Rational Design of Two-Dimensional Magnetic Chromium Borides Based on First-Principles Calculation

Two-dimensional(2D) magnetic materials have been experimentally recognized recently,however,the Curie temperatures(TC) of known 2D systems are quite low.Generally,magnetic systems can be seen as constituent magnetic elements providing spins and the non-magnetic elements providing frameworks to host the magnetic elements.Short bond lengths between the magnetic and non-magnetic elements would be beneficial for strong magnetic interactions and thus high TC.Based on this,we propose to combine the magnetic element Cr and the non-magnetic element boron to design novel 2D magnetic systems.Using our self-developed software package IM2 ODE,we design a series of chromium-boride based 2D magnetic materials.Nine stable magnetic systems are identified.Among them,we find that CrB4-Ⅰ,CrB4-Ⅱ and CrBs-Ⅰ with common structural units [CrB8] are ferromagnetic metals with estimated TC of 270 K,120 K and 110 K,respectively.On the other hand,five CrB3 phases with structural units [Cr2B12] are antiferromagnetic metals.Additionally,we also find one antiferromagnetic semiconductor CrB2-Ⅰ.Our work may open new directions for identifying 2D magnetic systems with high TC.     

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.     

组合式十字形钢管混凝土柱偏压力学性能试验研究

设计了一种由槽钢和方形钢管拼焊形成的组合式十字形钢管混凝土柱,将其灵活地布置在框架结构的中节点,可使柱肢与填充墙等厚,有效地提高建筑使用面积。共制作了6根组合式十字形钢管混凝土柱试件,考虑了偏心距和长细比两种变化参数。通过对其进行偏心受压试验研究,考察了试件的破坏形态和荷载-挠度曲线,并分析了其在不同偏心距和长细比下的荷载-应变曲线发展规律。结果表明:组合式十字形钢管混凝土柱中钢管和槽钢对混凝土的约束作用强,表现为较高的延性系数;偏心距或长细比越大,试件的极限承载力及弹性刚度越小,且偏心距越大延性越好,长细比对延性影响不显著;在受拉侧纵向应变基本上符合平截面假定,在受压侧纵向应变不符合平截面假定。     

基于PCAU-Net的快速多通道磁共振成像方法

多通道磁共振成像方法采用多个接收线圈同时欠采样k空间以加快成像速度,并基于后处理算法重建图像,但在较高加速因子时,其图像重建质量仍然较差．本文提出了一种基于PCAU-Net的快速多通道磁共振成像方法,将单通道实数U型卷积神经网络拓展到多通道复数卷积神经网络,设计了一种结构不对称的U型网络结构,通过在解码部分减小网络规模以降低模型的复杂度．PCAU-Net网络在跳跃连接前增加了1×1卷积,以实现跨通道信息交互．输入和输出之间利用残差连接为误差的反向传播提供捷径．实验结果表明,使用规则和随机采样模板,在不同加速因子时,相比常规的GRAPPA重建算法和SPIRiT重建方法,本文提出的PCAU-Net方法可高质量重建出磁共振复数图像,并且相比于PCU-Net方法,PCAU-Net减少了模型参数、缩短了训练时间．     

亚表面引发原子转移自由基聚合构筑温度响应型纳米纤维油水分离膜

亚表面引发聚合是一种用于制备共价嵌入型聚合物刷的新型改性策略. 该方法在发展高稳定性聚合物刷功能化表界面材料方面具有显著的优势. 本工作利用亚表面引发原子转移自由基聚合(sSI-ATRP)对静电纺丝聚丙烯腈(PAN)基纳米纤维膜进行亚表面改性, 通过接枝聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)制备了温度响应型纳米纤维油水分离膜(PAN-sg-PNIPAM). 当温度低于低临界溶解温度(LCST)时, PNIPAM链与水分子之间的强氢键作用使得聚合物链完全伸展, 分离膜表面亲水且对油滴具有非常低的粘附力, 对油水乳液具有非常高的分离效率(达98.7%); 当温度高于LCST时, PNIPAM链失水收缩, 膜表面变得更加疏水且对油滴的粘附力显著增加, 其油水乳液分离效率显著降低, 仅为9.1%. 此外, 由于共价嵌入聚合物刷的高稳定性, 该分离膜在4 kPa压力下, 20 ℃和45 ℃之间可逆切换10个循环后, 仍能保持非常稳定的渗透通量. 本研究为发展高稳定性的智能型油水分离膜提供了一种新方法.     

计及气动和隐身约束结构综合优化的并行子空间优化方法

通过分析基于响应面的并行子空间优化算法的特点指出并行子空间优化算法学科级优化的作用在于向系统级优化响应面提供性能优良的设计点.在此基础上,建立了不要求学科级优化的改进的并行子空间优化算法,进一步降低了设计优化的计算量,解决了分析模块与优化模块间的接口困难.依据该算法建立了结构、气动和隐身一体化设计优化框架,实现了某无人机机翼计及气动和隐身约束的结构综合优化.     

镓铟锡液滴撞击泡沫金属表面的运动学特性研究

常温下为液态的镓铟锡合金以其优异的导热性能在具有特殊要求的传热领域有着重要的应用价值,与传统流动介质相比较大的表面张力使得其产生的流动现象必有所区别.本文研究镓铟锡所形成的液滴撞击泡沫金属表面后所产生的铺展、回缩及回弹现象.采用高速相机拍摄液滴投影轮廓随液滴运动的变化过程,并通过图像处理获得不同撞击速度、底板表面孔径下的液滴铺展系数、中心位置轮廓高度以及液滴回弹后在空中的振动特性.研究结果表明:具有较高表面张力的镓铟锡液滴的铺展系数随无量纲时间的变化在铺展初始阶段仍满足常规流体的1/2次幂关系,只在铺展后期与底板的无量纲孔径有关系;液滴的最大铺展系数在较小无量纲孔径底板大于在光滑镍板,且随底板无量纲孔径增大而逐渐减小;在回弹过程,由于底板孔隙结构的存在使得液滴回弹后在空中的振动呈现3种形态:规则的横向和纵向振动、带旋转的横向和纵向振动以及旋转振动;最后,通过对振动频率的拟合和分析,进一步拓展了传统振动频率理论公式在非规则振动过程预测中的应用.      

虫草素的全合成研究

虫草素具有广谱的生物活性和药理学作用,有着重要的开发价值.为了大量制备高纯度虫草素,分别以D-葡萄糖和D-木糖为原料,以Barton-McCombie反应脱去葡糖糖和木糖3’-羟基合成得到3’-脱氧核糖为关键步骤,分别经过8步和7步化学反应以37%和40%的总产率完成了虫草素的全合成,产物纯度>98.5%.     

氧化锌掺铝绒面薄膜在有机光伏电池中的应用

目前有机光伏电池的吸光活性层电学传输特性和光学吸收特性的不匹配是制约其能量转换效率提升的主要原因之一. 通过陷光结构对入射光进行调控, 提高电池对光的约束和俘获能力从而达到“电学薄”和“光学厚”的等效作用, 是解 决有机光伏电池电学和光学不匹配的有效手段. 本文采用湿法刻蚀技术获得了系列时间梯度的绒面氧化锌掺铝薄膜, 并将其作为有机光伏电池的入射陷光电极, 显著增强了电池的光学吸收. 研究发现, 当使用浓度0.5%的稀HCL腐蚀30 s后的氧化锌掺铝薄膜作为入射电极后, 电池的光电性能和效率显著增强. 基于此绒面电极电池的电流密度比平面结构的电池提高了8.17%, 效率改善了11.29%. 通过对绒面电极表面的修饰处理, 实现了电极与光活性层之间良好的界面接触, 从而减小了对电池的开路电压和填充因子的影响.     

纳通道的物质传输特性及应用

近年来,随着材料科学、微纳加工技术和微纳尺度物质传输理论的发展,纳通道技术得到了越来越多的研究和关注。纳通道包括生物纳通道和人工纳通道,其孔径通常为1~100 nm。在这一尺度下,通道表面与通道内物质之间的作用概率大大增强,使得纳通道表现出许多与宏观体系不同的物质传输特性,例如通道表面电荷与通道内离子之间的静电作用产生了离子选择性,通道内电化学势的不对称分布产生了离子整流特性,物质传输过程中占据通道产生了阻塞脉冲特性等。纳通道中的这些物质传输特性在传感、分离、能源等领域具有广泛应用,例如通过对纳通道进行功能化修饰可以实现门控离子传输;利用亚纳米尺度的通道可以实现单分子传感;利用通道与传输物质之间的相互作用可以实现离子、分子、纳米粒子的分离;利用纳通道的离子选择性可以在通道内实现电荷分离,将不同形式的能量（如光、热、压力、盐差等）高效转化为电能。纳通道技术是化学、材料科学、纳米技术等多学科的交叉集合,在解决生物、环境、能源等基本问题方面具有良好的前景。该文综述了近10年来与纳通道物质传输理论以及纳通道技术应用相关的前沿研究,梳理了纳通道技术的发展过程,并对其在各个领域的应用进行了总结与展望。