分形表面及其性能

本文介绍了分形、分维的基本概念及分形表面的实验分析方法，评述了分形表面的性能。     

煤焦分形维数及其对比热容的影响研究

比热容是煤炭热物理性质之一,在煤矿的矿井防火、防止煤与瓦斯突出、井下降温设计及煤炭加工利用(如煤炭的燃烧、气化、焦化、液化等)等方面是关键参数之一,对提高煤炭热能利用率、提高经济效益、减少环境污染等,具有非常重要的意义。比热容的影响因素很多,如煤化程度、水分质量分数、热解温度等,煤焦微观结构的影响也是其中很重要的一方面。分形几何由Mandelbrot 1982年创立,是定量描述自相似或自相关等不规则形体的工具。研究表明,煤焦微观结构具有分形特征。在煤焦分形的研究中,常用的实验技术方法为吸附法、小角度X射线散射法和孔度法,采用扫描电子显微镜和数字图象处理方法研究煤焦的分形结构,能更加深入地理解其分形维数与性能的关系。     

基于盒维数原理计算蛋白质的分形维数

蛋白质表面的粗糙性和内部结构的不规则性具有明显的分形特征.依据直观的盒维数原理对PDB库中收录的典型酶蛋白、球蛋白和膜蛋白共72种蛋白质的分形维数进行了简洁地模拟计算.数据表明:蛋白质的分形维数(Df)介于1～3之间;分形方法可定量描述蛋白质分子结构的复杂性,即Df值越大,蛋白结构越复杂;Df与残基数的不同步性证明蛋白质分子并不是简单的肽段堆积,而是存在特定的空间结构;同功能酶蛋白具有相近的Df值表明分维是区别于各种宏观参量而对蛋白质微观结构与功能进行表征的有用工具.     

再生催化剂表面的变维分形表征

基于分形几何理论，以失活的催化剂化催化剂的再生为研究对象，用静态重量吸附法测定了经历不同再生阶段催化剂表面的单层饱和吸附量，计算得到了不同再段催化剂表面的分形维数，考察了其表面形貌在再生过程中的变化规律，研究结果表明，整个再生过程中，催化剂表面的分形维数在2．5－3．2之间有规律的发生变化，即从再生开始到结束，表面的分形维数由小变大，再由大变小然后趋于稳定。催化剂颗粒的电镜分析结果与实验数据一致。     

冲洗色谱特征点法测定表面分形维数初探

在用非线性气相色谱测填料表面分形维数中,首次运用气固色谱（ＥＣＰ法（ｅｌｕｔｉｏｎ ｂｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｐｏｉｎｔｓ ｍｅｔｈｏｄ）,测定了正戊烷、正已烷、正庚烷３种烷烃在不同颗粒大小的硅胶表面的吸附等温线,通过拟合Ｌａｎｇｍｕｉｒ方程,求出单分子饱和吸附容量,并采用单分子层吸附的分形模型,求得硅胶的发形维数,提供了一种测定表面分形维数的新方法。     

基于分形维数的分析信号自适应中值滤波

提出一种面向分析仪器谱图信号处理的分形维自适应中值波方法（AMeFFD）。该法延拓运用分形理论，定义了相对点盒维数概念，由此建立建立判定脉冲型噪声的特异性指标，从而可自动调节中值滤波窗口宽度，有效地滤除脉冲型噪声及其它类噪声。对仿真色谱信号及实测色谱图的处理结果表明：AMeFFD法克服了经典中值滤波算法的缺陷，无论在信号的均方根偏差还是谱峰差等指标上，均明显优于后者，能在确保谱峰不畸变的同时更有效地滤除脉冲型常见噪声，是处理化学谱图信号的有力工具。     

钛基氧化物电极的分形维数和电催化性能

分形几何学是近十几年来发展起来的新的数学理论,它对研究自然科学中的不规则几何行为具有独特的优势,尤其对材料的表面结构与性能研究有着重要的理论和实际意义。多相催化反应的一个显著特征就是在整个反应的一个显著特征就是在整个反应过程中都存在着反应界面,而界面的结构性质对反应过程有重要的影响。十几年前,有关这类界面的研究几乎都基于欧氏几何模型,在简单情况下视之为平面,在较复杂的情况下视之为曲面,即总是把表面视为二维面,但在很多情况下,这种做法与实际情况并不相符,例如,催化剂是多孔的,表面极不规则,存在各种晶体缺陷,而这些缺陷一般又是活性中心的集中处,面对这类粗糙的表面,经典的夫整几何学已显得无能为力,近年来,由Mandelbrot建立起来的分形几何学给人们解决诸多粗糙表面的复杂问题提供了新的途径和思路,本文计算了几种电极材料的表面分形维数,并对其催化性能进行了讨论。     

煤燃烧过程中表面形态变化规律的研究

以分形几何为理论工具,采用低温氮气吸附法,对四种煤在低温燃烧过程中表面形态变化作了考察。通过对原煤及燃烧过程中煤焦表面分维的测定,结合实验中所测得的比表面积,分析得到了煤燃烧过程中表面结构的变化历程,揭示出此种气因多相瓜在具有分形动力学的行为特征。     

煤燃烧过程中表面结构变化的SEM图像分析

介绍了SEM图像分析的多种方法,并讨论了各自的描述能力,利用这些方法分析煤在燃烧各阶段SEM图像,通过研究得到煤在燃烧过程中表面分形维数的变化规律,同时可获得表面孔的某些参数变化历程。分析表明,淮南低变质煤在850℃燃烧过程中,煤焦颗粒表面的分维数有一个先变低后变高的过程,煤焦表面分维数在2.2至2.5区间内变化;同时孔径分布由近双曲线分布变化为近正态分布,孔油加权平均形状因子增加,在研究过程中发现,不同的计算方法会对图像的分形维数值产生影响,确定合适的计算方法是分形理论在煤燃烧领域中应用的关键。通过比较发现Xie法较为适合计算煤焦表面SEM图像。     

分散剂分子结构特征对煤浆流变特性的影响

系统考察了具有不同分子结构特片系列分散剂对高浓度煤浆性质的影响。发现煤的成浆性、浆体的流变特性和稳定化作用与分散剂的分子结构特征密切相关。就本研究所涉及的分散剂种类和煤种而言，分散剂单体结构中多核芳烃结构所占比例较小时易于使浆体呈屈服假塑性，相反，则使浆体呈屈服胀塑性。分散剂单体的侧链结构对煤成浆性和浆体流变性的影响不很突出，而分散剂的第二单体结构的影响却非常显著。结果还同时表明，分散剂的高分散性能是导致浆体呈屈服胀塑性流体和弱化浆体稳定化作用的重要因素。     

甲醇处理煤的微孔性质及反应性研究

在低于临界温度下,用甲醇处理了三种不同变质程度的煤,以研究其比表面积及微孔容积等表面特性的变化。结果表明,用甲醇处理后煤的微孔性质发生了较大变化,其变化的大小顺序是:沈北褐煤>大同烟煤>晋城无烟煤。随甲醇处理温度或干馏温度升高,煤及半焦的孔径均向小的方向偏移。煤的平均孔径为8.2—8.6A;半焦的平均孔径为6.3—7.5A。煤经甲醇处理后其半焦的反应性均比未处理的高。     

煤颗粒燃烧的孔隙特性研究

以实验为基础,系统研究了典型煤种燃烧时的颗粒孔隙过程。采用低温吸附法和电子显微图像计算机法测量了煤燃烧过程中的颗粒孔隙,获得了颗粒孔径分布和孔形分布等孔隙特性,建立了煤颗粒燃烧的微孔效应和亚微孔效应理论。     

煤的孔结构特征对水煤浆性质的影响

本文选用１７种不同变质程度的中国煤，详细研究了煤孔结构特征对煤浆性质的影响。发现煤孔体积通过影响煤在分散体系中的吸水性，从而影响煤之成浆性。但由于不同变质程度煤表面亲水性的显著差异，煤孔体积在影响煤成浆性的能力方面差别很大，这使得煤吸水性和浆体最高煤浓度与煤孔体积并不存在直接的相关性，而是取决于煤孔体积Ｖ和以煤－水接触角（θ）的余弦值表示的煤表面亲水性因子的乘积，即煤之有效孔体积：Ｖ×ｃｏｓ（θ／     

超细煤粉的物理特性及其对燃烧性能的影响

采用英国Ｍａｌｖｅｍ公司的马尔文粒度仪,美国Ｍｉｃｍｍｅｒｉｔｉｃｓ公司的ＡＳＡ２０００型比表面及孔径分布分析仪,对合山 煤的各４种没粒径的细化与超细化煤样进行了试验研究。结果表明,通过煤偻的细化、超细化煤粉颗粒的比表面积、孔隙容积与空隙面积显著的提高,对其燃烧过程带来有益的影响。煤中无水无灰基元素碳含理越高则其比表面积、孔只与空隙面积受颗粒粒度的影响也就越大。     

煅烧煤系高岭土粒度分布的分形特征

通过分析煤系高岭土及其煅烧产物的粒度,得出：煤系高岭土的粒度分布具有分形规律,同时发现煤系高岭土的普度变化包括膨胀阶段和收缩阶段,并且与高岭土的结构变化相关,计算不同煅烧温度的煅烧产物的粒度分布分维数,并得出分维数与煅烧的关系曲线,由此关系曲线可较容易地确定出煤系高岭土的煅烧温度。     

溶剂萃取对烟煤孔隙结构和粒度的影响

用二硫化碳-N-甲基-2-吡咯烷酮（CS2-NMP）(1∶1, V/V) 混合溶剂、丙酮和吡啶对南桐烟煤逐级萃取，得到各级残余物。通过比表面积及孔快速测试仪和扫描电镜，对煤及各萃取残余物的氮气吸附行为、粒度进行测试，考察了溶剂萃取对煤的BET比表面积与BJH孔容、孔面积随孔径分布规律以及粒度的影响。结果表明通过“溶解”小分子物质，溶剂萃取能够有效地改善煤的吸附性、比表面积和孔隙结构，降低其粒度，但不能破坏其基本结构单元，在本质上仍属于物理作用。根据最可几孔径计算出南桐烟煤胶态分子团结构模型中基本结构单元的粒径在3.5 nm左右，证实了煤分子胶态团结构模型的假设。     

催化剂表面分形结构对催化反应的影响

用溶胶－凝胶方法制备了ＳｉＯ２并以其及另一种ＳｉＯ２气凝胶作载体,用浸渍法制备了两种铑基催化剂。以ｎ－Ｃ５～Ｃ８烷烃为探针分子,测得两种催化剂的表面分形维数Ｄ分别为３和２。在两种催化剂上,ＣＯ加氢和丙烷氢解反应的选择性没有显著差别,但在Ｄ＝２的催化剂上,ＣＯ加氢和丙烷氢解反应的速度显著高于Ｄ＝３的催化剂     

煤焦外表面分形维数在燃烧过程中的变化

煤燃烧的化学反应及其物质输运过程均具有非线性动力特征，燃烧过程是孔洞分形体的变化过程，其外表面结构的变化部分的反映出颗粒内部孔结构的变化过程，本文利用分形理论及其相关的图像处理方法对不同煤种，不同燃烧阶段煤焦外表面结构的SEM图像进行研究，研究结果表明，XIE法较适合计算煤焦表面分形维数，在燃烧过程中煤焦的外表面分形数呈现两种变化趋势，通过最小二乘法多项式拟合确定煤焦外表面分形维数与燃尽率之间的关系式，并得到不同煤种的方程参数。