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耦合分子振子同步化的能量代价及其最优设计原理的研究
北京大学物理学院/定量生物学中心欧阳颀课题组在Nature Physics发表题为“The energy cost and optimal design for synchronization of coupled molecular oscillators”(文章网址:https://www.nature.com/articles/s41567-019-0701-7)文章,揭示了互相耦合的分子振子达到同步化所需的热力学代价,表明分子振子的同步化需要额外能量耗散,并揭示了能量耗散与所能达到的最优同步化效果及耦合的最佳设计之间的关系。 振子之间的同步化现象在自然界是非常普遍的现象,许多非线性理论与实验很好地回答了很大一部分非线性振子中的同步化问题。然而,对于分子振子而言,他们的振荡节律由随机的、大噪声的生化反应所决定,与之前相对成熟的非线性理论所涉及的情况有所不同。这类分子振子的同步化规律,尤其是同步化所需的热力学代价尚不明确。 欧阳颀课题组与美国IBM T. J. Waston 研究中心/北京大学定量生物学中心杰出访问教授的涂豫海教授展开合作研究,首次在理论上阐明了实现分子振子同步化所需的热力学代价。该研究提出一个简单而普适的随机理论模型,假设不同的分子振子之间被一些额外的分子间化学反应耦合起来从而使彼此的相位相互靠近,用以描述一般的可产生同步化振荡的分子振子。在这个理论模型中,研究者们找到了单分子稳定振荡状态的概率密度的解析解,由此计算了不同条件下的能量耗散,并通过平均场近似得到了该振荡出现同步化现象的条件。通过比较不同条件下的能量耗散,研究者发现,若要实现分子振荡的同步化,除去驱动单个分子振荡的能量以外,还必须要有一部分不为零的额外的能量耗散。除此以外,当外界条件给定能量耗散的大小时,虽然可以通过调整模型中的参数达到各种不同的同步化效果,但是可以达到的最优的同步化效果由给定的能量耗散所限制。当能量耗散小于一个临界值时(这个临界值大于驱动单个分子振荡的能量)同步化是不可能的,给定的能量耗散越大,所能达到的最优同步化效果越好。该结论具有一定的普适性。随后研究者在蓝藻的生物钟系统中检验了该理论,验证了生物体内的分子振荡体系确实需要额外的能量来实现同步化。 北京大学物理学院博士生,欧阳颀课题组的张东良为该文章的第一作者,涂豫海教授为通讯作者,合作者包括欧阳颀教授和美国加州圣地亚哥分校的博士后曹远胜博士。
北京大学 2021-04-11
中国科学技术大学完成首个确定性的暗能量理论实验检验
中国科学技术大学中科院微观磁共振重点实验室杜江峰院士团队与南京大学组成的联合研究组在暗能量探测领域取得重大进展,利用抗磁悬浮力学系统在实验室环境中对一种重要的暗能量理论——变色龙理论进行了实验检验,未发现该理论预言的“第五种力”,从而排除了其作为暗能量的可能。
中国科学技术大学 2022-09-02
一种具有高传输效率可快速连续调节能量的降能器
本发明公开了一种具有高传输效率可快速连续调节能量的降能 器,包括碳化硼能量粗调单元、石墨能量精调单元、束流准直器组、 运动控制模块、真空模块;碳化硼能量粗调单元实现能量的初级步进 调节,提高了束流传输效率;石墨能量精调单元可实现束流能量的连 续精准调节;准直器组可对束流发射度进行有效抑制,通过改变孔径 实现了发射度的选择;运动控制模块可分别对碳化硼和石墨能量调节 单元进行快速运动控制,保证了能量的快速调节;真空模块创造并维 持了真空环境。本发明的降能器可以实现束流能量的高传输效率、快 速、连续调节,
华中科技大学 2021-04-14
一种基于能量原理的深部岩体爆破开挖诱发振动预报方法
本发明提供一种基于能量原理的深部岩体爆破开挖诱发振动预报方法,包括如下步骤:⑴采用量纲 分析方法,建立了基于能量平衡原理的峰值振动速度预测公式;⑵针对深埋地下隧洞爆破开挖,在洞壁 布置振动监测仪,记录爆破过程的岩体振动波形,获取围岩振动响应;⑶根据深埋地下隧洞爆破参数和 场地环境,计算出每段炮孔所装炸药爆炸能量及被开挖岩体的应变能,再结合实测的爆破振动峰值速度, 采用多元回归分析方法计算出预测公式中的未知系数,实现深部岩体爆破开挖诱发振动的预报。本发明 方法大幅度提高了深部岩体爆破开挖诱发振动的预报精度,可广泛应用于交通、水电、矿山等深埋地下 工程爆破开挖诱发振动的预报。 
武汉大学 2021-04-13
基于过渡金属基化合物的高能量密度超级电容器研发
超级电容器是一种新型绿色储能器件,拥有比功率大、充放电效率高, 寿命长等优点,在低碳经济时代展现出巨大应用前景,已经被广泛应用于电 子产品、电动汽车、混合电动汽车、无线通讯设施、信号监控、太阳能及风 力发电等领域。开发具有高能量、高循环性和低成本的超级电容器是该领域 未来重要研究之一。电极材料作为超级电容器的核心组成部分,对其储能 性能有着至关重要的影响,而具有高理论容量、低价格的过渡金属基化合物 (Fe、Co、Ni)是实现高容量、低成本超级电容器首选的电极材料。以过渡金 属基化合物为主要研究对象,对其组分及结构进行了调控,通过储能性能测 试及储能机理分析,为开发高性能、低成本的活性电极材料提供实验依据。 这一研究的开展,给组装超高能量密度的超级电容器并使其从实验室走向我们 的日常生活带来了新的前景。 1.先进性及产业化前景:提高性能、降低成本一直以来都是超级电容器发展的 主旋律,其中能量密度低是超级电容器发展面临的主要问题,因此开发出具 有高能量、成本低的超级电容器迫在眉睫。就提高性能而言,超级电容器的 电极改进是重点,主要途径是通过提高电压窗口和提高电极材料的比电容。 目前针对超级电容器电极材料的研究主要集中在:(1)改进现有的电极材料; (2)开发新型电极材料;(3)改进生产工艺,实现低成本化。目前在全球范 围内达到工业化生产水平的超级电容器基本都是以双电层为储能机制的活性 碳基超级电容器,而以贋电容为储能机制的超级电容器尚处于实验室开发阶 段,因此超级电容器还有很大的发展空间。 2.对所在行业和关联产业发展和转型升级的影响:根据超级电容器的容量大小 和功率密度,可以将其用作后备电源、替换电源和主电源。当主电源发生故障 而不能正常使用时,超级电容器便起到后备补充作用,它具有寿命长、充放电快 和环境适应性强等优点。当用作替换电源时,主要应用于对环境变化有特殊要 求的场合,例如白天太阳能提供电源并对超级电容器充电,晩上则由超级电 容器提供电源。作为主电源时,主要利用超级电容的大功率密度,一般是一个或几个超级电容器通过一定的方式连接起来持续释放几毫秒至几秒的大电 流,放电之后,再由低功率的电源对其充电。 3.市场分析:根据IDTechEX数据统计,2014年超级电容器全球市场规模为11 亿美元,预计到2018年,超级电容器全球市场规模将达到32亿美元,年复合 增长率为31%,并预测将会以此速度预计到2018年,超级电容器全球市场规模 将达到32亿美元,年复合增长率为31%,并预测将会以此速度继续增长。我国 将“超级电容器关键材料的研究和制备技术"列入到《国家中长期科学和技 术发展纲要(2006-2020年)》,作为能源领域中的前沿技术之一。有数据显示, 2015年国内超电市场规模已经超过了 70亿元,因此,在这样的一个大背景下, 研究新材料以开发具有超高能量密度的超级电容器具有非常大的市场前景。
重庆大学 2021-04-11
马铃薯漏播补种装置和马铃薯播种装置
本实用新型提出一种马铃薯漏播补种装置和马铃薯播种装置,该实用新型的漏播补种装置包括补种箱,以及导薯单元,其中,补种箱的底部开设有可安装导薯单元的开口,导薯单元包括卡设补种箱底部开口设置的护薯板,护薯板内部形成导薯空间,护薯板与补种箱底部开口相接处形成种薯从补种箱进入至导薯空间内部的通道;护薯板的底部设置有可落下种薯的落薯通道;护薯板内部的导薯空间中设置有转盘,转盘的圆周均布有多个可从补种箱中导入单个种薯的补种座,转盘的中部设置有可驱动转盘转动的转轴,转轴穿设护薯板外连电机。本实用新型可在马铃薯漏播时自动补种,其不仅结构简单、占用空间小,且补种效率高、工作可靠。
青岛农业大学 2021-04-13
开盒装置
本实用新型提出一种开盒装置,包括用于放置盒胚的料仓,用于抓取盒胚的机械爪,所述料仓包括第一侧板和第二侧板,还包括设于所述第一侧板一侧并向所述第二侧板凸起的凸起件,以及设于所述第一侧板一侧并可向所述第二侧板方向移动以撞击盒胚的第一移动件。本实用新型所述的开盒装置,通过凸起件和第一移动件的设置,先使盒胚与凸起件相撞使盒胚初步变形,在盒胚初步变形后,第一移动件再撞击盒胚棱边,可以确保盒胚的成功打开。
青岛农业大学 2021-01-12
饲料储运装置
本实用新型提供了一种饲料储运装置,包括储运桶、移动小车和起吊机构,储运桶用于存储饲料;移动小车上设置有支撑架,支撑架内部具有容纳并定位储运桶的容纳空间;起吊机构设置在支撑架的上端,起吊机构用于将储运桶由地面吊起并放置在容纳空间内或者将储运桶由容纳空间吊起并放置在地面上。从而能够实现青贮饲料的便捷储存和运输,解决了现有技术中采用窖贮和池贮的青贮饲料运输不便的问题。
青岛农业大学 2021-01-12
婴儿体检装置
本实用新型涉及医疗辅助用具,涉及一种婴儿体检装置,包括体检台,体检台底部设置调平底座,体检台上设置电加热板,电加热板上方设置柔性垫,体检台两侧设置护边,体检台两端设置挡板;称重传感器、超声传感器、温度传感器、AD转换电路,所述称重传感器设置在体检台中部,超声传感器相对设置在体检台两端的挡板上,温度传感器设置在柔性垫下方,AD转换电路将称重传感器、超声传感器、温度传感采集到的数据转换成数字信号;音乐播放器播放安抚音乐;控制面板设置体重、身高、加热、音乐按键;数据传输接口接收AD转换电路的处理数据,并传送到PC机;显示屏显示检测结果。具有测量快速、结果准确、过程舒适、数据采集方便快捷的优点。
青岛大学 2021-04-13
山茶播种装置
本实用新型提供一种山茶播种装置,涉及林业播种技术领域。包括播种装置主体,手持杆,容纳种子的储存箱,测土壤PH值的土壤酸度计,手持杆包括操作台、中空的上段和中空的下段,操作台与上段连接,上段另一端与储存箱顶部连接,储存箱底部的出种口与手持杆的下段连接,储存箱顶部设入种口,土壤酸度计包括头部和金属读取针,头部上部是电流表,头部嵌入操作台,金属读取针沿着上段、储存箱,延伸至下段的底端,操作台上设按钮与按钮连接的弹力装置,弹力装置另一端与位于上段内的导向杆连接,导向杆底端与出种口处的阻片左端通过转动轴连接,手持杆底端呈尖锐状。本实用新型具有结构简单,播种方便,容易判断土壤PH值的有益效果。
青岛农业大学 2021-04-13
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