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本篇研究来自浙江大学海宁国际校区刁瑞盛课题组。本文首先对强化学习（RL）进行了全面的、系统化的概述，包括RL的基本概念和最新的RL算法，以及RL的新发展在新型电力系统领域的潜在应用场景。其次，介绍了RL在电力系统规划和运行中的三种典型应用场景，包括设备级控制、系统级控制和需求侧管理，分析了RL在各个场景中应用的基本思路、优势和主要难点。 文章介绍 Application of Reinforcement Learning in Planning and Operation of New Power System Towards Carbon Peaking and Neutrality Fangyuan Sun, Zhiwei Wang, Junhui Huang, Ruisheng Diao(刁瑞盛), Yingru Zhao and Tu Lan 通讯作者： 刁瑞盛，浙江大学海宁国际校区   本文首先对基于高精度仿真的强化学习算法进行了全面概述，以训练高效精准的决策智能体，实现无模型决策；具体包括马尔可夫决策过程、强化学习基本概念、以及与电力系统规划控制特性强相关的强化学习算法新发展，即安全强化学习（safe RL）与多智能体强化学习。其次，分析强化学习在电力系统领域的三个重要应用场景，包括设备级控制、系统级优化控制和需求侧管理，研究趋势如下所示： 图1 电力系统领域5个高影响因子期刊发表强化学习应用相关的论文数量统计(2022年仅统计了前9个月) 本文详细阐述了不同应用场景下智能体建模和训练详细步骤；进一步、论述了强化学习的无模型、数据驱动和高适应性特征，在处理新型电力系统规划和运行中高复杂性问题的优势，比如在储能控制和智能负荷管理等场景中，设备模型具有很强的非线性和时变特性，这对传统的优化方法是一个挑战；通过设计基于强化学习的智能体训练过程，可以达到超过传统方法的性能。最后，探讨了实现可再生能源充分消纳、大规模资源优化配置、电力可靠供应、电网安全经济运行等目标的未来研究方向，以及强化学习在新型电力系统应用过程中存在的样本需求量大、鲁棒性及可解释性缺陷等问题。 作者介绍 刁瑞盛 副教授 浙江大学海宁国际校区 刁瑞盛博士，现任浙江大学海宁国际校区长聘副教授、研究员、博士生导师、新能源电力系统仿真与智能控制研发中心主任，长期从事电力系统高精度建模、稳定性仿真计算、可再生能源接入、高性能计算、人工智能应用等研究工作。牵头并参与美国能源部、国家电网公司科技项目30多个（总经费约$3000万美元），共发表论文107篇，申请发明专利23项。 期刊介绍 Progress in Energy Progress in Energy（PRGE，能源进展）是一本全新的多学科期刊，发表能源研究领域中高质量的权威综述和观点。PRGE发表的内容包括：能源材料；储能；能源科学与工程；节能；能效；能源系统；能源与运输；能源基础设施；能源电网和网络；能源接入和安全；可持续和可再生能源；环境和资源；能源政策；能源经济学等。

OP出版社每月从年度重点期刊中精选一系列文章供大家阅读，这些文章体现了IOP期刊的高质量和创新性，并呈现了一些受关注的研究工作。欢迎大家阅读下载！ 精选文章 Journal of Physics D: Applied Physics Dislocations in 4H silicon carbide Jiajun Li, Guang Yang, Xiaoshuang Liu, Hao Luo, Lingbo Xu, Yiqiang Zhang, Can Cui, Xiaodong Pi, Deren Yang and Rong Wang   Flexible and Printed Electronics A high-reliability scan driver integrated circuit by MO TFTs for a foldable display Chun Liu, Lei...

本篇研究来自南京航空航天大学/机械结构力学及控制国家重点实验室黄佩珍课题组。论文基于相场法研究了电迁移诱发表面扩散下内连导线中孔洞失稳与分裂过程，对于改善集成电路全寿命周期的可靠性有着积极的作用。 文章介绍 Phase field simulation of the void destabilization and splitting processes in interconnects under electromigration induced surface diffusion Jiaming Zhang（张嘉明）and Peizhen Huang（黄佩珍） 通讯作者： 黄佩珍，南京航空航天大学/机械结构力学及控制国家重点实验室   论文基于相场法研究了电迁移诱发表面扩散下内连导线中孔洞失稳与分裂过程。采用四次双阱势函数描述了体自由能密度与退化型迁移率，使自由能与迁移率满足在全计算域内连续且在界面层中骤升。基于保守序参数，在Cahn-Hilliard方程中引入了与电势相关的能量项，推导了考虑电迁移效应的相场方程。通过耦合求解相场方程和电场控制方程，便可模拟电迁移诱导表面扩散机制下微损伤形貌演化（图1）。通过对控制方程组的渐进分析，证明了本文构建的相场模型能够退化为晶内孔洞形貌演化的尖锐界面模型。基于MOOSE框架开发了考虑自适应欧拉网格（图2）的有限元算法，通过孔洞圆柱化、电迁移速度（图3）等典型问题验证了该算法的可靠性。对电场诱发表面扩散下晶内孔洞的形貌演化规律进行了系统分析，详细讨论了相对电场强度X、导线线宽h~和初始形态比β对孔洞形貌演化的影响。通过数值分析得知，在漂移过程中，表面能和电势能之间的竞争导致孔洞表面的形貌演化存在着多种趋势，且存在失稳临界值电场Xcr（图4）。当表面能占主导时，满足X＜Xcr，孔洞形貌倾向于保持稳定；当电势能占主导时，满足X≥Xcr，孔洞形貌将会迅速失稳乃至发生分裂（图5）。孔洞失稳漂移的原因归结于局部电流密度的增大，导致孔洞表面的质流通量分布不均。减小h~与增大β都会导致Xcr的降低，从而加剧内连导线的失效问题。一方面，随着h~的增大Xcr存在上限（图6），当h~/R~≥20时，孔洞可近似视为在无限大介质当中；另一方面，随着β的增大Xcr存在下限（图7），当β足够大时，孔洞将在表面能作用下自发分裂。本文的研究对特征尺寸进一步缩小的集成电路可靠性提高具有积极的指导意义，构建的相场模型能够高效引入其它微损伤、物理场及质流输运机制，有助于推动多工况下内连导线中微损伤演化数值模拟的发展。   图1 内连导线中孔洞微损伤的相场模型（孔洞区域R–中ϕ=-1，导体区域R+中ϕ=+1，界面层RI内ϕ由-1到+1连续变化）。 图2 有限元模型中的自适应欧拉网格随着孔洞的圆柱化而不断更新。(a) 对应t~=0时刻，(b)对应t~=28.1345时刻。 图3 R~=1.0的孔洞在X=2.5的电场作用下，保持圆形形貌并不断迁移。 图4 对比R~=1.0的孔洞在不同X下的形貌演化，可知17.3＜Xcr≤17.4。(a)X=17.3时，孔洞稳定漂移; (b)X=17.4时，孔洞失稳漂移。 图5 R~=1.0的孔洞在X=23的电场作用下，迅速失稳并发生多次分裂，被“电子风”吹散的小孔洞相对独立进行迁移。 图6 随着h~的减小，Xcr迅速降低，反之存在上限（h~/R~≥20时）。 图7 随着h~的增大，Xcr不断降低，但存在下限（β足够大时，Xcr=0）。 研究背景： 集成电路的内连导线在全寿命周期的各个阶段都会发生性能下降甚至失效，而微电子器件的不断小型化和高度集成化进一步加剧了这一可靠性问题。芯片生产并投入使用的过程中，其内连导线将不可避免地产生孔洞、夹杂或裂纹等微损伤。这类微损伤在电、热、力等多物理场作用下会呈现复杂的形貌演化，严重时会导致内连导线的失效。例如，内连导线在承受高电流密度时，剧烈的“电子风”会与金属粒子发生动量传递，形成局部区域的质量堆积（小丘）或质量亏损（孔洞），这一质流输运现象被称为电迁移效应。自20世纪60年代人们发现电迁移以来，至今已经形成了较为完善的理论体系、实验、建模与仿真方法。相场法的核心为偏微分方程在固定计算域的求解，为多场耦合下微损伤演化的模拟提供了强力的解决方案。由于相场法无需追踪微损伤的移动边界，因此非常适合二维及三维复杂形貌的演化问题，已被广泛应用于凝固、相变、原子扩散、裂纹扩展等领域的研究当中。综上，采用相场法研究微损伤形貌演化的过程、失稳条件及影响因素，对于改善集成电路全寿命周期的可靠性有着积极的作用。 期刊介绍 Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering 2021年影响因子：2.421  Citescore：3.9 Modelling...

High electrical conductivity is desired in MXene films for applications such as electromagnetic interference shielding, antennas, and electrodes for electrochemical energy storage and conversion applications. Due to the acid etching-based synthesis method, it is challenging to deconvolute the relative importance that factors such as chemical composition and flake size contribute to resistivity. To understand the...

近日，我们采访了Great Mysteries in Astrophysics一书的作者Nicole M Lloyd-Ronning。点击下方视频，让我们一起看看她在IOP出版社的出版经历吧。 作者介绍 Nicole Lloyd-Ronning is an astrophysicist in Northern New Mexico who studies all aspects of the physics behind the deaths of massive stars, the black hole–accretion disk systems they leave behind, the relativistic jets they launch, and the role these events play in global star formation throughout the history...

With increasing demands of high-performance and functionality, electronics devices generate a great amount of heat. Thus, efficient heat dissipation is crucially needed. Owing to its extremely good thermal conductivity, graphene is an interesting candidate for this purpose. In this paper, a two-step temperature-annealing process to fabricate ultrahigh thermal conductive graphene assembled films (GFs) is proposed....

Quantum technologies are poised to move the foundational principles of quantum physics to the forefront of applications. This roadmap identifies some of the key challenges and provides insights on material innovations underlying a range of exciting quantum technology frontiers. Over the past decades, hardware platforms enabling different quantum technologies have reached varying levels of maturity....

本篇研究来自东南大学毫米波全国重点实验室崔铁军和张婧婧课题组。本文回顾了有源人工表面等离激元器件与系统的最新进展，介绍了集成变容二极管、有源芯片、石墨烯等不同方法构建的有源人工等离激元器件的理论分析及设计方法，并回顾了近年来有源人工表面等离激元在构造可重构滤波器、高分辨率生物传感器、衰减器、功分器、漏波天线、可编程与多功能器件、非线性器件以及数字调制器等方面的应用。 文章介绍 Active spoof plasmonics: from design to applications Yi Ren（任意）, Jingjing Zhang（张婧婧）, Xinxin Gao（高欣欣）, Xin Zheng（郑馨）, Xinyu Liu（刘心语） and Tie Jun Cu（崔铁军） 通讯作者： 张婧婧，东南大学毫米波全国重点实验室 崔铁军，东南大学毫米波全国重点实验室   本文回顾了有源人工表面等离激元器件与系统的最新进展，介绍了集成变容二极管、有源芯片、石墨烯等不同方法构建的有源人工等离激元器件的理论分析及设计方法，并回顾了近年来有源人工表面等离激元在构造可重构滤波器、高分辨率生物传感器、衰减器、功分器、漏波天线、可编程与多功能器件、非线性器件以及数字调制器等方面的应用。 有源人工表面等离激元的研究有望在发挥人工表面等离激元器件小型化、集成化优势的基础上，为实现现代的通信系统中多频率、多模式，以及实时调控的需求提供新的思路。目前，得益于成熟的印刷电路板技术，有源等离激元器件在微波频段的应用已得到了广泛的验证。如何在毫米波及太赫兹频段实现片上集成的有源人工表面等离激元器件将是未来值得探索的方向。   研究背景： 人工表面等离激元基于超材料的原理，通过在金属表面上合理构造亚波长的人工周期结构，在微波及太赫兹波段模拟出光波段表面的色散特性等物理特征，从而使表面等离激元器件的紧凑型、亚波长尺度的局部场增强效应等优良特性得以在低频段实现。由于人工表面等离激元的色散特性可以通过调节单元结构的特征尺寸来灵活调控，这就为器件的设计带来了更大的灵活性。2013年，崔铁军院士课题组及其合作者于提出了超薄可共形人工表面等离激元结构。这种结构能够使电磁场在两个正交方向呈现高度束缚的状态，可以在宽带的范围内以很低的损耗在弯曲的传播方向上传输人工表面等离激元模式。该研究有望为高度集成化的通信系统中的临间串扰和信号完整性问题提供解决方案，为人工表面等离激元在集成电路及通信系统中的应用铺平了道路。目前，支持人工表面等离激元信号传输并能对其进行动态调控的有源器件、可重构器件和非线性器件已成为表面等离激元超材料领域的主要研究方向之一。 作者介绍 张婧婧  教授 东南大学 张婧婧，东南大学信息科学与工程学院青年首席教授，国家级高层次青年人才。分别于2004及2009年在浙江大学取得学士及博士学位。博士毕业后先后在丹麦科技大学、英国伦敦国王学院、新加坡南洋理工大学从事科研及教学工作。主要从事电磁超材料、表面等离激元等方向的研究。曾获得丹麦杰出青年学者奖、牛顿国际学者奖、奥斯特奖等。   崔铁军  教授 东南大学 崔铁军，中国科学院院士，东南大学首席教授，IEEE Fellow，长期从事电磁超材料和计算电磁学研究。1993年获西安电子科技大学博士学位，1995-2002年先后任职德国洪堡学者、美国UIUC博士后和研究科学家。2001年受聘东南大学长江学者特聘教授；2002年获得国家杰出青年科学基金。2014年创建信息超材料新体系。发表学术论文600余篇，被引用53000余次、H因子116。研究成果入选2010年中国科学十大进展、2016年中国光学重要成果、2021年度中国高等学校十大科技进展；获2011年教育部自然科学一等奖、2014年国家自然科学二等奖、2018年国家自然科学二等奖。 期刊介绍 Journal of Physics: Condensed Matter 2021年影响因子：2.745  Citescore: 4.3 Journal of Physics: Condensed Matter (JPCM)为读者提供凝聚态物理、软物质、纳米科学和生物物理各领域的最新研究成果。JPCM发表实验/理论分析和模拟研究，读者可以获取涉及下列领域的专题综述、快报和特刊：表面、界面和原子尺度的科学，液体、软物质和生物物理，纳米材料和纳米电子，固体结构的晶格动力，电子结构，超导体和金属、半导体，电介质和铁电，以及磁学与磁性材料。

Transition metal carbides or nitrides, collectively known as MXenes, are burgeoning two-dimensional materials for energy conversion and storage. The surface chemistry of MXenes could be specially tuned by the modified surface terminations, which directly influences their physicochemical properties. However, the in-depth study and understanding of the specific microstructure and the influence on the electrochemical performance...

本篇研究来自中国科学院电工研究所邵涛课题组。本文建立的数值模型与真实的等离子体催化反应器较为接近，并数值模拟研究得到纳秒脉冲DBD等离子体催化重整甲烷-二氧化碳中关键的气相和表面粒子以及高值化学品的反应路径，为进一步研究等离子体催化甲烷干重整的复杂机理与特性提供数值模型和理论依据。 文章介绍 Numerical modeling and mechanism investigation of nanosecond-pulsed DBD plasma-catalytic CH4 dry reforming Jie Pan（潘杰）, Tong Chen（陈童）, Yuan Gao（高远）, Yun Liu（刘芸）, Shuai Zhang（张帅）, Yadi Liu（刘亚迪） and Tao Shao（邵涛） 通讯作者： 邵涛，中国科学院电工研究所   本文针对图1所示的纳秒脉冲DBD等离子体催化甲烷干重整反应器，将泡沫镍催化剂表面反应嵌入ZDPlaskin求解器，构成等离子体催化重整甲烷-二氧化碳的气相-表面耦合动力学模型，使用图2所示的实验装置得到图3所示的气隙电压并将气隙电压转换为数值模拟中的约化电场强度，建立与实验结果契合的快速零维模型，数值模拟研究纳秒脉冲DBD等离子体催化甲烷干重整的机理与特性，得到重要气相和表面粒子密度的时间演化以及图4所示的电子能量损失分布和图5所示的气相-表面反应路径。 研究结果表明，C2O4+和CH4+、H和O、CH4(v13)为纳秒脉冲DBD等离子体催化甲烷干重整中的高密度离子、自由基、振动激发态粒子，涉及CH4和CO2的反应分别消耗总电子能量的19.7%和80.3%，表面反应产生大量的吸附粒子CH3(s)、H(s)、CO(s)、O(s)，甲醛和甲醇主要由甲基与氧自由基和羟基间的反应产生。 本文建立的数值模型与真实的等离子体催化反应器较为接近，并数值模拟研究得到纳秒脉冲DBD等离子体催化重整甲烷-二氧化碳中关键的气相和表面粒子以及高值化学品的反应路径，为进一步研究等离子体催化甲烷干重整的复杂机理与特性提供数值模型和理论依据。 图1 纳秒脉冲DBD等离子体催化甲烷干重整反应器示意图   图2 纳秒脉冲DBD等离子体催化甲烷干重整实验装置示意图   图3 纳秒脉冲DBD等离子体催化甲烷干重整的气隙电压和约化电场强度   图4 纳秒脉冲DBD等离子体催化甲烷干重整的电子能量损失分布   图5 纳秒脉冲DBD等离子体催化甲烷干重整的反应路径图 研究背景： 等离子体催化是利用等离子体与催化剂的相互作用和协同效应，提高能源转化效率的新兴科技。纳秒脉冲DBD是产生高稳定性和强化学活性的非平衡等离子体的理想途径。本研究对碳基能源转化中典型的甲烷-二氧化碳混合气体，建立纳秒脉冲DBD等离子体催化甲烷干重整的气相-表面耦合动力学模型并依据实验结果设置数值模拟参数，呈现重要气相和表面粒子密度的时间演化与反应路径，解析微观等离子体催化机理及宏观等离子体催化效果。本研究对理解多物理场、等离子体动力学和催化动力学耦合形成的等离子体催化机理，提高纳秒脉冲DBD等离子体催化甲烷干重整的气体转化率和高值化学品产率与选择性，助力实现碳达峰与碳中和有理论价值和实践意义。 作者介绍 邵涛  研究员 中国科学院电工研究所 邵涛，中国科学院电工研究所研究员，博士生导师，研究方向为高电压放电和等离子体技术应用，担任中国科学院大学岗位教授、中国电工技术学会等离子体及应用专业委员会主任委员、等离子体科学和能源转化北京市国际合作基地主任，国家杰出青年科学基金获得者、 IEEE-IPMHVC William Dunbar奖获得者、英国皇家学会牛顿高级学者。 期刊介绍 Journal of...

本篇研究来自北京理工大学曹茂盛课题组。本研究通过原位聚合与静电自组装策略，构建了MXene-PANI@MWCNTs三元异质结，实现多组分间的协同增强效应，取得了414 F·g-1质量比电容，并采用真空辅助自组装，制备了柔性自支撑薄膜，开发了基于自支撑薄膜电极的高效微型超级电容器。 文章介绍 Constructing MXene-PANI@MWCNTs heterojunction with high specific capacitance towards flexible micro-supercapacitorQiangqiang Wang（王强强）, Yongsheng Fang（方永盛） and Maosheng Cao（曹茂盛） 通讯作者： 曹茂盛，北京理工大学   北京理工大学曹茂盛课题组开发了一种基于二维MXene（Ti3C2Tx）的新型超级电容器电极材料，并构建了高效的柔性微型超级电容器。该研究通过在碳纳米管表面原位聚合苯胺，随后由静电作用与MXene纳米片组装，构成MXene-PANI@MWCNTs三元异质结。 图1 MXene-PANI@MWCNTs异质结的制备过程示意图 由于MXene、碳纳米管以及聚苯胺之间的协同增强效应，在1 A·g-1的电流密度下获得了414 F·g-1的比电容。同时，该异质结在大电流密度下（10 A·g-1）仍能保持86.7%的电容。除此之外还表现出优异的稳定性，经历10000次循环，电容保持率可达90.4%。 图2 MXene、PANI@MWCNTs和MXene-PANI@MWCNTs异质结电化学特性 电化学动力学分析发现，性能的提升主要源于异质结中高效的表面电容贡献，在高扫速下，表面电容贡献达76%。异质结有效抑制了MXene纳米片的自堆叠，构建了高效的离子传输通道，充分发挥了其电化学活性。 图3 MXene-PANI@MWCNTs异质结的电化学动力学分析 通过真空辅助抽滤，将MXene-PANI@MWCNTs组装成自支撑薄膜。采用简单的机械切割法，将薄膜图案化成叉指状电极，制作了柔性微型超级电容器。该器件在0.1 mA·cm−2的电流密度下实现了30.2 mF·cm−2的面电容并且在严苛的弯曲下保持了稳定的电化学特性。该工作为开发新型电极材料和构建高效储能器件提供了重要参考。 图4 柔性微型超级电容器的电化学特性 研究背景： 物联网、人工智能和可穿戴设备的快速发展促进了对微型化柔性电子产品的开发，而这些电子产品离不开微型储能器件的支持。具有平面状电极的微型超级电容器由于器件厚度较低，具有良好的灵活性，易于和可穿戴设备集成，被认为是很有前景的能源供应器件。然而，一个棘手的挑战是在获得良好的灵活性的同时，很难保持高的电荷存储容量。电极作为重要组成部分，对微型超级电容器的性能起着至关重要的作用。设计综合性能优异的新型电极材料是提高微型超级电容器性能的重要途径。 作者介绍 曹茂盛  教授 北京理工大学 北京理工大学曹茂盛教授团队长期关注低维材料的电磁屏蔽和吸波特性、超级电容器和锂离子电池电极材料及电催化研究。在Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Adv. Optical Mater., Carbon, Appl. Phys. Lett. 等高影响力学术期刊发表SCI论文300多篇，H指数83，总被引26,000多次，其中ESI高被引论文40多篇次，ESI热点论文10多篇次。曹茂盛教授荣获“IOP...

2023年国际妇女节的主题是Embrace Equity（拥抱公平）。IOP出版社也一直致力于推动学术出版过程中的公平竞争。2021年底，IOP出版社所有期刊都已转成双向匿名同行评审，尽可能地减少性别、种族、原籍国或从属关系方面所带来的偏见，从而形成一个更公平的体系。 本期特刊及文章精选汇总了IOP出版社近期推出的女性视角特刊及研究路线图，欢迎大家阅读和下载。 特刊及文章精选 JPhys Materials特刊精选|聚焦女性学者在量子材料中的研究 Focus on Women’s Perspectives in Quantum Materials 客座编辑： Leni Bascones，西班牙马德里材料科学研究所 Hae-Young Kee, 加拿大多伦多大学 Maia Vergniory, 德国马克斯普朗克固体化学物理研究所   JPhys Materials研究路线图|促进女性健康的生物材料 Roadmap on biomaterials for women’s health 文章作者： Kaitlin Fogg, Ning-Hsuan Tseng, Shelly R Peyton, Pieper Holeman, Shannon Mc Loughlin, John P Fisher, Allison Sutton, Ariella Shikanov, Juan S Gnecco, Katrina M Knight, Emily M Slaby, Jessica D Weaver, Nicole N Hashemi, Yali Zhang, Michael D House, Brandon...