态功能研究范文

2024-07-18

态功能研究范文（精选7篇）

态功能研究第1篇

近年来通过图论的方法证实了人脑具有多种重要的网络属性，如“小世界”属性，即反映了大脑的功能分化和整合的信息交换属性，又反映了对于不同的刺激大脑所拥有的自适应能力[1]。随着脑影像学技术的发展，利用功能磁共振成像等技术构建大脑功能连接网络，这种多模态脑影像学的脑网络研究方法已被广泛应用到对脑疾病的研究中。一些研究表明，人脑的功能网络不仅随着状态和年龄的变化而发生改变，而且具有一定的遗传性[1]。研究发现家族成员的默认网络各区域间的功能连接中，有42%存在明显的遗传可能[2]，在一项对双胞胎的功能脑网络属性分析研究中发现，无论对于孩子或者成人，网络效率存在明显的遗传影响[3]。因此，越来越多的研究人员关注基因对静息态脑功能网络的影响。

抑郁症的主要特征为显著而持久的心境低落或兴趣减退及认知功能障碍等，并出现很高的死亡率。一些研究表明，抑郁症的发病机制与糖原合成酶激酶-3β，GSK-3β中的一组基因有关，并且抑郁症患者的GSK-3β多态性和大脑结构变化之间存在一定关联[4,5,6]。但是，GSK-3β对于抑郁症患者对功能脑网络的拓扑属性影响以及其临床意义，目前我们仍未可知。针对这一问题，本文以抑郁症患者组和对照组为研究对象，利用复杂网络研究理论构建功能脑网络，通过功能脑网络指标的统计分析，来判断基因影响的抑郁组与对照组的功能脑网络之间是否存在差异以及基因型与疾病状态之间是否存在相互效应。最后，利用机器学习算法，进一步研究分类问题。

本文采集了静息态功能磁共振影像数据，包括61例首发、无用药、重度抑郁症患者作为抑郁组以及39例身体健康的志愿者作为对照组，构建功能脑网络，并计算以及分析功能脑网络的相关指标，并构建分类模型，所采用的分类算法分别是支持向量机SVM、人工神经网络、logistic回归模型以及决策树四个分类算法，实验的结果表明，SVM和神经网络的分类模型有优于决策树和logistic回归模型。

1 基础理论

1.1 复杂网络理论

复杂网络的研究可以简单概括为三个方面，通过实证方法度量网络的统计性质;构建相应的网络模型来理解这些统计性质;在已知网络结构特征及其形成规则的基础上，预测网络系统的行为。

复杂网络的属性包括全局属性和局部属性，在本实验中，选择了局部属性中的指标来分析静息态功能脑网络，局部属性包括:节点的度、中间中心度、节点效率。对于脑网络而言，节点是大脑中的脑区，边是脑区之间的功能连接，节点的度是与此连接的数量，脑网络中的节点的度是整个网络中的平均值。中间中心度表示节点在网络中中心性的度量[7](也称边介数)，也就是节点出现在其他节点的最短路径的中间中心度值。节点效率表示节点与其他交互的效率[8]。

1.2 分类算法

支持向量机(SVM)是一种监督式学习方法，从一组有标记的训练数据中能生成输入输出映射函数，映射函数可以是一个分类函数或一个回归函数。对于线性不可分的情况，通过使用非线性映射算法将低维输入空间线性不可分的样本转化为高维特征空间使其线性[9]。SVM中有多种核函数，本实验选择了径向基函数(RBF)。

神经元是神经网络的基本元素，是一个简单的虚拟设备，可以接受很多的输入，通过传递函数生成结果，结果可以作为一个模型预测或作为输入到其他神经元，许多这样的神经元连接在一起构造成一个神经网络。神经网络中通常有一个输入层，一个或多个隐藏层和一个输出层。神经元之间的连接与权重有关，输入的信息从输入层通过隐藏层到输出层产生预测，网络“学习”过程是通过调整权重的连接来达到更好的预测[10]。本实验选择前馈神经网络。

本实验采用的决策树算法是C4.5算法，该算法是由Quinlan提出。利用信息熵的概念从一组训练数据集中构建决策树，用属性可以有效地把样本集分割成子集，作为树的每个节点。利用信息增益率选择一个属性将数据分拆，这由最高的信息增益率的属性来做决定，然后以此类推进行递归[11]。

逻辑回归是一种统计模型，通过输入变量进行分类记录。逻辑回归类似于线性回归，但需要分类目标字段，不是一个数值，它支持两种不同的模式:二项式模型和多项式模型。逻辑回归是构建一组方程，这组方程与输入字段值和评价与每个输出字段类别的概率有关，概率最大的目标类别是预测的输出值，本实验选择二项式模型。

2 数据的采集与预处理

2.1 被试

本实验共收集100名被试，其中61例首发、无用药、重度抑郁症患者作为抑郁组(其中有19例携带CC基因，33例携带TC基因，9例携带TT基因)以及39例身体健康的志愿者作为对照组(其中有18例携带CC基因，13例携带TC基因，8例携带TT基因)。只有9例携带基因TT的抑郁症患者和8例携带基因TT的健康对照者。由于每组基因的样本数量少，为了提高统计效率，分别将两组的TT基因组和TC基因组合并为T+基因组。所有对照组的被试均无精神或神经紊乱史并以精神卫生筛选表与神经症筛选表为依据。抑郁组中的所有被试均为重度抑郁症病人并且都是以美国精神障碍诊断与统计学手册第四版(DSM-IV)和24项汉密尔顿评定量表的抑郁症(HRSD)为依据。在实验前，与每位参与者均达成了书面协议，数据采集与预处理同山西医科大学第一医院精神卫生科合作。所有被试的相关信息如表1所示。

2.2 磁共振数据的采集与预处理

数据的采集工作是由山西医科大学第一临床附属医院所完成，所有的扫描工作由熟悉磁共振操作的放射科医生来完成。所有被试由3T磁共振设备(Siemens Trio 3-Tesla scanner,Siemens,Erlangen,Germany)进行静息态功能磁共振扫描。在扫描的过程中，要求被试闭眼、放松、不去想一些事情，但要保持清醒不能睡着。由于最初MRI信号的不稳定性以及被试对实验的适应性，所以时间序列的前十个volumes都被丢弃，最终留下100个volumes。

数据的预处理通过使用SPM8(http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm)进行处理，首先对被试进行时间片和头动校正，被试的头部移动不能超过在x,y，或z轴的最大位移2.5 mm或不能超过在任何方向旋转2.5度。再做空间标准化，将得到的f MRI图像标准化到SPM标准MNI空间的EPI模板上，最后，用低频滤波来降低低频漂移及高频的生物噪音。

3 脑网络的构建

3.1 节点的定义

本实验将全脑按照国际脑成像领域广泛使用的标准AAL(Automated Anatomical Labeling)[12]模板分成90个脑区作为感兴趣区(ROI,Regions of Interest)，每一个脑区定义为一个节点，该节点的时间序列是该脑区内所有体素的时间序列的平均值。

3.2 边的定义

本实验采用偏相关系数作为脑网络中边的定义，因为偏相关系数可以排除其他节点对特定节点关联性的影响，可以有效地排除伪连接。先用多元线性回归方法对每个节点的平均时间去除一些由头动所引起的伪差异。然后用每个节点多元线性回归得到的残差两两做偏关，求得任意两节点平时均时间序列的相关系数，所采用的方法是:

其中，xi和yi分别表示体素i和体素j的时间序列。由此得到一个90×90的时间序列相关矩阵A。最后，根据设定好的阈值将矩阵A转化成二值矩阵，即当rij大于该阈值时设定二值矩阵元素为1，否则为0。本文将采用一系列连续的阈值，在一个阈值空间内构建脑网络。

3.3 阈值选择

利用小世界属性这一脑网络基本特性，对脑网络的阈值空间进行设定，这可以保证脑网络中的小世界属性和最大程度的去掉网络中伪连接。

(1)所有被试在阈值空间内构建的所有网络的平均度值K要大于2In N，本文中，N=90。

(2)所有被试在该空间内构建的所有网络的小世界标量σ>1.1。

根据以上原则，计算得到脑网络中的阈值空间为8%～32%，而在该阈值空间内以步长为0.01的所有稀疏度下，构建所有被试的功能脑网络。

4 分类的研究

4.1 指标分析

脑网络构建后，根据所选的阈值空间计算了三个指标，分别是度、中间中心度、节点效率以及每个指标的AUC,AUC能表征指标在所选阈值空间内的整体特性，利用2×2(基因型×疾病状态)方差分析方法对基因型与疾病状态之间的相互作用进行比较。研究表明，在一些脑区的指标出现了显著差异，这些脑区包括边缘系统区域(左侧丘脑、右侧后扣带回、左内侧和旁扣带脑回、左侧眶部额上回、双侧海马和右侧杏仁核)，枕叶(左侧枕上回)，左侧顶下缘角回，左侧基底神经节(豆状壳核和中央前回)，颞叶(左侧颞中回、右侧颞中回)等(如表2所示)。特别是在左侧顶下缘角回、左侧枕上回和左侧丘脑，这些脑区中节点中心度出现了显著的增加，表明它们对协调整个大脑活动起着很大的作用，能够影响基因与疾病状态之间的相互作用。

左侧顶下缘角回和左侧枕上回都属于大脑的新皮质，在这些脑区GSK-3β得到了丰富的表达[13]，在受到面部刺激的情绪感知涉及到了顶下缘角回小叶部分[14]，海马是一个与GSK-3β相关联的重要脑区域，它们之间的关系已经在分子遗传学研究中得到了证明[15,16]。这与我们所得到的结果一致。

4.2 分类模型构建及分析

本实验分为两种类型分类，一是疾病状态的分类，将样本分为两组，抑郁组与正常组，进行二分类研究，不区分基因型(图1(a))。二是基因型的分类，将样本分为两组，T+(TT及TC)组和CC组，进行二分类研究，不区分疾病状态(图1(b))。这两种分类都采用SVM、人工神经网络、决策树、logistic回归模型四种分类算法，以270个节点AUC特征(3个指标，每个指标90个节点)为分类特征，构建分类模型。随机选择样本的70%作为训练集，剩下的30%作为测试集。在分类模型构建时，特征数目作为阈值，以30个特征为步长，构建不同特征数目的分类模型。四种算法参数设置如下:SVM,Stoping Criteria=1×10-3,Regression Precision=0.1,RBFγ=0.1，γ=1,Bias=0,Degree=3;神经网络，Number of Hidden layers=2,Layer 1=20,Layer 2=15,Persistence=200，α=0.9,Initialη=0.3，ηdecay=30,Highη=0.1,Lowη=0.01;决策树，Maximim Depth=7,Pruning Severity=75,Minimum Percentage of Records in a Node=0.05,Minimum Percentage of Records for a Split=0.10;Logistic回归模型，Singularity Tolerance=1×10-8,Scale=1,Maximum Iterations=100,Log-likelihood Convergence=0,Parameter Conver-gence=1×10-6，σ=0。

为了降低分类结果的随机影响，对每一种分类算法和阈值都重复一百次，然后求正确率的平均值，结果如图1所示。

结果表明，不同的分类算法所产生的性能不一样，SVM与人工神经网络的分类模型要明显优于决策树和logistic回归模型。在疾病状态分类中，SVM与人工神经网络的正确率达到73.50%和70.87%，并且在特征数目为30左后，分类的正确率达到最高。Guo[17]在对静息态功能脑网络的抑郁症分类研究中，SVM与人工神经网络的分类正确率分别达到了83.00%和82.38%，与已有的分类结果相比，我们的结果不是特别理想，已有的结论是在无基因的影响下，对抑郁组和正常组进行分类研究，而我们的研究在基于基因基础之上进行分类的研究。由此可以表明基因对静息态功能脑网络的分类特征有一定的影响，也可以理解为基因对静息态功能脑网络存在着一定的影响。

在基因型的分类中，与以上的结果一样，SVM与人工神经网络的性能高于其他两种算法，SVM与人工神经网络的正确率达到74.35%及76.66%，对于这一结果还比较满意。随着特征数目的不断增多，各分类模型的正确率均有不同程度下降，证明了利用脑网络指标进行基因的分类模型构建是可行的。同时，研究表明，在脑网络指标和不同基因之间，存在着某种潜在的关联，如GSK-3β基因在脑区左侧枕上回得到丰富的表达，网络指标度在左侧枕上回存在显著差异，由此可知它们之间存在关联，以我们现在的方法和技术无法分析它们之间的因果关系，但可得到现象关系是GSK-3β基因对脑网络的构建及拓扑属性确实存在一定的影响。

5 结语

复杂网络理论作为研究复杂系统的重要工具，为人脑的探索提供了新的视角。我们以复杂网络理论为基础，利用静息态功能磁共振影像，完成功能脑网络的构建，计算相关网络指标计算，并进行基因对抑郁组与对照组之间的脑网络指标的差异分析、基因与疾病状态之间的相互影响。结果表明，发现脑网络有些节点中心度显著的增加，它与抑郁症患者的GSK-3β中的一组基因有关，这些区域位于边缘系统、基底神经节和额叶、颞叶、枕叶，在以前的f MRI研究中也表明抑郁症患者在这些区域的相关连接比较紊乱[18]，我们所得的结论与以往结论一致。因此，这样的结果让我们更深入地了解GSK-3β基因在改变功能脑网络的拓扑组织中所起的作用。

本文采用SVM、人工神经网络、决策树、Logistic回归模型四种分类算法分别对构建的脑网络的特征进行分类，总体来说SVM与人工神经网络的性能高于决策树与Logistic回归模型，与以往所得到的结论一致。由疾病状态的分类结果可得知，与以前的结果相比较，本实验的结果差强人意，也就表明基因对分类特征存在影响，因此对抑郁组与对照组的功能脑网络存在一定的影响。由基因的分类结果可知，通过统计分析，脑网络中有显著差异的指标可以作为分类特征来对基因进行分类，意味着功能脑网络这种方法可以对基于基因基础的脑疾病进行研究分析，为临床医学对疾病的诊断提供一个辅助手段。

态功能研究第2篇

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2009年5月—2011年5月且首次发生心机梗死 (MI) , 既往无血运重建史的我院住院患者80例, 其中男58例, 女22例;年龄36～80岁, 平均 (58±10) 岁。常规给予静脉溶栓剂、阿司匹林、β受体阻制剂、血管紧张素转换酶抑制剂、硝栓酯剂和肝素。

1.2 方法

1.2.1 心肌酶测定

从入院后每4h采静脉血1次, 找出4d间血清肌酸激酶 (CK) 的最高值 (CKmax) 。

1.2.2 心电图 (ECG) 检查

住院后第1、3、6、12、24h、3d分别记录12导联心电图, 将AMI有Q波的导联最深倒置T波作为最大倒置T波 (NTmax) , 根据其深度分3组: (1) 深倒置T波 (DNT) 组19例, NTmax≥10mm; (2) 中度倒置T波 (INT) 组29例, 4mm≤NTmax<10mm; (3) 浅倒置T波 (SNT) 组32例, NTmax<4mm。观察异常Q波导联T波的动态变化对左室功能的影响。

1.2.3 超声检查

采用二维超声分别于AMI后1、3、6和12个月, 记录二维超声心动图 (2D) 、彩色心室壁动力分析 (CK) 和超声学定量 (AQ) 等技术检测心室壁运动和左心室功能。室壁运动分析采用美国超声协会推荐的16段分法。

1.3 统计学方法

计量资料采用 ( $\bar{x}$ ±s) 表示, 采用t检验, 多组间的检验使用onefactorAVOVA检验, 各组间分布的偏差用χ2检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 T波动态变化

2.1.1 直立T波的变化从发病3～12h后到形成最深倒置T波时, DNT 组与其他两组比较差异有统计学意义 (P<0.05) , 在第48h DNT、INT及SNT 3组分别为 (0.5±0.4) mm、 (2.5±1.1) mm和 (5.3±2.2) mm, 差异有统计学意义 (P<0.05) 。

2.1.2 倒置T波的变化入院DNT组与其他两组比较差异有统计学意义 (P<0.05) , 在48h 3组分别为 (11.3±3.5) mm、 (4.7±2.9) mm和 (2.0±1.8) mm (P<0.05) , 此差异持续到1周左右。

2.2 T波由倒置转为直立, 即T正常化组的血浆CK峰值和心室壁运动得分指数 (WMSI) 明显低于T波持续倒置组, 差异有统计学意义 (P<0.05) , 而左室短轴缩短率 (FS) 、峰值排空率 (PFR) 和射血分数 (EF) 显著高于T波持续倒置组, 差异有统计学意义 (P<0.05) , 且T波正常化越早左心功能趋向于恢复越好。

3 讨论

过去曾有人报道[1]MI的T波与左室功能明显相关。随着再灌注疗法的实施, 呈现巨大T波的病例较多, 在AMI 100h以内倒置T波>14mm的患者, 消失的R波再出现的几率高[2]。在MI 24h内出现倒置T波患者, 相关冠状动脉开通率高, 左室功能恢复良好[3]。本研究结果显示, 在DNT组CKmax值较低, 左室功能损害轻, 在有Q波型AMI后6～12个月, T波持续倒置的患者, 梗死局部的心室壁运动的改善和左心收缩功能的恢复均较T波正常化的患者差, 且T波正常化发生越早左室功能改善的越明显。因此, 显示了AMI早期倒置T波的深度及T波恢复正常化的时间可作为掌握临床病情, 判定梗死范围, 左室功能受损程度的一个简便指标。

参考文献

[1]Kanemoto N, Wang Y, Fukushi H, et al.Electrocardiographic charac-teristic of patients with left circumflex-related myocardial infarction in the acute phase without tented T waves or definite ST elevation[J].J Cardiol, 1995, 26:149-158.

[2] Agatsuma H, Hirai M, Hirayama H, et al.Transient giant negative T wave in acute anterior myocardial infarction predicts R wave recovery and preservation of left ventricular function[J].Heart, 1996, 75:229-234.

京郊农村住宅功能空间居住实态调查第3篇

太后村南距平谷城区9公里, 是距离城区最近的山区村, 交通便利, 由太后、黑虎峪、秋子峪、牛金驼、东坡和肖家院6个自然村组成, 一共336户, 户口登记1043人。这次调研的16户中, 有少数农宅修建于上世纪50年代, 大多数建于上世纪80年代, 具有较多共性 (见表1) 。

一、各功能空间的居住实态

(一) 厅堂、卧室与起居空间

当地传统农村住宅中的厅堂 (或称堂屋) 位于正房中心, 厅堂靠南侧设置两个灶台, 成为厨房和进入两侧卧室的过厅。两边卧室均设有火炕, 是几乎所有家庭的起居、待客、就餐场所。太后村建于1950-1980年的农宅正房遵循了这种传统布局, 后来虽受到现代生活的影响而历经装修、改造, 但变化并不大, 厅堂仍作为厨房、过厅或餐厅。1985-1986年修建的农宅, 厅堂面积减小, 作为储藏间或接待常客的场所, 卧室面积相应增大, 容纳了更多对外、对内的起居活动。1988年后, 厅堂面宽增大, 成为独立的客厅, 卧室面宽减小, 只供私人就寝和家庭内部起居。表2列举的两户农宅正房面宽都为12900mm, 但反映了不同年代对起居场所不同的处理方式 (见表1) 。

由表1、表2分析总结如下:1.厅堂:其功能经厨房、过厅、餐厅→储藏→客厅的变化, 相应的面积也发生变化, “逐渐减小→增大”, 使得以前日常活动地点从卧室转移出来, 反映了家庭中公共活动的增多, 以及人们对设置舒适起居空间的重视。2.卧室:随着厅堂面积的变化, 卧室的面积也经历了“逐渐增大→减小”的变化。由以前的居寝不分、食寝不分, 逐渐将卧室内的公共活动分离出来, 卧室私密性提高。

(二) 洗浴卫生空间

住宅内的卫生间按照其功能应分为如厕、洗浴、盥洗和洗衣四项内容。理想的安排是各功能区分开设置, 互不干扰。

调研对这四项日常行为进行了统计 (见表3) , 发现现状难以满足现代住宅卫生间的功能需求:1.厕所:37.5%的农宅内无厕所, 25%的农宅在院内利用边角空间加建了旱厕, 但面积小, 蚊蝇滋生, 卫生条件差。剩余37.5%的农宅在修建或改造时有意识的在西南角厢房或倒座设置了厕所。其中一些改造较好, 自备储水箱水泵注水, 实现了冲水式厕所, 贮粪坑在室外靠院墙处, 通过地下管道连接排走废物, 缓解了室内串味的问题。2.洗浴:18.5%的住户没安装太阳能热水器 (贫困户和老年人) ;37.5%的住户因卫生间面积小或院内无卫生间而单独加盖简易洗澡间、或在已有厢房内辟出一角作为洗澡空间。简易洗澡间私密性较差, 尤其冬天洗澡不方便。剩余43.75%的住户将淋浴与厕所设置在一室。其中一部分住户的卫生间将干湿空间分隔开, 另一些则没有任何隔断。3.盥洗:12.5%的住户在卫生间设置了洗脸池, 87.5%的住户在院子洗脸或打水回卧室洗脸。4.洗衣:37.5%的住户将洗衣机置于卫生间, 其余62.5%的住户由于卫生间面积小、无法解决上下水、卫生间潮湿等问题而将洗衣机放在院子里或储藏间。手洗衣服一般在院子里。5.调研中只有2户农宅的卫生间同时具有盥洗、如厕、洗浴等功能, 且各功能区分别设置, 互不干扰。

针对上述卫生现状, 究其原因发现:1.洗衣机所需要的空间周围应有进水管和地漏, 而现状卫生间内即使有空间摆放洗衣机, 也没有进水管或地漏只有1个, 地漏离淋浴较近, 距洗衣机可放置的空间较远。另外, 一些卫生间干湿不分区, 导致洗浴过后卫生间的潮气对机器有损坏, 所以洗衣机一般在院子里使用。2.农村中太阳能热水器逐渐普及。住户对淋浴空间的舒适性也提出更高的要求, 与卫生间相邻设置、干湿分离是现代生活卫生、舒适的发展趋势。3.大多数农宅卫生间仍存在室内异味的问题, 住户一般不愿在卫生间洗漱, 即使卫生间面积足够, 也无法有效利用。

(三) 厨房与就餐

表4、表5将现状农宅中几种典型的厨房布局进行了比较:早期农村住宅, 厨房一般设置在厅堂, 但此种布局在现代生活中暴露了若干问题, 已被淘汰;建于1985年以后的农宅, 厨房多设在厢房或倒座位置, 但厨房油烟对厢房卧室的环境有一定污染。建于1988年的肖家院6号, 厨房位于正房北向沿外侧布置, 由客厅进入, 厨房通向后门, 向北侧开窗, 改变了传统厨房与南向生活区交叉的问题。

另外, 灶具和储藏的粮食、杂物占用了农宅中较大的房面积, 调查的各户也并没有固定标准, 介于5-14m2之间, 尺度设置较随意。

农宅中厨房的设施一般较简陋 (见表6) :灶具、切菜案板、陈旧橱柜、水缸等, 摆放杂乱, 不卫生。37.5%的厨房室内不再使用柴灶, 或将其设置在墙角成为独立的半室外厨房, 以减少室内空气污染。洗菜池设置在院子的农宅占81.25%, 兼具住户的日常洗漱的功能。另外18.75%的家庭厨房里设冰箱, 还有43.75%的家庭虽有冰箱, 却因厨房油烟大、空间小而放在储藏室或客厅中。对于开设“农家乐”的家庭, 厨房设施相对齐全, 有抽油烟机、洗菜池、煤气灶、组合橱柜、吊柜等设施, 大大改善了餐具存放条件, 并且洗涤加工采用一体化操作, 便于清洁。

二、总结

综上所述, 农村住宅的居住模式虽然在变化中发展, 却也存在着各种问题。

(一) 发展

1.通过对厅堂的面积尺度及使用功能随时代发展而产生变化的分析结果, 显示了农村生活模式的变化:正房卧室中炕的面积减小或被双人床取代, 卧室中的起居空间进一步增大, 各种社会生活行为和其他家务、生产行为由卧室转移至客厅, 卧室面积缩小。

2.正房卧室面积随着客厅的出现适当减小, 并不意味着卧室仅仅用来睡眠, 住户往往根据自己的需求布置成老年人读书看报、年轻人学习上网、儿童玩耍学习的空间。

(二) 问题

1.农宅中的卫生间、厨房长期以来都被视为辅助空间, 重视不够。通过对卫生场所的统计可见, 卫生间现状远无法达到现代标准, 即使面积足够也不能有效利用。一方面由于卫生间上下水设施还不够完善, 导致室内串味、排水不畅, 影响了其他卫生行为, 另一方面各卫生行为所需的尺度、位置设置比较随意, 干湿分区不明确, 互相干扰, 影响使用。

2.大多数厨房内设施简陋, 布局、尺度不当, 导致洗、炒、切、备餐、储粮等流线交叉混乱;有害气体、油污、垃圾没能有效处置, 使厨房脏乱不卫生, 还影响了相邻房间的空间质量, 安装排油烟机是今后发展的必然结果;柴灶的使用占据了厨房较大的空间, 且产生环境污染, 随着节能生态住宅的发展, 大灶台将逐渐废弃。

农村住宅建设时, 住户往往较注重房间面积和数量, 把厨房、卫生间等视为辅助用房, 内部设施落后、布局不合理, 影响了整体居住环境质量。当前的新农村建设应当在尊重村民生活方式的基础上, 对其进行科学引导, 农村住宅的居住环境才能更快地改善和提高。

摘要：通过对北京市平谷区太后村农村住宅居住实态的调研, 对其居住行为和功能空间现状进行了深入分析, 发现总结了各生活空间随时间发展产生的变化, 以及因现代居住行为的变化而产生的问题, 为新农村住宅设计提供客观依据。

参考文献

[1].赵冠谦林建平.居住模式与跨世纪住宅设计.中国建筑工业出版社.1995

[2].方明董艳芳.新农村社区规划设计研究.中国建筑工业出版社.2006/5

[3].方明.新农村住宅初探.小城镇建设.2007/1

态功能研究第4篇

式 (1) 中, u (x, t) 和v (x, t) 分别表示食饵 (害虫) 和捕食者 (天敌) 的种群密度, 1-exp (-cu) 为功能反应函数, m是食饵转化为捕食者的转化率, d是捕食者的死亡率, c是捕食者的捕食效率, 其余参数均为正常数。

目前, 国内外对于带Ivlev反应项的捕食食饵系统的研究更多关注的是常微分模型[1,2,3,4], 对于偏微分方程的研究文献却很鲜见。文献[5]通过数值模拟, 研究了模式生成的进化过程, 特别是初始条件对模式生成的影响。本文主要利用分歧理论及线性特征值扰动理论, 研究Dirichlet边界条件下系统 (1) 的平衡态问题非负解的存在性和稳定性。

系统 (1) 的平衡态方程为

${\begin{cases} - Δ u = u (a - b u) - (1 - \exp (- c u)) v, x \in Ω \\ - Δ v = m (1 - \exp (- c u)) v - d v, x \in Ω \\ u = v = 0, x \in \partial Ω \end{cases} (2)$

1 分支解的存在性

设 $q (x) \in C^{1} (\bar{Ω}), λ_{1} (q)$ 是线性特征值问题

-Δu+q (x) u=λu, x∈Ω, u=0, x∈∂Ω (3)

的主特征值, 文献[6]给出:λ1 (q) 是简单特征值, 相应的特征函数在Ω上不变号, 记λi=λi (0) , λ1 (q) 连续依赖于q (x) , 且关于q (x) 是严格单调增的。

对于非线性边值问题[7,8]

-Δu+q (x) u=u (a-bu) , x∈Ω, u=0, x∈∂Ω (4)

如果a≤λ1 (q) , 则u≡0是 (4) 的惟一非负解, 而当a>λ1 (q) 时, 则 (4) 有惟一正解;如果q=0, a>λ1 , 则存在惟一正解, 记为θa, 并且θa关于a不仅是连续可微的, 而且是严格递增的。

考虑初边值问题

${\begin{cases} \frac{\partial u}{\partial t} - Δ u = u (a - b u), x \in Ω, t > 0, \\ u = 0, x \in \partial Ω, t > 0, \\ u (x, 0) = u_{0} (x) \geq 0, \neq 0 x \in Ω 。 \end{cases}$

若a≤λ1, 则u=0是全局稳定的;而a>λ1时, 则∀x∈Ω, 当t→∞, 一致有u (x, t) →θa, 显然 (θa, 0) 是式 (2) 的半平凡解。

利用极大值原理给出式 (2) 非负解的一个先验估计。

引理1 如果 (u, v) 是式 (2) 的非负解, 且u≠0, v≠0, 那么1) m-d>λ1,

2) 0<u<θa, a>λ1,

3) 0<v<vm-d, 其中vm-d是-Δv= (m-d) v, x∈Ω, v=0, x∈∂Ω的正解。

证明由极值原理知u>0, v>0, x∈Ω。

1) 给系统式 (2) 的第二个方程两边同乘以v, 然后在Ω上积分,

∫Ωλ1v2dx=-∫ΩΔv·vdx=∫Ω|ᐁv|2dx=

∫Ωv2 ( (m-d) -exp (-cu) ) dx<

(m-d) ∫Ωv2dx

由Poincare不等式性质有m-d>λ1。

2) 考察-Δθ=θ (a-bθ) , x∈Ω, θ=0, x∈∂Ω, u是它的下解, 取充分大的M>0作为它的上解, 由θa的惟一性知0<u<θa。

3) -Δv=m (1-exp (-cu) ) v-dv< (m-d) v, x∈Ω, 因此v是方程-Δv= (m-d) v, x∈Ω, v=0, x∈∂Ω的下解, 记方程的第一个正解为vm-d, 从而0<v<vm-d。

令 $X = C_{0}^{1} (\bar{Ω}) \times C_{0}^{1} (\bar{Ω})$ , 固定a>λ1, 取d为分歧参数, 从半平凡的非负解分支{ (d;θa, 0) }出发, 构造 (2) 的正解。设 $\hat{λ}$ 是边值问题

-Δχ+exp (-cθa) χ=λχ, x∈Ω, x=0, x∈∂Ω (5)

的主特征值, 对应的主特征函数为χ0>0, 且满足‖χ0‖∞=1。

设u=θa-ω, v=χ, 代入方程 (2) , 可得 (ω, χ) 。满足

${\begin{cases} - Δ ω = a ω - 2 b θ_{a} ω + (1 - \exp (- c θ_{a})) χ + F_{1} (x, ω, χ), \\ x \in Ω \\ - Δ χ = m (1 - \exp (- c θ_{a})) χ - d χ + F_{2} (x, ω, χ), x \in Ω \\ ω = χ = 0, x \in \partial Ω \end{cases} (6)$

式 (6) 中

F1 (x, ω, χ) =bω2+exp (-cθa) (1-exp (-cω) ) χ;

F2 (x, ω, χ) =mexp (-cθa) (1-exp (-cω) ) χ。

显然F= (F1, F2) 连续, F (0, 0) =0 , 且F关于 (ω, χ) 的Frechet导数D (ω, χ) F (0, 0) =0。令K为Dirichlet边界条件下 (-Δ) -1, 则式 (6) 等价于

${\begin{cases} ω = a Κ ω - 2 b Κ (θ_{a} ω) + Κ ((1 - \exp (- c θ_{a})) χ) + \\ Κ F_{1} (x, ω, χ), x \in Ω ； \\ χ = m Κ ((1 - \exp (- c θ_{a})) χ) - d Κ χ + Κ F_{2} (x, ω, χ), \\ x \in Ω ； \\ ω = χ = 0, x \in \partial Ω 。 \end{cases}$

定义算子T:R+×X→X为

$\begin{array}{l} Τ (d; ω, χ) = \\ (\begin{matrix} a Κ ω - 2 b Κ (θ_{a} ω) + Κ ((1 - \exp (- c θ_{a})) χ) + Κ F_{1} (x, ω, χ) \\ m Κ ((1 - \exp (- c θ_{a})) χ) - d Κ χ + Κ F_{2} (x, ω, χ) \end{matrix}) 。 \end{array}$

则T (d;ω, χ) 为X上的紧微分算子。令G (d;ω, χ) = (ω, χ) ′-T (d;ω, χ) , 则G是C1函数, 且G (d;0, 0) =0。易知, G (d;ω, χ) 的零点恰好是式 (2) 的非负解。

定理1 如果a>λ1, 取 $\tilde{d} = m - \hat{λ}$ , 则 ( $\tilde{d}$ ;θa, 0) 是系统式 (2) 的一个分歧点, 且系统 (2) 在 ( $\tilde{d}$ ;θa, 0) 的邻域内存在正解。

证明记G (d;ω, χ) 关于 (ω, χ) 在 (0, 0) 的Frechet导数为L (d;0, 0) =D (ω, χ) G (d;0, 0) , 那么

$\begin{array}{l} L (d; 0, 0) \cdot (ω, χ) = \\ (\begin{matrix} ω - a Κ ω + 2 b Κ (θ_{a} ω) - Κ ((1 - \exp (- c θ_{a})) χ) \\ χ - m Κ ((1 - \exp (- c θ_{a})) χ) + d Κ χ \end{matrix}) 。 \end{array}$

因此L (d;0, 0) · (ω, χ) =0等价于

${\begin{cases} Δ ω + a ω - 2 b θ_{a} ω + (1 - \exp (- c θ_{a})) χ = 0, x \in Ω, \\ Δ χ + m (1 - \exp (- c θ_{a})) χ - d χ = 0, x \in Ω, \\ ω = χ = 0, x \in \partial Ω 。 \end{cases}$

若χ=0, 由算子 (-Δ-a+2bθa) 的特征值均大于零, 得ω=0, 这与特征函数的定义矛盾, 因此χ≠0。由式 (5) 知, 当 $m - d = \hat{λ}$ 时, χ=χ0 ,

ω=ω0= (-Δ-a+2bθa) -1 ( (1-exp (-cθa) ) χ0 ,

且由广义极大值原理知ω0>0。因此

N (L ( $\tilde{d}$ ;0, 0) ) =span{ (ω0, χ0) }。

另一方面, L ( $\tilde{d}$ ;0, 0) 的伴随算子

$\begin{array}{l} L^{*} ((\tilde{d}; 0, 0) \cdot (ω, χ) = \\ (\begin{matrix} ω - a Κ ω + 2 b Κ (θ_{a} ω) \\ - Κ ((1 - \exp (- c θ_{a})) χ) ω + χ - m Κ ((1 - \exp (- c θ_{a})) χ) + d Κ χ \end{matrix}) 。 \end{array}$

因此, L* ( $\tilde{d}$ ;0, 0) · (ω, χ) =0等价于

${\begin{cases} Δ ω - a ω + 2 b θ_{a} ω = 0, x \in Ω ； \\ Δ χ - ((1 - \exp (- c θ_{a})) χ) ω + m e x p (- c θ_{a}) χ - \overset{⌢}{λ} χ = 0, \\ x \in Ω ； \\ ω = χ = 0, x \in \partial Ω 。 \end{cases}$

容易看出, ω=0, 因此χ=χ0, 从而有 $Ν (L^{*} (\tilde{d}$ ;0, 0) ) =span{ (0, χ0) }。由Fredholm选择公理,

R (L ( $\tilde{d}$ ; $0, 0)) = {(ω, χ) \in X : \int_{Ω} χ χ_{0} d x = 0}$ 。

codimR (L ( $\tilde{d}$ ;0, 0) ) =1。令L1 ( $\tilde{d}$ ; $0, 0)) = D_{d (ω, χ)}^{2} G (\tilde{d}; 0, 0)$ , 则L1 ( $\tilde{d}$ ;0, 0) ) · (ω0, χ0) = (0, Kχ0) ′, 因此L1 ( $\tilde{d}$ ;0, 0) ) · (ω0, χ0) ∉R (L ( $\tilde{d}$ ;0, 0) ) 。

根据文献[7,8]中Crandall-Rabinowittz分歧定理, 存在δ>0, 及C1类函数

(d (s) ;φ (s) , φ (s) ) : (-δ, δ) →R×Z,

使得 $d (0) = \tilde{d}, φ (0) = 0, φ (0) = 0$ , 且 (d (s) ;ω (s) , χ (s) ) = (d (s) ;s (ω0+φ (s) ) , s (χ0+φ (s) ) ) 满足G (d (s) ;ω (s) , χ (s) ) =0, 其中Z⊕span{ (ω0, χ0) }=X。因此 (d (s) ;θa-s (ω0+φ (s) ) , s (χ0+φ (s) ) ) (|s|<δ) 是式 (2) 的分支解, 若取0<s<δ, 则它恰好是式 (2) 的正解。而且, 在分歧点 ( $\tilde{d}$ ;θa, 0) 附近的非平凡非负解要么在分支{ (d;θa, 0) :d∈R+}上, 要么在分支{ (d (s) ;θa-s (ω0+φ (s) ) , s (χ0+φ (s) ) ) :0<s<δ) }上。

注a>λ1时, 若 (u, v) 是式 (2) 的正解, 由于0<u<θa, 结合式 (2) 中关于v的方程得

$d = m - λ_{1} (\exp (- c u)) < m - λ_{1} (\exp (- c θ_{a})) = \tilde{d}$ 。

从而说明在半平凡解分支{ (d;θa, o) }上产生的局部分支解必在分歧点 ( $\tilde{d}$ ;θa, 0) 的左侧。如果该分支解能够延拓为整体分支, 那么该整体分支不可能随参数d到达无穷远处。

2 分支解的稳定性

由定理1的证明可知,

N (L ( $\tilde{d}$ ;0, 0) ) =span{ (ω0, χ0) }, codimR (L ( $\tilde{d}$ ;0, 0) ) =1, 且R (L ( $\tilde{d}$ ;0, 0) ) ={ (u, v) ∈X:∫Ωvχ0dx=0}。又因为i (ω0, χ0) ∉R (L ( $\tilde{d}$ ;0, 0) ) , 所以0是L (;0, 0) 的i-单重特征值。

引理2 0是L ( $\tilde{d}$ ;0, 0) 实部最大的特征值, 其它的特征值均在左半复平面上。

证假设λ是L ( $\tilde{d}$ ;0, 0) 实部大于0的特征值, (φ, φ) ′是相应的特征函数, 则L ( $\tilde{d}$ ;0, 0) · (φ, φ) ′=λ (φ, φ) ′, 亦即

${\begin{cases} Δ φ + a φ - 2 b θ_{a} φ + (1 - \exp (- c θ_{a})) φ = λ φ, x \in Ω; \\ Δ φ + m (1 - \exp (- c θ_{a})) φ - \tilde{d} φ = λ φ ‚ x \in Ω ； \\ φ = φ = 0, x \in \partial Ω 。 \end{cases}$

若φ=0, 则λ是算子 (Δ+ (a-2bθa) I) 的一个特征值, 那么λ∈R, 且λ<0, 与假设矛盾;因此φ≠0, 从而λ是算子 $(Δ + (m (1 - \exp (- c θ_{a})) - \tilde{d}) Ι)$ 的一个特征值。因为 $m - \tilde{d} = \hat{λ} = λ_{1} (\exp (- c θ_{a}))$ , 所以0是算子 $(Δ + (m (1 - \exp (- c θ_{a})) - \tilde{d}) Ι)$ 的主特征值, 故有λ≤0。同样与假设矛盾。

由于0是L ( $\tilde{d}$ ;0, 0) 的i-单重特征值, 且L ( $\tilde{d}$ ;0, 0) 的所有特征值均位于左半复平面, 那么由文献[6,7]知, 存在两个分别定义在 $\tilde{d}$ 和0邻域内的函数

d→ (γ (d) , S (d) ) ∈R×X1和s→ (η (s) , T (s) ) ∈R×X1, 使得 $(γ (\tilde{d}), S (\tilde{d})) = (0, (ω_{0}, χ_{0})^{'}) = (η (0), Τ (0))$ , 并且

L (d; $θ_{a}, 0) S (d) = γ (d) S (d), | d - \tilde{d} | < < 1,$

L (d (s) ;u (s) , v (s) ) T (s) =η (s) T (s) , 0<s<<1。

这里的S (d) = (Φ1 (d) , Φ2 (d) ) ′, T (s) = (Ψ1 (s) , Ψ2 (s) ) ′, 而且 $γ^{'} (\tilde{d}) \neq 0$ , 又若η (s) ≠0 (|s|<<1) , 则

$\lim_{s \to 0} \frac{s d^{'} (s) γ^{'} (\tilde{d})}{η (s)} = - 1$ 。

分支解 (u (s) , v (s) ) 的稳定性由η (s) 确定, η (s) >0时是不稳定的, η (s) <0时是稳定的。

首先确定γ′ ( $\tilde{d}$ ) 的符号。由半平凡解 (θa, 0) 的稳定性讨论可知γ (d) =λ1 (exp (-cθa) ) +m-d, 所以 $γ^{'} (\tilde{d}) = - 1$ 。

其次确定d′ (s) 的符号。将分支解

(d (s) ;u (s) , v (s) ) = (d (s) ;θa-s (ω0+φ (s) ) ,

s (χ0+φ (s) ) ) 。

代入式 (2) 的第二个方程, 两端同除以s, 再关于s在s=0处微分得

-Δφ′ (0) =m (1-exp (-cθa) ) φ′ (0) -

mcexp (-cθa) ω0χ0-d (0) φ′ (0) -d′ (0) χ0。

上式两边同乘以χ0, 然后在Ω上积分, 并利用格林公式得

d′ (0) =-mc∫Ωexp (-cθa) χ $_{0}^{2}$ ω0dx<0,

从而d′ (s) <0, 所以η (s) <0, 因此得到:

定理2 设定理1的条件成立, 则由定理1确定的分歧解 (u (s) , v (s) ) (0<s<δ) 是渐近稳定的。

参考文献

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态功能研究第5篇

CPR1000冷态功能试验的目的是在水实体的工况下, 以设计压力的1.33倍, 对反应堆冷却剂系统和有关辅助系统的高压部分进行强度性水压试验, 以检查主系统的设备、管道的密封和焊接质量, 验证其承压运行时的密封性和安全性。

根据ASME第三章锅炉和压力容器规范, 按需要在AP1000机组RCS (反应堆冷却剂系统) 及其相关系统的高压部分的压力边界内执行试验压力不小于1.25倍的最小设计压力的初始冷态水压试验, 对反应堆冷却剂系统和有关辅助系统的高压部分进行强度性水压试验, 以检查主系统的设备、管道的密封和焊接质量, 验证其承压运行时的密封性和安全性。

2 AP1000和CPR1000核电机组冷态功能试验比较分析

2.1 试验压力和温度要求

CPR1000试验压力为22.8 MP, 升压速率小于0.4 MPa/min, 温度范围为35℃-65℃, 升温速率小于28℃/h。AP1000试验压力为21.42 MPa, 最大压力为22.70 MPa。升压速率小于0.689 MPa/min, 堆芯补水箱的最小加压温度是23.9℃, 最小水压试验温度是18.5℃。

2.2 水压试验压力边界

CPR1000和AP1000核电机组的试验边界均为一回路压力边界及其辅助系统管线。二者的系统设计的差别导致相应的压力边界也有所不同。

2.3 临时措施

2.3.1 温度测量

AP1000共有25 (1-25) 个精度为+1.67℃ (+3℉) 量程为-1.1-93.3℃ (30-200℉) 的热电偶, 分别布局在:1-3以120°的间隔安装压力容器法兰;4-7以大约90°的间隔安装在环压力容器下封头过渡段;8-10以120°的间隔安装在环稳压器下封头过渡段;11-16分两组以120°安装在蒸汽发生器1、2外壳周围稍微低于管板高度;17-21安装在5个选定的控制棒驱动机构 (CRDM) 软管上;22, 23以180°安装在堆芯补水箱A底部容器封头过渡处周围;24, 25以大约180°安装在堆芯补水箱B底部容器封头过渡处周围。

2.3.2 压力测量仪表

CPR1000压力监测仪表:安装在RCP011MN的冷凝罐的排气管线上的两个标准压力表 (刻度0~40MPa, 精度0.2) ;量程0~25MPa, 安装在RCP 014MP位置的压力变送器EHP001MP;量程15~-25MPa, 安装在RCP011MN的正压腔接管上压力变送器EHP002MP;量程11~18MPa的在线压力表RCP005MP;静载压力试验仪表 (DPT) RCP017LP和RCP016MP:RCP017LP量程为0.1~20MPa, RCP016MP为-0.05~+0.05 MPa (测量值与DPT加载的标准压力值比较后输出信号) ;系统在线压力表RCP037/039MP:量程0~20MPa。

AP1000压力监测仪表:量程为0-27.6MPa (0-4000 PSIG) 、0-10V输出模拟量/数字量接口和精度为0.1%的3个临时压力变送器;3个量程0-27.6 MPa (0-4000 PSIG) 精确度0.1%的数字压力表或量程0-34.5 MPa (0-5000 PSIG) 精确度0.1%的机械压力表;量程0-27.6 MPa (0-4000 PSIG) , 精度0.1%的便携式压力校核仪表。“标准”压力变送器安装在RCS-PL-V005A稳压器释放阀管道法兰的入口位置;“备用”压力变送器安装在APP-RCS-PL-V205稳压器手动排气阀下游M02位置 (56.464 m) ) ;“参考”压力变送器安装在RCS系统低点 (26.492m) 的APP-PXS-PL-V033A安注箱A出口排放阀。

2.3.3 超压保护装置

CPR1000超压保护装置的功能是在水压试验期间监测RCP系统压力, 对RCP系统进行超压保护。AP1000核电机组在RCS-V005B处安装一个设定值为22.513 MPa的临时安全阀。

2.4 试验升压过程

在CPR1000核电机组, 主系统压力从0-16.5MPa, 采用RCV系统将系统升压;16.5MPa以后启动水压试验泵, 将系统升压到最后阶段。AP1000机组在主泵对一回路加热完毕后, 便用临时水压试验泵执行升压操作, 避免了升压方式的转化过程, 降低了压力波动的风险。

3 AP1000核电机组冷态功能试验注意事项

通过前面对AP1000与CPR1000的冷态功能试验的分析, 择要从主泵相关操作、试验的温度和压力两方面提出AP1000核电机组冷态功能试验的注意事项:

3.1 主泵相关操作

在抽真空过程中, 确保RCS压力保持任何时候大于定子腔压力;泵的首次启动将可能导致系统的压力骤降, 在反应堆冷却剂泵启动后可在流量允许的情况下, 加大CVS的上充流量, 若压力仍低于NPSH则需要立即停运主泵;为保证水膜厚度, 主泵绝不允许在300rpm的转数下正向或者反向连续旋转;为了防止主泵电机超功率, 需要保证任何一个主泵的转数至少不超过88%的额定转数甚至更低的转数;需要设计方核实试验期间是否需要安装堆芯过滤器, 以保证主泵在热试期间的额定转数情况下正常运行, 保证主泵电机不超功率 (冷试和热试期间一体化堆芯顶盖不打开) 。

3.2 试验的温度和压力

在试验期间需要主泵在试验阶段对反应堆冷却剂进行加热并在压力平台下进行整个系统的热耗估算试验, 以保证满足试验要求;实验过程中PXS系统的堆芯补水箱也在试验边界内, 为保证试验温度满足要求, 可采取加大CVS系统的上充流量, 将堆芯补水箱的疏水阀打开, 用高温的冷却剂替换原来的去离子水, 达到试验要求;在试验过程中, 确保系统的压力变化小于0.689MPa/min。

参考文献

态功能研究第6篇

通过长波长光激发获得短波光发射的现象称为频率上转换现象 (简称上转换, upconversion或UC) 。例如通过上转换途径能将太阳光的可见-近红外长波段转换为所需的短波长光, 以匹配单晶硅、多晶硅或二氧化钛等半导体的禁带, 在太阳能光伏电池[1]、太阳能光催化[2]和光降解治理环境污染[3]等新能源领域显现诱人的应用价值。同时上转换材料呈多光子过程, 具有高度的空间选择性和优良的介质穿透性, 在三维光存储、光动力学治癌和生物标记成像[4,5]等领域也具有潜在应用的前景。近年来, 频率上转换效应引起世界各国研究者的广泛兴趣和极大的探索热情, 成为材料学、光物理化学和生物光子学等多学科交叉的一个前沿研究热点。

目前, 实现频率上转换的途径有3种:连续能量转移 (sequential energy transferupconversion, ETU) [6]、双光子吸收 (two-photon absorption, TPA) [7]和三线态-三线态湮灭 (triplet-triplet annihilation, TTA) [8]。ETU和TPA上转换技术存在着严重的缺陷, 需要高功率的强光激发, 而上转换效率却很低, 这些都极大地制约了它们的应用范围。基于三线态湮灭的频率上转换 (TTA-UC) 所需要的激发光能量低 (通常<1 W/cm2) , 最受研究者的青睐。光子晶体具有的光子局域和光子禁带性能[9,10]能控制光子的传输, 有效提高光与介质之间的相互作用, 抑制自发辐射作用[11], 如通过光子禁带抑制给体发光能量损耗可提高分子间的荧光能量共振转移 (FRET) 的发光效率[12]。本文从TTA上转换的能量传递机制出发, 将光子晶体对能量的调控应用于上转换体系。采用无皂乳液聚合法制备得纳米尺寸 (200~500nm) 的单分散乳胶微球, 并通过竖直沉积法制备得一系列不同禁带的光子晶体。当选择与蒽衍生物的上转换发光波段匹配的特定光子禁带的光子晶体薄膜可实现金属卟啉 (敏化剂) -蒽衍生物 (发光剂) 双组份体系的上转换荧光发光增强效果。

2 实验部分

2.1 试剂与仪器

苯乙烯、丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯经过减压蒸馏提纯后使用;碳酸氢铵、十二烷基苯磺酸钠和过硫酸氨用去离子水重结晶两次后使用。

数显恒温水浴锅 (巩义予华HH-4型) , 恒温恒湿箱 (KCL2000型, 东京理化器械株式会社) , 光纤光谱仪 (上海复享PG2000) , 纳米粒度及Zeta电位分析仪 (Malvern Zetasizer Nano ZS) 和扫描电子显微镜 (JEOL-JSM 6700型, 日本电子株式会社) , 荧光光谱仪 (英国Edingburgh 920型稳态/瞬态荧光光谱仪) 。

2.2 实验内容

2.2.1 聚 (苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸) 乳胶微球制备

在装有搅拌器、回流冷凝管、恒压滴液漏斗的三口烧瓶中, 分别加入去离子水 (150m L) 、甲基丙烯酸甲酯 (2.5g) 、丙烯酸 (1g) 、苯乙烯 (30.5g) , 再加入十二烷基苯磺酸钠 (1mg/m L) 和碳酸氢铵 (0.75g) 。控制温度在70℃搅拌0.5h后, 再将过硫酸氨 (26mg/m L, 引发剂) 分3次加入, 每次间隔2h;即得单分散 (DPI<0.5) 的乳胶液。

2.2.2 胶体光子晶体制备

将普通玻璃基片经双氧水、浓硫酸处理之后, 放置在装有乳液的小烧杯中 (乳液用一定量的蒸馏水稀释) 。恒温恒湿条件下48h烘干, 乳液在蒸发过程中, 单分散乳胶微球借助表面张力和静电斥力的共同作用下, 在该玻璃基片上自组装得到光子晶体;然后将附着该光子晶体的玻璃基片放置在80℃下退火处理30min后, 冷却至室温即可。

2.2.3 光子晶体调控上转换测试

实验选用2, 3, 7, 8, 12, 13, 17, 18-八乙基卟啉钯 (Pd OEP) 为敏化剂, 2-蒽羧酸 (An COOH) 为发光剂构成双组分上转换体系 (Pd OEP:An COOH摩尔比为1:200, 混合溶剂为1:10的二甲基甲酰胺/乙醇。敏化剂与发光剂的分子结构如图1所示。光子晶体的禁带位置选择在668nm, 以期抑制双组份体系中敏化剂的磷光发射。

3 结果与讨论

3.1 微球粒径与表面活性剂用量的关系

用Malvern Zetasizer Nano ZS粒度仪表征合成得到的胶体微球的粒径。微球的粒径随着表面活性剂十二烷基苯磺酸钠用量的增大而减小并呈现出较好的线性关系 (图2) 。表面活性剂用量为12mg时, 合成制备得到微球粒径分布为290nm;增大十二烷基苯磺酸钠用量, 制备得到微球粒径逐渐减小, 十二烷基苯磺酸钠用量增大到28mg时, 合成制备得到微球粒径分布减小至180nm。十二烷基苯磺酸钠的烷烃长链能够吸附在聚合新生成的粒子表面, 成为一个阻隔层阻碍了粒子之间的碰撞, 减少粒子之间相互的团聚融合;因此十二烷基苯磺酸钠用量的增加提供较大的聚合位阻, 最终形成较小的PS纳米颗粒, 使纳米粒子保持稳定的单分散状态并控制它们的生长。

3.2 乳胶微球粒径与光子晶体光子禁带之间对应关系

通过调控乳胶微球的粒径大小 (188~315nm) , 可制备得到7种不同结构色的光子晶体膜 (1~7#) 。图3a给出了粒径分别为188nm、235nm、244nm、256nm、278nm、284nm和315nm, 即紫色、蓝色、青色、绿色、黄色、橙色和红色的光子晶体薄膜照片。光子晶体薄膜的表面形貌用场发射扫描电子显微镜 (JEOL JSM-6700, ) 表征 (图3b) , 可以看出, 胶体晶体微球以面心立方紧密排列, 其 (111) 面与基底平行, 每一层的微球同时与六个微球相接, 乳胶粒之间以近乎点接触的形式存在, 相邻三个乳胶粒间形成有序的三角形贯通的空气腔, 从而得到了以乳胶粒或空气为支架的双连续结构。正是这种微观周期性结构的有序排列对光的布拉格反射产生不同禁带的结构色彩。反射光谱测量 (图3c) 可以得到不同结构色彩的光子晶体薄膜对应的光子禁带的中心位置分别位于424nm、488nm、513nm、557nm、596nm、624nm和684nm。统计结果表明, 胶体微球的粒径与最终得到的光子晶体禁带波长也表现出很好的线性关系 (图3d) , 这表明可通过改变微球粒径就可获得连续的光子晶体禁带。

4结论

通过乳液聚合, 合成制备了一系列不同粒径 (188~500nm) 的聚 (苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸) 单分散乳胶微球, 利用自组装技术得到不同禁带的光子晶体薄膜。进一步又利用光子晶体对能量的特殊调控作用, 应用三线态-三线态湮灭上转换体系, 实现了上转换发光约10倍的增强作用, 为实现增强上转换发光提供一种新的方法。

参考文献

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中国文化的电影化形态研究第7篇

1 中国文化的发展之路

中国文化在漫长的发展过程中不断完善常熟。从先秦诸子百家开始, 百花齐放, 百家争鸣的局面便昭示着中国文化的繁荣, 至两汉时期“罢黜百家, 独尊儒术”的政策让传统文化走向“儒家”独大的局面, 其间虽仍有“道家”“佛家”等其他学术力量的存在, 但其过于微弱。儒术的尊崇, 让中国人的文化理念开始以此为根基, 并随之发展出了一整套的“齐家治国平天下”理论。在随后的发展过程中, 儒术被不断的变革修缮。然而到晚清, 鸦片战争的打响, 让中国的天朝上国梦沉底覆灭, 中国的传统文化在列强的入侵下开始裂变。“五四运动”的开展, 让“德先生”和“赛先生”在中国广为传播, 青年学者开始接受西方文化, 中西之间的文化理念开始出现碰撞的火花。

二战过后, 世界格局和秩序重新确立, 文化格局也开始呈现东西阵营的较量, 身处社会主义阵营的中国, 红色革命成为了文化之路的主题和重心。新中国成立初期, 中国文化相对比较单一, 受苏联文化影响较多。随着苏联的解体, “冷战”的结束, 世界格局再次发生变动, 东西阵营的对立让原本对抗的文化开始出现多元化的发展态势, 中国文化开始处于反思之中。时至今日, 随着“后冷战”时期的到来, 中国文化开始出现新的变化。改革开放的实施让中国焕发了新的生机, 中国的各个层面都发生了巨大的变化。对于中国的文化而言, 传统文化受到西方文化大规模的侵袭。受到西方思潮影响的中国人开始反叛中国传统的孔孟之道, 中国文化在西方文化的入侵下, 表现出疲软的态势, 面对凌厉的攻势, 中国文化又该如何反击?

2 中国文化的电影化表达

文化的表现形态有很多种, 其中文学、绘画、雕塑、建筑、音乐……这些都是人们稔熟的艺术形式, 人们可以通过阅读名著, 观赏画作, 聆听音乐等来感受文化的魅力和艺术的美感。电影作为文化的表现形式, 起步时间相对较晚, 因为电影至今也不过才一百多年的历史, 然而电影作为文化的表现形式, 它的穿透力和影响力却远远超过其他的艺术形式。文学、绘画、音乐、雕塑和建筑等这些艺术形式从接受的层面而言, 他们始终是一维的模式, 即视觉或听觉, 而电影的出现完美的融合了视听两维空间, 让观众更容易接受也更容易引起共鸣。从艺术审美的层面而言, 它们更倾向于小众艺术, 它们的大众化传播需要进一步的阐释, 对于电影而言, 从诞生到步入艺术殿堂, 它始终是以大众艺术的形式出现在人们的视野中, 时至今日尤为明显。

早在二战时期, 美国就意识到文化影像化的重要性, 二战过后, 好莱坞成了美国霸权文化加工和包装的重要集散地。加入世贸组织后, 大量的海外影片开始涌入中国, 其中以好莱坞影片为重。十几年过去了, 在好莱坞影片的培养下, 中国出现了一大批好莱坞商业大片的尾随者。从商业片的角度而言, 好莱坞大片带给观众的仅仅是宏大场面, 紧张刺激的情节和完美化身的明星, 没有太多的文化价值。但从深层次的视域来看, 好莱坞大片模式培养起来的观众, 在看似简单的商业大片中接受的却是深层次的文化认同。电影《变形金刚》系列就是典型的例子。对于普通观众而言, 同等价位的票价, 观看《变形金刚》系列电影可谓物超所值, 宏大的场景, 激烈的打斗, 3D技术的运用, 让人身临其境, 酣畅淋漓, 对于电影文本的理解也没有门槛的设置, 反正正义总会战胜邪恶。然而仔细观看电影会发现, 《变形金刚》系列影片所构建的依然是“冷战时期”美苏争霸的大背景, 而在电影中, 美国毫无疑问的成为了救世主, 成了代表西方阵营的英雄, 而苏联, 则成为了邪恶力量的代表。观众在观看的过程中, 仅仅伴随着正义和邪恶的斗争来做出判断, 却从未仔细思索叙事背景下的真伪。好莱坞商业大片在包装美国文化的过程中, 将美国伪饰成了一个完满的形象, 将美国文化也粉饰成天下太平的改良剂。

对于中国文化而言, 好莱坞模式的发展是个重要的启示。尽管早在1905年中国电影就出现在中国观众的面前, 但发展缓慢。中国电影自诞生就被赋予浓重的文化情怀, 以反映社会生活, 反映时代变迁的居多, 《孤儿救祖记》这类影片的上映更是对中国传统文化的直白书写。随着战争硝烟的弥漫, 中国电影中关于传统文化的题材开始慢慢削减, 以保家救国, 奋起反抗为题材的影片数量开始增加。红色电影的出现更是对当时中国文化的最大宣扬。改革开放后, 西方电影的输入, 让中国电影丧失了很大的电影市场, 对于文化的转化和宣扬也处于迷茫的状态。为了更好地借鉴和吸收西方电影的精髓, 中国电影人也开始尝试中国化的商业片, 从总的发展来看取得了巨大的成绩。与好莱坞商业大片相比, 中国商业片缺少内涵性的文化特征, 比如:美国文化中非常重要的表现是“美国梦”, 让观众相信, 在美国你只要坚持努力, 你就会成功, 就会得到认可和尊敬。中国文化渊源博大, 但在电影的文化表现层面缺少明确的核心价值, 尤其今天在中国银幕上放映的商业片, 宣扬的价值观多以“实用主义”“拜金主义”居多, 让观众在看完之后, 缺少正确价值观的引导, 也缺乏核心价值观的思考。

3 电影文化需要什么

对于观众而言, 观看电影需要的是休闲和快乐。所以作为文化的转化形式, 电影需要把观众需求和文化价值进行无缝缝合, 让观众在观赏的过程中, 既能享受电影所带来的快乐, 又能避免说教式的文化传达。中国在电影发展过程中, 过多直白的教化式让中国观众对其产生反感, 尤其是商业化的今天, 如何把商业型和文化性有机结合变得非常重要。

纵观今天的电影市场, IP改编剧居多。从某种意义上来讲, IP改编是最典型的文化转化为影像的表现, 因为IP改编的出现, 必先经历的一个过程就是被改编艺术模板的流行, 如文本、歌曲、漫画……, 而这种流行的背后其实是文化本身的成熟和扩大, 只有当这种艺术形式被广泛传播, 形成认同才会被改编成电影, 从而进一步扩大影响范围。从实际上映的IP改编电影来看, 电影质量参差不齐, 有以中国传统文化为依托的IP电影, 也有纯粹吸金的商业化电影, 当让这也传递出两种完全不同的文化信号。一种是对传统文化的延续和传承, 另一种是对当下娱乐化的直白写照。文化最深的价值自然是历史沉积的体现, 但同时文化最大的发展却要紧随时代的步伐。今天中国电影文化最大的缺失也许正是这种冰与火的对立和抗争。

文化是历史发展的写照, 中国文化五千年的发展更是清晰映照出华夏灿烂的文明历程。作为文化数字化形态转化的表现形态, 电影是最年轻的表现手段也是将是未来最为重要的表现手段, 尤其是今天伴随着VR技术、AR技术、3D技术、IMAX等技术的发展, 让电影可以用更多的方式来展现文化的魅力和价值。

摘要：中国文化历经几千年, 在漫长发展史上形成了独有特色的理念和模式, 尤以儒家文化为大。然而伴随着时代的发展和进步, 传统文化在传承方面却很难延续, 尤其是当下文化语境的商业化, 让传统文化举步维艰。文化的数字转化成为当下发展传统文化的重要手段, 在文化数字转化表现形态中电影化表达显得尤为重要, 它不仅完美传承了文化本身的韵味, 也将文化进行了最大化的传播。

关键词：中国文化,电影化,形态研究

参考文献

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