高能密度材料H2N5MN5H2 (M=Be,Mg,Ca,Zn,和Cd)的密度泛函理论研究

借助密度泛函理论,用B3LYP和BP86方法,对一系列潜在的新型高能密度材料分子H2N5MN5H2(M=Be,Mg,Ca,Zn,和Cd)进行了理论预测研究.结果表明,这些材料分子都非常稳定,不容易分解,其中H2N5BeN5H2最稳定.金属离子的配位作用对化合物的稳定起了重要作用.配体H2N5也因从金属M获得一个电子变成H2N5-离子而变得更稳定.     

五员碳环、氮环和磷环比较的量子化学研究

用密度泛函(DFT)理论中的B3LYP和从头算(abinitio)理论中UHF,在6-31G基组水平上,对五员碳环、氮环和磷环进行几何优化计算,由所得结果讨论了分子的成键情况,对两类环(一类是C5H5、N5、P5;另一类是C5H5-、N5-和P5-)的相对稳定性分别作比较。结果表明:有机五员碳环比无机五员氮环、磷环稳定,而五员氮环与五员磷环相比,磷环更稳定。     

黏性阻尼系统时域响应灵敏度及其一致性研究

时域响应灵敏度分析是时域梯度优化算法的基础. 灵敏度分析通常只涉及对设计变量的微分运算, 但时域响应灵敏度问题还涉及时间域的离散化. 因此, 微分和离散的先后顺序可能对时域响应灵敏度结果产生影响. 针对黏性阻尼系统时域响应灵敏度求解问题, 基于改进精细积分方法, 分别推导了先微分后离散和先离散后微分两种伴随变量方法. 其中, 先微分后离散法首先对由伴随变量构造的增广函数微分, 再利用改进精细积分方法在各离散时间点求解时域响应灵敏度; 而先离散后微分方法则首先在各离散时间点引入残值方程构造增广函数, 再对各增广函数进行微分以求解时域响应灵敏度. 通过数值算例验证了所提出方法的有效性和准确性, 并与传统基于Newmark的方法进行比较. 结果表明, 积分方案、数值离散误差以及离散和微分的先后顺序共同影响灵敏度的一致性误差. 综合考虑精度、效率和一致性问题, 基于改进精细积分的先微分后离散伴随变量法表现更优, 最适合应用于黏性阻尼系统时域梯度优化算法.      

区域供冷系统冷量传递调节与节能控制的模型研究

为了研究区域供冷系统的冷量传递模型与末端温度调节方式,建立了二级冷量交换站一、二次侧的水系统传递函数与风系统传递函数.分析了不同搭配选型条件下的参数与变量,给出了八种理论上的量调节/质调节匹配方式·由于实际工程应用中不同因素,为实现冷量有效传递与节能应用,该模型研究为工程选型提供了理论依据.     

含铕硅钼钨多金属氧酸盐水溶液的电化学性质

采用循环伏安法,研究双-Keggin型含铕硅钼钨多金属氧酸盐(Eu(SiMo4W7)213-)水溶液的电化学性质,结果表明,在0.7~-0.45V的电位区间内,Eu(SiMo4W7)213-呈现了两对准可逆的单电子氧化还原峰,峰电位随着溶液pH值的升高而线性负移,催化活性实验显示,在酸性溶液中该化合物对NaNO2和H2O2的还原反应具有良好的催化作用.     

基于明胶-碳纳米管的辣根过氧化物酶修饰电极在离子液体中的直接电化学

制备了明胶(Gel)-多壁碳纳米管(MWCNTs)纳米复合物,将其修饰在玻碳电极表面,再吸附辣根过氧化物酶(HRP),制得明胶-多壁碳纳米管-辣根过氧化物酶修饰电极(Gel-MWCNTs-HRP/GCE).该修饰电极在PBS中的循环伏安图上出现了一对峰形良好、几乎对称的氧化还原峰,式量电位为-0.356 V(vs.SCE),表明包埋在Gel-MWCNTs中的HRP与电极之间发生了直接电子传递.当扫速在20 ～ 180 mV/s时,氧化峰电流(Ipa)与还原峰电流(Ipc)均与扫速成正比,表明电极过程是受电子传递速率控制的表面传质过程.运用循环伏安法研究了修饰电极的电化学特性,探讨了工作电位、pH值、干扰物质等对修饰电极的影响.实验结果表明,HRP在修饰电极表面能有效和稳定地进行直接电子转移,并保持了其对过氧化氢(H2O2)的生物催化活性.进一步研究发现,在含有亲水性离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸([BMIM]BF4)的溶液中,修饰电极对H2O2显示出更灵敏的催化活性,其线性范围为2.0×10-7～0.13 mol/L,检出限(S/N =3)为2.3×10-8 mol/L.该电极具有灵敏度高、重现性及稳定性好、使用寿命较长等优点,同时还显示了较好的抗干扰能力.     

基于无掩膜光刻法的纸基微流控芯片制备与验证研究

为了开发新的纸芯片制备技术制作高精度的纸基微流控芯片,该文提出了一种基于无掩膜光刻技术的新制备方法。以疏水图案的表面接触角和液体在微流控通道内的流动情况为评价标准,研究了曝光、显影等关键工艺对疏水区域疏水强度以及液体流动情况的影响。研究结果表明,仅需2 s曝光时间制备的纸芯片疏水区域的接触角可达100.56°,亲疏水区域具有明显的区分,最小可实现的亲水通道和疏水屏障分别为(68±5)μm和(104±9)μm。将纸基芯片用于亚硝酸盐的检测,溶液浓度与显色区颜色强度之间呈良好的相关性,线性方程为Y=3.450X+34.83,r²=0.977 0。无掩模光刻法制备纸芯片无需制作掩膜版,减少了芯片制作的成本和时间,工艺简便,芯片精度高,为纸芯片制备和应用提供了有效手段。     

高承载梯度分层点阵结构的拓扑优化设计方法

随着增材制造技术的迅速发展, 点阵结构由于其高比强度、高比刚度等优异力学性能受到广泛关注, 但其单胞分布设计大多基于均布式假设, 导致其承载能力相对较差. 基于拓扑优化技术提出了一种梯度分层的点阵结构设计方法. 首先, 基于水平集函数建立点阵单胞几何构型的显式描述模型, 引入形状插值技术实现点阵单胞的梯度构型生成; 其次, 构建基于Kriging的梯度点阵单胞宏观等效力学属性预测模型, 建立宏观有限单元密度与微观点阵单胞等效力学属性的内在联系; 然后, 以点阵结构刚度最大为优化目标, 结构材料用量和力学控制方程为约束条件, 构建点阵结构的梯度分层拓扑优化模型, 并采用OC算法进行数值求解. 算例结果表明, 所提方法可实现点阵结构的最优梯度分层设计, 充分提高了点阵结构的承载性能, 同时可保证不同梯度点阵单胞之间的几何连续性. 最后, 开展梯度分层点阵结构与传统均匀点阵结构和线性梯度点阵结构的准静态压缩仿真分析, 仿真结果表明, 与传统均匀点阵结构和线性梯度点阵结构相比, 梯度分层点阵结构的承载能力明显提高. 研究结果可为高承载点阵结构设计提供理论参考.