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傅立叶红外温室气体分析仪(傅立叶红外气体分析仪价格)

承天示优官方账号 2022-11-26 资讯 1001 views 0

又到了我们给大家分享有关傅立叶红外温室气体分析仪的时候了,同时我们也会对与之对应的傅立叶红外气体分析仪价格进行一样的解释哦,希望小伙伴们可以仔细的阅读,如果能对你们正好有所帮助,记得支持一下本站哦。

本文目录一览:

黄宇/熊宇杰/曹军骥|缺陷CN负载单原子Pt, 光催化CO2还原制甲

第一作者:Xianjin Shi

通讯作者:黄宇、熊宇杰、曹军骥

通讯单位:中科院地球环境研究所、中国科学技术大学、中科院大气物理研究所

DOI: 10.1002/anie.202203063

全文速览

太阳光驱动的CO2与水甲烷化过程,是同时解决碳中和问题与生产燃料的重要途径。然而,由于竞争反应的存在,实现高选择性的CO2甲烷化仍然是一个挑战。尽管如此,催化剂设计的各个方面均可以调控,以对催化结果产生有意义的影响。在本文中,作者开发出一种聚合物氮化碳(CN)负载的单原子Pt光催化剂,并将其用于水蒸气存在条件下的高选择性CO2甲烷化过程。通过实验表征和理论模拟表明,采用作者合理设计出的合成策略,广泛开发的Pt CN催化剂可适用于选择性CO2甲烷化。该合成策略可以在CN中产生缺陷,并在配位铂原子近端形成羟基。在纯水条件下的光催化CO2还原过程中,该光催化剂表现出优异的CH4生成活性和碳选择性(99%)。该研究为选择性CO2甲烷化光催化剂的设计提供了原子尺度上的见解。

背景介绍

太阳光驱动CO2还原制备高附加值化学品,是一种既能应对温室气体排放挑战,又能生产燃料的极具前景的策略。为此,科研人员已开发出许多用于CO2光还原的催化剂,包括含金属材料(如金属氧化物、金属硫化物、金属有机框架)和无金属材料(如氧化石墨烯、氮化碳)。尽管生成CO的选择性相对较高,但水存在条件下的高选择性CO2甲烷化(即在没有牺牲剂的帮助下将CO2和H2O转化为CH4)仍然是光催化领域的一个挑战。众所周知,光催化CO2和H2O转化为CH4是一个典型的多电子还原过程。该过程为光催化剂的设计设定出高标准:i)活性位点应积累丰富的光生电子以促进转化过程;ii)H2O还原产生的氢原子应优先传输至活性位点,在活性位点处CO2被吸附和活化以形成C-H键,而不是析出H2。因此,活性位点的设计和半导体选择,是通过光催化实现高选择性CO2甲烷化的关键。

在半导体的选择方面,得益于可见光响应、高地球丰度和高稳定性,聚合物氮化碳(CN)是光催化CO2还原反应的一个极具前景的候选材料。然而,CO2光还原的主要限制源于C-N形成π-共轭平面,沿着该平面的电荷传输受到阻碍。因此,光生载流子的快速复合在动力学上限制了CO2在CN上的光还原效率。为了克服上述限制,科研人员付出巨大的努力如元素掺杂、构建异质结和纳米结构调节等,来调控电荷动力学。然而,这些策略无法将光生电子定位于CO2被吸附和活化的活性位点上。因此,在π-共轭平面上引入金属原子已被广泛研究。利用C-N单元的优势,金属原子可以很容易地与π-共轭平面进行配位,不仅作为活性位点以提高催化性能,还可以促进电荷分离和传输。在这些金属中,Pt是使光生电子局域化的最佳金属,并且可以合理地设计成与CN集成的单原子位点。单原子Pt已被证明是光催化反应以及C=N键重构的活性位点,为 探索 其在光催化CO2甲烷化中的潜力铺平道路。尽管这种Pt-CN催化剂组合可以满足电子局域化的要求,但光催化CO2甲烷化应用仍然受到竞争性析氢反应的影响;并且当使用H2O作为氢源时,竞争反应很容易在Pt位点处发生。当然,通过将H2O供应转变为气相,可以在一定程度上抑制析氢;然而,如果H原子是在Pt位点处形成的,那么H原子向H2的演化仍然无疑超过C-H键的形成。该情况引发一个根本性的问题,即这样一种被广泛研究的Pt-CN催化剂组合是否可以重新设计,使富电子的Pt位点优先用于CO2活化,而H原子的形成和供应发生在π-共轭平面的其它位点处。

在本文中,作者合理地开发出一种调控单原子Pt局域环境的合成策略,以改造Pt-CN催化剂组合。通过光辅助开尔文探针力学显微镜(KPFM)和时间分辨表面光电压谱(TR-SPV)可以证明,改造后结构中孤立分散的Pt单原子与CN配位以定位光生电子。更重要的是,该合成方法可以产生缺陷,并在与配位Pt原子相邻的CN中形成羟基。当Pt位点被指定用于CO2吸附和活化时,相邻的羟基可以使H原子优先在CN上形成,从而克服Pt-CN在光催化CO2还原过程中存在的局限性。原位傅里叶变换红外光谱(FTIR)和密度泛函理论(DFT)计算表明,Pt位点的局域电子可以选择性地活化吸附的CO2,进而与CN提供的H原子形成C-H键。同时,*CO反应中间体与Pt位点的结合可以得到显著增强,从而避免副产物的形成。因此,该Pt-CN催化剂在纯水系统中表现出高达99%的CH4产物碳基选择性。该研究为在原子尺度上设计光催化剂以调控多电子CO2光还原过程的反应路径提供了新见解。

图文解析

图1 . (a)Pt@Def-CN的合成过程示意图;P-CN, Def-CN和Pt@Def-CN的(b)XRD衍射和(c)FTIR光谱;(d,e)Pt@Def-CN的AC-HAADFSTEM图,图d和e中的比例尺分别为10 nm和2 nm;(e)Pt@Def-CN的EDS元素映射,比例尺为5 nm。

图2 . Pt@Def-CN, Pt箔和PtO2的(a)Pt L3-edgeXANES光谱,(b)k3加权傅里叶转换Pt L3-edgeEXAFS光谱;(c) Pt@Def-CN和Def-CN的N 1s XPS光谱;(d)Pt@Def-CN, Pt箔和PtO2的小波变换光谱;(e)Pt周围的局域原子结构,其中碳为棕色、氧为红色、氢为粉色、氮为灰色、铂为深灰色。

图3 . (a)在H2O体系中,P-CN, Def-CN, Pt@Def-CN和PtNPS@Def-CN的光催化CO2还原制CO, CH4和H2转化率和碳基选择性;(b)Pt@Def-CN在六次光催化循环中的稳定性;(c)Pt@Def-CN的光催化13CO2还原生成13CH4产物的GC-MS分析。

图4 . (a)Pt@Def-CN的AFM图;Pt@Def-CN在(b)黑暗条件和(c)光照条件下的KPFM图;(d)黑暗状态和光照状态下的CPD曲线;(e)P-CN, Def-CN和Pt@Def-CN的TS-SPV响应;(f)P-CN, Def-CN和Pt@Def-CN的稳态PL光谱。

图5 . (a)P-CN, Def-CN和Pt@Def-CN的CO2吸附结果;(b) Pt@Def-CN催化剂上CO2还原过程的原位FTIR光谱;(c)Pt@Def-CN和Def-CN催化剂上CO2还原制CH4的自由能图。

总结与展望

综上所述,本文通过在CN的缺陷位点引入单原子Pt并生成-OH基团,成功地在原子尺度上设计出一种光催化剂用于CO2与H2O甲烷化过程。在纯水系统中,该光催化剂表现出优异的CO2还原活性(6.3 µmol g 1 h 1CH4析出)和CH4选择性(99%)。得益于-OH基团的存在,大量的CO2在催化剂表面富集。随后,单原子Pt可以使光生电子局域化,从而活化吸附的CO2,并通过随后的加氢形成CH4。同时,CN中的光生空穴与H2O反应生成*H和O2以提供氢源。在此过程中,单原子Pt可以有效地降低限速步骤的能垒以加速反应,并增加*CO的脱附能以提高CH4的选择性。值得注意的是,鉴于-OH基团和吸附CO2所创造的独特环境,Pt位点对H2的析出不会起主要作用。此外,通过实验表征和理论计算证明单原子Pt位点、CN缺陷和-OH基团基于不同功能的协同作用机制。该研究为在原子尺度上设计光催化剂以增强CO2光还原制备CH4性能提供了新见解。

文献来源

Xianjin Shi, Yu Huang, Yanan Bo, Delong Duan, Zhenyu Wang, JunjiCao, Gangqiang Zhu, Wingkei Ho, Liqin Wang, Tingting Huang, Yujie Xiong. HighlySelective Photocatalytic CO2 Methanation with Water Vapor onSingle-Atom Platinum-Decorated Defective Carbon Nitride. Angew. Chem.Int. Ed. 2022. DOI: 10.1002/anie.202203063.

文献链接:

红外分光光度计和傅里叶红外光谱仪之间的区别

一、原理不同

1、红外分光光度计:由光源发出的光,被分为能量均等对称的两束,一束为样品光通过样品,另一束为参考光作为基准。这两束光通过样品室进入光度计后,被扇形镜以一定的频率所调制,形成交变信号,然后两束光和为一束,并交替通过入射狭缝进入单色器中。

2、傅里叶红外光谱仪:是基于对干涉后的红外光进行傅里叶变换的原理而开发的红外光谱仪。

二、构成不同

1、红外分光光度计:探测器将上述交变的信号转换为相应的电信号,经放大器进行电压放大后,转入A/D转换单位,计算机处理后得到从高波数到低波数的红外吸收光谱图。

2、傅里叶红外光谱仪:由红外光源、光阑、干涉仪(分束器、动镜、定镜)、样品室、检测器以及各种红外反射镜、激光器、控制电路板和电源组成。

三、应用不同

1、红外分光光度计:可广泛地应用在石油、化工、医药、环保、教学、材料科学、公安、国防等领域。

2、傅里叶红外光谱仪:广泛应用于医药化工、地矿、石油、煤炭、环保、海关、宝石鉴定、刑侦鉴定等领域。

参考资料来源:百度百科-红外分光光度计

参考资料来源:百度百科-傅里叶红外光谱仪

听丁一汇院士告诉你,为什么连南北极都“热”了?

(文章来源《院士讲科学》,该书由《知识就是力量》杂志社总策划,科学普及出版社出版)

最近桑拿天一直延续,天气持续高温,甚至有的同学说连南极北极都“热”了起来,但真是这样么?南极和北极又为什么会变暖呢?

主讲人

丁一汇,天气与气候学家,中国工程院院士。历任中科院大气物理研究所副研究员,国家海洋局海洋环境预报中心副主任兼国家海洋预报总台台长,中国气象科学研究院副院长、研究员、博士生导师,并且是中国科学院研究生院和多所高校的兼职教授以及日本东京大学客座教授。

2001年至今,担任中国气象局气候变化特别顾问、国家气候变化专家委员会副主任、中国香港天文台科学顾问、《气象学报》主编、英国皇家气象学会《国际气候》杂志编委,是国际上气候变化研究领域有影响、有贡献的科学家之一。

全球变暖是真的么?

如今,在许许多多关于环保的科普展览、书籍和讲座当中,全球气候变暖都是一个时常出现的话题。气候学研究也表明,地球的气候确实在朝着变暖的趋势发展。在最近100年里,全球气候正在变暖,我们发现冰川因此而在融化,冰雪正从冰山上不断地脱落下来。

海洋温度也在上升,所以海洋鱼类的活动,比如(索饵)洄游的方向、获得的食物也都在发生变化,这使一些渔场的物种结构或者位置发生变动,我们原来能够捕捉到的鱼,现在抓不到了,因为气候变化让它们游到了别的地方。

全球各地的气候学家们,在过去数十年间,从天气和气候现象上梳理出了若干支持全球变暖的证据。比如说,气候变暖以后,海洋温度增加,海水的蒸发量就大了,于是全球水循环的强度就增加,具体来说,便是陆地上的降水强度会增加。

在很多城市,突如其来的强降雨会造成严重的内涝,这种“在城市里看海”的情况,并不全是对下水道建设滞后的讽刺,也是全球气候变暖的结果。

而近现代气象观测记录也表明,全球气候真的变暖了。大约从1850年开始,人类对全球气温的监控逐渐形成体系。查询1850年到现在的气象记录,我们可以发现全球平均温度在1850年以后的150年里上升了1℃。

这看起来似乎没什么,但这是全球平均温度,在不同地区、不同圈层会更高。例如中国近百年的升温就达到了1~2℃,而在海洋地区可能偏小。

为什么会变暖?

为什么我们的星球100多年以来在不断升温?温室气体,确切地说是人类燃烧化石燃料排放的二氧化碳,是全球气候变暖的根源。

早在1957年,就已经有科学家预言表示,人类活动排放的二氧化碳,将使地球产生温室效应,导致全球海平面升高,冰川融化,乃至让台风和热浪更强大。

从那时候开始,人类便建立了最早的两个温室气体观测站,分别位于南极点和夏威夷的海岛上。这些地方因为人类活动极少,特别是没有现代交通和工业的侵袭,因此温室气体监测会非常准确。

在中国,科学家在青海省瓦里关山上建立了测量温室气体的观测站,成为气候学领域国际合作的热点。这个观测站的数据也表明,气候变暖和二氧化碳温室气体的增加密切相关。

什么是温室效应?

既然二氧化碳排放的增加使得全球温度上升,那么接下来的问题,便是在过去的100多年里,人类排放二氧化碳的数量是不是增加了。不幸的是,答案是肯定的。

从1850年到现在,人类燃烧了大量可能产生二氧化碳的化石燃料,比如煤、石油和天然气。另一个重要的影响因子是水泥工业。

从1850年到现在,工业革命让建筑业消耗了越来越多的水泥,而现代水泥的主要原料是石灰石,其中的碳酸钙分解生成水泥熟料必需的氧化钙的同时,也生成了二氧化碳;煅烧水泥熟料和烘干原料也需要使用化石燃料,这同样会产生二氧化碳。如今,中国生产了全世界40%的水泥,这其实是一种非常重要的温室气体来源。

如今我们已经了解,气候变暖不完全是自然原因,很大程度上是人类更多地排放了温室气体,使得地球的温室效应增加。

所谓“温室效应”,就是二氧化碳增加了以后,可以改变地球的热平衡。二氧化碳增加,会改变地球长久以来自然形成的热平衡,“锁住”本应散佚的热量。这就好比人们在严冬盖上更厚的棉被,因为能够更好地封闭身体散发出来的热量,所以身上就会感觉更暖和。

早在1820年,法国著名数学家、物理学家傅里叶就提出了“温室效应”的概念。到19世纪中期,英国物理学家丁达尔发现,二氧化碳和水汽可以导致温室效应。得益于这两位科学家的研究,我们了解到了温室效应的成因,以及未来减缓温室效应的方法。

傅里叶红外光谱仪的用处

一、酒制品检测分析

不同产地的葡萄酒具有不同的质量与风格,市场上葡萄酒以假乱真、以次充好现象颇多,寻找简单有效地鉴别葡萄酒产区的方法,有利于葡萄酒市场的健康发展。向伶俐等人采用近、中红外光谱的贝叶斯信息融合技术对葡萄酒原产地进行快速识别,建模集准确率为87.11 %,检验集准确率为90.87 %,提高判别的准确度,为葡萄酒原产地真伪识别提供了一种高效低成本的新方法。

此外,利用红外光谱对白酒年份与香型鉴别也有十分效。因不同香型白酒的成分有所差异,其红外光谱也不尽相同,可根据红外光谱差异鉴别不同年份的白酒。

二、蜂蜜检测分析

我国蜂蜜质量参差不齐,掺假现象也较为严重。孙燕等利用中红外图谱分析仪结合化学计量软件建立饶河黑蜂蜂蜜产地真假判别模型判别饶河本地的蜂蜜样品和其它地区蜂蜜样品,准确率达90.3 %,为蜂蜜真伪鉴别提供了一种有效的方法。

三、谷类检测分析

近年来,少数造假者频频在陈旧大米中涂抹掺加植物油、矿物油,增加其亮度和光泽,冒充优质新鲜大米销售,严重危害消费者身心健康。张耀武等利用红外光谱对涂有和掺有矿物油的大米进行定性鉴别。

将分离出含有矿物油的试样进行红外光谱测试,未出现 1745 cm-1脂 C=O 的伸缩振动吸收和1000~1300 cm-1伸缩振动吸收,证明该试样中含有直链烷烃的矿物油。文中指出该方法可用于对大米、饼干、瓜子和食用油中是否掺加工业矿物油的鉴定。粮食在高温高湿条件下极易发霉变质,不仅造成经济损失还严重威胁人畜健康。

刘凌平等利用傅里叶变换衰减全反射红外光谱技术结合化学计量学方法(ART-FTIR),对稻谷中7 种常见有害霉菌进行了快速鉴定,建立的线性判别分析和偏最小二乘判别分析模型对7种不同类别菌株的留一交互验证整体正确率分别达到 87.1 %和87.3 %,表明ART-FTIR 技术技术可用于谷物中霉菌不同属间的快速鉴别,尤其对不同菌属的霉菌具有良好的判别效果。

四、果蔬检测分析

果蔬中农药残留快速、高效的检测技术是当前食品安全控制关注的重大问题。朱春艳用傅里叶红外光谱技术对敌百虫和辛硫磷两种农药的红外光谱进行了测量和分析。

验证了FTIR/ATR技术快速检测蔬菜中有机磷农药残留的可行性,测定敌百虫的最低的检测限为0.2×10-6(体积分数),相关系数为0.9141,辛硫磷的最低检测限为0.02×10-6,相关系数为0.9036,为果蔬农药残留检测提供了一种方便、快捷、准确的方法。

扩展资料:

傅里叶变换红外光谱仪主要由红外光源、分束器、干涉仪、样品池、探测器、计算机数据处理系统、记录系统等组成。

(1)光源:傅里叶变换红外光谱仪为测定不同范围的光谱而设置有多个光源。通常用的是钨丝灯或碘钨 灯(近红外)、硅碳棒(中红外)、高压汞灯及氧化钍灯(远红外)。

(2)分束器:分束器是迈克尔逊干涉仪的关键元件。其作用是将入射光束分成反射和透射两部分,然后 再使之复合,如果可动镜使两束光造成一定的光程差,则复合光束即可造成相长或相消干涉。

对分束器的要求是:应在波数v处使入射光束透射和反射各半,此时被调制的光束振幅最大。根据使用 波段范围不同,在不同介质材料上加相应的表面涂层,即构成分束器。

(3)探测器:傅里叶变换红外光谱仪所用的探测器与色散型红外分光光度计所用的探测器无本质的区 别。常用的探测器有硫酸三甘钛(TGS)、铌酸钡锶、碲镉汞、锑化铟等。

(4)数据处理系统:傅里叶变换红外光谱仪数据处理系统的核心是计算机,功能是控制仪器的操作,收集 数据和处理数据。

参考资料:百度百科——傅里叶红外光谱仪

中傅里叶变换红外光谱和拉曼光谱分析仪一样吗

傅里叶变换红外光谱:

我们得到的谱图是由原始的干涉信号经过傅里叶变换后的图。

拉曼光谱:

拉曼光谱和红外光谱分别是由拉曼光谱仪和红外光谱光谱仪检测得到的,这两种仪器的工作原理不同。

拉曼光谱和红外光谱分都可以提供分子的结构信息。

1.傅里叶变换红外(FT-IR)通过迈克尔逊干涉仪将物质的吸收光谱信号转换成时间域信号,在通过.傅里叶数学变换转换成我们通常熟悉的谱图信号.拉曼光谱是测量漫反射信号.这是他们仪器原理上的区别.

2.在IR中,物质的偶极距必须发生变化,才能产生信号,而在拉曼中,必须极化率发生变化.

3.两者是互补的,有些分子结构较对称的(比如二氧化碳是非极性分子,在IR中无信号或很弱)但在拉曼中由于其电子云密度大,很易极化,极化率大有很强的信号.这就互补了,他们测的都是分子骨架的振动-转动信息.

天目Tech+2022 年诺贝尔物理学奖揭晓,一半授予了气象学家

北京时间17时45分,2022 年诺贝尔物理学奖揭晓,聚焦复杂系统。

奖项一半授予美国普林斯顿大学高级气象学家真锅淑郎(Syukuro Manabe)和德国汉堡马克斯·普朗克气象研究所教授克劳斯·哈塞尔曼(Klaus Hasselmann),另一半授予罗马大学教授乔治·帕里西(Giorgio Parisi),以表彰他们“对我们对复杂系统的理解所作的开创性贡献”。

其中,真锅淑郎和克劳斯·哈塞尔曼在开发气候模型方面做出开创性工作,乔治·帕里西则对无序和随机现象理论做出了革命性贡献。

看起来不相及,其实他们的研究对象都是存在于世界上的“复杂的系统”,而对“复杂系统”的认知,可以帮助人类更好认识世界、预测未来。

来,我们一个一个说。

过去两百年

科学家们都在研究气候这个复杂系统

世界上存在着许多复杂系统,地球的气候就是其中之一。科学家们一直致力于研究它。

两百年前,法国物理学家约瑟夫·傅里叶(Joseph Fourier)就研究了太阳辐射和地面辐射之间的能量平衡,认为大气在其中发挥了重要的作用。

傅里叶首次提出了温室效应理论,认为在地球表面,入射的太阳辐射会被转化为向外辐射(即所谓的“暗热量”),被大气吸收,从而对大气起到加温作用。

不过,真实的大气辐射过程要复杂得多。在接下来的200年里,多位气候科学家贡献了细节,尤其是研究了大气中温室气体对气候的影响。

他们发现,最强大的温室气体其实是水蒸气,我们无法控制大气中水蒸气的浓度,二氧化碳的浓度则是可以控制的。

不过,大气中的水蒸气含量,高度依赖于温度。大气中的二氧化碳越多,温度越高,空气中的水蒸气含量也就越高,从而增加温室效应,导致温度进一步升高。如果二氧化碳含量水平下降,部分水蒸气会凝结,温度也随之下降。

其中,19世纪末,瑞典科研人员Svante Arrhenius理解了造成温室效应背后的物理原理——向外辐射与辐射体的绝对温度的四次方成正比,辐射源越热,射线的波长越短。太阳的表面温度为6000 C,主要发射可见光谱中的射线。地球表面温度仅为15 C,会再次辐射看不见的红外辐射。如果大气不吸收太阳辐射,地表温度几乎不会超过–18 C。

由于其杰出贡献,Svante Arrhenius曾在1903年被授予诺贝尔化学奖。

60年前建立三维气候模型

证实温度变化由二氧化碳水平上升导致

接下来,我们的主角登场了。

真锅淑郎原来是日本大气物理学家,20 世纪 50 年代前往美国继续职业生涯。

他的研究目的和Svante Arrhenius一样,都是为了理解二氧化碳增加如何导致气温上升。

20世纪60年代,他领导了一项物理模型的研究工作,将对流引起的气团垂直输送以及水蒸气的潜热纳入模型之中。

为了使计算变得简单,他将模型简化为一维——即一根垂直的圆柱,直达大气层40公里。

在该模型中,他发现,氧和氮对地球表面的温度影响可以忽略不计,但二氧化碳对温度却有明显的影响:当大气二氧化碳水平翻倍时,全球温度升高2 C以上。超过该阈值,气候变化风险将变得不可接受。

这一数值后来被国际 社会 普遍接受,并由《巴黎协定》明确为全球温度上升的控制目标——到本世纪末,全球平均气温保持在相对工业化前水平高2 的范围内。

真锅淑郎的研究证实了温度的变化是由二氧化碳水平上升导致的。他在 1975 年发表了一个三维气候模型,成为揭开气候系统奥秘道路上的里程碑之一。

60年前,计算机的速度比现在慢了几十万倍,因此真锅淑郎的模型相对简单。即便如此,在研究中,团队也花费了数百个小时来测试模型。

当下,针对气候变化,科学家已经开发了更加复杂和更加精准的模型,能更加精确地分析和利用科学数据。今年8月,联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布了最新的气候评估报告,气候评估的一个重要工具是世界各国开发的气候模式。作为IPCC报告的主要作者之一,曹龙认为,Manabe在60多年前建立的气候模式,为当今气候模式的发展和预测未来全球变暖趋势奠定了重要的基础。

把天气和气候联系起来

开创“指纹识别法”判定人类对气候的影响

在真锅淑郎研发出模型十年之后,克劳斯·哈塞尔曼将天气和气候联系了起来。

要知道,由于太阳辐射在地理上和时间上分布极不均匀,地球上的天气总是瞬息万变。对人类而言,要精准预测未来十天以上的天气,都一直是一大挑战。

1980年左右,克劳斯·哈塞尔曼提出了将不断变化的混沌天气现象描述为快速变化的噪音,为进行长期气候预测奠定了坚实的科学基础。

诺奖官方将他用充满噪音的天气数据建立气候模型比喻为遛狗:

狗有时会挣脱牵引绳,有时会跑在你前面、或者跑在你后面,有时会与你并肩前行。你能从狗的运动轨迹中看出你是在走路还是站立不动吗?或者在快步行走还是小步慢走吗?狗的运动轨迹就像天气变化,人的行动轨迹则像气候,可以通过计算得出的答案。

不过,影响气候的因素会随时间剧烈变动——它们可能很快,如风力或气温,也可能很慢,如冰盖融化和海洋变暖。

对此,克劳斯·哈塞尔曼创建了一个随机气候模型,将这些变化的可能性都整合进了模型中。

此后,他还提出了区分自然因素与人类活动因素影响气候变化方法。他发现,在模型中,太阳辐射、火山颗粒或温室气体等因素变化都会留下独特的信号,即“指纹”,而且这些信号可以被分离出来——这种识别指纹的方法就可以应用于判定人类对气候系统的影响。

“他的贡献主要在于在随机气候动力学和指纹识别法研究气候变化成因,就是在检测气候变化的归因方面做了很多开创性的工作。”曹龙说。

在复杂系统中寻找规律

帮助人类理解各种无序的材料和现象

围绕复杂系统,第三位科学家乔治·帕里西的研究则更为基础。

乔治·帕里西是意大利科学家,出生于1948年,毕业于罗马大学。获得获奖之前,他已经是物理领域的知名科学家,在粒子物理、量子场论、统计物理等领域都有突出贡献。

此次诺贝尔物理学奖主要是表彰他在在无序的复杂材料中发现了隐藏的模式。

这里的无序材料主要指自旋玻璃,是磁性金属合金亚稳定状态。我们要从微观层面去了解它,这种物质中,某种金属原子(如铁原子),会被随机混合到铜原子的网格中。

即使混入其中的只有几个铁原子,它们也会以一种令人费解的方式彻底改变材料的磁性。

每个铁原子的行为 ,或者称为“自旋”,都表现得就像一个小磁铁,会受其附近其他铁原子的影响。在普通的磁体中,所有铁原子的“自旋”都指向同一方向,但在自旋玻璃中,一些自旋会指向相同的方向,另一些则会指向相反的方向。

乔治·帕里西在关于旋转玻璃的著作的序言中写道,研究自旋玻璃就像观看莎士比亚戏剧中的人类悲剧。如果你想同时和两个人交朋友,但他们互相讨厌对方,结果就可能令人沮丧。

1979年,乔治·帕里西取得了决定性的突破,他展示了如何巧妙地利用“副本方法”(一种研究无序态体系时所用的数学技巧,可以在同一时间内处理系统的许多副本)来解释自旋玻璃问题。他在副本中发现了一个隐藏的结构,找到了一种描述它的数学方法,并用了很多年去证明,在数学上是正确的。

研究自旋玻璃模型有什么用呢?借用物理学科普博主傅渥成的回答:

自旋玻璃模是个高度抽象的模型,可以用来描述各种无序材料(胶体、颗粒态等),也可以被用来描述各种不同尺度的包含复杂相互作用的系统(例如大脑、网络、市场、复杂网络上人与人的相互作用),更抽象地来看,自旋玻璃模型也可以被看成是个概率图模型,在机器学习和组合优化问题中也可以发挥重要的作用,例如蛋白质折叠问题就可以用自旋玻璃模型来解释。

傅立叶红外温室气体分析仪的介绍就聊到这里吧,感谢你花时间阅读本站内容,更多关于傅立叶红外气体分析仪价格、傅立叶红外温室气体分析仪的信息别忘了在本站进行查找喔。

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