第42届国际物理奥林匹克竞赛实验试题简介

第42届国际物理奥林匹克竞赛中的实验试题为"电学黑盒子——电容式位移传感器"和"力学黑盒子——一个内含小球的圆筒".本文较全面地介绍了试题内容和解答,并在必要时作了简短评论.     

Exact inference for joint Type-I hybrid censoring model with exponential competing risks data

Assuming that the failure time under different risk factors follows the independent exponential distribution, a joint model under Type-I hybrid censoring is addressed in detail. Based on the Maximum likelihood estimates (MLEs) of unknown parameters, we obtain exact distributions of MLEs by using the moment generating function (MGF). Confidence intervals (CIs) of parameters are constructed through both the exact method and the parametric bootstrap method. Then we compare the performances of different methods by Monte Carlo simulations. Finally, the validity of the proposed models and methods are demonstrated by a numerical example.     

全息聚合物分散液晶的结构调控与性能

全息聚合物分散液晶(HPDLCs)是由富聚合物相与富液晶相周期性排列而成的结构有序高分子复合材料.HPDLCs通过单体/液晶复合体系的光聚合诱导相分离而形成,如何调控并定量化描述复合体系的光聚合反应动力学、凝胶化行为和相分离程度,进而获得结构规整、电光性能优异的HPDLCs是关键难题.专论概述了光引发体系、单体结构、纳米无机材料掺杂对HPDLCs结构及性能的影响.光引发阻聚剂通过引发和阻聚的竞争与协同,降低了光聚合反应速率、延迟了凝胶时间,促进形成衍射效率达90%的HPDLCs.超支化单体降低了复合体系黏度和光聚合反应速率,延迟了凝胶时间,促使形成衍射效率达94%、具有一维光子晶体结构的HPDLCs.丙烯酰胺单体优化了相分离结构,将HPDLCs的衍射效率提升至98%.纳米硫化锌掺杂在保持规整结构和高衍射效率的同时,大幅降低了HPDLCs的驱动电压.研究还确定了HPDLCs的相分离程度与凝胶时间的函数关系.构建兼具高衍射效率与低驱动电压的HPDLCs,推进其在彩色3D图像存储等领域的应用仍是重要课题.     

高分散铂的巯基化聚苯胺复合物用于甲醇电催化氧化

采用电化学氧化还原方法一步合成聚苯胺/电还原氧化石墨烯(PANI/ERGO),通过电化学辅助2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑(DMc T)与聚苯胺(PANI)发生巯基点击反应得到巯基化的聚苯胺/电还原氧化石墨烯(DMcT-PANI/ERGO),以此引进了大量S和N官能团,采用电沉积的方法在巯基化聚苯胺复合物上有效分散铂纳米颗粒(PtNPs)。扫描电镜(SEM)表明铂纳米颗粒能均一高效地分散在巯基化聚苯胺复合物上;循环伏安法(CV)表明PtNPs/DMcT-PANI/ERGO和未经巯基化的复合物材料PtNPs/PANI/ERGO比较,具备较高的电化学活性面积,并且能较好的电催化氧化甲醇。     

高效阴离子色谱分离-积分脉冲安培法测定地质样品中总碘

采用高效阴离子色谱分离-积分脉冲安培法测定地质样品中总碘的含量。采用碳酸钠-氧化锌烧结方法分解样品,烧结温度为700℃。以亚硫酸钠溶液作为还原剂,以氢氧化钠溶液为淋洗液,在IonPac AG11和IonPac AS11阴离子交换柱上分离。碘的质量分数在0.16~50μg·g-1范围内与其峰高呈线性关系,检出限(3s)为0.08μg·g-1。方法应用于国家标准物质的测定,测定值与认定值相符,测定值的相对标准偏差(n=12)在2.7%~7.3%之间。     

Interdiffusion kinetics of miscible polymer/polymer laminates investigated by atomic force microscopy

The miscibility of poly(vinyl chloride)/poly(n-butyl methacrylate) (PVC/PnBMA) blend and the interdiffusion kinetics of PVC/PnBMA laminates have been investigated by differential scanning calorimetry (DSC) and atomic force microscopy (AFM), respectively. This blend exhibited a lower critical solution temperature behavior. Below 120℃, DSC results showed each blend with different PVC contents exhibited only a single glass transition temperature which increased with PVC content, indicating that PVC and PnBMA were miscible. After PVC/PnBMA laminates were annealed at different temperature for different time, a smooth cross-section across interface was prepared by ultramicrotoming. Combined with topography and phase images of tapping mode AFM, the relative concentration profile, interface width and the relationship between interface width and annealing time could be obtained. In a regime of rubbery/rubbery interdiffusion, the diffusion obeyed a typical Fickian Case-Ⅰ behavior where the interface width was proportional to the square root of annealing time. The mutual diffusion coefficient was in good agreement with that obtained from DSC and positron annihilation lifetime spectroscopy. However, in the regime of glassy/rubbery interdiffusion, the diffusion followed a typical Case-Ⅱ behavior where the interface width was proportional to annealing time. These results imply that AFM is a reliable and powerful tool for the investigation of polymer/polymer interdiffusion at a level of polymer chain size.     

Li3PO4纳米晶与Li3PO4/PMMA块体透明纳米复合材料的制备及性能研究

通过高温溶剂法制备了油酸包覆的Li3PO4纳米晶,经过聚乙二醇单油酸酯再修饰,分散于甲基丙烯酸甲酯单体中,通过原位紫外光引发本体聚合,得到了块体的Li3PO4/PMMA纳米复合材料.XRD谱显示所制备的Li3PO4纳米晶为纯的单斜相,而复合材料的XRD谱中含有Li3PO4的相,表明Li3PO4纳米晶已成功复合进PMMA中,Li3PO4的TEM显示其粒径较为均一,约为10 nm,且在环己烷中无明显的团聚.复合材料超薄切片的TEM表明,Li3PO4纳米晶以50 nm左右的团簇分散于聚合物基质中.FTIR测试表明制备的Li3PO4纳米晶被油酸包覆.UV-Vis显示当所制备的复合材料固含量达14.6 wt%仍然保持很高的透过率,TGA分析表明纳米粉的掺入使复合材料的分解温度提高了95℃.制备的Li3PO4/PMMA纳米复合材料有望应用于热中子的探测.     

光谱及成像技术在果蔬损伤检测研究中的应用现状与展望

果蔬在收获、运输、贮藏、分拣、包装和销售过程中均会遭受不同程度的挤压、碰撞或摩擦,从而造成果蔬损伤,如挤伤、开裂、擦伤等外部损伤,同时,在生长过程中会产生黑心、水心、褐腐、霉心等内部损伤。果蔬损伤初期特征不明显,外观与正常果实基本无异,然而随着时间的推移,损伤组织恶化扩散,最终导致整个果实腐烂变质,又进而接触感染其他果实,造成周边甚至整箱果蔬病变,对果蔬产业造成巨大的经济损失。果蔬采后损伤检测方法多种多样,其中人工检测最为简单常用,但是该方法不仅耗时耗力,容易造成错判和漏判现象,而且无法实现肉眼不可见的皮下或内部损伤检测。近年来,随着计算机技术的快速发展,越来越多的无损检测技术被广泛应用于果蔬损伤检测,其中最为常用的当属光谱和成像技术。光谱成像技术通常结合图像处理、光谱分析、化学计量学方法、统计分析等手段,利用损伤果蔬和正常果蔬的图谱信号差异实现损伤检测,具有无损、快速等优点,能解决人工检测耗时耗力且准确率低的问题。在此主要概述了8种光谱及成像技术（近红外光谱、拉曼光谱、荧光光谱、高光谱成像、空间频域成像、核磁成像、X射线成像和热成像）在果蔬损伤检测的最新研究进展,包括检测原理及其技术特点,总结分析了各技术在果蔬损伤检测方面的应用情况,并展望未来发展趋势,以期为果蔬损伤无损检测提供借鉴与参考。     

Koch曲线所围区域内的一类解析函数边值问题

在经典解析函数边值理论中,当L为复平面上逐段光滑封闭曲线时,在L所围的内部和外部,Cauchy型积分解析;通过对Cauchy主值积分的讨论,可得Cauchy型积分在L上的左、右边值,且边值满足Plemelj公式.基于Koch曲线的构造方法,对一系列Cauchy型积分取极限,并附加上一定的Hlder条件,可得在Koch曲线所围的内部和外部区域内都解析的Cauchy型积分函数,进一步得到与经典解析函数边值问题类似的结果.     

监管宽容下资本展期的存款保险定价模型

存款保险制度可化解存款机构挤兑风险,从而保护了存款人利益.监管宽容的存款保险合约具有下列特征:在监管宽容范围内,若投保的存款机构在存款到期时无力偿还存款债务,并不立即对其破产清算,而允许其接受存款保险公司一定额度资金的救助.为准确厘定存款保险费率水平,本文在监管宽容假设上,进一步引入资本展期因素,即接受救助的存款机构继续运营至资本展期结束;若在资本展期期末仍然资不抵债则再对其破产清算.基于上述情景,并且将救助资金作为存款机构的或有债务纳入保费中,本文结果构建了监管宽容下资本展期的存款保险定价模型,并严格推证了监管宽容力度、资本展期期限与存款保险价格的变化关系.结论显示,监管越宽容、资本展期越长、存款保险的价格也应越高.最后,应用所构建的定价模型,进行了实例分析.