1 上海交通大学材料科学与工程学院，上海 200240
2 首都航天机械有限公司，北京 100076
3 宜宾上交大新材料研究中心，四川 宜宾 644000
NbMoTaW难熔高熵合金（RHEA）在超高温下表现出优异的力学性能，但其室温脆性限制了其在航空航天等领域中的应用。采用激光选区熔化技术制备了（NbMoTaW）100-xCx和NbMoTaWTix两种难熔高熵合金（x%为原子数分数），通过合金化的方法提高了NbMoTaW合金的室温脆性抗性。研究表明，原子数分数为0.5%的C的加入显著提高了NbMoTaW合金的成形性和室温力学性能，使（NbMoTaW）99.5C0.5合金的屈服强度、极限抗压强度和塑性分别提高到1695 MPa、1751 MPa和6.9%；随着Ti含量的增加，NbMoTaWTix合金的强度和塑性也同时提高，并通过激光选区熔化制备了尺寸为100 mm×80 mm×20 mm的NbMoTaW难熔高熵合金超高声速飞行器关键部件模拟件，为增材制造高强韧的NbMoTaW系难熔高熵合金提供了一种新的研究思路。
激光技术 难熔高熵合金 激光选区熔化 合金化 显微组织 力学性能 中国激光
2024, 51(10): 1002309
Author Affiliations
Abstract
1 Peking University, National Engineering Research Center of Visual Technology, Beijing, China
2 Hangzhou Dianzi University, School of Automation, Hangzhou, China
3 Medical School of Nanjing University, Nanjing, China
4 Hangzhou Dianzi University, School of Communication Engineering, Hangzhou, China
5 Lishui Institute of Hangzhou Dianzi University, Lishui, China
Light-field fluorescence microscopy (LFM) is a powerful elegant compact method for long-term high-speed imaging of complex biological systems, such as neuron activities and rapid movements of organelles. LFM experiments typically generate terabytes of image data and require a substantial amount of storage space. Some lossy compression algorithms have been proposed recently with good compression performance. However, since the specimen usually only tolerates low-power density illumination for long-term imaging with low phototoxicity, the image signal-to-noise ratio (SNR) is relatively low, which will cause the loss of some efficient position or intensity information using such lossy compression algorithms. Here, we propose a phase-space continuity-enhanced bzip2 (PC-bzip2) lossless compression method for LFM data as a high-efficiency and open-source tool that combines graphics processing unit-based fast entropy judgment and multicore-CPU-based high-speed lossless compression. Our proposed method achieves almost 10% compression ratio improvement while keeping the capability of high-speed compression, compared with the original bzip2. We evaluated our method on fluorescence beads data and fluorescence staining cells data with different SNRs. Moreover, by introducing temporal continuity, our method shows the superior compression ratio on time series data of zebrafish blood vessels.
light-field microscopy lossless compression phase space entropy judgment Advanced Photonics Nexus
2024, 3(3): 036005
1 江苏理工学院 机械工程学院，江苏常州2300
2 常州祥明智能动力股份有限公司，江苏常州13011
在QFN芯片封装缺陷检测中，增加图像分割环节可有效提高缺陷检测准确性与检测效率。针对图像分割中传统算法效率低、智能优化算法分割精度低稳定性差的问题，本文提出一种基于改进灰狼优化算法（IGWO）的图像多阈值分割方法。首先，改进原始灰狼优化算法非线性因子，平衡算法搜索效率与挖掘能力；其次，引入反向学习策略提高种群整体质量，引入正弦函数、调整头狼权重以改进灰狼更新策略，增强算法多样性与挖掘能力；然后，提出头狼靠拢与种群变异交替进行的位置更新策略，平衡算法收敛性能与跳出局部最优能力；最后，以Kapur熵为适应度函数，求解最优分割阈值。将本文提出的改进灰狼优化算法的多阈值图像分割方法，与灰狼优化算法（GWO）、基于翻筋斗觅食策略的灰狼优化算法（DSF-GWO）、基于莱维飞行的樽海鞘群优化算法（LSSA）、改进北方苍鹰算法（INGO）的图像分割方法进行实验对比，结果表明：本文方法在分割用时方面，约为DSF-GWO的1/2，INGO的1/4；在分割精度与稳定性方面，在进行QFN芯片缺陷图像的连续30次分割时，本文方法具有最大Kapur熵平均值、最小标准差与最短分割时间。因此本文方法可实现高精度、高稳定性与高效率的QFN芯片图像多阈值分割。
灰狼优化算法 多阈值分割 Kapur熵 QFN Grey Wolf Optimization（GWO） multi-threshold segmentation Kapur entropy Quad Flat No-lead package(QFN)
1 江南大学物联网工程学院轻工过程先进控制教育部重点实验室，江苏 无锡 214122
2 绿视芯科技（无锡）有限公司，江苏 无锡 214000
叶绿素荧光检测技术作为一种无损检测技术应用十分广泛。传统叶绿素荧光检测技术激发信号时使用的阶跃或调制脉冲（PAM）频带窄，而光合系统是一个高阶的宽带系统，难以激发出光合系统所有的动态特性，使叶绿素荧光信号含有的信息丰富度受限。目前市面上的叶绿素荧光仪均不具备宽带激励功能，限制了新兴的人工智能算法能够处理复杂信号、挖掘丰富信息的能力。针对该问题，基于伪随机二进制序列（PRBS）信号，设计开发了一套具有宽带激励功能的叶绿素荧光仪。该仪器同时能测量传统的叶绿素荧光诱导动力学曲线（OJIP）与PAM曲线，对5种不同植物在3种激发光下的叶绿素荧光的信息熵进行对比，结果表明，PRBS激发的叶绿素荧光具有最高的信息熵。该仪器能够提供信息更丰富的叶绿素荧光信号，有望为植物生理及环境胁迫检测提供新型的科学仪器。
叶绿素荧光 宽带激励 叶绿素荧光仪 信息熵 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0815002
中国计量大学光学与电子科技学院，浙江 杭州 310018
为解决分布式相位敏感光时域反射计系统现有事件识别方法对于相似振动信号识别困难这一问题，提出了一种基于多尺度特征融合的相似信号识别方法。在该方法中，原始信号首先通过经验模态分解和小波包分解被分解为不同频率范围内的子信号。随后，分别提取原始信号和子信号的时频特征和近似熵特征，并利用主成分分析法对所提取的特征进行融合。最后，通过构建一个6层轻量反向传播（BP）神经网络分类器，训练分类模型并利用测试集验证模型分类度。该方法对小车经过和行走等相似信号的识别准确率可分别达到98.5%和98.0%，对于敲击和摇晃差异性大的信号的识别准确率可达100%。相比于直接从原始信号中提取特征并结合时频图的卷积神经网络方式，所提方法的综合识别准确率分别提高了8.4%与9.0%，相似信号的识别准确率分别提高了13.5%与12.4%。结果表明，该方法在保证差异性大的信号的高识别准确率的基础上，显著提高了相似信号的识别准确率，对于拓展分布式光纤传感的应用范围有重要的价值。
光通信 相位敏感光时域反射计 时频特征 近似熵 多尺度特征融合 反向传播神经网络
1 南京航空航天大学空间光电探测与感知工业和信息化部重点实验室，江苏 南京 211106
2 南京航空航天大学材料科学与技术学院，江苏 南京 211106
伪装目标与背景的综合相似度能够衡量伪装目标与周围背景之间的特征差异，综合相似度越高，目标与背景的融合程度越高，目标伪装效能越高。组合使用目标及背景图像的亮度、颜色、纹理、形状、尺寸、结构、直方图等7个典型特征来表征目标伪装特性，采用与其相应的相似度量法得到各个特征相似度，采用熵权法客观确定不同特征指标权重，线性加权得到伪装目标与背景的综合相似度，从而获得量化的目标伪装效能评估结果。不同背景、不同侦察距离、不同目标姿态下的多组实验表明：所提伪装目标与背景的综合相似度具有与目标发现概率一致性、与探测距离一致性、背景鲁棒性，证明了所提方法的正确性和有效性；并通过对比实验验证了该方法的可靠性。
伪装效能评估 综合相似度 可见光谱段 伪装目标 熵权法 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0430001
1 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，陕西 西安 710049
2 西安交通大学机械工程学院，陕西 西安 710049
难熔高熵合金具有超越传统合金的优异性能，强度和硬度更高，高温性能和耐蚀性更优异，在航空航天、核工程、**装备等领域具有广阔的应用前景。难熔高熵合金发展面临着两个难点：常规真空电弧熔炼方法制备的难熔高熵合金存在成分偏析严重、研发周期冗长、材料尺寸受限等难题；难熔高熵合金的硬度很高，难以实现复杂结构的成形和加工。因此，现有的冶金、成形、加工等技术面临挑战。通过激光增材制造实现材料与结构一体化成形是突破现有问题的发展方向，国内外学者在此方面进行了大量探索。本文对难熔高熵合金激光增材制造的发展现状进行了综述与分析，介绍了难熔高熵合金复杂构件从材料到制造的研究进展，阐述了高熵合金的研发途径、增材成形工艺和缺陷调控、难熔高熵合金在不同温度下的力学性能，以及增材制造工艺面临的挑战和取得的进展，最后总结了难熔高熵合金增材制造未来的应用方向和发展趋势。
激光技术 激光增材制造 难熔高熵合金 合金开发 一体化制造
西北工业大学 超高温结构复合材料国防科技重点实验室, 纤维增强轻质复合材料陕西省重点实验室, 西安 710072
新一代高超声速飞行器热端部件服役温度不断提高, 对表面防护涂层的相稳定性和抗烧蚀性能提出了更高的要求。本工作针对传统过渡金属氧化物ZrO2、HfO2涂层开展高熵化设计, 采用高温固相反应结合超音速大气等离子喷涂制备(Hf0.125Zr0.125Sm0.25Er0.25Y0.25)O2-δ(M1R3O)、(Hf0.2Zr0.2Sm0.2Er0.2Y0.2)O2-δ(M2R3O)、(Hf0.25Zr0.25- Sm0.167Er0.167Y0.167)O2-δ(M3R3O)三种高熵氧化物涂层, 探究稀土组元含量对高熵氧化物涂层的相结构演变规律、相稳定性以及抗烧蚀性能的影响。M2R3O涂层和M3R3O涂层呈现优异的相稳定性和抗烧蚀性能, 涂层经热流密度为2.38~2.40 MW/m2的氧-乙炔焰烧蚀后仍保持物相结构稳定, 未发生固溶体分解或析出稀土组元。其中M2R3O涂层循环烧蚀180 s后的质量烧蚀率与线烧蚀率分别为0.01 mg/s和-1.16 μm/s, 相比M1R3O涂层(0.09 mg/s、-1.34 μm/s)以及M3R3O涂层(0.02 mg/s、-4.51 μm/s), 分别降低了88.9%、13.4%以及50.0%、74.3%, 表现出最优异的抗烧蚀性能。M2R3O涂层的抗烧蚀性能优异归因于其兼具较高的熔点(>2200 ℃)和较低的热导率((1.07±0.09) W/(m·K)), 使其有效防护内部的SiC过渡层以及C/C复合材料免受氧化损伤, 避免了界面SiO2相形成所导致的界面开裂。
高熵陶瓷 过渡金属氧化物 热喷涂 热防护涂层 抗烧蚀 C/C复合材料 high-entropy ceramic transition metal oxide thermal spray thermal protection coating ablation resistance C/C composite
通过研究不同参数下高熵合金熔覆层的显微组织、相的组成，并将晶界与树枝晶元素原子量进行对比分析，揭示工艺参数对激光熔覆制备高熵合金的影响。结果表明：在激光功率一定的条件下，AlCoCrCuFeNi高熵合金相结构随着扫描速度的增加逐渐由bcc相变为bcc相+fcc相；对比熔铸法，激光熔覆铝合金制备多了1个以Al元素为主的fcc固溶体相。高熵合金主要由底部的树枝晶向顶部的等轴晶发展。通过EDS分析发现，熔覆过程中Al元素偏析严重，Cu元素在晶界处有少量偏析，且扫描速度对合金质量影响明显。
激光熔覆 铝合金 高熵合金 光谱分析 laser cladding aluminum alloy high-entropy alloy spectroscopy
吸波材料是指能吸收或者大幅减弱其表面接收到的电磁波能量，从而减少电磁波干扰的一类材料。近年来对吸波材料的探索中出现各种高熵陶瓷吸波材料，通过热力学的高熵效应、结构的晶格畸变效应、动力学的迟滞扩散效应以及组元的协同增效作用，获得高熵陶瓷材料的吸波性能优于单组元的吸波性能。基于近年来的研究成果，本文归纳总结了不同种类高熵吸波陶瓷的组元设计、制备与吸波性能关系的相关研究结果，分析了高熵效应对吸波性能的影响规律，最后，总结了目前研究工作中存在的关键科学难题与挑战，并展望了高熵吸波陶瓷的未来前景和发展方向。
高熵吸波材料 磁损耗 介电损耗 吸波性能 high-entropy wave-absorbing materials magnetic loss dielectric loss microwave-absorbing properties
