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[成果] 1800170003 浙江
O43 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:自然材料在光电磁调控上能力有限,该项目主要研究如何利用具有局域谐振效应的亚波长结构或其特殊宏观序形成的人工特异介质,来突破自然材料局限,获得对电磁波散射、吸收等基本物理过程以及偏振、色散、局域场强等基本物理状态的灵活精确调控,取得了系列原创性研究成果,代表如下: (1)在散射调控方面,将传统变换光学理论拓展到拉普拉斯方程,研制出国际首个三维准静态磁场隐身衣,让金属的反磁探技术变为可能;拓展该理论到热学上,首次实现了对瞬态热传导过程的精确操控与热流隐身效应,实验演示了国际上首个具有多物理场响应的热-电双隐身器件,为热操控与利用开创了新的技术方向。 (2)在吸收调控方面,国际首创了基于慢波原理和多模共振叠加效应的两种大带宽、超薄吸波器的协同设计方案,研究成果有效解决了利用自然材料吸波时带宽与厚度难于同时优化的传统设计难题,得到广泛借鉴与引用。 (3)在偏振与色散调控方面,通过磁共振耦合效应利用手性非对称亚波长结构体系设计出高效超薄90度极化转换器,获得了文献所报道的最大旋光效应(2700度/波长);另外在国际上首次通过引入介质布拉格光栅色散结构,设计出具有深度滤波调制功能的纳米表面等离激元波导,为高密度光集成提供了一个核心方案。 (4)在纳米局域场增强与应用方面,利用亚波长光学天线的强场局域与非线性效应,研制出诊疗一体(标记、成像与治疗)的光学生物探针,通过上转换国际首创915nm激发光模式,成功解决了纳米探针的光热损伤难题,还首次研发出基于聚集诱导发光全介质纳米探针的高分辨、大深度三光子荧光活体鼠脑成像技术,为肿瘤的临床诊断治疗提供了重要技术支持。 这些创新成果极大加深了人们对光与物质结构相互作用的一些重要物理认识,在光电磁调控能力上获得了重大进展和突破,为浙大光学工程名列全国第一做出了重要贡献。 该项目10篇代表论文中6篇为ESI高被引论文,单篇SCI他引超过200次的论文5篇。第一完成人曾任相关方向973项目首席科学家与863项目首席专家,近年来SCI每年被引超过1700次/年,H因子(SCI)高达62。项目成果被Science、Nature及子刊等多次引用,产生了重要国际影响,如Nature杂志[2013年, 498, 440页]高度评价课题组的热学隐身衣,认为课题组“实现了一个非常精细的隐身器件,一个激动人心的实验,也许可用于冷却芯片”。
[成果] 1700520386 香港
O43 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:光在人类生活和文明进程中不可或缺。人们在对光孜孜不倦的研究中提出了改变人们思想的新概念和理论,并由此产生了改变世界面貌的新材料和器件。近代光学研究的重大进展多与发光材料有关。然而传统有机发光材料的设计与应用面临“聚集导致发光猝灭(ACQ)”这一教科书常识的制约。该项目在建立与ACQ截然相反的“聚集诱导发光(AIE)”概念的基础上,顺应分子聚集这一自然过程,在AIE结构设计、机制探究和应用开发等方面取得了系统、原创和引领性成果:(1)根据分子内旋转受限(RIR)机制,开发了基于四苯乙烯(TPE)的新AIE体系,促进了AIE研究的蓬勃发展,TPE也因此成为一个中国科学家打造的“品牌分子”;开拓了结晶诱导的纯有机高效室温磷光体系,发展了不含芳香环的非共轭AIE体系。(2)完善了AIE的RIR工作机制,提出了将发光分子从ACQ转变为AIE的设计策略。(3)开发了AIE材料在光电、传感和生物等领域的技术应用,实现了传统ACQ材料难以实现的新功能。目前,60多个国家(地区)的一千多个单位在从事AIE研究,发表论文数和引文数均呈指数增长。国内外出版了多期AIE专刊(专辑)并多次召开AIE专题会议,AIE已被纳入国内外本科生实验教学,AIE材料已向产业界进行了技术转让。2013年汤森路透将AIE列为化学和材料研究前沿的第三位,2015年则前进到第二位。2016年《自然》杂志社将AIE材料的纳米聚集体列为支撑“纳米光革命”的四大纳米材料之一。由此可见,AIE已成为一个由中国科学家开创并引领的热点研究领域。
[成果] 1700520387 北京
O18 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:几何分析是上世纪后期发展起来的重要数学分支,相关问题研究极富前沿性、挑战性和创新性。该项目在几何分析领域取得了一系列重要研究成果。寻找固定边界的极小曲面问题,即Plateau问题被Douglass,Rado等解决。Douglass因此获得第一届Fields奖。无边极小曲面的存在性在微分几何、代数几何、数学物理等领域有重要应用。该项目构造一个新的发展方程来研究无边极小曲面存在性,成果发表在顶级数学杂志Invent Math上。稳定调和映照的紧性是重要且困难的课题。能量极小映照的紧性已经有清楚的结果,但是几何中有兴趣的映照未必是能量极小映照。该项目研究了一般情况下稳定调和映照的紧性,得到了有关弱极限和能量集中集的奇点公式,该公式说明极限映照为稳定调和映照的充要条件是奇点集是弱极小子流形。该项目把这个困难问题的研究向前推进了一步。证明了非紧情况下Uhlenbeck-丘成桐定理,得到了稳定抛物丛上的陈数不等式;在Kazdan-Warner问题、高余维平均曲率流等方面的研究也取得了重要突破。该项目研究结果和方法得到了国内外著名数学家的高度评价和众多同行的引用,对该领域的发展做出了重要贡献。
[成果] 1800280045 重庆
O43 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:1、主要研究内容①以高灵敏度的共振瑞利散射(RRS)光谱法为主的手性识别和手性分析研究。 ②试验大环分子与外消旋的手性对映体形成超分子体系,以筛选出合适的手性选择性探针试剂;试验具有光学活性基团的手性功能化试剂与外消旋的手性对映体相互作用形成非对映体异构体的复合物,以筛选出合适的手性光散射探针试剂。 ③通过研究手性药物或手性污染物形成手性超分子体系的非对映体复合物对RRS的响应机理和过程,探索有机对映体手性识别的新原理。 ④研究反应体系的RRS光谱特征以及稳控条件,从而发展有机对映体手性识别和手性分析的新技术。 ⑤以多种分子光谱方法,结合化学计量学手段拓展手性分析技术,建立不经分离而同时测定手性对映体药物或农药的新方法。 2、科学发现点①以超分子化学原理为基础,筛选适宜手性识别的手性选择性探针试剂和手性光散射探针试剂;②以多种光谱分析技术和手段提升RRS的手性分析的选择性;③首创“同源射线计量分析法”,建立不经分离而同时测定手性对映体的新方法。 3、科学价值手性是自然界的基本属性,手性普遍存在。对手性对映体的选择性分析已是分析化学的前沿热点。由于手性对映体分子的理化性能几乎相同,所以对它们的分析测定相当困难,因此,一般研究都是先分离后分析,多数建立在“手性分离”的基础上,而在某些特殊情形下须不经分离而快速同时测定。研究表明手性对映体具有不同分子立体构型导致生理活性的不同,而在生物体内的手性环境可自动辨别出不同的差异效应。鉴于此,人为介入的手性分析与测定,应当先找到这种手性可识别的光谱差异。据此该项目探索手性识别的新原理或手性分析的新技术。首创“同源射线计量分析法”,建立不经分离而同时测定手性对映体的光谱分析新方法。 4、同行引用及评价该项目在研究期间产出丰硕成果。已发表较高水平的学术论文55篇,其中SCI 30篇,截止2015年底论文他引频率767次,单篇最高23次。申请直接相关的专利两项。已获授权的专利具有较强的实用性。由发明专利《谱峰完全重叠的双组份混合物同时测定的光谱分析方法》延伸成“同原射线计量分析法”,既能改变现行分析教科书中不能解决谱峰完全重叠的双组份混合物同时测定的岐见,推进了分析化学方法更新;又能实现不经分离而同时测定手性药物和手性污染物,已得到国内同行专家认同和广泛引用。
[成果] 1800290001 湖南
O15 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:项目主要研究智能信息处理的数学基础问题,如,模糊逻辑代数的表示理论、命题逻辑的随机模糊语义理论、随机模糊环境下进行命题逻辑概念程度化、随机模糊环境下的近似推理模式、将随机模糊逻辑语义与粗糙推理、D-S证据推理等其他近似推理方法相融合并应用于经济、管理等领域中。 分别在MTL-代数、MV-代数、R0-代数等模糊逻辑代数的全体素滤子集上、全体最大滤子集上建立拓扑结构和模糊拓扑结构,证明素滤子拓扑空间是紧T0空间,最大滤子拓扑空间是紧Hausdorff空间。MV-模糊拓扑空间和R0-模糊拓扑空间是良紧空间,它们的截拓扑空间是紧零维Hausdorff空间。证明MTL-代数的拓扑表现定理,将布尔代数的Stone表现定理和Loomis-Sikorski表现定理推广到MTL-代数等模糊逻辑代数。 建立命题逻辑的随机模糊语义理论。将命题公式的赋值域由实区间[0,1]扩展到取值于[0,1]的随机变量,建立命题逻辑的随机模糊语义理论,讨论可靠性、完备性等通常逻辑概念在随机模糊语义下的特征。在随机模糊环境下对命题逻辑概念进行程度化,引进逻辑公式真度、不可靠度、相似度等概念,在全体命题公式集上建立逻辑伪距离空间,并讨论逻辑伪距离空间的结构和性质。 研究随机模糊环境下的近似推理模式和方法。分析逻辑公式集依概率结论、依随机模糊真度结论、依随机模糊距离结论的特征及其之间的关系,提出基于概率赋值、随机模糊真度、随机模糊伪距离的近似推理模式,给出相应的算法,并分析算法的有效性和还原性。
[成果] 1800290018 湖南
O 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:强激光驱动粒子加速是多学科交叉的前沿研究课题,具有重大科学意义和广泛应用前景。由于极端条件下等离子体系统的复杂性,物理现象相关联的时空尺度跨越多个数量级,关键科学问题对理论方法和模拟技术等提出了巨大挑战。近年来,项目组针对相关科学问题进行了深入研究,取得了一系列重要科学发现: 系统发展了激光等离子体动理学模拟方法,在国际上首次发现了激光辐射压驱动微型靶时的电子类betatron振荡现象,成功揭示了高亮X射线激发的机理。 解决了激光加速机制的内在缺陷和瓶颈问题,提出了粒子加速的新机制和可行技术方案,为新型粒子加速器研究提供了重要支撑。 提出了高能流粒子束稳定传输与品质控制新策略,实现了高能粒子束有效聚焦与能量沉积,为激光核聚变应用研究奠定了理论基础。
[成果] 1800230011 河北
O64 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:超分子化学是一门多学科交叉的前沿科学,于1987年和2016年两次获得诺贝尔化学奖。超分子化学的主要研究内容包括分子识别和组装。近年来,超分子化学应用于生物体系的识别研究成为热点。众所周知,生物体系的功能研究是在水体系中实现的,因此,构筑基于生物效应的水溶性超分子识别和组装体具有重要意义。 针对识别的灵敏度和选择性的关键科学问题,该项目基于酰亚胺类良好的光学和自组装性质,结合环糊精分子良好的选择识别客体分子的能力,以及糖-蛋白专一性识别特性,构筑了环糊精和糖类等修饰的酰亚胺类化合物,实现了在分子水平、蛋白和DNA水平、以及细胞水平的选择性识别。 (1)水溶性芳香分子是自然环境中水污染的一类污染物,尤其是萘、蒽和芘等衍生物,课题组创造性的利用苝酰亚胺分子ppi;电子对外界电子灵敏的响应性,结合环糊精分子选择性识别不同芳香分子的能力,实现了对不同ppi;体系的芳香分子的选择性识别。 (2)糖与蛋白的识别作用与细胞的生长、分裂、免疫调节和癌细胞转移等过程密切相关。糖与蛋白间的分子识别过程是通过“簇糖效应”来增强其亲和作用的,簇糖分子的构筑是糖-蛋白作用研究的难点和关键点。课题组首次利用苝酰亚胺类分子强的ppi;-ppi;自组装作用,构筑了超分子多效价糖基组装体,显著降低了多效价簇糖在合成和分离中的难度,高选择性的实现了对不同凝集素的专一性识别,并实现了对提取的人的指纹的显色。 (3)荧光分子与蛋白、DNA分子作用,通常导致荧光淬灭现象,限制了其在细胞内的识别研究。课题组开创性的用多效价簇糖调节苝酰亚胺分子间的ppi;-ppi;堆积作用,与蛋白分子作用后导致ppi;-ppi;堆积作用和模式调整,实现了荧光增强的专一性识别,并利用多效价簇糖增强的蛋白选择性识别,实现了选择性的细胞成像。另外,课题组开创性的通过调节氨基分子内电子转移过程,实现了对DNA分子的荧光增强识别。 该项目先后获国家自然科学基金和河北省自然科学基金等6项课题资助,代表性论文包括2篇一区和4篇二区论文,被Peter H. Seeberger、Frank Wuuuml;rthner、Reneeacute;Roy、姚建年院士、张希院士、黄飞鹤教授和尹梅贞教授等在化学类顶级学术期刊Chem. Rev.、Chem. Soc. Rev.和Angew. Chem. Int. Ed.等中他引153次,并详细报道实验结果和评述。其中,一篇论文被Chem. Eur. J.选为2015年第21卷15期的Frontispieces,并在“第十八届大环化学暨第十届超分子化学学术讨论会”和“第二届糖合成化学青年学术讨论会”做分会邀请报告。2015年被邀请在《化学进展》上撰写综述一篇。另外,美国约翰霍普金斯大学的Zarif等用课题组的化合物PBI-12-Man验证了区分人单核细胞转化为巨噬细胞或树突状细胞的新检测方法,该研究有助于更好的理解先天和适应性免疫,成果发表在Bio Techniques上。
[成果] 1800220297 安徽
O64 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:超分子识别与组装在新型功能材料、分子器件和化学生物传感器的研究和应用方面具有重要的科学意义。阴、阳离子识别是超分子识别的重要研究方向之一,但由于阴、阳离子本身的复杂多样性,实现阴、阳离子识别是超分子化学的一大挑战。超分子组装的关键是如何利用超分子之间的弱相互作用构筑超分子聚合物。为解决上述科学问题,课题组在两个国家自然科学基金面上项目和一个安徽省高校省级科学研究项目的支持下,取得了以下三部分的科学成果: 1.发现了瓜环对阴、阳离子的选择性识别:(1)对阴离子识别:首次提出利用瓜环形状各异的疏水空腔识别包结不同类型以及数目不等的阴离子,并实现在识别过程中荧光信号响应乃至其它光学性质变化,归纳总结得到瓜环的同系物和同类物识别阴离子的机理,即大小匹配、形状吻合、能量驱动;(2)对阳离子识别:课题组发现了某些种类的瓜环对重金属离子(铅、镉、汞)的识别配位的捕集及分析检测性能,为瓜环在重金属离子的捕集、检测及控制等方面的应用提供了理论依据。 2.采取不同方法,组装了多种瓜环基超分子聚合物:(1)根据瓜环端口的羰基氧可以配位各种金属离子的性质,以金属离子为节点,再以瓜环为配位桥,通过瓜环与金属离子的配位作用,获得了系列金属离子(尤其是镧系金属离子)—瓜环自组装形成的超分子聚合物结构。(2)首次提出利用主客体相互作用(包括疏水作用、离子-偶极作用、氢键作用、pi-pi堆积)构筑系列基于瓜环的超分子聚合物,系统研究并获得了针对不同聚合度大小的瓜环,构筑不同类型的超分子聚合物的方法,为主客体超分子聚合物的制备提供了新的途径。 3.发现了烷基链在瓜环疏水空腔的异常构象形成规律:在研究瓜环对阳离子烷基链识别过程中,课题组发现气相和溶液中以直链形式存在的烷基链被包结进瓜环疏水空腔时,表现出反常的空间构象。而烷基链结构在瓜环疏水空腔中的具体空间构象(如伸展、折叠或弯曲)取决于主客体的大小和相互作用模式。 该研究结果为手性结构的形成与拆分提供了理论依据。基于以上科学发现,课题组在美国化学学会(ACS)的J. Org. Chem., Inorg. Chem., Cryst. Growth Des.以及英国皇家化学学会(RSC)的Chem. Comm., Org. Chem. Front., Phys. Chem. Chem. Phys., Dalton Trans., CrystEngComm, Org. Biomol. Chem.等国际著名期刊共发表SCI研究论文50余篇,被SCI源期刊他引620多篇次。其中8篇代表作共被美、英、德、澳、日、印等国家知名学者在SCI源期刊他引246篇次,单篇最高被他引74次。研究成果受到了中科院物构所曹荣研究员、英国南安普顿大学的Philip A. Gale教授等多个国内外研究团体的肯定、积极评价和持续跟进。
[成果] 1800180043 上海
O35 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:该项目属于流体力学科学领域。 湍流是流体流动的普遍形态,具有广泛的应用背景。在基础研究领域,湍流是流体力学的核心问题,同时也是经典物理学中最后一个尚未解决的难题。湍流是流体在能量较高时由于惯性主导而出现的高度不稳定、内在自由度被高度激发的一种多尺度、多结构、高维数、强非线性相互作用的流动形态。湍流对数学、力学、物理等基础科学有着深刻影响,湍流研究极大地促进了非线性科学的发展。湍流已经成为影响国家航空航天航海等工程成败的关键瓶颈之一,是国家迫切需要解决的重大应用基础课题。 作为基本湍流类型之一,受浮力驱动的湍流流动广泛存在于自然界和各种工程问题中,其与壁湍流和湍射流等常见典型湍流流动有许多不同之处,对其基本规律的深入研究,有助于获得湍流机理的新认识和新理解。因此,对浮力驱动湍流的研究一直是国际流体力学和湍流研究领域内的重点和热点之一。该项目对浮力驱动湍流系统的边界层及输运特性和湍流结构演化进行了系统深入的研究,获得了若干原创性的研究成果。 1定量刻画了边界层的统计特性及湍流结构对输运的影响规律。 热对流系统导板附近共存的速度和温度边界层控制着系统的整体热输运效率。然而,如何定量地刻画边界层剖面一直是该领域内一个悬而未决的问题。该成果提出了边界层的动态重构法,在随时间脉动的边界层瞬时参考系中定量地刻画了导板附近的速度温度分布,并以此确认了Prandtl-Blasius层流边界层理论在描述热对流系统边界层动力学规律的适用性。此外,该成果还揭示了对流槽几何形状以及系统内大尺度流动结构对系统整体热输运效率的影响规律。 2揭示了浮力湍流结构的小尺度演化规律。 湍流结构主控着湍流的输运和动力学过程,理解湍流结构在系统能量级串过程中所起的作用是认识浮力驱动湍流物理机制的关键。该成果首次实验证明了湍流椭圆理论模型,发现了湍流结构在耗散尺度附近所满足的普适性统计规律,揭示了受浮力驱动的湍流结构对系统跨尺度能量输运的作用机理。 八篇代表性论著SCI检索他引117次,代表作7入选ESI高被引论文,代表作8获选PoF封面论文。完成国家自然科学基金委优秀青年科学基金项目一项,获批重点项目一项。德国科学院院士S.Grossmann教授和荷兰皇家科学院院士D. Lohse教授认为该成果“确认了层流边界层理论在热对流系统中的适用性”;美国工程院院士C.K. Law教授将该成果作为Rayleigh-Taylor湍流的代表性成果进行了引用;中国科学院院士何国威教授认为该成果是对湍流椭圆模型的“首次系统实验证明”。
[成果] 1800130442 北京
O 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:关于自然,课题组有许多未解决的重大问题,课题组渴望解答它们。强子物理问题就是其中之一。强子包括人们已经基本了解的重子、介子,以及还不甚了解的所谓奇特态强子,如多夸克态、混杂态、胶子球等。量子色动力学(QCD)是描述强相互作用的基本理论,构成课题组大千世界的强子主要参与强相互作用,其性质也主要由强相互作用决定。该项目“量子色动力学在强子物理研究中的应用”主要开展了QCD对奇特态强子和重味介子的能量区间、产生和衰变方面的研究。 主要科学发现点概括如下: (1)奇特态强子研究方面,基于QCD求和规则的理论构架,课题组对近几年实验上发现的奇特态强子的结构、质量和衰变等性质做了系统和前瞻性的研究;对以中国实验物理学家为主在LHCb上发现的五夸克态Pc粒子进行的理论分析,受到了广泛重视。在胶子球研究方面,几十年来实验上始终没有最终确认这一物质形态。为解决这一难题,课题组首次提出通过探测奇特量子数三胶子胶子球作为发现这类物质存在的实验途径。基于QCD求和规则课题组对这类胶子球的能谱做了定量计算,并分析了它们可能的衰变模式。这些工作受到了高能实验合作组的重视,国际物理新闻网站(phys.org)在对课题组的工作报道中称“寻找很久的胶子球可能即将被发现”。 (2)重味介子研究方面,课题组系统地考虑了Bc介子的各种产生机制,特别是对这些过程进行了微扰QCD高阶修正计算,为对这个重要的双味重介子开展实验研究提供了重要的理论参考。课题组开展了对强子唯象学研究非常重要的QCD次次领头阶(双圈)计算,在椭圆函数主积分等量子场论高阶微扰计算中的重要难点问题方面取得了一系列国际一流研究成果,首次在国内完成了具有完整QCD次次领头阶修正的物理过程的计算工作,即精确到两圈的Bc介子纯轻衰变过程研究。 该项目极大地推动了QCD强子物理研究的发展,不仅提出了寻找胶子球的新思路,而且在高阶微扰QCD修正的计算方法上取得了突破性的进展,对未来强子物理实验研究具有重要参考价值和指导意义。 上述成果均发表在Physical Review Letters、Physical Review D、Physics Letters B、Journal of High Energy Physics、European Physical Journal C等国际知名物理期刊。该项目共发表文章28篇,SCI他引280余次。该项目是在国家自然科学基金委重点和面上项目的支持下完成的。
[成果] 1800160002 湖北
O44 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:无线传感在航空航天、环境监测等领域广泛使用,其电池供能存在体积大、服役期短、更换困难等缺点。从环境振动提取能量是一种全新的主动供能方法,是国际前沿的研究热点之一。压电结构可以进行力电转换,将振动能转换成电能。由于结构固有频率与电路频率所对应的时间尺度不一致,且环境驱动频率又存在易变性特征,所以以往俘能系统的能量转化率及环境适应能力均偏低。该项目在国家自然科学基金的连续支持下,在压电俘能系统动力学方面开展了深入研究,取得了一系列创新性成果,丰富和发展了电磁固体力学理论。主要发现点有: 1.首次建立了压电俘能/储能系统的耦合动力学模型,提出了结构与电路交互作用的时域多尺度算法,阐明了主动界面对极化电荷的调控机理及其对俘获能量的传递规律,俘能效率比被动情形最大可提高5倍。得到了美国Dane Quinn(ASME Fellow)、香港WH Liao(ASME Fellow)等人的正面评价,美国工程院士Pisano等以该项目的压电结构理论为基础设计了特殊用途的俘能器。 2.提出了俘能结构的轴力调频构型,建立了主/偏场耦合的压电结构动力学方程,揭示了偏场诱导频率漂移规律,为实现系统的频率自适应性奠定了理论基础。德国P Woias实验验证了该方法的可行性,发现轴向拉/压可分别实现4%/22%的频率漂移。该研究得到了许多著名学者关注,如:美国DJ Inman(ASME、AIAA等Fellow)、加拿大科学院士Q Wang、新加坡工程院士CK Soh等。 3.国际上首次提出宽频压电俘能器的设计理念,提出了具有宽频特征的压电阵列构型,为克服传统俘能系统的环境适应性差和输出不稳定等缺陷打下基础。美国A Baz(ASME Fellow)等评价道:“maximizing the harvested power,over broad frequency range, using multi-harvesters as in Xue etal.”;美国RJ Weber(IEEE life Fellow)等也肯定了该研究。8篇代表作被SCI他引302次,1篇入选高被引论文,被美欧等多国院士及同行正面评价。该项目负责人连续4年入选Elsevier中国高被引学者榜,是Acta Mechanica Solida Sinica常务副主编、湖北省力学学会理事长。主持了2009年全国压电和声波理论及器件技术研讨会和2010年全国固体力学大会暨固体力学学报创刊30周年会议。应邀在《固体力学学报》上发表综述论文,阐述压电俘能领域的关键问题、现状及发展趋势,并被纳入方岱宁院士等主编的“十二五”国家重点图书《Analysis ofPiezoelectric Structures and Devices》中。
[成果] 1800300109 北京
O65 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:所属类别:监测与预警技术技术来源:自主研发适用范围:河流重金属污染监测与防控基本原理: 合成新型高敏离子载体,研制对重金属铅、镉、汞灵敏度高、选择性好的敏感膜,采用化学和电化学技术优化电极结构和性能,显著降低膜外侧待测离子的背景干扰,开发基于分子识别的选择性电极和电位检测技术,实现铅、镉、汞等的高敏分析检测。 关键技术: 1、Bi/铅离子载体-MWCNTs/GCE用于铅的高敏电分析应用铅离子载体对铅离子的高选择性和碳纳米管强的导电能力,在玻碳电极上修饰了铅离子载体-MWCNTs纳米复合膜。应用此电极的方波溶出伏安法成功检测了铅离子。 2、钛硅分子筛-离子液体复合膜修饰电极测定镉采用无机钛硅原料体系法合成了钛硅分子筛,将其与导电性能优良的离子液体结合,构建了均一、稳定的钛硅分子筛-离子液体复合膜修饰电极,该电极能显著提高Cd(II)的电化学响应。应用此电极建立了一种能高灵敏度检测Cd(II)的新型电化学分析方法。 3、修饰电极溶出伏安法快速测定痕量汞利用N-N’-哌嗪二硫代氨基甲酸钠(BDP)能与重金属离子形成螯合物的特性,结合碳糊修饰电极(CPE)制作成BDP/CPE电极,应用此电极的溶出伏安法成功检测了汞离子。 4、聚硫醇修饰电极检测痕量铅镉采用聚(2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑) (PDMcT)-多壁碳纳米管(MWCNTs)、Nafion和铋膜(Bi)修饰的玻碳电极(GCE),基于差分脉冲伏安法(DPV)实现了痕量镉和铅的同时检测。
[成果] 1700240385 广西
O44 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:该项目对非线性优化快速收敛算法及其在电磁场逆问题和平衡约束数学规划(MPEC)两类特殊工程问题中的应用进行研究,并提出相应的有效优化算法。主要从减少计算量与简化算法结构的角度出发,构造新的相容子问题;对主搜索方向提出一些新的修正方法,保证算法的超体应用在电磁场逆问题中,则根据具体的优化模型,引进适当的线性收敛率。具正则化策略和逼近技术,改善逆问题的病态性质,从而提高优化方法的效果,简化计算量;建立和改善逆问题的动态近似数学模型,建立一些有效的混合智能方法,自适应地指导算法的搜索进程,从而提高算法的收敛速度;而对于MPEC问题,构造新的互补函数,提出新的光滑化技巧,使MPEC 问题等价转化为标准的优化问题。在具体的光滑化过程中,借助于几个变参数与几种广义互补函数,或利用逐次逼近思想,避免使用扰动参数。相应提出一些修正的快速收敛优化算法。截止结题时,项目研究研究成果集中反映在正式发表(录用)的42篇学术期刊论文、3篇国内外会议论文以及12篇硕士学位论文,其中11篇被SCI源期刊发表或录用,8篇被EI检索。对所获得的成果进行了有效的数值试验。由于该项目的研究内容是最优化领域里面的一个热点,属于学科前沿,而且在研究中提出了新的概念、思想、方法,获得了一批有较高学术水平和科学价值的成果,克服了一些缺点,为约束优化快速收敛算法的研究及其在电磁逆问题与互不约束均衡问题等一些具体的工作模型上作出了有益的贡献。该项目的成果已获得较好的社会效益,引起同行们的重视。
[成果] 1700240995 广西
O17 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:探索非微扰的 QCD 真空的结构和性质,研究夸克质量,夸克胶子的虚度和宇宙常数与温度依赖关系是粒子物理和天体物理研究的前沿课题之一。温度依赖的 QCD 真空凝聚值在温度依赖的 QCD 求和规则和夸克胶子等离子体相变的研究中有广泛和重要的应用,对了解宇宙的起源和演化也是极为重要的。该项目在深入系统研究零温条件下 Dyson-Schwinger 方 程 及 其 夸 克 传 播 子 的 基 础 上 , 通过数值求解与温度有关的Dyson-Schwinger 方程,研究QCD真空的结构和性质,得到 QCD 真空凝聚值、夸克质量、夸克胶子的虚度和宇宙常数随温度的变化关系。为在有限温度条件下深入理解 QCD,特别是非微扰 QCD,研究夸克质量、夸克胶子的虚度和宇宙常数等重大理论问题奠定基础。该项目完成学术论文4篇,已发表3篇,其中2篇被SCI收录。主要的研究成果有: 研究了零温条件下的Dyson-Schwinger方程。课题组通过直接求解Dyson- Schwinger方程的方法,得到夸克的自能函数A和B,从而得到了夸克的传播子,计算了定域的夸克真空凝聚值,夸克胶子混合真空凝聚值,以及夸克的虚度。直接数值求解Dyson-Schwinger方程的方法非常复杂,为了对比算法的可靠性,课题组又采用Roberts和Williams提出的参数化的方法,用参数化的夸克传播函数计算夸克的自能函数A和B,理论预言和计算结果与标准QCD求和规则,格点QCD和瞬子模型的理论结果大致相符,说明在不需要直接求解Dyson-Schwinger方程的情况在,Roberts-Williams经验公式的可靠性。文章发表在2014, Vol.31, No.2,《Nuclear Physics Review》pp119-122上。 对零温条件下的Dyson-Schwinger方程的研究工作进行拓展,进一步研究了有限温度条件下的Dyson- Schwinger方程。为了使有限温度下的Dyson- Schwinger方程可解,课题组在“彩虹”近似下采用分离的胶子传播子,研究了有限温度下的QCD真空中夸克胶子的凝聚,并得到了大约为131MeV的临界温度。在临界温度附近,课题组发现三个真空凝聚值有相似的相变行为,为课题组进一步研究QCD真空相变和真空结构与温度的关系提供了理论依据,也为课题组研究温度依赖的QCD求和规则打下了基础。作为对比,课题组还研究了π介子在强子中的凝聚对温度的依赖关系,由于π介子由夸克和反夸克对组成,因此课题组发现在零温条件下,π介子在强子中的凝聚近似等于ud真空凝聚。但是在临界温度附近,夸克真空凝聚发生明显的手征对称性恢复,而π介子在强子中的凝聚随温度的增加,逐渐减小。相关文章已被《Chinese Physics C》接收并发表在2005年,Vol.39,No.3上。 研究了在相对论谐振子模型中多夸克集团的形状因子。多夸克系统的形状因子计算是一个很有意义的研究课题,在核物理和强子物理中有许多应用。课题组在相对论谐振子模型中计算了核子,π介子和氘核的形状因子并与实验作了比较,与实验结果有很好的符合。相关文章已被《Chinese Physics C》接收并在2015年Vol.39,No.1上发表。课题组也在夸克模型中研究了中子的电磁形状因子和电磁荷半径,及其它性质,其结果与实验数值符合,特别是中子的电荷半径。
[成果] 1700241022 广西
O 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:高能粒子物理研究的一个核心内容是探讨在高能重离子碰撞中可能形成的一种新的物质形态,即夸克胶子等离子体。通常认为,部分子的相互作用在夸克胶子等离子体中将呈现德拜屏蔽效应,从而导致强子束缚态的离解,而这种束缚态产额的压低最终会反应到实验中对双轻子谱等物理量的观测上。故此,讨论夸克偶素态的相关性质成为了理论上研究夸克胶子等离子体的一个重要方面。重夸克势能函数是描述夸克偶素态基本性质的重要物理量。基于有效屏蔽质量的思想,同时借助格点量子色动力学的模拟结果,课题组成功建立了在部分子分布各向异性的介质中重夸克势能实部与虚部的唯像模型;基于矩阵模型研究了相变点附近夸克胶子等离子体的状态方程,从而为利用流体力学来分析时空演化问题提供了可靠的初始条件;利用相关结果,预言了夸克偶素态在各向异性介质中的离解温度,从而为定量研究夸克胶子等离子体中束缚态产额的压低提供了条件。在有限温度微扰量子色动力学的实时理论框架下,计算了领头阶的胶子自能函数以及重求和的胶子传播子,进而在其静态极限下,通过傅立叶变换得到了重夸克势能函数的解析结果;通过引入有效屏蔽质量的基本思想,将上述结果的适用范围推广到任意各向异性的介质,完善了相关的讨论。利用格点量子色动力学的模拟数据,建立了势能虚部的非微扰模型,同时结合微扰区间的贡献,最终得到了在任意尺度、任意各向异性条件下均适用的重夸克势能函数,从而为研究束缚态问题提供了条件。基于各向异性流体力学分析夸克胶子等离子体的动力学时空演化依赖于初始条件的设定,因此需要确定强作用介质的状态方程;对于夸克偶素态的相关研究,通常关注的温度区间位于相变点附近,为该课题组采用矩阵模型讨论了这一区间内热动力学量的非微扰物理行为。利用所得结果,预言了夸克偶素态在介质中依赖于各向异性参数的离解温度,从而可以进一步研究束缚态在夸克胶子等离子体中的压低效应。项目实施期间,以独作、第一作者、通讯作者发表科研论文3篇,其中SCI 二区收录论文2篇,其他论文1篇;参与了多次国际国内重要学术会议,并报告了相关的研究成果;多次赴国内外其他高校和科研院所开展合作交流,并邀请同行专家来校进行学术访问,从而为学院相关学科的发展起到了促进作用;共培养硕士研究生3名。以上成果的取得,使课题组按要求完成了既定的考核指标。
[成果] 1700240467 广西
O17 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:该项目为国家自然科学基金(编号: NF11162004)资助的项目。时滞普遍存在于自然界和工程领域里,时滞动力系统的运动不仅依赖于系统状态,而且与过去一段时间的系统状态有关,因而具有极其复杂的动力学行为,即使最简单的线性动力系统考虑脉冲后也能出现多周期解共存,复杂的分岔和混沌等现象。在自然界和工程领域里存在着大量脉冲非光滑动力系统,其状态变量会突然发生改变,非光滑程度最高。该项目针对含有时滞和脉冲因素的非光滑动力系统的热点问题开展研究,获得系统周期解的分岔和混沌理论,并将理论应于传染病的控制等实际问题。通过该项目的实施,在理论、研究方法以及应用上取得了一些重要突破。项目出版标注基金号的学术专著一部,学术论文36篇,其中SCI收录17篇、EI收录1篇、中文核心15篇,培养研究生18名。脉冲非光滑动力系统基本性质研究:构造 Lyapunov 泛函,利用全导数得到了一类脉冲时滞微分方程零解一致渐近稳定的充分条件,讨论脉冲时滞微分方程周期解,给出了2T-周期解和2T-周期解的显式表达式;研究了一类二维奇异线性脉冲系统的特征值不连续变化的现象以及中心和焦点存在的充分条件,讨论了系统存在无穷多个周期-2解的充分条件,继而得到了系统存在稳定和不稳定焦点的条件,分析得到了系统存在无穷多个周期-6解的充分条件,继而得到了系统存在中心的条件。讨论了固定时刻脉冲和状态脉冲引起的复杂和有趣的动力学现象,研究了四种周期解的存在性和稳定性,分析了周期(1,0) 解和周期(1,1)解的分岔行为,得到了周期(m1+m2, n1+n2) 解介于周期(m1, n1)解和周期(m2, n2)解之间的现象。脉冲非光滑动力系统的周期解分岔和混沌行为研究:研究了一类线性哈密顿系统的周期解及其分岔,给出了周期解的具体表达式,讨论了稳定周期解和不稳定周期解存在的个数和条件,利用离散映射,研究了系统周期解的 Neimark -Sacker 分岔;研究了线性脉冲动力系统的混沌反控制问题,将一般的线性脉冲动力系统转换成离散映射,给出了脉冲控制器,找到了排斥子,将几类典型的线性脉冲动力系统混沌化。给出了系统存在混沌的严格证明,并且给出了符合理论分析的数值结果。传染病的动力学研究和脉冲控制:将脉冲非光滑系统理论应用到传染病学,揭示传染病的发病机理和流行规律以及寻找传染病的有效防治策略。在SIS传染病模型中考虑了生育脉冲和垂直传染, 利用离散映射得到了无病周期解和地方病周期解的存在性和稳定性的条件,给出了超临界分岔发生的条件,通过利用Poincaré 映射和中心流形定理,讨论了地方病周期解的flip分岔,得到了疾病流行与否的阈值;研究了具有标准发生率、脉冲生育、脉冲接种和垂直传染的传染病模型,得到了系统无病周期解的存在和稳定性的条件,讨论了系统周期 解的倍周期分岔现象。 具有脉冲和随机因素的非光滑系统的动力学研究:借助随机微分方程的比较定理、随机非线性理论中的 Lyapunov指数、Floquet理论和伊藤公式,课题组研究了具有脉冲效应和随机干扰的传染病模型,分析模型的正解和无病解的存在性,得到了平凡解的随机指数渐近稳定的充分条件。
[成果] 1700240468 广西
O17 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:项目组成员按照项目研究内容和研究计划努力工作、刻苦专研、团结协作,按照预期研究目标完成了项目的研究,主要体现在: 通过认真分析 上的无散度和无旋度小波的结构,发现它们与 上的双正交小波之间存在一个正交变换关系。基于此观察,通过改进单位区间上的小波基构造,寻找适当的二维和三维正交矩阵构造了矩形区域和单位方体上具有片边界条件的各向异性无旋度小波,研究了所构造小波在对应无旋度空间中的Riesz稳定性以及对Sobolev空间的刻画。基于所构造的小波给出了Helmholtz分解的快速算法以及散度算子和旋度算子的小波表示。 改进构造单位区间上满足边界条件的区间小波,通过单位方体上无散度和无旋度小波空间的刻画构造了单位方体上具有切向(非片)边界和简单结构的各向异性无散度和无旋度尺度函数以及小波函数,建立了无散度和无旋度空间中的多尺度分析以及空间分解结构,研究了所构造小波的Riesz稳定性,并给出它们的双正交对偶; 鉴于Hardin-Marasovich小波函数的零边值性质和简单结构,利用Hardin-Marasovich小波函数的微分关系在单位方体上构造了一类具有切向边界的各向同性无散度多尺度函数和小波,给出切向边界无散度向量在无散度小波基下分解系数与经典小波基下分解系数的关系,从而说明对应的无散度向量的小波分解系数可快速计算; 通过向量值 空间的正交分解,构造了单位方体上满足切向边界和Riesz稳定性的无旋度小波,并研究了所构造小波对Sobolev空间的刻画; 为研究无散度和无旋度小波在流体力学Stokes问题中的应用,利用区间上具有插值性质的Hermite样条研究了无散度向量值Besov空间的刻画和微分算子的小波阈值估计,同时研究了非平稳小波对Besov空间的刻画; 以Stokes问题为模型,研究了一般的椭圆算子方程的自适应小波数值解。基于小波对Sobolev空间的刻画,通过改进最佳N-项逼近的误差界改进了自适应小波算法的误差分析,数值结果表明了其有效性。同时,基于该项目的主要研究成果,整理出版了学术著作。 在项目研究过程中,随着阅读资料的积累和研究能力的提高,受相关知识点的启发,依托该项目做了一些拓展研究。例如,在研究Helmholtz分解快速算法的过程中,受启发考虑了离散空间中正交小波分解重构算法的实现问题等。
[成果] 1700240469 广西
O44 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:通信、天线等电磁场问题在实际中应用广泛,研究高效数值求解电磁场问题很有意义。该项目基于有限元超收敛理论、外推方法,构造具有高精度的插值延拓方法,结合区域分解方法,研究求解电磁场问题的高效的快速多重网格方法。针对一类嵌入在无穷地平面中的矩形大波数开腔散射问题,分别给出了基于四阶和六阶紧致差分格式的快速算法。对于混合时谐Maxwell方程,针对有限元离散后所得到的鞍点问题,构造了一类新的两变量预处理子。针对包含静电场等问题的泊松方程和各向异性系数或间断系数的二维椭圆问题,基于粗化算法,给出了代数多重网格方法和瀑布型代数多重网格方法。基于四阶紧致差分格式,结合Richardson外推技巧,构造了Richardson瀑布型多重网格方法;基于六阶紧致差分格式,结合新外推公式,构造了新外推瀑布型多重网格方法。运用和发展矢量有限元的超收敛性,研究二维问题的由粗网格层到细网格层的插值延拓算子,构造新型多重网格方法,并在该基础上构造瀑布型多重网格方法。课题组在单位立体上构造了一类满足特殊条件的各向异性的无旋小波,给出了一个Helmholtz分解以及curl和div算子在小波基下的表示,提出了一类高效的小波瀑布型多重网格方法。对于椭圆型界面问题,利用界面曲线信息和跳跃条件构造高精度延拓算子,建立了新多重网格法和瀑布型多重网格法。针对大规模问题,课题组结合区域分解方法和多重网格方法,提出了一类求解椭圆型方程的并行瀑布型多重网格方法。针对环形域二维Helmholtz方程外问题,提出了拟最优重叠Schwarz方法和拟最优非重叠区域分解方法。在基金的资助下,项目组顺利完成基金申请书中的研究目标。项目组发表标注基金号的论文39篇(含SCI 收录论文18篇、中文核心期刊论文10篇),培养硕士研究生7人。
[成果] 1700240470 广西
O 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:多变量线性矩阵方程问题出现在数学、力学、线性系统和控制理论等众多学科领域,是数值代数的重要分支。该项目利用交替投影算法理论研究了闭凸约束下的多变量线性矩阵方程求解问题。第一、 提出了线性子空间约束、非负约束和半正定约束下线性矩阵方程求解的交替投影算法。利用矩阵QR分解、奇异值分解、广义逆和矩阵形式的Krylov子空间等多种方法研究矩阵在仿射子空间内的投影矩阵;研究了交替投影算法的加速形式—定向交替投影算法;提出了求解最佳逼近问题的Dykstra交替投影算法;通过大量数值算例说明算法的可行性,并通过数值比较说明交替投影算法及其加速形式在迭代效率上比传统的算法有明显的优势。第二、提出了有界约束、Q-正定约束和矩阵不等式(正定意义下的不等式)约束下矩阵方程求解的松弛交替投影算法,结合松弛交替投影算子的拟非扩张性给出了松弛交替投影算法的收敛性分析,通过大量数值算例说明算法的可行性和高效性。第三、研究了矩阵不等式(非负意义下的不等式)约束下矩阵方求解问题。通过将问题等价转化为矩阵不等式非负偏差最小二乘问题,给出了基于投影的不动点形式的迭代求解算法,进而利用极分解理论证明了算法的收敛性,并给出了数值算例验证了算法的可行性。第四、研究了对称半正定矩阵低秩逼近问题和广义Karhunen-Loeve变换中的低秩逼近问题;研究了混合Lyapunov 矩阵方程的Hermitian正定解和一类矩阵方程的扰动分析。在该项目的支持下,项目组发表学术论文8篇,其中SCI收录4篇(JCR二区2篇),EI收录1篇,中心核心3篇(《数学学报》和《计算数学》均为中文权威核心期刊),培养青年教师1名,硕士研究生5人,其中2名已毕业。
[成果] 1700240473 广西
O 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:电扩散过程在生物、化学、半导体等众多的科学技术领域起着至关重要的作用。生物分子系统的电扩散反应过程通常采用 Poisson-Nernst-Planck(PNP)方程这一连续模型来描述。 PNP方程是一类非线性具有奇性的耦合方程组, 只有少数情况下有解析解,而它的数值计算主要存在两方面的问题:一是由方程的强耦合性引起耦合方程之间的迭代不收敛或者收敛慢。二是由方程的强奇性造成单个方程的收敛慢。在该课题中,课题组研究了两种方法来来改善PNP方程的收敛性,一个是有限元两层网格法,另一个是梯度恢复型自适应有限元方法。研究成果具体如下。 有限元基本算法设计和基本理论分析方面的研究:对于典型的稳态 PNP 方程,分析了有限元方法的收敛性。 课题组给出了 PNP 方程的有限元解的误差估计, 包括整体和局部的 L2模估计和 H1模估计。这些结果是 PNP 有限元分析的基本估计,也是两层网格法的理论分析的基础. 构造了保持分子表面拓扑的三角流形网格方法。 该方法可以使得分子表面网格保持一个连续的流形,这是边界元和有限元计算中都希望使用的一种网格。 基于有有限元方法的一些数值算法的研究: 针对稳态PNP方程, 构造并分析了两层网格法。课题组建立了两网格方法的几种算法,这些算法在形式上都保证了当问题规模大时对方程解耦,从而不需要对耦合方程迚行迭代,从根本上避免出现不收敛的情况,从而极大地降低了计算工作量。构造了三类后验误差估计子以及相应的自适应有限元算法。 课题组构造了残量型、梯度恢复型和目标导向型的后验误差估计子, 并建立起了相应的自适应有限元算法。通过电扩散连续模型-PNP方程的数值计算,人们可以采取计算机模拟的手段来了解生物分子系统的一些重要性质。 一方面,课题组首次研究如何改进两类经典算法:两层网格法和自适应有限元算法去应用到PNP方程的实际问题的求解,用以提高计算效率;另一方面,课题组也探索和研究PNP方程的一些扩展形式的数值计算方法,这对于其他领域更复杂的耦合方程的研究起到很好的促进作用。在该项目的支持下,项目组发表学术论文10篇,其中SCI收录5篇,EI收录1篇,编写专著1部,培养青年教师1名,硕士研究生8人,其中6名已毕业。
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