具有增强电荷转移驱动的磺酸基功能化g-C3N4光催化剂的设计合成及应用

随着全球环境问题日益严重以及能源需求的不断增长,人们对高效环境修复与能源转换技术的需求日益增强.以半导体材料为光催化剂,可将可再生的太阳能转化为化学能,有望成为解决人类面临的能源和环境问题的有效途径.其中,开发高效稳定的光催化剂是该技术得以实际应用的关键.近几十年,研究人员开发出多种半导体材料并应用于光催化研究.其中,具有可见光响应的有机非金属光催化剂石墨相氮化碳(g-C₃N₄)因其稳定的分子结构,较小的禁带宽度(~2.7 e V)以及合适的能带结构而备受关注.然而,与大多数半导体光催化剂相似,由于传统g-C₃N₄上的光生电子和空穴极易复合,表面催化活性位点较少,可见光响应范围较窄,使得其催化效率不高.基于g-C₃N₄独特的有机分子结构,通过引入功能化的特定基团以优化g-C₃N₄的电子能带结构,促进载流子传输,拓展可见光响应范围,是提高其光催化效率的有效途径.已有研究表明,在各种功能化官能团中,具有强电负性的含氧基团对g-C₃N₄的Melon单元优化是非常有效的.因此,本文通过g-C₃N₄与氨基磺酸间的简单固相热反应成功合成了磺酸基功能化的g-C₃N₄纳米片(SACN),并实现了同步增强的相互作用.根据固体强酸特性,氨基磺酸可以在热处理的辅助下对g-C₃N₄进行酸刻蚀,从而增加其比表面积以及表面催化活性位点.更重要的是,理论计算与实验表征结果表明,磺酸基团的吸电子诱导效应所产生的电荷驱动力可极大改善g-C₃N₄的电荷转移动力学,有效抑制了它们的再结合.此外,吸电子诱导效应还可促进g-C₃N₄的局域电子再分布,进而降低g-C₃N₄的导带电位,增强光诱导电子的还原能力.光催化性能测试结果表明,SACN-400样品(前驱体中氨基磺酸加入量为400 mg)在光催化分解水制备氢气以及光降解传统污染物领域展现出较好的性能,其在入射光波长为420±15 nm时的产氢表观量子效率为11.03%.综上,本文为设计合成具有较高产氢性能以及污染物降解效率的石墨相氮化碳基光催化剂提供了一种简便有效的策略.     

爆炸加载下混凝土表面的裂纹扩展

为深入研究内爆加载下岩土类材料的破坏机理,提出了一种新的爆炸裂纹检测算法,采用数字图像相关方法测量表面位移场和应变场,建立了裂纹扩展和扩张模型,并通过混凝土内爆试验观测裂纹扩展过程,研究了裂纹长度扩展与宽度扩张规律。结果表明,裂纹长度扩展是应力波和爆生气体共同作用的结果,裂纹最大扩展速度为225.95 m/s,平均速度为122.27 m/s,裂纹总长159.92 mm,长度扩展止于1.75 ms;裂纹的张开由气体主导,最大宽度1.59 mm,作用时间长达4.5 ms;拉应变集中区先于裂纹出现,其形状决定了裂纹的走向和趋势,爆炸加载下断裂过程区长度为骨料粒径的8～9倍。     

共蒸发三步法制备CIGS薄膜的相变过程

本文采用共蒸发三步法沉积Cu(In,Ga) Se2 (CIGS)薄膜,其中关于Cu化合物的相转变过程是制约吸收层质量的关键.本文详细研究了三步法工艺中吸收层由贫Cu薄膜向富Cu薄膜转变的相变过程,通过X射线衍射仪(XRD)、X射线荧光光谱仪(XRF)及扫描电镜(SEM)结合的方法总结出三步法工艺的相变过程.     

混凝土断裂过程的力学模型与数值模拟

混凝土是一种典型的非均匀准脆性材料,其断裂过程是非常复杂的.评述了混凝土断裂以及断裂过程研究的进展状况,主要总结了一些研究混凝土断裂的宏观力学方法和模型,介绍了从混凝土的细观层次出发模拟其断裂过程的数值模型.最后,简单介绍了作者用细观数值方法模拟混凝土宏观断裂过程的研究成果.      

径向轴承启动过程瞬态热效应的研究

联立求解广义雷诺方程、油膜瞬态三维能量方程、轴瓦瞬态三维固体热传导方程及轴颈的运动方程，并考虑粘度和密度随温度及压力的变化，在油膜与轴瓦界面使用热流连续性边界条件，确定了在承受稳态载荷时圆轴承在启动过程中的温度变化情况．介绍了一种有效的用于求解轴承瞬态性能的改进Newton—Raphson算法．结果表明：整个系统达到热平衡的时间与启动加速度的大小无关；启动加速度越高，温度升高越快；在启动过程中，油膜最高温度出现的位置沿膜厚方向而变化．同有关试验结果的对比证实所建模型和所用算法正确可行．     

On damping coefficient due to phase transformation

The damping coefficient of capillary waves due to the evaporation-condensation process at the interface of the two phases of a fluid is evaluated. To highlight the mechanism of the effect of heat and mass transfer across the interface between regions of liquid and vapor, potential flow of incompressible fluids are assumed. Thus other mechanisms of damping are neglected. To fascilitate the analysis, the method of multiple-scale is employed in the analysis, even though the problem is linear.     

水岩耦合变形破坏过程及机理研究进展

坝址水力劈裂、煤矿和隧道突水以及水力压裂工程都是岩体损伤演化积累诱发破坏 (灾变) 的过程,然而能否正确认识和评价这些过程取决于人们对水岩耦合变形破坏过程和机理的研究程度. 阐述了岩石渗流 --变形 --破坏特性及机理研究的进程, 侧重于物理实验成果. 综述了水岩耦合变形破坏过程分析模型和数值计算, 特别是有限单元法处理裂纹的思路, 并介绍了作者课题组近年来所取得的一些代表性成果. 给出了当前理论 (数值) 研究中所面临的几个具体问题和挑战, 并对今后研究工作进行了力所能及的展望.      

不同围压作用下非均匀岩石水压致裂过程的数值模拟

从岩石细观非均匀性的特点出发，提出一个描述非均匀材料渗流和破裂相互作用的数值模型。在这个数值模型中，单元的力学、水力学性质根据统计分布而变化，以体现材料的随机不均质性，材料在开裂破坏过程中流体压力传递通过单元渗流，损伤耦合迭代来实现。算例表明，该模型能较好地模拟出岩石类材料在水力压裂作用下，微结构非均匀分布和不同围压比对破裂模式、失稳压力的影响，非均匀性导致试件的开裂压力、失稳压力明显不同，裂纹扩展路径不规则发展，模拟结果和实验结果较为一致。     

浮筏的主动吸振控制实验研究

浮筏在低频减振方面存在较大不足,而这恰是主动减振的优势.将两者相结合,研究了浮筏的主动吸振控制问题.研制了一种主动吸振器,建立了以DSP F2812为核心的控制系统;提出了符号LMS算法,与广泛使用的滤波x-LMS等算法相比,该算法不需要精确的模型信息;在此基础上设计了自适应前馈主动吸振控制律,并在浮筏实验平台上进行主动吸振控制实验.实验结果表明,通过主动吸振控制,浮筏的低频减振能力得到了显著的改善.     

随机过程的概率密度函数估计

从概率密度演化理论的基本思想出发,发展了随机过程一维概率密度函数估计的新方法。以独立获取的各随机过程样本作为随机过程的代表性时程,通过求解广义密度演化方程,获得了随机过程的一维概率密度函数及其均值与标准差过程。以脉动风速随机过程的统计为例,进行了风速时程的概率密度函数估计,为认识随机过程的概率结构提供了新的可能。