水下多级微结构液气界面的稳定性和可恢复性研究

微结构表面浸没水下所形成的液气界面对减阻等应用具有重要意义.液气界面的稳定存在是结构功能表面发挥作用的前提.因此,如何增强液气界面的稳定性以抵抗浸润转变过程,以及在液气界面失稳之后,如何实现去浸润过程以提高液气界面的可恢复性能,均具有重要的科学研究意义和实际应用价值,也是国内外研究关注的热点问题.本文针对具有多级微结构的固体表面,研究其在浸没水下后形成的液气界面的稳定性和可恢复性.通过激光扫描共聚焦显微镜对不同压强下液气界面的失稳过程和降压后的恢复过程进行原位观察,实验结果和基于最小自由能原理的理论分析相吻合.本文揭示了多级微结构抵抗浸润转变以及提高液气界面可恢复性能的机理:侧壁上的次级结构(纳米颗粒、多层翅片)通过增加液气界面在壁面的表观前进接触角增强了液气界面的稳定性;底面的次级结构(纳米颗粒和封闭式次级结构)可以维持纳米尺寸气核的存在,有利于水中溶解气体向微结构内扩散,最终使液气界面恢复.本文的研究为通过设计多级微结构表面来获得具有较强稳定性和可恢复性的液气界面提供了思路.     

多级离散小波变换的高效超大规模集成架构

设计了一种单时钟域内低级展开、高级折叠的多级离散小波变换架构;采用横向三输入扫描方式,基于9/7离散小波变换提升算法,设计第1级离散小波变换模块;根据第2级离散小波变换的时钟周期与有效输入数据之比,设计半折叠的第2级离散小波变换模块;将第3级及更高级的离散小波变换的架构折叠到第2级离散小波变换架构上,从而降低了硬件资源的消耗。结果表明:对于大小为512 pixel×512 pixel的经3级离散小波变换处理的输入图像,所提架构的硬件效率比其他现有架构提高了57.1%以上。     

二氧化硅包覆芒硝基相变储能微胶囊制备及性能表征

将四乙氧基硅烷(TEOS)和3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)作为硅源,芒硝基相变储能微胶囊作为芯材,通过乳液聚合的方法制备了二氧化硅包覆的芒硝基相变储能微胶囊.测得芒硝基相变储能微胶囊的熔化焓和凝固焓分别为136.4 J/g和76.9 J/g,融化和凝固温度分别为23.6℃和17.6℃.微胶囊的核-壳结构减轻了无机水合盐固液分离程度,抑制了相分层现象的发生.在100次循环后,熔化焓为64.3 J/g,具有较好的循环稳定性,可用于热能存储等领域.     

基于熵权的多级模糊综合评价在水质评价中的应用

基于河流水质整体性的特点,提出了基于多级评价和熵权模糊综合评价的评价方法.将河流各监测断面与整条河流水质评价作为一个多级模糊综合评价问题,通过熵权法直接从模糊关系矩阵获得各级评价的加权系数.以DO,COD_(Mn),NH_3-N作为评价因子,对黄河流域的水质状况进行多级综合评价.结果表明,基于熵权的多级模糊综合评价均衡考虑了各种评价因子,改进了超标比赋权过于强调评价因子浓度的特点,同时不仅能对各个监测断面的水质进行评价,也能对河流整体的水质进行综合评价.     

一种3D打印蛋白质模型的方法及其在教学中的应用

本文报道了一种3D打印蛋白质模型的方法,得到了一系列不同的蛋白质模型。这些模型可作为可视化教具,帮助学生理解蛋白质多级结构、蛋白质折叠、蛋白质-蛋白质相互作用等相关知识点,同时也可作为艺术展示教具应用于科学交流与科普宣传。     

基于H型芴基小分子的双极性有机场效应晶体管存储器

从空间位阻角度出发,设计并合成了H型芴基小分子材料3Ph-TrH,并通过溶液加工方法制备了将其作为电荷捕获层的浮栅型有机场效应晶体管(OFET)存储器.结果表明,该器件的空穴和电子存储窗口分别为31.2和11.6V,实现了基于单个小分子材料的双极性电荷存储.为了提高器件的稳定性,进一步制备了基于3Ph-TrH与聚苯乙烯(PS)掺杂薄膜的浮栅型OFET存储器.测试结果显示,该器件比基于3Ph-TrH作为单组分电荷捕获层的器件具有更高的稳定性和耐受性,在10000s的维持时间测试后,该器件的电流开关比还能维持在1.1×10³.该工作为制备新型双极性电荷存储的OFET存储器提供了一条思路.     

基于直接注射-多级质谱全扫描技术的人血红蛋白快速肽图分析

利用液相色谱–串联质谱法(LC-MS/MS)进行肽图分析,是目前单克隆抗体等蛋白类药物质量控制的主要方法,然而,LC-MS/MS分析具有费时、费溶剂和成本高等缺点。本研究以人血红蛋白(Human hemoglobin, Hb)为例,考察利用直接注射–多级质谱全扫描技术(DI-MS/MS^ALL)进行肽图分析的可行性。Hb经胰蛋白酶水解后,多肽样品通过流动注射泵直接注入QTOF-MS离子源,采用MS/MS^ALL记录MS¹谱图以及每个单位质荷比窗口(1 Da)的MS²谱图信息,所获得的质谱信息与Skyline软件给出的21个理论肽段质谱信息进行匹配,初步指认了20个肽段。常规的LC-MS/MS肽图分析检测出了所有21个理论肽段。DI-MS/MSALL的MS¹图谱与LC-MS/MS的平均MS¹图谱相近,主要为各肽段带电荷数1～4的准分子离子信号,以双电荷为主,而MS²图谱均以y⁺离子为主。因此,DI-MS/MS^...     

富含吡啶氮-钴活性位点的三维多级大/介孔石墨烯作为高效可逆氧电催化剂用于可充电锌-空气电池

随着能源危机的日益严峻,能源的储存和转换越来越受到人们的重视.目前人们加以开发和利用的清洁能源主要包括太阳能、风能、氢能、地热能以及电化学能等.其中,燃料电池和金属-空气电池等作为电化学器件为电化学能的开发及可持续利用提供了条件.特别是金属-空气电池以电极电位较负的金属如镁、铝、锌、铁等作负极,以空气中的氧或纯氧作正极,具有比能量高、性能稳定、价格便宜的特点.氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)是可再生电化学能量转换和储存过程中的两个关键电化学过程.贵金属(Pt/C,Ir/C,IrO₂等)虽然具有高催化活性,但价格昂贵、资源匮乏限制了其大规模的使用和发展.此外,它们的催化性能单一,难以同时实现多反应的高效催化.目前,大量研究工作集中在开发低成本、高效的ORR和OER催化剂,用来代替昂贵的铂类贵金属催化剂.在能源器件设计中,由于OER和ORR反应发生在同一个电极上,若能制备出具有ORR和OER双功能催化性能的电催化剂,将在很大程度上降低能源器件的设计难度.最近,我们的研究工作揭示了吡啶-氮-钴(pyri-N-Co)配位结构在协同作用中的重要性,协同作用大幅度提升了NiCo2O4/N掺杂石墨烯的本征催化活性.虽然金属粒子与掺氮石墨烯的结合有利于催化活性和稳定性的提高,但二维石墨烯片之间由于π-π键相互作用,容易聚集和堆叠.在实际应用中,石墨烯片之间的堆叠会导致可达表面的损失,从而使复合催化剂利用率降低,结构稳定性变差.因此,制备富含充分暴露且高效的ORR/OER活性中心的电催化剂仍然是一个巨大挑战.本文采用激光辐照法和水热法制备了具有层间大孔和片内介孔相互交联结构且负载铁酸钴纳米颗粒的三维多级孔石墨烯复合电催化剂(CoFe/3D-NLG),研究了其微观结构与ORR/OER电催化性能的关系.比表面积和X射线光电子能谱测试结果表明,CoFe/3D-NLG具有大的比表面积(322.6 m² g^-1)和孔体积(0.715 cm³ g^-1),并且富含吡啶氮-钴活性中心.电化学测试表明,对于OER电催化,CoFe/3D-NLG复合催化剂在10 mA cm_-2处的过电势为304 mV,优于商用RuO₂催化剂的322 mV;对于ORR电催化,CoFe/3D-NLG的半波电位达到872 mV,非常接近商用Pt/C催化剂(876 mV).此外,作为可充电锌空气电池的空气电极催化剂,CoFe/3D-NLG展现出了超高的开路电压(1.56 V)、高功率密度(213 mW cm_-2)以及超低充放电电压(0.63 V),并且具有良好的充放电循环稳定性.CoFe/3D-NLG优异的ORR/OER电催化性能主要归因于以下两点:1)大量的吡啶氮-钴活性位点极大地加快了缓慢的氧电催化动力学,提高了每个活性位点的ORR/OER本征催化活性;2)丰富的层间大孔和面内介孔多级孔结构促进了整个石墨烯结构中的高效传质,因而在电催化过程中吡啶氮-钴活性位点得以充分暴露于电解液中.     

二维高分子的制备、组装及其高效电化学应用

二维高分子是通过共价键连接的在二维平面内具有周期性排列结构的分子片,因其具备质轻、柔性、可调结构和高适应性等优点近年来受到了国内外研究学者的广泛关注.可控制备二维高分子对于研究二维高分子的结构与性能关系、合成特定功能化改性的二维高分子具有重要的意义.本文以本课题组的研究工作为出发点首先围绕一种天然二维高分子材料(石墨烯)的快速制备、组装、功能性复合及其电化学应用进行总结,然后针对新型合成二维高分子材料(二维共价有机框架(2D COF),硅烯和二维共价三嗪框架(2D CTF))的制备方法、有效的分子设计和电化学应用进行总结,用于理解二维高分子的构效关系,为实现二维高分子的可控制备和高效应用提供了思路.