多孔金属有机框架材料作为锂金属负极保护层助力长寿命锂氧气电池

在众多能源储存系统中,锂氧气电池以其高达3500 Wh·kg^-1的理论能量密度有望在性能上超越商用锂离子电池.然而,在电池充放电过程中,金属锂不可控的枝晶生长和严重的腐蚀问题极大地阻碍了锂氧气电池的发展.为了解决以上问题,制备了一种具有高比表面积、丰富孔道结构的金属有机框架材料（MOF-801）,并将其设计成金属锂负极的保护层应用在锂氧气电池中.在本工作中,成功合成了具有高达762.9 m²·g^-1比表面积,边长约为800 nm的立方体状纯净MOF-801材料.并且这种材料表现出对于有机电解液体系（四乙二醇二甲醚1 mol·L^-1三氟甲基磺酸锂）和强还原性的金属锂都具有很好的稳定性.得益于该材料丰富的孔道结构以及高比表面积,锂离子得以更均匀地分布在电极表面促进金属锂均匀沉积,有效避免了由于枝晶刺破隔膜而导致的短路甚至火灾事故.此外,MOF-801保护层本身的阻隔作用和材料捕捉水的特性可以帮助减少污染物质（水、氧气、强氧化性物质等）的穿梭效应带来的副反应,缓解锂氧气电池中金属锂负极的腐蚀情况.因此,将经过保护的金属锂组装成的对称电池进行测试,循环寿命长达800 h,同时充/放电过电势仅为0.023 V（未经保护的电池寿命仅为254 h,最终充/放电过电势高达5 V）,且循环阻抗大大降低,证明了这种策略有效地稳定了金属锂/电解液界面.将经过MOF材料保护的电极实际应用在锂氧气电池中,在限容量1000 mAh·g^-1,限电流500 mA·g^-1条件下,可以实现长达170圈的稳定长寿命的循环（是未经保护的电池寿命的2.88倍）.使用MOF-801保护层的锂氧气电池还表现出了高达8935 mAh·g^-1的高比容量.因此,本工作所报道的保护层策略为未来的碱金属空气电池负极保护领域提供了新颖的视角.     

光纤光栅对FBG-ECL静态特性的影响

光纤光栅外腔半导体激光器(FBG-ECL)在未来光通信系统占有着越来越重要的地位。根据FBG-ECL的等效腔模型,讨论了光纤光栅反射率、带宽对FBG-ECL的输出功率,阈值特性、边模抑制比等静态特性的影响。指出了存在最佳光纤光栅峰值反射率,不仅使得FBG-ECL具有更高的输出功率,而且可以获得极好的边模抑制比。最后根据实测在不同反射率下外腔激光器的激射光谱,发现理论分析结果和实验数据是吻合的。     

Canny算法的改进及其硬件的实现

传统的Canny边缘检测算法是先对图像进行平滑,然后利用二维滤波器计算图像的梯度值,从而得到梯度直方图。通过基于梯度直方图来选取双阈值,最后进行基于双阈值的非极大值抑制,得到边缘检测的图像。为了能很方便地在硬件中实现这种算法,对传统的Canny算法进行了适当的改进,利用模板来代替原算法中的卷积,从而使得该算法在FPGA(Field Programmable Gate Array)中可以完全利用原理图来实现。     

强点火作用下C3HF7对甲烷-空气爆炸的抑制

为解决瓦斯输送过程中的爆炸安全问题,探索寻找绿色环保且阻火性能优越的新型抑爆剂,开展了当量比下甲烷-空气预混气体爆炸传播过程中的七氟丙烷抑爆效果研究。实验采用长径比L/D=108的水平管道爆炸特性测试系统,研究了在强点火作用下不同体积分数的七氟丙烷对9.5%甲烷-空气预混气体最大爆炸压力、最大压力上升速率和火焰传播速度的影响。实验结果显示:将2.5 m长的管段作为七氟丙烷抑爆区时,七氟丙烷阻断9.5%甲烷-空气预混气体爆炸火焰传播的最小体积分数为5%;当七氟丙烷的体积分数为1%~4%时,不仅无法阻断爆炸火焰的传播,而且与对照组相比,会使火焰传播速度加快;当七氟丙烷的体积分数为1%~6%时,爆炸源及管道末端处的爆炸压力峰值随着七氟丙烷体积分数的增加而逐渐减小;当七氟丙烷的体积分数为3%时,抑爆区处的爆炸压力峰值与对照组相比增幅为10.9%。     

高盐样品中锂的电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)测定研究

锂是重要的战略金属和新能源材料,其开发利用受到全球的高度关注。在高盐卤水特别是盐湖卤水和地下卤水中富含巨量的锂资源,在对这些资源进行锂的开发利用过程中,需对锂的含量进行准确测定,然而卤水中共存的高浓度Na+, K+, Ca2+和Mg2+会对微量锂的准确测定产生严重的干扰。电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)具有线性范围宽和多元素同步分析能力,针对卤水中锂的快速准确测定,详细开展了高盐样品中锂的ICP-OES分析方法研究。结果表明,锂在610.364 nm处具有较高的信噪比,且Na+, K+, Ca2+, Mg2+和Ar不会对锂的测定产生显著的谱线干扰。然而,样品中大量共存的Na+, K+和Mg2+会对锂的测定产生严重的基体正干扰,而Ca2+产生负干扰。尽管内标法在消除基体干扰方面具有广泛的应用,但传统的以钇和钪为内标元素的内标法不能有效解决该问题。此外,针对标准加入法操作繁琐、不适合批量样品分析问题,以及基体匹配法需多离子匹配,且不适合样品基体组成变化的批量样品分析等问题,考察了采用单一组分进行复杂基体匹配的可行性。由于NaCl广泛存在于卤水中,且对锂的测定具有显著的增敏效应,通过系列研究发现,通过同时向样品和标准溶液中加入10 g·L-1的NaCl,成功解决了总量不超过40 g·L-1的NaCl, KCl和MgCl2所产生的干扰。尽管采用该法或沉淀预分离方式均不能消除Ca2+产生的负干扰,但当样品中Ca2+含量不高于1.8 g·L-1时,对测定不产生显著的影响。通过采用该方法对三种不同基体组成的卤水样品进行加标回收测定,其回收率在96.60%~104.20%范围内。此外,通过与电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定结果进行对比,充分论证了该法的准确性和可靠性(相对误差±3.66%)。该法仅以单一的NaCl进行复杂基体匹配,不仅简化了操作,还实现了基体组成变化的批量样品分析,因而在卤水中锂的快速准确测定及锂资源开发利用方面具有重要意义。     

用于测量亚硝酸的长光程吸收光谱仪的研制

This article has been retracted at the request of the authors.     

海面太阳耀光背景下的偏振探测技术

为了实时抑制太阳耀光对海面目标探测的影响,基于偏振光学理论,设计并构建了一套偏振自适应滤波探测系统。本文介绍了偏振探测系统的功能和组成、偏振探测及背景抑制原理,并给出了该系统的光学设计结果;利用自适应偏振滤波探测系统,通过搭载望远镜跟踪试验平台,针对海上典型目标,开展了相关的偏振验证实验。实验结果表明:海面太阳耀光存在比较明显的偏振特性,采用常规探测手段,探测器极易出现饱和,而利用偏振探测技术则能够有效抑制太阳耀光的影响,进而实现目标的有效探测。     

CCD变积累控制技术

在分析微光图像噪声特性的基础上，提出了通过对微光图像信号进行积分，抑制随机噪声的方法，发展了ＣＣＤ可变积累控制技术，研制了ＣＣＤ外围驱动控制和视频制式转换系统，使激光图像信号直接在ＣＣＤ电荷包中进行多帧累加，有效地抑制了随机噪声，提高了低照度与低对比情况下的信噪比和灵敏度，同时避免了后续实时处理电路的高原干扰，图像质量有了明显的改善。     

Improved directional couplers for overmoded waveguide systems

The performance of multihole directional couplers can be considerably improved by placing a second hole structure to the existing one. The improvement may be aimed at directivity or at suppression of certain unwanted modes propagating either in forward or backward direction.     

Mode selective directional couplers for overmoded waveguide systems

Two types of directional couplers for transverse electric (TE) modes are described: short and multihole couplers, respectively. They selectively pick one mode out of a mode mixture in an overmoded circular waveguide system. Unwanted modes are either statistically kept at low level or are suppressed by destructive interference in the coupling waveguide. Mode selectivity and directivity in multihole couplers oscillate up and down with an increasing number of holes, finally reaching a minimum of approximately 20 dB, unless there are competing modes with rational fractions of the beat wavelength. A multihole coupler for the TE₀₂ mode (28 GHz, 63.4 mm waveguide diameter, 41 holes) and a length of 1.6 m shows a calculated directivity of 68 dB and suppresses the unwanted modes TE₀₁ with 34 dB (24 dB), TE₂₂ with 37 dB (45 dB), and further modes TE_m (<5, m<6) with 17 dB to 34 dB in forward direction (figures in parentheses are for unwanted modes propagating in backward direction).A short directional coupler for the TE₀₁ mode (28 GHz, 63.4 mm waveguide diameter) with 16 holes and a length of 230 mm shows a directivity of 55 to 100 dB between 27.9 and 28.1 GHz, suppressing the TE₀₂ mode with 35 to 80 dB, the TE₀₃ mode with 30 to 65 dB, and the TE₂₂ mode with 30 to 70 dB.