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2018, 67 (20): 207701.
doi: 10.7498/aps.67.20181091
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作为重要的功能材料，压电材料已经在国民经济的多个领域里有着重要应用.随着现代工业的快速发展，特别是新能源、交通和国防工业的高速发展，功能材料的应用已经从常规使用转向极端环境下的服役.本文综述了具有高居里点的压电材料，包括钙钛矿型压电陶瓷、铋层状结构氧化物压电陶瓷、钨青铜结构压电陶瓷以及非铁电压电单晶等；介绍了其晶体结构特征和高温压电性能、最新研究进展，并列举了一系列的高温压电器件和应用，包括高温压电探测器、传感器、换能器和驱动器等.另外，本文总结了高温压电材料的热点研究问题，并展望了今后的发展方向.
2018, 67 (1): 016101.
doi: 10.7498/aps.67.20171473
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非晶合金通常是将熔融的金属快速冷却、通过抑制结晶而获得的原子呈长程无序排列的金属材料.由于具有这种特殊结构，铁基软磁非晶合金具有各向同性特征、很小的结构关联尺寸和磁各向异性常数，因而具有很小的矫顽力Hc，但可和晶态材料一样具有高的饱和磁感强度Bs.优异的软磁性能促进了铁基软磁非晶合金的应用研究.目前，铁基软磁非晶/纳米晶合金带材已实现大规模工业化生产和应用，成为重要的高性能软磁材料.本文回顾了软磁非晶合金的发现和发展历程，结合成分、结构、工艺对铁基非晶/纳米晶合金软磁性能的影响，介绍了相关基础研究成果和工艺技术进步对铁基软磁非晶/纳米晶合金研发和工业化应用的重要贡献.并根据结构、性能特征将铁基软磁非晶合金研发与应用分为三个阶段，指出了目前铁基软磁非晶合金研发与应用中面临的挑战和发展方向.
2018, 67 (19): 194301.
doi: 10.7498/aps.67.20180963
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声学超材料是一种人工设计结构的材料，具有超越自然界材料行为的特性，如负折射、反常多普勒效应、平面聚焦等.本文主要介绍了声学超材料近二十年来的相关研究进展，重点论述了超原子声学超材料、超分子声学超材料、超原子簇和超分子簇声学超材料.最后简要介绍了近五年来声学超表面的研究概况和发展趋势.
2018, 67 (12): 128501.
doi: 10.7498/aps.67.20180757
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锂电池在使用或储存过程中会出现一定概率的失效，包括容量衰减（跳水）、循环寿命短、内阻增大、电压异常、析锂、产气、漏液、短路、变形、热失控等，严重降低了锂电池的使用性能、一致性、可靠性、安全性.对锂电池失效进行准确诊断并探究其失效机理是锂电池失效分析的主要任务，对锂电池性能提升和技术发展具有深远意义.为了全面且深入地介绍锂电池失效分析，本文从锂电池失效分析的定义、失效表现、失效原因、分析内容、分析流程、困难点等方面进行了简述，希望能为推动中国锂电池失效分析技术的发展起到积极作用.
2018, 67 (9): 098901.
doi: 10.7498/aps.67.20172295
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定量分析识别复杂网络中的重要节点对于研究复杂网络鲁棒性和脆弱性意义重大，当前基于网络结构的节点重要性评估方法成果丰富，而基于复杂网络动力学模型的节点重要性评估方法较少.针对无向加权网络，本文首先提出了构建其对应的复杂网络动力学模型的方法，并证明了该类复杂网络动力学模型是大范围内一致渐近稳定的；然后建立了复杂网络动力学模型的偏离均值和基于偏离均值的方差两级节点重要性评估标准；最后给出了扰动测试和破坏测试两种基于复杂网络动力学模型的节点重要性评估方法.基于复杂网络动力学模型的节点重要性评估方法不仅结合了网络拓扑结构信息，同时又结合了节点自身的特性，所以评价结果更为全面.将这两种方法用于ARPA （advanced research project agency）网络、对称无向加权网络、社交网络、Dobbs-Watts-Sabel网络和Barrat-Barthelemy-Vespignani网络的重要节点评估，并与已有的复杂网络节点重要性分析方法进行比较，证明了所提出方法的有效性.
2018, 67 (5): 054202.
doi: 10.7498/aps.67.20172009
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水下偏振成像技术利用散射光偏振特性能够有效提高水下成像质量，在水下目标探测和识别领域具有重要应用价值.针对该技术在背景散射光和目标信息光分离时由于噪声放大现象导致重建图像质量受限的问题，提出多尺度水下偏振成像方法.该方法利用图像分层处理思想，结合小波变换的多尺度特性，对体现图像高对比度的基础层和低对比度但细节信息丰富的细节层分别进行处理，重建高对比度、高信噪比的清晰场景图像.实验结果表明，多尺度水下偏振成像方法不仅能够大幅提高对比度，复原图像细节信息，而且能够有效抑制放大噪声，提高重建图像的信噪比，在水下偏振成像领域具有良好应用前景.
2018, 67 (18): 184203.
doi: 10.7498/aps.67.20180877
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相较于相干光束，部分相干光束经过湍流大气传输能够有效地抑制湍流引起的光束展宽、光斑漂移及光强闪烁等扰动效应，在自由空间光通信、激光雷达和激光遥感等方面有重要的应用前景.近年来，部分相干光束湍流大气传输研究受到越来越多学者的关注.本文回顾了部分相干光束在湍流大气中传输特性研究的发展历程、理论基础及常用的理论方法，介绍了处理光束经过湍流大气传输的相位屏数值模拟方法，以及如何把该方法运用到处理部分相干光束传输.
2018, 67 (12): 120601.
doi: 10.7498/aps.67.20180847
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在众多电化学储能技术中，室温钠离子电池除具有能量密度高、循环寿命长的特点外，还具有其他电池体系所不具有的资源丰富和成本低廉的优势，是一种较理想的规模储能电池体系.中国科学院物理研究所自2011年以来致力于低成本、安全环保的钠离子电池技术的研发，在正、负极材料和电解质材料开发中取得了多项原创性的研究成果，并研制出Ah级钠离子软包电池.例如，首次发现Cu2+/Cu3+氧化还原电对高度可逆并设计了Na-Cu-Fe-Mn-O基低成本层状氧化物正极材料；首次通过简单的一步碳化法制备出性价比高的无烟煤基负极材料；首次将一种新型的钠盐NaFSI应用于碳酸酯非水电解质以大幅度提升电极材料的性能等.本文综述了物理所在钠离子电池材料及器件研究中所取得的重要进展和突破，期待经过进一步不懈地努力为实现钠离子电池的产业化做出重要贡献.
2018, 67 (4): 048901.
doi: 10.7498/aps.67.20172255
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时序网络可以更加准确地描述节点之间的交互顺序和交互关系.结合多层耦合网络分析法，本文提出了基于节点层间相似性的超邻接矩阵时序网络节点重要性识别方法，与经典的认为所有层间关系为常数不同，层间关系用节点的邻居拓扑重叠系数进行度量.Workspace和Enrons数据集上的结果显示：相比经典的方法，使用该方法得到的Kendall's 值在各时间层上的平均提高，最高为17.72%和12.44%，结果表明层间相似性的度量对于时序网络的节点重要性度量具有十分重要的意义.
2018, 67 (5): 050502.
doi: 10.7498/aps.67.20172354
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对于具有隐藏吸引子的混沌系统，既有文献大多只针对整数阶系统进行分析与控制研究.基于Sprott E系统，构建了仅有一个稳定平衡点的分数阶混沌系统，通过相位图、Poincare映射和功率谱等，分析了该系统的基本动力学特征.结果显示，该系统展现出了丰富而复杂的动力学特性，且通过随阶次变化的分岔图可知，系统在不同阶次下呈现出周期运动、倍周期运动和混沌运动等状态，这些动力学特征对于保密通信等实际工程领域有重要的研究价值.针对该具有隐藏吸引子的分数阶系统，应用分数阶系统有限时间稳定性理论设计控制器，对系统进行有限时间同步控制，并通过数值仿真验证了其有效性.
2018, 67 (24): 244203.
doi: 10.7498/aps.67.20181591
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3–5 μm和8–12 μm波段中远红外激光，在国防和民用领域均具有广泛的应用.作为全固态激光频率转换系统的核心部件，非线性光学晶体需要不断地优化和发展.本文从红外非线性光学晶体材料组成角度出发，总结了几种具有重大应用前景的磷族化合物（ZnGeP2，CdSiP2）、硫属化合物（CdSe，GaSe，LiInS2系列，BaGa4S7系列）以及准位相匹配晶体（OP-GaAs，OP-GaP）等中远红外波段非线性光学晶体的研究进展.
2018, 67 (14): 144501.
doi: 10.7498/aps.67.20172752
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以下匝道瓶颈路段为研究背景，以手动驾驶汽车和两类智能车为研究对象，包括自适应巡航（ACC）汽车和协同自适应巡航（CACC）汽车，建立了混入智能车的混合交通流模型.在车辆的纵向控制层面，分别构建了手动驾驶汽车改进舒适驾驶元胞自动机规则和智能车的跟驰模型；基于车辆下匝道行驶特性，引入车辆感知范围R、换道控制区域LLC、换道冒险因子λ等参数，建立了控制车辆横向运动的自由换道和强制换道模型.通过对混合交通流模型进行数值仿真发现，CACC车辆混入率PCACC、车辆感知范围R、换道区域长度LLC和换道冒险程度λ均对下匝道交通系统产生影响.当CACC车辆混入率低于0.5时，CACC退化为ACC的概率增大，系统稳定性下降，交通拥堵呈恶化趋势；当CACC车辆混入率大于0.5时，车辆运行速度显著提升，拥堵消散能力提高.增大车辆感知范围、加长换道区域长度、提高换道冒险程度，都能够有效缓解改善下匝道瓶颈路段主线的拥挤状况，而对匝道运行效率影响并不明显.
2018, 67 (8): 084202.
doi: 10.7498/aps.67.20172262
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设计了一种三层宽频吸波超材料，其表层和中间层为单元尺寸不同的周期阵列结构，底层为吸波平板结构，优化后的总厚度仅为4.7 mm，并采用三维（3D）打印技术成功制备了该吸波超材料.吸波体反射率测试结果表明，在电磁波垂直入射条件下，宽频吸收峰分别出现在5.3和14.1 GHz，两峰叠加使得其在418 GHz频率范围内反射损耗均小于-10 dB.采用S参数反演法计算了每一层的等效电磁参数，并利用多层结构反射率公式推导得出该模型的理论反射率，理论计算结果与实测结果基本一致.通过研究能量损耗、电场分布和磁场分布揭示了吸波机理，分析表明该吸波体的宽频吸收效果源于三层结构产生的吸收带宽叠加.本文提出的吸波超材料具有良好的宽频吸收效果，尤其在低频范围吸波性能较佳，结合3D打印快速成型技术，可获得结构精细的三层吸波超材料，具有重要的实际应用价值和广阔的应用前景.
2018, 67 (23): 234302.
doi: 10.7498/aps.67.20181368
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民用及国防工业领域对工程材料结构提出了更高的应用需求.单一材料结构越来越难以满足实际应用需求，通过人工复合结构实现超常单一及多物理性能的超材料设计已经成为材料结构应用的重要发展方向.本文基于传统的蜂窝夹层结构，在其内部引入波纹结构，并在面板和波纹上分别进行微穿孔形成微穿孔蜂窝-波纹复合声学超材料，在其优异力学承载基础上，实现了低频段的宽频有效吸声降噪.应用微穿孔板吸声理论和声阻抗串并联理论，建立了微穿孔蜂窝-波纹复合声学超材料的吸声理论模型；发展了考虑黏热效应的声传播有限元模型，通过数值模拟验证了理论模型的准确性，并数值计算了声波在超材料微结构内的黏热能量耗散分布，发现超材料能量耗散主要集中于微穿孔处的黏性边界层；进一步开展了超材料吸声参数和尺度设计参数的分析讨论，阐明了不同尺度设计参数对超材料吸声性能的影响规律.本文工作对兼具力学承载与吸声降噪的新型材料结构设计有重要的理论指导价值.
2018, 67 (17): 170201.
doi: 10.7498/aps.67.20180584
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电极感应熔化气雾化（electrode induction melting gas atomization，EIGA）是一种制备超洁净无夹杂物的先进制粉技术，本文以粉末高温合金的氩气雾化过程为研究示例，对现有用于实际生产的国内某厂家提供的EIGA用非限制式喷嘴进行建模，采用商用计算流体力学软件FLUENT，分布采用欧拉-欧拉VOF （volume of fluid）多相流方法与欧拉-拉格朗日DPM （discrete phase model）离散相方法，对非限制式环缝喷嘴主雾化与二次雾化过程进行了数值模拟.通过对主雾化过程中多相流大涡模拟速度流场，主雾化过程中不同阶段高温熔体云图模拟以及二次雾化过程中TAB （Taylor analogy breakup）模型速度流场及TAB模型粒度分布的模拟研究，实现了对EIGA制粉技术中非限制式喷嘴雾化过程的全过程模拟，并预测了雾化后的粉末粒度分布.在此基础上，采用本文模拟使用的非限制式环缝喷嘴，设定与模拟条件一致（进气压力4 MPa，液流直径约4 mm）的实验条件，制备的粉末大部分颗粒的直径大小在100 μm左右，该实验结果与模拟得到的粉末直径D50=100 μm大小一致，进一步验证了模拟数据的合理性.该方法也适用于非限制式喷嘴里，其他金属或合金的雾化过的模拟研究.
2018, 67 (21): 214204.
doi: 10.7498/aps.67.20181227
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近年来，随着激光技术的快速发展，相继产生了多种在远距离传输后中心光斑保持不变的无衍射光束，包括贝塞尔光束、高阶贝塞尔光束、马丢光束、高阶马丢光束、余弦光束、抛物线光束以及艾里光束.无衍射光束在激光打孔、激光精密准直、光学精密控制、光学微操控、光通信、等离子体导向、光子弹产生、光通信、自聚焦光束的合成以及非线性光学等领域中有着广泛的应用.本文介绍了各类无衍射光束的数学表达式、产生方法及对应的实验结果；就无衍射光束的特性和应用进行了归纳和讨论；并对其在未来的研究与应用前景中发挥的重要作用进行了简要总结与展望.
2018, 67 (15): 157801.
doi: 10.7498/aps.67.20180979
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介绍了铁电光伏效应的发展历史和现状，通过与传统半导体p-n结光伏器件比较，旨在阐述铁电光伏器件非比寻常的优点和重要的应用前景.铁电光伏效应分为体光伏效应和反常光伏效应，多种物理机制已被发现，无疑为铁电光伏效应的提高指明了方向.还对钙钛矿氧化物、卤化物和双钙钛矿结构氧化物等铁电体中的光伏效应进行了阐述，讨论了通过引入新的自由度实现多功能性光伏器件的可能性.
2018, 67 (18): 184202.
doi: 10.7498/aps.67.20180692
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针对传统被动水下偏振成像方法忽略水体对光的吸收效应，成像结果中存在严重的色彩失真，且并未深入发掘利用背景散射光中包含的场景信息的问题.提出浅海被动水下偏振成像探测方法，该方法从水体中背景散射光的传输特性出发，分析场景深度信息与散射光的物理关系，建立基于深度信息的水下Lambertian反射模型，实现无色彩畸变的水下目标场景清晰成像探测.实验结果表明，该方法能够提供接近水下目标真实色彩、符合人眼视觉特性的清晰探测结果，提高水下成像探测能力.
2018, 67 (21): 213102.
doi: 10.7498/aps.67.20181228
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基于第一性原理的密度泛函理论和平面波超软赝势法，采用广义梯度近似算法研究了Sb，S两种元素共掺杂SnO2材料的电子结构与电学性质.电子结构表明：共掺杂后材料仍然为n型导电直接带隙半导体；电荷密度分布改变，S原子与Sn，Sb原子轨道电子重叠加剧.能带结构表明，Sb，S共掺SnO2在能带中引入新的能级，能带带隙相比于单掺更加窄化，费米能级进入导带表现出类金属特性.电子态密度计算结果进一步证实了电子转移的正确性：在价带中部，S原子轨道与Sn，Sb轨道发生杂化，电子转移加剧，价带顶部被S 3p轨道占据，提供了更多的空穴载流子，价带顶上移；随着S掺杂浓度的增加，带隙宽度继续减小，导带逐渐变窄，导电性能呈现越来越好的趋势.
2018, 67 (8): 084301.
doi: 10.7498/aps.67.20171963
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针对浅海信道下弹性结构声辐射预报尚无高效可靠的研究方法，提出了一种浅海信道下弹性结构声辐射快速预报的联合波叠加法.该方法结合了浅海信道传输函数、多物理场耦合数值计算法和波叠加法理论，运用该方法可对浅海信道下弹性结构辐射声场进行快速预报.经数值法和解析解法验证后，从信道下辐射源、环境影响和辐射声场测量的角度研究分析了浅海信道下弹性圆柱壳的声辐射特性，阐释了进行浅海信道下结构声辐射研究的必要性.研究结果表明，仅在低频浅海信道下弹性结构可近似等效为点源，信道上下边界对声场产生显著的耦合影响，高频段的空间声场指向性分布尤为明显，垂直线列阵进行信道下结构辐射声功率测量时，测量结果受到信道环境边界和潜深的影响较大.
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