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关键词： 电动航空   高镍正极   热失控   电解液   高安全  

摘要： 随着电动垂直起降、飞行汽车等航空运载动力的发展以及其对电池的需求逐步增加,要求动力电池需要具备高能量密度以支持长时航行。除此之外,还需电池具备高的安全性,避免使用过程中因电池高压或过热失效。在该背景下,三元高镍电池因其能量密度高而成为研究热点。然而,锂离子电池存在热稳定性差、高压性能差等安全隐患,因此目前锂离子电池还无法完全满足航空运载动力市场需求。解决电池寿命等问题对于提高电池安全性至关重要。本文从改良电解液出发,旨在改善电解液溶剂化结构,原位构筑电极-电解液界面层,提高高镍三元锂离子电池的循环稳定性和高压耐久性,并通过调节反应路径,延缓/阻断引发电池热失效的连锁反应,提升高镍三元锂电池的安全性。 根据分子动力学计算方法,设计电解液成分,对电解液溶剂化结构进行计算。研究计算所得的锂离子与溶剂分子的配位结构,优化设计电解液锂盐、溶剂、添加剂的组成以优化电解液结构,提高电池性能。并根据计算结果,配置电解液并将其注入1Ah NCM955/石墨基软包电池中进行电性能验证。探究电池在常温下(25℃)中循环寿命测试,优化电解液基锂离子电池可循环300圈仍能保持93%的容量保持率,而传统电解液基锂离子电池循环300圈后便发生严重失效。 从材料层级使用DSC、STA-MS、TEM等表征手段对拆解后的电池极片、粉末进行表征测试。发现相较于传统电解液,基于优化后的电池极片表面无机成分含量增加,可以推测在电解液与极片之间构筑稳定的固体界面膜,可以阻断电极与电解液之间的直接接触。同时,根据电镜观测,传统电池极片表面颗粒存在微裂纹,而优化后电池表面无明显裂纹产生,有效提高了电池的微观力学性能。 最后从单体层级对电池热安全性进行验证,验证热箱、针刺、侧向加热等多种不同的热失控触发形式下的电池安全状况。相较于传统电解液,优化电解液在热安全层面有很大改善,能够延缓电池热失控,减小电池热失控过程造成的危害。结果表明,本论文研究结果有助于推动高安全、长寿命锂离子电池在电动航空领域中的应用。

关键词： 第一性原理   钠离子电池   层状正极材料   掺杂改性  

摘要： 层状过渡金属氧化物作为钠离子电池正极材料之一,凭借其结构简洁、合成便捷以及高比容量特性而备受瞩目。然而,其高压下结构相变复杂、循环寿命有限和倍率性能不佳等问题,阻碍其商业化发展。近年来,理论计算作为研究材料特性的一种有力手段,可从微观角度探究材料配位环境、电子结构对钠离子电池电化学性能的影响。本文基于第一性原理计算方法,从原子层面研究掺杂对层状正极材料中的P2型和O3型两种结构的影响,选择分子式为P2-Na2/3Fe1/3Mn2/3O2和O3-Na Ni1/3Fe1/3Mn1/3O2的材料作为研究对象,提出了低价态金属元素掺杂、高价态金属元素掺杂和非金属元素掺杂策略,改善了材料的物理性质,进而优化了其电化学性能,为高性能钠离子电池正极材料的设计提供理论支撑。本文主要研究内容如下: （1）针对P2型结构中较大的钠离子半径所导致的反应动力学减弱等问题,通过在过渡金属层中的Fe位点引入高价态的Ta元素,来提升阳离子和电子的双重电导率,与掺杂前相比,Ta掺杂后材料的带隙均有减小,材料的导电性有所提升。通过对Na层中Na-O键的对比,Ta掺杂后材料中的Na-O键键长增大,Na与O之间的共价性减弱,降低材料中钠离子的迁移能垒,同时增加的c轴长度,有利于提升正极材料中的Na+迁移速率。 （2）为提升P2型材料在过渡金属层的稳定性,抑制材料的相变,同时考虑到材料的成本问题与简便性,选择低价态的Mg掺杂在Na2/3Fe1/3Mn2/3O2中的Fe位,提升材料的结构稳定性,从而改善材料的电化学性能。与掺杂前相比,Mg掺杂会减弱Na-O键的共价性,缩短Fe-O键与Mn-O键的长度,在一定程度上提升材料过渡金属层的稳定性,抑制结构相变。同时,与掺杂前相比,Mg掺杂后材料的带隙减小,离子电导率增强。 （3）O3型材料相较于P2型材料在Na+含量方面有较大优势,可以贡献更多的能量。针对O3型材料扩散能垒大,倍率性能较差的问题,对O3-Na Ni1/3Fe1/3Mn1/3O2材料中O位点掺杂电负性强、原子半径小的F原子,在尽可能保证材料晶体结构稳定的基础上改善Na+的动力学性能,优化材料的倍率性能。理论的晶格参数证实了F掺杂后会增大原有材料中Na-O键的长度,同时提升材料的c轴长度,便于Na+在Na层中迁移。在整个脱钠过程中,Na层间距都有相应的提升,降低了钠离子的迁移能垒,改善O3型材料的循环稳定性。

关键词： 移动端   界面视觉复杂度   老年人认知   老年人体验  

摘要： 随着互联网技术的发展,移动端界面成为老年人信息传播交流的重要通道。由于老年人认知机能退化,复杂的移动界面给老年人带来了巨大的认知负荷。同时伴随着对移动端使用习惯改变,老年人对于移动端信息界面的整体搜索体验有了更高的要求。因此,在老年人数字鸿沟同老年人对移动界面信息需求的双重矛盾下,探索出同老年人认知特性适配的界面视觉复杂度成为当下亟待解决的问题。 本文依据移动端界面视觉复杂度的相关具体特征,将移动端界面视觉复杂度分为两种类型即数量界面视觉复杂度和布局界面视觉复杂度;在数量界面视觉复杂度模型构建与应用中,选取四项评价条目构建了数量界面视觉复杂度评价模型,并最终得出信息数量条目四条、五条、六条分别为低、中、高三种维度。在布局界面视觉复杂度模型构建与应用中,从AIM程序中选取五项评价指标,并通过层次分析法得出各项指标权重。随后构建布局界面视觉复杂度数学表达式,并划分出布局界面视觉复杂度低、中、高三种维度分别为单图列表式、信息流式、多图列表式。以多试次客观量化的布局视觉复杂度具体数值做区间比较分析,得出布局视觉复杂度不同维度的数值范围,实现界面视觉复杂度评价模型推广和应用;最后,通过眼动追踪试验并结合用户主观反馈,得出移动端界面视觉复杂度对老年人认知及体验影响,其中数量界面视觉复杂度和布局界面视觉复杂度低、中、高三种维度为自变量,老年人主观反馈及眼动相关指标为因变量。最终得出数量界面视觉复杂度下,适合老年人界面的信息条目应控制在五条。布局界面视觉复杂度下,适合老年人界面的信息布局方式为单图列表式或信息流式,并根据注视轨迹观点得出老年人用户使用移动端界面中的注意偏好。 本文通过构建和应用界面视觉复杂度的评价模型,从而简化了划分界面视觉复杂度低、中、高维度的工作量,有效提升了界面视觉复杂度评价模型推广和应用。此外通过眼动追踪实验,从老年人行为表现、生理、心理等方面系统地阐述了移动端界面视觉复杂度对老年人认知及体验的影响,是在老年人的数字信息行为领域强有力的探索,为后续相关界面设计从业者提供有力的借鉴。

关键词： 高效液相色谱   固定相   混合模式   保留机理  

摘要： 高效液相色谱（HPLC）是色谱法的一个分支,是目前分离分析最重要的技术之一。固定相是高效液相色谱仪的核心,新型高效液相色谱固定相的研发对于分离科学的发展具有举足轻重的地位,混合模式固定相的开发又是固定相最热门的研究方向。不同于传统单一模式固定相,混合模式固定相与分析物之间存在多种作用力,可以应用于多种分离模式,适用于复杂样品的分离,在食品、医疗、环境等领域应用广泛,因此混合模式固定相的开发是色谱科学的热门课题。氨基酸作为两性离子,具有较强的亲水性和离子交换能力,而苯环又能使固定相具有疏水性并能提供π-π作用,因此含苯环的氨基酸可以被用于反相/亲水/离子交换混合模式固定相的开发。球形多孔硅胶微球具有制备工艺成熟、表面易修饰、机械强度高、化学稳定好等特点,常被用于作为固定相基质。本文采用球形多孔硅胶作为固定相基质,含苯环的氨基酸作为混合模式固定相的键合单体,同时也设计了对比固定相来探究其保留行为的影响因素和保留机理。文章主要内容如下: （1）制备了具有不同末端基团的三种结构相似的硅烷试剂,将其键合至二氧化硅,得到三种结构相似、具有不同的末端可电离基团的固定相（Sil-Ph-COOH、Sil-Phe和Sil-Ph-NH2）。通过元素分析（EA）和傅立叶变换红外光谱（FT-IR）对制备的固定相进行表征后,确证目标固定相制备成功。考察了三种固定相柱效和保留重复性,发现三者保留重复性、柱效和对称性均表现良好。研究了三种色谱柱在不同色谱条件下的保留行为,包括不同的流动相比例、盐浓度及p H值等。通过线性溶解能关系（LSER）和Van't Hoff方程探讨了保留机理。研究了三种固定相在反相液相色谱（RPLC）、亲水作用液相色谱（HILIC）和离子交换色谱（IEC）模式下的分离应用。结果表明,具有不同末端基团的固定相对分析物的保留能力有很大差异:Sil-Ph-NH2在HILIC和IEC模式下的保留能力最强,但柱效与对称性较差;Sil-Phe在HILIC模式下的分离效果最好;Sil-Ph-COOH在RPLC模式下的表现最好。最后,使用Sil-Phe色谱柱成功检测了从药用布洛芬胶囊中提取的布洛芬和从维生素片中提取的维生素。 （2）通过巯基引发的表面自由基聚合,使用不同的交联剂制备了两种具有三维结构的氨基酸固定相（Sil-Ph-Cys-IMZ和Sil-Ph-Cys）,通过元素分析和X射线光电子能谱（XPS）对其进行了表征,确认制得的固定相与预期相符。考察制得的固定相的柱效和重复性,发现两种色谱柱固定相均具有可接受的保留重复性、较高的柱效和合格的对称性。考察了不同色谱条件下的保留性能,包括乙腈含量和盐浓度。将两种固定相均应用于混合模式（RP/HILIC）中,在三种模式下,Sil-Ph-Cys-IMZ的分离能力均高于Sil-Ph-Cys。使用Van't Hoff方程和线性溶解能关系（LSER）模型对保留机理进行了研究,结果表明交联剂的选择对固定相性能的影响很大。最后,将Sil-Ph-Cys-IMZ色谱柱应用于酱油中防腐剂（山梨酸钾和苯甲酸钠）的检测中。

关键词： 人脸识别   数据化   智能化   科技伦理  

摘要： 人脸识别技术的发展历史反映了技术的智能化过程。伍德罗·布莱索(Woodrow Wilson Bledsoe)受达尔文进化论影响并在工作实践的基础上发明了人脸识别技术,开启了通过计算机来识别人脸和确认个人身份的时代。马修·特克(Matthew Turk)和阿莱克斯·彭特兰(Alex Pentland)在人脸识别技术的发展过程中受信息论方法的启示研究出了人脸识别技术的特征脸方法,引发了关于人脸识别技术的自动化研究。随着人工神经网络的发展,技术的智能化成为新趋势,人工神经网络开始运用到人脸识别技术中。人脸识别技术在获取、识别和匹配人脸信息方面实现了全面的自动化,人脸识别技术能够处理的面部数据类型和体量也实现了大幅提升。人脸识别技术在逐步精进提升的过程中实现了智能化发展。 人脸识别技术社会史大致经历了以下几个发展阶段:19世纪中叶至20世纪50年代是信息数据化时期,人脸识别构想诞生并运用到法律活动等领域,出现了数字表征人脸的方法实践;20世纪50至90年代是数据表征化时期,数字表征技术精进促使人脸信息转化为机器可识别语言,脸部动态信息通过数据过程表征实现了数字增强;20世纪90年代至21世纪头十年是数据集成化时期,人脸识别技术在数据集成中应用并逐步实现了社会化与场景化;21世纪头十年至今是数据实体化时期,人工智能技术尤其是深度学习技术的发展促使人脸识别技术实现了智能化与实体化,人脸识别成为人类技术生活的行动者与见证者。人脸识别技术的社会史是数据实体化历程的现实反映,在此过程中数据经历了标记、表征、集成到实体的过程。 人脸识别技术的伦理问题是在技术的发展变迁中逐渐形成的,在技术的精进与提升过程中,人脸识别技术与社会的互动不断加深。社会公众对人脸识别技术所形成的价值共识成为人脸识别技术持续发展的动力。但是人脸识别技术对于具体的和实践的不同社会群体而言具有不同价值。存在于不同社会主体背后的价值差异引发了人脸识别技术应用过程中的矛盾和冲突,从而导致了伦理问题的产生。这些伦理问题包括人脸识别技术在获取人脸信息过程中所产生的隐私问题、在处理人脸数据过程中所产生的算法歧视问题以及在人脸识别技术扩大应用过程中产生的功能蠕变问题。为了防止人脸识别技术对社会造成过度的危害,减少伦理问题的产生,需要社会对人脸识别技术的发展做出一定的伦理预见,也需要不同社会主体之间达成一定的共识。