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功能化石墨烯复合材料的制备及其电化学性能的研究

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功能化石墨烯复合材料的制备及其电化学性能的研究

作者：王兆坤青岛科技大学

学位级别：硕士

单独的二维平面以及完整的sp结构赋予了石墨烯许多优异的性能,可以应用在光伏器件、智能传感器、超级电容器以及储氢材料等多种新能源领域。但是这种本身固有的sp网络结构之间会发生范德华相互作用,使得两个石墨烯片层间堆积,这相当于... 详细信息

单独的二维平面以及完整的sp结构赋予了石墨烯许多优异的性能,可以应用在光伏器件、智能传感器、超级电容器以及储氢材料等多种新能源领域。但是这种本身固有的sp网络结构之间会发生范德华相互作用,使得两个石墨烯片层间堆积,这相当于四个石墨烯平面堆积成两个有效比表面积,导致比表面积有效率降低,从而影响其导电性能以及与其他材料的复合。掺杂的聚苯胺由于氧化还原反应而显示出优异的导电性,电化学特性和光学性质,并且也已被广泛使用。但是在充放电过程中会发生体积坍塌影响其循环稳定性,使其在应用方面受到了一定的限制。为了综合解决上述问题,本文采用多种还原剂,用于还原并且功能化石墨烯;然后通过共价接枝或者共混的方式制备石墨烯/聚苯胺复合材料;另外还以对苯二胺调节聚苯胺的长径比,探究复合材料在不同形态聚苯胺下电化学性能所发生的变化。利用一些常规表征手段,例如XRD、紫外可见分光光度计、SEM、TEM等研究不同复合材料之间化学结构与形貌的区别;另外通过电化学测试判断了复合材料应用于超级电容器中的潜力。研究了一种天然提取物白藜芦醇可通过氧化还原法制备石墨烯,并且再还原过程中通过非共价键进行了修饰;随后通过与苯胺单体共混制备用于超级电容器的三元复合材料。主要探究了白藜芦醇反应时间对石墨烯以及复合材料的影响。结果表明,还原时间越长(24h下),还原程度越高,得到的石墨烯越褶皱,这赋予了其更好的性能,与聚苯胺复合的电极材料具有更大的比电容。当电流密度为1A/g时,电极材料的质量比电容高达916F/g。同时其倍率性能以及循环性能都较好。利用茶多酚制备功能化还原氧化石墨烯,并经过曼尼希反应为苯胺单体的原位接枝聚合提供反应活性位点,制备了三明治夹层结构的石墨烯/聚苯胺复合材料。通过分析证明,以上方法能够扩大石墨烯层间距,为苯胺单体的插层聚合提供优势;石墨烯片层可阻缓聚苯胺的结构坍塌;共价接枝极大的降低了石墨烯与聚苯胺的界面接触电阻。电化学测试表明,面积比电容为732m F/cm(0.5m A/cm),另外在循环充放电1000圈以后,其电容保留率仍在93%以上。具有最小的界面电阻为6.9Ω。在上述基础上,对苯二胺与苯胺共聚可用于调节聚苯胺的形态,获得石墨烯/聚苯胺纳米线状电极材料。结果表明,随着对苯二胺用量增加,聚苯胺的长径比会降低;用量过高时,会对聚苯胺的聚合起到抑制效果。另外通过电化学测试,发现当对苯二胺与苯胺单体比为1:2时,所制备的电极材料具有最优异的电化学性能。其质量比电容可达538.1F/g(0.5A/g)。通过以上工作所制备的石墨烯/聚苯胺复合材料不仅解决了石墨烯片层的重新堆叠问题,还解决了聚苯胺由于质子掺杂的体积变化问题,改善了电极材料的循环稳定性以及电容量,这为制备更高效、比电容更多高的石墨烯/聚苯胺复合材料提供了有效思路。

关键词：石墨烯功能化聚苯胺超级电容器

基于临界距离法的泵头体材料缺口试样疲劳寿命预估

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基于临界距离法的泵头体材料缺口试样疲劳寿命预估

作者：王兆坤长江大学

学位级别：硕士

压裂技术是提高油田采收率的常用手段,其关键设备是压裂泵。压裂泵泵头体作为整个系统的液力端,在工作中承受高压循环载荷的作用,再加上压裂液的腐蚀作用,往往导致泵头体在达到其使用寿命前便发生疲劳破坏。这一问题极大地制约了油气的... 详细信息

压裂技术是提高油田采收率的常用手段,其关键设备是压裂泵。压裂泵泵头体作为整个系统的液力端,在工作中承受高压循环载荷的作用,再加上压裂液的腐蚀作用,往往导致泵头体在达到其使用寿命前便发生疲劳破坏。这一问题极大地制约了油气的开采,因此如何更准确地预估压裂泵的疲劳寿命成为当下的热点研究问题。泵头体的结构较为复杂,很难直接对其本体或者等比例模型进行疲劳试验,工程中常常以与泵头体疲劳破坏区域应力集中系数相同的缺口试件作为研究对象,将预估泵头体的疲劳寿命问题转化为预估缺口件的疲劳寿命。目前常用的疲劳寿命预估方法有名义应力法、局部应力应变法和应力场强法等。这些方法在实际工程中应用较多但存在各自的问题。临界距离法是一种较新的疲劳寿命预估方法,有着应用简单,误差小的优点。因此研究临界距离法在各种缺口件疲劳寿命预估上的应用具有十分重要的理论意义和工程意义。本文以临界距离理论为研究对象,基于临界距离的思想提出了针对点法和线法的修正思路,并在各种类型缺口试件上加以应用。采用有限元仿真的方法定性分析了V型缺口试件和双重V型缺口试件缺口几何参数对临界距离理论的有效应力σ的影响,研究了传统临界距离法在各种缺口试件疲劳寿命上的预估效果,验证了本文提出的修正方法。论文主要内容及研究成果如下:1、进行了泵头体铬镍合金材料的力学试验和疲劳试验,获得了该材料的力学性能参数和疲劳数据,拟合了该材料的S-N曲线公式,进行了该材料的应力集中系数K=3的缺口件的疲劳试验,获得了在应力水平10KN下的疲劳试验数据。2、对临界距离理论的基础概念进行了系统性论述,基于缺口模型应力集中区域的Von Mises和Tresca应力场,扩充定义了材料的特征长度L的概念。基于极限承载力和固有强度两个参数完成了对临界距离理论的精度检验。应用临界距离法预估了铬镍合金圆棒V型缺口试件、45钢双重U型缺口试件、45钢半圆型缺口试件、铝合金双孔和双缺口试件的疲劳寿命,与传统方法进行比较,临界距离法误差更小,验证了该方法的适用性。3、建立了30种不同几何尺寸的V型缺口模型和120种双重V型缺口模型,通过有限元软件ABAQUS的数值分析,定性地得到了TCD有效应力σ与缺口几何因素(缺口深度H、缺口根部圆角半径ρ和缺口间距D)的关系。4、提出了基于Lazzarin的点法修正公式和基于“聚焦路径”长度a与材料特征长度L比值的线法修正公式,并在各种试验件中得到了验证。结果表明选用合适修正方法可以显著提高传统线法的精度。

关键词：泵头体临界距离理论疲劳寿命预估修正公式

高深宽比纯铜微通道模压成形工艺与表面功能调控

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高深宽比纯铜微通道模压成形工艺与表面功能调控

作者：王兆坤哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

微电子元件的发展使得单位面积上的芯片晶体管数目呈指数增长，芯片消耗的能量升高，产生的热量大大增加，散热问题成为限制芯片发展的重要问题，急需有效的散热技术满足散热需求。金属制造的微通道散热器机械性能好，导热性能强，其核... 详细信息

微电子元件的发展使得单位面积上的芯片晶体管数目呈指数增长，芯片消耗的能量升高，产生的热量大大增加，散热问题成为限制芯片发展的重要问题，急需有效的散热技术满足散热需求。金属制造的微通道散热器机械性能好，导热性能强，其核心散热部件是具有表面结构的微通道，高深宽比的通道微结构比表面积大，散热效率高。微模压成形技术制造微通道相比于传统的制造工艺，效率高、成本低、可重复率高，适合制备高深宽比微通道。　　本文进行了纯铜微通道制造工艺研究，对微通道成形过程进行有限元数值模拟，分析了变形过程中材料的流动以及应力应变规律，研究了不同因素对模压工艺过程的影响。设计并加工微通道模压模具，开展纯铜微通道模压工艺规律研究，分析微通道各部位成形均匀性，制备出不同尺寸的高深宽比纯铜微通道。最后，进行纯铜微通道表面修饰，制备了具有超亲水性能表面的微通道，增强其传热性能。　　采用Deform-3D软件模拟了微通道模压成形过程，分析了不同占空比、型腔宽度、深宽比的微通道成形材料流动、应力、应变的变化规律，占空比λ选用1可以保证成形过程容易以及成形件质量，使微通道的面积满足要求，散热效果可以得到保证。型腔宽度选用100μm可以保证成形力适中，使成形过程容易，并提高微通道的表面积，可以保证散热效果，也能保证凸模在模压成形时不发生损坏。微通道模压成形过程需要进行一定时间的保压，以保证微通道填充完全，保证微通道模压成形精度。　　基于模拟结果进行了高深宽比纯铜微通道模压成形，室温模压成形条件下成形载荷过大，低深宽比的微通道达到成形高度，但高深宽比微通道成形载荷大，凸模容易发生损坏。高温模压可以降低成形载荷，但加热条件下脱模力大，需要降低脱模力以保证成形件和凸模不被损坏。确定了高温模压成形最佳工艺参数，加热稳定在240℃，深宽比1:1、2:1、3:1的纯铜微通道高温模压的载荷分别为27kN、30kN、30kN。微通道模压成形过程材料的填充变形过程以位错增殖，大晶粒破碎产生小晶粒填充型腔为主。微通道整体尺寸的增加使得成形的难度增加，尺寸为20mm×20mm的微通道将坯料厚度调整至2mm，并调整了坯料初始形状，通过上述方式改善微通道成形整体性，各位置成形高度均匀。　　对微通道表面润湿性能进行了研究和调控，通过激光清洗的方式去除了微通道模压成形时在表面产生的氧化皮和油污。模压成形制备的微通道改变了纯铜表面的润湿性，由亲水表面转变成了疏水表面，不利于水的流动和铺展。通过化学试剂修饰纯铜微通道表面，生成的亲水性物质Cu(OH)2具有细针状和花样的纳米结构，使微通道的表面具有亲水性且表面积大大增加，使微通道由疏水表面转变为亲水表面。修饰溶液浓度和修饰时间对润湿性均存在影响，修饰溶液需要高于30g/L，修饰时间大于45min，可以制备出超亲水性能的纯铜微通道，提高了微通道的散热能力。

关键词：纯铜微通道模压成形亲水性传热性能

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歌剧《雷雨》中周萍的形象塑造及唱段分析

歌剧《雷雨》中周萍的形象塑造及唱段分析

作者：王兆坤河南师范大学

学位级别：硕士

歌剧《雷雨》改编自曹禺的同名话剧,由莫凡先生作曲及剧本改编。歌剧由话剧版的四幕删减为两幕,并将剧中人物由8人删减到6人,以更加突出故事主线及戏剧效果。歌剧表现了一个旧社会家庭的悲剧,其中周萍作为该剧的男主人公,人物关系最为复... 详细信息

歌剧《雷雨》改编自曹禺的同名话剧,由莫凡先生作曲及剧本改编。歌剧由话剧版的四幕删减为两幕,并将剧中人物由8人删减到6人,以更加突出故事主线及戏剧效果。歌剧表现了一个旧社会家庭的悲剧,其中周萍作为该剧的男主人公,人物关系最为复杂,且在剧中承担了诸多戏剧矛盾,具有一定研究意义,因而笔者将其作为讨论的重点。本文以话剧《雷雨》为切入点,首先对创作者曹禺和作曲家莫凡进行简单和必要的介绍,并尝试从创作背景的角度来了解歌剧《雷雨》中的人物来源。然后通过对周萍人物关系和歌剧内容的整理,重点研究其人物形象及其主要唱段,以便能在实践中更好的指导个人的演唱,最后通过个人音乐会的舞台实践对周萍的相关唱段进行分析整理。

关键词：《雷雨》周萍人物形象舞台实践

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水权制度研究

水权制度研究

作者：王兆坤山东大学

学位级别：硕士

水资源是一种既具有经济价值又具有生态价值的,对人类不可或缺的自然资源。随着我国工业化、城市化进程的加快,水资源量日趋减少,水质污染日益加重,水资源需求与供给之间的矛盾明显加剧。如何解决水资源供需之间的矛盾,提高水资源利用率... 详细信息

水资源是一种既具有经济价值又具有生态价值的,对人类不可或缺的自然资源。随着我国工业化、城市化进程的加快,水资源量日趋减少,水质污染日益加重,水资源需求与供给之间的矛盾明显加剧。如何解决水资源供需之间的矛盾,提高水资源利用率,实现水资源的优化配置和可持续利用,已成为严重的社会问题,水权制度作为解决水权归属、水资源配置、水权流转、.国家宏观调控等系列问题的有效途径和措施,是实现水资源的优化配置和可持续利用的最强有力的制度保障。本文重点对水权概念、性质、法律关系、相关权利区别、国内外水权现状及经验借鉴,以及水权的取得、转让、担保等一系列问题进行了剖析,希望能对我国水权制度的进一步完善提供一点参考。第一章是水权概说。阐述了关于水权概念的几种学术观点及本文界定,研究了水权的性质、属性及水权与相关权利的联系和区别。第二章是主要国家(地区)水权制度介绍及借鉴。首先介绍了国外英美法系(美国、澳大利亚)的水权制度和大陆法系(日本)的水权制度;然后剖析了我国大陆及台湾地区水权制度的现状及缺陷;最后分析了国外水权制度对我国的经验借鉴和建立科学完善的水权制度的重要意义。第三章是水权法律关系。分析了水权法律关系的主体、客体、内容,重点阐述了水权的内容及水权类型。第四章是水权法律关系的变动。分析了部分水权法律关系的变动方式,如:水权配置、水权转让的概念、转让原则、转让条件,水权的消灭原因:水权的担保方式及水权担保权利的实现等。

关键词：水权水权取得水权转让水权制度