系统边界面行为分析

多维动态系统分析理论(MDSAT）是为了适应当前发展的复杂动态系统分析而提出的一种系统分析理论。该理论中一个相当重要的部分就是对系统边界面的分析。本文主要探讨系统边界面的定义、特征及分类，系统边界面信息筛，抛射和吸纳及变形运动等边界面行为，系统边界面与系统、环境闻的关系，以及边界面维度和维度扭曲等。     

多相间跨原子光谱学与接触电致催化学

接触起电(contact electrification, CE)或摩擦起电(triboelectrification)是两种材料之间通过物理接触产生电荷的现象.本文将介绍基于接触起电过程中电子转移原理的两个新兴领域——接触起电诱导的界面光谱学(contact electrification induced interface spectroscopy, CEIIS)和接触电致催化学(contact-electro-catalysis, CEC). CEIIS是两种材料在接触起电过程中所产生的特征辐射.这种特征光谱传递了有关界面上能量结构的大量信息,开启了一种与界面接触起电相对应的光谱学.接触电致催化学(CEC)是利用机械振动,在接触起电过程中惰性介质之间产生电子转移,从而直接发生催化反应,而无需使用常规催化剂.这种新的催化原理不仅扩大了催化材料的选择范围,而且开创了一个新的催化领域.     

长链烷氧基聚氧乙烯醚丙烯酸酯共聚物的合成及性能

以不同长链烷氧基聚氧乙烯醚丙烯酸酯、丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为单体,通过聚合制备三元共聚物PAAC12、PAAC14和PAAC16.聚合物的分子结构通过红外光谱和核磁共振氢谱得到了表征.采用热重分析仪和流变仪对聚合物的热稳定性和水相增黏性进行测试,并通过高温高压张力仪对聚合物的界面性能进行测试.试验结果...     

二氧化碳注入条件下井筒水泥环完整性若干研究进展

井筒水泥环完整性是实现二氧化碳(Carbon dioxide,CO₂)地质封存长期安全有效的重要保障。在CO₂的捕集、利用及封存过程中,低温CO₂流体注入过程将引起井筒结构温度和压力的分布变化,易造成井筒水泥环完整性失效。为评价CO₂注入条件下井筒水泥完整性和优化注入参数提供理论指导和分析方法,文章在简要综述前人相关研究的基础上,重点介绍了笔者的相关创新研究成果：1)简述了CO₂注入井井筒完整性失效的研究现状,重点介绍了CO₂注入过程中井筒流动模型以及不同注入参数对井筒温度分布的影响;2)简述了含缺陷水泥环完整性的研究现状,重点介绍了井筒裂纹断裂参数计算方法,定量分析了CO₂注入井含缺陷水泥环的完整性,揭示了水泥力热性能对径向裂纹和界面裂纹扩展行为的影响规律。文章可为CO₂注入过程施工参数优化、井筒水泥环完整性评价等方面的相关研究与应用工作提供有益参考。     

能量存储:基于全新原理的“纳米弹簧”

许多机械装置如钟表、玩具等都采用弹簧来驱动,其能量的存储与释放是通过弹簧内部原子间距的变化来实现的。但是这种原子间距的变化(即弹性变形)所能存储的体能量密度相对很低,如何提高能量的转换效率以及材料存储的能量密度是当前材料科学理论和实验研究共同关注的一个问题。本研究利用金属钨单晶纳米线在加载时独特的孪晶变形行为,提出了一个可以在纳米尺度下高效存储与释放机械能的新原理,并据此设计了相应的纳米装置——纳米弹簧。与块体弹簧不同,本文提出的纳米弹簧通过表面原子的重构来实现能量的存储与释放。进一步的计算还表明,由于金属钨孪晶界面的移动阻力非常小,金属钨纳米弹簧的能量转换效率可以达到98%;同时该纳米弹簧存储的体能量密度可以超过钟表发条的1600倍,并具有30%的应变以及3GPa的驱动应力。     

接枝高分子对纳米-生物界面黏附性能的调控

接枝高分子调控纳米-生物界面的黏附行为在生物医学领域具有广泛应用,相关研究也具有重要的理论意义,从而获得了持续的关注.本文对接枝高分子调控纳米-生物界面的黏附行为所涉及的物理化学机制进行了梳理.通过在纳米药物表面接枝聚合物,可以抑制生物小分子的随机吸附,从而减少蛋白冠厚度,减轻免疫反应,延长药物的体内循环时间.此外,聚合物接枝还能改变药物载体的表面结构性能,从而提高其在生理组织中的输运效率.本文涉及的机理分为两大类:界面物理和界面化学.前者主要关注微观结构和形态,可以通过接枝密度、接枝长度、链拓扑等进行调节.本文着重介绍了与接枝聚合物的高熵特性密切相关的两种物理机制:熵弹空间位阻和链段动力学.后一类机理通过特殊的化学基团实现,特别是官能团的亲疏水性.通过在接枝链上加入适当的化学基团修饰,可以获得更好的稳定性和更强的生物分子吸附抑制.此外,通过化学基团对温度、光照、pH的依赖性,可以对接枝聚合物涂层的生物黏附性能进行动态调节,实现对外部刺激响应智能化.本文有望为该领域未来的基础理论研究和先进材料开发提供参考.     

催化臭氧净水过程中催化材料晶面的作用

非均相臭氧催化氧化(heterogeneous catalytic ozonation, HCO)技术在难降解有机物去除和提高废水可生化性方面应用广泛.非均相金属氧化物是稳定有效的HCO材料.通过晶面调控手段,可改变金属氧化物催化材料表面原子排列顺序,从而暴露出特定晶面.晶体暴露的晶面种类与比例可显著影响HCO过程中臭氧(O3)分解、污染物降解及消毒副产物生成效率.本文在实验结果和理论研究进展的基础上,系统综述了晶面调控HCO催化材料的合成方法与控制机理、强化HCO过程的增强机理以及其在水处理中的应用,如污染物降解、灭菌及副产物毒性抑制等.最后,针对晶面调控HCO催化材料现有研究的不足和实际应用所面临的挑战,从机理探索和材料开发两方面进行了展望.     

移动拟合法在煤层界面插值中的应用研究

为了在构建三维矿床模型过程中,形成最佳逼近的煤层界面模型,将移动拟合法引入到煤层界面插值中。根据煤层的赋存条件以及原始采样数据的分布特点提出了参数优化选择的有效方法及适用条件,并通过数学方法改善病态矩阵,使待估区域中的插值结果精度更高。以某矿的煤层界面数据为样本,通过交叉检验确定权函数,进行空间插值以及三维可视化,比较真实地反映了矿床的基本特征,为矿床地质模型的建立提供了有力的数据支撑。     

基于路用性能的石灰-钢渣稳定土试验分析

基于路用性能设计正交试验,研究了影响石灰-钢渣稳定土抗压强度的4种因素.结果表明,对于石灰-钢渣稳定土初期抗压强度,石灰含量影响最大,钢渣影响较小;但对于其后期抗压强度,钢渣掺量的影响明显增强,且钢渣粒径大小对后期强度增长速率的影响较大.试验结果对比发现,石灰-钢渣稳定土具有较高的无侧限抗压强度和加州承载比,满足《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)和《公路路面基层施工技术细则》(JTG/T F20-2015)的要求,表明可以使用钢渣代替部分石灰或水泥应用于高速公路路床填料.     

锂硫电池综合性能协同提升策略

锂硫电池具有高比能、低成本、环境友好等优点,是最具发展潜力的下一代二次电池体系之一.受限于硫的本征绝缘性、多硫化锂的穿梭效应、界面副反应、锂枝晶生长等问题,锂硫电池的商业化应用还面临着诸多挑战.本文结合本课题组近年来在锂硫电池领域的相关研究进展,提出了硫正极反应机制的调控、电极结构设计、电解质改性优化策略,实现了锂硫电池综合性能的协同提升;最后对锂硫电池的发展进行了展望.