Structural changes concurrent with ferromagnetic transition

Ferromagnetic transition has generally been considered to involve only an ordering of magnetic moment with no change in the host crystal structure or symmetry, as evidenced by a wealth of crystal structure data from conventional X-ray diffractometry (XRD). However, the existence of magnetostriction in all known ferromagnetic systems indicates that the magnetic moment is coupled to the crystal lattice; hence there is a possibility that magnetic ordering may cause a change in crystal structure. With the development of high-resolution synchrotron XRD, more and more magnetic transitions have been found to be accompanied by simultaneous structural changes. In this article, we review our recent progress in understand- ing the structural change at a ferromagnetic transition, including synchrotron XRD evidence of structural changes at the ferromagnetic transition, a phenomenological theory of crystal structure changes accompanying ferromagnetic transitions, new insight into magnetic morphotropic phase boundaries (MPB) and so on. Two intriguing implications of non-centric symmetry in the ferromagnetic phase and the first-order nature of ferromagnetic transition are also discussed here. In short, this review is intended to give a self-consistent and logical account of structural change occurring simultaneously with a ferromagnetic transition, which may provide new insight for developing highly magneto-responsive materials.     

水平轴风力机尾流扩散特性的数值研究

本文采用Fluent软件对半径0.7 m,翼型NACA4415的水平轴风力机的三维非定常尾迹流场进行了大涡模拟(LES)计算,计算结果表明:轴向速度分布相对于尾迹中心不对称,同一风速下,在靠近叶根圆周区域,距离风力机旋转平面2R处风力机轴向速度达到最小,由2R~3R区域逐渐过渡,然后增大最终恢复周围环境速度;而在靠近叶尖的圆周区域,在距风轮旋转平面1R处达到最小值,由1R~2R区域逐渐过渡,最终达到周围环境速度;中心涡对尾流影响的长度要大于叶尖涡对尾流长度的影响。尾流区不仅存在叶尖涡和中心涡,还存在叶片尾缘涡;低风速对尾流长度的影响要小于高风速。     

微量Co修饰的碳载超细Pt纳米粒子的制备及其在燃料电池氧还原催化中的应用

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有清洁、高效等优点,是一种理想的汽车动力电源.然而,由于其阴极氧还原反应(ORR)速率缓慢,需要使用大量的Pt基催化剂,导致燃料电池成本居高不下,严重制约了PEMFC的商业化发展.将Pt与过渡金属Fe, Co, Ni等形成合金,对表面Pt原子的几何结构和电子结构进行调变,可以有效提高催化剂的活性,实现Pt用量和燃料电池成本的降低.但是目前合金催化剂多采用溶剂热、浸渍-高温退火等制备方法,使用有毒有害试剂和难清洗的表面活性剂,且过程复杂、能耗高,不利于大规模化生产.此外,合金中过渡金属占比高,在燃料电池工况下,大量过渡金属溶解,加速了膜的降解,导致实际PEMFC性能的降低.对此,我们探索了一种简便有效的方法制备高活性、高稳定性的碳载Pt-Co催化剂.在没有添加表面活性剂的情况下,采用硼氢化钠辅助乙二醇还原法合成了具有超小尺寸和均匀分布的Pt-Co纳米颗粒,后续酸刻蚀处理去除不稳定的Co原子,重组双金属纳米颗粒的表面结构形成富Pt壳层,进一步提高了催化剂的活性和稳定性.通过电感耦合等离子体、X射线粉末衍射、透射电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、高角环形暗场-扫描透射-元素分布及光电子能谱等物理表征证实了微量Co改性的碳载超细铂合金纳米颗粒的组成和结构.进一步对催化剂进行旋转圆盘电极和单电池测试,结果表明, Pt_(36)Co/C具有明显高于商业化Pt/C的有效电化学活性面积和电池性能.此外,加速衰减测试和衰减前后的电镜图片表明, Pt_(36)Co/C催化剂的稳定性相较于Pt/C亦有所增强.分析Pt-Co/C催化性能提高的原因,主要归于以下三点:(1)催化剂纳米颗粒在载体上分布均匀,且具有超小的粒径尺寸,提供了大量的三相反应界面位点;(2)双金属配体和电子效应的协同作用,降低了氧化物质在催化表面的吸附能力,加速了ORR的电催化动力学;(3)酸蚀刻导致的不稳定Co的溶解及催化剂表面结构的重排,形成了富Pt壳层结构,有利于提高催化剂的稳定性.这种简单有效的合金制备方法可以在电催化领域推广使用.     

CO_2熔盐电化学转化碳材料的电化学特性

基于对熔融碳酸盐体系中电化学还原CO_2所得碳材料(electrolytic-carbon,EC)的形貌、结构、组成的认识,以粉末微电极循环伏安法测试为基础,在稀溶液中对EC的本征电化学行为进行了考察,以揭示这类碳材料的界面电化学特性。实验发现,在典型条件(450°C、4.5 V槽压)下制备的电解碳(450°C-4.5 V-EC)的伏安行为有别于多壁碳纳米管、石墨烯、石墨、乙炔黑等常见碳材料,在负电位区表现出显著的"双电层充放电响应迟滞"现象。通过考察溶液pH值、电位扫描速率、阴阳离子种类对这一现象的影响,发现pH和电解液组成都不影响这一现象的出现;电解液浓度提高和低扫描速率时滞后现象减弱,表明迟滞充放电是这类碳材料的本征特性,与其表面含氧官能团及其对阳离子的特性吸附密切相关。实验进一步研究了不同电解条件下制备的EC所展现的电化学特性吸附及电容性质,发现随着熔盐温度的升高,EC对电解液中阳离子的特性吸附能力降低,而相同温度不同槽压下制备的EC特性吸附能力相近,表现出相似的电容特性,这与EC的含氧量和比表面积有关。电解碳所展现的独特电容特性对其潜在的应用或可提供有价值的线索和指导。     

“巴斯夫(R)小小化学家”活动对我国中学化学实验教学的启示

通过对“巴斯夫”及“巴斯夫®小小化学家”在中国开展情况的介绍,结合部分经典实验案例发现可以通过借助主题探究,发展深度学习能力;设计微型实验,感知绿色化学理念;加强学科融合,推进创新思维培养;关注化学启蒙,落实实验进阶教学;利用社会资源,不拘一格造就人才等方式提高中学生的化学核心素养。     

风力机叶尖加小翼动力放大特性实验研究

本文在风力机的叶尖上通过添加V型平板小翼实验,提高了风力机的输出功率.在风洞实验研究中,进行了不同长度和宽度,不同前张角和后张角小翼的探索.实验表明小翼对风力机在一定尖速比λ范围内可以提高功率系数cp值.     

四频差动激光陀螺工作点的选择

当四频差动激光陀螺工作于增益曲线上左、右旋陀螺比例因子相等位置时,误差因素在拍频的差动中得到较好的抵消,因而具有较优的性能。为了从实验上寻找该最佳工作点,对四频差动激光陀螺拍频表达式进行了分析,发现静态下和频的电压扫描曲线呈抛物线变化,而且当左、右旋陀螺比例因子相等时,和频的电压扫描曲线处于转折点。设计了实验通过和频电压扫描曲线得到了理论最佳工作点,在不同工作点下对陀螺进行测试,根据其零偏稳定性随工作点的变化趋势,得到了实测最佳工作点。对某型5个陀螺的多次实验表明,由和频电压扫描曲线得到的理论最佳工作点与实测最佳工作点基本一致,最大误差2Hz。该方法可作为四频陀螺选择最佳工作点的参考方法。     

直接解调方法在嫦娥一号卫星X射线谱仪地面验证实验数据分析中的应用

"嫦娥一号"卫星是我国的第一颗月球探测卫星,运行轨道高度为200 km,预计工作寿命为一年,其上配备的X射线成像谱仪具备了对月表进行X射线探测、成像和对太阳X射线进行监测的功能.该X射线谱仪由两个全同的探测器阵列组成,其中,为了实现对月表主要化学元素分布及其含量进行探测的科学目标,在每个探测器阵列还配备了2个低能探测器单元.这4路低能探测器单元的面积为25 mm2,采用的都是厚度为500 μm,具有优良探测性能的Si-PIN探测器,其探测能区为1～10 keV,能量分辨率为～5%@5.9 kev.文章主要介绍了嫦娥一号卫星X射线谱仪的地面验证实验,并且根据X射线谱仪的能量响应矩阵,利用直接解调方法和基本参数法对X射线谱仪地面验证实验中的探测数据,特别是对盲测样品中的Mg,Al,Si等元素进行了定性和定量分析.     

核心素养视域下“探究音调的影响因素”教学研究

根据中国古代传统乐器编钟的形制和发声原理,自制一种音调探究仪,并运用DIS实验进行科学探究的教学活动设计,发挥信息技术的实验数据采集和可视化功能,让学生获得具体定量的探究活动体验,激发学生探究兴趣,研究音调的影响因素,培养科学思维和实验探究能力,同时,让学生认识编钟的声学机理和中国古代声乐文化.