科研成果在有机化学教学中的渗透

将有机化学的研究前沿、热点领域及其应用引入到课堂教学中,不仅使教学内容更加丰富、生动、深入,还可以拓宽学生的知识面,激发学生学习有机化学的兴趣,提高学生学习的热情和积极性。结合多年来有机化学教学实践及接触的前沿、热点领域,列出科研成果在有机化学教学中渗透的几个具体实例。     

由α-氰基肉桂酸乙酯/N-溴代苯甲酰胺合成2-噁唑啉衍生物

作为重要的杂环化合物,合成新的2-噁唑啉衍生物以及发展其新的合成方法具有重要意义,为此以α-氰基肉桂酸乙酯衍生物为底物,以N-溴苯甲酰胺为反应试剂,在无水碳酸钠(相对于底物3为110%摩尔分数)促进下,在丙酮溶剂中,室温下,建立了合成相应2-噁唑啉衍生物的新方法,共合成了11个新化合物,其结构由核磁共振波谱仪(~1H NMR,~(13)C NMR)和高分辨质谱(HRMS)确认。结果显示,各种α-氰基肉桂酸乙酯衍生物(3a~3k)可被顺利的转化成相应的2-噁唑啉衍生物(5a~5k)。在室温下,丙酮作溶剂,以Na_2CO_3为促进剂时,相应产物的最高收率可达90%。不仅α-氰基肉桂酸乙酯衍生物(3)可被用作该反应的底物,而且α-乙氧甲酰基肉桂酸乙酯(6)也适用于该反应。实验结果还证明,除了N-溴代苯甲酰胺外,N-溴代对硝基苯甲酰胺(8)及N-溴代乙酰胺(9)也适用该反应,证明该方法具有广泛的适应性。根据实验结果,提出了可能的反应机理,该机理支持了形成2-噁唑啉衍生物的区域选择性。     

思维导图在物理化学教学中的应用

通过介绍思维导图的特征以及思维导图软件XMind的主要功能特点,阐述了思维导图应用于物理化学的理论基础。以XMind软件作为绘制工具,以"热力学第二定律"为例,探讨了将思维导图运用于单元总结中,在建构知识体系、把握知识脉络以及训练思维能力方面的有效作用。进一步以本章重要知识点"熵增加原理"为例,尝试思维导图在知识点的理解掌握、拓展应用等方面的具体应用。     

基于菌紫质F态的永久光存储研究

在线偏振飞秒激光激发下, 菌紫质通过双光子光化学反应可以生成具有永久光致各向异性的蓝移产物F₅₄₀态. 基于F₅₄₀态的永久光致各向异性, 通过调控飞秒激光空间光场分布, 可以在菌紫质薄膜中实现永久光信息存储. 本文使用纯相位型空间光调制器调制飞秒激光光场, 在物镜焦平面上生成光学点阵图案, 可以将信息快速记录在菌紫质薄膜中. 同时, 通过改变入射激光偏振方向, 可以实现偏振复用光存储, 这在高密度光存储和数据加密领域具有潜在应用.     

无衍射特殊光束的产生与三维表征

无衍射光束(如贝塞尔光束、艾里光束)因具有无衍射、自愈合的特性, 在很多领域都有广泛的应用. 本文提出使用纯相位型空间光调制器对光场的复振幅进行调控, 从而可以产生多种复杂模式的无衍射光束, 如强度可独立调控的多个零阶贝塞尔光束, 两个高阶贝塞尔光束干涉生成的花瓣状无衍射光束, 具有多个主瓣的加速光束等特殊的无衍射光束. 通过在待测焦场附近放置一个平面反射镜, 使其沿光轴快速扫描光场, 并由数字相机同步拍摄反射回来的一系列二维光场强度分布信息, 可实现对无衍射光束三维光场强度分布的快速测量和表征. 本实验方法和技术可以快速产生各种复杂的特殊光场并获得其精确的三维可视化重建效果, 在光学显微、光学俘获、光学微加工等领域有潜在的应用价值.     

带有未知非对称控制增益的不确定分数阶混沌系统自适应模糊同步控制

针对带有非对称控制增益的不确定分数阶混沌系统的同步问题设计了模糊自适应控制器. 模糊逻辑系统用来逼近未知的非线性函数, 非对称的控制增益矩阵被分解为一个未知的正定矩阵、一个对角线上元素为+1或-1的已知对角矩阵和 一个未知的上三角矩阵的乘积. 基于分数阶Lyapunov稳定性理论构造了模糊控制器以及分数阶的参数自适应律, 在保证所有变量有界的情况下实现驱动系统和响应系统的同步. 在分数阶系统稳定性分析中给出了一种平方Lyapunov函数的使用方法, 根据此方法很多针对整数阶系统的控制方法可以推广到分数阶系统中. 最后数值仿真结果验证了所提控制方法的可行性.     

有倾向性重连产生的反匹配网络

在具有网络结构的系统中度关联属性对于动力学行为具有重要的影响, 所以产生适当度关联网络的方法对于大量网络系统的研究具有重要的作用. 尽管产生正匹配网络的方法已经得到很好的验证, 但是产生反匹配网络的方法还没有被系统的讨论过. 重新连接网络中的边是产生度关联网络的一个常用方法. 这里我们研究使用重连方法产生反匹配无标度网络的有效性. 我们的研究表明, 有倾向的重连可以增强网络的反匹配属性. 但是有倾向重连不能使皮尔森度相关系数下降到-1, 而是存在一个依赖于网络参数的最小值. 我们研究了网络的主要参数对于网络度相关系数的影响, 包括网络尺寸, 网络的连接密度和网络节点的度差异程度. 研究表明在网络尺寸大的情况下和节点度差异性强的情况下, 重连的效果较差. 我们研究了真实Internet网络, 发现模型产生的网络经过重连不能达到真实网络的度关联系数.     

基于探针光调制的皮秒分辨X-ray探测方法与实验

高能密度物理研究中涉及许多单次皮秒现象的诊断测量, 然而对单次X-ray脉冲形状、X-ray与激光脉冲的皮秒精度同步依然是极具挑战的课题. 传统行波选通分幅相机受电子渡越时间限制, 难以突破40 ps时间分辨极限. 本文围绕半导体中光学探针光的全光调制效应, 提出一种以低温GaAs材料为基础, 实现皮秒时间分辨X-ray探测的新方法, 详细阐述了该探测器的工作机理、器件参数设计和时间分辨能力. 通过飞秒激光打靶实验, 验证了其概念设计的正确性. 结果表明该探测器具有约1.5 ps时间响应和10 ps时间分辨能力, 通过材料优化可将时间分辨提升 至1 ps以内.     

Stabilization of switched linear systems using an improved event-triggered control scheme

This paper is concerned with the event-triggered control of switched linear systems. The coupling of system switching and event-triggered communication raises two phenomena: (1) the update of controller cannot always catch up with the active subsystem; (2) the switching may lead to additional triggers. The first phenomenon is called the asynchronous switching induced by network communication and the second one brings great difficulty to avoid the Zeno behavior of event-triggered mechanism (ETM). To address the above problem, we propose a new ETM which contains the switching signal of models and controllers and the discontinuity of triggering error at switching time instants. A relative threshold strategy, combined with a jump function, is designed as a new threshold function. By introducing a compensation term, the linear feedback control law is extended to avoid the Zeno behavior of ETM and improve the solvability of control algorithm. Based on the proposed event-triggered control scheme, the exponential stabilization of switched systems is achieved with relaxed constraints on the triggering and switching conditions. The obtained results are validated by a numerical example.     

颜料层微观形貌对古代壁画褪色及显现影响

文物壁画在自然环境下产生褪色现象具有复杂性,严格意义上讲,人们无法重现自然环境下这种褪色发生的条件,但这并不妨碍人们研究其褪色原因的可能性和途径。通过实验来验证所提出机制的合理性,这也符合自然科学普遍采用的研究方法。提出颜料层微观形貌变化是引起壁画褪色的一种重要原因。胶料作为颜料层的连续相,当胶料分解时,颜料层微观形貌必然产生变化,为证明这种变化会引起颜料层褪色,而非颜料变化所致。建立了以具有较高热稳定性的赭石为颜料,以明胶作为粘接剂制成模拟的壁画颜料层。然后通过加热处理使胶料发生氧化分解,从而造成颜料层微观形貌发生变化,但赭石颜料依然稳定,期望证明在颜料赭石不发生变化时,由于颜料层微观形貌变化也可引起颜料褪色。实验通过煅烧壁画颜料层模拟样获得胶料降解的壁画模型,分别以SEM及多角度反射率光谱等技术,考察模拟样胶料降解前后表面微观形貌和光学性质变化。结果表明：壁画模拟样煅烧后,颜料层表面产生空隙结构,样品表面多角度反射率光谱表明煅烧后样品颜料层对可见光的反射增加而吸收降低,并观察到模拟样颜色淡化。以无色,难挥发,且不与颜料层发生化学反应的离子液体涂覆褪色样品表面,以上述技术表征涂覆处理前后颜料层表面微观形貌和表面光学性质变化,结果表明：离子液体填充了褪色样品表面颗粒间空隙,检测到样品表面对可见光的反射降低而吸收增加,观察到褪色样品的颜色加深。以上实验结果证明了推测合理性,即微观形貌变化确实会引起颜色变化。依据此原理以唐代墓室褪色壁画为例,进行了显现修复应用研究,其颜色显现效果显著。