高性能材料研发-传感器的制备及性能研究

• 光固化成膜保留氧化钨纳米形貌的气体传感器制备及性能研究

  昝轩坤;张顺平;高云;夏晓红;

  微热板式气体传感器气敏膜成膜使用的喷膜墨水，其制备过程中需进行球磨操作使得气敏材料在墨水中分散均匀，但同时会产生大量的断面，引起表面活性不均的问题，亟需开发一种可以在微热板上气敏膜成膜过程中保留纳米形貌的方法。光固化成膜使用光引发剂产生的自由基诱导低聚物与活性稀释剂交联产生固化效果，同时将气敏材料分散在光固化浆料中，是一种可行策略。采用水热合成法成功制备了WO_3的一维纳米棒和二维纳米片气敏材料。将气敏粉末材料制备成光固化浆料，以激光直写的形式在微热板上固化成膜，封装成器件。性能测试结果表明，WO_3纳米棒器件对5.0×10~(-4) L·L~(-1) H_2响应值达7.5;而WO_3纳米片器件对5.0×10~(-5) L·L~(-1) NO响应值高达29,对气体具有明显选择性。使用光固化成膜方法制备的微热板器件成功保留了材料的纳米形貌，可控制成膜尺寸，具有良好的气敏性能。

  2025年06期 v.47;No.194 785-793页 [查看摘要][在线阅读][下载 3504K]
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• 基于喹啉结构可用于过氧亚硝酸盐裸眼检测的分子传感器

  冯黎博;代敏;任君;

  细胞内活性氧参与多种生理和病理过程，在诸多活性氧物质中，过氧亚硝酸盐在许多生理学和病理程中起着至关重要的作用。然而，过氧亚硝酸盐浓度的异常变化与许多疾病的发生和进展密切相关。因此，如何精准、直接可视化过氧亚硝酸盐在生物系统中的空间分布以及对其有深入的了解，在生物学、病理学上具有重要意义。本文中设计并合成了一种新的分子传感器(QM-ONOO~-),用于高效检测过氧亚硝酸盐(ONOO~-)。该结构以苯硼酸酯为识别主体，喹啉为吸电子基团，苯甲醛作为中间电子桥，该分子与ONOO~-反应后苯硼酸酯发生断裂，通过紫外信号的变化识别主体来达到响应识别效果，通过裸眼比色可以看出，溶液的颜色有了明显的变化，由黄色变为了紫色；该分子传感器可以达到裸眼识别ONOO~-的效果，并通过紫外浓度滴定，确定了分子传感器可以检测ONOO~-浓度，大约为母液浓度的5当量。最终本研究设计并合成了一种可裸眼识别过氧亚硝酸盐分子传感器，为过氧亚硝酸盐分子传感器的设计提供了一种新的思路。

  2025年06期 v.47;No.194 794-800页 [查看摘要][在线阅读][下载 1453K]
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• 侧链功能化并噻吩型-异靛蓝基有机半导体材料的合成与性能研究

  周启鑫;李红杰;方龙;何汉平;

  近年来，同时含有富电子和缺电子单元的第三代给体—受体(donor-acceptor, D-A)共轭聚合物材料被广泛研究，因为D-A型策略可以操控前沿分子轨道(FMO)以促进远程电荷离域，同时增强分子内电荷传输(ICT效应)。异靛蓝(IID)是传统染料分子靛蓝(indigo)的异构体，近年来被报道的一种酰胺型受体单元。该分子中存在两个酰胺结构而具有很强的缺电子性，也保证了较低的HOMO/LUMO能级，并且异靛蓝基有机半导体材料表现出优异的结晶性和密集的π-π堆积，这有利于提高半导体材料的载流子迁移率。在本论文中，我们将4种不同功能化烷基侧链修饰的异靛蓝作为受体，以2,5-双(三甲基锡烷基)噻吩并[3,2-b]噻吩作为供体，两者参与stille偶联制备得到4种功能化D-A型有机聚合物半导体材料，并且对这4种功能化有机半导体材料进行光学、电化学和热稳定性测试分析，结果表明4种功能化异靛蓝基聚合物有机半导体材料均具有优良的电化学稳定性和更低的LUMO能级。最后通过场效应晶体管性能研究，结果同样表明这4种材料构建的溶液栅场效应晶体管拥有优异的性能，这将便于该类有机场效应晶体管(OFETs)在生物传感中的应用。

  2025年06期 v.47;No.194 801-811页 [查看摘要][在线阅读][下载 3006K]
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图形图像处理研究

• 基于交叉注意力机制的文本到图像生成模型

  孙玉坤;钟志峰;易晓婕;严诗玛;张智浩;

  针对文本生成图像存在细节表达不足、与文本描述不符、生成效果不佳等问题，在SSAGAN的基础上提出一种细节优化模型(CAT-GAN),即在文本编码与掩码输入过程中引入交叉注意力机制，实现图像空间特征与文本语义深度融合，从而增强细节的表现力。在CUB birds数据集上的对比实验中，CAT-GAN模型的评判指标IS和FID分别达到5.23、19.84,相比SSAGAN模型分别提高了2.8%和3.8%。根据实验结果，相对于其他主流模型(如StackGAN++、 AttnGAN、 DFGAN等),本文中提出的方法显著提升了生成图像的细节表达能力，更好地表达出语义一致性。

  2025年06期 v.47;No.194 812-821页 [查看摘要][在线阅读][下载 2017K]
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• 基于双注意力机制和改进L1-norm相似度的红外与可见光图像融合算法

  喻康;孔祥婷;

  针对红外与可见光图像融合方法容易造成图像特征提取不充分和易丢失中间层信息的问题，提出一种基于双注意力机制和改进L1-norm相似度的红外与可见光图像融合算法。该算法首先在编码器中引入Bottleneck残差网络，以减少模型的参数量，从而高效提取出红外图像和可见光图像的深度特征图。其次，为了有效融合红外与可见光的图像特征，提出联合通道和空间的双注意力机制来提升网络捕捉重要特征信息的能力。接着，在L1-norm相似度融合策略中加入梯度提取算子对获得的深度特征图进行处理，得到对应的梯度图，并将初始融合图和对应的梯度图使用Max策略进行融合，以减少融合图像中目标信息的丢失。最后，将损失函数设置为梯度损失、像素损失和结构相似性损失的线性组合，以约束解码器重构融合图像。实验结果表明：与主流的融合算法(如DenseFuse、FusionGAN、PIAFusion、PMGI、RFN-Nest、U2Fusion等)相比，本算法在主观感受上融合效果更清晰；进一步采用标准差(SD)、互信息(MI)、视觉信息保真度(VIF)、质量指标(Qabf)、信息熵(EN)和空间频率(SF)等6个定量指标进行评估，与主流融合算法相比，前4个指标性能提升显著，较次优值分别提高了6.34%、30.48%、14.25%、4.91%,后2个指标性能接近最优的主流融合算法，融合速度约是U2Fusion的6倍。

  2025年06期 v.47;No.194 822-832页 [查看摘要][在线阅读][下载 2856K]
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• 基于低精度DEM约束的山地机载LiDAR点云自适应PTD滤波算法

  俞涵;吴权浩;刘科;

  针对山林区因植被遮挡、地形起伏等因素导致LiDAR点云滤波效果不佳的问题，从多源数据融合处理的角度，提出基于低精度DEM约束的山地机载LiDAR点云自适应PTD滤波方法。首先使用地形开度算子处理由影像匹配获取的DEM,并通过平滑迭代骨架算法从DEM中提取地形骨架，然后提取地形骨架周边局部低点以优化初始种子点；针对PTD算法加密初始阶段地形粗糙、单一加密准则容易引起错漏分的问题，通过DEM提取“局部近似地面”代替加密三角形计算迭代参数，实现地形约束的自适应加密。最后，通过定量分析、DEM产品和基于红色立体地图可视化分析(RRIM)等3种方式对实验结果进行全面的质量评价，证明本文中方法可以在地形起伏剧烈的森林环境实现高精度的滤波。

  2025年06期 v.47;No.194 833-842页 [查看摘要][在线阅读][下载 3738K]
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偏微分方程研究

• 二维线性化双极Navier-Stokes-Poisson方程解的衰减估计

  肖连慧;徐红梅;

  讨论二维空间线性化的等熵可压缩双极Navier-Stokes-Poisson方程柯西问题解的L~2衰减估计。首先将方程函数关于变量x作Fourier变换，得到一个常微分方程组，然后用特殊技巧把大型方程组转变成两个独立的小型常微分方程组，从而求出方程解，最后对不同频率的解用不同方法得出其衰减估计。

  2025年06期 v.47;No.194 843-851页 [查看摘要][在线阅读][下载 1030K]
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• 一维Keller-Segel模型在半空间上守恒稳态解的存在唯一性

  姚晨;史仁坤;

  本研究考虑一维全抛物Keller-Segel模型在半空间上守恒稳态解的存在唯一性问题。运用压缩映射原理证明该模型在小质量条件下守恒稳态解的存在性，同时通过能量方法得到守恒稳态解的唯一性。

  2025年06期 v.47;No.194 852-858页 [查看摘要][在线阅读][下载 995K]
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• 带强阻尼的记忆型可拉伸耦合吊桥方程的强拉回吸引子

  王雪;姜金平;王小霞;王思博;

  考虑带衰退记忆的强阻尼Kirchhoff型耦合吊桥方程的强拉回吸引子的存在性问题。通过先验估计在弱拓扑空间和强拓扑空间中证明得到方程拉回吸收集的存在性，利用收缩函数得到该方程解的拉回D-渐近紧性成立，最终证明方程在强拓扑空间中存在强拉回吸引子。

  2025年06期 v.47;No.194 859-874页 [查看摘要][在线阅读][下载 1146K]
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模糊数学研究

• 伪EQ-代数上的三类广义态

  孙会茹;左卫兵;

  在伪EQ-代数上提出3类广义态的概念，分别为Ⅰ-型广义Bosbach态、Ⅱ-型广义Bosbach态以及广义Rie?an态。证明在特殊的伪EQ-代数上Ⅰ-型广义Bosbach态与Ⅱ-型广义Bosbach态的等价刻画，研究了它们的性质，并讨论广义Bosbach态的核与滤子以及这3类广义态之间的关系。

  2025年06期 v.47;No.194 875-886页 [查看摘要][在线阅读][下载 1082K]
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• 有界格上一致模的新构造

  张蕾;赵虎;陈桂秀;

  本研究引入有限格上对齐的概念，并给出了在有限格上对齐与弱闭包(内部)算子之间的序同构关系。然后，提出在有界格上构造一致模的两种新方法。同时，研究所提出的构造方法与其他一些构造方法之间的关系。

  2025年06期 v.47;No.194 887-895页 [查看摘要][在线阅读][下载 1093K]
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化学化工与材料科学

• 不同原料对PP/PVDF共混体系的结晶及疏水性能的影响研究

  郑记;张卫民;郑鹏;张陵宁;周威;

  基于熔融共混法，利用双螺杆挤出机制得到不同的PP/PVDF共混体系，研究了不同共混体系的透光率、结晶特性以及纯水接触角等在使用不同牌号PVDF原料下的变化规律。研究表明，PVDF原料中结晶区域的主要晶型结构为α晶型，而添加PP后，其中的α晶型在PP的作用下向β晶型转变；PVDF含量为15%时，牌号为705、710、720的共混体系透光率分别为77.5%、62.9%、68.5%;3种不同共混体系的纯水接触角，均表现出随着PVDF含量的增加先增大后减小的规律，在PVDF含量为15%时，牌号为705、710、720的纯水接触角分别为110°、114°、112°。

  2025年06期 v.47;No.194 896-903页 [查看摘要][在线阅读][下载 1868K]
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• Nd³⁺掺杂CsGeBr₃单晶材料合成及其性能研究

  万春生;高文秀;章天金;

  CsGeBr_3作为一种新型铁电材料，其未知的物理化学性质引起了人们的注意，但CsGeBr_3铁电材料的环境敏感性及化学不稳定性制约了它的应用。镧系稀土元素掺杂在以往工作中被广泛证明可以用于提升材料的铁电性能。因此，在本工作中针对CsGeBr_3的铁电性能受环境影响较大、稳定性不足的问题，提出基于镧系离子Nd~(3+)掺杂的晶格工程策略。采用水热法可控合成了不同Nd~(3+)掺杂浓度梯度的CsGeBr_3单晶，并系统研究了掺杂后其晶体结构、铁电性能及环境稳定性的变化，Nd~(3+)掺杂显著提升了CsGeBr_3的铁电性能和环境稳定性，从而改善了器件性能。表现为更低的矫顽场(E_c)和更高的剩余极化(P_r);增强了抗光降解能力，提高了器件的长期可靠性。综合对比性能后发现，2%Nd~(3+)掺杂的CsGeBr_3具有最佳综合性能，Nd~(3+)掺杂可以减少晶体存在的缺陷，显著提升了铁电性能和环境稳定性。这将有利于CsGeBr_3的实际应用，掺杂为新型卤化物铁电体CsGeBr_3性能提升提供了重要实验依据。

  2025年06期 v.47;No.194 904-910页 [查看摘要][在线阅读][下载 1981K]
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• Cu(Ⅰ)的双氮杂卡宾吡啶配合物的合成及其对乙苯α-H催化氧化的研究

  李成;毛亚宁;何浩宇;胡泉源;

  氮杂卡宾(N-heterocyclic carbine, NHC)是一类活泼的富电子配体，过渡金属氮杂卡宾络合物是目前有机催化的研究热点之一，并且已经在诸多领域获得了应用。以2,6-吡啶二甲醇为原料合成氮杂卡宾前体3,3'-(吡啶-2,6-二亚甲基)-双(1-丁基-1H-咪唑氯化物),再与Cu_2Cl_2配位合成了NHC-Cu(Ⅰ)络合物，并以该络合物为催化剂研究了叔丁基过氧化氢(TBHP)对乙苯的氧化反应。结果表明，乙腈为反应溶剂，催化剂投料量为1%(mol)时，在40℃下反应24 h后，乙苯的转化率为70%,主要产物苯乙酮的选择性为96%。对乙苯衍生物的催化氧化反应进行了探索，发现苯环上连有吸电子基时，催化氧化效果有所提升。本研究为构建高效铜基催化剂并实现惰性C—H键的高选择性氧化提供了新思路与实验依据。

  2025年06期 v.47;No.194 911-917页 [查看摘要][在线阅读][下载 1129K]
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计算机与信息工程

• 基于改进CPO-VMD-CNN-BiLSTM的桥门式起重机减速箱轴承故障诊断模型研究

  傅中元;

  针对桥门式起重机减速箱轴承故障的多级分类问题，提出基于改进冠豪猪算法优化变分模态分解-卷积神经网络-双向长短期记忆(CPO-VMD-CNN-BiLSTM)故障诊断模型。首先采用改进CPO算法对VMD中的惩罚因子以及模态分量完成参数寻优，然后利用CNN网络提取信号时频域特征并完成有效融合，最后利用BiLSTM学习轴承故障序列模式，解决减速箱轴承故障多级分类问题。实验结果表明，在公开轴承数据集实验中，基于改进CPO-VMD-CNN-BiLSTM模型的故障诊断平均准确率可达到97.33%,并与CNN-LSTM、CNN-BiLSTM和CPO-VMD-CNN-LSTM模型进行对比试验，该模型在准确性和实时性方面具有明显的优势，在基于六安市某桥门式起重机减速箱实测数据中，该模型的故障诊断准确率仍可达95.43%,充分证明该模型算法的有效性。

  2025年06期 v.47;No.194 918-927页 [查看摘要][在线阅读][下载 2626K]
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• 基于EMD-EEMD-SSA-LSTM方法的超临界锅炉氧化皮厚度预测

  吴畏;王需要;杨步云;吴俊杰;安硕;唐得志;冯旭刚;

  针对超临界锅炉受热面长期运行过程中与高温蒸汽发生氧化反应生成氧化皮，并因热应力作用导致氧化皮脱落并堆积于弯管处，进而引发受热面管道传热性能降低及爆管等系列问题，提出一种基于深度学习的超临界锅炉氧化皮厚度预测模型。通过经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)及集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition, EEMD)对数据进行特征提取，并利用麻雀搜索算法(sparrow search algorithm, SSA)优化长短期记忆网络(long-short term memory, LSTM),构建最优参数的LSTM网络进行氧化皮厚度预测。仿真实验表明：相较于现有的EMD-EEMD-LSTM模型，EMD-EEMD-SSA-LSTM模型的MAE和RMSE分别降低69.41%和70.64%,充分验证了本模型的预测精度及可靠性。

  2025年06期 v.47;No.194 928-935页 [查看摘要][在线阅读][下载 1725K]
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生命科学与医药卫生

• 钾硅肥配施对水稻产量和养分吸收的影响

  周渠晨;黄祥宇;陈楚铭;谭俊行;张代兵;杜雪竹;盛锋;

  探究钾硅肥配施对水稻产量、干物质积累和养分吸收的影响，为水稻栽培技术提供理论依据和参考。于2021和2022年在湖北省武穴市花桥镇开展田间试验，采用二因素随机区组试验设计，设置钾肥(0,60 kg K_2O hm~(-2)和120 kg K_2O hm~(-2)),硅肥(0,250 kg SiO_2 hm~(-2))两个因素，对水稻成熟期干物质积累量、植物氮磷钾含量、产量进行测定。结果表明，施用钾肥、硅肥和钾硅肥配合施用显著增加了水稻干物质积累量、产量和氮磷钾含量。施用钾肥使水稻干物质积累量增加6.3%～13.5%,产量增加8.0%～12.2%,氮、磷、钾含量分别增加1.5%～19.6%,3.7%～18.6%,5.6%～27.7%;施用硅肥使水稻干物质积累量增加3.0%～5.4%,产量增加6.3%～13.8%,氮、磷、钾累积量分别增加3.2%～4.2%,6.3%～6.9%,2.8%～7.0%;其中，S_1K_2处理使水稻干物质积累量增加18.2%～19.0%,产量增加15.2%～18.1%,氮、磷、钾累积量分别增加9.5%～18.0%,13.9%～17.7%,12.2%～17.8%,水稻氮素谷物生产效率显著增加0.1%～6.0%,磷素谷物生产效率显著增加0.5%～1.0%,钾素谷物生产效率显著增加0.4%～3.0%。因此，120 kg K_2O hm~(-2)配合250 kg SiO_2 hm~(-2)的钾硅肥配合使用能显著增加水稻产量及干物质积累，能够作为钾硅肥在水稻生产中提高产量的科学施肥依据。

  2025年06期 v.47;No.194 936-945页 [查看摘要][在线阅读][下载 1908K]
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地理与环境科学

• 棉花生长下的土壤N₂O排放与土壤呼吸的关系

  杨兰芳;盛佳;孙习林;徐洪阳;

  为了认识棉花生长下土壤N_2O排放特征以及土壤N_2O排放与土壤呼吸的关系，进行盆栽棉花试验，利用静态箱法采样和气相色谱技术测定棉花生长期间的土壤N_2O排放和土壤呼吸。结果表明，BS(裸土)的N_2O排放总量是CPS(植棉土)的3.1倍，除了苗期CPS与BS的N_2O排放无显著差异外，旺长期和成熟期均是裸土显著高于植棉土。CPS的土壤呼吸总量是BS的5.1倍，各个时期土壤呼吸速率和总量均是CPS>BS。各阶段N_2O的贡献率在CPS下为苗期>成熟期>旺长期，BS下则为成熟期>旺长期>苗期，土壤呼吸的贡献率在CPS下为旺长期>成熟期>苗期，BS下苗期贡献率最高，其余两期差异不显著。CPS的N_2O排放与生长时间呈极显著的负相关，但在不同生长期的相关性不同；而BS的N_2O排放与生长时间呈显著的正相关，在各阶段里的相关性类似。BS的土壤呼吸与生长时间无显著相关性，CPS的土壤呼吸与生长时间呈显著的二次函数相关，但不同阶段的相关关系不同。在BS下，全生育期的N_2O排放与土壤呼吸呈显著的二次函数相关，在苗期和旺长期，二者相关性不显著，成熟期呈显著正相关，而在CPS下，全生育期的相关性不显著，苗期和成熟期呈显著正相关，旺长期则呈显著负相关。总之，棉花生长不仅改变了土壤N_2O和土壤呼吸的数量和季节变化规律，也改变了土壤N_2O排放与生长时间和土壤呼吸的关系，说明棉花生长通过对土壤环境的影响而改变土壤N_2O排放的数量和模式。

  2025年06期 v.47;No.194 946-954页 [查看摘要][在线阅读][下载 1336K]
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• 基于PLUS-InVEST模型的南涧县碳储量的时空演变与预测

  赖晓凤;李和燕;李欢;张耿杰;

  陆地生态系统碳储量受土地利用变化的影响，探究区域土地利用变化及其对碳储量的影响，有利于区域碳平衡和“双碳”目标实现。本研究以南涧县为例，以2012、2022两期土地利用数据为基础，结合PLUS-InVEST模型，对南涧县过去10年土地利用和碳储量时空演变特征进行分析，并对2032年自然-政策情景下的土地利用变化和碳储量进行模拟分析。结果表明：1)南涧县2012—2022年土地利用情况主要表现为灌木、草地面积持续减少，林地面积稳中有升。地类转移过程中灌木、草地、耕地、林地转变最突出，而耕地和林地之间存在相互置换。2)南涧县2012—2022年总碳储量累计增加0.53×10~5 t,主要原因是耕地和林地面积的增加，分别增加327.73 hm~2、2 595.97 hm~2。3)2032年，自然-政策情景下碳储量累计增加到244.12×10~5 t,主要是宝华镇和无量山镇林地的转入。4)碳储量高值区域主要位于公郎镇以及与宝华镇、公郎镇、拥翠乡交界的植被和森林资源丰富区域，碳密度最高达13.70 t/hm~2。本研究的结果有利于县级尺度的土地利用合理规划，促进“双碳”目标实现及区域可持续发展；并为南涧县优化土地利用结构、促进碳平衡及碳储存提供数据参考。

  2025年06期 v.47;No.194 955-967页 [查看摘要][在线阅读][下载 3870K]
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• 湖北大学学报(自然科学版)2025年总目次

  <正>~~

  2025年06期 v.47;No.194 968-975页 [查看摘要][在线阅读][下载 950K]
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