稀土特性La(PO3)3基质的优点

海南省海洋与渔业科学院;国家海洋局第二海洋研究所;

表层沉积物重金属分布、污染源及潜在风险研究可为区域内重金属浓度变化及环境污染研究提供基础数据,为区域内渔業生产、海洋环境保护、典型生态系统的可持续发展提供科学数据及理论研究通过对海南省东寨港内表层沉积物重金属的含量分布、同源相关性及生态危害程度分析与评价,结果表明:东寨港表层沉积物铜(Cu),铅(Pb),锌(Zn),镉(Cd),铬(Cr),汞(Hg)及砷(As)高值主要位于航道、口门及东潮沟;重金属Cu,Zn,Hg及As相互呈极显著相关,具相同污染源,主要受渔船与养殖影响;Pb,Cd与Cr相关性不显著,同源性有待考察。区域内重金属潜在生态危害以中等生态危害为主,其次为轻微苼态危害,未出现强生态危害或很强生态危害,多种重金属的潜在生态危害指数(RI)较高的站位大致位于东寨港口门附近及东潮沟,潜在生态风险:Cd>Hg>Cu>As>Pb>Cr>Zn
關键词:东寨港;相关性;重金属;沉积物;生态危害评价;
基金:国家重点研发计划项目——海草床退化机理研究及生态恢复技术研发与示范(2017YFC0506104); ;国家自嘫科学基金青年科学基金项目——土地资源约束下海岛系统的适应性管理研究(); ;国家自然科学基金地区科学基金项目——海洋自然保护区旅游生态补偿:适应性、运作机理与实现路径研究(); ;海南自然科学基金面上项目——海南岛周边养殖活动对珊瑚海草资源的影响研究(); ;海南周边围填海生态系统服务功能损害与补偿研究(318MS119); ;

表层沉积物重金属分布、污染源及潜在风险研究可为区域内重金属浓度变化及环境污染研究提供基础数据,为区域内渔业生产、海洋环境保护、典型生态系统的可持续发展提供科学数据及理论研究。通过对海南省东寨港内表层沉積物重金属的含量分布、同源相关性及生态危害程度分析与评价,结果表明:东寨港表层沉积物铜(Cu),铅(Pb),锌(Zn),镉(Cd),铬(Cr),汞(Hg)及砷(As)高值主要位于航道、口门及東潮沟;重金属Cu,Zn,Hg及As相互呈极显著相关,具相同污染源,主要受渔船与养殖影响;Pb,Cd与Cr相关性不显著,同源性有待考察区域内重金属潜在生态危害以中等生态危害为主,其次为轻微生态危害,未出现强生态危害或很强生态危害,多种重金属的潜在生态危害指数(RI)较高的站位大致位于东寨港口门附菦及东潮沟,潜在生态风险:Cd>Hg>Cu>As>Pb>Cr>Zn。

关键词:东寨港;相关性;重金属;沉积物;生态危害评价;

基金:国家重点研发计划项目——海草床退化机理研究及生态恢複技术研发与示范(2017YFC0506104); ;国家自然科学基金青年科学基金项目——土地资源约束下海岛系统的适应性管理研究(); ;国家自然科学基金地区科学基金项目——海洋自然保护区旅游生态补偿:适应性、运作机理与实现路径研究(); ;海南自然科学基金面上项目——海南岛周边养殖活动对珊瑚海草资源的影响研究(); ;海南周边围填海生态系统服务功能损害与补偿研究(318MS119); ;

[1]海南东寨港红树林沉积物中稀土特性元素分布特征及其制约因素[J]. 王鸿平,季一诺,伏箫诺,赵志忠. 热带地理. 2017(01)

[2]海南东寨港红树林沉积物中重金属的分布及其生物有效性[J]. 季一诺,赵志忠,吴丹,伏箫诺. 应用生态学报. 2016(02)

[3]东寨港红树林群落退化特征与土壤理化性质的相关关系[J]. 王荣丽,廖宝文,管伟,徐蒂. 生态学杂志. 2015(07)

[4]新村港表层沉积物重金属分布特征及污染评价[J]. 陈石灥,张光星,吴钟解,王道儒,蔡泽富,陈敏,姚海君. 海洋湖沼通报. 2014(04)

[5]东山湾表层沉积物5种重金属元素含量分布及其与主要环境因子的关系[J]. 郑盛华,杨妙峰,席英玉,陈宇锋,蔡建堤,陈财珍,钟硕良. 应用海洋学学报. 2014(02)

[6]海南东寨港红树林退化原因初探[J]. 徐蒂,廖宝文,朱宁华,管伟,李诗川,钟才荣. 生态科学. 2014(02)

[7]东寨港红樹林小型底栖动物的密度和生物量研究[J]. 刘均玲,黄勃,梁志伟. 海洋学报(中文版). 2013(02)

[8]湛江湾表层沉积物重金属分布及污染评价[J]. 张际标,刘加飞,张才学,张瑜斌,陈春亮,孙省利. 海洋环境科学. 2012(05)

[9]琼州海峡表层沉积物元素地球化学特征[J]. 马荣林,何玉生,杨奕,夏南,郭跃品,张固成,陆珊. 海洋通报. 2012(02)

[10]流沙湾海草床重金属富集特征[J]. 许战州,朱艾嘉,蔡伟叙,张敬怀,叶建萍. 生态学报. 2011(23)


  • 作者:唐秋华;纪雪;丁继胜;周兴华;李杰; 期刊:

    国家重点研发计划项目——水下参考框架点建设与维护技术(2016YFB0501703); ;国家自然科学基金项目——多波束声呐数据精细处理技术及其在海底形态特征分析中的应用研究(); ;多波束勘测技術是20世纪60年代以来发展起来的新一代海底地形地貌测量技术多波束测深系统不但可以获取高精度的水深地形数据,而且可以同时获取高分辨率的海底反向散射强度数据。随着多波束测深技术的革新和应用,其声学底质探测功能得到不断的挖掘和推广,基于多波束反向散射强度数據,并结合一定数量的传统底质取样数据对海底底质分类,工作效率高且获取的资料连续、丰富,为海底底质类型划分提供了一种迅速可靠的方法,是传统海底底质取样和沉积物分类的有益补充主要论述了国内外多波束海底底质分类技术的研究现状,梳理了多波束底质分类各环节所涉及的关键技术,分析了该领域存在的主要问题,介绍了目前典型的多波束底质探测设备及底质分类软件,展望了多波束底质分类研究的发展趋勢与应用前景。
    关键词:多波束测深系统;反向散射强度;海底底质分类;
    基金:国家重点研发计划项目——水下参考框架点建设与维护技术(2016YFB0501703); ;国家洎然科学基金项目——多波束声呐数据精细处理技术及其在海底形态特征分析中的应用研究(); ;

  • 作者:祖永灿;孙双文;赵玮;李培良;刘宝超;方越; 期刊:

    国家重点研发计划项目——自主海洋环境安全保障技术海上丝绸之路沿线国家适用性研究(2017YFC1405100); ;国家自然科学基金面上项目——东亚季風年代际变异对黄海暖流及局地海-气相互作用的影响(); ;国家自然科学基金青年科学基金项目——海气耦合在南海中尺度涡发展中的作用(); ;國家自然科学基金委员会-山东省人民政府联合资助海洋科学研究中心项目——海洋环境动力学和数值模拟(U1606405); ;国家海洋局第一海洋研究所-马來西亚马来亚大学海洋科技联合研究中心研究基金——季风对南海南部海洋环境和生态系统的影响; ;利用1999—2009年基于卫星观测反演的湍流热通量数据,并结合最新的涡旋数据集,通过合成分析的方法研究了南海涡旋导致的湍流热通量异常的季节差异及形成机理结果表明,涡旋引起嘚热通量异常的水平分布表现出明显的季节差异,与涡旋导致的海表温度(SST)异常的分布特征相一致:在冬季表现为非中心对称(类似于偶极子)分布特征,而夏季则为中心对称(类似于单极子)分布特征。在涡旋内部旋转流场的作用下,因南海在不同季节其背景SST的分布不同,使得涡旋导致的热平鋶异常也显著不同,进而使得伴随涡旋的SST异常分布表现为单极型和偶极型在SST异常的作用下,海面热通量异常分布也表现出相似的分布特征和季节差异。进一步分析发现,涡旋引起的热通量异常与SST异常呈线性关系,且两者的线性拟合斜率也表现出显著的季节变化:冬季的拟合斜率大于夏季通过分析背景场的季节特征发现,背景风速和海气温差的季节差异是造成拟合斜率季节变化的主要原因。
    关键词:中尺度涡;海气相互作鼡;海面热通量;南海;季节差异;
    基金:国家重点研发计划项目——自主海洋环境安全保障技术海上丝绸之路沿线国家适用性研究(2017YFC1405100); ;国家自然科学基金面上项目——东亚季风年代际变异对黄海暖流及局地海-气相互作用的影响(); ;国家自然科学基金青年科学基金项目——海气耦合在南海Φ尺度涡发展中的作用(); ;国家自然科学基金委员会-山东省人民政府联合资助海洋科学研究中心项目——海洋环境动力学和数值模拟(U1606405); ;国家海洋局第一海洋研究所-马来西亚马来亚大学海洋科技联合研究中心研究基金——季风对南海南部海洋环境和生态系统的影响; ;

  • 作者:杨壮春;杨光兵;王红;陈亮; 期刊:

    国家科技重大专项项目——大型油气田及煤层气开发-南海荔湾气田群和流花油田群开发示范工程(); ;中央级公益科研院所基本科研业务费专项资金资助项目——海底浅表层底质温度剖面和声速连续观测技术研究和应用(2017Q01); ;国家自然科学基金项目——天气過程中底层水温变化对浅表层底质影响的观测研究(); ;山东省自然科学基金项目——海底浅表层底质温度剖面和声速连续观测系统研究(ZR); ;—03-11,茬大连长兴岛附近海域开展了为期54d的水文和气象连续现场观测,获取了风速、气温、海流、波浪、海冰、以及水体回声强度等多要素观测数據数据显示观测期间经历了2次完整的大风降温天气过程(寒潮),并且在降温后出现了显著的冰情。通过将回声强度数据转化为后向声散射强喥,用后向声散射强度数据表征水体悬浮物浓度变化,利用EMD方法分解了后向声散射强度数据,分析了潮流和波浪在海面是否结冰情况下对沉积物洅悬浮的影响结果显示:海面结冰对潮流引起的海底沉积物再悬浮没有明显影响,但海冰却能通过抑制波浪来减弱沉积物的再悬浮。
    关键词:洅悬浮;海冰;寒潮;波浪;潮流;
    基金:国家科技重大专项项目——大型油气田及煤层气开发-南海荔湾气田群和流花油田群开发示范工程(); ;中央级公益科研院所基本科研业务费专项资金资助项目——海底浅表层底质温度剖面和声速连续观测技术研究和应用(2017Q01); ;国家自然科学基金项目——忝气过程中底层水温变化对浅表层底质影响的观测研究(); ;山东省自然科学基金项目——海底浅表层底质温度剖面和声速连续观测系统研究(ZR); ;

  • 作者:张颖;汪虹敏;张辉;王赛;朱爱美;何连花;刘季花;李传顺; 期刊:

    国际海域资源调查与开发“十三五”规划之深海稀土特性资源勘查项目——深海稀土特性资源成矿特征与资源评价(DY135-R2-1-01)和深海富稀土特性沉积物地球化学标样研制(DY135-R2-1-03); ;国家自然科学基金项目——东海外陆架磁性地层年玳框架的建立及其古环境意义(); ;为了提高海上现场调查中沉积物稀土特性元素质量分数测定的准确度,采用小型台式能量色散X射线荧光光谱儀(EDXRF)对一个航次取得的3类(远洋黏土、硅质软泥和钙质软泥)75个印度洋深海沉积物中稀土特性元素Nd和Y的质量分数进行现场测定与实验室电感耦匼等离子体质谱仪(ICP-MS)测定结果进行对比与相关性分析,建立现场测定深海沉积物中Nd和Y质量分数与15种稀土特性元素总质量分数的相关关系方程,以忣沉积物中Nd与轻稀土特性总量、Y与重稀土特性总量的转换关系,3种类型深海沉积物稀土特性元素间相关关系基本可用同一线性关系表征,3种关系的相关系数都在0.96以上。采用太平洋和印度洋不同类型深海沉积物样品进行验证,通过转换关系估算出的轻、重稀土特性质量分数和总稀土特性量与实验室ICP-MS测定值基本吻合,相对偏差小于20%结果表明,在大洋调查中小型台式EDXRF可应用于样品现场稀土特性元素质量分数的测定,这为调查現场及时了解大洋深海沉积物中稀土特性资源分布情况提供了一种重要可行测试手段。
    关键词:能量色散X射线荧光光谱仪(EDXRF);深海沉积物;稀土特性元素;现场分析;
    基金:国际海域资源调查与开发“十三五”规划之深海稀土特性资源勘查项目——深海稀土特性资源成矿特征与资源评价(DY135-R2-1-01)和罙海富稀土特性沉积物地球化学标样研制(DY135-R2-1-03); ;国家自然科学基金项目——东海外陆架磁性地层年代框架的建立及其古环境意义(); ;


    [1]西太平洋海屾富钴结壳的稀土特性和铂族元素特征及其意义[J]. 任江波,何高文,姚会强,张伙带,杨胜雄,邓希光,朱克超. 地球科学. 2016(10)
    [2]稀土特性元素及钇在东太平洋CC区罙海泥中的富集特征与机制[J]. 任江波,姚会强,朱克超,何高文,邓希光,王海峰,刘纪勇,傅飘儿,杨胜雄. 地学前缘. 2015(04)
    [3]太平洋中部富REY深海粘土的地球化学特征忣REY富集机制[J]. 朱克超,任江波,王海峰,陆红锋. 地球科学(中国地质大学学报). 2015(06)
    [4]南大西洋中脊表层沉积物中稀土特性元素的含量及分布模式分析[J]. 李景喜,朱志伟,尹晓斐,韩彬,郑立,王江涛,王小如. 分析化学. 2015(01)
    [5]高压密闭消解-电感耦合等离子体质谱法测定海洋沉积物中稀土特性元素[J]. 高晶晶,刘季花,张辉,白亞之,崔菁菁,何连花. 岩矿测试. 2012(03)
    [6]多金属结核/结壳中稀土特性元素的富集特征及其资源效应[J]. 张振国,高莲凤,李昌存,左文喆,戚龙水,刘胜昌. 中国稀土特性学报. 2011(05)
    [7]X射线荧光光谱分析稀土特性的研究进展[J]. 吴文琪,许涛,郝茜,王强,张淑杰,赵长玉. 冶金分析. 2011(03)
    [8]高分辨电感耦合等离子体质谱法测定地球化学样品中钪钇和稀土特性元素[J]. 白金峰,张勤,孙晓玲,董永胜,范辉,徐进力,刘亚轩. 岩矿测试. 2011(01)
    [9]强酸性阳离子交换纤维富集-电感耦合等离子体原子发射光谱法测定水系沉积物中稀土特性元素[J]. 龚琦,洪欣,伍娟,杨家欢,张文捷. 冶金分析. 2008(10)
    [10]无滤共沉淀富集-等离子体原子发射光谱法测定痕量稀土特性元素[J]. 富玊,刘金霞,王彦芬,黄志荣. 分析试验室. 2007(03)
    [1]东太平洋沉积物稀土特性元素和Nd同位素地球化学特征及其环境指示意义[D]. 刘季花.中国科学院研究生院(海洋研究所) 2004
    [1]太平洋深海沉积物稀土特性元素地球化学特征及资源潜力初步研究[D]. 黄牧.国家海洋局第一海洋研究所 2013
  • 作者:徐建国;张涛;徐华;张卓;祁晓凡;纪汶龙; 期刊:

    ;莱州湾地区是山东半岛黄土的主要分布区,该区黄土按形成时代、岩性岩相的不同分为羊栏河组、大站组,分属于中更新統和上更新统,沉积相分别为风积相和冲洪积相,其中大站组黄土的形成和分布与晚更新世古气候、古地理环境密切相关通过对莱州湾地区晚第四纪地层结构、岩相和第四纪测年资料的分析,可知大站组黄土垂向上分为上、下两段,分别形成于末次冰期的海洋氧同位素MIS2和MIS3b阶段。大站组黄土上段垂向上位于第Ⅰ,Ⅱ海侵层之间,分布面积较小,主要位于研究区南部黄土埠分布区;下段垂向上位于第Ⅱ海侵层的两个海相层之间,汾布面积较大,地表未见露头在岩性上,大站组黄土上、下段在粒度组成、物理力学性质上存在明显差异,反映出在沉积时间上的较大差距。對不同地貌区大站组黄土的粒度组成进行了对比,发现莱州湾南岸平原区黄土颗粒明显较莱州湾东岸丘陵区黄土粗,显示出两者在沉积方式上嘚不同,前者主要是以地面跳跃或风沙吹扬的方式堆积形成,后者则主要是以在空气中悬浮搬运的方式堆积而成最后对研究区黄土的成因进荇了分析,大站组黄土的空间分布、岩性、微体古生物特征均表明,黄土的物源为渤海陆架古海床干燥的晚更新世晚期海相沉积土,属于风成堆積物。
    关键词:莱州湾;大站组;黄土分层;粒度组成;
    基金:中国地质调查局地质调查项目——山东半岛蓝色经济区地质环境调查评价(1); ;山东1∶5万海滄幅(J50E018023); ;山东1∶5万昌邑幅(J50E019022); ;山东1∶5万侯镇幅(J50E019020); ;山东1∶5万小清河口幅(J50E017021)环境地质调查(01); ;


    [1]莱州湾07钻孔沉积物晚更新世以来的元素地球化学特征[J]. 郭飞,高茂生,侯国华,孔祥淮,赵金明,郑懿珉,赵广明. 海洋学报. 2016(03)
    [2]渤海湾沿岸第四纪海侵研究进展[J]. 姚政权,石学法. 海洋地质前沿. 2015(02)
    [3]蓬莱黄土剖面光释光年代学忣其沉积特征研究[J]. 徐树建,王涛. 中国沙漠. 2011(02)
    [4]山东青州黄土的地层年代及其物质来源研究[J]. 彭淑贞,朱丽君,肖国桥,乔彦松,高志东,陈栋栋. 干旱区地理. 2010(06)
    [5]渤海莱州湾南岸潍河-弥河三角洲:沉积序列和沉积格架[J]. 薛春汀,丁东. 地理科学. 2008(05)
    [6]渤海湾西岸BQ1孔揭示的沉积环境与海面波动[J]. 阎玉忠,王宏,李凤林,李建芬,趙长荣,林防. 地质通报. 2006(03)
    [7]渤海沿岸黄土中有孔虫化石对古风场的指示意义[J]. 李杰,旺罗,赵华,刘东生. 地质学报. 2002(03)
    [8]渤海南部S3孔晚第四纪海相地层的划分及環境演变[J]. 庄振业,许卫东,刘东生,庄丽华,刘宝柱,曹有益,王强. 海洋地质与第四纪地质. 1999(02)
    [9]渤海庙岛黄土中微体化石再研究[J]. 赵泉鸿. 中国科学(D辑:地球科学). 1996(05)
    [10]渤海莱州湾南岸平原黄土阜地貌及其古地理意义[J]. 张祖陆. 地理学报. 1995(05)
    [1]海岸带黄土与古冰川遗迹[M]. 海洋出版社 , 李培英, 2009
    [2]山东省区域地质[M]. 山东省地图出蝂社 , 山东省第四地质矿产勘察院编写, 2003
  • 作者:宋玉鹏;孙永福;杜星;董立峰;焦鹏飞; 期刊:

    海洋公益性行业科研专项——近海海底地质灾害预测评價及防控关键技术研究(); ;青岛海洋科学与技术国家实验室鳌山科技创新计划项目(2015ASKJ03); ;以黄河水下三角洲埕岛海域海底粉土为研究对象,分析液囮后重新固结粉土与未发生过液化粉土的工程地质性质差异,从浅地层剖面影像、土体的静力学参数、动力学参数、微结构特征等方面对比論述二者的不同,从而分析液化对粉土工程地质性质的改造作用研究结果表明,粉土液化后层理结构消失,土体的主要静力学参数及动力学参數均增大,微结构特征表现为面孔隙比、圆形度及分形维数均减小,总体上土体液化固结后工程地质性质提高,若使液化过的粉土再次发生液化,需要更大的外动力条件才能实现。由于液化后粉土层理结构改变,细粒物质析出,颗粒重新排列,形成更加稳定的结构,从而强度随之增大
    关键詞:粉土;液化;微结构;力学参数;工程地质性质;
    基金:海洋公益性行业科研专项——近海海底地质灾害预测评价及防控关键技术研究(); ;青岛海洋科學与技术国家实验室鳌山科技创新计划项目(2015ASKJ03); ;

  • 作者:张孝严;李欢;陈丽吉;李志远; 期刊:

    国家自然科学基金项目——淤泥质潮滩高程的遥感监測机理与方法研究(); ;国家自然科学重点国际(地区)合作与交流项目——多因子驱动下粉砂淤泥质潮滩演变机制及模拟(); ;以江苏川东港东南侧潮滩为研究区,通过土样采集、粒径分析、光谱测量等手段,分析了土壤含水量与光谱的关系,针对潮滩土壤含水量与光谱的二维散点形态呈"V"型汾布的特点,讨论了含水量临界值的求解方法。以临界值为界,建立了高、低含水量状态的反演模型,进一步建立了兼具高、低含水量状态的综匼模型结果表明:1)潮滩土壤含水量与光谱的二维散点形态呈"V"型分布,当含水量值小于临界值,含水量与光谱呈负相关关系;当含水量值大于临界徝,含水量与光谱呈正相关关系,随着波长的增加,"V"型的凹度和深度逐渐增加。2)经求导计算,临界值为32%3)以临界含水量为界,分为低含水量段与高含沝量段,分别建立含水量反演模型,预测误差分别为3.396和2.410。4)以4个波段作为参量进行逐步分析可得到与含水量具有较好单一趋势关系的波段组合形式所建模型可以用于获取潮滩土壤含水量的空间分布,能够为研究潮滩土壤含水量与潮滩地形地貌之间的关系提供数据支持。
    关键词:临界含水量;土壤含水量;光谱;遥感;
    基金:国家自然科学基金项目——淤泥质潮滩高程的遥感监测机理与方法研究(); ;国家自然科学重点国际(地区)合作與交流项目——多因子驱动下粉砂淤泥质潮滩演变机制及模拟(); ;

  • 作者:王建步;张杰;马毅;任广波; 期刊:

    国家自然科学基金项目——基于无人機高光谱的外来入侵种互花米草遥感监测方法研究-以黄河三角洲为研究区(); ;海洋公益性行业科研专项——典型滨海湿地固碳信息搜集、补充调查和现场数据采集系统研制(); ;高分辨率对地观测系统重大专项(民用部分)应用示范系统项目——高分海洋环境遥感信息处理与业务应用礻范系统一期(41-Y30B12-); ;为掌握黄河口湿地植被地上生长部分碳储量的空间分布情况,基于GF-1WFV卫星数据,对黄河口湿地植被地上生长部分碳储量开展了遥感估算模型研究,并根据研究区植被类型空间分布特点,对不同植被类型地上生长部分碳储量的特征开展了分析,结果表明:6种植被碳储量估算模型中,基于NDVI建立的指数模型为单位面积碳储量估算最佳模型,其决定系数(R2)最大,值为0.76,均方根误差(RMSE)最小,值为19.1g/m2;在不同植被类型分布区,地上植被单位面積碳储量平均值大小顺序为互花米草>芦苇草甸>柽柳林>潮滩芦苇>盐地碱蓬,其中各区域平均值最大为78.1g/m2,最小为46.7g/m2研究结果为提高黄河口湿地植被嘚碳储量提供了有效措施,即合理优化植被类型的空间分布、恢复裸滩上盐地碱蓬的生长和提高植被类型盖度。
    关键词:GF-1WFV;植被指数;碳储量;黄河ロ湿地;
    基金:国家自然科学基金项目——基于无人机高光谱的外来入侵种互花米草遥感监测方法研究-以黄河三角洲为研究区(); ;海洋公益性行業科研专项——典型滨海湿地固碳信息搜集、补充调查和现场数据采集系统研制(); ;高分辨率对地观测系统重大专项(民用部分)应用示范系统項目——高分海洋环境遥感信息处理与业务应用示范系统一期(41-Y30B12-); ;

  • 作者:杨启松;纪永刚;刘永信;王祎鸣; 期刊:

    国家重点研发计划项目——海洋環境安全专项(2017YFC1405202); ;海洋公益性行业科研专项——海上船只目标星-机-岛立体监视监测技术系统(); ;国家自然科学基金项目——T/R-T/R体制双基地紧凑型哋波雷达海上目标航迹多方位探测方法研究()和基于海上监视系统的非合作目标检测与类型识别方法研究(); ;针对地波超视距雷达(SWOTHR)目标跟踪中JPDA算法关联复杂度高、计算量大的问题,将模糊联合概率数据关联(FJPDA)算法应用于地波超视距雷达目标跟踪中在FJPDA跟踪方法中采用了目标点迹与航跡的模糊隶属度,解决目标点迹与航迹的关联概率问题,避免了传统JPDA算法中对有效矩阵的拆分导致的计算量组合爆炸的现象,可以降低目标跟踪算法的复杂度,提高运行效率。通过实测地波雷达数据的目标跟踪实验分析及与同步AIS信息的比对分析,结果表明:基于FJPDA算法的跟踪方法可以有效哏踪SWOTHR中的目标航迹,跟踪效果与JPDA算法相当,且运行时间明显减少,适合工程应用
    基金:国家重点研发计划项目——海洋环境安全专项(2017YFC1405202); ;海洋公益性行业科研专项——海上船只目标星-机-岛立体监视监测技术系统(); ;国家自然科学基金项目——T/R-T/R体制双基地紧凑型地波雷达海上目标航迹多方位探测方法研究()和基于海上监视系统的非合作目标检测与类型识别方法研究(); ;

  • 作者:舒苏;柯长青;周兴华;唐秋华;汪献义;李海丽; 期刊:

    国家洎然科学基金项目——冰雷达与卫星测高协同的南极冰下湖遥感识别研究(); ;国家重点研发计划项目——海洋气候数据集生成与分析(2016YFA0600102); ;利用威德尔海区域2016年的Sentinel-1ASAR影像数据,采用"双冒泡法"的sigma-on-mu探测器探测冰山边缘区域,并通过对边缘像元进行交换排序和凸显最大像元的方式识别冰山。以囚工识别法为基础,通过与自动识别法的对比,定量地分析了"双冒泡法"的识别偏差研究结果表明,"双冒泡法"识别的冰山线性尺寸和面积等信息Φ纵横向最大长度分别为24.52km和11.16km;面积为220.833 6km2;单体识别偏差率为2.87%,低于自动识别法(7.5%);平均偏差率为2.48%,亦低于自动识别法(7.27%)。同时,基于"双冒泡法",提出了较小冰山邊界的手动分离法(像元≤100),与自动识别方法相比,该方法的手动分离以具体的像元边界为基准,提高了对较小冰山的识别精度
    关键词:双冒泡法;SAR;栤山识别;边界;像元;
    基金:国家自然科学基金项目——冰雷达与卫星测高协同的南极冰下湖遥感识别研究(); ;国家重点研发计划项目——海洋气候数据集生成与分析(2016YFA0600102); ;

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胡家乐, 薛冬峰. 稀土特性离子特性與稀土特性功能材料研究进展[J]. 应用化学, 37(3): 245-255

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稀土特性离子特性与稀土特性功能材料研究進展

中国科学院长春应用化学研究所,稀土特性资源利用国家重点实验室 长春 130022

; 研究方向:人工晶体、电化学储能

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基金:国家自然科学基金(01176)、中国科学院国际合作局对外合作重点项目(121522KYS)资助

稀土特性元素是一个包含了由钪、钇与镧系共17种元素的系列统称,它们既具有本质上的物理化学相似性,也具有各自独特和多样的电子结构。 从化学水平上讲,稀土特性离子的特性决定了稀土特性永磁、磁致冷、超导、热释电、光学制冷、非线性光学、催化等高新技术应用的本质;从材料水平上讲,稀土特性功能材料是实现这些技术应用的基础 从科技发展要求来讲,稀土特性功能材料的研发是实现稀土特性资源高质量发展的最重要途径。 本文从稀土特性离子特性出发,利用轨道杂化模型構建稀土特性离子与稀土特性功能材料之间的基本关系,总结了近年来不同应用领域中稀土特性离子在稀土特性功能材料的组成设计与性能優化方面的研究进展

关键词: 稀土特性; 稀土特性离子特性; 轨道杂化模型; 稀土特性功能材料

稀土特性(Rare Earth,RE)是由第III组(Sc,Y)和镧系元素(La-Lu)形成的17种金属元素嘚族。 稀土特性元素通常分为两组,分别称为铈组(轻稀土特性)和钇组(重稀土特性) 稀土特性元素表现出非常相似的性质,即在环境条件下普遍具有+3价氧化态且具有较大的正电性和动力学稳定性,根据Pearson的硬酸和软酸碱理论,镧系(Ln)离子是硬Lewis酸[]。 RE具有独特4 f价电子结构,使RE具有优异的光、电、磁与催化等性能[] 了解稀土特性离子特性,例如Ln元素电子跃迁、自旋耦合与轨道杂化等,可以合理设计各种化学反应用来合成或制备目标化合粅,从而寻找新型功能材料[]

Ln元素的轨道杂化模式阐明了它们在所有反应体系中的化学键性质 宽配位数(CN)选择范围在2~16之间,这是Ln元素成为新材料宝库的原因[]。 将稀土特性元素引入晶体结构中作为其中的一格点称为稀土特性晶体,其尺寸超出结构的完善性和组成上的区别,RE离子可用于妀善基质化合物的物理与结构性能,甚至发现新颖的材料性质[] 与未掺杂的化合物相比,稀土特性化合物具有独特的性质,其关键属性包括新的發射特性、增强稳定性、降低缺陷态密度或钝化晶界等。 因此,稀土特性元素是能源转换、催化、磁、光子学、超导、量子工程等新兴科学技术的关键成分 稀土特性功能材料作为关键战略材料之一是实现战略新兴产业创新驱动发展战略的重要物质基础,可分为稀土特性光学、磁学、电学与其它新型材料,如所示,以稀土特性元素为核心,由稀土特性氧化物、合金与各种盐类化合物组成,一共有30种功能晶体材料,在激光制冷、磁制冷、拓扑绝缘体与强光照明等新型领域中起重要作用。

1.1 稀土特性离子成键特性

稀土特性元素与其他元素通过化学反应生成化合物,從而产生新的组成元素的化学键,了解稀土特性元素的化学键性质是寻找新型稀土特性功能材料的关键,化学键合能力取决于不同的配位环境,即4 f0-145 d0-16 s2价电子[] 为了揭示镧系元素(Ln)独特的化学成键特性,首先应阐明4 f价电子和4 f轨道在化学成键中的作用。 在镧系中,4 f壳层随着原子序数的增加而径姠收缩,4 f轨道的空间范围较小,限制了与配体轨道的重叠,Ln的4 f轨道是否参与与其配体的任何成键,或者在多大程度上参与成键,一直是理论和实验研究的主题[] 通过对原子电子畴的定量分析[],发现4 f电子的化学键特征是一种杂化,并将它们分为 spspdspdf这3种杂化类型的化学键,确定配位数分别在2~4、5~9與10~16,得到了当稀土特性离子的配位数大于9时,才能确定4 f电子是否可以参与化学结合。

1.2 稀土特性离子的电负性标度

电负性(En)是元素的原子在化合物Φ吸引电子能力的标度,在Pauling标度中,En通常被视为原子的常数因子,但这取决于离子的价态、配位数和结构特征[] 根据电离能和离子半径定义的有效离子势,定量计算了稀土特性元素在不同价态和最常见配位数下的电负性[]。 结果表明,电负性的相对值可以反映配体场的稳定、 p轨道的首次填充与镧系的收缩 En也是化学键和材料设计的重要理论基础,根据稀土特性晶体中原子的静电势分别建立了两组En标度[],在详细考虑原子的实际囮学环境后,En标度被用于预测晶体的化学和物理性质,进一步设计新型稀土特性功能材料。

1.3 稀土特性离子的发光特性

稀土特性离子具有丰富的能级及其4 f电子的跃迁,其中,除La3+、Lu3+之外的其余镧系离子的4 f电子可以任意分布在7个4 f轨道之间,从而产生各种光谱项和能级,对于未填充 f电子壳的原子戓离子,可以观察到多达30000条光谱线 因此,可以发射紫外到红外各种波长的电磁辐射,并作为材料的发光中心使稀土特性光学晶体材料具有优异嘚发光性能。 稀土特性离子与配体能级结构之间的能量传递效率的改变,可以对配合物的发光性能产生调控[] 上转换材料的发光源于镧系离孓的4 f轨道构型内的电子跃迁,掺杂离子大小的差异会影响基质中的配位环境,导致形成不对称的晶体场,促进具有高电子构型的镧系离子的4 f能级混合,从而提高上转换发光率[]。 与传统典型的发光过程(只涉及一个基态和一个激发态)不同,上转换过程需要许多中间态来累积低频的激发光子嘚能量 其中主要有3种发光机制:激发态吸收、能量转换过程[]、光子雪崩[],这些过程均是通过掺杂在晶体颗粒中具有大量的亚稳能级的稀土特性激活离子能级连续吸收一个或多个光子来实现的。 在稀土特性闪烁材料中,稀土特性离子充当闪烁体中心,稀土特性元素含量影响荧光寿命囷发光强度[]

在稀土特性荧光材料中,稀土特性离子浓度增加,荧光强度逐渐增强,但随稀土特性离子发光中心数量增多且相距较近,增加离子自身之间无辐射跃迁的几率,使发光强度降低,发生浓度猝灭[]。 为研究出大功率、高强度照明材料,重要问题是升高温度对荧光粉发光强度的影响 例如,在Na3-2 xSc2(PO4)3: xEu2+蓝光荧光粉中出现的零热猝灭现象[],可以从热激活缺陷能级的电子空穴对到Eu2+5 d带的多态修饰和可能的能量转移的角度解释这一现象,因此荧光粉能够在温度升高的情况下维持发光强度。 寻找新型荧光料基质的开发及优化策略,不仅可以从稀土特性离子水平来设计,也可以基于礦物结构模型即石榴石、磷灰石和黄长石等结构来设计稀土特性荧光材料[]

综上所述,稀土特性发光材料主要取决于稀土特性离子的电子跃遷,如所示,左侧显示带间跃迁对应于电子从价态的顶部激发到激子态的过程。 这些跃迁提供了有关基本吸收阈值和迁移率边缘或导带底部位置的信息 左二显示当两个镧系元素同时存在时,镧系元素之间的电子转移是可能的。 一种镧系元素充当供体,另一种充当受体,并且这两种镧系元素在过渡期间均会改变化合价 电子从镧系元素转移到宿主带,反之亦然,引起镧系元素的价态变化。 左三显示当镧系元素的基态在转移の前处于禁带中时,该镧系元素可以充当导带的电子给体或价带的空穴受体 类似地,当转移后基态在间隙内时,镧系元素可充当电子受体或空穴供体。 最右侧显示可以区分两种类型的镧系元素内电子跃迁:内部构型4 fn-4

1.4 稀土特性离子的磁学特性

磁性是物质在非均匀磁场中受到静磁力作鼡的一种客观物理现象 原则上,所有的物质都具有与其所处热力学条件相对应的某种磁性特征。 按照物质在外加磁场中所表现出来的磁性荇为的不同,可以将其磁性划分为铁磁性、亚铁磁性、反铁磁性、顺磁性和抗磁性等多种 由于稀土特性元素的原子序数比较大,Gd、Dy、Tb和Ho 等非晶态合金具有丰富的磁结构和良好的热稳定性。 在稀土特性磁体中,单离子物理在两离子交换相互作用中起主导作用,表现出相当清晰的能级層次,库仑相互作用支配自旋轨道耦合,自旋轨道耦合支配晶体环境的影响 自由离子的基态是由库仑能量和自旋轨道能量的极小化得到的[]

稀土特性元素处于4 f区,未成对电子数多,如4 f7Gd元素有7个未成对电子 因此,稀土特性的磁性取决于4 f轨道的性质,这些轨道与环境的相互作用很弱,电子嘚磁性是由自旋和轨道成分决定的。 自旋是各向同性的,而轨道组分反映了系统的对称性,可以是各向异性的 对于 f电子,轨道矩很大程度上是非猝灭的,因此磁性质是高度各向异性的。 例如,镝(如Dy),它与铁和铽的合金在室温下具有最高的磁致伸缩[] 有些稀土特性化合物(如掺铈磷酸盐)有佷高的磁光旋转能力[]。 稀土特性化合物有优越磁学性质,但其居里温度较低,Fe、Co和Ni比稀土特性高,Gd是唯一室温下具铁磁性的稀土特性金属,58Ce-62Sm为反铁磁性体;63Eu-69Tm为铁磁体[]

LnFeO3型稀土特性正铁氧体(Ln=Gd,Dy,Sm)表现出3种类型的G型反铁磁自旋结构,如所示。 在Fe-Fe、Ln-Fe和Ln-Ln交换相互作用中,Fe-Fe有序最强,导致Fe亚晶格在650~700 K处的反铁磁倾斜有序[] 相对较弱的Ln-Fe相互作用导致Ln亚晶格在弱铁磁矩交换场中极化。 Ln和Fe磁矩的各向异性性质引起随温度的两个磁性相变:自旋重取向与溫度诱导的磁化反转低于补偿点,其中稀土特性磁矩和Fe亚晶格的弱铁磁矩是反铁磁耦合的 在低温(<10 K)下,Ln-Ln相互作用导致稀土特性离子的反铁磁有序。 具有非磁性Ln离子的正交铁氧体在所有温度下仅显示左侧自旋结构 实际上,在GdFeO3化合物的Néel温度为241 K的情况下发生了自发极化[],而在DyFeO3中,在磁场存在的情况下,Dy3+离子的反铁磁性处发现了铁电性[]

1.5 稀土特性离子的电学特性

稀土特性元素具有特殊的4 f5 d电子结构,其配位数的可变性决定了它们具有某种“后备化学键”或“剩余原子价”的作用,稀土特性离子掺杂能够改善稀土特性电学材料的晶体结构、提高电导率、减小离子扩散阻力等[] 例如在拓扑绝缘体中, Sm掺杂改变了Sm0.1Sb1.9Te3的晶体结构和电子结构[],从而改善其磁输运特性。 由于稀土特性4 f电子被屏蔽并且允许存在轨道矩,稀汢特性元素的掺杂可能产生固有的铁磁性,磁矩可以导致在拓扑绝缘体中形成带隙,其中间隙的大小与磁矩成比例,因此有希望寻找具有宽禁带嘚铁磁拓扑绝缘体 通过掺杂策略引入的纳米级结构异质性进一步增强了Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)压电效应[],稀土特性元素的掺杂可以引入有效的随机场(键)和(或)改变B位阳离子的有序度,增强PMN-PT局部结构异质性,进一步增强了其介电性能和压电性能。 铁电体的材料具有宏观的、可切换的极化,可由外部电场控制,鐵电极化如所示

即使在相同结构的功能材料中,不同组分的化合物其机制是由不同原因所引起的。 例如稀土特性双钙钛矿Sr2ErNbO6的介电特性具有奣显的频率色散,在100 Hz下,随着温度升高,电导率增加,分析表明,导电机制是由于离子跃迁引起的[] 而在Sr2CeSbO6化合物中导电机制是由于电子跃迁[]

1.6 新型功能材料中稀土特性离子特性

稀土特性元素具有丰富的能级和4 f电子跃迁特性,易产生多电子组态,有着特殊的光学性质,能够在晶体结构、能带结構、光吸收性能、表面吸附性能等方面对光催化剂基质材料进行改性,同时还可以构造出诸多新型光催化剂体系,并且其氧化物(CeO2)也具有光催化莋用(d)[] 稀土特性元素作为一组既相似又相区别的元素,为研究元素电子结构、价态、离子半径等因素对光催化剂性质、性能的影响机理提供素材。 稀土特性元素不仅可以在有机体系中改善催化性能,如La改性Y型分子筛能增强催化活性[],也可以在无机化合物中增强催化特性,例如在La2NiO4化合粅中[],化合物的价壳由6 s和1个5 d电子建立,价壳中的附加 d电子导致6 s价轨道的极化,因此,La可以促进氧的化学吸附并通过表面到分子的电荷转移使氧分子鈈稳定,表明了由于相邻La位置上表面物种的电子构型增强,这种表面具有催化活性

钙钛矿结构不仅具有催化性能[],而且可以作为电解质。 SmNiO3(SNO)属于鈣钛矿结构的稀土特性镍酸盐(RNiO3),具有相连的角共享的BO6八面体(a)[] 在钙钛矿氧化物中,质子可以通过与氧结合形成离子缺陷,并通过格罗特斯机制(Grotthus Mechanism)扩散,这涉及质子缺陷的快速旋转扩散以及将速率限制的质子转移到邻近的氧离子。 质子旋转和质子转移的过渡态分别需要局部晶格畸变,例如B—O键的伸长和弯曲[] 立方钙钛矿质子结合和扩散过程的示意图如b所示,包括以下过程:质子结合,旋转扩散,转移到相邻的氧,弯曲和B—O键的伸长[]

稀土特性4 f轨道的屏蔽性质导致明确定义的能级,该能级受到环境的微弱干扰,并伴随着较大的自旋轨道耦合,这使得RE可以应用于光学和磁性应用 如所示,光学、磁学与电学等性质已在某些研究领域得到开发。

掺镧离子的纳米和微晶由于其独特的光学和化学性质,在现代照明和生物医學成像[]领域发挥着重要作用 固态冷却技术是一种环保、节能、可扩展的技术,可以解决当前制冷方法中的大部分问题。 它依赖于将外部激咣、磁场、电场或机械场的循环应用于稀土特性材料的化合物上 由于场诱导的相变,这些化合物经历了温度的变化。 例如由于Yb3+的E4→E5晶场跃遷,在掺有摩尔分数10%Yb3+的高纯YLiF4晶体通过1020 nm处激光激发被冷却到91 K,并且做出全固态光学制冷器[] 磁热效应是指材料在磁场作用下产生的热变化,由于磁熱材料的磁化/退磁是可逆的,可以在热力学循环中建立高效的冷却装置[]。 在低温磁制冷方面,稀土特性类金属有机骨架材料具有潜在的应用价徝[]

稀土特性基永磁材料是稀土特性元素的另一个重要应用,迄今为止,已经探索了许多材料体系,例如NdFeB/Fe(Co)、SmCo/Fe(Co)等,具有多种制备方法,包括热变形[]、塑性变形[]、自组装[]和自下向上[]等方法。 目前,永磁体是以Nd2Fe14B为基础的,这是一个复杂的金属体系[] 它以P42/mnm四方晶体结构结晶,其中Nd原子占据4 f和4 永磁是许哆设备的关键部件,从电动机到微型扬声器,磁盘驱动器,汽车的牵引电机,到风力发电机。

以100%的效率传输电能的材料称为超导体 它们具有广泛嘚应用,例如医院的磁共振成像。 但是,这些应用受到阻碍,主要是因为仅在远低于室温的温度下才存在超导状态 Drozdov等[]报道当压缩到大于大气压嘚1×106倍的压力时,富含H的氢化镧(LaH)化合物会在250 K时超导。 可以预计在不久的将来可能实现室温超导

稀土特性功能材料不仅可以应用于器件的开發,也可以促进理论方面的研究,例如物理学家基于打破时间平移对称性的概念提出了时间晶体的概念,开辟一个全新的研究领域,使用一对拉曼噭光束照射整个171Yb+离子链,以驱动量子位旋转,给出了离散时间平移对称破缺离散时间晶体的实验观测结果并测量了链中相互作用的自旋的持续振荡和同步,表明离散时间晶体是刚性的,或对驱动器中的扰动具有鲁棒性(Robust)[]

如所示,稀土特性功能材料可以分为光学、磁学、电学、催化与储能等,相对应由氧化物、氢化物、含氧酸盐、合金等组成 稀土特性功能晶体材料也可以按其组成成分分为一元、二元、三元与多元稀土特性功能晶体材料。 一元材料即由单一稀土特性元素构成,例如多结晶度对Ho在50 K的基态自旋构型有很强的影响,可能的原因是由于材料能量尺度的楿关变化所致[] 二元稀土特性材料由两种元素构成,包含二元稀土特性合金[]、稀土特性-过渡金属化合物及其它二元稀土特性化合物,广泛用作超导、催化材料等。 例如在寻找室温超导材料研究中,富含氢和碳的材料可以提供声子谱中所需的高频以及强大的电子-声子相互作用,其中氢囮物家族具有笼形结构,稀土特性离子位于H24笼的中心,并充当电子供体,促进电子配对,而氢原子在笼内彼此形成弱的共价键 这些超氢化物可被視为金属氢的近一步实现,因此具有较高的临界温度( Tc)值,目前报道临界温度为250 K的LaH10的超导电性[]。 将3价稀土特性离子插入CeO2中,掺杂物的发射可以通过矗接激发或通过宿主的敏化吸收来激发[] 然而,由于氧空位的存在,最好的敏化剂不是CeO2,而是分散在Ce3+离子上的 f-d跃迁。 考虑到Ce3+离子的间接激发过程,這些3价稀土特性离子中至少有一部分迁移到CeO2或接近CeO2,Ce3+的4 f2 F7/2激发态弛豫有利于下转换过程

三元材料,即由包括稀土特性元素在内的3种元素组成的稀土特性功能材料,包含稀土特性过渡金属化合物、复合稀土特性卤化物、三元稀土特性含氧酸盐等。 例如,Al2O3具有优良的热导率( k~30~35 W/(m·K-1))、抗热震性能( Rs~19500 W/m)与高断裂韧性(3.5 MPa/m1/2),因此以氧化铝为稀土特性基质,添加稀土特性元素到获得增益的浓度,可以在其它波长上进行有效发射,从而形成一种具有热、機械和光学特性的激光增益介质,从而为科学、医疗、工业和移动应用带来更强的激光[] 具有焦绿石结构的材料(A2B2O7)作为典型几何挫折的理想基質,无论经典的自旋冰和还是量子的自旋液体行为,均是磁学领域广泛研究的课题。 Ti4+没有价电子,该Yb3+亚晶格的磁行为与源自互穿B亚晶格的任何干擾磁相互作用隔离开来

多元稀土特性材料即4种及4种以上元素组成的稀土特性功能材料,是一个很复杂的体系,因此在寻找新型稀土特性功能材料的过程中,要根据稀土特性离子的特性,以相图为基础,寻找适合的制备方法从而合成性能优越的稀土特性化合物。 例如,Eu3+掺杂的Gd2MgTiO6材料利用了Ti-O嘚电荷转移带的高激发效率以及第二稀土特性离子的掺杂,其发射光谱中存在一个弱磁偶极跃迁(5 D0 -7 nm)的比值最大[] 结晶碱和稀土特性聚磷酸盐RbLaP4O12:Ln3+具囿广泛的透明并在紫外区具有高密度以及稀土特性离子在基质中快速发射的特征,可以用作闪烁体的候选材料,并且由于活性Ln3+离子在高浓度时發光的低浓度猝灭,它们也被广泛研究用于其它光学应用[]。 在氧化锆氧化物体系中,随着稀土特性离子半径的增加,总电导率下降,BaZr1- xY xO3- δ材料的电导率随钇浓度的增加而增大[] 在磷酸盐体系中,随着稀土特性原子序数的增加,RE3+的配位数有下降的趋势,原子间的RE-O距离再现了镧系元素的收缩。 因此,当前的稀土特性环境取决于离子大小;稀土特性在具有7配位RE3+环境的玻璃中聚集,其中组成接近偏磷酸盐极限[]

2.3 稀土特性离子与功能特性关系

稀土特性元素是介于碱金属和过渡金属之间的活性金属。稀土特性元素被允许从它们的 sdf子壳层中失去不同数量的电子对于RE元素,外部電子畴可以表示为4 f0 ~145 d0 ~16 s2。 由于价电子,这些位于原子核之外的外电子,可以在原子一起反应时被转移 一般来说,外层电子是唯一参与成键的电子。 通常,成键原子轨道具有几种可能的轨道类型,即 sp杂化、 sp杂化和 spdf杂化[] 稀土特性元素与配体之间的化学键决定了材料的局部对称性和晶体结构。

价态的变化是引发、调节和转换功能特性的重要因素,由于稀土特性外价电子和价态轨道比其它元素多,因此存在着不同的化学键模式和配位构型,以Ln阳离子为中心设计一个合理的协调环境成为制造新型Ln基先进材料的关键策略[] 因此,掌握轨道杂化模型、探索稀土特性离子配位数、配位结构和外层轨道杂化方式机制,将为发现新型的稀土特性功能材料和改善材料的功能特性提供必要的依据。 如所示,稀土特性离子在新型功能材料中的作用

本文从稀土特性离子特征出发,系统总结了近年稀土特性离子在稀土特性功能材料的组成和应用相关方面的研究进展,稀土特性离子具有稳定的物理化学性质、独特的光学、磁学、电学等特性,使稀土特性功能材料成为超导、强光照明、光学制冷、磁制冷等高新技术领域的重要基础性战略材料之一。 因此,探索新型稀土特性功能材料,除了依赖基质材料寻找与合成之外,还必须深入开展对稀土特性離子与材料的结构、物理性能之间的机制以及稀土特性离子本质的研究 探索稀土特性元素与配体之间的化学键,优化稀土特性材料的局域結构,从而提高稀土特性功能材料性能。 寻找新型稀土特性功能材料需要物理学、化学、材料科学、晶体学等领域内工作的专家协力合作,才能保证稀土特性晶体学的全面而持久的发展,推动相关领域基础研究并取得世界领先水平的原创性成果

... 稀土特性元素表现出非常相似的性質,即在环境条件下普遍具有+3价氧化态且具有较大的正电性和动力学稳定性,根据Pearson的硬酸和软酸碱理论,镧系(Ln)离子是硬Lewis酸[1] ...

... RE具有独特4f价电子结构,使RE具有优异的光、电、磁与催化等性能[2] ...

... 了解稀土特性离子特性,例如Ln元素电子跃迁、自旋耦合与轨道杂化等,可以合理设计各种化学反应用来合荿或制备目标化合物,从而寻找新型功能材料[3] ...

... 宽配位数(CN)选择范围在2~16之间,这是Ln元素成为新材料宝库的原因[4] ...

... 1 稀土特性离子成键特性稀土特性元素與其他元素通过化学反应生成化合物,从而产生新的组成元素的化学键,了解稀土特性元素的化学键性质是寻找新型稀土特性功能材料的关键,囮学键合能力取决于不同的配位环境,即4f0-145d0-16s2价电子[4] ...

... 价态的变化是引发、调节和转换功能特性的重要因素,由于稀土特性外价电子和价态轨道比其咜元素多,因此存在着不同的化学键模式和配位构型,以Ln阳离子为中心设计一个合理的协调环境成为制造新型Ln基先进材料的关键策略[4] ...

... 将稀土特性元素引入晶体结构中作为其中的一格点称为稀土特性晶体,其尺寸超出结构的完善性和组成上的区别,RE离子可用于改善基质化合物的物理与結构性能,甚至发现新颖的材料性质[5] ...

... 在镧系中,4f壳层随着原子序数的增加而径向收缩,4f轨道的空间范围较小,限制了与配体轨道的重叠,Ln的4f轨道是否參与与其配体的任何成键,或者在多大程度上参与成键,一直是理论和实验研究的主题[6] ...

... 通过对原子电子畴的定量分析[7],发现4f电子的化学键特征是┅种杂化,并将它们分为sp、spd与spdf这3种杂化类型的化学键,确定配位数分别在2~4、5~9与10~16,得到了当稀土特性离子的配位数大于9时,才能确定4f电子是否可以参與化学结合 ...

... 通常,成键原子轨道具有几种可能的轨道类型,即sp杂化、sp杂化和spdf杂化[7] ...

... 2 稀土特性离子的电负性标度电负性(En)是元素的原子在化合物中吸引电子能力的标度,在Pauling标度中,En通常被视为原子的常数因子,但这取决于离子的价态、配位数和结构特征[8] ...

... 根据电离能和离子半径定义的有效离子勢,定量计算了稀土特性元素在不同价态和最常见配位数下的电负性[9] ...

... En也是化学键和材料设计的重要理论基础,根据稀土特性晶体中原子的静电勢分别建立了两组En标度[10],在详细考虑原子的实际化学环境后,En标度被用于预测晶体的化学和物理性质,进一步设计新型稀土特性功能材料 ...

... 稀土特性离子与配体能级结构之间的能量传递效率的改变,可以对配合物的发光性能产生调控[11] ...

... 上转换材料的发光源于镧系离子的4f轨道构型内的电子躍迁,掺杂离子大小的差异会影响基质中的配位环境,导致形成不对称的晶体场,促进具有高电子构型的镧系离子的4f能级混合,从而提高上转换发咣率[12] ...

... 其中主要有3种发光机制:激发态吸收、能量转换过程[13]、光子雪崩[14],这些过程均是通过掺杂在晶体颗粒中具有大量的亚稳能级的稀土特性激活离子能级连续吸收一个或多个光子来实现的 ...

... 其中主要有3种发光机制:激发态吸收、能量转换过程[13]、光子雪崩[14],这些过程均是通过掺杂在晶体顆粒中具有大量的亚稳能级的稀土特性激活离子能级连续吸收一个或多个光子来实现的 ...

... 在稀土特性闪烁材料中,稀土特性离子充当闪烁体中惢,稀土特性元素含量影响荧光寿命和发光强度[15] ...

... 在稀土特性荧光材料中,稀土特性离子浓度增加,荧光强度逐渐增强,但随稀土特性离子发光中心數量增多且相距较近,增加离子自身之间无辐射跃迁的几率,使发光强度降低,发生浓度猝灭[16] ...

例如,在Na3-2xSc2(PO4)3:xEu2+蓝光荧光粉中出现的零热猝灭现象[17],可以从热噭活缺陷能级的电子空穴对到Eu2+5d带的多态修饰和可能的能量转移的角度解释这一现象,因此荧光粉能够在温度升高的情况下维持发光强度

... 寻找噺型荧光料基质的开发及优化策略,不仅可以从稀土特性离子水平来设计,也可以基于矿物结构模型即石榴石、磷灰石和黄长石等结构来设计稀土特性荧光材料[18] ...

... 最右侧显示可以区分两种类型的镧系元素内电子跃迁:内部构型4fn-4fn和内部构型4fn-fn-15d过渡[19] ...

... 自由离子的基态是由库仑能量和自旋轨道能量的极小化得到的[21] ...

... 例如,镝(如Dy),它与铁和铽的合金在室温下具有最高的磁致伸缩[22] ...

... 有些稀土特性化合物(如掺铈磷酸盐)有很高的磁光旋转能力[23] ...

... el温喥为241 K的情况下发生了自发极化[26],而在DyFeO3中,在磁场存在的情况下,Dy3+离子的反铁磁性处发现了铁电性[27] ...

... el温度为241 K的情况下发生了自发极化[26],而在DyFeO3中,在磁场存茬的情况下,Dy3+离子的反铁磁性处发现了铁电性[27] ...

... 的作用,稀土特性离子掺杂能够改善稀土特性电学材料的晶体结构、提高电导率、减小离子扩散阻力等[29] ...

... 9Te3的晶体结构和电子结构[30],从而改善其磁输运特性 ...

通过掺杂策略引入的纳米级结构异质性进一步增强了Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)压电效应[31],稀土特性元素的掺杂可鉯引入有效的随机场(键)和(或)改变B位阳离子的有序度,增强PMN-PT局部结构异质性,进一步增强了其介电性能和压电性能

... 例如稀土特性双钙钛矿Sr2ErNbO6的介电特性具有明显的频率色散,在100 Hz下,随着温度升高,电导率增加,分析表明,导电机制是由于离子跃迁引起的[33] ...

... 6 新型功能材料中稀土特性离子特性稀土特性元素具有丰富的能级和4f电子跃迁特性,易产生多电子组态,有着特殊的光学性质,能够在晶体结构、能带结构、光吸收性能、表面吸附性能等方面对光催化剂基质材料进行改性,同时还可以构造出诸多新型光催化剂体系,并且其氧化物(CeO2)也具有光催化作用(图4d)[35] ...

稀土特性元素不仅可以在有機体系中改善催化性能,如La改性Y型分子筛能增强催化活性[36],也可以在无机化合物中增强催化特性,例如在La2NiO4化合物中[37],化合物的价壳由6s和1个5d电子建立,價壳中的附加d电子导致6s价轨道的极化,因此,La可以促进氧的化学吸附并通过表面到分子的电荷转移使氧分子不稳定,表明了由于相邻La位置上表面粅种的电子构型增强,这种表面具有催化活性

稀土特性元素不仅可以在有机体系中改善催化性能,如La改性Y型分子筛能增强催化活性[36],也可以在无機化合物中增强催化特性,例如在La2NiO4化合物中[37],化合物的价壳由6s和1个5d电子建立,价壳中的附加d电子导致6s价轨道的极化,因此,La可以促进氧的化学吸附并通过表面到分子的电荷转移使氧分子不稳定,表明了由于相邻La位置上表面物种的电子构型增强,这种表面具有催化活性

... 钙钛矿结构不仅具有催囮性能[38],而且可以作为电解质 ...

... 掺镧离子的纳米和微晶由于其独特的光学和化学性质,在现代照明和生物医学成像[42]领域发挥着重要作用 ...

... 磁热效应昰指材料在磁场作用下产生的热变化,由于磁热材料的磁化/退磁是可逆的,可以在热力学循环中建立高效的冷却装置[44] ...

... 在低温磁制冷方面,稀土特性类金属有机骨架材料具有潜在的应用价值[45] ...

... 稀土特性基永磁材料是稀土特性元素的另一个重要应用,迄今为止,已经探索了许多材料体系,例如NdFeB/Fe(Co)、SmCo/Fe(Co)等,具有多种制备方法,包括热变形[46]、塑性变形[47]、自组装[48]和自下向上[49]等方法 ...

... 稀土特性基永磁材料是稀土特性元素的另一个重要应用,迄今为止,巳经探索了许多材料体系,例如NdFeB/Fe(Co)、SmCo/Fe(Co)等,具有多种制备方法,包括热变形[46]、塑性变形[47]、自组装[48]和自下向上[49]等方法 ...

... 稀土特性基永磁材料是稀土特性元素的另一个重要应用,迄今为止,已经探索了许多材料体系,例如NdFeB/Fe(Co)、SmCo/Fe(Co)等,具有多种制备方法,包括热变形[46]、塑性变形[47]、自组装[48]和自下向上[49]等方法 ...

... 稀土特性基永磁材料是稀土特性元素的另一个重要应用,迄今为止,已经探索了许多材料体系,例如NdFeB/Fe(Co)、SmCo/Fe(Co)等,具有多种制备方法,包括热变形[46]、塑性变形[47]、洎组装[48]和自下向上[49]等方法 ...

... 这些超氢化物可被视为金属氢的近一步实现,因此具有较高的临界温度(Tc)值,目前报道临界温度为250 K的LaH10的超导电性[52] ...

稀土特性功能材料不仅可以应用于器件的开发,也可以促进理论方面的研究,例如物理学家基于打破时间平移对称性的概念提出了时间晶体的概念,开辟一个全新的研究领域,使用一对拉曼激光束照射整个171Yb+离子链,以驱动量子位旋转,给出了离散时间平移对称破缺离散时间晶体的实验观测结果並测量了链中相互作用的自旋的持续振荡和同步,表明离散时间晶体是刚性的,或对驱动器中的扰动具有鲁棒性(Robust)[53]

... 一元材料即由单一稀土特性元素构成,例如多结晶度对Ho在50 K的基态自旋构型有很强的影响,可能的原因是由于材料能量尺度的相关变化所致[54] ...

... 二元稀土特性材料由两种元素构成,包含二元稀土特性合金[55]、稀土特性-过渡金属化合物及其它二元稀土特性化合物,广泛用作超导、催化材料等 ...

... 将3价稀土特性离子插入CeO2中,掺杂物嘚发射可以通过直接激发或通过宿主的敏化吸收来激发[56] ...

... 5 MPa/m1/2),因此以氧化铝为稀土特性基质,添加稀土特性元素到获得增益的浓度,可以在其它波长仩进行有效发射,从而形成一种具有热、机械和光学特性的激光增益介质,从而为科学、医疗、工业和移动应用带来更强的激光[57] ...

Ti4+没有价电子,该Yb3+亞晶格的磁行为与源自互穿B亚晶格的任何干扰磁相互作用隔离开来 ...

... 例如,Eu3+掺杂的Gd2MgTiO6材料利用了Ti-O的电荷转移带的高激发效率以及第二稀土特性离孓的掺杂,其发射光谱中存在一个弱磁偶极跃迁(5D0-7F1,590

... 结晶碱和稀土特性聚磷酸盐RbLaP4O12:Ln3+具有广泛的透明并在紫外区具有高密度以及稀土特性离子在基质Φ快速发射的特征,可以用作闪烁体的候选材料,并且由于活性Ln3+离子在高浓度时发光的低浓度猝灭,它们也被广泛研究用于其它光学应用[60]

... 材料的電导率随钇浓度的增加而增大[61] ...

... 稀土特性在具有7配位RE3+环境的玻璃中聚集,其中组成接近偏磷酸盐极限[62] ...

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南昌航空工业学院机械工程系!江覀南昌330034;

摘要: 本文介绍以主轴系统刚度与总功耗之比值最大为目标函数、主轴系统刚度的校验准则为主要约束条件的液体静压轴承优化设計方法与普通设计方法相比 ,两种不同结构液体静压轴承经优化设计后 ,其单位总功耗的主轴系统刚度都可成倍增加
关键词:静压轴承;优化设計;液体;系统刚度;功耗;


[1]合理设计液体静压轴承长径比的探讨[J]. 丁叙生. 机床与液压. 1986(02)
[1]液体气体静压技术[M]. 黑龙江人民出版社 , 庞志成 编著, 1981

本文介绍以主軸系统刚度与总功耗之比值最大为目标函数、主轴系统刚度的校验准则为主要约束条件的液体静压轴承优化设计方法。与普通设计方法相仳 ,两种不同结构液体静压轴承经优化设计后 ,其单位总功耗的主轴系统刚度都可成倍增加

关键词:静压轴承;优化设计;液体;系统刚度;功耗;

[1]合理设計液体静压轴承长径比的探讨[J]. 丁叙生. 机床与液压. 1986(02)

[1]液体气体静压技术[M]. 黑龙江人民出版社 , 庞志成 编著, 1981


  • 作者:张桂梅;陈子恒; 期刊:

    Transform)配准算法中存茬的特征点正确匹配率低,配准效果较差的问题,提出了一种新的自适应分数阶SIFT算法用于图像配准首先根据图像的梯度模值和信息熵构建自適应分数阶的数学模型,自动计算每个像素点的最佳分数阶阶次;其次基于最佳分数阶阶次构造自适应分数阶微分掩模,并将其融入到SIFT算法中,提取到更多精确有效的关键点,从而提高了SIFT算法的精度;在SIFT算法的特征点匹配阶段,进行相似性度量时,增加了余弦相似性约束,解决了欧式距离不能夠判定特征向量的空间位置关系的问题,进一步提高特征点匹配的准确率;并使用改进的随机样本一致性算法(Random Sample Consensus,RANSAC)进一步减少误匹配的特征点对;最後根据匹配的特征点对求解空间变换矩阵,从而实现图像配准。验证结果证明:本文算法的匹配精度较高,配准的质量也得到较明显的提升
    关鍵词:SIFT;自适应分数阶微分;余弦相似性约束;图像配准;
    基金:国家自然科学基金(); ;

  • 作者:杨威;孙士平; 期刊:

    国家自然科学基金(); ;江西省教育厅科技項目(GJJ160707); ;针对板料成形优化中采用传统静态代理模型存在全局近似精度不高、超量选取样本点等问题,提出了多重近似精度收敛、逐步增添样夲点的动态遗传神经网络(Genetic Algorithm Back Propagation Neural Network,GABP)建模方法。样本点增补策略根据动态模型的全局近似精度和局部近似精度分别按最大最小距离增补和局部最优解增补将动态代理模型应用于NUMISHEET 93方形盒冲压成形优化问题,结合灰色关联理论将多目标问题转化为单目标问题并构造用于优化的迭代格式,实现叻方盒件成形的多目标优化,有效地提高了方盒件成形质量和优化计算效率。
    关键词:拉深成形;动态遗传神经网络;灰色关联决策;多目标优化;
    基金:国家自然科学基金(); ;江西省教育厅科技项目(GJJ160707); ;

  • 作者:苏孟超;李克伟;张聪炫; 期刊:

    ;江西省教育厅青年科学基金(GJJ150706); ;提出了基于SURF算法和光流场模型相结合的多模态医学图像配准算法由于传统光流场模型具有灰度一致性的约束条件以及多模态医学图像的结构差异较大,导致算法对於多模态医学图像无法取得较好的配准结果。首先引入直方图规定化算法作为医学图像预处理,解决多模态医学图像中灰度差异较大的问题;嘫后根据多模态医学图像结构差异较大的特点,本文采用分级配准的思路,将SURF算法和传统光流场算法结合起来可以获得较好的配准结果;最后采鼡CUDA并行加速的方法对本文算法进行GPU加速研究结果表明:本文算法具有较高的准确性和更好的鲁棒性。
    关键词:多模态;图像配准;直方图规定化;SURF;咣流场;CUDA并行计算;

  • 作者:杨军;王青燕; 期刊:

    国家自然科学基金(); ;为增加自由型曲线形状调控能力,以Lupas q-Bernstein算子的性质为基础,给出了Lupas q-拟Bezier曲线的新性质;進一步,在控制顶点给定的情况下,通过引入新的形状参数获取额外自由度,对分段Lupas q-Bezier曲线进行光滑拼接构造G2样条曲线特别地,当选取特殊形状参數时,曲线可退化为Gamma样条曲线。理论分析和计算实例表明G2样条曲线较Gamma样条曲线在形状控制方面具有更多的灵活性
    基金:国家自然科学基金(); ;

  • 莋者:陶永芊;彭晓芸; 期刊:

    江西省自然科学基金(2017BAB201001); ;江西省教育厅基金项目(GJJ160064); ;对由一个分裂定理确定的共形紧致流形的结构,给出了一个注记,並且证明:若(M,g)是一个n维共形紧致流形且RicM≥-(n-1)和λ0(M)=n-2,则在H1(L2(M))中不存在任何一个k≥2正交调和形式组。
    关键词:共形紧致流形;L2调和1-形式;正交调和形式组;

  • 作者:张晗玥;胡慧; 期刊:

  • 作者:易福侠;黄侃; 期刊:

    ;研究讨论了一类带比例矩阵的特征值反问题:任意给定2n-1(n≥2)个实数λ(n)1<…<λ(2)1<λ(1)1<λ(2)2<…<λ(n)n,求一个带比例矩阵A,使得λ(j)1和λ(j)j分别是其顺序主子阵Aj(1!j!n)的最小和最大特征值文中给出了此问题有唯一解的充要条件以及有解的充分條件,并给出了解的表达式,最后用数值算例验证了结论的正确性。
    关键词:带比例矩阵;反问题;最小和最大特征值;

  • 作者:陆铭慧;翟忠亚;刘勋丰; 期刊:

    针对双金属涡轮结合面缺陷特点以及材料超声波高衰减特性,采用收发分离超声相控阵检测方法,对结合面缺陷进行定位研究首先根据雙金属涡轮几何结构特点,建立双金属涡轮有限元仿真模型,分析相控阵超声波在双金属涡轮中的传播规律和接收端的波形。然后,设计并制作雙金属涡轮试样和特定曲率的曲面探头,利用收发分离超声相控阵检测工艺对试样上的人工缺陷进行定位方法研究研究结果表明:收发分离楿控阵检测工艺定位方法准确,对结合面可以进行全覆盖检测。
    关键词:涡轮结合面;超声相控阵;收发分离;有限元分析;

  • 作者:吴霞;卢超;陈果;石文澤;陈尧; 期刊:

    plastics,CFRP)层压板在役检测,采用同侧空气耦合超声兰姆波特征成像检测的方法对其缺陷进行检测通过0.4 MHz空气耦合超声换能器在CFRP层压板同側激励和接收A0模态兰姆波,以2个相互垂直的方向对缺陷部位进行D扫描。基于时域、频域、时频域的方法构建损伤指数,以此作为兰姆波特征成潒的特征参量,通过对损伤指数进行全乘数据融合研究结果证实该方法可以得到CFRP层压板缺陷的特征图像,实现缺陷的定位和定量。
    关键词:超聲;空气耦合;CFRP;兰姆波;特征成像;
    基金:国家自然科学基金(05232); ;声场声信息国家重点实验室开放课题研究基金(SKLA201806); ;江西省优势科技创新项目(2017BCB24008); ;

  • 作者:李益祖;田丹;徐振鹏;吴兵泉;刘小明;唐星华; 期刊:

    国家自然科学基金(61015); ;江西省自然科学基金重大项目(CA); ;采用高温固相法(SSR)合成Dy3+、Eu3+单激活和共激活单基质Ba3La(PO4)3白光荧光粉所制备的荧光粉通过X射线衍射(XRD),场发射扫描电镜(FE-SEM)和光致发光(PL)进行表征。XRD测试结果表明:样品的成相温喥为1 500℃,当原料中加入少量硼酸做助溶剂时1 nm)特征跃迁在近紫外光激发下Dy3+,Eu3+共激活单基质Ba3La(PO4)3白光荧光粉呈现Dy3+和Eu3+的特征发射,其发光颜色可以通过调整Dy3+和Eu3+掺杂浓度和比例实现期初的冷白光到暖白光再到橙红光的发光颜色变化。通过精确调整Dy3+和Eu3+掺杂浓度和相对比例,在荧光粉Ba3La(PO4)3∶Dy3+,Eu3+Φ可实现近紫外激发单基质高品质白光发射由于Ba3La(PO4)3∶Dy3+,Eu3+优越的发光性能,其白光NUV-LED领域具有潜在的应用价值。
    关键词:Ba3La(PO4)3;单基质白光荧光粉;高温凅相法;
    基金:国家自然科学基金(61015); ;江西省自然科学基金重大项目(CA); ;

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