铁（Iron）是地球上最丰富的元素之一，广泛存在于地壳、水体以及生物体中。铁在自然界的循环过程中，尤其是在水体中的氧化还原反应，对生态系统中的营养循环、污染物降解等具有重要影响。然而，在农业流域的间歇性溪流中，铁循环的机制及其与微生物活动的相互作用尚未得到充分研究。特别是在溪流停滞的水池中，铁矿化现象（如铁锈絮状物、铁膜等）的出现，可能与地下水输入、微生物活动以及水文条件密切相关。理解这些过程不仅有助于揭示铁在农业溪流中的生态作用，还能为水体污染治理和营养循环提供科学依据。 因此，Zackry Stevenson等研究者以美国爱荷华州立大学校园内的Clear Creek溪流为研究对象，开展了一项结合水文、地球化学和微生物学的综合研究，旨在揭示间歇性溪流中铁矿化的控制机制。 论文来源 本论文由...

硒（Selenium）是一种重要的微量元素，广泛存在于自然界中，参与多种生物代谢过程。然而，硒的浓度过高时，会对人类、动物和环境造成严重的毒性影响。工业活动，尤其是燃煤发电厂的煤炭燃烧，是地下水硒污染的主要来源之一。燃煤过程中产生的飞灰（fly ash）在处置过程中，硒会通过渗滤进入地下水，导致水体污染。硒的毒性形式主要是其氧化态，如硒酸盐（selenate, Se(VI)）和亚硒酸盐（selenite, Se(IV)），这些化合物在水中溶解度较高，容易被生物吸收，进而对生态系统和人类健康构成威胁。 为了应对这一问题，研究人员探索了多种修复技术，其中微生物修复（microbial remediation）因其成本效益高、环境友好等优势，成为近年来研究的热点。微生物修复利用天然微生物群落的代谢...

水力压裂（hydraulic fracturing）是一种从非常规储层中提取天然气的技术，但其过程中会产生大量的返排水和产出水。这些水中含有复杂的有机和无机成分，尤其是与这些流体相关的固体物质，通常富含铁（Fe）、有毒有机物、重金属和天然放射性物质（NORM）。尽管这些固体物质对环境和人类健康构成潜在威胁，但关于其成分及其与微生物群落的相互作用的研究仍然有限。此外，这些固体物质的长期环境归宿也缺乏深入理解。 本研究旨在分析来自英国Bowland页岩（Bowland Shale）水力压裂井的返排水中的固体物质，并探讨这些富含Fe(III)的固体在厌氧条件下被微生物还原的潜力。通过使用电子穿梭体（electron shuttle）——蒽醌-2,6-二磺酸盐（anthraquinone-2,6-d...

学术背景 氯代溶剂（如四氯乙烯和三氯乙烯）的广泛使用和不当排放导致了全球范围内土壤和地下水的严重污染。这些污染物不仅威胁地下水安全，还可能通过食物链影响人类健康。传统的微生物还原脱氯技术虽然能够降解这些污染物，但降解速率较低，且常常停留在毒性更高的中间产物阶段。为了提高降解效率，纳米零价铁（nZVI）材料被引入污染修复中，因其能够通过化学反应快速降解氯代溶剂。然而，nZVI的高反应性也可能对微生物群落产生毒性，尤其是在与微生物修复技术结合使用时，这一问题尤为突出。 近年来，硫化纳米零价铁（S-nZVI）作为一种新型材料，因其对氯代溶剂的选择性和反应性增强而备受关注。然而，关于S-nZVI对微生物群落的潜在毒性研究仍然有限。本研究旨在评估S-nZVI在好氧和厌氧条件下对微生物的毒性，特别是对氯...

微机械谐振器中内部共振机制的研究及其频率稳定化应用 背景介绍 微机械谐振器（micromechanical resonators）在现代时间保持和传感设备中扮演着至关重要的角色，因其高频率、高品质因数和高灵敏度而备受青睐。然而，这些谐振器的极低阻尼特性可能导致多种非线性现象，进而影响其频率稳定性。其中，达芬硬化效应（Duffing hardening effect）是一个主要的限制因素，它通过振幅变化引起频率漂移，即所谓的振幅-频率效应（amplitude-frequency effect）。近年来，内部共振（internal resonance, InRes）作为一种有效的方法，被提出用于缓解这一问题并增强频率稳定性。内部共振通过非线性耦合项促进具有可通约频率比的振动模式之间的能量交换，从...

针对切换模糊系统的安全有限时间滤波设计研究 学术背景 在现代控制系统中，切换系统（switched systems）和模糊系统（fuzzy systems）因其在处理复杂非线性动态问题中的有效性而受到广泛关注。然而，随着网络化系统的普及，系统面临着来自传感器故障和网络攻击（如缩放攻击，scaling attacks）的威胁。传感器故障可能导致系统性能下降，而缩放攻击则会通过修改传输数据的比例来破坏系统的稳定性。因此，设计一种能够同时应对传感器故障和网络攻击的鲁棒滤波器成为了一个重要的研究课题。 本文旨在提出一种针对离散时间切换模糊系统（discrete-time switched fuzzy systems）的安全有限时间混合H∞和被动性（mixed H∞ and passivity, MH...

非线性系统随机响应谱研究：分数阶导数元素的引入与分析方法 学术背景 在工程和物理领域，非线性动态系统广泛应用于模拟复杂现象。然而，当这些系统受到随机激励时，预测其响应变得极具挑战性，尤其是在引入分数阶导数（fractional derivative）元素后。分数阶导数能够更准确地描述记忆效应和遗传现象，但其引入也带来了额外的分析和计算困难。传统的线性系统分析方法无法直接适用于非线性系统，尤其是当系统包含分数阶导数时，其响应功率谱密度（PSD, Power Spectral Density）的确定变得更加复杂。 本研究的核心问题是如何在包含分数阶导数的非线性系统中，准确估计其随机响应的功率谱密度。分数阶导数的引入使得系统的动态行为具有非局部特性，传统的统计线性化（Statistical Lin...

学术背景 在工程和材料科学领域，精确控制机器人操作器的位移和力对于研究材料的力学特性至关重要，尤其是在处理具有非线性粘弹性变形的物体时。例如，在纺织、航空航天、医疗和能源生产等领域，纺织品的力学行为对设计和性能有着重要影响。传统的拉伸/压缩机械通常通过控制变形速度来测量力，但这种方法无法直接观察物体的关键变形点，如弹性极限、塑性变形和断裂点。为了克服这一限制，近年来机器人系统被用于进行位置/变形控制的物体表征。然而，工业机器人在处理微小力和变形时存在局限性，而压电机器人操作器则因其高分辨率和高带宽成为理想选择。然而，压电执行器的强滞后非线性特性给精确控制带来了挑战。本文旨在解决这一问题，提出了一种新的控制策略，结合滞后模型和状态观测器，实现了压电机器人操作器的精确位移控制和力估计，从而为物体...

背景介绍 在自然界中，复杂系统无处不在，如神经网络、社交网络和电力网络等。理解这些系统中的动力学转变通常通过数学模型来实现，尤其是耦合非线性振荡器表现出丰富的集体行为。手性（chirality）是指系统中同时存在顺时针和逆时针旋转的动力学行为，它在塑造耦合系统的行为中起着关键作用。然而，手性在具有竞争性吸引和排斥耦合的系统中的作用尚未得到充分研究。为此，Sathiyadevi Kanagaraj、Premraj Durairaj 和 Zhigang Zheng 等人开展了这项研究，旨在探讨手性在具有吸引和排斥耦合的全局耦合 Stuart-Landau 振荡器中的影响。 论文来源 这篇论文由 Sathiyadevi Kanagaraj、Premraj Duraji 和 Zhigang Zhen...

背景介绍 在现代工程实践中，欠驱动系统（under-actuated systems）因其结构简单、能耗低、灵活性高等特点，广泛应用于起重机、轮式倒立摆、蛇形机器人等领域。然而，欠驱动系统的控制输入数量少于系统的自由度（degrees of freedom, DOF），这给控制器设计和稳定性分析带来了巨大挑战。虽然已有许多控制策略被提出，如反馈线性化控制、自适应控制和鲁棒控制，但这些方法在实际应用中往往存在复杂度高、依赖模型精度等问题。此外，传感器故障可能导致部分状态信息的丢失，进而影响系统的监控和性能，甚至引发系统不稳定。因此，如何在传感器故障的情况下，设计一种高效、鲁棒的控制策略，成为当前研究的热点问题。 论文来源 本论文由Minggang Liu、Ning Xu、Huanqing Wa...