“货到人”拣选系统机器人任务分配的鲁棒双层规划模型

在电商“货到人”拣选系统中,如何调度系统中的机器人并对任务进行合理地分配决定着整个系统的运行效率与成本。分析“货到人”拣选系统作业流程,建立机器人数量配置、机器人调度与机器人任务分配的双层规划模型。上层模型以批量订单完成总成本最小为目标函数,以机器人调度为决策变量,构建整数规划模型;下层模型以机器人完成所有任务的平均空闲率最小为目标函数,以任务分配为决策变量,考虑机器人在完成任务过程中由于调度、避障、路径规划等导致的行走距离不确定因素,构建鲁棒优化模型。上层的调度结果制约了下层的最小平均空闲率,下层的任务分配结果影响上层的最小成本,上下层结果共同决定机器人配置决策。利用遗传算法求解模型,通过实例仿真验证了模型的有效性。     

SiC/Pt/CdS纳米棒Z型异质结的制备及其高效光催化产氢性能

In this study, a novel silicon carbide/platinum/cadmium sulfide (SiC/Pt/CdS) Z-scheme heterojunction nanorod is constructed using a simple chemical reduction-assisted hydrothermal method, in which Pt nanoparticles are anchored at the interface of SiC nanorods and CdS nanoparticles to induce an electron-hole pair transfer along the Z-scheme transport path. Multiple characterization techniques are used to analyze the structure, morphology, and properties of these materials. X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) results show that the SiC/Pt/CdS materials with good crystal structure are successfully synthesized. Transmission electron microscopy reveals that Pt nanoparticles grow between the interfaces of SiC nanorods and CdS nanoparticles. UV-Vis diffuse reflectance spectroscopy shows that the as-prepared Z-scheme heterojunction samples have a wider light absorption range in comparison with pristine CdS materials. Photoluminescence spectroscopy and the transient photocurrent response further demonstrate that the SiC/Pt/CdS nanorod sample with an optimal molar ratio possesses the highest electron-hole pair separation efficiency. The loading amount of CdS on the surface of SiC/Pt nanorods is effectively adjusted by controlling the molar ratio of SiC and CdS to achieve the optimal performance of the SiC/Pt/CdS nanorod photocatalysts. The optimal H₂ evolution capacity is achieved at SiC : CdS = 5 : 1 (molar ratio) and the maximum H₂ evolution rate reaches a high value of 122.3 µmol·h⁻¹. In addition, scanning electron microscopy, XRD, and XPS analyses show that the morphology and crystal structure of the SiC/Pt/CdS photocatalyst remain unchanged after three cycles of activity testing, indicating that the SiC/Pt/CdS nanocomposite has a stable structure for H₂ evolution under visible light. To prove the Z-scheme transfer mechanism of electron-hole pairs, selective photo-deposition technology is used to simultaneously carry out the photo-reduction deposition of Au nanoparticles and photo-oxidation deposition of Mn₃O₄ nanoparticles in the photoreaction. The experimental results indicate that during photocatalysis, the electrons in the conduction band of CdS participate mainly in the reduction reaction, and the holes in the valence band of SiC are more likely to undergo the oxidation reaction. The electrons in the conduction band of SiC combine with the holes in the valence band of CdS to form a Z-scheme transport path. Therefore, a possible Z-scheme charge migration path in SiC/Pt/CdS nanorods during photocatalytic H₂ production is proposed to explain the enhancement in the activity. This study provides a new strategy for synthesizing a Z-scheme photocatalytic system based on SiC nanorods. Based on the characterization results, it is determined that SiC/Pt/CdS nanocomposites are highly efficient, inexpensive, easy to prepare, and are stable structures for H₂ evolution under visible light with outstanding commercial application prospects.     

Ag掺杂对n-ZnO纳米棒/p-GaN异质结结构和发光性能的影响

利用简单的水热合成法在p-GaN薄膜上制备了Ag掺杂的一维ZnO纳米棒(ZnO NRs),并且研究了Ag掺杂对于ZnO NRs结构和形貌以及n-ZnO NRs/p-GaN异质结发光特性的影响。结果表明,不同Ag掺杂浓度的ZnO纳米棒截面均呈六边形的棒状结构,且纳米棒的取向垂直于衬底;XRD分析结果表明,随着Ag掺杂浓度的增加,ZnO纳米棒(0002)晶面的峰位向衍射角减小的方向移动,表明Ag+置换了ZnO晶格中的部分Zn2+后使其晶格常数略增加;随着Ag掺杂浓度的增加,ZnO纳米棒近带边发光峰发生一定的红移并且强度逐渐减弱,黄带发光峰逐渐增强,n-ZnO NRs/p-GaN异质结具有更好的传输效率。     

用银壳层调节单分散金纳米棒的局域表面等离子体共振光学性能

为将单分散金纳米棒的纵向局域表面等离子体共振(LSPR)波长从近红外光区调节到可见光区,通过表面原位还原反应合成了以银为壳层的单分散双金属核壳复合纳米棒(Au@AgNRs),其Ag壳层厚度可由Ag NO3的用量进行调节。用高分辨透射电镜和X射线能量色散谱仪确证了Au@AgNRs的形态结构、单分散性和化学组成。随着Ag壳层厚度的增加,Au@AgNRs的LSPR效应逐渐增强,纵向LSPR吸收峰由近红外光区蓝移到可见光区。Ag壳层厚度每增加1 nm,Au@AgNRs的纵向LSPR波长减小约12 nm。制得的Au@AgNRs在可视化传感器上有良好的应用前景。     

金纳米球和金纳米棒的制备及其光热催化性能

以氯金酸(HAuCl_4)为原料,硼氢化钠(NaBH_4)为还原剂,聚乙烯吡咯烷酮K30(PVP)为稳定剂制备了尺寸5 nm的金纳米球;以阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂和油酸钠(NaOL)稳定剂,用种子生长法制备了不同长径比(R=2.5~4)的金纳米棒。在2 W·cm~(-2)的808 nm激光照射10 min条件下,C(0.4 mg·mL~(-1))浓度金纳米球溶液升温10.2℃,该溶液可催化血液中亚硝基硫醇释放NO,最大释放量可达1.42 nmol·L~(-1);相同光热及催化条件下,C(0.4 mg·mL~(-1))浓度金纳米棒(R=3.01)溶液升温41.3℃,该溶液催化血液中亚硝基硫醇释放NO最大释放量可达1.89 nmol·L~(-1)。金纳米球和金纳米棒的光热及催化性能随着浓度增加而增强,金纳米棒的光热及催化性能要优于金纳米球。     

Pt/γ-AlOOH纳米棒复合催化材料的制备与性能

水热法制备了γ-AlOOH纳米棒,再以此纳米棒为载体,通过浸渍-NaBH4还原法制备了Pt/γ-AlOOH催化剂,考察了Pt/γ-AlOOH室温催化氧化甲醛的性能及Pt负载量对催化性能的影响。通过XRD,XPS,TEM和N2吸附-脱附测试等手段对所制备的样品进行表征。研究结果表明:Pt/γ-AlOOH催化剂比Pt/γ-Al2O_3具有更高的催化活性,主要是由于前者表面具有丰富的羟基基团和高分散Pt纳米颗粒。Pt/γ-AlOOH催化剂的活性先随Pt含量(0.05%~0.5%(w/w))的增加而增加,最后基本保持不变。从催化活性和成本两方面考虑,0.2%(w/w)Pt为最佳负载量。     

类石墨碳修饰提高ZnO纳米棒阵列光催化活性和光稳定性的研究

半导体光催化是一种理想的太阳能化学转化绿色技术,可以实现水分解制氢和CO2光还原制备碳氢化合物燃料.氧化锌 (ZnO) 作为一种直接带隙半导体材料,一方面具有性能优异、价格低廉、易制备等优点; 另一方面因光腐蚀而不稳定,大大限制了该材料的实际应用.本文提出了一种简单易行的类石墨碳修饰方法,可以有效提高 ZnO 用于CO2光还原的光催化活性和稳定性.首先采用水热法在金属锌片基底上生长 ZnO 纳米棒阵列 (ZnO-NRA),然后通过葡萄糖水热法进行不同含量的类石墨碳 (C-x) 修饰,形成 ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构,同步实现碳包覆和碳掺杂.X 射线衍射结果表明,ZnO 纳米棒及ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构都具有良好的纤锌矿型 (Wurtzite) 结构; 而拉曼散射则清楚地证实了类石墨碳的存在.扫描电子显微观察显示,生长的 ZnO 纳米棒长度大约 2-5 μm,直径为 400-700 nm,沿方向[0001]生长,端部由六个规则的 (103)晶面组成,进一步直观佐证了 ZnO 的典型纤锌矿型结构特征.透射电子显微分析结果表明,ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构中类石墨碳包覆层厚度大约为 8 nm.ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构的 X 射线光电子谱分析结果验证了 C-C,C-O 和 C=O键的存在与碳的包覆层相对应; 而 C-O-Zn键的出现则是由于碳在 ZnO 中掺杂所引起.从紫外-可见吸收谱上可观察到ZnO 的典型吸收带边位置约为 385 nm,而碳的包覆和掺杂导致 ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构的吸收带边发生红移,并且吸收背底明显提高.电化学阻抗谱测试结果清楚地显示,ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构比单纯 ZnO-NRA 的电化学阻抗明显降低,说明类石墨碳包覆层大幅度提高了电导性能,从而有利于光生载流子的分离和传输.荧光分析结果也表明,与单纯的 ZnO-NRA 相比,ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构的荧光强度大幅度下降,进一步证实了 ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构比单纯的 ZnO-NRA更有利于光生载流子的分离和传输.光电化学测试结果表明,ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构的瞬态光电流 4 倍于单纯的ZnO-NRA,而 CO2 光还原性能测试也得到一致的结果.长时间多循环 CO2 光还原实验证实,ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构具有稳定的光催化活性和极好的光稳定性.综上,我们利用一种简单易行的水热法进行类石墨碳修饰,成功开发了 ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构,该结构因其优异的光生电子和空穴的分离和迁移性能,从而具有显著提升的CO2光还原活性和光稳定性.本工作证明,类石墨碳修饰是一种可以广泛借鉴的有效提升半导体材料光催化活性和光稳定性的可行方法.     

一类集值优化最小解的存在性与适定性及应用

主要利用集值分析理论,探讨一类集值优化的最小解的存在性与l-Bz-适定性.首先给出了定义在向量空间中的集值映射的R₊-局部包含性与R_--弱转移下半连续性的概念,在此基础上,新定义了C(intC)-局部包含性与C~Z((intC)~Z)-弱转移下半连续性,根据这些性质,给出了集值优化最小解的存在性与l-Bz-适定的充分条件.作为所获结果的应用,讨论了一类带不确定性的向量值博弈问题,给出了鲁棒纳什均衡的存在性与l-Bz-适定的充分条件.     

基于鲁棒二阶随机占优的投资组合优化模型研究

本文主要考虑一类经典的含有二阶随机占优约束的投资组合优化问题,其目标为最大化期望收益,同时利用二阶随机占优约束度量风险,满足期望收益二阶随机占优预定的参考目标收益。与传统的二阶随机占优投资组合优化模型不同,本文考虑不确定的投资收益率,并未知其精确的概率分布,但属于某一不确定集合,建立鲁棒二阶随机占优投资组合优化模型,借助鲁棒优化理论,推导出对应的鲁棒等价问题。最后,采用S&P 500股票市场的实际数据,对模型进行不同训练样本规模和不确定集合下的最优投资组合的权重、样本内和样本外不确定参数对期望收益的影响的分析。结果表明,投资收益率在最新的历史数据规模下得出的投资策略,能够获得较高的样本外期望收益,对未来投资更具参考意义。在保证样本内解的最优性的同时,也能取得较高的样本外期望收益和随机占优约束被满足的可行性。     

Er3+/Yb3+共掺KLaF4纳米晶的制备和上转换发光

用水热法成功制备了Er3+/Yb3+共掺不同浓度比的KLaF4纳米晶,并在300℃氩气气氛下退火。利用X射线衍射谱(XRD)、透射电子显微镜(TEM)对样品的晶体结构和形貌进行了表征。测量了样品漫反射谱、980 nm激发下的上转换发射光谱和2H11/2能级的荧光寿命。研究结果表明:制备得到的样品为六方相的纳米棒,退火后纳米棒平均直径为28 nm,长为130 nm;在Er3+浓度一定的情况下,提高Yb3+掺杂量有利于增强973 nm附近光的吸收;980 nm的近红外光可上转换为较强的绿光和红光,且红绿光强度和2H11/2能级的平均荧光寿命均会随着Yb3+掺杂浓度的增加而下降。