普通物理实验教学改革的实践与思考

本文介绍了近年来普通物理实验课程体系和教学内容改革的实践,并针对目前实验教学中仍存在的一些问题提出了开放式实验教学的改革思路。     

不同防老剂对天然橡胶复合材料P-V-T关系的影响

采用PVT膨胀仪测试了添加不同防老剂的天然橡胶(NR)复合材料的压力-体积-温度(P-V-T)属性,通过最小二乘法拟合得到Tait方程参数,预测了体系的热膨胀系数(α)和等温压缩系数(β),结果表明,Tait状态方程可用来预测该复合材料体系的P-V-T行为,NR复合材料的α值随着压力的增大而减小,随温度变化不明显;β值随压力的增大而减小,且随着温度的升高而升高.分子模拟结果观察了体系凝聚态结构在不同温度下的变化,表明其变化原因是升温使体系自由体积增大,分子链的活动性增强,同时观察到单独加入防老剂4010NA或防老剂RD的体系α和β的值较大,说明其尺寸稳定性差,而当同时加入4010NA和RD进行防老剂并用时,体系的α和β值均较小,表明此复合材料体系不容易产生变形;通过分子动力学模拟手段计算了NR复合材料的内聚能密度(CED)随温度的变化规律,对于2种防老剂并用的体系,其CED比较大,说明分子间相互作用力较强,从而体系尺寸稳定性好,受温度和压力的影响小.     

受阻酚AO-80/丁腈橡胶复合材料的压力-体积-温度关系研究

 研究制备了具有高阻尼性能的受阻酚AO-80/丁腈橡胶复合材料样品,采用动态粘弹性测试得到了损耗因子tan δ与温度T的关系曲线。分析表明,随着受阻酚含量的增加,tan δ峰的位置向高温方向移动,tan δ峰的峰值也逐渐提高;利用pvT高压膨胀计对样品进行了测试,采用Tait方程研究了其压力-体积-温度（pvT）性能,对此计算出Tait方程中的相应参数。结果表明,由Tait方程计算所得的pvT理论关系与定性实验结果一致,具有较好的规律性,即对AO-80/丁腈橡胶复合体系b₁值随AO-80量的增加而逐渐降低,AO-80量越大,该体系T_g时的绝对比容越小;b₂随AO-80量的增加而逐渐增大,AO-80量越大,该体系随温度膨胀越显著;b₃、b₄均为常数,即B为常数,复合材料的比容只与压力存在一定关联;同时用Tait方程计算所得的值与实验值的平均残差均小于0.02,吻合度较好;结果表明,Tait方程可以较好地描述该体系的pvT关系,为定量研究阻尼材料的pvT性能提供了理论指导。     

普通物理实验教学改革的几点建议

普通物理实验教学是大学物理教学的重要组成部分。针对普通物理实验教学的现状,就其相关的教学内容、教学方法、师资队伍建设、实验室建设和管理等存在的问题,提出相应的解决思路。     

以修正WLF方程研究压力作用下丁腈橡胶的阻尼性能

时温等效原理表明固定频率下温度越高,模量越低,而相同温度下频率越低,模量越低,即升高温度与降低频率具有同等效应。根据这一规律,可将聚合物的力学性能随温度的变化转化为这些性能随频率的变化,从而可通过不同温度下的力学性能测试数据,换算成宽频率范围内的材料力学性能表现。为了研究压力作用下橡胶阻尼性能的基本变化规律,通过自由体积理论推导出加压后的修正WLF方程,采用动态热机械分析实验,测试得到丁腈橡胶在不同温度下的损耗因子tanδ对频率ω的曲线,根据计算得到不同压力下的测试温度至室温的平移因子,便可做出加压后的丁腈橡胶的损耗因子-频率谱的主拟合曲线,其曲线的频率跨度达10个数量级以上。结果表明,丁腈橡胶的tanδ测试段在高于参考温度以后出现,而随着压力的增加,玻璃化温度相应升高,峰值往高频移动达1.5个数量级。此结果为研究压力作用下橡胶材料阻尼性能的定量变化提供了理论依据。     

密封橡胶材料的压力-体积-温度关系的研究

制备了3种密封胶材料——丁苯橡胶、丁腈橡胶及丁腈/氯化丁基混合橡胶材料,利用压力-体积-温度(P-V-T)高压膨胀计对样品进行测试,得到了比容Vsp随着温度T和压力P变化的关系;采用Tait方程研究了P-V-T性能,并计算出Tait方程中相应的参数.结果表明,Tait方程计算所得的P-V-T理论关系与实验结果一致,具有较好的规律性;b3、b4均为常数,即B为常数;Tait方程计算所得值与实验值的平均残差均小于0.02,吻合度较好;因此Tait方程可以较好地描述3种密封橡胶体系的P-V-T关系,并且为定量研究密封橡胶材料的P-V-T关系提供理论基础.同时,根据Tait方程所得的参数,计算了3种橡胶材料的热膨胀系数α和等温压缩系数β,研究了3种橡胶材料的α和β随着压力、温度的变化规律,结果表明3种材料中丁苯橡胶的尺寸稳定性最好,而丁腈/氯化丁基复合橡胶的尺寸稳定性较差并且其α随着压力的变化有较大的改变.准确地描述了3种密封橡胶材料的α和β随压力、温度的变化.     

铅卤钙钛矿-聚合物复合材料的制备及应用

铅卤钙钛矿纳米晶具有优异的光电性能,在太阳能电池、光电探测和生物成像等领域展现出巨大的发展潜力。然而,铅卤钙钛矿纳米晶自身稳定性差的缺陷制约了其在实际生活中的应用。将铅卤钙钛矿纳米晶嵌入到聚合物中以制备钙钛矿-聚合物复合材料是近年来发展起来的一种有效增强钙钛矿稳定性的策略,特别是致密的聚合物基质赋予钙钛矿纳米晶优异的水稳定性。本文综述了近十年钙钛矿-聚合物复合材料的制备方法及在发光器件和生物医药等领域的应用,探讨了目前仍存在的一些问题和解决方法,并对未来这一领域的发展进行了展望。     

二维相关红外光谱法及标准线性固态模型对天然橡胶热氧老化机理的研究

对天然橡胶复合材料进行了不同时间下的热氧加速老化实验并分析其老化机理.采用红外测试研究天然橡胶在热氧老化过程中可能的基团变化规律,同时对不同老化时间下的红外结果进行二维相关分析,发现老化产物的生成速率依次为酯过氧化物醚;核磁交联密度测试表明总交联密度(XLD)与网链分子量(Mc)及横向弛豫时间(T2)有很好的对应关系,XLD随着老化时间的增加而增加,即天然橡胶热氧老化过程中交联反应占主导地位;示差扫描量热(DSC)测试发现,随着老化时间的增加,玻璃化转变温度(Tg)升高,玻璃化转变区变宽,表明交联反应占主导地位,与核磁交联密度测试结果一致.通过对天然橡胶进行压缩应力松弛实验,采用修正的标准线性固态模型(SLS模型)进行拟合分析,发现在短时热氧老化过程中,老化以氧化和交联反应为主,与核磁交联密度及DSC实验结果一致.