非線性體系中噪聲對電化學(xué)振蕩以及隨機(jī)共振的作用.pdf

1、非線性化學(xué)，即利用非線性科學(xué)理論和方法研究在遠(yuǎn)離平衡態(tài)條件下，由于非線性化學(xué)過程的作用，宏觀體系中“自組織”所形成的各類非線性動力學(xué)行為的特征、機(jī)理及其相互轉(zhuǎn)變的規(guī)律。它研究分子層次以上的化學(xué)運(yùn)動的科學(xué)，其中包括化學(xué)多重定態(tài)、化學(xué)振蕩、化學(xué)混沌、空間有序現(xiàn)象(Turing斑圖)、時空有序結(jié)構(gòu)(化學(xué)波)和時空混沌等。非線性化學(xué)作為一門新興的交叉學(xué)科已成為化學(xué)科學(xué)中的一個新的生長點(diǎn)，存在著廣闊的應(yīng)用前景。 一般來說，噪聲又可稱為“漲

2、落”或“隨機(jī)力”。通常，人們認(rèn)為噪聲總是起著消極的破壞作用，但近年來的大量研究表明，在非線性條件下，噪聲往往起著與人們直覺相反的作用，它能對體系的演化起著關(guān)鍵性的作用，本論文的研究內(nèi)容主要是噪聲的以下兩種作用：(1)改變體系的分岔特性，從而誘導(dǎo)出新的時空有序結(jié)構(gòu)，例如，噪聲可以誘導(dǎo)出振蕩；(2)當(dāng)噪聲和信號同時作用于非線性體系時，由于三者的協(xié)同效應(yīng)，可使體系輸出信號的信噪比隨著輸入噪聲的強(qiáng)度的增強(qiáng)而呈現(xiàn)出極大值的現(xiàn)象，即隨機(jī)共振，本論文

3、主要研究了隨機(jī)共振中的內(nèi)信號隨機(jī)共振(ISSR)，即對體系沒有施加外信號的情況。內(nèi)信號隨機(jī)共振又分為隱性內(nèi)信號隨機(jī)共振和顯性內(nèi)信號隨機(jī)共振，前者體系中的內(nèi)信號來自噪聲誘導(dǎo)產(chǎn)生的相干振蕩，此相干振蕩隱藏在原體系中，不能由體系自發(fā)產(chǎn)生，必須在外加噪聲的協(xié)助下才能顯現(xiàn)出來；而后者體系的內(nèi)信號源于體系的固有的周期振蕩，其存在不依賴于外加噪聲。 本論文共分四章：第一章概述了非線性體系中噪聲在電化學(xué)振蕩以及隨機(jī)共振中的作用，綜述了電化學(xué)振蕩

4、的特點(diǎn)以及它在實(shí)驗(yàn)和理論方面的研究進(jìn)展，介紹了隨機(jī)共振的原理、表征手段以及其研究進(jìn)展。 第二章采用了Naito等人提出的電化學(xué)氧化甲酸的反應(yīng)模型，首先對其電化學(xué)振蕩行為進(jìn)行了模擬，其次對體系無自身振蕩信號時噪聲誘導(dǎo)的振蕩以及隱性隨機(jī)共振進(jìn)行了模擬研究。在這個模型中，以外加電流作為控制參數(shù)，對其施加高斯白噪聲進(jìn)行擾動，結(jié)果表明噪聲可以使原本處于穩(wěn)態(tài)的體系發(fā)生振蕩但未發(fā)現(xiàn)隨機(jī)共振現(xiàn)象。 第三章采用了Genesio提出的動力學(xué)

5、模型，主要研究了體系中所存在的內(nèi)信號和環(huán)境噪聲之間的協(xié)作效應(yīng)。體系處在周期-2振蕩態(tài)時，體系中存在兩個內(nèi)信號，而且表現(xiàn)為強(qiáng)信號和弱信號。當(dāng)體系被環(huán)境噪聲擾動時，體系能夠呈現(xiàn)顯性內(nèi)信號隨機(jī)共振(EISSR)，但是該現(xiàn)象具有一定的選擇性，即強(qiáng)信號能夠被環(huán)境噪聲放大和優(yōu)化，呈現(xiàn)出信號、體系和噪聲之間的協(xié)作效應(yīng)，而弱信號卻不能被放大及優(yōu)化。另外，當(dāng)體系的控制參數(shù)改變時，狀態(tài)變量的最大信噪比隨著控制參數(shù)的增加而增加。而且，當(dāng)受到環(huán)境噪聲的擾動時，