玉米作物多光谱图像精准分割与叶绿素诊断方法研究

为了快速获取大田玉米作物长势信息, 基于多光谱图像开展了大田玉米叶绿素指标的非破坏性诊断研究。应用自主开发的2-CCD多光谱图像感知系统, 在田间采集玉米冠层可见光［Blue(B), Green(G), Red(R);400～700 nm］和近红外(Near-infrared: NIR, 760～1 000 nm)图像, 并使用SPAD同步测量样本叶绿素指标。采集后图像经自适应平滑滤波处理后, 进行图像玉米植株提取。为了选择最优算法实现玉米植株与杂草、土壤背景的分割, 首先比较了最大类间方差(OTSU)分割算法和局部阈值处理分割算法, 选取了基于局部统计的可变阈值处理方法对玉米NIR图像进行初步分割, 进而采用区域标记算法进行精细分割, 分割准确率达95.59%。将分割结果应用于玉米植株可见光图像R, G, B各通道, 从而实现了玉米植株多光谱图像中可见光图像的整体分割。基于分割后R, G, B和NIR四个通道的玉米冠层图像, 提取了各通道图像灰度均值(ANIR, ARed, AGreen和ABlue)并计算了归一化植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)和绿色归一化植被指数(NDGI)作为光谱特征参数, 建立了玉米冠层叶绿素指标诊断的偏最小二乘法回归模型。结果表明, 建模R2达0.596 0, 预测R2达0.568 5, 该方法通过玉米多光谱图像特征参数评估叶片叶绿素含量, 可为大田玉米长势监测提供支持。     

A novel low-loss four-bit bandpass filter using RF MEMS switches

This paper details the design and simulation of a novel low-loss four-bit reconfigurable bandpass filter that integrates microelectromechanical system(MEMS)switches and comb resonators.A T-shaped reconfigurable resonator is reconfigured in a'one resonator,multiple MEMS switches'configuration and used to gate the load capacitances of comb resonators so that a multiple-frequency filtering function is realized within the 7-16 GHz frequency range.In addition,the insertion loss of the filter is less than 1.99 dB,the out-of-band rejection is more than 18.30 dB,and the group delay is less than 0.25 ns.On the other hand,the size of this novel filter is only 4.4 mm×2.5 mm×0.4 mm.Our results indicate that this MEMS reconfigurable filter,which can switch 16 central frequency bands through eight switches,achieves a low insertion loss compared to those of traditional MEMS filters.In addition,the advantages of small size are obtained while achieving high integration.     

非线性光学晶体K3B6O10Br的生长与光电性能研究

采用顶部籽晶溶液生长法成功生长出尺寸为42 mm×20 mm×18 mm的高光学质量的紫外非线性光学晶体K₃B₆O₁₀Br(KBB)。根据其结构对称性要求,将KBB晶体定向加工成不同的器件切型,系统表征其光电性能。对KBB晶体电弹常数进行了系统的表征,受微观结构影响,压电常数各向异性较大,最大的压电常数d₃₃=6.69 pC/N。KBB晶体具有良好的激光频率变换、电光及压电性能,在光电子领域显示出潜在的应用前景。     

CeO2修饰Ni3S2纳米片用于高效电催化析氧

电化学水分解制氢作为重要的生产氢能的新能源技术,包括氢气析出反应(HER)和氧气析出反应(OER).然而,OER进行的是多步电子转移过程,动力学过程缓慢且过电位高,严重制约了电解水制氢的发展.因此开发低成本、高效稳定的非贵金属催化剂替代贵金属催化剂(RuO2,IrO2)来降低过电位,减少能源消耗十分必要.Ni₃S₂由于其高导电性、高活性、低成本等优点,具有作为贵金属催化剂替代品的广阔应用前景,但其OER性能仍需进一步提高.对已有的有效OER催化剂进行表界面调控是提高催化剂性能的一种有效策略.CeO₂中的Ce3+和Ce4+价态之间可以灵活过渡,使其具有良好的电子/离子导电性、可逆的表面氧离子交换和较高的储氧能力.CeO₂的多价性使其有机会与其它基质产生强烈的电子相互作用,良好的电子/离子导电性和较高的储氧能力是提高催化剂析氧活性的有利因素.因此,用CeO₂对Ni₃S₂进行修饰是提高其析氧活性的有效途径.基于此,本文运用水热和电沉积相结合的方法将CeO₂修饰到Ni₃S₂纳米片上,制备得到生长于泡沫镍上的Ni₃S₂-CeO₂纳米片阵列(Ni₃S₂-CeO₂/NF),并运用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等手段进行了表征,以三电极系统测试了其电催化析氧性能及稳定性,并通过密度泛函理论计算进行了验证.XRD结果表明,复合材料中确实存在Ni₃S₂和CeO₂.通过SEM发现,泡沫镍基底上均匀分布着Ni₃S₂纳米片阵列;电沉积CeO₂后,Ni₃S₂-CeO₂仍保持其纳米片特性,但表面变得粗糙.Ni₃S₂-CeO₂的TEM结果也证实了纳米片结构的形成,高分辨率TEM图像清晰的显示出Ni₃S₂和CeO₂之间具有明显的界面.XPS结果表明,Ni₃S₂-CeO₂的Ni 2p的结合能与Ni₃S₂相比出现负位移.与纯CeO₂的Ce 3d谱图相比,Ni₃S₂-CeO₂杂化体系中Ce4+的比例明显增加,表明Ce的价态发生了重排,部分电子转移给了Ni元素.这些结果均说明Ni₃S₂与CeO₂之间存在着较强的电子相互作用.相应的电催化测试结果显示,在1.0 M KOH中,当电流密度达到20 mA cm^–2时,Ni₃S₂/NF需提供356 mV的过电位,Ni₃S₂-CeO₂/NF只需264 mV的过电位,仅次于RuO2/NF.而且,Ni₃S₂-CeO₂/NF在中性条件下也显示出了较理想的析氧活性.Ni₃S₂-CeO₂/NF的Tafel斜率明显低于CeO₂/NF和Ni₃S₂/NF,表明其具有良好的OER反应动力学.循环伏安法和计时电位法结果均表明,Ni₃S₂-CeO₂/NF具有良好的电化学稳定性.电化学阻抗谱测试结果表明,与Ni₃S₂/NF和CeO₂/NF相比,Ni₃S₂-CeO₂/NF明显具有更小的半圆直径,说明其电荷转移阻抗更小,进一步表明CeO₂的修饰有助于催化过程中电子的快速转移.在非法拉第区域的循环伏安扫描曲线以及拟合扫描速度对电容电流曲线结果显示,Ni₃S₂-CeO₂/NF的最大电容值大于CeO₂/NF和Ni₃S₂/NF,表明其暴露了更多的活性位点,具有更大的电化学活性表面积;而且,Ni₃S₂-CeO₂/NF在400和500 mV时的电催化析氧转换频率明显高于Ni₃S₂/NF和CeO₂/NF,进一步说明Ni₃S₂-CeO₂/NF具有更高的本征催化活性.密度泛函理论计算表明,由于^*OH,^*O和^*OOH与Ni₃S₂-CeO₂中的Ni和Ce原子相互作用的存在,使得反应中间产物与Ni₃S₂-CeO₂之间的结合强度较纯Ni₃S₂或CeO₂强,使其显示出了更高的OER性能.在经过24 h连续电解后,SEM和TEM结果均表明,Ni₃S₂-CeO₂/NF材料仍保持了其纳米片形貌.稳定性测试后的XPS结果表明,Ni 2p对应的峰强度降低,而与氧化镍物种对应的峰强度增强;S元素在Ni₃S₂-CeO₂表面的信号强度明显降低.根据文献报道,在强烈的氧化环境下,过渡金属硫化物会部分转化为氧化物或氢氧化物,这通常被认为是OER过程的实际催化物种.     

氨基恶唑啉呫吨类BACE1抑制剂的特征结构与作用机制

β-分泌酶(BACE1)是治疗阿尔兹海默症(AD)的潜在靶点,BACE1抑制剂的开发已成为治疗AD的重要方向。本文运用比较分子相似性指数(CoMSIA)和分子对接法对66个氨基恶唑啉呫吨类BACE1抑制剂进行模拟分析,建立了可靠的构效关系预测模型(Q₂=0.86, R_ncv2=0.97, R_pre2=0.88),揭示了影响分子抑制活性的重要特征结构信息,发现抑制剂通过与BACE1之间形成的氢键作用和π-π堆积作用占据了分泌酶的S3、S1和S2"三个活性位点。实验所得模型和信息为后续新型高效BACE1抑制剂的结构优化和改造提供了重要的理论指导。     

高效液相色谱-荧光法或超高效液相色谱-四极杆/轨道阱质谱法测定抑郁症小鼠海马中5-羟色胺和相关的2种物质含量的比较

为测定抑郁症小鼠海马中5-羟色胺(5-HT)、色氨酸(TRP)和5-羟吲哚乙酸(5-HIAA),比较了两种测定方法的应用,即带荧光检测器的高效液相色谱法(HPLC-FLD)和超高效液相色谱-四极杆/轨道阱质谱法(UHPLC-Q-Obitrap-MS)的比较。样品的前处理选用0.4 mol·L~(-1)高氯酸溶液以1∶5(g∶mL)比例加入于小鼠海马组织的匀浆液中沉淀其中的蛋白,经涡旋和离心后取上清液,分别按上述两种方法进行测定。在两种方法中均采用C_(18)柱分离。试验结果表明:Q-Obitrap-MS测定显示较强的基质干扰,而HPLC-FLD测得的5-HT、TRP和5-HIAA的色谱峰形对称,峰宽窄,基质无明显干扰。3种目标物的质量浓度在500.0μg·L~(-1)以内呈线性。不同浓度水平的加标回收率为86.2%,92.1%,91.0%。上述3项测定目标物的检出限(3S/N)依次为1.0,1.0,0.5μg·L~(-1)。     

应用于微靶装配的显微视觉检测技术

针对如何实现微小尺度（μm～mm）靶零件装配过程中的在线检测，研制了应用于微靶装配的显微视觉检测系统，并对系统的构成与显微成像、图像预处理、特征检测等关键图像处理技术进行了详细论述。提出了针对微靶零件的新型多重滤波除噪算法和几何特征检测算法，并以铝台阶、柱腔等微靶零件为应用实例开展了实验研究。结果表明，该系统采用的算法能有效、快速、准确地对靶零件进行几何特征和实时位置检测，在检测视场为3mm时，其检测精度≤3μm，角度检测精度≤0．1°，适用于ICF微靶等微型器件的微装配。     

N-甲基哌嗪与乙酸乙酯、乙酸丁酯二元混合体系在298.15～313.15K的体积及黏度性质

测定了N-甲基哌嗪+乙酸乙酯和N-甲基哌嗪+乙酸丁酯2个二元混合体系在298.15,303.15,308.15和313.15 K的密度和黏度数据,并计算了N-甲基哌嗪+酯二元混合体系的超额摩尔体积(VEm)和黏度偏差(Δη),用Redlich-Kister多项式关联了二元体系的超额摩尔体积与组成的关系,用4个半经验公式关联黏度数据并关联了二元体系的黏滞性活化参数.结果表明,N-甲基哌嗪+乙酸乙酯和N-甲基哌嗪+乙酸丁酯二元体系在所测温度范围内的超额摩尔体积为正值,黏度偏差为负值,且二元混合体系在混合过程中焓驱动居于主导地位.     

基于“在用中学”的仪器分析课程改革与实例

提出“在用中学”的教学理念,结合线上资源对仪器分析进行教学改革。在课前通过生产生活实践问题引入新的内容,提升学生学习兴趣;在课中将原理讲解与仪器实物或实际条件结合,通过课堂活动实践分析方法建立,提升学生知识理解运用能力;在课后设置开放式技术改进项目,启发学生创新。最后,以“色谱分析法”进行实例分析。     

实现粒子布居高效转移的两种激光脉冲时序方案的理论研究

基于最近实验工作的结果(2010 Nat.Phys.6 265)即Danzl等在五能级M型级联系统中分别利用连续型和四光子型受激拉曼绝热通道(stimulated Raman adiabatic passage,STIRAP)实现了将Feshbach态上弱束缚的Cs2有效转移到其振转基态,本文理论研究了两种STIRAP方案实施的基本条件,解析推导系统的准暗态、绝热参数的具体形式并分析其存在的必要性,详细讨论布居转移效率对相关参量的依赖关系.通过比较激光脉冲的时序、中间能级的失谐量和自发辐射率、光场脉冲的幅值等诸多参量的不同影响,讨论方案各自的优缺点,找到了参量优化的方法以实现最高效的粒子布居数转移.与前人的实验结果相比,本文研究表明,实验观测值(约0.60)均低于理论预估最佳值(约0.97)的主要原因是受限于激发态能级的自发辐射率过大.该理论方案还可用于制备量子纠缠态,在量子逻辑门操控、量子信息传输等领域都有潜在的应用.