河南科技大学化学化工学院，河南 洛阳 471023
低硅铝比X分子筛(LSX)经锂改性后因具有较高的N2吸附量和氮氧分离系数，在变压吸附(PSA)领域具有广泛的应用，但合成LSX分子筛的原料价格逐年上涨，导致其生产成本居高不下。钾长石(KAlSi3O8)富含氧化铝和氧化硅，钾还可以作为LSX分子筛的结构导向剂，是合成LSX分子筛的理想原料，可大大降低其生产成本。以嵩县钾长石为原料，经高温煅烧活化，加入晶种导向剂，采用导向剂法合成出了LSX分子筛，考察了硅铝比[n(SiO2)/n(Al2O3)]、碱硅比n[(Na2O+K2O)/ n(SiO2)]、水碱比[n(H2O)/n(Na2O+K2O)]、晶种导向剂用量(wSDA)、晶化温度(Tcry)、晶化时间(tcry)等对产物结构和性能的影响。结果表明，当n(SiO2)/n(Al2O3)=2.1～2.2，n(Na2O+K2O)/n(SiO2)=2.0～2.2，n(H2O)/n(Na2O+K2O)=35～45，wSDA =3%～5%，Tcry =90～100 ℃，tcry =10～14 h，所得LSX分子筛结晶度较高，颗粒大小为5～8 μm，Li+最大交换度可达98.7%，达到了工业上氮氧吸附分离所需的条件(Li+交换度大于96%)。
钾长石 高温活化 晶种导向剂 低硅铝比分子筛 离子交换 potassium feldspar high temperature activation seed guide agent low silicon aluminum ratio zeolite ion exchange
1 黑龙江八一农垦大学信息与电气工程学院, 黑龙江 大庆 163319
2 黑龙江八一农垦大学工程学院, 黑龙江 大庆 163319
近红外光谱（NIRS）技术在作物种子品种鉴别上具有一定的可行性, 但如果待测种子的存储时间不同, 识别模型的准确性会受到影响。 为了降低存储时间对识别模型的影响、 提高模型的预测能力, 将NIRS技术与图像处理技术相融合, 提取出与品种生理生化指标相关的光谱特征和与品种相关的表观图像特征。 为了提取出最优的光谱特征, 首先提出一种改进的后向间隔偏最小二乘（IM_BiPLS）光谱区间选择算法。 针对BiPLS分段数难以确定的问题, 让分段数在一定范围内变化, 以每个分段数所取得的组合区间建立模型的相关系数和交叉验证均方根误差之比作为评价指标, 该指标最大时的分段数所对应的波段组合为最优。 然后使用竞争自适应重加权法（CARS）去除IM_BiPLS所选波段中的无信息变量和共线性变量实现光谱特征优选。 为了提取与品种相关的表观图像特征, 首先使用基于最大熵和双重区域标记的图像分割算法完成不感兴趣区域去除和单粒种子图像分割; 然后提取单粒种子的形态、 纹理和颜色特征并计算出每个图像样本所有种子的统计平均特征。 最后使用CARS对这些特征进行深层次优选完成图像特征提取。 以10个黄色玉米品种为研究对象, 采集216个样本的NIRS数据和对应的图像。 针对光谱数据, 使用IM_BiPLS算法从全谱1 845个变量中选出了具有736个变量的波段组合, 使用CARS进一步从中优选出光谱变量29个。 针对图像数据, 提取出图像特征29个, 使用CARS进一步优选出图像特征11个。 分别以IM_BiPLS提取的光谱特征波段、 IM_BiPLS-CARS优选的特征波长、 图像特征(Image)、 CARS提取的图像特征(Image-CARS)以及IM_BiPLS-CARS优选的特征波长融合CARS提取的图像特征（Compound）为输入, 以样本对应的类别为输出, 建立BP神经网络模型。 测试结果表明Compound-BP模型的性能最佳, 训练准确率和验证准确率均为100%, 测试准确率为97.7%。 实验结果说明NIRS特征融合图像特征可以有效地提高识别模型的精度, 降低存储时间对模型的影响, 为实现玉米种子品种的无损、 快速、 精确识别提供参考。
玉米种子 品种识别 特征融合 后向间隔偏最小二乘 Corn seed Recognition of seed varieties Feature fusion Backward interval partial least squares 光谱学与光谱分析
2023, 43(8): 2588
1 河南科技大学材料科学与工程学院, 洛阳 471023
2 河南东风新研材科技有限公司, 洛阳 471023
采用溶胶-凝胶技术合成Al2O3刚玉前驱体, 以SiO2-MgO-CaO为助烧剂, α-Al2O3纳米粉体为晶种, 利用传统烧结技术制备微晶陶瓷刚玉(SG)磨料。借助透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)及热重-量热扫描(TG-DSC)等技术分析了晶种的特性和凝胶前驱体的热学性能, 探讨了烧结温度和烧结时间对SG磨料微观结构和力学性能的影响。结果表明, 纳米α-Al2O3晶种的添加使θ-Al2O3α-Al2O3相变温度降低了250 ℃。单颗粒抗压强度和密度随烧结温度的升高和烧结时间的延长先增大后减小, 晶粒形貌由等轴晶转变为片状晶。在1 320 ℃烧结45 min制备的SG磨料的单颗粒抗压强度和密度分别为40.2 N和3.88 g/cm3, 平均晶粒粒径为0.56 μm, 优于用传统烧结技术制备的微米晶种磨料样品。
溶胶-凝胶 微晶陶瓷 Al2O3刚玉磨料 单颗粒抗压强度 助烧剂 晶种 sol-gel microcrystalline ceramic Al2O3 corundum abrasive single particle compressive strength sintering aid crystal seed
太原理工大学化学工程与技术学院，太原 030024
以四丙基氢氧化铵为模板剂，商业硅溶胶为硅源，在100 ℃下合成了晶种溶液。同时，在无模板剂体系下，以晶种溶液辅助成功合成了结晶度良好的ZSM-5沸石，并探究了其合成条件。采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、N2吸附-脱附、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线荧光光谱(XRF)和氨气程序升温脱附(NH3-TPD)测试方法对合成的沸石样品进行表征。结果表明：在无模板剂存在下，仅添加0.5%(质量分数)晶种溶液即可合成ZSM-5沸石；同时，在最佳合成条件下，170 ℃晶化8 h可合成亚微米级ZSM-5沸石团聚体，粒径为500 nm左右。此外，在偏三甲苯异构化反应中，硅铝比为30的样品具有更好的催化性能，其偏三甲苯质量转化率、均三甲苯质量收率及均三甲苯选择性分别为32.81%、20.81%和63.42%。
ZSM-5沸石 晶种溶液 绿色合成 无模板剂 团聚体 异构化 ZSM-5 zeolite seed solution green synthesis template-free aggregate isomerization
1 清华大学航天航空学院, 北京 100084
2 清华大学工程物理系, 北京 100084
本文针对光伏太阳能用准单晶硅铸锭系统的硅料熔化过程进行了数值模拟研究, 尤其是孔隙率阶跃分布的堆积硅料熔化过程对籽晶熔化的影响。研究结果表明: 堆积硅料孔隙率呈轴向阶跃分布有利于降低籽晶的熔化比例; 籽晶的熔化界面形状主要受下层孔隙率影响, 在特定的平均孔隙率范围内, 上下两层孔隙率差异较小时, 孔隙率的轴向阶跃分布对籽晶的熔化界面形状影响较小; 当籽晶的熔化比例相近时, 平均孔隙率越小, 籽晶的熔化界面形状越平缓, 越有利于籽晶边缘区域的保留; 当平均孔隙率一定时, 下层孔隙率越小越有利于籽晶边缘区域的保留。堆积硅料区域孔隙率呈径向阶跃分布会使籽晶的熔化界面形状发生畸变, 内层孔隙率的逐渐增大会使籽晶的熔化界面形状由“凸”逐渐转变为“凹”, 外层孔隙率不大于内层孔隙率时籽晶可以得到有效保留; 内外两层孔隙率差值越小, 籽晶的熔化比例越小。籽晶的熔化比例分布在不同轴向阶跃分布孔隙率下呈现一定的中心对称性, 而在不同径向阶跃分布孔隙率下呈现一定的周期性, 孔隙率均匀分布时的籽晶熔化界面形状优于其他情况。在实际工况条件下, 可以根据由不同孔隙率分布条件下获取的籽晶熔化状态数据绘制的等值线图对堆积硅料区域的孔隙率分布进行合理配置。
准单晶硅铸锭 阶跃分布孔隙率 籽晶熔化 堆积硅料 界面形状 熔化状态 quasi-single crystalline silicon casting step porosity distribution seed crystal melting stacked silicon interface shape melting state
强激光与粒子束
2023, 35(9): 091004
1 大连理工大学 汽车工程学院 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室， 辽宁大连6024
2 大连理工大学 宁波研究院，浙江宁波315000
3 比亚迪汽车工业有限公司，广东深圳518118
为了进一步提高自动驾驶感应模块中激光雷达点云地面分割算法的分割精度，提出一种基于种子点距离阈值和路面波动加权幅值自适应的地面点云分割算法。该算法在极坐标栅格地图划分的基础上，将种子点的选取判断阈值与二维平面的水平距离特征相关联，通过点云间的水平距离变化控制种子点集的更新；在道路模型拟合过程中，为解决斜坡路面模型更新停滞问题引入坡度连续性判断准则，根据路面波动加权幅值的变化建立点云的分割阈值方程，最终实现关于点云距离特征的自适应阈值分割。对开源数据集Semantic KITTI进行点云二分类数据处理，并在此基础上测试算法性能。实验结果表明：与现有算法相比，本文所述地面分割算法的精确率和召回率均提升了2%~4%，具有较高的准确性。
点云 地面分割 种子点距离 自适应阈值分割 point cloud ground segmentation seed points distance adaptive threshold segmentation 光学 精密工程
2023, 31(17): 2564
1 湖南大学土木工程学院，绿色先进土木工程材料及应用技术湖南省重点实验室，长沙 410082
2 湖南大学，湖南省绿色与先进土木工程材料国际创新合作中心，长沙 410082
3 湖南大学，建筑安全与节能教育部重点实验室，长沙 410082
在水泥基材料中加入水化硅酸钙晶种-聚羧酸减水剂(C-S-Hs-PCE)可以有效提高早期强度。C-S-Hs-PCE能够为水化产物C-S-H凝胶提供成核位点，促进C-S-H凝胶生成，从而加快水泥水化进程。酸醚比是梳型PCE的一个重要结构参数，对C-S-Hs-PCE的合成和早强作用的影响显著。通过动态光散射分析、总有机碳分析仪、X射线衍射分析、低场时域核磁共振分析仪、扫描电子显微镜、等温量热仪和抗压强度测试研究了酸醚比对C-S-Hs-PCE的粒径及其在水泥基材料中早期效果的影响。结果表明：高酸醚比的PCE形成的C-S-Hs-PCE具有更小的粒径，更有助于促进硅酸盐相水化和氢氧化钙、C-S-H凝胶的生成，从而加速浆体水化，降低砂浆的总孔隙率，提高砂浆的早期抗压强度，尤其是24 h龄期之内的强度。
酸醚比 水化硅酸钙晶种 粒径 早期强度 acid-ether ratio calcium silicate hydrate seed particle size early strength
