十三氟辛基修饰的疏水有机-无机杂化二氧化硅膜孔结构、氢气分离及水热稳定性

采用1,2-双(三乙氧基硅基)乙烷(BTESE)和十三氟辛基三乙氧基硅烷(PFOTES)为前驱体,在酸性条件下通过溶胶-凝胶法制备了十三氟辛基修饰的有机-无机杂化SiO2膜材料。利用接触角测量、红外光谱、动态光散射和N2吸附等测试技术分别对膜材料的疏水性、溶胶粒径和孔结构进行表征,并深入研究有支撑膜材料的氢气渗透、分离性能以及长期水热稳定性。结果表明,十三氟辛基修饰后的膜材料由亲水性变成了疏水性,当nPFOTES/nBTESE=0.6时膜材料对水的接触角达到(110.4±0.4)°,膜材料还保持微孔结构,孔径分布在0.5~0.8 nm。氢气在修饰后的膜材料中的输运遵循微孔扩散机理,在300℃时,氢气的渗透率达到8.5×10-7mol·m-2·s-1·Pa-1,H2/CO2,H2/CO和H2/SF6的理想分离系数分别为5.49,5.90和18.36,均高于相应的Knudsen扩散分离因子。在250℃且水蒸气物质的量分数为5%水热环境下陈化250 h,氢气渗透率和H2/CO2的理想分离系数基本保持不变,膜材料具有良好的水热稳定性。     

盐酸后处理制备高效制氢光催化剂Zn2In2S5

采用水热法制备了ZnIn₂S₄固溶体, 并通过用盐酸对其进行后处理获得了系列Zn_mIn₂S_m+3(m≥2, 整数)固溶体. 通过X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 X射线光电子能谱(XPS)、 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、 荧光光谱(PL)和电化学测试对催化剂的组成、 结构和性能进行了表征. 研究了系列固溶体可见光光催化制氢活性. 结果表明, ZnIn₂S₄固溶体经0.5 mol/L HCl处理后能转化为Zn₂In₂S₅固溶体, 其制氢活性为ZnIn₂S₄固溶体的2.2倍, 并且具有良好的稳定性.     

一种用于活体细胞Zn2+检测的高灵敏度比例计量荧光探针

无论是在水溶液还是乙腈溶液中,2-PBI(2-(2′-吡啶基)苯并咪唑)的发射光谱都表现出一定的红移,但由于该分子对Zn2+低的结合能力以及多变的配位比例,2-PBI不能作为一个比例计量型的Zn2+荧光探针。本研究通过在2-PBI的5位引入推电子基团N,N-二甲基,增加探针的配位原子数同时促进探针的ICT效应,设计合成比例计量型Zn^2+荧光探针DBITA。实验结果表明,除了172 nm的大斯托克斯位移外,DBITA还表现出特定的Zn^2+诱导的红移,发射波长从534 nm红移到609 nm,DBITA与Zn^2+以1∶1比例结合。此外,DBITA对Zn^2+表现出极高的亲和力,配合物DBITA/Zn^2+结合的Kd值为0.16 pmol·L^-1。在HeLa细胞中,DBITA完成了细胞内的Zn^2+的定量造影。     

囊泡型荧光纳米界面的构建及其对CD44蛋白的比例型传感

本文设计合成了两亲性Eu(Ⅲ)配合物(Eu L^3+)、两亲性香豆素衍生物(CA)以及荧光素修饰的透明质酸(HA-FA).Eu L^3+和CA可在水中共组装形成带正电荷的囊泡型荧光纳米界面(Eu L^3+/CA).HA-FA可通过静电引力络合在Eu L^3+/CA表面,促使CA与FA之间发生有效的荧光共振能量转移,体系的荧光发射以荧光素的绿色荧光为主.当肿瘤细胞标识物CD44蛋白与络合在囊泡表面上的透明质酸发生特异相互作用后,降低了CA与FA之间的能量转移效率,体系的荧光发射从绿色转变为蓝色.据此,实现了对CD44的高灵敏检测(DL=1.79×10^-7g/m L),而所测试的氨基酸、蛋白质等生物分子几乎不对荧光纳米界面的荧光性质产生影响.基于此,我们成功地将Eu L^3+/CA/HA-FA用于人乳腺癌细胞MCF-7和MDA-MB-231悬浮液中CD44蛋白的高效检测,该工作为构建新型CD44蛋白荧光探针提供了思路,为癌症早期诊断和治疗奠定了基础.     

基于图像四叉树的改进型比例边界有限元法研究

为提高数值计算的精度, 断裂力学问题的数值模拟需要在裂纹扩展的局部区域采用较密的网格, 而远离裂纹扩展的区域可采用较疏的网格, 且对于裂纹扩展问题的数值模拟, 大多数数值方法又存在局部网格重剖分的问题. 论文提出了一种基于图像四叉树的改进型比例边界有限元法用于模拟裂纹扩展问题, 该方法可根据结构域几何外边界的图像全自动进行四叉树网格剖分, 无需任何人工干预, 网格剖分效率极高, 由于比例边界有限元法本身的优势, 四叉树网格的悬挂节点可以直接地视为新的节点, 无需任何特殊处理. 通过引入虚节点的思想, 将裂纹与四叉树单元边界交叉点作为虚节点, 虚节点的自由度作为附加自由度处理, 并采用水平集函数表征材料内部的裂纹面, 含不连续裂纹面的子域可通过节点水平集函数识别, 使得裂纹扩展时无需进行网格重剖分, 界面的几何特征通过比例边界有限元子域的附加自由度表征. 最后, 通过若干算例验证了该方法的性能, 建议的改进型比例边界有限元法在求解复合型应力强度因子和模拟材料内部裂纹扩展路径时均具有较高的精度.      

SBFEM与非局部宏微观损伤模型相结合的准脆性材料开裂模拟

混凝土是一种被广泛应用于土木和水利工程中的准脆性材料, 在各种内外部因素的作用下, 开裂是混凝土结构最为普遍的破坏形式, 准确模拟结构的开裂过程, 对于结构的安全评估至关重要. 将比例边界有限元与非局部宏微观损伤模型相结合提出一种准脆性材料开裂模拟新方法. 以比例边界有限元子域的比例中心作为物质点, 通过两比例中心(物质点对)之间的物质键的正伸长率来定义微细观损伤, 将某点影响域内物质键的微细观损伤加权平均得到该点的宏观拓扑损伤. 再引入能量退化函数, 将宏观拓扑损伤嵌入到比例边界有限元的基本框架中. 充分利用比例边界有限元网格允许存在悬挂节点的优势, 采用四叉树网格离散技术进行快速、高质量的多级网格划分与过渡. 通过一个I型开裂与一个混合型开裂的两个典型算例, 验证了该方法可捕获结构裂纹扩展路径与荷载变形曲线. 与现有的方法相比, 本文的损伤模型可得到更准确的局部开裂损伤带, 结果更为合理, 且具有更高的计算精度和计算效率. 当损伤过程区网格尺寸小于影响域半径的1/5时, 计算结果不存在网格敏感性问题.      

储氢长管拖车隧道燃爆事故演化机理研究

储氢长管拖车在城市公路隧道运输时突发异常状况将导致氢气泄漏和燃爆事故,本文通过构建储氢长管拖车隧道事故模型,基于隧道内氢气泄漏浓度、冲击波和温度场等特性参数分析,阐明燃爆事故演化规律和毁伤机理。研究表明,泄漏氢气在隧道口呈竖向羽流扩散,而隧道内扩散时会在一定区域积聚。氢气燃爆处驻留车辆和设备构成边界约束条件,将增强爆炸冲击波的传播速度和峰值超压。此外,冲击波与火焰形成耦合效应,进而增强了破坏后果。     

旋转滑动弧氩等离子体裂解甲烷制氢

采用切向气流和磁场协同驱动的旋转滑动弧氩等离子体,先通过光谱分析法计算了其电子温度和电子密度,了解其物理特性,将其应用于甲烷裂解制氢,研究了进气流量和CH_4/Ar比对反应效果的影响。结果表明,该滑动弧系统电子温度为1.0-2.0 e V,电子密度高达1015cm~(-3),是介于热与低温等离子体之间的一种等离子体形式,具有独特的物理特性,可以在达到较高反应效率的同时,保持较大的处理量;在CH_4裂解制氢实验中,CH_4转化率可达22.1%-70.2%,并随进气流量和CH_4/Ar比的增大均逐渐降低;H_2选择性为21.2%-61.2%,并随进气流量的增大先基本不变后有所增大,随CH_4/Ar比的增大逐渐降低;与应用于甲烷裂解的不同形式的低温等离子体对比(如微波、射频、介质阻挡放电等)可以发现,旋转滑动弧在获得较高甲烷转化率、较高H_2选择性和较低制氢能耗的同时,还可以保持较大的处理量,即进气流量可达6-20 L/min。     

具有非比例阻尼的线性系统的动力响应

本文导出具有非比例阻尼的线性系统在一般激励下解的形式,给出了一种近似解法,並以简谐激励为例进行讨论。     

基于遗传算法的混沌系统二自由度比例-积分-微分控制研究

二自由度比例-积分-微分(PID)控制算法简单、实用，但将其应用于复杂非线性系统控制时参数整定困难.运用改进的遗传算法进行二自由度PID控制器参数优化，参数优化的收敛速度快、准确，将其应用于Chen氏混沌系统和同步电动机混沌系统的控制中，仿真研究收到良好的控制效果. 关键词： 混沌系统 遗传算法 比例-积分-微分控制