The influence of 1D, meso- and crystal structures on charge transport and recombination in solid-state dye-sensitized solar cells

We have prepared single crystalline SnO2 and ZnO nanowires and polycrystalline TiO2 nanotubes (1D networks) as well as nanoparticle-based films (3D networks) from the same materials to be used as photoanodes for solid-state dye-sensitized solar cells. In general, superior photovoltaic performance can be achieved from devices based on 3-dimensional networks, mostly due to their higher short circuit currents. To further characterize the fabricated devices, the electronic properties of the different networks were measured via the transient photocurrent and photovoltage decay techniques. Nanowire-based devices exhibit extremely high, light independent electron transport rates while recombination dynamics remain unchanged. This indicates, contrary to expectations, a decoupling of transport and recombination dynamics. For typical nanoparticle-based photoanodes, the devices are usually considered electron-limited due to the poor electron transport through nanocrystalline titania networks. In the case of the nanowire-based devices, the system becomes limited by the organic hole transporter used. In the case of polycrystalline TiO2 nanotube-based devices, we observe lower transport rates and higher recombination dynamics than their nanoparticle-based counterparts, suggesting that in order to improve the electron transport properties of solid-state dye-sensitized solar cells, single crystalline structures should be used. These findings should aid future design of photoanodes based on nanowires or porous semiconductors with extended crystallinity to be used in dye-sensitized solar cells. © 2013 The Royal Society of Chemistry.

Is UK Planning a Barrier to Energy Efficient Heritage Retrofit: A Comparative Analysis of a Selection of London Boroughs

This paper is part of a larger PhD research project examining the apparent conflict in UK planning between energy efficiency and conservation for the retrofit of the thermal envelope of the existing building stock. Review of the literature shows that the UK will not meet its 2050 emission reduction target without substantial improvement to the energy performance of the thermal envelope of the existing building stock and that significantly, 40% of the existing stock has heritage status and may be exempted from Building Regulations. A review of UK policy and legislation shows that there are clear national priorities towards reducing emissions and addressing climate change, yet also shows a movement towards local decision making and control. This paper compares the current status of thirteen London Boroughs in respect to their position on thermal envelope retrofit for heritage and traditionally constructed buildings. Data collection is through ongoing surveys and interviews that compare statistical data, planning policies, sustainability and environmental priorities, and Officer decision-making. This paper finds that there is a lack of consistency in application of planning policy across Boroughs and suggests that this is a barrier to the up-take of energy efficient retrofit. Various recommendations are suggested at both national and local level which could help UK planning and planning officers deliver more energy efficient heritage retrofits.

Pulsed laser writing of holographic nanosensors

Tuneable optical sensors have been developed to sense chemical stimuli for a range of applications from bioprocess and environmental monitoring to medical diagnostics. Here, we present a porphyrin-functionalised optical sensor based on a holographic grating. The holographic sensor fulfils two key sensing functions simultaneously: it responds to external stimuli and serves as an optical transducer in the visible region of the spectrum. The sensor was fabricated via a 6 nanosecond-pulsed laser (350 mJ, λ = 532 nm) photochemical patterning process that enabled a facile fabrication. A novel porphyrin derivative was synthesised to function as the crosslinker of a polymer matrix, the light-absorbing material, the component of a diffraction grating, as well as the cation chelating agent in the sensor. The use of this multifunctional porphyrin permitted two-step fabrication of a narrow-band light diffracting photonic sensing structure. The resulting structure can be tuned finely to diffract narrow-band light based on the changes in the fringe spacing within the polymer and the system's overall index of refraction. We show the utility of the sensor by demonstrating its reversible colorimetric tuneability in response to variation in concentrations of organic solvents and metal cations (Cu 2+ and Fe2+) in the visible region of the spectrum (λmax ≈ 520-680 nm) with a response time within 50 s. Porphyrin-functionalised optical sensors offer great promise in fields varying from environmental monitoring to biochemical sensing to printable optical devices. This journal is © the Partner Organisations 2014.

Steel and aluminium in a low carbon future

Production of steel and aluminium creates 10% of global carbon emissions from energy and processes. Demand is likely to double by 2050, but climate scientists are recommending absolute reductions of at least 50% and these are Increasingly entering law. How can reductions of this order happen? Only 10-20% savings can be expected in liquid metal production, so the primary industry is pursuing carbon sequestration as the main solution. However, this Is as yet unproven at scale, and as well as carrying some risk, the capital and operating costs are likely to be high, but are as yet unknown. In parallel with these strategies we can also examine whether we can reduce demand for liquid metal. 'Material efficiency' may allow delivery of existing services with less requirement for metal, for instance through designing products that use less metal, reducing process scrap, diverting scrap for other use, re-using components or delaying end of life. Overall demand reduction could occur if goods were used more intensely, alternative means were used to deliver the same services, or total demand were constrained. The paper analyses all possible options, to define and evaluate scenarios that meet the 2050 target, and discuss the steps required to bring them about. The paper concludes with suggestions for key areas where future research In metal forming can support a future low carbon economy. © 2011 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Weinheim.

Effect of growth temperature on luminescence and structure of self-assembled InAlAs/AlGaAs quantum dots

The effect of growth temperature on the optical properties of self-assembled In0.65Al0.35As/Al0.35Ga0.65As quantum dots is studied using photoluminescence and electroluminescence spectra. With the growth temperature increasing from 530 to 560 degreesC, the improvement of optical and structural quality has been observed. Furthermore, edge-emitting laser diodes with three stacked InAlAs quantum dot layers grown at different temperature are processed, respectively. For samples with quantum dots grown at 560 degreesC, the continuous wave operation is obtained up to 220 K, which is much higher than that of ones with InAlAs islands grown at 530 degreesC and that of the short-wavelength quantum-dot laser previously reported. (C) 2001 American Institute of Physics.

基于模糊评价的分组密码随机性评估模型

检测评估是研究密码算法安全性的重要技术手段.随机特性是其中重要而实用的测评内容.针对密码算法的随机性,已有多种不同的检测方法,但是对繁杂的随机性检测结果,尚不存在一个完整实用的量化评估体系和模型.选择分组密码为实例,研究了对密码算法随机性的量化评估.根据分组密码的设计准则,提出一个分组密码随机性的评估指标体系,以模糊多准则决策为基础给出了一个实用的分组密码随机性评估模型.该模型采用模糊数学中的隶属度函数方法,对随机性检测结果进行模糊化处理,能够反映出随机性的连续和渐变特点,有效解决了单纯的阈值方法造成的评估信息丢失问题.该模型的优点是实现了对分组密码随机性的量化评估,为密码算法的综合评估提供基础.同时,给出了对单个指标和属性的通用的评估流程,因此,该模型也可稍加修改和扩展,应用于其他类型密码算法的随机性评估中.

气候变化对东北森林主要建群种潜在分布的影响

在过去近百年全球气候迅速变暖的过程中，中国东北地区的气候变化幅度更显突出。各种大气环流模型的预测结果表明，该区在未来百年内的升温将更加急剧。东北地区的森林在过去的百年内已经遭受了气候变暖、自然和人类干扰的三重压力，森林的质量已经急剧下降，数量也大大减少。未来剧烈的气候变化将会对它产生怎样的影响无疑是人们所关注的热点。 本文以整个东北地区的森林为研究对象，以景观生态学原理为基础，结合地理信息系统以及多种数学方法和统计模型，分析过去40年以及未来100年的气候变化特点和趋势，探讨了东北地区目前的森林植被与环境因子的数量关系，探讨了未来气候变化对东北森林建群种以及目前占优势的落叶松属树种潜在分布的影响。以此为东北地区的生态环境保护、林业的持续发展提供一些基础信息。 通过本论文的相关研究，得出以下主要结论： （1）在过去40年中，区域的气候朝温暖和干旱化方向发展。1966-1970是最为寒冷的5年，而1969年是最寒冷的年份；2001-2003是最为炎热的3年。降水的变化具有以下的规律：南部的多雨期出现的比北部早，东部的多雨期比西部的早。而在未来100年，东北的气温会持续上升，2050年气温平均上升2.7℃左右，2100年达到6℃左右。升温具有如下特点：南部增温幅度比北部小，东部的增温幅度比西部小。降水的变化在整体上没有明显的规律，2050年，东部和西部的降水减少，而北部和南部则增加；2100年，东部、东北部和南部的降水减少，而西部的降水增加。 （2）用典范对应分析对目前的植被与环境因子的数量关系进行研究，同时检验了样方大小以及样带的走向对排序结果的影响。结果表明： 在区域尺度上，沿小兴安岭走向设置的样带1是一条海拔和温度的综合梯度带，样带的东南部气温较高，海拔较低，西北部正好相反。寒温带针叶林（兴安落叶松等）分布于样带西北部，温带针阔叶混交林（红松等）分布于东南部。 沿大兴安岭走向设置的样带2是一条降水、温度和海拔的综合梯度带，样带西南部的降水较多，气温较高，海拔也较高，而东北部的环境条件则相反。寒温带针叶林（兴安落叶松林、樟子松林等）分布样带东北部，温带针叶林（油松等）落叶阔叶林（榆树疏林等）分布于海拔较高的样带西南部。 沿长白山脉走向设置的样带3森林类型最为丰富，体现了海拔和温度的综合梯度，海拔梯度的方向与样带走向近于垂直，样带西南部的温度较高。寒温带针叶林（臭冷杉林、鱼鳞云杉林等）分布于样带北部；温带针叶林（油松、赤松等）和阔叶林（辽东栎林、麻栎林等）分布于样带南部。 在景观尺度上，设置于呼中自然保护区的样带是一条海拔、温度和降水的综合样带；设置于丰林自然保护区的样带1是一条海拔和坡度的样带。大尺度上的排序分析有利于我们从整体上把握植被和环境因子之间的数量关系，但是也存在一些问题。例如，样方的大小和样带的走向都会影响到排序的结果。双序图中的物种在环境梯度上的位置是相对的，需要和该样方具体的环境值域结合起来解释物种的环境分布。同一条样带以不同的方式取样时，狭布种的排序结果会发生变化，而广布种的排序的结果变化不大。 （3）在考虑2个气候因子、3个地形因子和6个土壤因子的基础上，用logistic回归模型，模拟预测三种气候变化方案-HADCM2SUL、CGCM1和CGCM2-对东北森林建群种未来潜在空间分布的影响。 （a）HADCM2SUL方案: 气温上升3.5℃，降水增加30.7%； （b）CGCM1方案: 气温上升5.2℃，降水增加25.1%， （c）CGCM2方案: 气温上升3.33~7.17℃，降水变幅-66~115mm， 本文所采用的HADCM2SUL和CGCM1气候变化方案是它们的全球平均值。而CGCM2是针对中国东北地区的，具有空间异质性的气候变化方案。结果表明，除了山杨的潜在分布不受影响之外，其他建群种受气候变暖的影响的方向以及程度依气候变暖方案的不同而不同： HADCM2SUL方案下，兴安落叶松潜在分布面积急剧减少，云杉、冷杉和白桦开始减少，红松、长白落叶松和蒙古栎增加。 CGCM1方案下，兴安落叶松几乎消失，云冷杉急剧减少、白桦，红松减少、长白落叶松和蒙古栎仍然增加。 CGCM2方案下，兴安落叶松、云冷杉和红松完全消失，长白落叶松大量减少，蒙古栎和白桦的存在概率减少。 （4）在考虑2个气候因子和3个地形因子的基础上，用权重证据法（Weight Of Evidence，WOE）和logistic回归模型，对落叶松属三个树种的潜在分布研究表明，兴安落叶松的生境是三者之中最为寒冷和干旱的，长白落叶松倾向于温暖湿润的环境，华北落叶松则趋向于温暖以及较干旱的环境。CGCM2气候变化方案下，兴安落叶松潜在分布区将完全退出东北；长白落叶松潜在分布区将从目前的长白山地区向北迁移到小兴安岭南部以及张广才岭和老爷岭的大部分地区；而目前位于大兴安岭最南端的华北落叶松则可能迁移到大兴安岭中段的乌兰浩特附近山区。

东北森林净第一性生产力对气候变化的响应

研究森林净第一性生产力（NPP）对全球气候变化的响应，是了解全球气候变化与森林生态系统相互作用关系的关键。本文在分析长白山、丰林、呼中三个研究区气候变化特征的基础上，运用生态系统过程模型PnET-II模型,模拟东北主要森林的NPP过去43年来的动态，并结合动态GCM结果（CGCM2）预测未来一百年东北主要森林NPP的变化趋势。通过与实测数据和文献资料的对比，结合模型敏感性和不确定性分析，验证和探讨了模拟结果的准确性。主要结论如下： （1）近43年的气候变化趋势表明，三个研究区的气温都有上升趋势。丰林和长白山地区20世纪90年代后期增温明显，但降水减少，表现出暖干化趋势。呼中地区90年代后的降水减少趋势并不明显,表明东北的暖干化趋势存在地区差异。未来近100年气候变化趋势预测表明，三个研究区的日最低温和日最高温都有明显的增加趋势，日最低温的增幅大于日最高温。未来100年气温变化可分成两个阶段，21世纪前半叶温度增幅较小，而后半个世纪增速明显加快。与温度的增加趋势相反，21世纪光合有效辐射有明显的下降趋势。三地的降水在21世纪都有增加,但具体年际变化趋势有差异。这些与森林生长密切相关的气候因子的变化，将会给该地区的森林生态系统带来深刻的影响。 （2）模型估算三个地区主要森林NPP值,过去43年来有下降趋势，但不显著，而且存在年代际间波动。未来一百年，随着气候变暖，三地所有森林的NPP值都有不同程度的降低，2050年前NPP变动幅度较小，2050年后有较明显的减少趋势。 （3）模拟CO2浓度增加和气候变化对NPP的双重影响，丰林和长白山的红松林和硬阔林的NPP有不同幅度的增加，而云冷杉林和落叶松的NPP都减少。气候变化对云冷杉和落叶松林的生产力影响较大。 （4）植被参数的敏感性分析表明，与光合作用有关的植被参数对NPP的预测结果影响较大；对气候参数的敏感性分析表明，森林NPP对温度的反应敏感。 （5）通过与实测值的比较，结果表明PnET-II模型能较准确地估算东北森林净第一性生产力；与其它已有文献的比较其结果表现不一，其中一个重要原因可能是PnET-II模拟时未考虑氮碳循环过程导致。

东北多年冻土对气候变化的响应

近地表面多年冻土对寒区生态系统的植被覆盖、水文条件、土地利用和工程建设具有重要影响，随着气候变化研究的广泛开展，区域冻土环境的变化也成为学者关心的重要议题。中国东北的多年冻土处于欧亚大陆多年冻土带的南缘，多年冻土不如以北地区发育，是十分脆弱的多年冻土。然而，多年冻土在东北寒区生态系统中却起着重要的作用。若东北多年冻土发生退缩，则有可能加速落叶松北移和湿地退缩的过程，也会对C的释放产生重要影响。因而探明现实气候条件下东北区域多年冻土的影响因子和发育状况以及未来气候条件下多年冻土的退缩趋势，将有助于促进东北寒区生态系统的冻土和其它学科研究，同时也可为寒区开发建设提供有意义的参考。 本研究从分析东北多年冻土的主要影响因子——气候、地形和土壤条件等入手，准确地掌握了多年冻土的发育状况，并以此为根据进行了景观尺度上多年冻土分布信息的提取和融深信息的研究。同时，在区域尺度上对多年冻土的现实分布和未来气候条件下多年冻土的可能分布状况进行了探讨。最终得到以下重要结论： （1）冻结数对东北多年冻土分布具有重要的指示作用 冻结数模型具有明确的物理意义，可以指示多年冻土的发生状况。研究中，利用地形、纬度等因子，结合气温和降水数据模拟了现实气候条件下东北地区的冻结数值；并依据冻结数模型的区划标准对东北多年冻土进行分区。结果表明，冻结数在指示多年冻土分布时具有重要作用。 （2）土壤含水量、地形坡度和群落因子对多年冻土具有重要影响 以大兴安岭呼中国家级自然保护区为例，调查了该区多年冻土活动层厚度，并利用多重对比分析和相关分析的统计方法，对多年冻土活动层的影响因子进行了分析。结果表明，多年冻土活动层厚度与多个环境因子之间存在着复杂的关系。其中，土壤表层含水量与活动层厚度具有极显著的负相关关系（P<0.001），其相关系数在0.90以上，说明含水量越高，活动层厚度越浅。地形坡度和活动层厚度的相关性也达到显著水平（相关系数为0.321，P=0.006），表明坡度越陡，活动层厚度越大。几乎每个样带的海拔与活动层厚度都有显著的相关性，但在整体研究区域内海拔与活动层厚度不存在相关性。这说明活动层厚度的变异仅在本研究的样带尺度上具有规律性，而在稍大尺度上这种规律性就消失了。对于不同的群落活动层厚度的多重对比分析表明，群落的差异对活动层厚度也有明显的影响，其中狭叶杜香-泥炭藓群落（Larix gmelini-Ledum palustre var. anqustum-sphagnum magellanicum）更有利于多年冻土的保存。 （3）景观尺度上的多年冻土分布状况 在景观尺度上，以呼中国家级自然保护区为研究区，应用神经网络方法，同时以土地覆盖、等效纬度、坡向和土壤湿度多种影响因子为数据源，对多年冻土分布信息进行提取。结果表明，考虑土地覆盖、等效纬度和土壤湿度的数据源组合可以获得高精度最高的多年冻土分布信息，分类精度可以达到89.0%，多年冻土面积占研究区面积百分比达到46.71%，为780.1 km2。 （4）景观尺度上多年冻土的融深状况 研究考虑了包括植被和等效纬度两个影响活动层厚度的重要因子，并将Stefan公式进行变形，简化为包含热量条件的等效纬度因子和植被条件的C因子的函数关系。最后应用该函数关系模拟了呼中自然保护区活动层厚度空间分布，模拟结果的精度为87.25%。在模拟结果中，面积和所占比例最大的活动层厚度为70-80 cm间的活动层厚度，所占面积达到341.4 km2 ，占整个研究区面积的20.43%。而面积最小的活动层厚度为30-40 cm间的活动层厚度，面积为0.02 km2 。通过群落与活动层厚度的空间分布对比发现，呼中自然保护区占最大比例的活动层（70-80 cm）所对应的植物群落主要为落叶松-丛桦-笃斯-藓类群落（Larix gmelini-Betula ovalifolia-Vaccini uliginosum-moss）。说明呼中自然保护区冻土湿地植被主要以该群落类型为主，演替处于中间阶段。 （5）区域尺度上多年冻土的分布状况 利用证据权重法，以可能影响多年冻土分布的气候、地形和土壤等因子作为数据源，对研究区在现实气候条件下的多年冻土分布进行预测，获得了多年冻土在现实气候条件下的分布概率等信息。结果表明，当分布概率大于0.17时，划分出的多年冻土的精度最高，为78.71 %。此时，多年冻土面积为2.03×104 km2 ，约占研究区总面积的1.76%。 （6）东北多年冻土分布对气候变化的响应 利用空间代时间的方法和Kappa指数，对证据权重法在预测未来气候变化条件下多年冻土分布的准确性进行了验证，结果表明，证据权重法预测气候变化条件下多年冻土的分布状况是可行的。 在CGCM3模拟的三种气候模式下，多年冻土在2050年和2100年都将发生明显的退缩。2050年，SRES A1、SRES A2和SRES B1三种气候情景下多年冻土的面积分别为786.38 km2，705.94 km2和1 028.81 km2。与现实气候下多年冻土的面积2.03×104 km2相比，多年冻土分别退缩了96.13%，96.53%和94.94%。而2100年的模拟结果表明，三种气候情景模式下，多年冻土已经全部退化。 （7）气候变化条件下东北多年冻土的分区变化 研究将冻结数等值图与2000年中国东北冻土分区图进行叠加，计算了不同多年冻土亚区的边界对应的冻结数值，建立了利用冻结数进行中国东北多年冻土分区的标准。根据冻结数指标确定的新的中国东北冻土分区与原中国东北冻土分区进行Kappa指数认证。结果表明，冻结数分区标准更适用于中国东北多年冻土的区划。 利用新的冻结数分区标准对CGCM3模拟的三种气候情景模式下的气候变化数据进行区划表明，三种气候模式下东北多年冻土区在21世纪都会有非常明显的退缩。2050年时冻土区缩减了37.7%-42.6%，2100年时缩减了62.5%-74.0%。同时，研究结果显示，东北多年冻土区域的退缩不仅发生在多年冻土区的南界，同时多年冻土的中心退缩也较为明显，即大片连续多年冻土亚区和大片连续—岛状多年冻土亚区的退缩最为剧烈。2050年时，三种气候情景下，大片连续多年冻土亚区将退缩88.8%以上；2100年时，SRES A2模式下，大片连续多年冻土亚区将完全消失。

不同海拔长白山岳桦的生理变化

通过分析长白山国家级自然保护区内不同海拔(A1:1700 m,A2:1800 m,A3:1900 m,A4:2000 m,A5:2050 m)梯度岳桦叶片中各种生理指标含量的变化,探讨了林线树木适应高山环境的生理机制。结果表明:随着海拔的升高,比叶面积(SLA)显著减小,A5与A1相比下降了35.90%,差异达到显著水平;叶绿素含量随海拔梯度升高而降低,但叶绿素a/b比值(Chla/Chlb)和Car的相对含量(Car/Chl)随海拔梯度升高而增加;在海拔1900 m左右,MDA含量和MP均处于最低水平,各种酶的活性均为最低;当海拔超过2000 m,接近森林分布的界限时,MDA含量和MP升高,并达到最大值,各种酶的活性都出现了一定程度的下降。综合本次研究表明,在海拔1900 m比较适合岳桦的生长;海拔超过2000 m,岳桦体内生理抗性下降,不利于岳桦的生长发育,因此高海拔限制了岳桦的分布。