电机驱动微装配在双光子制备微结构中的应用

对微结构的制作、微装配系统进行了研究. 采用飞秒激光双光子聚合微加工技术制作有底座、精细的三维立体“拱形”微结构, 其高250μm、长300μm、厚50μm. 将此微结构与实验室自主搭建的二维微装配平台相结合, 利用自主编程的人机交互界面驱动步进电机, 远程操控微装配设备; 将荧光闪烁陶瓷粉末装配到微结构中, 对装配后的微结构进行荧光光谱表征发现, 纯荧光粉末和微结构中的荧光粉末的发射光谱在测量误差范围内基本一致, 表明荧光粉末的光学性质未发生改变. 利用该装置可以将各类微纳米级材料和微结构进行装配, 形成含有不同材料的微结构系统.     

污泥基吸附剂对亚甲基蓝和环丙沙星的吸附性能研究

亚甲基蓝和环丙沙星是水体中2种污染物, 对生态环境有潜在危害. 本文以市政剩余活性污泥为原料, 氯化锌为活化剂热解制备污泥基吸附剂, 研究盐酸酸洗浓度、氯化锌浓度、热解温度、热解时间等对污泥基吸附剂吸附水中亚甲基蓝和环丙沙星性能的影响. 结果表明 (1)污泥基吸附剂对亚甲基蓝的吸附性能随盐酸酸洗浓度的增大而增加, 对环丙沙星的吸附性能则随盐酸酸洗浓度的增大呈先降后增趋势, 两者均在1.500mol·L-1盐酸浓度下取得最优值. (2)污泥基吸附剂对亚甲基蓝和环丙沙星的吸附性能随氯化锌浓度和热解温度的增加呈先升后降趋势, 在氯化锌浓度为4.0mol·L-1、热解温度为500℃时有最优值; 随着热解时间的延长, 污泥基吸附剂对亚甲基蓝和环丙沙星的吸附性能分别在500℃热解70min和80min时有最优值. (3)污泥基吸附剂的最佳制备条件为 氯化锌4.0mol·L-1活化2h、500℃热解70min和80min、1.500mol·L-1盐酸酸洗; 以此制得的污泥基吸附剂对亚甲基蓝和环丙沙星的去除率分别为97.7%和96.4%, 平衡吸附量分别为97.9mg·g-1和3.9mg·g-1, 且污泥基吸附剂对亚甲基蓝和环丙沙星的吸附过程均符合准二级动力学方程.     

人教版高中化学教科书“研究与实践”栏目分析与实施策略*

对人教版高中化学教科书新设计的“研究与实践”栏目的主题内容、功能价值进行分析,就如何充分发挥该栏目的教学功能和价值,发展学生的化学学科核心素养,提出了创设教学情境线索、开发为研究性学习课题、开发为校本选修课程、开发为STEM课程等实施策略。     

环境载荷下漂浮软管的疲劳寿命分析

海上漂浮软管是浮式生产储卸油装置上外输系统的关键设备.漂浮软管结构复杂且常年漂浮于海面上,极易受到风、浪、流等环境载荷的作用产生疲劳破坏而造成原油泄漏.首先,采用ABAQUS软件,建立了软管的有限元模型,得到了漂浮软管在弯矩和内压作用下的有限元结果;其次,采用水平方向的Morison方程和风载荷来描述漂浮软管在海面上复杂的载荷情况;再次,将静力学分析结果导入到FE-Safe疲劳分析软件中,将节点应力结果作为时间载荷历程,乘以相应的载荷倍数,得到疲劳分析的载荷谱,载入此载荷谱计算,得到了漂浮软管的寿命分布云图,其最小寿命满足工程要求;最后,分析了内压对疲劳寿命的影响,结果表明,一定大小的内压能提高软管的疲劳性能.     

氩气感应耦合等离子体速度与温度数值模拟

为了获得用于研究再入飞行器热防护系统的感应耦合等离子体风洞流场数据，基于流场、电磁场和化学场的多场耦合建立了非平衡态感应耦合等离子体数值模型。利用该模型对不同入口质量流率和不同工作压力下的感应耦合等离子体进行了数值模拟，得到了相应工作参数下感应耦合等离子体温度与速度的分布特性。计算结果表明：等离子体中心线上的速度随着入口质量流率的增大而增大，而随着工作压力的增大而减小；同时，等离子体中心线上的温度随着入口质量流率的增大而减小，而随着压力的增大先减小后增大。这些结果可为感应耦合等离子体风洞优化设计及其工业应用提供理论指导。     

柚皮素/β-环糊精超分子体系的包合行为

本文采用超声法制备了柚皮素（NAR）与β-环糊精（βCD）的包合物.粉末-X射线衍射（XRD）和红外吸收光谱（IR）测定均表明形成的包合物具有不同于主客体的新的结构性质.¹H NMR与ROESY核磁共振（NMR）实验表明NAR以苯环端从βCD的宽口端进入，并形成稳定的超分子包合物.量子化学计算分析NAR/βCD包合物的形成过程表明，驱动力源于焓驱动与氢键弱相互作用力；能隙和结合能分析得到的最优包合模式与NMR研究结果一致；ONIOM分层计算验证了上述结果.分子对接模拟出的最优包合模式也与量子化学计算、NMR的分析结果吻合.本文获取了清晰的NAR/βCD包合物构型及其形成机理，为该超分子药物的定量构效关系研究提供了理论参考.     

基于虚拟中心电流法的 HL-2M快控电源数学模型

针对中国环流器2号M(HL-2M)装置中用于核聚变物理实验等离子体的垂直不稳定性控制的快控电源拓扑结构，充分考虑线圈的自感与互感对输出的影响，构建出数学模型，首次提出并运用虚拟中心电流法，使得控制算法更加简单，采用多输入多输出的控制方法，利用2个参量控制3个变量。本文基于基本供电方案得到多线圈耦合电压，基于快控电源拓扑推导出快控电源电路方程，再将其合并得到最终的线圈电压数学模型，最后进行仿真验证。结果表明数学模型搭建正确，为今后进行进一步计算提供了坚实的基础。     

机器学习方法在高分子玻璃化研究中的应用

高分子玻璃的物理性质与其结构和动力学密切相关.揭示高分子玻璃化的微观物理图像对高分子玻璃材料的结构调控和分子设计至关重要.然而,高分子的长链结构和复杂单体结构特征致使目前仍然缺乏普适的理论或者模型来定量解释高分子玻璃化的物理机制.因此,亟需发展更为先进的研究方法从而更深入地理解高分子玻璃化.近年来,国内外学者利用基于数据驱动的信息学方法(例如机器学习)对高分子玻璃化开展了研究,并取得了丰富成果.本综述首先介绍了常用的高分子信息学数据库和机器学习算法.之后,从高分子玻璃化转变温度的预测、新型高分子玻璃材料的研发、过冷液体的结构-动力学关系和玻璃体系相变的确定四个方面总结和评述了机器学习应用在玻璃化研究中的代表性进展.最后,探讨了机器学习方法在高分子玻璃化研究中面临的主要挑战,并对玻璃信息学这一领域的发展进行了展望.     

电泳法制备的致密氧化锡薄膜及其在高稳定性钙钛矿太阳能电池中的应用

在平面型钙钛矿太阳能电池中常采用SnO₂作为电子传输层材料,相应的SnO₂薄膜常采用溶液旋涂法制备。但是由于前驱液中的纳米颗粒可能会发生部分团聚、基底和溶液难以完全避免灰尘等杂质颗粒混入,且最佳的SnO₂电子传输层的厚度通常仅有约20 nm,所以这种方法制备的电子传输层难以保证严格致密和无纳米针孔。在本工作中,我们报道了一种电泳沉积制备致密SnO₂薄膜的方法,并用其有效地提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和工况稳定性。通过电泳法,表面带负电荷的SnO₂纳米颗粒在电场的作用下沉积到氧化铟锡(ITO)阳极表面,这种方法得到的薄膜比旋涂法制备的更为致密。将其应用于n-i-p结构的钙钛矿太阳能电池中,能够使得暗电流降低并抑制载流子的非辐射复合,从而提高电池的短路电流和开路电压,进而实现更高的光电转换效率(从18.17%提高到19.52%),且能消除迟滞效应。更重要的是,长期工况稳定性测试表明基于电泳-旋涂法制备的器件在1个太阳的光照下、最大功率点处连续工作960 h后,仍然能够保持71%的初始效率;然而基于旋涂法制备的器件在工作100 h后即降低到初始效率的70%。本工作提供了一种全新的SnO₂电子传输层的制备方法,显著地提高了器件性能和工况稳定性,后续有望应用于制备大面积器件和电池模组。     

水滑石基磁性Co/Al2O3催化剂在乙酰丙酸加氢制备γ-戊内酯反应中的应用

γ-戊内酯广泛应用于食品添加剂、燃料添加剂、溶剂、汽油、柴油以及多种化工中间体的合成,由于其上游原料乙酰丙酸是重要的生物质基平台化合物已实现了工业化生产,因此发展其高效、可循环使用的催化合成新体系是近年来生物质催化转化的研究热点之一.目前使用的多相催化剂体系主要是浸渍法制备的负载型金属纳米颗粒催化剂,活性金属主要有Ru, Pd, Pt, Au, Cu, Ni等.由于乙酰丙酸制备γ-戊内酯反应是一个酸性的含水体系,在高温、高压条件下,使用浸渍法得到的催化剂特别是非贵金属催化剂容易发生活性金属的聚集、流失,从而使得催化剂重复使用的效果不佳.从非贵金属替代贵金属和提高催化剂稳定性这两点入手,本论文以水滑石为合成催化剂的单一前驱体,将非贵金属(Cu, Ni, Fe, Co)掺入到水滑石的结构骨架中,通过直接氢气焙烧还原制得了高负载量的负载型金属纳米颗粒多相催化剂.将制得的催化剂应用于乙酰丙酸加氢反应,其催化活性顺序为： Co>Ni>Cu>Fe.制备出了5种不同Co/Al比的Co基催化剂,其中4Co/Al2O3催化剂在H2(5 MPa)、180 oC条件下,显示出了类似贵金属钌催化剂的活性和选择性,乙酰丙酸在3 h内完全转化,γ-戊内酯的选择性高达99%.为了进一步了解催化剂的结构与其活性和稳定性之间的关系,我们采用X射线粉末衍射仪(XRD),氢气程序升温还原(H2-TPR), X射线光电子能谱(XPS),透射电子显微镜(TEM)等表征手段研究了催化剂的形貌和结构. TEM结果表明,以水滑石为前驱体制备的Co催化剂中负载的Co纳米颗粒的平均粒径在25–30 nm,而用浸渍法制备的相同负载量的Co催化剂的Co纳米颗粒粒径大于150 nm.相应的催化反应结果表明,前者的催化活性要远好于后者.水滑石前驱体的H2-TPR实验结果表明,随着Co/Al比增加,其还原峰向低温方向位移.这是由于Al含量的减少,导致金属Co离子周围键合的Al离子数量减少,从而使得Co与Al之间的作用力减弱, Co更加容易被还原.表现在还原温度上,即为还原温度降低,说明了Co纳米颗粒与载体之间具有一种强相互作用.结合TEM测试结果,正是这种强相互作用限制了Co纳米颗粒的长大,使其要远小于用浸渍法制得的Co纳米颗粒. HRTEM测试结果显示在4Co/Al2O3催化剂结构中, Co金属纳米颗粒与载体Al2O3之间存在一种核壳结构的关系, Co纳米颗粒被包埋于载体Al2O3中形成核壳结构.这种结构同样也保证了活性金属与载体之间较强的相互作用,有效地避免Co纳米颗粒在强水热、酸性条件下的聚集和流失,从而使该催化剂在循环使用四次时仍能保持优异的活性和选择性.我们进一步研究了该核壳结构形成的原因.发现催化剂在制备过程中如果先用空气高温焙烧,再用氢气还原,得到的催化剂中则没有明显的核壳结构,且Co纳米颗粒粒径在55 nm左右.相应的催化反应结果也要差于直接氢气焙烧还原得到的4Co/Al2O3催化剂.这也从侧面说明了以水滑石为前驱体制备负载型金属纳米颗粒催化剂时,其原位的限制效应在控制金属纳米颗粒的大小、稳定性方面的优越性.此外,由于该Co催化剂具有磁性特征,很容易通过磁性回收实现催化剂与反应液的分离,大大简化了催化剂的回收及产物分离过程.