一种压电驱动的三足爬行机器人

机器人领域涉及到力学、机械、材料、控制、电子和计算机等多个学科. 其中, 爬行机器人可在极端环境下工作, 进而可有效降低人工作业的危险性并提高工作效率. 因此, 爬行机器人一直是机器人领域的重点研究对象. 压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的新型功能陶瓷材料. 逆压电效应是指当在电介质的极化方向施加电场, 这些电介质就在一定方向上产生机械变形或机械压力, 当外加电场撤去时, 这些变形或应力也随之消失. 本文基于压电陶瓷的逆压电效应设计了一种由3条弯曲变截面梁支撑的一体化三足爬行机器人. 利用理论力学方法对该三足爬行机器人建立整体受力分析方程, 再用哈密顿原理对变截面、变角度梁建立动力学方程, 最终得到了可求解该三足爬行机器人的压电驱动腿固有频率的方程. 设计并制作了三足爬行机器人实物, 通过实验测试了不同弯折角度、不同驱动频率、不同负载、不同电压波形对运动方向及运动速度的影响. 最后利用不对称的驱动电压使三足爬行机器人实现了左转、右转以及不加导轨的近似直线运动, 实现了设计的3个方向的运动, 最后分析了该机器人的能耗问题. 该研究可为微型爬行机器人设计和实验提供参考依据.      

密度泛函理论方法研究填料表面对聚合物摩擦化学的影响

采用超声分散法制备出氧化铝、高岭土、氧化硅/聚四氟乙烯复合材料, 使用线性往复摩擦磨损试验机对比三种复合材料的摩擦学性能. 结果表明 质量分数10%的氧化铝、高岭土能将聚四氟乙烯的磨损率降低约4个数量级, 而氧化硅仅能降低约3个数量级. 对金属对偶表面形成的转移膜的形貌和化学成分进行分析发现 氧化铝、高岭土/聚四氟乙烯在金属对偶面上形成了高度羧酸盐化的转移膜. 用密度泛函理论对三种填料表面上碳氟分子吸附过程进行模拟, 结果显示氧化铝、高岭土表面的路易斯酸性位点促进了碳氟分子的脱氟过程, 产生了更多的羧酸螯合物的中间产物; 氧化硅缺少路易斯酸性位点, 因此不能促进高度羧酸盐化的转移膜形成.     

高居里温度铁电单晶PIN-PT的机电性能

弛豫铁电单晶Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-PbTiO₃(PIN-PT)相较于常用的Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃(PMN-PT)具有更高的居里温度,在高稳定性、高性能的传感器、换能器方面具有应用前景。本工作采用谐振法研究了[001]方向极化的0.66PIN-0.34PT铁电单晶的全矩阵机电性能参数。0.66PIN-0.34PT 单晶的三方-四方相变温度(T_RT)约为160 ℃,居里温度(T_C)约为260 ℃,室温压电系数d₃₃、d₃₁、d₁₅分别为1 340 pC/N、-780 pC/N、321 pC/N,介电常数ε^T₃₃、ε^S₃₃、ε^T₁₁、ε^S₁₁分别为2 700、905、2 210、1 927,机电耦合系数 k₃₃、k₃₁、k₁₅、k_t分别为 87%、58%、38%、61%。其纵向压电常数(d₃₃)和纵向机电耦合系数(k₃₃)小于 PMN-PT 单晶,但是横向压电性能(d₃₁)和剪切压电性能(d₁₅)都略高于PMN-PT单晶。另外,研究了机电耦合性能随温度的变化趋势,发现0.66PIN-0.34PT单晶在150 ℃以下有较好的温度稳定性。     

分子刚度对膜锚定受体-配体结合动力学影响的理论与模拟研究

人体内大部分生物学过程都离不开细胞黏附.细胞黏附行为主要由锚定于细胞膜上的特异性分子（又称受体和配体）的结合动力学关系来决定.已有研究表明，特异性分子的结合关系受外力及细胞膜波动等多种因素影响.然而，特异性分子刚度对细胞膜锚定受体 配体结合关系的影响机制仍不清楚.近期关于新冠病毒强传染力的研究表明，特异性黏附分子刚度对病毒与细胞结合具有重要影响.该文通过建立生物膜黏附的粗粒度模型，借助分子模拟和理论分析来研究分子刚度在黏附中的作用.结果表明，始终存在一个最佳膜间距及最佳分子刚度值，使得黏附分子亲和力和结合动力学参数达到最大值.这项研究不仅能加深人们对细胞黏附的认知，还有助于指导药物设计、疫苗研发等.     

碳纳米管膜的高温纯化研究

为了获得纯度更高的碳纳米管膜, 保证材料发热稳定性, 需要对通过化学气相沉积法得到的碳纳米管膜进行二次纯化. 通过使用高温纯化炉, 在真空状态下, 从1700℃到3200℃分7挡温度对碳纳米管进行纯化, 并对其含碳量和方块电阻进行比较. 结果表明, 高温纯化后的碳纳米管膜含碳量从95.0%提高到99.9%, 解决了含碳量低的问题. 同时, 在高温纯化中发现碳纳米管膜方块电阻从纯化前3Ω降低到0.5Ω, 方块电阻的降低对碳纳米管膜具有十分重要的意义, 同样对碳纳米管膜后续产品的开发也有重要作用.     

开关型Pickering乳液体系

Pickering乳液以胶体尺寸的固体粒子代替传统表面活性剂作为稳定剂,具有超稳定,生物相容性好以及对环境友好等优点。开关型Pickering乳液可随pH值、CO₂/N₂浓度、温度、磁场强度及光强度等条件的变化而改变固体乳化剂的表面润湿性,实现在“乳化”与“破乳”之间的快速转换,在非均相催化、乳液聚合等诸多领域有广泛的应用前景。本文全面总结了近年来开关型Pickering乳液的研究进展及其在界面催化系统、液膜处理有机废水、药物的包封与释放等方面的应用。     

基于细胞穿膜肽的药物递送研究进展

从细胞穿膜肽(CPP)的分类、内化机制、与货物的连接和应用四个方面讲述目前人们在对细胞穿膜肽的研究上已经取得的成果。细胞穿膜肽是一种能穿过细胞膜的短肽,可分为阳离子型肽、两亲性肽和疏水性肽。细胞穿膜肽的内化机制主要有内吞作用、直接渗透、依赖于糖蛋白的内化机制和依赖于浓度的内化机制等。近年来,人们合成了多种有实际应用价值的CPP-货物复合物,在细胞穿膜肽的应用上,取得了很多进展和突破。科学家们主要研究将细胞穿膜肽应用于药物递送和细胞成像。     

HgCdTe薄膜的输运特性及其应力调控

窄禁带直接带隙半导体材料碲镉汞(Hg1–xCdxTe)是一种在红外探测与自旋轨道耦合效应基础研究方面都具有重要应用意义的材料.本文对单晶生长的体材料Hg0.851Cd0.149Te进行阳极氧化以形成表面反型层,将样品粘贴在压电陶瓷上减薄后进行磁输运测试,在压电陶瓷未加电压时观察到了明显的SdH振荡效应.对填充因子与磁场倒数进行线性拟合,获得样品反型层二维电子气的载流子浓度为ns=1.25×10^16m^-2.在不同磁场下,利用压电陶瓷对样品进行应力调控,观测到具有不同特征的现象,分析应是样品中存在二维电子气与体材料两个导电通道.零磁场下体材料主导的电阻的变化应来源于应力导致的带隙的改变;而高场下产生类振荡现象的原因应为应力导致的二维电子气能级的分裂.     

低喷淋密度超亲水表面水平管降液膜温度分布

水平管降液膜蒸发广泛应用在石油、化工、海水淡化等领域,对低喷淋密度温度演化规律的研究有助于拓宽其应用范围,理解其微观机理。本文在超亲水表面上结合红外热追踪技术,对水平管降液膜表面的温度演化规律进行了研究,分析了温度分区现象和温升规律。实验中首次发现了马鞍形液膜内部的高温环状结构,并结合三维数值模拟揭示了掺混作用导致的局部高温环状结构形成的内部机理。     

Ru-Fe二元金属纳米粒子对氧还原的电催化性能

在1,6-己二醇溶剂中,以Ru3(CO)12和Fe3(CO)12为原料,采用低温回流方法合成了Ru-Fe纳米粒子催化剂。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和电化学技术表征了催化剂的物理特征和电催化性能.催化剂粉末以六方结构的Rux簇为主相,呈现出高度均匀而聚集的纳米颗粒特征.在0.5mol/L H2SO4溶液中,Ru-Fe催化剂对氧还原反应(ORR)的电催化活性高于Rux,主要归因于d电子从Ru原子到Fe原子的转移过程.