广州大学学报(自然科学版)

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二氧化钛纳米球的制备及其在可见光波段的共振特性研究

高卓予, 岑奕桦, 张成云

广州大学学报(自然科学版). 2025, 24(3): 1-9.

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全介质纳米结构在可见光波段范围内支持独特的电磁谐振模式,在定向光散射和非线性光学响应等领域具有重要的应用前景,备受关注的高折射率硅的各种形貌的纳米结构已经成为该领域重要的基本组成单元,中折射率宽带隙的二氧化钛(TiO₂)纳米结构的折射率虚部在可见光波段接近0,极低的吸收特性会导致其比硅产生更强的散射。为此,利用飞秒激光诱导后向转移的方法制备尺寸不同的TiO₂纳米球,在可见光范围调控其尺寸依赖的谐振模式,基于Mie理论分析多极谐振模式,发现百纳米量级直径内TiO₂纳米球的磁偶极和电偶极特征峰展宽且重叠,使得二者之间存在模式耦合,且电偶极谐振模式变得不明显,而高阶磁四极谐振模式具有窄带宽的特点。数值模拟的场分布结果表明,磁四极谐振模式具有更强的局域场增强因子。尺寸依赖的谐振模式的调控可应用于纳米级尺度的显示和光子器件。

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微量钒添加对汽车用高性能6系铝合金改性研究

闫佳琳, 柯彬, 邓皓玮, 张涛

广州大学学报(自然科学版). 2025, 24(3): 10-19.

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6xxx(Al-Mg-Si)系铝合金有强度适中和成形性好等特性,被广泛应用于汽车结构件。随着汽车产品更迭及消费者对汽车安全的日益重视,传统6系型材性能已不能满足需求。添加过渡族元素,浇铸时快冷使其保留在α-Al基体中,随后经高温均质弥散析出,能有效增强铝合金的性能。该研究通过对6061铝合金成分进行调整并添加0.1 wt.% 钒(V),采用三级均质工艺,再经热挤压变形后,进行时效处理,制备6系铝合金型材。利用扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、拉伸试验等手段对合金的微观结构和力学性能进行表征。结果表明,原始型材以粗大再结晶晶粒为主,添加V后,型材以细小再结晶以及发生部分再结晶的纤维状晶粒组织为主,其芯部再结晶分数由原始型材的62.7%降低到29.2%,平均晶粒尺寸从93 μm细化到11.8 μm。并且经均匀化处理,V形成的针状β-Al(FeMnCrV)Si相球化成α-Al(FeMnCrV)Si相。此外,型材(T6)比原始型材的抗拉强度和屈服强度分别提高31 MPa和20 MPa,延伸率提高6.1%。当挤压速度降低时,添加0.1 wt.%V型材近表层出现异常长大晶粒,型材屈服强度(YS)降低到与原始型材一致,但抗拉强度(UTS)比原始型材高。该研究突出了添加钒和均匀化处理在细化显微组织方面的有效性,但同时强调了优化挤压工艺以平衡力学性能的关键作用。

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近邻旋涡星系M81(NGC 3031)中核球和盘的色指数研究

牟双乾, 苗璟仁, 毛业伟

广州大学学报(自然科学版). 2025, 24(3): 20-30.

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文章通过分析斯皮策空间望远镜(Spitzer Space Telescope)IRAC 3.6 μm和4.5 μm波段对近邻旋涡星系 M81(NGC 3031)的成像观测数据,得到了该星系核球与盘结构的形态学参数与色指数,基于此,深入探查该星系及其子结构的面亮度与色指数的空间分布规律。文章利用星系解构软件GALFIT对M81进行双Sérsic成分的结构分解,从星系中分离出核球与盘结构,并构建出它们的色指数(3.6 μm~4.5 μm)图像。结果表明,M81的核球在3.6 μm和4.5 μm波段的Sérsic指数分别为4.27和5.13,可以确认为经典核球;盘结构的 Sérsic 指数n ≈ 1.1,符合指数盘特征。核球的有效半径在3.6 μm波段(72.24 arcsec)比4.5 μm波段(87.03 arcsec)更小,因此形态上更紧凑,这可能与不同波段对星族性质敏感度差异有关。对色指数的分析显示,核球和盘的颜色差异不显著(色指数均为-0.08),星系整体色指数(约为-0.09)比核球与盘更蓝。在径向轮廓分布方面,盘的色指数随半径增大渐减,变化范围约 0.33 mag/arcsec²,表明星族年龄由内而外逐渐减小;核球在小半径(70 arcsec)内色指数递减,梯度约 0.13 mag/arcsec²,表明中心恒星年龄大于其外围;星系整体色指数在大半径范围变化趋势平缓,表明外围恒星年龄相近。在中心区域,盘结构的色指数大于核球,可能因不同子结构形成与演化过程有别。后续工作中,作者将对M81进行多波段核球和盘的分解,并分别对核球和盘进行独立的光谱能量分布研究。

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河外星系NGC 0925中HⅡ区氧元素丰度估计研究

李林林, 吴啟明, 毛业伟, 莫诗茵

广州大学学报(自然科学版). 2025, 24(3): 31-41.

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氧元素丰度是揭示星系化学演化的关键指针。利用光谱发射线估计氧元素丰度是最常用的方法。然而,不同方法对同一目标源氧元素丰度的估计存在显著差异,给氧元素丰度估计和星系化学演化研究带来很大的不确定性。该研究基于国家天文台2.16 m望远镜对河外星系NGC 0925中HⅡ区的观测数据,利用不同方法得到HⅡ区的氧元素丰度,比较并量化不同方法间的偏差程度,并借助贝叶斯统计方法探讨氧元素丰度估计中的关键发射线。观测得到的光谱发射线一共7条:[OⅡ] λ3727、[OⅢ] λ5007、[NⅡ]λ6583、[SⅡ]λ λ6717,6731、Hα和Hβ,该研究采用的氧元素估计方法包括最常用的4种强线单指针法N2、O3N2、N2O2、R23和1种贝叶斯多发射线统计法NebulaBayes,其中,贝叶斯统计方法中通过调配发射线组合又得到27种估计值。研究结果表明,不同方法得到的氧元素丰度的平均值约为8.3,最大值和最小值分别为9.068和7.179。经过比较分析,发现在输入全部7条发射线时,贝叶斯方法与N2方法的氧元素丰度结果高度一致(~8.36,偏差只有0.085 dex),而与R23方法(氧元素丰度的结果为8.112)的偏差最大,为0.33 dex;在所有7条发射线中,[OⅡ]λ3727与[NⅡ]λ6583是氧元素估计中的关键发射线,如果缺失会导致很大的偏差(|Δ|>0.3 dex),同时这两条关键发射线的缺失将失去对电离态的约束,导致贝叶斯统计中后验概率分布可能趋于极端值而使误差范围显著扩大。非关键发射线如[SⅡ]λ λ6717,6731缺失仅引起的偏差很小(|Δ|≤0.1 dex),此时输出的误差较小且误差的上下限相等。该研究的结果对氧元素丰度方法的精确定标提供了观测上的指示性参照,同时建议在氧元素丰度的实际测定中需要优先确保[OⅡ]λ3727与[NⅡ]λ6583光谱发射线的观测覆盖,并推荐结合贝叶斯多线统计联合约束以降低系统误差,为高精度星系化学演化建模提供方法论方面的指导。

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基于元胞自动机的桥梁人致振动响应研究

蔡卫强, 刘爱荣, 黄友钦, 盘钊杰

广州大学学报(自然科学版). 2025, 24(3): 42-51.

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行人步行具有显著的主观性,人行桥在随机人群荷载作用下的动力响应广受关注。文章考虑了行人步行中的跟随、超越与排斥等主观行为,采用元胞自动机建立行人流模型,并基于振型叠加法开发了基于元胞自动机的人致振动响应高效计算方法,分析了共振响应随人群密度的变化规律及桥梁频率对最不利人群密度的影响。结果表明:①当人群密度较高时,行人步频可能降低,导致步行荷载的频率偏离桥梁自振频率,使得共振响应并不随人群密度的增加而变大;②在高密度人群下,应特别关注步行力二阶谐波对桥梁振动响应的影响,其可能引发高频模态的显著共振响应。

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基于动力响应频谱的多梁式拼宽桥梁整体性评估

孙治海, 张俊平, 魏斌, 黄河淏, 张泰权

广州大学学报(自然科学版). 2025, 24(3): 52-60.

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为评价多梁式拼宽桥的整体性,依托运营状态下的动力响应监测数据,建立了一种基于响应频谱相似度的横向协同工作性能定量评价指标。以广东省一座1996年建成、2012年加固拓宽的中小跨径梁桥为研究对象,首先在每片主梁跨中底部安装竖向加速度传感器;然后基于监测响应大数据的特点,通过叠加平均算法获得高质量的响应频谱;最后利用加速度频谱计算构建指标,对桥梁整体性进行了全面评价。分析结果表明:每片主梁的加速度频谱变化规律高度一致,特征频率基本相同,相邻主梁之间的频谱相似度均超过0.90,各梁间的横向协同工作性能良好;新旧桥的第一奇异值谱高度相似,奇异值谱相似度为0.91,新旧桥拼宽服役至今仍能较好地协同受力。以上指标结果表明,多梁式拼宽桥的整体性良好,这与多类型准静态时域响应推断出的结果一致,验证了文章所建立评价指标的可行性和科学性。

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脉冲地震作用下粘滞阻尼器对斜拉桥梁体位移减震效果简化分析

宋坤

广州大学学报(自然科学版). 2025, 24(3): 61-69.

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文章分析了斜拉桥地震反应特点与脉冲型地震动参数的相关性,根据相关性分析结果,提出纵桥向梁体位移的单自由度体系简化计算方法,并从不同地震动输入条件和不同斜拉桥结构等多角度验证该方法的合理性和有效性。在此基础上,文章进一步分析在不同脉冲波作用下斜拉桥采用粘滞阻尼器后梁体位移反应特性,系统研究了实际脉冲地震波作用下粘滞阻尼器的减震效果。研究结果可为斜拉桥粘滞阻尼器参数的快速确定及其在脉冲地震作用下的减震设计提供参考。

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水中复合新污染物络合形态及铁碳表面强化降解机理

茅立燊, 南浥尘, 王裕猛, 廖威翔, 胡春

广州大学学报(自然科学版). 2025, 24(3): 70-78.

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实际天然水体中能广泛检测到新污染物,由于其生态毒性大且难以被传统水处理技术去除,因而受到广泛关注。然而对实际水体中污染物在共存状态下的相互作用机制及其去除方法的相关研究,却报道较少。文章研究了水体中检出率较高的双酚A(Bisphenol A,BPA)以及共存的四环素(Tetracycline,TC)、苯海拉明(Diphenhydramine,DP)和苯妥英(Phenytoin,PHT)等新污染物之间的相互作用及其在铁碳催化剂表面的转化动力学,通过采用系列表征手段探究污染物间的相互作用及电子转移,证实了BPA与TC、DP和PHT分别形成了BPA-TC/DP/PHT复合络合物。该复合络合物与铁碳催化剂表面吸附配位会引起更大的表面电荷离域,引发在水中溶解氧表面电子俘获传导,从而触发吸附络合物表面裂解,使BPA降解率分别降至62.1%、53.6%和70.0%,而BPA复合的TC、DP和PHT降解率分别提高17.2%、31.6%和44.8%,相应反应速率常数分别增加2.195倍、1.810倍及3.459倍。结果表明,催化体系产物均为低毒性或无害物质,具有一定的环境效益。

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氯消毒剂投加策略对给水铸铁管网消毒副产物生成的影响机制

张坡军, 刘鑫凯, 林彦良, 沈开凤, 陈友怡, 卢小琴, 胡春, 邢学辞

广州大学学报(自然科学版). 2025, 24(3): 79-88.

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文章旨在深入探讨氯消毒剂投加策略对给水铸铁管网中消毒副产物(Disinfection By-Products, DBPs)生成的影响机制。二次加氯消毒能够有效维持水中的余氯浓度,从而保证长期的消毒效果。实验数据显示,水厂加氯1.0 mg·L^-1且二次加氯1.0 mg·L^-1条件(1-1组)下,模拟管网第5天出水DBPs的控制效果最佳,三卤甲烷浓度仅为37.44 μg·L^-1,含氮类DBPs几乎未生成。进一步研究揭示,1-1组模拟管网第5天出水胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)显示出较高比例的β折叠和α螺旋蛋白二级结构,使得水体悬浮生物膜兼具凝聚性和疏水性,抑制了EPS物质和氯消毒剂之间的化学反应活性,因而DBPs尤其是含氮类DBPs生成量显著下降。在氯消毒后的给水铸铁管网输配过程中,EPS是DBPs前驱体重要的来源且主要为蛋白类物质,结合水体EPS的蛋白质/多糖比例和Zeta电位(Zeta potential)指标能更显著地提高DBPs生成潜力预估的准确性。本研究为饮用水消毒和管网输配过程中氯消毒剂投加策略的优化提供了重要的理论基础和技术支撑。

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基于接收信号强度的免除CSI智能反射面辅助通信优化研究

彭凯, 黄高飞

广州大学学报(自然科学版). 2025, 24(3): 89-99.

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针对由一个发射机、一个智能反射面(Intelligent Reflecting Surface, IRS)和多个接收机组成的IRS辅助广播通信系统,研究了一种无需信道状态信息(Channel State Information, CSI)的IRS相移优化新方案。在目前关于IRS辅助通信系统优化的相关研究中,大多假设可以获得系统链路的CSI。然而,由于IRS反射单元数量通常较多,而为获得CSI的信道估计开销与IRS反射单元数量成正比,导致获取CSI的开销很大,因此,相关研究结果难以在实际中使用。由此,提出一种仅需使用接收机观测到的接收信号强度即可优化IRS相移的新方案,其目标是最大化接收机处的最小接收信号功率。由于缺乏CSI,无法通过解析表达式计算接收信号功率,因此,建立的优化问题无法使用传统的凸优化理论方法进行求解。为解决此问题,把相应的系统优化问题建模为马尔可夫决策过程(Markov Decision Process, MDP),并提出一种基于近端策略优化的深度强化学习算法对该MDP进行求解,从而得到IRS的最优相移。仿真结果表明,所提出的系统优化方案可获得良好的系统性能。

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2025年, 第24卷, 第3期　刊出日期：2025-06-28

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