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炭黑/异戊橡胶纳米复合材料的多尺度微观结构与粘弹性能

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炭黑/异戊橡胶纳米复合材料的多尺度微观结构与粘弹性能

作者：寇靖婕北京化工大学

学位级别：硕士

大飞机轮胎是由纤维帘线等骨架材料增强的多层橡胶纳米复合材料结构制件。与汽车轮胎不同,大飞机轮胎使用工况非常严苛（高频率,宽温域,高载荷）,对材料使用性能的要求很高。炭黑/天然橡胶（CB/NR）纳米复合材料是大飞机轮胎的主体材料... 详细信息

大飞机轮胎是由纤维帘线等骨架材料增强的多层橡胶纳米复合材料结构制件。与汽车轮胎不同,大飞机轮胎使用工况非常严苛（高频率,宽温域,高载荷）,对材料使用性能的要求很高。炭黑/天然橡胶（CB/NR）纳米复合材料是大飞机轮胎的主体材料,其粘弹性与多重相互作用和多尺度多层次微观结构密切相关,是耐磨性、抗湿滑性能、滚动阻力等服役性能的决定性因素。为解释材料动静态力学性能的微观机理,明晰内部微观结构（尤其是界面结构和分散结构）在外场作用下的演变具有重要意义。因此,本研究采用具有纳米级分辨率的原子力显微镜纳米力学技术（AFM nanomechanics）和X射线计算机断层扫描（X-ray CT）技术分别定量研究了复合材料的界面性能和三维填料网络结构,揭示了CB物理化学性质（比表面积、表面改性剂含量）对复合材料界面和分散等微观结构、力学和粘弹性等宏观性能的作用机理,同时揭示了复合材料在动态周期应力下内部微观结构的演变。此外,本研究还采用了AFM的纳米粘弹性技术（nano-DMA）,区分复合材料内部界面区域和橡胶基体的粘弹性的差异,取得的主要进展如下:（1）由于NR中含有蛋白质等非胶组分,不利于微观结构的研究,因此采用主要成分相同且体系更纯净的异戊橡胶（IR）代替,研究了不同比表面积CB对复合材料微观结构、宏观粘弹性以及力学性能的影响,并揭示了宏观动静态力学性能变化的微观机理。结果发现随CB比表面积增加,界面厚度由25.4 nm增加至47.7 nm,界面（紧致层）杨氏模量由14.8 MPa增加至37.9 MPa;填料网络的连通性和支化度逐渐增强。（a）研究材料宏观粘弹性行为随温度的变化发现,0 ~oC下tanδ（抗湿滑性能）随CB比表面积增大而增大;60℃下,tanδ（滚动阻力）升高,这主要源于填料网络的连通性和支化度增加,聚集体间距减小,填料之间的摩擦增大;但结合胶含量增加,界面区域对宏观粘弹性贡献增大,而界面tanδ低于基体,导致复合材料tanδ降低;前者影响大于后者,导致滚动阻力增大;（b）研究材料宏观粘弹性行为随频率的变化发现,其储能模量（E′）、损耗模量（E″）和tanδ均随频率的增加而线性增加。进一步利用nano-DMA技术发现界面区域的tanδ对材料整体粘弹性的影响更强烈。此外,高比表面积CB/IR复合材料力学性能显著增强,源于界面相互作用增大,应力传递效果增强,同时采用Halpin-Tsai模型揭示了高比表面积CB网络结构对橡胶材料增强的贡献。因此,高比表面积CB具有适当的滚动阻力、抗湿滑性能和显著的增强效果,适用于航空轮胎领域。（2）研究了不同含量改性剂改性CB对复合材料微观结构和宏观粘弹性的影响,并揭示了宏观粘弹性能变化规律背后的微观机理。结果发现随CB表面改性剂含量的增加,界面厚度由31.2 nm增加至49.2 nm,界面（紧致层）杨氏模量由31.1 MPa增加至48.7 MPa;改性后填料网络的连通性和支化度显著降低,聚集体间距离增大,分散变均匀。（a）研究材料宏观粘弹性行为随温度的变化发现,随着CB表面改性剂含量的增大,0 ~oC下tanδ值（抗湿滑性能）降低13.66%;60 ~oC下tanδ值（滚动阻力）降低17.92%,主要源于分散变均匀,聚集体间距离增大,填料之间摩擦减小,tanδ降低,同时界面相互作用增强,结合胶含量增加,界面区域对宏观粘弹性贡献增大,而界面tanδ低于基体,导致复合材料tanδ降低;（b）研究材料宏观粘弹性行为随频率的变化发现,复合材料E″随频率线性增加,利用nano-DMA技术进一步发现复合材料的整体粘弹性行为主要被界面区域主导（高于5 Hz）,还发现CB改性后tanδ的降低主要源于LBR层粘弹性行为的差异,这是由于改性后LBR层模量大幅增大。因此,低含量改性剂改性CB/IR复合材料滚动阻力显著下降,同时抗湿滑性能较高,有望应用于大飞机轮胎领域。（3）研究了CB/IR纳米复合材料在不同的疲劳程度下微观结构和纳米力学性能的演变过程,结果发现随着疲劳程度的增加,填料在空间中的分布发生取向且分散变均匀,界面厚度由29.2 nm先增加到31.4 nm后减小至18.7 nm,基体和界面区域模量降低,同时揭示了疲劳过程中微观结构演变的原因。

关键词：界面结构填料网络纳米粘弹性原子力显微镜 X射线计算机断层扫描

中国科学学与科技政策研究会:一流学术引领推动一流学会建设

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学会 2024年第1期 27-31页

作者：籍斌康海霞寇明桂陈光中国科学学与科技政策研究会北京100190

学会名片中国科学学与科技政策研究会成立于1982年,是全国从事科学学与科技政策研究工作者的学术团体,现有个人会员9000多名、团体会员88个,下设6个工作委员会和31个专业委员会,在全国各省(自治区、直辖市)设地方研究会。研究会系我国... 详细信息

学会名片中国科学学与科技政策研究会成立于1982年,是全国从事科学学与科技政策研究工作者的学术团体,现有个人会员9000多名、团体会员88个,下设6个工作委员会和31个专业委员会,在全国各省(自治区、直辖市)设地方研究会。研究会系我国自然科学与社会科学交叉领域智库型学会,是科学学与科技政策研究领域规模最大、影响最广、水平最高的学术组织。

关键词：科技政策研究学术团体团体会员科学学引领推动交叉领域一流学术中国科学学与科技政策研究会

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人教版生物学数字教材的特点分析与应用举例

生物学教学 2024年第1期49卷 13-16页

作者：寇改灵人民教育出版社人教数字出版有限公司北京100081

人教版生物学数字教材聚焦信息化环境下核心基础性教学资源和应用,它不仅继承了纸质教材的基础性和逻辑性,还具有直观性、丰富性和交互性等特点。通过对数字教材的特点分析和应用举例,以提高教学和学习效果,满足信息化教学应用和个性化... 详细信息

人教版生物学数字教材聚焦信息化环境下核心基础性教学资源和应用,它不仅继承了纸质教材的基础性和逻辑性,还具有直观性、丰富性和交互性等特点。通过对数字教材的特点分析和应用举例,以提高教学和学习效果,满足信息化教学应用和个性化学习需求,促进创新型人才培养和教育均衡发展。

关键词：人教版数字教材信息化学习立体化呈现生物学教学

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提高肝癌转化治疗成功率的策略与挑战

中国实用外科杂志 2024年第9期 1078-1080页

作者：陈智仁寇春伟纪任香港大学临床医学学院外科学系香港玛丽医院肝脏移植科肝胆胰外科香港大学深圳医院肝胆胰外科

尽管根治性手术切除在肝癌治疗中效果显著，但仅约30%的病人有手术机会，而对于不可切除肝癌病人而言，预后仍不容乐观。近年来，包括免疫治疗在内的全身系统治疗方案在局部晚期肝癌的治疗中取得了重大进展。然而，这些治疗方案面临诸... 详细信息

尽管根治性手术切除在肝癌治疗中效果显著，但仅约30%的病人有手术机会，而对于不可切除肝癌病人而言，预后仍不容乐观。近年来，包括免疫治疗在内的全身系统治疗方案在局部晚期肝癌的治疗中取得了重大进展。然而，这些治疗方案面临诸多挑战，包括难以确定最佳治疗周期和停止治疗的具体时间点，以及较高的治疗相关不良事件发生率。仅约10%的病人能够通过全身系统治疗实现完全缓解。外科治疗的目标是通过转化治疗方案，将不可切除的肝癌病人转化为可切除，从而显著改善病人的预后。2022年，START-FIT临床试验推出了一种新型的多模式、序贯式治疗方案，结合了经动脉化疗栓塞、立体定向放疗和免疫疗法。该方案的初步结果显示，约40%的病人达到了完全缓解，另有12%的病人成功转化为手术治疗。这一进展为不可切除肝癌病人带来了新的希望，并为未来的治疗策略提供了重要的参考。

关键词：肝细胞癌转化治疗靶向治疗免疫治疗三联序贯式转化治疗

用于矿井通风网络解算的通风机风压性能曲线自动识别方法

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工矿自动化 2024年第4期50卷 103-111页

作者：吴奉亮寇露西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054

从通风机性能曲线图像中采样并识别风压性能曲线,进而拟合出风压性能函数是矿井通风网络解算的关键技术。目前常用人工方式识别风压性能曲线,效率低且准确性不高。提出一种基于图像处理技术的通风机风压性能曲线自动识别方法。采用双边... 详细信息

从通风机性能曲线图像中采样并识别风压性能曲线,进而拟合出风压性能函数是矿井通风网络解算的关键技术。目前常用人工方式识别风压性能曲线,效率低且准确性不高。提出一种基于图像处理技术的通风机风压性能曲线自动识别方法。采用双边滤波、图像锐化和二值化技术对原始通风机风压性能曲线图像进行预处理,以提高图像质量。分别基于腐蚀算法、轮廓检测算法提取通风机性能曲线图像中的网格线和坐标文字,采用逻辑运算、中值滤波、轮廓检测和K3M算法提取风压性能曲线。以逐行像素识别方式识别风压性能曲线的像素坐标,采用模板匹配算法识别坐标数字,进而完成像素坐标到物理坐标的转换,实现风压性能曲线识别。将通风机风压性能曲线自动识别方法集成至通风网络解算软件,对通风机风压性能曲线进行识别试验,结果表明,该方法对单条风压性能曲线的采样速度为24 Samples/s,识别的风压性能曲线与原始曲线的重合度高,风压拟合值与原始值的最大误差仅为0.88%,较人工识别方法大大提高了通风网络解算效率和准确性。

关键词：矿井通风网络通风网络解算通风机风压性能曲线图像自动识别风压性能函数拟合

多酚调控动物肠道健康的作用机制及植物多酚在猪生产中的应用研究进展

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动物营养学报 2024年第4期36卷 2104-2117页

作者：寇鸿千秦彤刘明夏冰北京农学院动物科学技术学院北京102206 中国农业科学院北京畜牧兽医研究所北京100193

多酚作为植物次级代谢产物,具有较好的抗氧化及抗菌等特性。研究表明,多酚可通过增强肠道屏障功能、与肠道微生物互作、调控抗氧化性能以实现对机体的保护作用,作为绿色饲料添加剂在养猪生产中具有广阔的应用前景。本文从多酚的定义及... 详细信息

多酚作为植物次级代谢产物,具有较好的抗氧化及抗菌等特性。研究表明,多酚可通过增强肠道屏障功能、与肠道微生物互作、调控抗氧化性能以实现对机体的保护作用,作为绿色饲料添加剂在养猪生产中具有广阔的应用前景。本文从多酚的定义及分类、调控动物肠道健康的作用机制及植物多酚在猪生产中的应用等方面进行综述,为其今后在猪生产绿色健康养殖中的应用提供参考。

关键词：植物多酚肠道屏障猪生产

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MEMS陀螺仪高精度低噪声检测电路设计

哈尔滨工业大学学报 2024年

作者：赵毅强寇诗逸叶茂天津大学微电子学院天津市成像与感知微电子技术重点实验室(天津大学)

为满足电容式MEMS陀螺仪低噪声，高精度的检测需求，设计了一款基于开关电容结构的全差分检测电路，主要包括电容检测和数字量化处理两部分。电容检测电路采用离散时间电容电压（C/V）转换方案，提出将高频载波调制和相关双采样技术相... 详细信息

为满足电容式MEMS陀螺仪低噪声，高精度的检测需求，设计了一款基于开关电容结构的全差分检测电路，主要包括电容检测和数字量化处理两部分。电容检测电路采用离散时间电容电压（C/V）转换方案，提出将高频载波调制和相关双采样技术相结合的方式，有效降低了低频噪声的干扰。量化电路采用一款4阶4 bit单环前馈结构的带通ΔΣ调制器，输入信号前馈通路的引入提高了系统的稳定性，内部多位量化器有效提高了信噪比。系统在保持低功耗的同时实现了高精度输出。基于0.18μm BCD工艺，在5 V电源电压下，对整体电路进行仿真验证。仿真结果表明，检测电路灵敏度可以实现10 mV/fF，在谐振频率5 kHz处，等效输入电容噪声为0.062 aF/√(Hz)。最终在100 Hz带宽范围内，读出信号量化精度可以达到15 bits。与传统的MEMS陀螺仪检测电路相比，该电路具有更低的噪声和更高的量化精度，能够满足高精度检测应用需求。

关键词：电容检测电路 MEMS陀螺仪 ΔΣ调制器相关双采样低噪声高精度

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基于一网统管的城市运行数字体征平台设计

物联网技术 2024年第10期14卷 65-69页

作者：傅贤惠徐健寇志宏李振兴张楠鹰潭市大数据中心江西鹰潭335001 中电科数字科技(集团)有限公司上海201808

城市作为生产发展和第二次劳动大分工的产物,代表了人类的文明,但其正变得越来越复杂,带来了越来越多的“城市病”。韧性城市理论的提出正是为了解决“城市病”问题,通过城市中运行的物联感知设备,对城市进行秒级、分级实时体检,可以及... 详细信息

城市作为生产发展和第二次劳动大分工的产物,代表了人类的文明,但其正变得越来越复杂,带来了越来越多的“城市病”。韧性城市理论的提出正是为了解决“城市病”问题,通过城市中运行的物联感知设备,对城市进行秒级、分级实时体检,可以及时发现各类灾情险情,做到灾前预警,提升社会管理应对能力和应急管理处置能力,进一步提高城市抵御风险的能力。基于一网统管构建了能够实时表示、实时展现的城市运行数字体征,实现了多方位、多层次的城市病监测、预警机制,提升了城市社会综合治理水平,并为城市的运行势态监测、管理决策提供了强有力的技术支撑。

关键词：一网统管城市运行体征韧性城市城市体征指标社会治理城市公共安全

秦岭山区-黄土高原地区生态基流区域差异及其阈值研究

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干旱区地理 2024年

作者：杨晓亚于坤霞李占斌李鹏刘永刚莫淑红杨建宏西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室西安理工大学旱区生态水文与灾害防治国家林业局重点实验室陕西省水资源与河库调度中心

秦岭山区-黄土高原地质地貌连续区生态系统十分脆弱，河道生态基流及其阈值对生态系统的保护十分重要。以秦岭山区-黄土高原为研究区域，构建了涵盖气候、植被、地形地貌、土层结构、流域形态及社会经济六个方面特征的22个生态基流影响... 详细信息

秦岭山区-黄土高原地质地貌连续区生态系统十分脆弱，河道生态基流及其阈值对生态系统的保护十分重要。以秦岭山区-黄土高原为研究区域，构建了涵盖气候、植被、地形地貌、土层结构、流域形态及社会经济六个方面特征的22个生态基流影响因子体系，通过构建自组织映射（SOM）神经网络和k-means聚类分析法，依据上述影响因子将秦岭山区-黄土高原划分为黄土高原中部、秦岭南麓、秦岭北麓和黄土高原西北部4个子区域，利用偏最小二乘结构方程模型（PLS-SEM）对3个子区域的生态基流影响因素进行了建模与分析。结果表明：（1）黄土高原中部的生态基流主要受降水集中度的影响，秦岭南麓主要受气温的影响，秦岭北麓主要受土壤含水量影响。（2）不同子区域生态基流存在显著的区域性差异，黄土高原中部、秦岭南麓、秦岭北麓、黄土高原西北部生态基流占比阈值分别为7.9%、9.5%、7.5%、4.1%。（3）考虑不同子区域生态基流对环境变化的响应差异，建立了一个可用于计算和模拟生态基流的线性回归模型，模型决定性系数均大于0.87。研究成果不仅为生态基流的量化估算提供了科学依据，也对河流健康的维护与水资源的可持续利用提供了参考，具有重要的理论与实践价值。

关键词：生态基流聚类分析流量阈值结构方程影响因素