气体在纳孔分子材料中吸附的理论模拟研究进展

纳孔分子材料是由孤立分子通过非共价相互作用堆积形成的具有纳微孔道结构的材料.和传统共价网络孔材料相比,纳孔分子材料具有独特的溶解性,并兼具气体存储与分离,限域反应和催化等方面的潜在应用,已成为当前研究的新热点.通过着眼于新型纳孔分子材料的设计,对相关理论研究进行了综合评述,主要包括以下3个方面:(1)无论是气体吸附还是催化反应,纳孔分子材料的晶体结构预测都是先决条件,只有在纳孔分子材料的晶体结构得到准确预测的前提下,才能够定向、准确、系统地对其进行设计;(2)气体在纳孔分子材料中吸附的分子动力学研究有助于深刻理解气体吸附的微观传输扩散机制;(3)气体在纳孔分子材料中吸附的巨正则蒙特卡洛模拟有利于对设计材料的吸附性能进行直接预测,得到可以直接与实验吸附量、吸附热等信息进行比较的结果.最后,简述了理论设计新型纳孔分子材料存在的问题以及未来发展前景.     

基于ZIF-8/PAN复合薄膜的柔性丙酮气体传感器

ZIF-8是一种Zn基金属有机骨架材料, 可以吸附丙酮气体从而作为电容式丙酮传感器的气敏材料, 然而ZIF-8的传统使用形式为粉末态, 这导致其不能成为具备柔性的整体, 从而限制了传感器的柔性. 结合包埋种子和二次生长法将ZIF-8与纳米纤维结合成纤维型柔性材料, 并将其作为气敏层制备了柔性电容式丙酮气体传感器. 该传感器在9种常见挥发性有机化合物中表现出良好的选择性, 对250~2000 cm³/m³的丙酮气体具有灵敏的响应、良好的循环响应及长期稳定性. 值得注意的是该柔性传感器不仅在室温下进行传感, 而且在弯折180°的状态下对丙酮气体的响应值与不弯折(0°)状态下几乎一致, 在200次以内的180°弯折-恢复后同样表现出了传感性能的稳定, 表明了其在柔性传感器方面的潜力.     

金属-有机框架HKUST-1膜在气体分离中研究进展※

发展高效、绿色且节能的物质分离与纯化技术具有重要意义, 气体分离更是在工业、能源、医疗及科技等领域有着广泛的应用. 传统的聚合物膜在实现高效气体分离方面还面临许多挑战, 新型分离膜材料的开发是当前研究热点和难点. 金属-有机框架(Metal-Organic Frameworks, MOFs)材料作为一种新兴多孔配位聚合物, 由于其具有独特可设计的拓扑结构以及可调节的功能而受到科学家们的广泛关注. 为了克服粉体或块体MOFs很难被高效用于气体分离的难题, 开发可用于分离的MOFs膜材料是一项具有重要意义且具有挑战性的任务. HKUST-1作为一种代表性的MOFs材料, 由于其结构稳定且原料经济并具有多级孔径的结构, 常被用作制备成膜材料用于气体分离的研究和实际应用. 总结了近十年HKUST-1膜的制备方法及其气体分离性能的研究进展, 并对这个方向的研究提出了自己的看法和展望.     

MOFs/水凝胶复合材料的制备及其应用研究

金属有机框架(MOFs)具有大量的孔隙结构和活性位点,在气体吸附、催化、医疗等领域均发挥了巨大的作用。MOFs是晶体粉末,具有脆性较大、在水中易分解和不易回收等缺点,从而限制了其应用。通过MOFs与柔性高分子的复合,特别是与水凝胶的复合,极大地改善了复合材料的柔顺性、可回收和可加工性等特性,进一步拓宽了MOFs的应用领域。本文详细阐述了基于水凝胶MOFs原位生成法、MOFs /水凝胶同时生成法和水凝胶包裹MOFs法等三种不同方法制备MOFs/水凝胶复合材料的研究进展,并对上述三种制备方法的特点及其产物特征进行了总结,进一步归纳了复合材料在生物医药、催化、废水处理和气体吸附等领域的应用。最后,对MOFs/水凝胶复合材料制备方法的改进和复合材料应用前景进行了深入讨论和展望。     

CL-20电子束的X射线光电子能谱-气体质谱原位同步分析技术研究

X射线光电子能谱仪是材料表面元素定性和半定量分析,尤其是元素化学态分析的重要手段之一. X射线光电子能谱仪的分析腔连接质谱仪进行分析,可有效获得样品表面元素变化及气体产物,实现原位同步分析. 基于炸药CL-20在光作用下存在着明显的分解现象,采用X射线光电子能谱-气体质谱同步分析方法(XPS-MS)获得CL-20在电子束作用下的表面元素及气体产物的变化. 试验结果表明,随着辐照时间增加,N、O元素峰峰强迅速下降,同时质谱仪可以有效获得气态产物峰,证实XPS-MS同步分析技术能够有效地实现对固态光降解反应的原位同步追踪.     

颗粒气体团簇行为实验研究

颗粒体系由于非弹性碰撞和摩擦等内秉的能量耗散特性,由宏观粒子形成的颗粒气体体系经常会有局部凝聚现象,这是颗粒气体体系与分子气体体系的最大区别之一.理解和预测这一现象的发生将有助于人们对远离平衡态体系的复杂现象,如有序结构、斑图和团簇形成的认知.这种局部凝聚现象可以类比于分子气体中亚稳分解形成的液滴,将气液相分离用于解释和寻求局部凝聚现象的此模型得到了分子动力学模拟的校验.但是实验的校验却由于宏观粒子运动受重力作用的影响难以在实验室中实现.作为实践十号卫星的前期实验,本文利用国家微重力实验室落塔装置,以水平激振装有不同尺寸和数目的颗粒样品,在短时微重力条件下,成功观察到颗粒气体团簇的形成;并将实验结果与颗粒气体类范德瓦耳斯气体分子相分离模型对比,由形成团簇样品的颗粒数密度条件,来实验确定了所选颗粒的恢复系数,得到直径为0.5 mm的钛珠颗粒的恢复系数在0.6—0.8之间,直径为1 mm的钛珠颗粒的恢复系数约为0.8,直径为2.5 mm的钛珠颗粒的恢复系数应大于0.8.     

开放式天然气泄漏甲烷气体检测技术研究

天然气集输站场是天然气输送和储存过程中的枢纽,也是天然气泄漏检测的重点对象。传统的天然气泄漏检测技术响应慢、效率低,难以满足实际所需。可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)以其响应速度快、灵敏度高、无需维护等优点得到广泛应用。使用可调谐半导体激光吸收光谱技术实现了同时对天然气的主要成分甲烷、乙烯、乙炔三种气体实时测量的开放式检测和报警系统。实验结果表明,该系统响应时间小于2s,其甲烷、乙烯、乙炔的测量精度分别小于100ppm-m,40ppm-m,50ppm-m,为石油化工行业中天然气泄漏检测技术提供了新的技术方法。     

百瓦级气体轴承斯特林发电机研究北大核心

气体轴承斯特林发电机具有效率高、寿命长、体积小和重量轻等优点。为满足空间电源对效率及重量的苛刻要求,本设计斯特林发电机采用气体轴承支撑消除活塞磨损,并采用动磁式直线发电机、高效回热器等技术。通过建立等温模型和参数修正,对斯特林发动机进行参数设计。搭建气体轴承斯特林发电机实验台,在热端温度350℃、20℃水冷散热工况下,得到38.6W电功率输出,整机效率11%。其成功研制可为我国未来空间探测用电源的研制奠定基础。     

连动型抗干扰干涉具井下瓦斯浓度监测系统（英文）

针对井下甲烷浓度监控干扰大的问题,结合实时监测甲烷浓度的系统要求,设计角镜连动的自消震光学结构,构建了基于无线网络的实时数据通信系统.在干涉系统中,固定两个角镜位置,将两片半透半反镜用连杆结构同步旋转,由此产生光程差.由于采用了连杆结构,任意时刻引入的震动在两个分束镜上等量存在,其结果是差分值,可实现完全相消.由分析分束器的最大旋转范围计算得到系统的光程差变化范围.结合比尔朗伯定律,给出系统在井下工作的甲烷气体浓度最低检出限.分别在实验室及矿井主巷道中完成实验过程,通过化学反应法求得被测甲烷气体的标准浓度,与WQF530型光谱分析仪的测试结果作比较,结果表明:在实验室无干扰条件下,两种检测方法的相对误差均小于1.0%;在井下实验中,传统光学检测方法受环境影响明显,相对误差大幅增加,而本系统测试结果基本稳定,具有较强的抗干扰能力及较高的稳定性.     

稀有气体卤化物准分子激光器工作气体实时补给技术

为延长稀有气体卤化物准分子激光器工作气体使用寿命,在原有供气设备基础上增加了工作气体实时补给技术.该技术采用FPGA控制系统将逐步提高放电电压、补充卤素气体和更换部分混合气体等操作有效组合起来.随着激光脉冲能量的下降,逐步提高放电电压;当放电电压达到最大值时,开始补充卤素气体,并恢复放电电压;当补充卤素气体效果不明显时,更换部分混合工作气体.将该技术应用于医用型ArF准分子激光器中进行实验研究,结果表明:在没有使用工作气体实时补给技术的情况下,激光器累计工作14.38 h后,输出单脉冲激光能量下降了17.2％;采用工作气体实时补给技术后,激光器输出能量下降速率明显降低,累计工作14.38 h,其单脉冲能量下降率能控制在3％范围内.因此,采用该技术可延长激光器工作气体的使用寿命、提高输出激光能量稳定性、减少停机次数并降低运行成本.