数据科学范式下的钙钛矿结构铁电新材料研究

 材料基因组计划倡导预测式新材料研发理念，推进高通量数据生产和利用技术，关注材料全生命周期价值。因此，材料基因组计划的执行需要在材料科学系统工程的框架下，集成统一计算、实验和理论等研究方法，以数据科学新范式为牵引、协同运用实验观测、理论建模和计算仿真研究范式，最终建立相关材料体系的性能与材料基因（原子系统的组成与结构）、工艺参数与使役条件之间的量化关系和数据库，实现新材料的按需设计和应用。本文在简单探讨科学研究范式、材料基因组计划和材料科学系统工程基本概念和方法的基础上，以钙钛矿结构氧化物铁电压电材料研究为例，探讨了数据科学范式下的新材料研究实践。结果表明，数据挖掘驱动的新材料设计确实可以降低探索时间和实验任务，加快新材料的发现和应用进程。     

复掺配合比对自密实高流态混凝土性能影响

为了优化自密实高流态混凝土配合比,提高混凝土工作和力学性能,分别以胶凝材料、砂率和外加剂组分为关键变量,采用单一控制变量法,通过改变材料组分掺合量探究对自密实高流态混凝土性能影响.结果 表明:当胶凝材料在500～530kg/m3时,有较高流动性;超过530kg/m3时,间隙通过性效果好;低于530kg/m3时,可降低离析率.砂率为48％～50％时,拌合物流动性、间隙通过性较稳定,继续增大,抗离析性效果欠佳.当外加剂增大,流动性增加而抗离析性降低,外加剂为1.0％～1.2％时,对间隙通过性影响较小,与流动性、抗离析性较统一.随胶凝材料、砂率和外加剂各自增大,胶凝材料对3d、7d和28d抗压强度均有影响,砂率对3d抗压强度影响显著,外加剂对28d抗压强度影响明显.     

基于功能化的纳米锐钛矿TiO2膜修饰电极的乌药醚内酯电化学传感器及其应用研究

将功能化的纳米锐钛矿TiO_2(介笼结构)修饰电极作为乌药醚内酯电化学传感器的氧化还原探针,实现电化学方法检测乌药醚内酯。实验优化了电极修饰液用量、支持电解质和仪器参数等条件。在最优化的条件下,乌药醚内酯的线性范围为0.1～20μg/mL,检测限为0.058μg/m L。将所建立的电化学新方法应用于乌药中乌药醚内酯类的含量测定及药材真伪的鉴定,测得其平均含量为0.303 mg/g,并实现乌药与其伪品荆三棱药材的快速鉴别。     

石墨烯/Cu-MOF锂电池负极材料的制备及电化学性能研究

金属有机骨架化合物是一种由金属离子与有机配体通过配位键或共价键合成的新型的电极材料。然而,其低的电子导电率和严重的不可逆锂存储制约了该材料在锂电池领域的实际应用。石墨烯具有一系列独特属性,如高的导电率、高表面积、化学稳定性，机械强度和柔韧性,多孔结构。通常用来掺杂在电极材料中以提高循环性能和增加电池的容量。在本实验中,我们研究了Cu-MOF掺杂石墨烯(Cu-MOF/RGO)作为锂电负极材料的电化学性能。结果表明,在充放电电流密度为50 mA g-1时，充放电循环50次后，材料的放电比容量可达到520 mAh g-1。同时该材料也显示出较好的倍率性能和较高的库仑效率。由此可以看出Cu-MOF/RGO是一种具有前景的锂离子电池负极材料。     

植入式硅神经微电极的发展

 神经科学和神经工程研究需要研究大脑神经元的电活动情况，以了解大脑产生、传输和处理信息的机制。植入式神经微电极作为一种传感器件，是时间分辨率最高的神经电活动传感手段之一。介绍了国内外几种主要的植入式硅基神经微电极的结构特点、制备方法和性能特点。分析表明，未来通过不断结构优化和改性修饰，特别是在高通量的神经记录方面，通过与同样基于硅材料的电路的集成，硅神经微电极能够进一步提高生物相容性，解决大规模的电极通道体内外传输与连接问题，实现对神经元的在体大规模长时间记录。     

移动荷载作用下结构弹塑性安定分析方法及其应用研究

为了研究移动荷载作用下结构的安定性问题,以Melan静力型安定定理为基础,通过构造满足静力平衡条件的最佳残余应力场,并求解移动荷载作用下结构中的真实弹性应力场,发展了一种弹塑性安定性计算方法.该方法摆脱了传统安定性分析方法中的数学规划运算,解决了计算中维数障碍的问题.通过与前人研究结果对比,说明本方法的正确性.基于此方法,研究了列车荷载直接作用下路基的静力安定极限的第一类上限kI和静力安定极限kSD,进行轮载间距L和铁轨间距B对路基安定极限的敏感性分析,发现当轮载间距L和铁轨间距B大于等于10a时,轮载间距L和铁轨间距B对路基安定极限不再产生影响;通过分析材料泊松比v和内摩擦角φ对安定极限的影响,表明安定极限随着路基泊松比的增大略有减小,但随着内摩擦角的增大而有明显增加;并提出了一种基于安定极限荷载包络图的路基安定性评价方法和设计方法,据此可对铁路路基进行设计指导和安全性评价.     

采空区覆岩运动规律相似材料模拟试验研究

以山东某矿的煤层开采为研究背景,为研究其采空区上覆岩层的垮落形态及沉降变形,结合实际岩层的物理力学性质,设计相似材料模拟试验,描述试验模型采空区上覆岩层的垮落和破坏特征,并通过布置下沉测点来观测其覆岩的沉降变形,最后利用flac3d建立数值模型加以校验,结果表明:采空区上覆岩层在煤岩开采后,形成"三带"结构,自下而上分别为冒落带,裂隙带和弯曲下沉带;试验模型采空区上覆测点的下沉曲线呈近似对称的凹曲线,这与数值模拟结果相一致;相似材料模拟试验和数值模拟都能够较好反映采空区覆岩下沉变形规律;试验结果与数值模拟结果合理有效,可以为研究覆岩沉降相关问题提供试验参考。     

大尺寸工程模型试验中的相似材料配比试验研究

大型物理模型试验是研究复杂工程问题的重要方法，如何快速、准确地确定相似材料配比是试验中至关重要的一环.为降低试验成本、简化试验步骤、充分调用原料性能，采用河砂、水泥和石膏这三种最普通的原料，以骨胶比(河砂与水泥石膏的质量比)和水膏比(水泥与石膏的质量比)为变量，进行了45组对比试验，对相似材料的物理及动、静力学参数进行了研究.获得了以河砂、水泥和石膏为原料配制的相似材料各物理量的变化区间；探讨了骨胶比和水膏比对相似材料各物理量的控制作用，并对比了其敏感性；基于多元线性回归分析建立了各因素与物理量间的定量关系，得到的拟合公式能较好地描述相似材料的性质.     

电化学聚合聚苯胺修饰电极对微生物燃料电池产电性能的影响研究

微生物燃料电池(MFC)作为一种新能源,符合人们绿色环保、可持续发展的发展理念,在MFC中,阳极材料与菌体之间的电子传递情况是制约其性能提升的主要因素.本文主要探索了方便快捷的电化学方法所得到的聚苯胺修饰阳极碳毡电极对MFC产电性能的影响情况.通过扫描电镜可以观察到阳极碳毡电极表面形成了具有一定形态的聚合物.对MFC的电压数据进行分析,表明修饰聚苯胺的碳毡电极最大输出电压可达到(330±5) mV,比对照组的空白碳毡电极提高了365%;且其最大功率密度达到了(425±5) mW·m~(-2),是对照组的6倍.实验结果表明:电化学聚苯胺修饰电极可有效利用聚苯胺导电性好、生物相容性高的优点提高MFC的产电性能.