圆柱形共振腔中存在人工孔隙岩样的共振声谱实验测量

在以前共振声谱实验工作基础上, 对 10 块中高孔隙度(22%~30%)的饱和人工岩样分别在圆柱形共振腔体形成的低阶模式共振声谱进行了实验测量, 并研究了岩心孔隙度对共振声谱的影响. 实验结果表明, 岩样位置由谐振腔顶部变化到中部, 共振频率逐渐增大, 共振幅度逐渐降低. 在谐振腔中部, 共振频率增至到最大而共振幅度减至最小; 随着孔隙度增加, 共振频率降低, 共振幅度减小, 衰减增大.另外, 利用体积平均模型, 对圆柱形谐振腔中具有岩石样品的共振频率进行了理论分析和数值模拟, 理论结果表明, 随着岩样位置由谐振腔的顶部变化到中部, 共振频率逐渐增大且在中部时最大; 岩样孔隙对共振频率有影响, 在谐振腔中部共振频率随着孔隙度的增大而减少. 以上结论已被理论和实验结果所证实. 为利用低阶模式共振声谱法检测岩石样品的孔隙和裂缝特征提供了理论和实验依据.     

磁共振弹性图中压电陶瓷驱动的横波成像

磁共振弹性图成像(magnetic resonance elastography, MRE)是一种测量生物组织弹性模量的非侵害性技术. MRE技术除了需要磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)系统以外, 一个不可缺少的硬件是激发组织内部产生横波的机械振动器. 本研究开发一种新型的和磁共振成像系统电磁兼容的机械振动器. 该振动器由压电陶瓷驱动. 振动器和琼脂糖制成的仿体一同放入头线圈中, 送入磁共振成像系统的磁体腔中, 振动器和波动成像序列同步工作, 对横波进行磁共振成像. 波动成像序列由FLASH (fast low angle shot)序列修改而成, 是一种对运动敏感的相位对比度序列. 在实验过程中考察了仿体硬度、振动器频率、运动敏感梯度参数以及病床振动对波动图像的影响.     

致密砂岩层系多尺度波耗散规律及双重分形结构模型

了解地层岩石的多尺度非均质性特征对不同频率弹性波响应的影响,对基于地震资料解释与反演地下介质属性至关重要.本文联合采用超声波实验(550 kHz)、声波测井(约10 kHz)和地震勘探(约30 Hz)手段,对鄂尔多斯盆地延长组致密岩石开展观测,估算了不同频率下致密砂岩中的纵波传播速度和衰减.超声波观测结果显示,随着围压增大,孔隙度对衰减的影响有变小的趋势,而黏土含量的影响随围压增大而增大.不同频率范围内,波速和衰减随孔隙度或黏土含量的变化趋势基本一致.测量结果中值及分布特征显示,从超声波到地震频段,纵波速度趋于下降,而衰减却有增大趋势.从超声波到声波频段,速度减小更为显著,中值减小了362 m/s;而测井速度与地震观测结果较为接近.衰减在声波和地震频率之间的差异更为明显.为解释多尺度观测数据,提出了描述孔隙介质中裂隙和黏土尺寸具有自相似分布特征的双重分形结构模型.模型预测与实验结果对比揭示了相关储层黏土包体和裂隙的分形特征.本研究可为进一步解释复杂岩石宽频带波频散和非弹性现象提供理论模型.     

基于水准数据的芦山7.0级地震震间期和同震位移场特征

利用1985~2010年跨龙门山断裂带南段的精密水准观测,并消除2008年汶川地震同震变形的影响,获取了龙门山断裂带南段震间期的地壳垂直形变场.结果表明,双石-大川断裂(龙门山前山断裂)和新开店断裂(大邑断裂南段)之间的芦山地块处于正、负垂直形变梯度带相交的区域,说明该区域在芦山地震前25年内已闭锁.根据2010~2013年穿过震区的水准观测数据,同时消除震前近3年的地壳垂直变形,得到了芦山地震同震垂向位移.同震位移场揭示距离震中最近的达多35水准点最大同震位移达到198.4 mm(相对马雅165基),西北盘(上盘)相对东南盘(下盘)向上运动,显示发震断层以逆冲错动为主.对比芦山地震垂向同震变形和震间期变形,可发现该地震符合弹性回跳学说,芦山地块震间期积累的弹性应变能(位移亏损)在震时得到弹性回跳释放.     

地震超材料:从自然结构到新型人工结构

光子晶体、声子晶体和声学超材料在调控波和波衰减等领域产生了深远影响.它们并不是自然界中新发现的材料,而是根据不同需求设计的复合结构,通常利用布拉格散射或局域共振机理来达到调控声波/弹性波能带结构的目的.与光子晶体不同,声子晶体和声学超材料的工作区域在较低频区域,因此获得低频且大范围的禁带是该领域的研究重点,并逐渐拓展到频率低、波长长的地震波隔震减灾防控上.本文从纳米光子和地震超材料的联系出发,从固体物理的视角分析了地震超材料的城市群、自然森林超材料等,将新型人工地震超材料在分布区域、禁带机制、实验方式3个方面进行了分类比较,并展望了现阶段地震超材料研究的一些局限性以及面临的挑战.     

内磁层中行星际激波激发的超低频波对“杀手”电子和能量离子的快速加速

辐射带中的能量电子与离子是首要的空间天气威胁. 理解这些粒子如何在辐射带中被 加速是空间物理学的主要挑战之一. 本文总结了行星际激波在内磁层激发的超低频(ULF)波 对“杀手”电子与能量离子的快速加速的最新进展. 甚低频(VLF)波-粒子相互作用被认为是电 子加速的主要机制之一, 这是因为电子回旋共振容易在VLF 波频率范围内发生. 最近, 运用4 颗Cluster 卫星的观测, 发现在行星际激波作用于地球磁层之后, 辐射带中的能量电子几乎立 即被加速, 并且加速过程持续数小时. 传统的加速机制是基于VLF 波粒相互作用加速电子至 相对论能量, 时间尺度长达数天, 因而无法解释我们的观测. 进一步发现行星际激波或太阳 风压强脉冲, 与更加小的动压变化, 对辐射带动力学起到无法忽视的作用. 行星际激波与地 球磁层相互作用会产生许多重要的空间物理学现象, 包括能量粒子加速. 由行星际激波作用 引起的辐射带能量电子的快速加速的机制包括3 个组成部分: (1) 由与激波相关的磁场剧烈压 缩引起的初始绝热加速; (2) 与不同L 壳层被激发的极向模ULF 波造成漂移-共振加速; (3) 与 ULF 波相关的快速衰减的电场引起的粒子加速. 粒子最终会获得净加速, 因为它们在上半个 周期获得的能量多于在下半个周期损失的能量. 本文得到的结果对理解在地球Van Allen 辐 射带中的能量粒子加速有了新的认识, 同样也可以被应用于行星际激波与其他行星的相互作 用, 例如水星、木星、土星、天王星和海王星, 以及其他有磁场存在的天体.     

分子印章法DNA芯片合成(Ⅲ)——反应条件的优化

对分子印章法制备寡核苷酸微阵列芯片的工艺条件进行了探索.研究了对寡核苷酸压印偶联反应影响较大的3个因素核酸反应液反应活性的稳定性、点阵上不同核酸单体残留物的交叉污染和封闭反应对寡核苷酸微阵列杂交结果的影响.实验研究表明,在氩气保护(水和氧含量低于5×10-6)下四和核苷酸单体的乙腈混合液的反应活性可保持10 h以上.采用了一种含羟基小分子的液体对压印偶联反应后的芯片进行处理,成功地清除了芯片上大量剩余的活性核酸单体分子,解决了它们对临近点阵可能产生的污染问题.最后指出了在寡核苷酸微阵列制备过程中可以舍弃通常DNA固相合成工艺中的封闭反应步骤,有效地提高了DNA芯片的制备效率.上述研究表明分子印章法制备寡核苷酸微阵列芯片不仅可行,而且经济.     

类岩材料多裂隙体在单轴压缩下的数值模拟

应用岩石破裂过程分析系统(RFPA2D)软件,考虑岩石的非均匀性,对含不同裂隙倾角和分布密度的试件在单轴压缩下的破坏模式进行研究,探索了不同裂隙倾角和分布密度对多裂隙类岩石材料断裂破坏模式的影响规律.数值分析与实验结果基本一致,试样破坏是一个由渐变到突变的过程,总体破坏过程可大致分为弹性变形阶段、裂纹萌生和稳定扩展阶段、裂纹不稳定扩展至失稳阶段3个阶段;声发射事件也可对应分为线性阶段、增长阶段、突变阶段3个阶段.对比不同试件组发现,含多预制裂隙体的裂纹贯通方式和整体破坏方式由裂隙倾角起主导影响作用;裂隙分布密度对裂隙体整体破坏形式的影响因裂隙倾角的差异而有所不同.     

X52管线钢仿生超疏水表面的制备

采用喷砂毛化处理、化学刻蚀和氟化处理复合法在X52管线钢表面成功地制备了超疏水表面.十七氟癸基三乙氧基硅烷(HFTTMS)对其表面进行低能化修饰.研究了化学刻蚀液浓度、化学刻蚀时间对管线钢表面形貌及表面与水的润湿行为的影响.结果表明,在一定的盐酸浓度下,随着化学刻蚀时间的延长,管线钢表面与水的接触角增大;然而当化学刻蚀时间过长,管线钢表面与盐酸反应过久,表面微结构的复杂程度减小,接触角将减小.随盐酸浓度的升高,管线钢表面与盐酸反应变得剧烈,表面微观形貌变得复杂,分形维数增大.当盐酸浓度过高时,表面微细凸起结构又被腐蚀掉,导致表面复杂程度降低,分形维数下降,与水的接触角随之减小.试样在7 mol/L的盐酸中刻蚀1.5 h后,喷砂毛化管线钢表面能获得最佳的表面复合结构,经氟化处理后,与水接触角为156.4°,获得良好的超疏水性.     

不同产地或提取工艺枸杞对原代胶质细胞抗氧化及抗炎作用的影响

为探讨不同产地及提取方式的枸杞对小鼠原代脑胶质细胞抗氧化及抗炎作用的影响,本研究以原代小鼠脑胶质细胞为研究对象,4种不同产地及提取方式的枸杞提取物预处理2 h后,用400μmol/L过氧化氢干预建立氧化应激损伤模型.建模6 h后,采用q-PCR检测原代脑胶质细胞抗氧化及炎症相关的基因表达水平;24 h后,检测各组细胞上清液中乳酸脱氢酶（LDH）水平,并通过Western blot检测原代胶质细胞SOD1、PRDX5及SOD2的蛋白表达水平.结果显示,与未加枸杞提取物的对照组相比,宁夏枸杞水提物组（NX）、新疆枸杞水提物组（XJ）、枸杞糖肽组（LBP）的LDH水平无显著性差异,青海枸杞水提物组（QH）的乳酸脱氢酶（LDH）水平显著升高.在过氧化氢刺激后,枸杞糖肽组（LBP+H₂O₂）的细胞活性无明显降低.同时,在过氧化氢刺激下,宁夏枸杞水提物组（NX+H₂O₂）、新疆枸杞水提物组（XJ+H₂O₂）的Nrf-2基因表达水平明显升高,LBP+H₂     

X52管线钢仿生超疏水表面的制备简

采用喷砂毛化处理、化学刻蚀和氟化处理复合法在X52管线钢表面成功地制备了超疏水表面. 十七氟癸基三乙氧基硅烷（HFTTMS）对其表面进行低能化修饰. 研究了化学刻蚀液浓度、化学刻蚀时间对管线钢表面形貌及表面与水的润湿行为的影响. 结果表明,在一定的盐酸浓度下,随着化学刻蚀时间的延长,管线钢表面与水的接触角增大;然而当化学刻蚀时间过长,管线钢表面与盐酸反应过久,表面微结构的复杂程度减小,接触角将减小. 随盐酸浓度的升高,管线钢表面与盐酸反应变得剧烈,表面微观形貌变得复杂,分形维数增大. 当盐酸浓度过高时,表面微细凸起结构又被腐蚀掉,导致表面复杂程度降低,分形维数下降,与水的接触角随之减小. 试样在7 mol/L的盐酸中刻蚀1.5 h后,喷砂毛化管线钢表面能获得最佳的表面复合结构,经氟化处理后,与水接触角为156.4°,获得良好的超疏水性.     

冻干人血小板复水过程的优化研究

血小板临床应用供不应求, 迫切需要一种长期稳定的保存方法. 冷冻干燥为血小板的长期稳定保存提供了一种理想方法. 其中, 复水过程是冻干血小板活性恢复的一个重要环节. 研究了1和2 mL冻干血小板样品的复水过程, 包括在37℃水蒸气中预复水不同的时间(15, 30 60, 90, 120和150 min)以及不同浓度的复水溶液(25%, 50%, 75%和100%的血浆)对细胞恢复率、MPV(血小板平均体积)和PDW(血小板分布宽度)的影响. 同时, 对预复水过程中冻干血小板样品的质量变化进行了研究. 实验得到最佳复水条件为: (1) 对1和2 mL冻干样品, 最佳预复水时间分别为15和90 min; (2) 75%血浆溶液可作为最佳复水溶液. 在此条件下复水后的冻干血小板形态恢复正常, 超微结构保持完整, 对凝血酶(1 U/mL)的聚集率达到新鲜血小板的82.8%. 该研究结果对人血小板冷冻干燥保存的研究具有重要意义.     

水热法制备的氧化锌微晶的形态特征

氧化锌陶瓷材料及其相应的功能器件在电子、化工等行业有许多应用.工业上用草酸锌分解的方法来制备ZnO粉体,但所得粉体粒度大、分布宽且烧结活性差.制备优质氧化锌粉体是提高相应陶瓷材料性能的基础.水热法是制备优质超细粉体的湿化学方法之一,其中采用水热法制备ZrO_2,BaTiO_3,PLZT等超细粉体的研究近年来受到了广泛的重视;采用水热法制备Ⅱ-Ⅵ族化合物的超细粉体最近亦有报道.作者研究了采用不同水热条件下的氧化锌超细微晶的制备,实验表明,水热法制备的氧化锌微晶的形态变化很大,而形态特征对粉体的实际应用具有重要影响.同时,研究水热条件下超细微晶制备过程中的结晶习性也是晶体生长工作的一个重要内容.1 实验采用直径为20mm,长180mm的管式高压釜,内加贵金属内衬,釜体分区加热以建立合适的温场(上下部温差为10～20℃);在一定的充填度条件下,进行不同反应温度(150～350℃)和反应时间(恒温时间4 ～72h)的水热反应.在填充度为85%,反应温度300℃时,实际测得体系的压力不超过50MPa.     

微波对天然气水合物形成/分解过程的影响

天然气水合物是潜在的清洁能源, 储量巨大. 高效开发利用天然气水合物, 具有重要意义. 微波加热作用速度快, 应用比较灵活, 有希望用于开采各类型天然气水合物资源及水合物储运技术. 实验研究了2450 MHz、不同微波功率下天然气水合物的形成/分解过程, 初步分析了微波对天然气水合物相平衡的影响, 并在van der Waals-Platteeuw模型的基础上进行了计算. 结果表明: 一定功率的微波可降低水合物形成的过冷度和诱导时间, 20 W微波状况下, 过冷度减小约3℃, 诱导时间由4.5 h缩短到1.3 h; 发现微波可使水合物快速分解, 随着水合物的分解, 产生的分解水加速了水合物的分解, 分解水与微波具有协同作用; 相同压力下, 微波可提高水合物的相平衡温度. 天然气水合物分解过程中各组分介电性质的差异造成了反应体系在分解过程中存在显著的温度差异, 微波加热分解水合物存在多种因素的共同作用.     

太阳能热化学循环制氢研究进展

太阳能热化学制氢被认为是能源可持续利用最具潜力的途径之一,对推进“碳达峰、碳中和”目标的实现,缓解能源与环境危机具有重大的战略意义.直接热解水虽能实现近零碳排放制氢,然而超高的反应温度以及氢、氧产物分离难等问题,使之难以应用于规模化产氢.太阳能热化学循环间接分解水制氢,通过载氧材料循环来降低直接热解水温度,并实现氢、氧产物分步分离,将间歇、波动、能流密度低的太阳能转化为稳定、高密度的氢气化学能,受到广泛的关注和研究.然而,受限于太阳能热化学循环制氢存在的温度高、效率低、经济性差等诸多瓶颈问题,当前研究仍停留在理论分析与实验研究阶段,阻碍着该项技术的进一步发展.本文围绕太阳能热化学循环制氢,综述了不同循环体系的发展历程及重要进展,并对热化学循环所面临的主要挑战进行了讨论与建议,以期为太阳能热化学循环的研究和发展提供新见解与新思路,为太阳能燃料的高效、稳定、安全以及大规模生产奠定基础.     

鼓泡式光生物制氢反应器中光合细菌的生长及产氢

提出了一种新型的鼓泡式光生物制氢反应器,并将Rhodopseudomonas palustris CQK-01光合产氢菌在光生物制氢反应器中进行序批式培养,以葡萄糖为碳源底物,以590nm单波长光为光源,研究了不同鼓泡条件下光合细菌的生长、产氢及底物降解特性.实验结果表明,在光生物制氢反应器中适当鼓入氩气气泡可以有效降低反应器内液相氢浓度,减少产物反馈抑制作用,促进产氢性能的提高,并且不同鼓泡频率对光合细菌的生长和产氢有较大影响.实验中间隔3h鼓泡时光合细菌产氢性能最佳,反应器最大产氢量33.25mmol,光能转化效率为18.46%,产氢得率为1.79mol(H2)/mol(glucose),平均底物消耗速率为0.28mmolL-1h-1和平均产氢速率为0.50mmolL-1h-1.     

生物活性硼硅酸盐多孔支架的体外活性及细胞毒性

在硼酸盐玻璃(R₂O-RO-B₂O₃-SiO₂-P_2O5)系统中, 用不同硼含量的玻璃粉末, 采用泡沫浸渍法制备4种组分的多孔支架, 对这些支架的体外生物活性、可降解性能及细胞毒性进行研究. 结果表明, 不同硼含量的玻璃粉均能制备成支架, 其气孔率为73%~80%, 孔径200~300 μm, 孔间连通性良好. 在0.02 mol/L K₂HPO₄溶液中浸泡后, 支架均能转化为羟基磷灰石, 具有优良的生物活性, 其中组分为D-Alk-2B, D-Alk-3B的支架在浸泡7 h后, 表面形成羟基磷灰石, 并全部被羟基磷灰石层所覆盖, 证实了支架有很高的生物活性. 在细胞黏附实验中, 支架上的细胞黏附生长良好, 形态舒展, 伪足明显, 仅D-Alk-3B组分的支架在体外降解过程中所释放的硼在局部区域累积后对细胞增殖产生了一定的抑制作用, 但支架浸提液经适当稀释后(稀释比例为1:8), 生物相容性明显改善. 因此, 经过适当预处理, 这一系列硼硅酸盐玻璃多孔支架有可能应用于骨组织工程.     

氮水添加改变内蒙古典型草原两种优势植物的氮吸收偏好

植物对不同形态氮的吸收直接影响输入到生态系统中氮的去向和氮动态的变化,但是资源添加如何影响植物氮吸收偏好仍不明确.本研究依托内蒙古典型草原连续开展了10年氮、水添加实验平台,选择克氏针茅(Stipa krylovii)和冰草(Agropyron cristatum)两个优势物种为研究对象,使用15N自然丰度法测定植物叶片和土壤各形态氮含量及其同位素特征,利用同位素混合模型量化不同氮源对植物氮的贡献,探究植物氮吸收偏好及其对资源添加的响应.结果表明,(1)自然状态下硝态氮和铵态氮对植物氮的贡献分别约为80%和20%;(2)氮添加减小了两种植物对硝态氮的利用,水分添加降低了克氏针茅而提高了冰草对硝态氮的利用,氮、水处理对植物氮吸收偏好的影响具有显著的交互作用.结果揭示,内蒙古典型草原优势植物在自然状态下主要利用较丰富的硝态氮,对较贫瘠的铵态氮利用较少;并且氮吸收特征随着资源添加而改变,水分对氮吸收的影响受到了氮素供给的调节.未来氮沉降加剧和硝态氮比例增加并非总是产生负效应,很可能促进温带草原优势植物的生长,减缓全球环境变化的生态后果.     

绒囊工作液防漏堵漏机理

防漏堵漏材料一直备受关注.室内用优选的十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和水、羟乙基淀粉、聚丙烯酰胺以及专有化学处理剂为原料,研发出新型防漏堵漏工作液.实验和应用表明,新型工作液能够封堵大小不同的漏失通道且不影响正常作业.经1000～2000倍显微观察,工作液中有一种球形材料,静态下具有"一核二层三膜"微观结构.内部似气囊,外部似绒毛,遂称该材料为"绒囊".静态下,气囊绒毛结合完整,凝胶强度高;动态下,绒毛被剪切或散落,黏度低,满足工程需要.若漏失通道直径或宽度大于绒囊直径,绒囊堆积成侧躺圆锥状分解工作液液柱压力,实现防漏堵漏;漏失通道直径或宽度与绒囊直径相当,绒囊被低压区吸入时由圆形变成椭圆形,增加漏入漏失通道阻力,实现防漏堵漏;漏失通道直径或宽度小于绒囊直径,绒囊工作液利用高凝胶强度形成非渗透膜屏蔽漏失通道,实现防漏堵漏.从而,全面封堵大小不一的漏失通道。     

利用被动式采样膜评估水中腐殖酸对苊和(卄屈)生物有效性的影响

以苊和(卄屈)两种多环芳烃(PAHs)为研究对象,在实验室模拟条件下,研究了水中不同含量的腐殖酸(HA)(0～15 mg·L-1,以溶解性有机碳浓度表征)对PAHs在三油酸甘油酯-醋酸纤维素复合膜(TECAM)中和日本青鳉鱼体内富集的影响,比较了两种采样介质中PAHs表观富集速率常数随HA浓度变化的趋势,并利用模型拟合计算了两种方法得到的苊和(卄屈)的腐殖酸-水平衡分配常数(KDOC)值.结果表明,水中存在的HA对TECAM和青鳉富集两种PAHs有显著影响,随着HA浓度的增大,PAHs在TECAM膜中和青鳉体内的富集浓度显著降低,其表观富集速率常数也随HA浓度的增大而减小.用TECAM萃取和青鳉富集实验得到的两种PAHs的lg KDOC分别为4.63和4.52(苊),以及5.83和5.76((卄屈));两种方法所得的lg KDOC值相互之间有很好的可比性,并与文献报道值相吻合.研究结果证明,TECAM能够选择性地富集水相中自由溶解形态的PAHs,且富集行为与鱼体类似,因此可作为一种生物模拟采样器来研究水环境中存在的溶解性有机碳对PAHs生物有效性的影响.