溶菌酶晶体生长过程中固/液流动体系的流体特性

在用批量法生长溶菌酶晶体的过程中, 使用粒子图像测速技术观测晶体生长固/液体系的宏观速度场, 使用长工作距离显微镜测定了晶体(110)面的法向生长速率和晶体周围溶液的局域速度场. 实验结果表明, 固/液体系的平均流速、最大流速以及单个晶体周围的局域流速均具有起伏特性. 基于蛋白质晶体的对流-扩散模型, 计算了有效浓度边界层厚度δ_eff, 界面溶质浓度C_I以及特征速度V. 计算结果表明, 在实验条件下, 溶菌酶的晶体生长过程主要由表面动力学控制, 浮力对流在质量输运中的份量很小, 但随着过饱和度的增加, 质量传输的份额有增大趋势. 计算结果还表明, 浮力对流所产生的剪切力的量级为10^-21 N, 远小于溶菌酶分子间的键力, 因此浮力对流产生的剪切力不会对溶菌酶晶体生长产生很大影响.     

用全息相衬干涉显微术定量研究晶-液界面的溶质边界层

一、引言 溶液生长晶体,在晶-液界面附近,有关质量输运的真实行为,至今还是一个有待研究的课题。近几年有不少文献报道,采用全息干涉术研究晶体周围的浓度场分布或测量浓度边界层的厚度。然而这些研究均是在自然对流的状态下,进行总体分析。而对输运的重要地带——边界层内的溶质分布,或在强迫对流状态下,层内的变化规律未见报道。另外对检测方法的准确度也未见讨论。     

微孔晶体的晶化

从宏观和微观角度简要总结了微孔晶体晶化过程及晶化机理的研究,包括微孔晶体的成核与晶体生长(宏观角度)、晶化机理的主要观点、结构导向效应、研究微孔晶体晶化的主要技术手段及最新的研究思路和策略(微观角度).借鉴于致密晶体晶化行为的研究,微孔晶体的晶化过程分为成核与晶体生长两个阶段.在成核阶段,提出了晶核可以从液相(液相成核)、固相(固相成核)或固液相(双相成核)中成核,后被统一为"通用"成核机制.在晶体生长阶段,研究主要集中于生长模式.受制于当前较低分辨率和灵敏度的表征手段以及合成体系的复杂度,人们对晶体的成核与生长机制的认识还存在着极大的争议.在微孔晶体的晶化过程及晶化机理研究中,一项重要的内容是通过特定的表征手段确认在晶化过程中生成的小结构单元,包括色谱、电喷雾质谱、原位和非原位核磁共振、紫外拉曼光谱等.结合实验数据和理论计算可以确定一些单靠实验数据不能确认的结构单元.在微孔晶体的晶化过程中,结构导向剂起到了极其关键的作用.本文简要总结了结构导向剂的种类和导向的典型结构.最后介绍了新近提出的"反向进化"法,该方法可用于研究在晶化的早期阶段生成的小结构单元及晶化起点的结构.     

垂直Bridgman法晶体生长中的非等温相变现象初探

将加扩展项的轴对称双倒易边界元方法拓展应用于数值模拟垂直Bridgman法生长HgCdTe及CdZnTe晶体过程中非等温相变传热传质问题, 印证了轴向溶质浓度的分区分布并且研究了拉晶速度对分区的影响, 同时分析了晶体生长过程中产生的一维瞬态非等温相变现象, 获得了由初始过渡区经稳定生长区, 最后到末端过渡区全过程的非等温相变数值结果. 进一步, 通过数值模拟捕获了拉晶速度为零时, 稳态情况下的二维轴对称相变界面位置和形状, 并得到了熔体和晶体温度场, 最后着重研究了瞬态拉晶过程中的二维轴对称非等温相变现象, 比较了其与等温相变的差异, 并揭示了不同拉晶速度对非等温相变现象的影响.     

切向流动作用下定向凝固界面形貌周期性振荡研究

实时观察研究了切向流动作用下, 丁二腈(SCN)-2%(质量分数)H2O合金熔体固液界面形貌随抽拉速度的变化规律. 当抽拉速度较低时, 切向流动作用能够提高平界面的稳定性. 在中等抽拉速度区域内, 液固界面形态并非稳态, 而是随着抽拉速度的提高, 分别经历了“平界面-胞状界面”和“胞状界面-枝晶界面”两种周期性振荡过程. 分析表明, 振荡生长模式的形成主要有以下两个原因: (ⅰ) 流场对于界面的稳定作用与抽拉速度对界面的不稳定作用之间存在相互竞争, 这是振荡界面产生的驱动力; (ⅱ) 稳态溶质扩散场的建立需要一定的弛豫时间, 这促使界面形态总是以平衡位置为中心振荡生长, 而不能保持稳态生长. 随着抽拉速度的提高, 其对界面形貌的控制逐渐趋于主导地位, 界面发展成为稳态的枝晶生长.     

非均质泥石流固液两相运动特征探讨

非均质泥石流是一种固体颗粒级配宽、容重变化大、流速分布不均匀的典型的固液两相流, 广泛分布于我国的西部山区, 表现出独特的固液两相运动特征. 基于非均质泥石流固液两相分界粒径的概念, 以Darcy公式和质量守恒定律为理论基础, 分别推求非均质泥石流固液两相平均流速表达式. 在此基础上, 根据云南省小江流域蒋家沟泥石流模拟实验数据及实测资料, 揭示了非均质泥石流固液两相运动特征. 蒋家沟泥石流实验与实测资料计算分析结果表明, 蒋家沟泥石流以临界容重2.234 t/m³为界限, 当泥石流容重低于、等于和高于该临界值时, 分别出现液相流速大于、等于和小于固相流速的3种情况, 由此可以分别揭示稀性泥石流、均质泥石流和稠性泥石流3种不同类型泥石流的运动特征. 研究结果为构建非均质泥石流动力学奠定了基础, 并对泥石流防治工程规划设计和预测预报泥石流灾害具有重要的现实意义.     

二维热毛细振荡对流的临界Bond数

在空间,微重力水平为地面重力的10~(-3)—10~(-5),表面张力、相变等可能成为引起流体流动的重要原因。我们以悬浮区熔法晶体生长问题为背景,研究表面张力驱动的半浮区液桥的对流流动。当作用于液桥两端的外加温度差超过某一临界值时,液桥中的流场和温度场将发生振荡,直接影响到生产材料的质量。因此,研究热毛细振荡流的特征和产生机理,不仅在流体力学方面有重要的理论意义,而且在空间材料加工方面有很大的应用价值。     

自由落体条件下的快速共晶生长

采用落管方法实现了Sb-24%Cu合金在微重力和无容器条件下的快速共晶生长。对自由落体条件下的晶体形核和共晶生长进行了研究，发现随着过冷度的增大，共晶生长由层片共晶向不规则共晶转变。实验中获得了0-154K的过冷度，最大冷度达到0.19TE。计算结果表明，金属间化合物Cu2Sb是领先形核相；当过冷度大于40K时，Sb枝晶的生长速度将超过共晶生长速度；此共晶体系的共生区强烈地偏向于Cu2Sb一方，其成分落轩为23.0%-32.7%Sb。     

激波作用下非晶合金的晶化理论研究

在实验中观察到，在激波作用下非晶合金晶化成纳米晶体。本文试图对这一现象给出初步的理论上的解释。非晶合金内部微观不均匀，分布着大量微小有序原子集团（ｃｌｕｓｔｅｒ）和位错。在激波作用下，位错运动，而ｃｌｕｓｔｅｒ阻碍激波的传播，使位错堆积于ｃｌｕｓｔｅｒ周围。激波与ｃｌｕｓｔｅｒ周围局域应力场相互作用使得ｃｌｕｓｔｅｒ旋转，而ｃｌｕｓｔｅｒ周围的高应力应变能使类液区（ｉｎｔｅｒｃｌｕｓｔｅｒ）原子切变沉积于ｃｌｕｓｔｅｒ上，ｃｌｕｓｔｅｒ长大成为微晶，非晶合金晶化。     

GaN掺Cr材料的局域电子结构和磁性

运用原子团模型研究了稀磁半导体GaN掺Cr的局域电子结构和磁性, 计算采用基于密度泛函理论的离散变分方法. 计算结果表明Cr原子的磁矩随掺杂浓度有明显的变化, 变化趋势和实验结果吻合. 在包含两个Cr原子的体系中, Cr原子之间是铁磁性偶合, 每个Cr原子的磁矩与相同浓度下掺杂一个Cr原子的磁矩相近. 对于不同的掺杂浓度, Cr原子与最近邻N原子之间均为反铁磁偶合, Cr原子的3d电子与N原子的2p电子之间有很强的杂化, 这与晶体的能带计算方法得到的结果一致.     

冷冻浓缩过程冰晶夹带溶质浓度分布模拟

针对冷冻浓缩过程冰晶夹带造成该技术推广使用受限制的问题,采用国内外描述相变微观结构的相场模型,将体系视为水和溶质二元系统,建立冷冻浓缩过程冰晶生长的数学模型,耦合溶质场,从微观上模拟冰晶形貌演变,分析冰晶夹带溶质浓度分布规律.探讨模拟结晶时间、过冷度及模拟初始温度对冰晶夹带浓度分布的影响.结果表明:模拟结果与实验相符合.随着模拟结晶时间的延长,冰晶固液界面的溶质浓度增大,造成溶质夹带增加;过冷度小,溶质扩散率大,冰晶中溶质浓度小,过冷度越大,溶质向液相中扩散越不充分,冰晶中溶质浓度越大;模拟初始温度高,冰晶浓度分布小,模拟初始温度低时,其溶质浓度增大.适当控制这3种因素将减少冰晶的夹带率,降低冷冻浓缩过程的可溶性固形物损失.     

LiCl-NaCl-KCl相图的实验测量和热力学优化

碱金属氯化盐混合物LiCl-NaCl-KCl可以作为熔盐电解法制备稀土及其合金的电解质,该体系的相图是构建含稀土的多元氯化盐体系热力学数据库的基础.本文采用差热分析法对二元系LiCl-NaCl和三元系LiCl-NaCl-KCl的相图进行了实验测量,并基于新的实验数据和文献数据对这两个体系的相图重新进行了热力学优化,修正了现有数据库中LiCl-NaCl-KCl的热力学参数.计算得到的LiCl-NaCl是二元匀晶体系,极小值点位于xNaCl=0.262,温度为820 K.与前人的优化结果相比,本文计算得到的固相线更接近实验值.计算结果表明, LiCl-NaCl-KCl的液相面有一个极小值点,而不是四相共晶点,对应的组分为55%LiCl-8%NaCl-37%KCl,温度为620 K.     

自组装酞菁膜的制备及非线性特性研究

文章分别通过固相法和液相法合成了VOTsPc，并利用静电作用在玻璃基质上制备了PEI／VOTsPc、DR／VOTsPc自组装膜，研究了时间对成膜条件的影响，最后通过Z-扫描技术对膜的三阶非线性光学特性进行测试，对实验数据进行拟合和计算得到样品的非线性吸收系数β。     

新型半导体材料磷化铟单晶研制成功

中国科学院上海冶金研究所最近研制成一种新型的化合物半导体材料——磷化铟(InP)单晶.InP是一种直接跃迁型半导体,有较高的电流峰谷比和较大的热导,它比硅和砷化镓等常用半导体有更为优越的性能,可以在更高的频率及更高的温度下工作.在微波及光电器件领域中是一种极有希望的新材料. 早在五十年代,就开始了InP材料的研究,但由于它在熔点附近有较高的离解压(1062℃,27.5atm),给晶体生长带来了很大的困难.高压单晶炉的出现,使InP晶体生长的研究得到了迅速的发展. 我所以高压水平梯度冷凝法合成的InP多晶为原料,在自行设计、加工的GYL-1型高压单晶炉中,用液封法生长了InP单晶.在InP生长中出现孪晶是一个较难克服的问题,至今国外尚未完全解决.我所通过合理调整热场,维持合适的温度梯度,严格控制原料的化学配比;选择适当的拉速及转速,以得到一个平的或微凸的固液界面,从而排除生成孪晶的可能性.     

气藏储层自生伊利石^40Ar／^39Ar法定年的实验研究

对鄂尔多斯盆地北部苏格里气田的气藏储层进行了自生伊利石^40Ar／^39Ar法定年的实验研究．实验解决了黏土矿物的提纯、核照射反冲丢失、自生伊利石的判识等方面的技术问题，获得了自生伊利石生长年龄．通过自生伊利石的生长年龄推断气藏的形成时间晚于169Ma．     

肝素对CaCO3晶体形貌和结构的控制

有机物对CaCO₃晶体生长的调控作用是其矿化机制与仿生制备的一个重要组成部分. 利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、红外吸收光谱仪和荧光分光光度计研究了低分子量肝素(heparin, HEP)对CaCl₂/Na₂CO₃体系中CaCO₃晶体形貌与结构的影响. 结果发现, 在纯水溶液中CaCO₃为菱形方解石; HEP的加入促使CaCO₃形貌与结构发生变化. 当HEP浓度达到2.5 mg/mL时, 可成功诱导CaCO₃晶体取向生长并形成直径为1.5 ?m左右的球霰石型晶体. X射线衍射分析显示, HEP浓度为5和20 mg/mL时, 球霰石晶体含量分别为57.4%和64.9%. 这种HEP/CaCO₃微球对HEP的包封率达到80%以上. 实验研究结果可以为探讨生物矿化机制和制备肝素功能化材料提供新的参考依据.     

海相干酪根天然气生成成熟度上限与生气潜力极限探讨——以塔里木盆地研究为例

塔里木盆地海相寒武系-奥陶系烃源岩的热解、干酪根元素、高温热解气相色谱及黄金管封闭热模拟实验揭示，海相Ⅰ，Ⅱ型干酪根的天然气生成成熟度上限或“生气死亡线”为镜质体反射率3．0％；以煤为代表的Ⅲ型有机质的“生气死亡线”最高可达镜质体反射率10％．不同类型有机质生成天然气的极限量存在明显差别．干酪根元素物质平衡法计算，海相Ⅱ型干酪根在R0〉1．5％以后演化阶段的生气量极限小于185m^3／t（TOC），不足其总生烃量的30％；在R0〉2．0％演化阶段的生气量极限小于110m^3／t（TOC），不足其总生烃量的20％．岩石热解法获得的相同演化阶段天然气生成量仅为干酪根元素质量平衡法计算值的1／10左右．黄金管封闭高温高压热模拟和高温热解方法获得的生气量介干两者之间，镜质体反射率1.3％以后的生气量极限为60～90m^3／t（TOC）．岩石热解法获得的生气量是最小生气潜力，而干酪根元素质量平衡法获得的生气量是其极限生气潜力，实际生气量应低干元素质量平衡法计算出来的生气量极限．     

改变固/液界面润湿性提高原油采收率的实验室研究

利用改进的Ｗａｓｈｂｕｒｎ方程测量固体粉末的润湿性，研究了十二烷基苯磺酸钠（ＳＤＢＳ）水溶液在硅胶及高岭土两种固体粉末表面上引起的润湿性变化，用荧光猝灭法测定了ＳＤＢＳ在水溶液里的胶束平均聚集数。探讨了十二烷基苯磺酸钠水溶液在固体粉开表面的润湿性，表面活性剂的临界胶束浓度（ＣＭＣ）与表面含油粉末脱油率的关系，对在非超低界面张力条件下，通过改变固／液界面润湿性提高原油采收率作了实验探讨。     

南海春季南沙海区上层暖水及其动力机制的数值研究

通过对南海春季（2002年2～5月）南沙海区月平均海面温度的卫星遥感资料及2002年5月的现场实测的CTD资料分析表明，该海域春季位于巴拉望岛西部的上层水体存在着一强度相对较弱的暖水舌，该暖水明显不同于巴拉巴克海峡东南部的冷水，且其相对温差从冬季到春季逐渐减弱．根据现场实测资料，利用P矢量方法对流场进行的计算结果表明，该暖水区所在的流场位于一个反气旋性弯曲的范围内．通过一个单层／两层耦合模式，利用与观测同一时期的风应力卫星遥感资料，来探讨该暖水所对应的反气旋性弯曲流场形成的动力机制．数值模拟结果表明，该反气旋性弯曲很可能是冬季遗留下来的残留反气旋涡，而不太可能是由苏禄海通过巴拉巴克海峡的进入南海的入流所形成．     

猪卵泡内促卵丘扩展因子的来源

猪卵丘的扩展不依赖于卵母细胞，因此推测，猪卵母细胞可能不是卵泡内促卵丘扩展因子（cumulus expansion enabling factor,CEEF)的惟一来源，实验应用小鼠摘除卵母细胞的卵丘－卵母细胞复合体（oocytectomized complex,OOX)检验猪透明带，不同质量生发泡期卵母细胞以及卵泡内的其他细胞成分产生CEEF的情况，结果证明：（1）猪和小鼠控透明带都不能产生CEEF。（2）猪不同质量（A，B，C三类）未成熟卵母细胞均能分泌CEEF，其分泌CEEF的能力和CEEF活性没有明显差异（P＞0．05），（3）猪3－6mm卵泡的OOX和小于1mm卵泡的颗粒细胞都有较高的CEEF分泌能力，且此能力不依赖于激素作用。但3－6mm卵泡的壁颗粒细胞不能分泌CEEF，（4）3－6mm卵泡的卵泡液中含有CEEF，但其活性与培养时所用的卵泡液浓度有关，浓度过高CEEF活性反而下降，（5）进行培养时必须添加促性激激素小鼠OOX才发生扩展，说明由猪卵母细胞和卵泡成分产生的CEEF的促卵丘扩展作用依赖于促性腺激素。