-米气溶胶雷达观测研究

拉曼-米气溶胶激光雷达因无需假设雷达比,而在准确测量气溶胶消光系数方面较传统米散射雷达更具优势。在合肥市的外场探空比对实验结果表明,2.5 km以下拉曼-米激光雷达反演的消光系数更为准确,相差可达0.04 km-1,且获取的水汽混合比廓线与探空数据一致性良好。利用该技术获得了2019年—2020年秋、冬季期间淮南市的气溶胶消光系数廓线和边界层高度等数据,进而对空气质量污染期间的污染类型（本地污染排放、传输型污染、传输型污染叠加本地污染累积）和颗粒物的时空演变特征进行了统计分析。结果显示该市在此期间受到20次细颗粒传输和8次沙尘传输影响。其中沙尘传输主要来自西北方向,由高空沉降至近地面（厚度达2 km以上）,平均大气边界层高度达1.23 km以上。在典型细颗粒传输过程中,边界层高度基本维持在1.1~1.2 km左右,近地面风向以西北风为主,少量东南风主导。在细颗粒传输叠加本地累积的复合污染过程中,边界层高度略低（平均高度在1.0 km左右）,近地面风向以偏北风为主,污染气团自低空出现后,其下沿高度持续降低并最终与近地面污染耦合。在细颗粒导致的重污染过程中,近地面水汽混合比及相对湿度数据与PM_2.5的浓度变化趋势一致性良好,说明颗粒物的吸湿性增长和气态污染物二次转化过程可能助推了PM_2.5的生成,加重污染形势。对边界层的统计结果表明,其高度变化对污染气团的沉降和近地面污染累积有十分明显的正相关性。秋冬季期间,该市的小时边界层高度大部分分布在1.6 km以下,平均为1.0 km左右,小时空气质量达重度污染期间,边界层高度普遍不足0.6 km。从气团后向轨迹模拟结果来看,该市空气质量为中度及以上污染期间的气流主要来自偏北方向,少量来自东南沿线,因而污染期间需要加强市区偏北方向污染源的管控,防止叠加影响。     

d-band broadening of noble-metal particles

For Cu particles embedded in a SiO₂ matrix, the size-dependent change in the width of the d-band has been investigated in the size region from about 35 to 160 Å in diameter by measuring the energy position of the interband-transition absorption of Cu island films in the photon-energy region from 1.5 to 6.5 eV. This position gives the energy spacing which reflects the width of the d-band. Below about 100 Å in diameter, the energy spacing increased with decreasing particle size. This increase supports the d-band broadening due to lattice contractions.     

超细颗粒γ-Fe2O3微粉包钴前后的各向异性

本工作利用穆斯堡尔谱并配合其它研究手段,测量了超细γ-Fe₂O₃微粉在包钴和不包钴两种情况下的各向异性常数K;观察到前者比后者的各向异性常数K增加30％左右。对普通针状包钴型γ-Fe₂O₃磁粉矫顽力增大的原因提供了进一步的说明。 关键词：     

Structural properties of diamond fine particles and clusters prepared by detonation and decomposition of TNT

The thermal parameter B for three different particle sizes of diamond samples (bulk powder 1–4 μm, fine particle 144–195 Å and cluster 55–61 Å) was determined by the grazing incidence X-ray diffraction method. The values of B were found to be in the range 0.50–0.70 Å² for particles in the size range 195–55 Å and 0.27 Å² for 1–4 μm. All of them are larger than that of diamond bulk. A clear size dependence of B, increasing with decreasing particle size, was found. By analysing X-ray diffraction data at several temperatures the magnitude of B was found to be due to B_S (static part) instead of B_T (dynamic part). The average B_S values obtained were 0.04 Å², 0.19 Å² and 0.27 Å² for bulk powder, fine particle and cluster samples respectively. Ultrahigh resolution transmission electron microscope (TEM) observation confirmed the presence of strain, distortion, roughness and dislocation lines in many particles. TEM images of particles indicate that the clusters were not spherical in shape; they were mostly cubiform and some were truncated prism-like polyhedral. The present study reveals that the B_S component is responsible for the large B value in diamond fine particles and clusters. No clear surface local atomic distortion was found in the particles.     

Numerical Simulation of Two-Dimensional Flow over Three Cylinders by LatticeBoltzmann Method

The numerical simulation using the multiple relaxation time lattice Boltzmann method (MRT-LBM) is carried out for the purpose of investigating the two-dimensional flow around three circular cylinders. Among these three circular cylinders, one of the three cylinders on which a forced in-line vibrating is used to do this research and attempt to find out the effects of the movingcylinder and the other two rigid cylinders on the wake characteristics and vortex formation. As a benchmark problem to discuss the problem of lift coefficient r.m.s for these cylinders with spacing ratios T/D between other rigid side-by-side cylinders, and the calculation is carried out with two compared cases at Reynolds number of 100, two of the cylinders are rigid and the other one is an in-line vibrated cylinder lying downstream, in addition, forced vibrating amplitude and frequency are A/D= 0.5 and f_ν=0.4 (where A is the forced amplitude, D is the cylinder diameter, and f_ν stands for the vibrating frequency, respectively). The calculated results not onlyindicate that the spacing ratios T/D (T is the center-to-center spacing between the two upstream cylinders) have influence on the wake patterns and the formation of vortex shedding, but also analyze the lift coefficient r.m.s for the three cylinders with the spacing ratios S/D (where S is the center-to-center spacing between the center of upstream two side-by-side cylinders and downstream cylinder).