介电泳技术在生物信号检测和相分离阻变材料中的应用

介电泳是操纵微纳米级粒子的强大工具,已经在生物细胞和无机微粒的分离、检测、操控方面得到了广泛的应用.本文突破对介电泳技术的传统定位,简要介绍介电泳效应的两例新的应用.首先是和新兴的纳米孔技术结合,利用介电泳的富集效应,在微纳环境下对单分子行为进行操控,解决目前纳米孔基因测序面临的通量低等难题.其次在某些相分离固体材料中,介电泳可以通过调节电子相的几何结构引起渗流,从而实现电致阻变效应.这些研究不仅扩大了介电泳技术的应用范围,且具有多学科技术交叉融合的特点,为生物检测技术的开发创新以及新型功能材料的设计提供了新的思路.     

氧化铈介孔材料的研究进展

随着对介孔材料的深入研究,CeO2介孔材料因其大比表面积、规则的孔道结构和对金属的高分散性等独特的性能而备受关注。本文详细地论述了介孔CeO2的合成机理与方法,简要地介绍了介孔CeO2的性质和在燃料电池电极以及催化上的应用。最后展望了介孔CeO2的发展前景。     

掺杂介孔MCM-41分子筛的制备实验研究

研究了掺杂铁、镍的MCM-41介孔分子筛.在碱性条件下,以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为表面活性剂,选用水热合成法,合成了MCM-41介孔分子筛.本实验选用了三价铁、二价铁、二茂铁、二茂镍作为掺杂体.采用了扫描电镜、X射线衍射对掺杂三价铁的MCM-41分子筛进行了扫描和表征.结果表明,已合成了掺杂铁、镍的MCM-41介孔分子筛,呈圆形孔道结构,介孔分布在颗粒中,在低角度区具有明显的衍射峰.     

介孔有机膦酸盐材料的合成及应用研究进展

介孔有机膦酸盐材料作为一类新型的有机-无机杂化材料,凭借其独特的结构可剪裁性和丰富的化学表面性质在催化、分离与吸附、生物分子的固定等诸多领域都具有巨大的潜在应用价值,因此近几年来越来越受到人们的关注。本文系统地概述了介孔有机膦酸盐材料的发展历程及其合成和应用研究的发展现状,并对这种新型杂化介孔材料的应用前景进行了展望。     

生物耦合及其分类学与特征规律研究

生物功能源自生物耦合作用的现象, 是多元仿生的重要生物学基础, 也是仿生学领域的重要发现. 从仿生学角度, 提出了生物耦合相关的基本概念, 阐释了生物耦合的构成、分类及其特征规律, 分析了生物耦合研究的一般模式, 并展望了多元耦合仿生的前景.     

铈钛氧化物介孔毫米球的制备及其催化臭氧氧化特性与机理

开发兼具高催化活性和优良流体力学与传质性能的催化剂对发展高效水处理臭氧氧化技术具有重要意义.本研究开发了以廉价无机金属盐为原料的前驱体溶胶预混-海藻酸水凝胶球模板法,实现了Ce-Ti双金属氧化物介孔毫米球催化剂的经济制备.通过N_2吸附-脱附、XRD、XPS、SEM-EDS、TEM-SAED、拉曼光谱、NH_3-TPD等手段对制备的催化剂进行系统表征,考察Ce/Ti摩尔比和煅烧温度对催化剂结构和催化活性的影响,探究其催化臭氧氧化的特性与机理.结果表明无定形材料催化活性高于晶型材料,催化活性与表面酸性位点密度呈正相关,阐明了羟基自由基为该材料催化臭氧氧化的主要活性物种.优选的Ce_(0.5)Ti_(0.5)O_2介孔毫米球具有高比表面积(199 m~2g~(–1))、适宜的介孔结构(平均孔径3.59 nm),富含Ce–O–Ti键活性位点,催化臭氧氧化活性高,可在90 min内将100 mg L~(–1)草酸几乎完全矿化(99%),连续5轮重复实验后催化活性无明显降低,呈现出优异的催化稳定性.另外, Ce_(0.5)Ti_(0.5)O_2介孔毫米球催化臭氧氧化降解双氯芬酸等四种污染物的矿化率相比无催化剂臭氧氧化提高18.7%～54.0%,展现出优良的应用前景.     

微波辐照载催化剂活性炭脱除烟气中NO的实验研究

微波连续辐照活性炭脱除烟气污染物中NO虽然具有很高的脱除效率,但反应温度较高,会造成较高的炭损失,在活性炭中加入催化剂可以降低反应温度、增进反应的选择性.本文利用微波反应器研究了不同催化剂加入对烟气脱硝的影响.研究发现,催化剂的加入会明显降低相同脱除效率下脱硝所需要的微波功率,不同催化剂的加入所引起的效果亦有差异,铜基催化剂的催化作用更明显.加入铜基催化剂后,脱硝反应温度降低约200℃,可提高脱除效率25%左右.采用X射线衍射（XRD）对活性炭进行了微观表征分析,分析结果显示出活性炭表面存在催化剂活性成分.     

介电弹性体驱动器的稳定性分析

介电弹性体（dielectric elastomers,DE）是制造智能主动驱动器最有潜力的电致活性聚合物（electroactive polymer,EAP）材料．在介电弹性体薄膜2个相对表面均匀涂覆柔性电极,施加电压后,由于静电力作用,介电弹性体薄膜沿电压施加的方向收缩,而在垂直于电压施加的方向扩展延伸．介电弹性体薄膜厚度变小导致施加在薄膜上的电场更高,当施加的电场超过其临界电场时,介电弹性体薄膜被击穿,驱动器失稳．本文基于非线性场机电耦合理论的介电弹性体稳定性分析方法,应用含有2个材料常数的弹性应变能函数模型对介电弹性体进行稳定性分析．得到材料常数比七值越大,对应的介电弹性体材料或驱动器的稳定性越高,它可以指导介电弹性体驱动器的设计．最后,把这种方法推广到应用多个材料常数的弹性应变能函数分析介电弹性体稳定性．     

云南瑞丽江、大盈江流域湿地动态遥感监测研究

本文以遥感和地理信息系统相结合的方法对我国西南边陲的瑞丽江、大盈江流域的湿地进行了动态监测研究.通过分析和处理遥感图像建立了湿地的遥感解译标志;采用计算机自动分类、相关分析法和GIS矢量化的方法提取了湿地信息;以差异主成份法、多波段主成份分析法、分类比较法、光谱特征变异法等,检测湿地的动态变化范围、位置、大小等,分析了该地区的湿地动态变化趋势及原因.     

基于PCNN捕获-抑制机制的图像分类器设计

针对医学图像识别的重要性,本文提出了一种结合彩色图像特征场和基于脉冲耦合神经网络捕获-抑制机制的图像分类器设计方法.首先,构造符合人类视觉的彩色图像特征场;然后,利用脉冲耦合神经网络设计分类器实现对图像的识别.最后,应用于JAFFE人脸表情数据库和中医舌象的分类识别中,并与ADABOOST方法和SVM方法进行比较.实验结果表明,本文方法可以获得更好的医学图像识别效果.     

页岩气纳米孔真实气体传输模型

页岩富含纳米孔,纳米孔气体传输不同于宏观流体流动.基于滑脱流动和克努森扩散两种传输机理,分别以分子之间碰撞频率和分子与壁面碰撞频率占总碰撞频率的比值作为滑脱流动和克努森扩散的权重系数,耦合这两种机理,建立了理想气体传输模型.同时考虑高压条件下真实气体分子间相互作用力和气体分子自身体积对气体传输的影响,建立了页岩纳米孔真实气体传输模型.模型可靠性通过分子模拟结果验证.结果表明:纳米孔真实气体传输模型能够更合理地描述所有的气体传输机理,包括连续流动、滑脱流动和过渡流动;真实气体效应对气体传输的影响可高达23%,其受压力、温度、纳米孔尺度和气体类型的控制;在室内实验条件下模拟页岩纳米孔气体传输时,用氦气代替甲烷,低估了甲烷的传输能力65.09%;用氮气代替甲烷,高估了甲烷的传输能力106.27%.     

高速铁路无砟轨道疲劳检算轮载的动力学分析

应用列车-线路耦合动力学理论及仿真软件,分析了高速运营线路轮轨系统动力学响应并与实测结果进行了验证.在此基础上,采用我国典型高速车辆及无砟轨道结构,系统分析了高速铁路无砟轨道不平顺谱对轮轨动作用力大小及统计特性的影响规律.结果表明,列车-线路耦合动力学方法可以比较准确地模拟高速行车条件下轮轨动力相互作用,取百分位数75的无砟轨道谱作为激励输入可用于评估轮轨系统动力相互作用及高速行车安全性和舒适性,高速铁路无砟轨道结构的疲劳检算取为静轮重的1.5倍是合理的.     

页岩纳米孔吸附气表面扩散机理和数学模型

页岩富含纳米孔,且吸附气占总气量可高达85%,因此页岩气表面扩散对气体传输具有重要的作用.页岩气藏压力高,页岩表面能量非均质性强,吸附气非等温解吸附等,均加剧了吸附气表面扩散模拟的复杂性.基于低压条件下推导的Hwang模型,考虑高压条件下吸附气覆盖度的影响,建立了页岩吸附气表面扩散模型.同时,该模型还考虑了页岩表面能量非均质性、等量吸附热和非等温解吸附对表面扩散的影响.研究表明:1)表面扩散系数随压力的增大而增大,随温度的升高而增大,随表面活化能的减小而增大,随气体分子量的减小而增大;2)黏性流动、努森扩散和表面扩散对气体传输的贡献是此消彼长的,主要受孔隙尺度和压力的控制;3)表面扩散在微孔(半径2 nm)中,对气体传输贡献大,可高达92.95%;在宏孔(半径50 nm)中,贡献低于4.39%,可忽略;在介孔(2半径50 nm)中,表面扩散的贡献介于微孔和宏孔之间.     

亚氯酸钠溶液脱除Hg0及传质-反应动力学研究

以亚氯酸钠（NaClO2）溶液为吸收剂,利用鼓泡反应器实验研究了元素态汞（Hg0）的吸收行为.系统地研究了NaClO2溶液浓度、pH值、反应温度、Hg0浓度等主要参数对Hg0脱除效率的影响,确定了最佳实验条件.实验结果表明,酸性NaClO2溶液可实现72.91%的Hg0脱除效率.通过反应后吸收液中Hg2＋含量分析和NaClO2物种电极电位与Hg2＋/Hg0电极电位的比较,揭示了酸性NaClO2溶液脱除Hg0的机理.实验研究了NaClO2溶液氧化Hg0的传质-反应动力学,结果表明,随NaClO2溶液浓度的增加和pH的下降,增强因子E和KG（Hg0）/kG（Hg0）比值增大,液相传质阻力降低,有利于传质吸收反应.反应温度升高随然可改善增强因子E,但KG（Hg0）/kG（Hg0）比值下降,液相传质阻力增加,因此降低Hg0脱除的反应速度.     

高电场下弛豫铁电体的场致效应

弛豫铁电体在热释电、介电、电场调制微波器件和电致伸缩器件方面有着广泛的应用.这些应用均涉及电场的作用.因电场会导致极化强度增大,并连续地延伸到顺电相,从而产生了电场诱导效应.用弯曲近似法对极化强度在电场作用下随温度的连续变化做近似,得到了介电系数峰值在高场下随电场2/3次方的变化规律.与介电峰在电场作用下移动的实验结果基本一致.理论数值模拟发现:存在一个与热力学参量相关的极化温度系数,其值越大,场致介电移峰效应越小,且热释电系数越大;反之,如果场致介电移峰效应越大,电场调制微波器件的介电可调性及可调性的温度稳定性会越好.上述研究结果对掺杂改性研究微波器件的介电可调性和热释电性有一定的参考作用.     

深部岩体传热机理的研究现状与进展

基于国内外深部工程普遍面临的高温状况,探讨了深部高温的形成机制与影响因素。围绕岩体导热性质研究、水热耦合迁移问题和工程环境对传热的影响三个方面阐述了深部岩体传热机理的研究现状,目前的研究成果主要体现在建立了深部工程的热交换理论体系、矿山地热学的理论体系和地下工程制冷降温系统的热力学基础。在总结分析的基础上,确立了深部岩体流固耦合传热问题的研究思路：开展深部工程区域的的渗流场监测和开展岩体的流固耦合传热实验和建立岩体在应力-渗流-温度耦合条件下的传热模型,揭示深部岩体的传热机理。     

页岩气储层微观渗流机理研究

页岩气储层孔隙结构复杂,纳米孔隙所占比例大,而纳米孔内部气体流动机理不同于宏观流体流动,因此认识页岩气在纳米孔隙中的流动机理对页岩气的高效开采具有重要的科学意义.页岩气开采过程中,纳米孔的吸附解吸、应力敏感效应及滑脱效应使渗透率发生显著变化.为此,基于毛细管模型耦合考虑吸附变形修正应力应变的渗透率模型,在此基础上,考虑...     

掺铒波导环形腔激光器特性研究

根据掺铒波导光放大理论和耦合器传输矩阵,建立了描述掺铒波导环形腔激光器的理论模型,在此基础上分析了环形腔弯曲半径、耦合器耦合系数和掺铒离子浓度等因素对泵浦阈值和激射光输出特性的影响.结果表明由于受到波导弯曲损耗和其他机制损耗的共同作用,存在一优化弯曲半径使得波导环形腔激光器在较低阈值泵浦功率下实现较高的斜率效率;激射光输出耦合器作为激光谐振腔损耗的一部分,其耦合系数的大小影响到激光器的特性,在耦合系数为0.2附近处可获得较高的激射光输出功率;铒离子掺杂浓度在0.85×1026m？3时具有最低的阈值泵浦功率,在不引起明显上转换效应的条件下,适当的增加铒离子浓度可以提高激射光波的输出功率.研究结果为掺铒波导环形腔激光器的设计和制作提供了理论依据.     

飞轮储能系统机电耦合非线性动力学分析

对永磁悬浮-机械动压轴承混合支承式飞轮储能系统的机电耦合动力学问题进行了研究. 基于机电分析动力学原理, 给出了系统各部件的动能、势能、电机气隙磁场能和系统的耗散函数, 并由广义Lagrange-Maxwell方程建立了系统的机电耦合动力学微分方程组. 推导出了适用二阶多自由度常微分方程组的四阶隐式Runge-Kutta公式, 并运用Gauss-Newton法求解了机电耦合动力学非线性代数方程组. 完成了储能0.3 kW飞轮系统动力学特性分析, 研究结果表明, 上阻尼系数变化对储能飞轮系统的机电耦合共振频率没有明显的影响, 但是使系统的共振峰幅值大幅降低. 随着下阻尼系数增加, 系统的机电耦合共振频率增大, 同时系统共振峰幅值下降. 随着电机转子稀土永磁体剩余磁感应强度增大, 系统的机电耦合共振频率减小, 同时系统共振峰幅值增大.     

松软煤层壁式密封瓦斯抽采技术研究

高瓦斯低透气性松软顺层瓦斯抽采过程中,由于钻孔极易发生缩径、塌孔等工程问题,钻孔周围漏风严重,钻孔服务时间短,瓦斯抽采难度大且周期较长等成为瓦斯抽采的主要技术难题。通过分析松软煤层瓦斯抽采存在的关键问题,应用多孔介质渗流力学、流体平衡等理论及钻孔护孔原理,提出了松软煤层的固液耦合壁式密封技术。现场研究表明,应用固液耦合壁式密封技术抽采松软煤层瓦斯有效地阻止了巷道风流的漏入,极大地提高了瓦斯抽采效率,使得单孔瓦斯抽采浓度达90%以上,与煤矿所使用的聚氨酯袋配合密封液封孔技术相比,单孔纯瓦斯流量提高2~3倍,且抽采过程浓度稳定,对松软煤层瓦斯的高效抽采及实现煤与瓦斯共采和煤层气绿色开发理念具有重要意义。