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可穿戴电化学器件的自充电结构设计与电极材料的制备及性能研究

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可穿戴电化学器件的自充电结构设计与电极材料的制备及性能研究

作者：朱珍福长春工业大学

学位级别：硕士

随着便携式电子设备的不断发展,如可拉伸电路、表皮电子、可穿戴传感器等,迫切的需要可持续的柔性能源系统。摩擦纳米发电机（TENG）是一种完美的能量收集装置,其能够将不规则的低频机械能转化为电能,并表现出成本低、结构简单、效率高... 详细信息

随着便携式电子设备的不断发展,如可拉伸电路、表皮电子、可穿戴传感器等,迫切的需要可持续的柔性能源系统。摩擦纳米发电机（TENG）是一种完美的能量收集装置,其能够将不规则的低频机械能转化为电能,并表现出成本低、结构简单、效率高和材料选择多样的独特优势。因此,与储能器件组装成自供电系统可以智能地收集和储存来自人体运动和周围环境的能量,推动实现灵活、免维护和高度耐用的可穿戴电子设备。然而,能量在收集,转换和存储过程中存在巨大的损耗,因此如何保证能量的可持续收集以减少能量的流失成为了关键。因此本文通过对电极材料的选择和优化,电路结构以及自充电系统的设计来优化和提高自充电系统的工作性能和效率。（1）以碳布（CC）负载的Nix VO·n HO（NVO）为阴极,与活化CC作为阳极组装成柔性锌离子超级电容器（ZIHC）,其具有2.0 V的电压范围和267.1m F cm的电容值。此外,NVO/CC与具有良好的柔韧性、高疏水性、透明度和优异的电负性的聚二甲基硅氧烷（PDMS）组合构成单电极TENG。其最大瞬时功率达到18.5m W cm。通过将TENG与ZIHC集成,提出了一种柔性自充电能源系统。该系统具有可穿戴性、兼容性和轻量化等特点。可连续收集和存储生物力学能量,并成功为电子手表充电。（2）以PEDOT:PSS包裹的银改性碳纤维（CF）作为阴极,以碳纳米管薄膜（CNF）负载FeO/Mo S为外部阳极设计纤维状柔性超级电容器（SC）,并在5000次循环后仍表现出92%的保持率的出色稳定性。此外,以SC的阳极材料作为TENG的导电层,涂覆硅橡胶作为摩擦层,形成单电极结构TENG,可与SC构成柔性纤维状兼容结构自充电系统,其充电速率是非兼容条件下的2倍。通过编织纤维状自充电系统作为柔性穿戴织物,可收集人体运动为电子器件充电,还可以用作自供电传感器,准确检测人体运动和当前身体状况。（3）通过有机小分子掺杂单壁碳纳米管（SWCNT）制备P型或N型有机半导体,并在CC上负载以获得柔性半导体织物。基于两者的摩擦伏安效应,通过往复摩擦可产生直流输出,输出的电压为4 V,电流为2.5μA,并达到200 m W m的功率密度。另外,室温下在柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）基底上采用原位沉积的方法制备大面积PB膜,与P型织物构建柔性电致变色超级电容器。通过与TENG进行组装,实现通过颜色变化确定电子设备充电程度,为柔性可视化自充电系统提供了可能。

关键词：超级电容器摩擦纳米发电机自充电结构设计穿戴器件电极材料

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利用冷冻干燥法制备四烯雌酮固体分散体

畜牧兽医学报 2024年

作者：朱珍珍刘大虎杨升天津农学院动物科学与动物医学学院天津市农业动物繁育与健康养殖重点实验室

本研究旨在制备四烯雌酮（altrenogest，ALT）固体分散体，提高四烯雌酮的溶解度及其生物利用度，为其在实际生产中的应用提供参考依据。以聚乙烯吡洛烷酮K30（polyvinylpyrrolidonek30，PVPK30）为药物载体，叔丁醇为冻干溶剂，冷冻干... 详细信息

本研究旨在制备四烯雌酮（altrenogest，ALT）固体分散体，提高四烯雌酮的溶解度及其生物利用度，为其在实际生产中的应用提供参考依据。以聚乙烯吡洛烷酮K30（polyvinylpyrrolidonek30，PVPK30）为药物载体，叔丁醇为冻干溶剂，冷冻干燥法制备四烯雌酮固体分散体。以固体分散体体外溶出度为评价指标对所得ALT固体分散体的质量进行评估，采用X射线衍射法（XRD）、同步热分析法（TG-DSC）、傅里叶红外光谱法（FT-IR）、扫描电镜法（SEM）等方法来描绘其特性，并研究其在体外的溶出规律。结果显示，四烯雌酮固体分散体最优制备工艺为药载比1:8，叔丁醇浓度为50%，超声时间80 min。固体分散体在pH为7.4的PBS缓冲液中的平衡溶解度为原料药的5.91倍，1:8混合物的3.65倍，固体分散体6h体外累积溶出率为89.09%，ALT原药和物理混合物的累积溶出率为32.94%、28.93%。综上所述，此方法制备的固体分散体能够有效提高四烯雌酮原料药的溶解度。

关键词：四烯雌酮冷冻干燥法固体分散体溶解度

单向冻结粉质黏土已冻区分凝冰分布规律试验研究

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岩土力学 2024年第2期45卷 407-416,432页

作者：王震朱珍德胡家豪周子玉汕头大学土木与环境工程系广东汕头515063 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210098 河海大学江苏省岩土工程技术工程研究所江苏南京210098

在单向冻结中,已冻区分凝冰的产生和发展是影响冻融土结构性特征的重要因素。选取降温速率(0.5~0.005℃/s)、冷端温度(–30~–70℃)、暖端补水(无补水、恒压补水)等3种单向冻结边界条件,探究其对已冻区分凝冰发育的影响规律。基于光学... 详细信息

在单向冻结中,已冻区分凝冰的产生和发展是影响冻融土结构性特征的重要因素。选取降温速率(0.5~0.005℃/s)、冷端温度(–30~–70℃)、暖端补水(无补水、恒压补水)等3种单向冻结边界条件,探究其对已冻区分凝冰发育的影响规律。基于光学显微数字拍摄,自主研发了裂纹显微测量系统,为分凝冰裂纹的原位、无接触式测量提供了便利。试验研究发现:(1)不仅是温度梯度、暖端补水条件,单向冻结冷端降温速率对已冻区分凝冰分布也会产生影响,传统模型(如分凝模型)计算的水分迁移量难以准确反映已冻区冰裂纹分布特征;(2)冻结锋面移动速率对已冻区分凝冰宽度的影响大于温度梯度;(3)冻结过程中已冻区分凝冰宽度随0℃线移动速率呈指数形式变化。最后基于0℃线移动速率提出了已冻区分凝冰宽度预测的经验公式,为工程中评估变降温速率条件下黏土的单向冻胀破坏提供了参考。

关键词：单向冻胀降温速率黏土分凝冰裂纹超低温

考虑截面规则性的柱状节理岩体变形及强度特性研究

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岩土力学 2024年第1期45卷 213-225页

作者：朱姝阙相成朱珍德朱其志河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210098 河海大学江苏省岩土工程技术工程研究中心江苏南京210098

柱状节理岩体的复杂结构使其现场力学参数的确定存在困难,可靠地估计柱状节理岩体强度及变形特性对工程安全至关重要。结合Voronoi图形及3D打印技术制作不规则柱状节理岩体光敏树脂模具,并制备了具有不同倾角的规则及不规则柱状节理岩... 详细信息

柱状节理岩体的复杂结构使其现场力学参数的确定存在困难,可靠地估计柱状节理岩体强度及变形特性对工程安全至关重要。结合Voronoi图形及3D打印技术制作不规则柱状节理岩体光敏树脂模具,并制备了具有不同倾角的规则及不规则柱状节理岩体试样。基于开展的单轴压缩试验结果,分析不同截面柱状节理岩体的变形及强度特性差异。根据试样最终破坏形态,揭示柱状节理岩体破坏模式及机制。结合已有研究结果,描述节理面材料对柱状节理岩体破坏形态及强度的影响。基于传统节理系数方法,提出了更能反映柱状节理岩体柱体结构特征的修正节理系数方法。采用修正节理系数法建立规则及不规则柱状节理岩体试验结果与现场变形及强度参数间的经验关系,将所提出计算公式应用于白鹤滩水电站工程,预测结果与现场实测值及RMR法(RMR为岩石质量评分指标)、Q法(Q为岩体质量指标)的预测值进行比较。结果表明,对于现场变形和强度参数,所提出的修正节理系数法的预测结果与现场实测结果较为吻合。

关键词：截面规则性柱状节理岩体变形及强度特性物理模型试验经验关系

基于相场法的预制双裂隙岩体水力压裂扩展数值模拟研究

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岩土力学 2024年第6期45卷 1850-1862页

作者：吕茂淋朱珍德周露明葛鑫梁河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210098 河海大学江苏省岩土工程技术工程研究中心江苏南京210098

水力压裂裂隙扩展形态对于深部岩体油气开采和地热能开采具有重要意义。针对深部地层岩体水力压裂裂隙扩展问题,基于相场法理论、Biot多孔弹性介质力学理论和渗流力学理论建立了相场法应力−渗流耦合模型。该模型采用有限元方法对方程组... 详细信息

水力压裂裂隙扩展形态对于深部岩体油气开采和地热能开采具有重要意义。针对深部地层岩体水力压裂裂隙扩展问题,基于相场法理论、Biot多孔弹性介质力学理论和渗流力学理论建立了相场法应力−渗流耦合模型。该模型采用有限元方法对方程组进行离散化处理,运用牛顿迭代法(Newton-Raphson method,简称NR法)和分离式耦合方法求解方程组以提高计算精度。对比了该模型数值解与室内试验模拟结果和基于数值流形法(numerical manifold method,简称NMM)的数值解,并将数值解与理论解析解进行比较,验证了模型的可靠性。基于该模型,研究了地应力差、裂隙间距和注入流量等因素对垂直于最大主应力方向的双裂隙水力压裂裂隙扩展的影响规律。研究结果表明:随着地应力差的增大,裂隙扩展路径的偏转角度增大,扩展分支路径相应增多;较小的裂隙间距使裂隙更易贯通,且裂隙扩展的偏转程度和扩展长度均随着裂隙间距的增大而逐渐增大;较大的注入流量更有利于裂隙扩展长度和扩展速度的增加。通过探讨不同因素对裂隙扩展的影响,为深部岩体水力压裂优化复杂裂隙网络提供了理论依据。

关键词：相场法水力压裂多孔介质裂隙扩展数值模拟

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甘氨酸对小鼠完整卵巢组织玻璃化冷冻的影响

中国畜牧杂志 2024年第1期60卷 249-255页

作者：张凯杰杨升朱珍珍刘大虎天津农学院动物科学与动物医学学院天津市农业动物繁育与健康养殖重点实验室天津300384

本实验旨在探究与传统冷冻液相比,昆明小鼠完整卵巢组织玻璃化冷冻液中添加甘氨酸对组织内卵母细胞解冻后细胞形态、组织内凋亡基因表达的影响。选用15只7~8周龄雌性昆明小鼠,取卵巢分为3组,即冷冻液组、血清+冷冻液组、甘氨酸+冷冻液组... 详细信息

本实验旨在探究与传统冷冻液相比,昆明小鼠完整卵巢组织玻璃化冷冻液中添加甘氨酸对组织内卵母细胞解冻后细胞形态、组织内凋亡基因表达的影响。选用15只7~8周龄雌性昆明小鼠,取卵巢分为3组,即冷冻液组、血清+冷冻液组、甘氨酸+冷冻液组(在冷冻液、解冻液中添加甘氨酸使其终浓度为1 mmol/L),每组10个卵巢。对解冻后卵巢组织分别体外恢复3 h以及体外培养4 d,采用western blot法检测各组凋亡蛋白(cleaved-caspase 3、Bcl-2、Bax)表达情况以及荧光定量PCR检测凋亡相关mRNA(GAPDH、Bcl-2、Bax)的表达情况。结果表明:甘氨酸+冷冻液组解冻体外恢复3 h后卵母细胞形态正常率高于冷冻液组(P<0.05),也高于血清+冷冻液组但差异不显著;甘氨酸+冷冻液组的cleaved-caspase 3表达情况低于其他2组(P<0.05),Bcl-2/Bax凋亡蛋白表达水平高于其他2组(P<0.05);甘氨酸+冷冻液组GAPDH基因相对表达量高于其他2组(P<0.05)。甘氨酸+冷冻液组Bcl-2/Bax基因比值高于血清+冷冻液组、冷冻液组(P<0.05)。结果表明,添加1 mmol/L甘氨酸可以保护解冻后卵母细胞的形态结构以及抑制卵巢组织内细胞凋亡水平。

关键词：甘氨酸卵巢组织玻璃化冷冻冷冻保护剂

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考虑注浆层剪切变形的全长粘结锚杆应力分析

地下空间与工程学报 2024年第3期20卷 757-766页

作者：舒晓云朱珍德李安润田云河海大学土木与交通学院南京210024 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室武汉430071 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室成都610059 绍兴文理学院岩石力学与地质灾害浙江省重点实验室浙江绍兴312000

锚杆锚固力与锚固界面的剪切特性密切相关,基于锚杆-注浆层-围岩以及粘结界面之间的应力应变关系,考虑锚固界面与注浆层的剪切特性,分析了全长粘结锚杆的应力分布特征,得到了锚杆轴力和锚固界面剪应力的分布规律。结果表明:考虑注浆层... 详细信息

锚杆锚固力与锚固界面的剪切特性密切相关,基于锚杆-注浆层-围岩以及粘结界面之间的应力应变关系,考虑锚固界面与注浆层的剪切特性,分析了全长粘结锚杆的应力分布特征,得到了锚杆轴力和锚固界面剪应力的分布规律。结果表明:考虑注浆层剪切变形的界面剪应力分布范围相比不考虑时显著增加,峰值显著减小,二者的误差随着围岩弹性模量的增加而降低,其中硬岩条件下二者的差值约为30%;在围岩弹性模量较低时,剪应力集中程度较低,且沿锚杆分布范围较大,故软岩工程中应适当增加锚杆长度;随着围岩弹性模量的增加,界面剪应力分布范围减小,峰值增大,且逐渐向锚杆端部集中,故硬岩工程可适当缩短锚杆长度,并提升界面抗剪强度。

关键词：全长粘结锚杆注浆层剪切变形注浆层-围岩界面

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基于多模态的冷启动饮食推荐算法研究与实现

计算机应用与软件 2024年第4期41卷 80-85页

作者：涂帅黄锦鸿朱珍民湘潭大学湖南湘潭411105 中国科学院计算技术研究所北京100080

为帮助用户在海量食谱中找到符合个人饮食偏好食谱,提出一种基于多模态的饮食偏好推荐冷启动算法。该算法分为线上和线下两个阶段。线下阶段,通过表示学习获得食谱各维度信息的语义向量。线上阶段,基于迭代、图相似度传播的思路,通过少... 详细信息

为帮助用户在海量食谱中找到符合个人饮食偏好食谱,提出一种基于多模态的饮食偏好推荐冷启动算法。该算法分为线上和线下两个阶段。线下阶段,通过表示学习获得食谱各维度信息的语义向量。线上阶段,基于迭代、图相似度传播的思路,通过少量食谱的偏好反馈获得用户对全部食谱的偏好度并推荐。实验结果表明,基于多模态的冷启动饮食推荐算法在实验平台上的准确率达到实际工程应用水平。

关键词：饮食推荐冷启动多模态

基于非傅里叶定律的近场动力学热力耦合模型及花岗岩热损伤破裂模拟

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岩土工程学报 2024年

作者：周露明朱珍德谢兴华吕茂淋河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室河海大学江苏省岩土工程技术工程研究中心

研究岩石的热损伤破裂特征对于地热开采等工程具有重要意义。在传统常规态基近场动力学理论框架内，通过引入双相滞后（DPL）模型，提出了基于非傅里叶热传导定律推导得到的热力耦合模型。通过平板瞬态热传导问题及Lac du Bonnet(LdB)... 详细信息

研究岩石的热损伤破裂特征对于地热开采等工程具有重要意义。在传统常规态基近场动力学理论框架内，通过引入双相滞后（DPL）模型，提出了基于非傅里叶热传导定律推导得到的热力耦合模型。通过平板瞬态热传导问题及Lac du Bonnet(LdB)花岗岩的热损伤破裂试验对模型进行了验证。分析了温度梯度弛豫时间和热流弛豫时间对岩石热损伤破裂特征的影响。结果表明：近场动力学热力耦合模型模拟结果很好地反映了LdB花岗岩的热损伤破裂特征及温度分布的不连续性；温度梯度弛豫时间对热传导起促进作用，试件热损伤破裂程度随温度梯度弛豫时间的增加而增大，随热流弛豫时间的增加而减小。本研究为深入理解岩石的热损伤破裂行为、优化地热能开采工程提供了有益的探索。

关键词：花岗岩近场动力学热损伤破裂热力耦合热弛豫时间