用喷洒法抑制癌细胞扩散

物理学家们发现用多个水喷枪来冲击固体表面时，凡未被水滴喷洒到的表面可以保持其完好的特性，这个现象可用一个简单的流体动力学方程来描述．现在美国哈佛-MIT生物医学成像研究中心的T．Deisboeck博士与他在意大利Turin大学的同事们采用这个方程来研究对肿瘤生长的影响，他们对肿瘤在喷洒水滴与不喷洒水滴两种条件下的生长情况进行对比研究．结果显示，当肿瘤在不喷洒水滴时会产生出致命的触须扩散到其周围的健康组织内，相反当肿瘤在经过喷洒后就能抑制住触须的扩散．为此Deisboeck博士的研究组定义了一个新的“入侵参数”来定量地描述这个过程．他们对流体动力学方程进行了修正．模拟计算表明，入侵参数是三个变量的函数，第一是肿瘤块受到其周围健康组织压力的大小，第二是肿瘤块半径的大小，第三是肿瘤块的表面张力．当压力较大并半径较长时，肿瘤触须的扩散效应就比较大；而当表面张力较大时，就可抑制住肿瘤触须的扩散．     

纳米水滴及真空中β-环糊精和对-甲基苯酚1:1包结物的约束动力学模拟研究

报道了在室温条件下利用pcff力场和Rattle bond法对β-环糊精(β-CD)和对-甲基苯酚形成的1：1 CD包结物溶解在427个水分子中形成的纳米水滴在200ps时间间隔内进行约束动力学模拟的结果，并与真空下的CD包结物进行了比较．结果表明，在模拟时间内，CD包结物在水滴中和真空中是稳定的．通过对径向分布函数(rdf)的计算发现，在模拟时间内，没有一个水分子进入环糊精包结物腔体内，用约束动力学模拟方法证实了CD腔体确实具有疏水作用．模拟研究还发现，水滴中环糊精的亲水外侧确实存在明显的由氢键引起的水化作用，与环糊精的性质相吻合；对．甲基苯酚的酚羟基在水滴中与水分子间存在明显的氢键作用，而在真空中则与β-CD的宽口处的O3间存在明显的氢键作用，这使得客体在水滴中插入CD中的深度要浅于在真空中的情形．实验模拟结果说明，可以利用约束动力学的方法来研究水溶液体系的动力学行为．     

气泡在自由液面破碎后的射流断裂现象研究

在势流假设下, 考虑表面张力以及黏性修正, 建立自由液面在气泡破碎后全非线性运动的数值模型, 给出射流断裂和水滴撕裂的数值处理方法. 同时进行上浮气泡在自由液面破裂的实验研究, 数值解与实验值符合良好.为了研究自由液面在气泡破碎后的运动学机理和规律, 运用开发的程序研究了不同尺寸气泡破碎后的动态特性, 包括从气泡底部顶起的射流、射流断裂以及水滴分裂等复杂的物理现象, 总结了从射流上撕裂出的第一个水滴尺寸、撕裂时间以及最大射流速度的变化规律. 最后讨论了雷诺数与韦伯数对气泡破碎后自由液面运动的影响. 关键词： 气泡 自由液面 破碎 断裂     

水滴结冰结霜及合成双射流的防霜防冰实验

对水滴结冰结霜过程及合成双射流作用时水滴结冰结霜过程分别进行了实验研究.实验中将半导体制冷片作为实验板将温度从室温降低到-30℃,采用电子显微镜观测无合成双射流和开启合成双射流作用的水滴凝固结冰结霜过程.结果显示:水滴从下部向上逐渐凝固,并且水滴表面凝固速度大于内部凝固速度.由于水凝固为冰,密度减小、体积增大,使得水滴形态改变,顶端突出,变成锥形.由于合成双射流强迫产生对流换热,凝固水滴不会像无激励器作用时在表面生成针叶状的霜,而是在水滴表面均匀形成一层白色的颗粒状霜.随着时间推移,霜的厚度并没有增加,并且水滴的高度降低,凝固水滴的锥形尖端逐渐变得平坦,水滴与冷板平面的接触面积增加.      

直流电场作用下油中水滴的破裂时间特征

采用显微实验与理论分析相结合的方法,对直流电场作用下水滴破裂前的拉伸过程及其时间特征进行了系统研究。结果表明,电毛细数和表面活性剂浓度是影响水滴拉伸过程的关键因素,而油水黏度比和电导率比的影响并不显著。拉伸时间对低电毛细数和高表面活性剂浓度体系更为敏感。在实验范围内,直流电场作用下球形水滴经拉伸并破裂的最小时间为10 ms。基于此,提出了一种可有效提高水滴静电聚并效率并抑制电分散现象的脉冲电场设计方法。     

水下强声波脉冲负压的产生和空化气泡运动

首先利用高速摄影和压力传感器测量的方法, 对曲面反射式水下强声波脉冲的传播和聚焦过程进行了实验研究.实验研究发现, 椭球面反射罩在起到汇聚声能的作用的同时也将使得强声波脉冲在传播过程中形成负压区, 并由此而引发近场声传播通道上空化气泡群的产生. 在实验结果的基础上, 进一步利用基于Kirchhoff衍射定理的声传播模型和大振幅条件下的QX气泡运动方程, 对强声波脉冲负压区的形成原因及空化气泡的运动过程进行了数值计算和分析. 研究结果表明, 在焦前区, 源于反射罩内表面的"尾波"和出口处的"边缘波"在传播过程中将形成反射波中的负压区; 在焦后区, 源于反射罩顶点的"中心波"在传播过程中将形成反射波中的负压区. 在反射波作用下, 空化气泡体现出了"正压区受压缩并振荡, 负压区膨胀"的运动特点. 在反射波之后, 空化气泡将出现成长、坍缩和回弹等典型的物理过程. 研究结果对曲面反射式水下强声波传播物理规律的认识具有实际意义.     

在高压下双原子分子的行为

位于美国华盛顿洲的Carnegie研究所的A．Goncharov教授的他的合作者美国Lawrence Livermore国家实验室的J．Crowhurst教授共同进行了一项实验．他们将许多种类的双原子分子，例如氢、氘和氮等挤压人一个菱形的砧格内，然后观察它们在高温高压下的行为．在实验中他们不断地改变温度与压强这两个参数，使分子样品常常可以从流体转变为晶体，或者反过来从晶体变为流体，甚至于让整个分子解体．他们的具体实验手段是利用近红外激光对样品加热，再利用拉曼光谱仪来测定分子在各种条件下的量子振动激发态，并细缄地记录下各条谱线的频率与伸缩模的线宽。     

旋转锥体表面积冰实验研究

通过小型冰风洞开展了发动机整流罩缩比模型即旋转锥体表面积冰可视化实验研究,获得了不同温度、锥体转速和液态水含量条件下不同时刻的霜冰、瘤状冰和刺冰三种类型积冰形貌,并且通过分析单个水滴在锥体表面的受力和传热进行了水滴的运动和凝固分析,结果表明温度越低水滴完全凝固所需的时间越短,当温度较高时,由于转速较大,锥体表面的未完全凝固液滴会在离心力作用下脱离锥面并在脱离的过程中凝固从而形成刺状结冰。     

在室温下冻结的冰

大多数的表面并不是很光滑平坦的，当两个物体的表面相互接触时，实际上只有其中的一部分表面是真正地碰在一起的．在正常的条件下，如果说两接触面间是潮湿的，或者说有水蒸汽存在时，表面间就会产生出一种效应，称为“表面张力桥（capillary bridge）”．这些桥倾向于使表面粘结在一起，而使两表面间不易滑动．为了能更清楚地了解这个现象，荷兰Leiden大学的J．Frenken教授所领导的研究组对这种被限制于两表面缝隙间的液体的物理行为进行了一系列的实验．他们发明了一种称为“摩擦杠杆（tribolever）”的仪器，它是由一个稍有弯曲的微型硅片传感器所组成，其作用是可以感受小于皮牛顿的力．     

气泡幕回声信号的起伏相关

实验研究了电解气泡幕的回声信号起伏特性，在两种电解电压的条件下，测量了几个频率的信号起伏相关时间，并用声学反演法测量了气泡幕中气泡的体积分数、气泡大小分布以及气泡幕的厚度。     

在玻色-爱因斯坦凝聚态下测定微小的力

美国Rice大学的S．Bhongale教授和洛斯阿拉莫斯国家实验室的E．Timmermans教授在最近完成了一项出色的实验,他们利用超冷原子气泡来测定微小的力．他们将一种原子形成气泡,让它在另一种原子气体内运动．实验中对加速度的测量可达到10^-10m／s^2的精度．     

低As压退火对GaAs(001)表面形貌与重构的影响

在低As压条件下退火处理原子级平坦的GaAs(001) βup 2(2×4)重构表面. 利用扫描隧道显微镜对表面进行研究, 发现随着低As压退火时间的延长, 表面形貌与表面重构的演变同步进行. 表面形貌经历了从有序平坦转变为无序平坦, 然后逐渐恢复到有序平坦状态的过程. 表面重构则由βup 2(2×4)重构逐渐转变为(2×6)重构, 然后再转变为锯齿状的(2×6)重构, 并且表面形貌与表面重构的演变存在一定的相互关系.     

微重力下光滑表面上FC-72的池沸腾实验研究

本文利用小尺度光滑芯片(10 mmxl0 mmx0.5 mm),通过控制加热电流方法,在北京落塔进行了持续3.6 s有效微重力时间的过冷池沸腾实验研究.在低热流和中等热流区,微重力条件下可以观察到稳态或准稳态池沸腾现象,传热特性基本维持不变;在中等热流区域,气泡的横向合并会引起合并后的大气泡表面剧烈震荡,进而引发合并大...     

量子“去坍缩”假说得以验证

许多科学家相信，量子态是无法精确测量的．一旦被测量，量子粒子就会发生“坍缩”，从拥有多种可能位置的状态变成类似经典物体的单一位置．对此，Andrew Jordan等人提出，应该有可能对量子粒子进行持续的微弱测量，令量子态发生部分坍缩，这时如果进行“去测量”（unmeasure），那么粒子又能回复到坍缩前的初始量子态．这也就是所谓的量子“去坍缩”假说．     

尾流气泡幕光学特性的数理模型

对实验室模拟的尾流以及真实尾流气泡幕中气泡的运动规律进行了分析和计算,并提出了气泡幕中气泡随半径分布规律的数学物理模型,引入了最可几半径的概念从单个气泡对激光散射的影响推导出了气泡幕对激光的散射效应的数学表达式,并利用所得到的表达方式在实验室条件下进行了相关计算所建立的理论模型对于气泡分布的计算结果同实验结果相比,一致性相当好在气泡幕对激光散射的影响中,首次对激光偏振化特性的影响进行了区别计算计算结果表明:激光的两种偏振化状态对气泡幕散射的影响从粗糙结构来看没有明显差异,但其精细结构有所不同对不扩束和扩束两个条件下的计算明确显示出,扩束条件下散射光的强度是不扩束条件下的二倍以上,但二者的精细结构并没有可见的差别.     

非平坦样品激光诱导等离子体光谱特性研究

激光诱导击穿光谱（LIBS）作为一种快速、实时的元素分析技术,由于其在痕量元素探测、地质环境监测等领域有着广阔的应用前景,而受到人们极大的关注。在实际应用中,样品表面是影响等离子体产生及其特性的关键环境因素之一。在大气环境下,利用脉宽为8 ns、波长为1 064 nm的纳秒脉冲激光产生等离子体,对比研究了天然岩石样品在非平坦和平坦表面条件下等离子体的发射光谱。基于激光辅助辐射波模型,阐释了非平坦样品表面对其光谱特性的影响。通过对比等离子体时间积分光谱,发现非平坦样品的谱线强度相比于平坦样品的谱线强度减弱了近70%,该结果说明非平坦样品表面对LIBS真实测量数据的负面影响不可忽视。针对褐铁矿样品中的谱线Fe Ⅰ 404.58 nm和Fe Ⅰ 438.35 nm,研究了在平坦和非平坦样品表面下的峰值强度以及其衰减因子随激光能量的变化规律,结果表明非平坦样品表面条件下采集的光谱强度始终低于平坦样品表面的光谱强度。光谱强度的衰减因子先随激光能量增大而逐渐降低,并在激光能量33 mJ达到最小值,后随激光能量的进一步增大而增大。实验结果进一步表明在非平坦样品表面条件下产生了密度较低的等离子体,并且非平坦与平坦样品的电子密度的比值在激光能量33 mJ时达到最小,此结果与光谱强度的衰减因子随激光能量的变化趋势一致,这是源于非平坦样品表面会形成较大激光入射角度,使得激光等离子体能量吸收区厚度变薄,产生等离子体屏蔽效应所对应的激光能量阈值升高。此外,样品表面状态和激光能量对等离子体温度的影响甚微。阐述了非正入射时等离子体特征参数与正入射时等离子体特征参数的联系和差异,揭示了非平坦样品激光等离子体特征参量变化的内在物理机制,为室外LIBS探测技术在元素定性和定量分析中光谱强度的校正提供参考。     

"神舟"号飞船的微重力测量

航天器在太空自由漂移时出现失重状态．当存在各种干扰力时，呈现微重力状态．失重状态使得物体各部分之间不产生压力作用或者形变作用，对此开展的研究称之为微重力科学．微重力用微重力加速度的值度量．准稳态加速度来自大气阻力、潮汐力、太阳辐射压等，分析得到“神舟”号飞船的准稳态加速度在10^-7g0以下．瞬变加速度和振动加速度可用石英挠性加速度计检测．“神舟”号飞船的微重力测量仪器具有三轴检测、守时、统计分析、依照预先注入的指令准实时传送微重力统计数据或原始数据的能力．该仪器带宽为(0．06—100)Hz，分辨率5μg0，量程(-10— 10)mg0，沿飞行轴线还有一个放大为(-150— 150)mg0的量程．该仪器对“神舟一号”到“神舟五号”各艘飞船轨道运行段实施全过程连续监测，准实时提供了飞船各种动作发生的时刻及引起的加速度量值，为飞船飞行控制、有效载荷动作监测和空间微重力科学实验分析提供了有效服务。     

光电分解水过程气泡动态行为调控研究

光电催化分解水制氢技术是目前最有前景的清洁利用太阳能的技术之一,其气体产物主要以气泡的形式输运,气泡的演化规律和动态行为特性影响着系统的传热传质及化学反应速率。本文通过搭建光电催化分解水气泡动态行为可视化实验平台,研究了气泡在水平电极表面的演化规律,探讨了气泡在表面化学反应控制下的生长机理;进一步提出了一种通过外部斩光调控气泡动态行为的方法,发现节律性斩光可使气泡在水平电极表面发生弹跳,并得到了弹跳气泡的动力学特性;通过控制电子快门开关时间调节气泡弹跳特性,得到了气泡返回次数和生长时间在不同斩光模式下的变化规律.     

近似估算法研究磁场与发光气泡耦合机制

以磁场对声致发光影响研究为基础,结合对声致发光时气泡内状态的现有认识,从气泡外、气泡表面及气泡内各层次着手,通过理论估算方法分析磁场与气泡可能存在的各种耦合机制,并对特定磁场条件下两种相互作用能量进行数量估计,评判两者可能存在的各种耦合方式的重要性,进而推测两者相互作用机制.     

纳米水滴及真空中β-环糊精和对-甲基苯酚1∶1包结物的约束动力学模拟研究

报道了在室温条件下利用pcff力场和Rattlebond法对 β 环糊精 (β CD)和对 甲基苯酚形成的 1∶1CD包结物溶解在 4 2 7个水分子中形成的纳米水滴在 2 0 0 ps时间间隔内进行约束动力学模拟的结果 ,并与真空下的CD包结物进行了比较 .结果表明 ,在模拟时间内 ,CD包结物在水滴中和真空中是稳定的 .通过对径向分布函数 (rdf)的计算发现 ,在模拟时间内 ,没有一个水分子进入环糊精包结物腔体内 ,用约束动力学模拟方法证实了CD腔体确实具有疏水作用 .模拟研究还发现 ,水滴中环糊精的亲水外侧确实存在明显的由氢键引起的水化作用 ,与环糊精的性质相吻合 ;对 甲基苯酚的酚羟基在水滴中与水分子间存在明显的氢键作用 ,而在真空中则与 β CD的宽口处的O3间存在明显的氢键作用 ,这使得客体在水滴中插入CD中的深度要浅于在真空中的情形 .实验模拟结果说明 ,可以利用约束动力学的方法来研究水溶液体系的动力学行为 .