工科学校本科生科研训练与实践——以节能减排大赛为例

科研训练是本科生学习中必不可少的一个环节,在提升学生知识运用、科学素养等方面有着重要作用。本文将以"大学生节能减排大赛"的参赛过程为例,从学生的视角简要介绍高分子材料与工程专业本科生的科研训练,以及如何结合学科以及学校特色,将所学知识用于解决实际问题。     

红外光谱在线监控对二苯脲合成反应进程的研究

利用ReactIRTM4000实验室在线红外分析系统对脲和苯胺合成二苯脲反应进行在线监控,通过监测反应物脲(1 420 cm-1)和苯胺(1 270 cm-1)、中间产物苯基脲(1 339 cm-1)及产物二苯脲(1 312 cm-1)特征峰的变化,推断出反应体系中各组分浓度的变化,从而清楚地了解了该反应的进程。研究的结果证明脲和苯胺合成二苯脲的过程是脲和苯胺先生成中间产物苯基脲,苯基脲再和苯胺生成二苯脲。结果表明在线红外分析能够快速、简便、准确地确定出反应的最佳时间,从而达到对合成反应的进程进行控制的目的。     

苯氨基甲酸甲酯分解催化剂Bi-Zn复合氧化物的制备及其催化性能

采用共沉淀法制备了一系列Bi-Zn复合氧化物催化剂并将其用于催化苯氨基甲酸甲酯(MPC)分解制备苯基异氰酸酯(PI).用热重、X射线衍射和傅里叶变换红外光谱考察了Bi/Zn摩尔比和焙烧温度对催化剂物相结构和表面性质的影响.结果表明,Zn的加入使Bi_2O_3由α晶相转变为活性更高的β晶相,500℃焙烧时Bi-Zn前驱体分解较为完全,析出Bi_2O_3粒子的同时伴生较多Bi_(7.65)Zn_(0.35)O_(11.83)晶相.在Bi/Zn摩尔比为2/1,焙烧温度为500℃条件下制得的催化剂活性最高,此时MPC转化率为86.O%,PI选择性为91.7%,优于单独使用Bi_2O_3时的催化性能.     

直接优化法同时反演声波方程的两个系数

本文在时域范围内考虑一个层状半无限空间的声波方程两个系数同时反演的问题。通过构造一个偏差的平方和形式的目标泛函,声波方程系数的反演问题可以转化为一个由双曲型偏微分方程控制的优化问题。在本文中,一种直接优化的技术被用来解这个优化问题。通过寻找目标泛函的极小点,声波方程的两个系数可以方便地得到同时反演。由于直接优化法只使用了目标泛函的函数值而不用它的梯度信息,因此这种算法具有稳定、精确的优点。文中同时还给出了这种算法的稳定性定理以及数值解的例子。从数值解的情况上看,这种直接优化法反演声波方程系数的结果是令人满意的。     

平行风风速对腔体复合热损失特性影响的数值模拟

在恒热流边界条件和不同平行风风速下,考虑通过保温层和腔体壁面的导热热损失,采用三维数值模拟方法对一侧全开的圆柱形腔体复合对流和辐射热损失特性进行研究。结果表明:平行风下,腔体内的温度分布和开口面速度分布都与无风时存在很大差异;随着风速的增大,对流热损失平均努塞尔数Nu_c单调递增,而辐射热损失平均努塞尔数Nu_r并不单调递减,且风速越大,变化越不明显;随着腔体倾角的增大,同一风速下Nu_c和Nu_r并不像无风时那样单调变化。     

聚肽胶束的超分子反应:聚合、环化及活性生长

聚合物自组装是制备纳米材料的有效途径.自组装纳米材料在药物载体、高性能材料、生物结构模型等领域具有重要的应用价值.近年来,在聚合物分子自组装研究的基础上,研究者们发展了聚合物纳米粒子的自组装研究,并取得了很大进步.聚合物纳米粒子的组装一般可称为超分子反应.以聚肽胶束为组装基元的超分子反应研究得到了很多关注,取得了一系列进展.本文以本课题组的工作为主,总结归纳了近年来在聚肽胶束自组装(超分子反应)研究方面的进展,主要包括超分子聚合、环化和活性生长.文中着重强调了理论模拟在探究胶束超分子反应中的作用.最后,本文展望了该研究领域的发展方向,并指出所面临的机遇和挑战.     

带跳的Gauss积分过程幂变差的渐近行为

研究了Xt=∫t0φsdGs+ξt已实现幂变差的渐近理论,其中G为平稳增量Gauss过程,φ为随机过程,ξ为与G独立的非Gauss Lévy过程,而积分为按路径Riemann-Stietjes积分.给出了经适当规范化后已实现幂变差的概率极限定理以及相应的中心极限定理,这些结果将为处理长期记忆跳过程的统计问题提供理论基础.     

An Anti-Control Scheme for Spiral under Lorenz Chaotic Signals

The Fitzhugh-Nagumo (FHN) equation is used to generate spiral and spatiotemporal chaos. The weak Lorenz chaotic signal is imposed on the system locally and globally. It is found that for the right chaotic driving signal,spiral and spatiotemporal chaos can be suppressed. The simulation results also show that this anti-control scheme is effective so that the system emerges into the stable states quickly after a short duration of chaotic driving (about 50 time units) and the continuous driving keeps the system in a homogeneous state.     

Evolution of Spiral Waves under Modulated Electric Fields

Spirals generated from the excitable media within the Barkley model is investigated under the gradient electric fields by a numerical simulation. The spiral drift and spiral break up are observed when the amplitude of the electric fields is modulated by a constant signal or a chaotic signal. It is also verified that, even in the presence of the white noise, the whole system can reach homogeneous states after the spiral breakup, by using an adaptive strategy.     

国内外碳酸二甲酯酯交换反应催化剂研究进展

碳酸二甲酯（DMC）是一种重要的有机合成原料及中间体，DMC带有-CO、-COOCH3和CH3基团，可进行羰基化、甲基化、甲氧基化和羧甲基化反应，取代传统使用的有毒原料光气、硫酸二甲酯和甲基氯等。因此，1992年DMC在欧洲被登记为绿色无毒化学品，DMC可替代光气合成聚碳酸酯、碳酸二苯酯、异氰酸酯（TDI、MDI、HDI、IPPI）及烯丙基二甘醇碳酸酯（ADC）；也可用于合成氨基甲酸酯类农药（西维因）、苯甲醚、甲基芳胺等；此外，DMC具有高的含氧量（53．3％），可以用做汽油添加剂，能有效提高汽油的辛烷值；还具有与其它溶剂相溶性好，蒸发速度快的特点，适于在特种油漆、药物制造行业使用。因此，碳酸二甲酯是一种有广阔发展前景的化学品。