Mg,N掺杂β-Ga2O3光电性质的第一性原理计算

通过基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了Mg单掺杂、N单掺杂和不同浓度的Mg-N共掺杂β-Ga₂O₃的结构性质、电子性质和光学性质,以期获得性能比较优异的p型β-Ga₂O₃材料。建立了五种模型:Mg单掺杂、N单掺杂、1个Mg-N共掺杂、2个Mg-N共掺杂和3个Mg-N共掺杂β-Ga₂O₃。经过计算,3个Mg-N共掺杂β-Ga₂O₃体系的结构最稳定。此外,在5种模型中,3个Mg-N共掺杂β-Ga₂O₃体系的禁带宽度是最小的,并且N 2p和Mg 3s贡献的占据态抑制了氧空位的形成,从而增加了空穴浓度。因此,3个Mg-N共掺杂β-Ga₂O₃体系表现出优异的p型性质。3个Mg-N共掺杂体系的吸收峰出现明显红移,在太阳盲区的光吸收系数较大,这归因于导带Ga 4s、Ga 4p、Mg 3s向价带O 2p、N 2p的带间电子跃迁。本工作将为p型β-Ga₂O₃日盲光电材料的研究和应用提供理论指导。     

浅水区海底管道周围海床渗透压力计算研究

我国海上油田开采起步较晚，大部分油田处于浅水区，因此，在设计管道时，应充分考虑由浅水区波浪引起的管道周围海床渗流力。根据浅水波相关假设，考虑自由水面非线性影响，推导出椭圆余弦波的波面方程，在此基础上进一步得到一个关于速度势的表达式，并根据该表达式得出作用于海床表面的波压公式。考虑海床土的压缩性，推导出一阶近似椭圆余弦波作用下浅水区埋置管道周围海床的渗流压力解析解，最后将计算结果与大型水槽试验及以往研究成果作对比。结果表明，在椭圆余弦波的作用下，由一阶椭圆余弦波理论得到的计算结果与试验结果规律基本一致，与相似工况下的现有理论成果数值基本相同，具有一定的可行性和工程价值。     

四方体MgO的制备及对有机染料的吸附

以六水氯化镁和六次甲基四胺为原料,采用水热法合成四方体MgO,考察其对有机染料甲基橙和亚甲基蓝的吸附行为.通过TGA-DTA、SEM、XRD、N2-sorption和FT-IR等手段表征样品.结果表明,原料浓度、温度和表面活性剂对四方体MgO结构的形成影响较小,而反应时间的延长有助于有序结构的组装.温度170℃、时间24h、MgCl2·6H2O与C6H12N4浓度比为1∶2和表面活性剂PVP是制备四方体MgO的最佳条件.在溶液浓度10mg · L-1的单一吸附实验过程中,四方体MgO对甲基橙和亚甲基蓝的去除率分别为91.3;和22.3;,吸附过程均为单层吸附且符合Langmuir等温吸附模型和伪二级吸附动力学方程.在溶液浓度40 mg·L-1、甲基橙和亚甲基蓝浓度比3∶1的混合溶液吸附过程中,四方体MgO对甲基橙和亚甲基蓝的去除率分别为80.1;和97.9;.     

空化可压缩流动空穴溃灭激波特性研究

为深入研究空化可压缩流动中空泡/空泡团溃灭过程中激波产生、传播及其与空穴相互作用规律,本文采用数值模拟方法对空化可压缩流动空穴溃灭激波特性展开了研究.数值计算基于OpenFOAM开源程序,综合考虑蒸汽相和液相的压缩性,通过在原无相变两相可压缩求解器的控制方程中耦合模拟空化汽液相间质量交换的源项,实现了对空化流动的非定常可压缩计算.利用上述考虑汽/液相可压缩性的空化流动求解器,对周期性云状空化流动进行了数值模拟,并重点研究了空穴溃灭激波特性.结果表明:上述数值计算方法可以准确捕捉到空穴非定常演化过程及大尺度脱落空泡云团溃灭激波现象,大尺度脱落空泡云团溃灭过程分为3个阶段:(1) U型空泡团形成; (2) U型空泡团头部溃灭; (3) U型空泡团腿部溃灭.在U 型空泡团腿部溃灭瞬间,观察到激波产生,并向上游和下游传播,向上游传播的激波与空穴相互作用,导致水翼吸力面新生的附着型片状空穴回缩,直至完全溃灭.并且空穴溃灭激波存在回弹现象, 抑制了下一周期的空化发展.      

Highly-efficient photosensitizer based on AIEgen-decorated porphyrin for protein photocleaving

An AIEgen decorated porphyrin(TPETPyP) was easily obtained through a one-step reaction.The bulky TPE in TPETPyP greatly impeded the intermolecular π-π stacking of the porphyrin core,which significantly suppressed aggregation-caused quenching(ACQ) effect of TPETPyP in aqueous solution.The four pyridinium salts formed in TPETPyP also render the whole molecule water solubility,which eliminated its aggregation.TPETPyP exhibited ~1 O_2 quantum yield as high as 0.85 in PBS.Moreover,it also showed high binding affinity to proteins,the major biotarget of ~1 O_2.The high ~1 O_2 quantum yield plus the great binding ability of TPETPyP toward proteins makes it a highly-efficient protein photocleaving agent.Protein electrophoresis experiments demonstrated that TPETPyP can photocleave BSA upon visible light irradiation,indicating that TPETPy P can act as a promising photosensitizer(PS) in PDT.The work here will provide a facile strategy to utilize AIEgens modified traditional PSs for photodynamic therapy(PDT).     

碳纤维复合材料的激光清洗等离子体光谱在线检测研究

近年来碳纤维复合材料（CFRP）由于性能优异，受到工业领域广泛关注。采用激光清洗技术预处理碳纤维复合材料表面的污染物和环氧树脂等杂质，有利于改善碳纤维复合材料表面性能，提高碳纤维复合材料胶接界面的结合强度。在线检测激光清洗过程，实时判断碳纤维复合材料的表面清洗质量，是保证激光清洗效果的关键环节，也是激光清洗装置自动化、集成化的核心技术。激光诱导等离子体光谱技术可以快速分析材料表面元素变化，实现在线检测激光清洗表面状态，在激光清洗领域有很广的应用前景。采用Nd∶YAG高能量脉冲激光器产生的1 064 nm激光在空气环境中诱导产生等离子体，利用改进型光栅光谱仪(ME5000)获取等离子体光谱，在线检测激光清洗碳纤维复合材料。研究外界空气环境对等离子体光谱检测结果的影响，发现350~700 nm波段的元素谱线可用于碳纤维复合材料表面物质成分分析；采用电子扫描显微镜观测的激光清洗表面形貌和X射线电子能谱仪测得的元素变化共同表征等离子体光谱检测的有效性，通过采集不同激光能量以及不同作用次数的等离子体光谱图，获得碳纤维复合材料表层树脂物质通过激光单次清洗干净的阈值，研究激光清洗质量与激光诱导等离子体谱线成分及其强度变化的关系。结果表明：在获取的激光诱导等离子体光谱中，光谱图中谱线波长在393.3 nm的S(Ⅱ)和589.5 nm的S(Ⅱ)谱线可有效在线表征碳纤维复合材料表面清洗质量；激光单次去除干净表面环氧树脂的阈值为10.68 mJ；低激光能量时需要清洗多次可以去除干净表面树脂；高激光能量时清洗单次可使表面树脂去除干净，多次清洗易造成基体损伤。实验结果为激光清洗碳纤维复合材料的智能集成化应用提供工艺依据和技术支持。     

甜瓜尾孢叶斑病的高光谱成像检测

农作物生长发育过程中经常会遭到病虫害等外界因素侵染，如果不能实施有效的监测诊断和科学的防治，极易引起农药喷洒不当或过量，不仅会影响作物的产量和种植户的经济效益，还会造成严重的环境污染。近年在广西大棚厚皮甜瓜上发生了一种严重的由瓜类尾孢（Cercospora citrullina）引起的甜瓜叶斑病，导致甜瓜减产和种植户的经济损失。故此应用高光谱成像开展甜瓜叶片的尾孢叶斑病检测，获取健康甜瓜叶片和受瓜类尾孢感染的具有不同病变程度的甜瓜叶片在380~1 000和900~1 700 nm的高光谱图像，选取感兴趣区域并获取相应的平均光谱反射率，比较发现健康叶片和不同病变程度叶片染病区域的平均反射率差异显著。在540 nm处附近，健康叶片和病变程度轻微的叶片的光谱具备波峰形态，随着病变程度增加，波峰逐渐消失；在700~750 nm处附近，叶片反射率曲线急剧上升，出现绿色植物光谱曲线显著的“红边效应”特征；750~900 nm范围，健康叶片与轻微病变区域的光谱反射率变化趋于平稳，而其他病变区域的反射率呈上升趋势，且健康叶片的反射率高于病变区域，反射率随病变程度增加而下降，这一变化规律一直持续到近红外波段的900~1 350 nm范围。运用主成分分析、最小噪声分离法观察叶片早期病变的特征，经主成分分析和最小噪声分离法处理后，特别是对于早期病变，样本受感染后发病的区域更为明显。基于高光谱图像提取的前三个主成分得分绘制三维散点图，虽然不同病变程度的部分样本有重叠，但病变样本与健康样本的分布区分明显。应用K-近邻法和支持向量机方法建立叶片病变判别模型，结果显示：KNN模型对健康样本测试集判别率为98.7%，病变样本的判别率随病变程度加重而逐渐升高；对病变程度较轻样本，支持向量机模型相比于KNN模型而言，判别正确率更高、分类效果更好；总体上，高光谱图像对健康样本的判别率较高（>97%），可用于健康样本与病变样本的识别，但对不同病变程度的区分效果欠佳。研究结果表明，高光谱成像可用于甜瓜尾孢叶斑病的检测，对不同病变程度的区分效果仍有待提高。     

3-芳基-5-噻吩基二氢吡唑磺酰胺衍生物的合成及其抗炎活性研究

二氢吡唑是一类含有多种生物活性的五元氮杂环化合物,广泛存在于各种活性天然产物结构中。本文由4-氟苯乙酮和N-甲基哌嗪经取代反应后,再与2-噻吩甲醛发生羟醛缩合生成哌嗪取代噻吩查尔酮(2)。化合物2与水合肼环化得到中间体化合物3,最后经磺酰氯衍生化,合成得到8个未见报道的3-芳基-5-噻吩基二氢吡唑磺胺衍生物(4a～4h),其结构均经IR、~1H NMR和~(13)C NMR确证。采用小鼠巨噬细胞Raw264. 7模型初步测试了衍生物的抗炎活性,结果表明,化合物4a、4e和4h具有潜在的体外抗炎活性,特别是化合物4a抑制NO生成的IC_(50)值为12. 64μmol/L,与阳性对照药地塞米松活性相当。     

高压下L-丝氨酸的拉曼光谱研究

压力可以引起蛋白折叠与变性。作为蛋白质的基本构成单位，氨基酸在高压下的变化近来年备受关注。在常见的20种氨基酸中，学者们利用高压拉曼技术已研究了多种氨基酸在高压下的变化，研究的最高压力达到30 GPa。为了探究L-丝氨酸(C₃H₇NO₃)在极高压力下的结构变化情况，采用原位高压拉曼技术在常温下对L-丝氨酸晶体进行研究，最高压力达到22.6 GPa。研究发现，当压力达到2.7 GPa时，在102 cm-1处出现新峰，在1 123 cm-1(NH₃反对称摇摆振动)处的特征峰出现劈裂；当压力达到5.4 GPa时，L-丝氨酸晶体在574 cm-1处出现新峰，同时原来164 cm-1处峰消失；当压力达到6.0 GPa时，位于226，456，770和2 968 cm-1(CH₂伸缩振动)等处出现新峰，877 cm-1处的CC伸缩振动峰发生劈裂，产生894 cm-1新峰；当压力达到7.9 GPa时，在145，151和2 946 cm-1等出现新峰，同时原在CO₂摇摆振动峰的肩峰531 cm-1消失；当压力达到11.0 GPa时，位于249 cm-1处的振动峰开始劈叉，在241 cm-1处形成新峰，位于2 956 cm-1(CH₂伸缩振动)同时原位于391和431 cm-1处的峰消失；当压力达到17.5 GPa时，在200 cm-1处出现新峰。通过进一步分析L-丝氨酸的拉曼波数随压力的变化，发现很多拉曼峰在1.37，2.2，5.3，7.46和11.0 GPa以及15.5 GPa等压力点处都出现了拐点。其结果表明：L-丝氨酸在0.1～22.6 GPa之间共发生7处结构相变，分别位于压力区间0.1~1.37，2.2~2.7，5.3，6.0，7.46~7.9，10.1~11.0和15.5~17.5 GPa之间。而且，在6.0 GPa新的相变点在之前文献中未论述过。由于L-丝氨酸晶体在6.0 GPa时CC伸缩振动峰发生劈裂，这现象可能是由于压力引起L-丝氨酸晶体分子发生重排导致的，同时L-丝氨酸晶体分子重排导致氢键发生重排，使得L-丝氨酸晶体出现新的CH₂伸缩振动峰。L-丝氨酸晶体在10.1~11.0 GPa之间的拉曼光谱变化主要集中在低波数段，该波数段的拉曼振动模式主要与晶体晶格振动等低能量振动有关。同时在高波数段出现新的CH₂峰，由此可推测在10.1~11.0 GPa之间，L-丝氨酸晶体的晶格振动发生变化，产生了新的氢键，从而导致了L-丝氨酸晶体结构的改变。L-丝氨酸晶体在15.5~17.5 GPa之间，由于没有发现直接证据证明其发生结构相变，只是在拉曼波数随压力变化中，发现其在17.5 GPa时出现拐点，因此推测L-丝氨酸晶体在15.5~17.5 GPa之间可能发生结构相变。     

镁对方解石相变压力和拉曼光谱影响的实验研究

为研究镁对方解石在高压条件下的相变行为和拉曼振动光谱的影响，探索碳酸盐在地球深部的存在形式和物理化学性质，结合金刚石压腔和激光拉曼光谱，对具有不同镁含量的方解石开展高压实验研究。实验选取天然无色透明冰洲石、淡黄色半透明方解石脉和白色大理石作为研究对象，利用ICP-AES测定冰洲石和方解石脉的成分为CaCO₃；大理石中Mg/(Mg+Ca)摩尔比为0.03，其成分可简化为(Mg_0.03Ca_0.97)CO₃。每种方解石样品挑选两粒大小约为50~100×50×20 μm的颗粒放入金刚石压腔，并在不同压力下进行相变过程观察和激光拉曼光谱测量。实验结果显示，常压下冰洲石和方解石脉样品的T₁，T₂，ν₄和ν₁拉曼振动频率分别为156.82，283.55，713.86和1 088.19 cm-1，大理石样品的拉曼振动频率为158.15，284.76，715.07和1 089.20 cm-1，表明方解石中含有3 mol%的MgCO₃时会造成方解石的拉曼振动频率整体升高1 cm-1以上。但是该变化幅度在不同压力下没有显著差别，表明镁对方解石的拉曼振动频率随压力的变化速率(∂ν/∂p)没有明显影响。冰洲石和方解石脉样品在1.5 GPa压力附近转变为方解石-Ⅱ，并在2.0 GPa进一步变为方解石-Ⅲ或Ⅲb；相比之下含有3 mol%的MgCO₃的大理石则是在2.4和3.7 GPa时才转变为方解石-Ⅱ和方解石-Ⅲ。假设镁对方解石相变压力的影响是线性的，即方解石向方解石-Ⅱ和方解石-Ⅲ/Ⅲb的相变压力随MgCO₃含量的增加以0.30和0.57 GPa·mol%-1的速率升高，当MgCO₃含量达到50 mol%时，方解石向方解石-Ⅱ和方解石-Ⅲ/Ⅲb的相变压力将分别为16.5和30.5 GPa，这与白云石向白云石-Ⅱ和白云石-Ⅲ的相变压力吻合。结合前人关于方解石中MnCO₃含量对矿物相变压力和拉曼光谱影响的研究结果，发现当方解石中部分Ca2+被具有不同半径和质量的离子(如Mg2+，Mn2+等)替代以后，阳离子与CO2-₃之间以及CO2-₃内部C-O化学键长度和强度都会发生改变，从而引起矿物结构稳定性以及拉曼振动频率的明显变化；并且两种阳离子之间半径差别越大，该影响效果越明显。因此，在研究高温高压条件下方解石的相变行为和拉曼光谱时，矿物中Mg和Mn等杂质元素对矿物结构稳定性和拉曼振动频率的影响是必须考虑的关键因素之一。