中国科学技术信息研究所--国家工程技术数字图书馆

[学位论文] 胡深长春工业大学 2023年博士导师: 王鹏共199页

摘要 : 近年来，随着化工产业在全球市场上的竞争日益激烈，对于控制产品成本和提高质量的需求也越来越高。这种趋势促进了化工产业技术的不断优化和进步。结晶作为一种常见的化工技术，被广泛应用于产品的分离过程中。通过调控和优化结晶工艺，能够有效地改... 展开近年来，随着化工产业在全球市场上的竞争日益激烈，对于控制产品成本和提高质量的需求也越来越高。这种趋势促进了化工产业技术的不断优化和进步。结晶作为一种常见的化工技术，被广泛应用于产品的分离过程中。通过调控和优化结晶工艺，能够有效地改善上游产品的质量，并实现产品纯度和收率的提高。在结晶工艺开发过程中，固-液相平衡数据，即溶解度数据是一项重要的热力学基础数据。建立具有足够广度和精度的数据库对于结晶方式的选择、溶剂的筛选，以及过程的调控和优化具有十分重要的意义。为了满足对溶解度数据库广度的需求，涌现出大量关于溶解度数据预测的研究。其中，机器学习预测法作为前沿的溶解度预测方法受到广泛关注。L-精氨酸及其衍生物作为一类重要的生物活性物质，其固-液相平衡溶解度的测定和分析对于工业生产和药物研发具有重要的研究价值。虽然L-精氨酸及其衍生物在生物活性物质和医药领域得到广泛研究，但目前国内外尚缺乏对其固-液相平衡溶解度的深入研究和报道。针对以上情况，本文测定了L-精氨酸及其三种衍生物（L-精氨酸-L-焦谷氨酸盐、L-精氨酸-α-酮戊二酸盐、Nα-苄氧羰基-L-精氨酸）的固-液相平衡溶解度，采用X-射线粉末衍射法（PXRD）和热重分析-差热扫描量热法（TGA-DSC）表征了平衡固相，分析了溶质在不同体系中的溶解行为与溶剂化效应，并使用经典预测方法和机器学习预测方法预测了溶解度数据并分析了其热力学参数，具体研究内容如下：（1）对改进的静态称重法在适用性和准确性方面进行了验证，并通过控制变量法对体系达到平衡所需时间进行了测定。实验结果表明，实验值与文献值的相对偏差（RD）及平均相对偏差（ARD）都在合理范围之内，表明该方法可以较为准确地测定溶解度数据。此外，对全部溶质随机选取溶剂体系，通过控制温度、搅拌速度和压力等变量，逐渐延长搅拌时间的方法，测定了全部溶质在体系中达到溶解平衡所需的时间，结果表明，1小时的搅拌足以在各体系建立稳定的溶解平衡。（2）使用粉末X-射线衍射（PXRD）法和热重分析-差示扫描量热联用法（TGA-DSC）对L-精氨酸及其三种衍生物在不同溶剂体系中的平衡固相样品进行了表征。结果表明，L-精氨酸及其三种衍生物在部分所研究的溶剂体系中发生了晶体状态的改变。具体而言，L-精氨酸在甲醇体系；L-精氨酸-L-焦谷氨酸盐在水、异丙醇、丙酮、乙腈、乙酸乙酯、二氯甲烷以及正己烷溶剂体系和水+乙醇二元溶剂体系；Nα-苄氧羰基-L-精氨酸在甲醇、N,N-二甲基甲酰胺和正丁醇体系对应平衡固相的X-射线衍射图谱中均出现了与原料图谱明显不同的特征峰，这种现象说明在这些体系中的平衡固相发生了不同程度上的晶体状态的改变。其他所研究体系的平衡固相则未观察到晶型的改变。此外，TGA-DSC曲线表明，在测定溶解度的实验过程和干燥制备样品过程中，溶质都未经历热分解、熔融和熔融再结晶等固相状态的变化。（3）采用改进的静态称重法详细测定了L-精氨酸、L-精氨酸-L-焦谷氨酸盐、L-精氨酸-α-酮戊二酸盐及Nα-苄氧羰基-L-精氨酸在纯溶剂和二元溶剂体系中的溶解度。结果表明，对于纯溶剂体系，L-精氨酸及其三种衍生物的溶解度均随体系温度的上升而增大，且随体系的不同表现出不同的温度敏感程度。通过对这种溶解行为进行分析，可以筛选出溶解度随温度变化较大的体系作为冷却结晶工艺的合适溶剂。此外，对于二元溶剂体系，溶解度均随体系中正溶剂组成的占比提升和温度的升高而增大，且变化趋势各不相同。（4）从溶剂物性和Hansen溶解度参数两个角度，对L-精氨酸及其三种衍生物在不同体系中的溶解行为和溶剂化效应进行了分析和预测。从溶剂物性的角度分析可知，在全部体系中，溶剂极性对于溶质的溶解行为均起到主导的作用，但溶解行为并不完全与溶剂的极性大小顺序相符，除极性相互作用外，氢键相互作用、溶剂的内聚能密度以及分子结构也在不同程度上影响了体系的溶解行为。一方面，溶质分子与溶剂分子间的氢键相互作用在一定程度上促进了溶剂化的进行；另一方面，溶剂分子本身的内聚能密度则对溶质的溶剂化产生了抑制的作用，从而导致一些具有强极性的溶剂体系中出现了溶解度较低的现象。此外，计算了溶质和溶剂的Hansen溶解度参数，并进行了对比分析。结果表明，Hansen溶解度参数能够在部分溶剂体系中对溶解行为进行预测和分析，通过对比溶质的色散参数、氢键参数和极性参数可以在一定程度上加深对溶剂化过程主导因素的理解。然而，仅使用单一的参数对比并不能完全解释体系的溶剂化效应和预测溶解行为，还需结合多方面的影响因素综合分析。（5）对实验测得的溶解度数据分别使用经典热力学方法和机器学习与热力学耦合方法进行关联预测。分析表明，对于经典热力学方法，除Apelblat-Machatha模型外，其他五个热力学模型均能较好地关联预测溶解度。综合分析评价表明，修正的Apelblat模型和Yaws模型在纯溶剂体系中的拟合效果相当；对于温度固定情况下的二元混合溶剂体系，二维Jouyban-Acree模型表现优于二维Machatha模型；在三维模型方面，Apelblat-Jouyban-Acree模型的表现优于Apelblat-Machatha模型。同时，机器学习与热力学耦合预测模型也取得了良好的效果。对预测得到的溶剂化热力学参数进行了分析，结果表明，在全部纯溶剂体系中，溶质的溶剂化过程都是吸热、熵减、自发的。对于二元溶剂体系，溶解过程则多为焓驱动、吸热、非自发的。使用机器学习预测模型对L-精氨酸及其三种衍生物在温度为298K时的250余种溶剂中进行了无参比预测，并对预测结果与溶剂的经验极性参数ET(30)进行了关联分析。结果表明，预测的溶解度的对数值与溶剂的极性存在一定的关系。此外，还预测了L-精氨酸及其三种衍生物在298K下的升华焓ΔHsub,298K、气相热容Cpg298K、固相热容Cps298K。收起

关键词 : L-精氨酸衍生物溶解行为溶剂化效应溶解度预测热力学模型

2. L-脯氨酸及其衍生物的溶解行为与溶剂化效应研究

[学位论文] 邱靖萱长春工业大学 2022年博士导师: 王鹏共189页

摘要 : 近年来，企业对精细化工产品，尤其是药物产品的质量要求越来越高。然而，药物合成过程中引入的杂质和副产物不仅会对其药理作用和临床应用产生很大的负面影响，同时也会使下游生产工艺所产生的副产物对生态环境造成一定的污染。传统的化工分离单元操... 展开近年来，企业对精细化工产品，尤其是药物产品的质量要求越来越高。然而，药物合成过程中引入的杂质和副产物不仅会对其药理作用和临床应用产生很大的负面影响，同时也会使下游生产工艺所产生的副产物对生态环境造成一定的污染。传统的化工分离单元操作——结晶始终是提高目标产品的纯度和收率的重要手段，通过结晶分离可以有效地实现上游产品质量的提高。在结晶过程中，多组分固-液相平衡数据，即溶解度作为热力学基础数据显得尤为重要。庞大、准确的溶解度数据库不仅可以用来有效地指导结晶溶剂的筛选、结晶方式的选择以及结晶过程的调控和优化，对其所反映出的溶解行为的研究也有助于理解固-液相平衡中溶质与溶剂分子间相互作用的机理。L-脯氨酸及其衍生物均可作为药物合成的重要中间体，然而，纵观国内、外的小分子固-液相平衡研究领域，尚未发现有关于它们在溶剂体系中溶解行为的系统报道和研究。为此，本文展开了以下五个方面的研究：（1）验证了溶解度测定方法的可靠性和适用性，并测定了溶解平衡时间。验证实验的结果表明，实验值与文献值之间的相对偏差（RD）以及平均相对偏差（ARD）均在合理范围内，说明本文所采用的溶解度测定方法可以用来准确地测定L-脯氨酸及其五种衍生物在溶剂体系中的溶解度。溶解平衡时间的测定结果表明，各个体系达到固-液相平衡状态的时长均为1小时。（2）采用粉末X射线衍射和TG-DSC联用法表征了固-液相平衡体系中的固相状态。X射线衍射谱图表明，除N-乙酰-L-脯氨酸+乙腈体系外，平衡态固体的X射线衍射特征峰出现的位置均与原料相同，这说明除N-乙酰-L-脯氨酸在纯乙腈中的溶解过程中发生了固相转变外，其它溶解平衡体系中的固相均未发生同质多晶转变、溶剂化物的形成和晶态-非晶态转变等状态的改变。此外，TG-DSC曲线表明，溶质固体在溶解度测定的过程中未发生热分解、熔融以及熔融再结晶等固相转变。（3）采用改进的静态称重法系统地测定了L-脯氨酸及其五种衍生物在不同溶剂体系中的溶解度。实验结果表明，在纯溶剂体系中，L-脯氨酸及其五种衍生物的溶解度虽然都随着体系的绝对温度的升高而呈现出单调递增的趋势，但同一种溶质在不同溶剂中的溶解度对温度表现出不同的依赖性。对于二元溶剂体系，当温度一定时，大多数体系中溶质的溶解度随着二元溶剂中正溶剂含量的增加而单调递增，而L-脯氨酸+乙醇+丙酮、L-脯氨酸+乙醇+乙腈和L-硫代脯氨酸乙酯盐酸盐+乙醇+乙酸甲酯三个体系的溶解度曲线出现了协同溶剂化效应；当溶剂组成一定时，所有体系中的溶解度都与温度呈正相关关系。（4）讨论了L-脯氨酸及其五种衍生物的溶剂化效应。对于不同溶剂体系中同一溶质的溶解行为，从溶解度与溶剂极性之间的关系上可以看出，除L-羟基脯氨酸和L-硫代脯氨酸外，L-脯氨酸及其衍生物的溶解行为由溶剂的极性主导。通过分析溶解度与溶剂的其它性质的关系可知，溶质-溶剂分子间较强的氢键相互作用和相似的基团都能够在一定程度上促进溶质的溶剂化过程，而较大的内聚能密度、空间位阻和粘度可抑制溶质的溶剂化过程。此外，在部分体系中还出现了特殊的溶解行为，包括溶解度曲线的交叉和协同溶剂化效应，产生的原因都可以归结为溶剂-溶质与溶剂-溶剂相互作用之间的竞争关系。对于同种溶剂中不同溶质的溶解行为，通过分析由溶质的构-效关系决定的溶剂化效应可知，溶质分子的大小、与溶剂分子相似的结构（基团）以及疏水基团的数量和大小的差异都会导致不同的溶解行为。（5）采用半经验的热力学模型对溶解度数据进行了拟合，并对拟合效果进行了评价。拟合和计算结果表明，所有模型拟合溶解度数据所得到的计算值均与实验值吻合良好。对于纯溶剂体系而言，修正的Apelblat模型与Yaws模型的拟合结果相似，且多数情况下拟合效果略优于Yaws模型；对于温度一定的二元溶剂体系溶解度模型拟合效果来说，Jouyban-Acree模型优于Machatha模型；而对于二元溶剂体系中溶解度的三维模型拟合来说，Apelblat-Jouyban-Acree模型相比于Apelblat-Machatha模型能够表现出较好的拟合效果。收起

关键词 : L-脯氨酸衍生物溶解度测定固相状态溶剂化效应热力学模型

3. 基于生活方式建构的毗邻隔离住区更新设计研究

[学位论文] 齐爱玲长春工业大学 2023年硕士导师: 林慧颖共181页

摘要 : 我国社会发展延续及城市化进程实施的同时，社会贫富差距增加且人员混住和聚居现象频发，毗邻隔离住区的概念也随之被提出。它是在城市更新的快速过程中出现的一种特殊类型的城市既有居住区，因毗邻隔离问题涉及到城市规划学、景观学、社会学等多学门... 展开我国社会发展延续及城市化进程实施的同时，社会贫富差距增加且人员混住和聚居现象频发，毗邻隔离住区的概念也随之被提出。它是在城市更新的快速过程中出现的一种特殊类型的城市既有居住区，因毗邻隔离问题涉及到城市规划学、景观学、社会学等多学门科融合。20世纪80年代以来，城市居住隔离现象与日俱增，这引发并促进了居住隔离相关问题的研究，我国毗邻隔离住区的相关研究正处于起步阶段，国外则更多将着眼点放在了隔离问题本身上，因此缺乏系统化的理论研究体系与理论视角。目前我国相关毗邻隔离住区的研究多为对隔离路径或影响的分析，在提出解决隔离的策略方面，缺少系统化、策略性的、针对某一具体毗邻隔离住区进行设计的实证研究。对于这种情况，本文引入有机更新理论设计方法，在生活方式视角下从景观设计方向出发，对朝阳毗邻住区进行更新设计，以人作为串联街区活力的媒介，辩证的推导了人与场所之间的关系，并通过人群惯性化行为运作的基础，即由空间-道路-设施等多因素构成的职能网络，来提出运用了兴趣点，人员活动热力图等评价方式，通过图表说明了毗邻隔离住区影响居民生活方式的因素。文章以人的行为轨迹作为带动POI设施点周边活力、及街区业态分布特征的重要因素，提出以有机更新使场地初步转型——再由场地再次影响人群生活方式及行为轨迹——回环式使人群行为轨迹反复参与至景观节点与POI设施点中，以人群聚合带动周边活力上升，平衡业态混合比，最终促成场地性质大转型的毗邻隔离住区有机更新设计策略体系。从人的行为和生活需求等方面，科学评估场地活力大小，公共空间分布状况，建筑基本属性陈列等，将这些分析结果叠加，结合实地考察研究分析，提出有机更新设计策略，最终得到住区毗邻特性被纾解后，更加适宜生活居住环境。通过提出毗邻隔离住区有机更新设计策略，扩充生活方式理论范畴，为多学科融合做铺垫。收起

关键词 : 毗邻隔离住区有机更新理论景观设计生活方式

4. 基于微分博弈的可重构机器人系统最优人机交互控制研究

[学位论文] 安天骄长春工业大学 2023年博士导师: 董博共181页

摘要 : 随着工业4.0进程的不断推进，机器人产业的发展与技术的提升已经成为我国制造业由“劳动密集型”向“技术密集型”转变的重要突破口，担负着国家高新科技实力“弯道超车”的重要使命，对我国经济体制转型与高精尖制造业的发展起到举足轻重的作用。近年... 展开随着工业4.0进程的不断推进，机器人产业的发展与技术的提升已经成为我国制造业由“劳动密集型”向“技术密集型”转变的重要突破口，担负着国家高新科技实力“弯道超车”的重要使命，对我国经济体制转型与高精尖制造业的发展起到举足轻重的作用。近年来，随着人与机器人共享工作空间的不断增大，人们迫切期待能够与机器人通过密切的肢体接触实现安全、和谐的人机交互(Human-RobotInteraction,HRI)，将人的机动性、适应性和解决问题的灵活性与机器人的力量、耐久性和运动的精确性结合起来，精准高效的完成人机交互牵引、装配与运输等工作。可以预见的是，在当前“十四五”规划的指引下，在全面实现“中国制造2025”战略目标的决胜时期，在坚持“以人为本”思想发展机器人产业的进程中，面向人机交互的机器人系统将占据极其重要的战略地位。尽管目前多种机构类型的机器人系统在人机共融环境下作业的安全性与精确性已经得到了极大的提升。然而，现有的面向人机交互的机器人还存在一个共同的缺点，即是难以根据不同的人机交互环境与任务需求来改变自身的构形配置与工作模式，而现有的能够在复杂环境下完成多种人机协同作业任务的机器人大多被设计成具有庞大的尺寸及足够多的自由度，这种设计不但使得机器人造价昂贵，而且会降低机器人的稳定性与控制精度。可重构机器人(ReconfigurableRobotManipulator,RRM)是一类具有标准模块与接口，可根据不同的任务需求对自身构形进行重新组合与配置的机器人。根据“模块化”与“可重构”的设计理念，可重构机器人的每个关节模块均包含了通讯、传感、驱动、控制等单元，通过对这些模块进行重新配置可以使机器人呈现多种装配构形来完成不同的工作任务，从而表现出传统机器人所不具有的优势。近年来，可重构机器人系统在装配、焊接、涂胶、分拣等工业生产领域已经得到了广泛的应用，更为可喜的是，由于可重构机器人所独有的“结构柔性”及“低成本、高效率、易维护”的特性，使得其尤为适合在深空探测、极地探险、灾害救援等作业任务难以预知、行进载荷受限的复杂环境下完成人和机器人协同作业任务。因此，本文针对基于微分博弈的可重构机器人系统最优人机交互控制方法展开深入的研究以及探讨，全文的主要内容包括： 1、阐述了论文的研究背景及意义，对可重构机器人国内外的发展现状及其控制方法等相关技术进行综述。 2、考虑可重构机器人系统是否存在谐波传动装置的情况，建立了基于牛顿-欧拉迭代算法以及关节力矩反馈方法的多自由度可重构机器人系统动力学模型，并详细分析其摩擦力、交联耦合项、扰动力矩等性质。针对机器人系统的每一个模块建立其子系统模型并列写状态空间方程，为后续章节的控制方法做出铺垫。 3、基于零和微分博弈策略，研究了可重构机器人系统分散自学习优化控制方法。将机器人系统的控制律以及不确定扰动分别作为零和微分博弈中的“局中人”，通过单评判网络策略迭代以及执行-评判-辨识网络得到系统的自学习优化控制策略，并通过李雅普诺夫理论证明系统的稳定性。 4、将可重构机器人系统的每一个模块视为非零和博弈中的一个参与者，建立基于模糊逻辑非零和微分博弈的可重构机器人系统近似最优控制策略。采用事件触发机制降低了机器人系统的采样频率，值迭代方法摆脱了传统策略迭代所需的容许控制策略，利用模糊逻辑系统处理未知的机器人动力学模型，并通过执行-评判网络得到耦合的哈密顿-雅克比(Hamilton-Jacobi,HJ)方程的解，从而得到所需求解的近似最优控制律。 5、在人机协作任务中，人和机器人系统通过合作共同完成特定任务，根据合作微分博弈策略，将可重构机器人系统的最优控制问题转化为多子系统的合作博弈优化控制问题。采用自适应动态规划(AdaptiveDynamicProgramming,ADP)算法，求解人机交互任务下耦合的哈密顿-雅克比-贝尔曼(Hamilton-Jacobi-Bellman,HJB)方程，满足系统的Pareto均衡，进而得到机器人系统的最优控制律。 6、针对以人为主导的可重构机器人系统，将人视为领导者，可重构机器人系统作为跟随者，将人机交互最优控制问题转化为基于Stackelberg博弈的分层最优交互控制问题。根据近似动态规划算法，利用评判神经网络分别获得领导者和跟随者的耦合代价函数，从而求取近似最优控制策略。最后对全文的工作进行总结，并对后续研究内容进行展望。收起

关键词 : 可重构机器人微分博弈人机交互最优控制自适应动态规划

5. 科创板上市公司高管变更与高管持股对股价波动的影响

[学位论文] 程蜜蜜长春工业大学 2022年硕士导师: 张玉智共166页

摘要 : 本篇文章研究科创板上市公司高管变更与高管持股对股价波动的影响。科创板助力符合国家创新驱动发展战略的企业创新。科创板高管不仅为公司经营业绩和决策成果负责，更是引导公司技术创新的核心人物。科创板高管变更作为上市公司披露的重要事项，对股... 展开本篇文章研究科创板上市公司高管变更与高管持股对股价波动的影响。科创板助力符合国家创新驱动发展战略的企业创新。科创板高管不仅为公司经营业绩和决策成果负责，更是引导公司技术创新的核心人物。科创板高管变更作为上市公司披露的重要事项，对股票价格产生一定的影响。对科创板高管实行股权激励可以引导高管将个人短期利益和公司长远利益相结合，促使企业和技术团队提高研发质量，也能够通过股权激励的方式降低公司的代理成本。因此本篇文章具有一定的研究意义。但目前学者对于科创板的研究仅包括科创板制度创新、科创板与其他市场之间关系，对于科创板上市公司股价波动的研究，从高管变更与高管持股方面的高管行为角度的研究不多，更多的是从科创板制度、市场反应和市场信息角度进行研究。因此本篇文章借鉴学者研究其他市场高管变更与高管持股对股价波动影响的研究思路，创新研究视角与研究方法，对科创板上市公司高管变更与高管持股对股价波动影响进行研究。本篇文章选取科创板上市公司作为研究对象，运用stata15进行实证研究。选取股价波动为被解释变量，高管变更与高管持股为解释变量，选取公司规模、公司盈利能力、公司透明度、投资者信任为控制变量，选取公司性质、兼任与否、在任与否的属性因素为虚拟变量，通过面板数据模型中多期DID模型、时点固定效应模型和变系数面板数据模型分析得出相应结论：在不考虑其他属性因素的情况下，科创板上市公司高管变更与股价波动反方向变化，高管持股与股价波动同方向变化；在考虑公司性质、兼任与否和在任与否的情况下，科创板上市公司高管变更与高管持股对股价波动的影响效果发生显著变化，国有企业高管变更与高管持股对股价波动影响效果截然相反，兼任高管变更与高管持股对股价波动影响效果都是相较于非兼任情况进一步增强，在任高管变更与高管持股对股价波动影响都是相较于离任情况进一步稳定。最后根据所得结论站在科创板上市公司和科创板投资者角度提出针对性建议。收起

关键词 : 上市公司高管变更高管持股股价波动

6. 基于群智能优化算法的带钢表面缺陷图像处理方法研究

[学位论文] 张洪博长春工业大学 2021年博士导师: 岳晓峰共166页

摘要 : 带钢在机械制造、汽车工业、航空航天和仪器仪表等行业应用广泛。近年来，随着生产设备的升级、改造，带钢的尺寸精度、形状精度和力学性能均得到了较好的控制，然而带钢表面缺陷引起的质量事故时有发生，给生产企业造成了严重的经济损失。机器视觉技... 展开带钢在机械制造、汽车工业、航空航天和仪器仪表等行业应用广泛。近年来，随着生产设备的升级、改造，带钢的尺寸精度、形状精度和力学性能均得到了较好的控制，然而带钢表面缺陷引起的质量事故时有发生，给生产企业造成了严重的经济损失。机器视觉技术能够实现带钢表面缺陷快速、全面的检测，已成为保证带钢表面质量的重要手段。作为该技术的核心环节，带钢表面缺陷图像处理方法性能的优劣直接影响最终检测结果，因此受到了相关学者和工程技术人员的高度关注。目前，群智能优化算法已经在带钢表面缺陷图像处理中得到了成功的应用，但普遍存在算法探索能力差、收敛速度慢及搜索精度低等问题，进而影响图像处理效果。因此，本文对蚁狮算法（Ant Lion Optimizer,ALO）、蝙蝠算法(Bat Algorithm,BA)和蝗虫算法(Grasshopper Optimization Algorithm,GOA)进行了深入、系统的分析，并提出了改进蚁狮算法（Improved Ant Lion Optimizer,IALO）、自适应蝙蝠算法（Adaptive Bat Algorithm,ABA）和主成分蝗虫算法（Grasshopper Optimization Algorithm with Principal Component Analysis,PCA-GOA），分别应用于带钢表面缺陷图像增强、图像分割和图像分类领域。本文主要研究内容包括以下几个方面：（1）提出了一种基于IALO算法的带钢表面缺陷图像增强方法。针对ALO算法探索能力差、搜索精度低的问题，提出了三种策略进行改进。首先，设计了一种Lagrange惯性权重，更好地平衡了算法探索搜索和挖掘搜索之间的关系；其次，提出了一种随机扰动入侵杂草策略，通过分段作用的方法与ALO算法结合，既避免了计算量的过度增加，又提升了算法的搜索性能；最后，提出了一种自适应局部搜索策略，提高了算法的收敛速度。通过IALO算法与局部/全局图像增强模型(Local/global Enhancement,LGE)结合，完成了带钢表面缺陷图像增强任务。实验结果表明，与常用图像增强方法相比，本文提出的带钢表面缺陷图像增强方法能够较好地提高图像对比度、凸显缺陷细节；与同类算法相比，IALO算法在解决带钢表面缺陷图像增强问题中优势明显。（2）提出了一种基于ABA算法的带钢表面缺陷图像分割方法。针对BA算法自适应性差、搜索精度低的问题，提出了四种策略进行改进。首先，设计了一种智能惯性权重，该权重可以根据迭代次数和适应度值，智能地调节蝙蝠的飞行速度；其次，提出了一种Beta分布策略，通过蝙蝠搜索频率的自适应调整，实现了算法搜索性能的提升；再次，对局部搜索策略进行了改进，只有适应度值较差的蝙蝠，才能以一定的概率进入局部搜索，进一步提升了算法的搜索性能；最后，提出了一种精英交叉策略，通过对当前迭代最优解和全局最优解的交叉操作，实现了算法挖掘能力的提升。通过ABA算法与最大类间方差法（Otsu）结合，完成了带钢表面缺陷图像分割任务。实验结果表明，与常用图像分割方法相比，本文提出的带钢表面缺陷图像分割方法可以较好地分割出缺陷目标；与同类算法相比，ABA算法在解决带钢表面缺陷图像分割问题中具有更好的搜索性能。（3）提出了一种基于PCA-GOA算法的带钢表面缺陷图像分类方法。针对GOA算法探索能力差、越界蝗虫处理方式不合理的问题，提出了三种策略进行改进。首先，提出了一种改进自适应参数，使适应度值较差的蝗虫具有较长的移动距离，并通过参数补偿机制，实现了算法探索能力的灵活调整；其次，通过主成分分析法（Principle Component Analysis,PCA）生成不相关的蝗虫个体取代低质量个体，提升了算法的搜索性能；最后，设计了一种指数边界变异策略，该策略可以将越界蝗虫逐渐放置到边界附近，提升了越界蝗虫的处理水平。通过PCA-GOA算法与支持向量机（Support Vector Machine,SVM）结合，完成了带钢表面缺陷图像分类任务。实验结果表明，与常用图像分类方法相比，本文提出的带钢表面缺陷图像分类方法具有更高的分类准确率；与同类算法相比，PCA-GOA算法在解决带钢表面缺陷图像分类问题中具有显著优势。（4）为测试本文提出的带钢表面缺陷图像处理方法在真实环境下的使用效果，搭建了带钢表面缺陷图像处理方法性能测试系统，分别对基于IALO算法的带钢表面缺陷图像增强方法，基于ABA算法的带钢表面缺陷图像分割方法和基于PCA-GOA算法的带钢表面缺陷图像分类方法进行性能测试。测试结果表明，在真实环境下本文提出的带钢表面缺陷图像处理方法较其它对比方法具有显著优势。最后，结合本文的研究成果，开发了基于群智能优化算法的带钢表面缺陷图像处理系统。收起

关键词 : 带钢表面缺陷图像处理群智能优化算法

7. 基于多金属氧簇的光致变色软材料的制备、性能研究及应用

[学位论文] 杨永祺长春工业大学 2019年博士导师: 高光辉共166页

摘要 : 光致变色材料，因其在紫外光的照射下能够发生显著且可逆的颜色变化，而在光学器件、化学传感、存储、防伪等领域有着诸多重要的应用，多年来相关研究层出不穷。尤其近几年来，凝胶、功能膜等光致变色软材料在信息存储、无墨打印以及可擦写纸张等方面... 展开光致变色材料，因其在紫外光的照射下能够发生显著且可逆的颜色变化，而在光学器件、化学传感、存储、防伪等领域有着诸多重要的应用，多年来相关研究层出不穷。尤其近几年来，凝胶、功能膜等光致变色软材料在信息存储、无墨打印以及可擦写纸张等方面的应用更是吸引了广大科研人员的兴趣。目前的光致变色单元主要以偶氮苯、二芳基乙烯或螺吡喃等为代表的有机分子和多金属氧酸盐（POM）、过渡金属氧化物等无机材料为代表。这两大类变色单元在性能上各有优劣：基于有机变色单元的光致变色材料其响应速度快，颜色多样，但稳定性尚有不足；基于无机变色单元的光致变色材料稳定性很好，可耐受多次变色褪色循环，但响应速度慢，颜色较单一。无机材料在稳定性上较有机材料表现出一定的优势，但许多基于三氧化钨等金属氧化物的无机变色单元因溶解性较差，难以良好分散，这限制了其在复合材料方面的应用。在无机光致变色材料中，POM因表面带有稳定的负电荷，其溶解性较好且易于与带正电荷的材料复合而成为无机变色材料中的一个较优选择。它能够耐受一定的电子得失而不会导致分子结构发生显著变化，这使得它能够实现稳定的可逆光致变色过程。重要的是，它应用广泛，相对廉价易得，这有利于未来此类光致变色材料在工业上的大规模生产。因此，我们以价格低廉，应用广泛的钼酸铵[(NH4)6Mo7O24]（Mo7）为光致变色单元，设计了一系列光致变色软材料。本论文中，我们利用Mo7表面的负电荷，与不同带正电荷的高分子材料复合，得到了一系列具有光致变色性能的凝胶和膜材料，并探索了它们的应用，具体研究内容如下：第一，我们将Mo7引入到聚丙烯酰胺（PAAm）水凝胶当中，得到了具有快速光致变色性能的水凝胶材料。这种水凝胶透明性好，可快速光致变色。其光致变色程度能够通过对紫外光照射时间和强度的控制而精确调控。其在O2的作用下能够发生褪色，同时温度和O2浓度的升高能够加快褪色过程。通过温度的控制能够精确的控制褪色时间。这种水凝胶材料能用于显示并存储图像、文字等传统信息，也能够用来存储二维码、二进制数据等数字信息。这种水凝胶具有柔性和可拉伸性，且抗应力疲劳，在50%的应变下连续循环拉伸1000次力学行为不会发生变化，水凝胶本身也不会发生永久形变。这使得其在存储信息时不会因形变导致信息损失。这些存储的信息可擦除重写，也可通过烘干或冷冻的方法实现长期保存。通过对光致变色过程的精确控制，在存储二进制信息时可实现存储密度的成倍提高。这种水凝胶还在光学防护材料以及可调式光学滤镜等方面有一定的应用前景。第二，在前一工作的基础之上，我们通过使用疏水缔合PAAm网络和明胶得到了一种强韧型光致变色水凝胶。这种水凝胶的强度同前一工作相比，断裂应力提高了16倍。其连续压缩性能好，在90%的应变下连续压缩5次，其力学性能和形状不发生显著变化。我们通过循环拉伸的手段对水凝胶高机械强度的原理进行了研究，表明明胶在水凝胶的高强度表现中起到了重要作用。这种水凝胶具有较好的光致变色性能，能够在表面形成文字或图案。用适当的还原剂能够在水凝胶表面书写出多种颜色的字迹。这种水凝胶展现了在无墨打印方面的应用，在未来有作为书写和打印介质的潜力。第三，我们将Mo7引入到明胶中制备了一系列光致变色膜，通过改性剂三乙二醇（TEG）加入量的控制可调控膜的各项性能。这些膜有较高的机械强度，好的透明性和快速光致变色的能力。TEG的加入降低膜的力学性能的同时提高了透明性和变色性能，且TEG含量的变化对膜光致变色后的颜色也能够产生影响。膜变色后在室内环境下会缓慢的褪色，但在湿润环境下加热能够使褪色过程加快。这种膜可作为日常书写介质，可兼容常见的油性墨水笔和水性墨水笔。同时，利用不同的试剂在膜上进行书写能够实现日常书写、防伪及加密等功能。同时，这种膜还能够兼容常见的多种打印机，并能够实现高分辨率的“光打印”过程，能够在微米尺度下显现出图案等信息。这种膜可循环擦写，可自修复，可再生，在可重复利用方面展现出优势。这种膜能够像传统纸张一样应用同时还具备传统纸张不具备的功能，在取代传统纸张成为新一代书写与打印介质方面有着显著优势。第四，在上一部分工作的基础之上我们尝试寻求一种策略能够同时实现膜的可擦写性和长期稳定显色。聚乙烯醇（PVA）的引用能够使得PVA上的羟基与Mo7之间发生氢键作用，这可能是降低膜光致变色性能的同时延长膜的着色时间的主要原因。同上一部分研究相同，在湿润的环境下加热能够显著加快褪色过程。这一部分工作为设计同时具有可擦写性能和长期着色性能的光致变色材料提供了新的解决方案，并为未来可擦写纸张的发展有一定借鉴意义。在本论文中，我们以Mo7为主体，得到了一系列低成本、快速响应的光致变色凝胶和膜材料。这些材料在存储、无墨打印等方面具有一定的应用前景。在未来取代传统纸张成为新的书写和打印介质等方面也展现出一定的优势。本论文的研究工作进一步推动POM类材料在光致变色领域的研究进展，对未来可擦写智能材料的设计也具有借鉴意义。收起

关键词 : 光致变色多金属氧簇水凝胶功能膜可擦写纸

8. 基于白藜芦醇的生物基环氧树脂合成、固化及其碳纤维复合材料性能研究

[学位论文] 尚垒长春工业大学 2018年博士导师: 敖玉辉共164页

摘要 : 碳纤维复合材料（CFRP）是一种高比强度、高比模量的先进复合材料，以其优越的耐高低温性能，耐腐蚀性能，导电性和导热性，以及良好的 X 光透光性和生物相容性在航天航空、建筑补强、交通运输和医疗器械等领域得到广泛应用。环氧树脂具有良好的机械性... 展开碳纤维复合材料（CFRP）是一种高比强度、高比模量的先进复合材料，以其优越的耐高低温性能，耐腐蚀性能，导电性和导热性，以及良好的 X 光透光性和生物相容性在航天航空、建筑补强、交通运输和医疗器械等领域得到广泛应用。环氧树脂具有良好的机械性能、耐化学药品性能、电绝缘性能以及优异的粘接性能和尺寸稳定性，是 CFRP 在高技术领域的首选基体树脂。而应用最广泛的双酚 A 型环氧树脂（DGEBA）由于其合成单体双酚A对人类的健康存在极大的威胁，已在多个国家和地区被禁止用于食品及与人体接触领域，尤其是医疗器械领域，因此实现无毒化合物对双酚 A 在环氧树脂应用领域的替代具有重要意义。近年来，随着人们的环保意识不断增强，石油的价格存在不确定性，生物基环氧树脂成为了研究的热点。近年来，可与碳纤维复合的生物基环氧树脂由于其拥有绿色环保、可再生、永不枯竭、来源广泛、储量丰富等特点，逐渐引起了广泛关注。但不同种类的生物基环氧树脂由于其原料和分子结构的局限，很难兼顾力学性能、热稳定性及可加工性能。因此，研发一种无毒、绿色环保，同时又能拥有较好的力学性能、热稳定性的树脂具有十分重要的意义。同时，对于复合材料而言，树脂流动性必须满足实际应用的需要，树脂实现中低温快速固化是重要的发展趋势。那么在保证复合材料力学性能的前提下，使树脂黏度适中易于加工，并具有较低活化能从而可实现快速固化对生物基树脂同样是一项亟待解决的难题。因此，本论文从分子设计出发，采用含有反式二苯乙烯结构的生物基多酚化合物白藜芦醇为反应单体合成环氧树脂(TGER)，研究了 TGER 的固化反应动力学机理，描述其固化反应过程；以TGER为树脂基体制备了CFRP，详细研究了CF/TGER复合材料性能及树脂体系粘度对CF/TGER复合材料性能的影响；最后从界面设计角度出发，对碳纤维表面官能化处理，提高了CF/TGER复合材料的界面剪切性能和机械性能。论文主要内容如下：（1）从分子设计角度出发，以白藜芦醇为环氧树脂反应单体合成了新型生物基环氧树脂，以二氨基二苯基甲烷(DDM)、二氨基二苯基砜（DDS）和甲基四氢邻苯二甲酸酐(MeTHPA)为固化剂制备了生物基环氧树脂聚合物。对树脂基体性能进行了一系列表征，采用非等温DSC方法，确定了TGER/DDM，TGER/DDS和TGER/MeTHPA固化体系的工艺条件，通过纳米压痕和热失重分析研究了各固化体系聚合物的机械性能和热稳定性。结果表明，我们合成了一种具有高环氧值的，窄分子量分布及较低粘度的新型生物基环氧树脂，TGER/DDM、TGER/DDS、TGER/MeTHPA聚合物具有较高的刚性和热稳定性，三种体系热分解温度均大于270℃。（2）采用非等温 DSC 法和等温DSC法结合红外光谱研究TGER/DDM体系的固化反应动力学过程，通过非等温 DSC方法研究了固化反应过程，计算得到固化反应活化能为 59.32 kJ/mol。采用Kissinger方程计算TGER/DDM体系固化动力学参数，模型验证表明Kamal自催化模型可以较好的描述TGER/DDM体系的固化动力学过程。考查了 TGER 与 DGEBA 混合的系列聚合物动态机械性能、力学性能和热稳定性，结果表明TGER/DDM的Mc值为851 g/mol，比DGEBA/DDM的交联密度高，在室温下表现出更高的储能模量，Tg为148±0.8℃，同时具有较好的热稳定性和机械性能。（3）采用VARI成型工艺制备出了CF/TGER系列复合材料，研究了固化剂DDM与4,4’-二氨基-3,3’-二乙基二苯甲烷（DEDDM）对树脂体系粘度及CF/TGER系列复合材料的性能的影响；稀释剂正丁基缩水甘油醚（BGE）的最佳配比及对CF/TGER复合材料的性能的影响。体系粘度测试表明，DEDDM 作为固化剂降低了体系粘度，在25℃下仅为0.8 Pa.s，在中高温固化条件下TGER/DEDDM适用期变长；树脂混合体系随着TGER含量增加，凝胶时间减小。CF/TGER/DDM与CF/TGER/DEDDM具有良好的机械性能和热稳定性。以TGER/DDM为基体，随着BGE含量增加，TGER的粘度下降，树脂体系的适用期变长；当BGE含量为15%时，复合材料弯曲强度和拉伸强度最佳，分别为649 MPa和559 MPa；随着BGE含量的增加，CF/TGER的热分解温度先增大后降低。（4）通过原位聚合衣康酸接枝乙二胺（IA-EDA）改性处理CF方法，既保持了碳纤维的原有拉伸性能，又增强了CF与TGER基体的界面粘合性能。通过X射线光电子能谱分析（XPS）和红外（FT-IR）表征证明了原位聚合IA-EDA成功接枝到CFs表面。扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）测试观察，显示了聚衣康酸保护层均匀覆盖CF表面，表面粗糙度明显增强。单纤维拉伸强度测试显示CF的拉伸性能增加5.0％。CF和TGER之间的界面剪切强度（IFSS）和机械性能测试结果表明，与原始CF（38.1 MPa）复合材料相比，CF-IA-EDA复合材料（46.7 MPa）的IFSS明显提高了44.6％。同时，功能化后CF/EP复合材料的机械性能也有显着提高，其中处理后的CF增强TGER树脂复合材料弯曲强度提高18.5％，弯曲模量也有较大提升；拉伸强度提高到506.3 MPa，杨氏模量增加22％。收起

关键词 : 白藜芦醇生物基环氧树脂固化动力学碳纤维复合材料机械性能耐热性能界面性能

9. 基于纳米纤维的三维酞菁铜膜制备及室温NO2气体传感性能

[学位论文] 王璐长春工业大学 2021年博士导师: 王丽娟共163页

摘要 : 对于有机场效应晶体管(OFETs)气体传感器，导电沟道通常集中在有机半导体(OSCs)层底部的几个分子层内，靠近OSCs和电介质之间的界面。因此，传统OFETs气体传感器受到平面OSCs层结构的影响，气体分析物与导电沟道之间难以快速接触和相互作用。从而传感... 展开对于有机场效应晶体管(OFETs)气体传感器，导电沟道通常集中在有机半导体(OSCs)层底部的几个分子层内，靠近OSCs和电介质之间的界面。因此，传统OFETs气体传感器受到平面OSCs层结构的影响，气体分析物与导电沟道之间难以快速接触和相互作用。从而传感性能通常呈现慢响应、难回复等缺点，无法实现低浓度探测的实际需求。为了提高传感性能，本论文结合静电纺丝法、真空蒸镀法和溶液旋涂法，调控OSCs层的微/纳米结构，制备了具有三维吸附结构的OSCs气敏层，提高了分析气体的吸附与解吸附的效率。对比研究了OSCs层形貌对传感器敏感性的影响，阐明在分析气体中导电沟道电荷传输及响应机制，为柔性有机传感器的应用和发展提供科学依据。 (1)蒸镀CuPc/PVA DNFs膜的制备及气敏性能采用真空蒸镀法将酞菁铜(CuPc)分子蒸镀在电纺聚乙烯醇(PVA)无序纳米纤维(DNFs)支架上，制备了具有三维结构的蒸镀CuPc/PVA DNFs膜。该传感器对浓度为20ppm的NO2气体的相对响应度为12391%。响应和回复时间分别为3.5min和2.5min。回复率为98%，基线漂移很轻微。灵敏度为829%/ppm。检测限(LOD)为0.5ppm。同平面结构蒸镀CuPc膜传感器相比，性能提升明显。 (2)蒸镀CuPc/PVA ONFs膜的制备及气敏性能使用带有倾斜狭缝的电纺接收板，制备了PVA有序纳米纤维(ONFs)。将CuPc膜蒸镀在PVA ONFs上，制备了具有规则三维结构的蒸镀CuPc/PVA ONFs膜。该传感器的响应和回复更迅速，对浓度为20ppm NO2气体的相对响应度为952%。响应和回复时间均为0.03min。回复率为99.9%。LOD为0.3ppm。气敏性能提升明显，响应和回复速度加快，回复率和LOD进一步提高。 (3)电纺CuPc:PMMA NFs的制备及气敏性能为了实现酞菁材料在柔性传感领域的应用，使用溶液处理的静电纺丝法制备的电纺酞菁铜:聚甲基丙烯酸甲酯(CuPc:PMMA)纳米纤维(NFs)。该传感器对20ppm的NO2气体的相对响应度为248%。响应和回复时间分别为5.64min和10min。回复率为60%。灵敏度为7%/ppm。LOD为1ppm。该传感器的性能略有提升。可能是由于PMMA包裹了部分CuPc材料，使气敏层暴露不完全所致。 (4)旋涂CuPc膜的制备及气敏性能为了提高酞菁材料在柔性传感领域的性能，使用溶液旋涂法制备了旋涂CuPc膜。CuPc溶液浓度为75mg/mL的膜最为连贯。该传感器对20ppm的NO2气体的相对响应度为32797%。响应和回复时间分别为4.55min和2.97min。回复率为80%。灵敏度最大，为1492%/ppm。LOD为0.3ppm。 (5)旋涂CuPc/PVA ONFs膜的制备及气敏性能在PVA ONFs上旋涂CuPc膜，制备了带有规则三维结构的旋涂CuPc/PVA ONFs膜。该传感器对20ppm的NO2气体的相对响应度为12942%。响应和回复时间分别为2.6min和3.84min。回复率为90%。灵敏度为611%/ppm，LOD为0.2ppm，性能进一步提高。总之，通过利用纳米纤维来调控CuPc气敏层的微/纳米结构，使基于CuPc材料的气体传感器的性能得到不同程度的提升，方法简单可行，效果明显。为基于有机半导体材料的气体传感器的进一步研究和发展提供了有价值的参考。收起

关键词 : 气体传感器酞菁铜膜纳米纤维制备工艺气敏性能

10. 基于变分模态分解与深度森林的复杂数据预测研究

[学位论文] 徐定鑫长春工业大学 2022年博士导师: 秦喜文共161页

摘要 : 复杂的非线性、非平稳数据分析已成为现代统计学和数据科学领域研究的热点问题，探求复杂时序数据的自适应数据分解、变量选择和统计学习方法，具有重要的理论意义和应用价值。如何挖掘数据的关键信息，建立高效的预测方法实现精准推断，是一项重要且... 展开复杂的非线性、非平稳数据分析已成为现代统计学和数据科学领域研究的热点问题，探求复杂时序数据的自适应数据分解、变量选择和统计学习方法，具有重要的理论意义和应用价值。如何挖掘数据的关键信息，建立高效的预测方法实现精准推断，是一项重要且具有挑战性的研究。本文以非线性非平稳的时序数据为研究对象，以自适应分解和机器学习理论为核心，构建新的深度森林方法，为丰富和发展数据科学方法提供有力的理论支撑。本文主要研究内容包括：（1）提出改进哈里斯鹰算法优化的正则化变分模态分解方法。变分模态分解在变分方程构造过程中使用的岭回归惩罚，以放弃无偏性，降低精度为代价，而导致分解后重构的准确度不佳。针对这一问题，提出了正则化的变分模态分解方法。在变分模态分解维纳滤波过程中的二次惩罚基础上引入一次惩罚项，提高分解的效率和准确性。针对变分模态分解算法分解个数和惩罚因子的参数选择问题，本文提出由包络谱熵和重构误差确定的分解平衡因子作为适应度函数，建立基于改进哈里斯鹰算法优化的变分模态分解方法。（2）构建最小共同冗余最大相关的自适应弹性网变量选择方法。鉴于数据的非线性和高维属性，考虑变量间的依赖性，本文结合系数压缩和互信息理论，提出最小共同冗余最大相关的自适应弹性网方法，对自适应弹性网的惩罚项进行加权估计，利用最小共同冗余最大相关准则给出权重的计算方式，探索建立基于数据驱动的无模型假设的变量选择方法。该方法充分考虑了候选变量和已选变量，目标变量间的冗余信息，达到了既控制冗余变量，又选择相关变量的目的。（3）提出两阶段加权的深度森林方法。针对深度森林算法训练过程中学习器异质性弱且同权重的问题，提出两阶段加权的深度森林算法。在多粒度扫描阶段，为不同粒度的窗口产生的增强特征加权，以体现不同扫描粒度的贡献，增强特征的表示能力。在级联森林阶段，从增加分类器的多样性角度考虑，组建不同的学习器，同时，对级联森林阶段的分类器赋予权重，降低拟合性能不好的学习器的负面影响，提升强学习器的作用。本文对复杂的非线性非平稳的时序数据展开研究，利用改进哈里斯鹰算法优化的正则化变分模态分解方法，最小共同冗余最大相关准则的自适应弹性网变量选择方法，两阶段加权的深度森林分类算法，建立了一套完整的数据预测框架。在每步算法提出过程中，使用模拟数据从不同评估角度验证了所提出方法的有效性，并将其应用于生物医学的癫痫脑电信号识别和机械工程领域的滚动轴承故障诊断案例中，在实证分析环节进行了和传统模型的对比实验，并通过统计检验证明了所提方法的优越性。所提出的模型可以适用于其他领域的时序数据分析问题，本文的工作为复杂的非线性非平稳的时序数据分析奠定了理论基础。收起

关键词 : 数据预测变分模态分解交替方向乘子法哈里斯鹰算法变量选择深度森林算法