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三类分子梭性能及运动机理的理论研究

三类分子梭性能及运动机理的理论研究

作者：梁忠帅湘潭大学

学位级别：硕士

本文主要使用量子化学方法对三类分子梭体系的结构、性能、机械运动机理进行了研究。第一,在碱金属阳离子作用下,大环型离子缺电子环番(CBPQT)可以在1,5—二氧亚萘基残基[18]冠醚-6衍生物即线性分子1和1,4—二氧苯衍生物即线性分子2间... 详细信息

本文主要使用量子化学方法对三类分子梭体系的结构、性能、机械运动机理进行了研究。第一,在碱金属阳离子作用下,大环型离子缺电子环番(CBPQT)可以在1,5—二氧亚萘基残基[18]冠醚-6衍生物即线性分子1和1,4—二氧苯衍生物即线性分子2间来回运动。用密度泛函理论(DFT)对大环型离子CBPQT在线性分子1和线性分子2间进行组装解离机理进行了理论研究。根据约化密度梯度(RDG)和结合能的计算判断了CBPQT与线性分子1、线性分子2的结合能力。综合自然价键轨道理论(NBO)和电子定域性理论(ELF)的分析,讨论了碱金属阳离子与大环型离子CBPQT的静电排斥作用是否是导致准轮烷解离的直接原因。结合核磁共振谱图(NMR)和电子密度差计算了互锁前后电子密度转移过程。理论计算结果与实验结果吻合,大环型离子CBPQT与线性分子1的结合能力强于线性分子2。加入碱金属阳离子,CBPQT与线性分子1的结合能力大大减弱,发生解离,CBPQT与线性分子2结合。第二,在光照条件下,含吡啶基-酰基腙的轮烷型分子梭在Z型或E型间来回转换。根据能量参数(结合能强度,吉布斯自由能)确定了正常状态下最稳定构型。利用含时密度泛函理论(TD-DFT)计算了激发态能量,得到了在紫外光照条件下E-型与Z-型分子梭的比率。运用约化密度梯度(RDG)和独立梯度模型(IGM)分析了分子梭非共价键作用(NCI)的性质和强度。理论计算结果与实验结论一致,且吡啶-酰基腙基团表现为一个制动门闩,根据外界环境的变化,分子梭就能在Z型和E型异构体状态之间切换。第三,甲基-6-硝基芳基氧羰基光学响应基团可以以共价键的形式结合到含两个相同结合位点的Leigh型氢键组装的分子梭上,大环型分子就不能在两个位点间快速穿梭。在紫外光照条件下,大体积分子的响应基团消失。运用双描述符(Dual descriptor,DD)分析了分子梭中亲核反应和亲电反应位点,核磁共振波谱讨论了化学键断裂前后电子的转移过程。运用约化密度梯度等多种理论方法分析分子梭体系非共价相互作用,以及不稳定响应基团对分子梭的影响。自然键轨道理论计算了不稳定响应基团对分子梭的稳定化能,计算结果与实验结果一致,化学键断裂前,环-线相互作用相对较强,阻止了大环型分子的相对移动;化学键断裂后,环-线相互作用较弱,大环型分子可以在两个位点间来回移动。

关键词：分子梭非共价相互作用密度泛函理论(DFT) 约化密度梯度自然键轨道理论

组合养护和纳米材料对低水胶比再生骨料混凝土的性能影响

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组合养护和纳米材料对低水胶比再生骨料混凝土的性能影响

作者：贯帅北京交通大学

学位级别：硕士

再生骨料由于自身存在缺陷,所以由其制备的再生骨料混凝的力学性能和耐久性能都相对较差。根据本课题组之前的研究成果,低水胶比(0.18)条件下,组合养护可以有效提高浆体粘结强度,弥补粗骨料强度不足所带来的局限性,所以本论文采用此低... 详细信息

再生骨料由于自身存在缺陷,所以由其制备的再生骨料混凝的力学性能和耐久性能都相对较差。根据本课题组之前的研究成果,低水胶比(0.18)条件下,组合养护可以有效提高浆体粘结强度,弥补粗骨料强度不足所带来的局限性,所以本论文采用此低水胶比(0.18)进行研究。主要采用以下三种方法对再生骨料混凝土的性能进行改性研究,具体包括:组合养护制度:拆模后90℃热水养护2天,再250℃干热养护3天;掺加纳米氧化硅(取代水泥质量的1%、2%、3%)并采取组合养护;掺加纳米氧化铝(取代水泥质量的1%、2%、3%)并采取组合养护。通过测定各组混凝土的力学性能和抗氯离子渗透性能,对比三种方法对再生骨料混凝土性能的改善效果。再生骨料与天然骨料的性能指标研究主要包括:骨料的级配性能、压碎指标、表观密度、坚固性指标和吸水性能。天然混凝土和再生骨料混凝土性能的研究主要包括:采用标准养护、组合养护、掺加纳米氧化硅并采用组合养护、掺加纳米氧化铝并采用组合养护的方式,制备九种类型混凝土,测试其抗压强度、劈裂抗拉强度、断裂能和抗氯离子渗透性能,通过试验结果,对比分析各种改性方法的改性效果。力学性能试验结果表明:采用组合养护可以显著提高再生骨料混凝土的力学性能,与标准养护相比,组合养护后再生骨料混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度分别提高了 26.8%、21.5%。掺加纳米氧化硅和纳米氧化铝并采用组合养护后,可使力学性能得到进一步的提升,且该提高效果会随纳米材料掺量的增加逐渐增大。与仅采用组合养护的再生骨料混凝土相比,组合养护并掺加3%纳米氧化铝的再生骨料混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度分别提高了 31.4%、18.2%;同时,相同掺量条件下,纳米氧化铝对再生骨料混凝土力学性能的改善效果优于纳米氧化硅。此外,低水胶比条件下,基体与骨料间界面粘结较强,导致无论天然混凝土、再生骨料混凝土还是采用三种改性方法制备的再生骨料混凝土,在断裂过程中均发生了骨料穿越破坏现象。抗氯离子渗透性能试验表明:采用组合养护或组合养护的同时掺加纳米材料的方法,均可以有效改善再生骨料混凝土的耐久性能。通过对比各种改性方法可以得出,组合养护的同时掺加适量的纳米材料后,再生混凝土的抗氯离子渗透性能已基本与天然混凝土持平,天然骨料混凝土的电通量为283.1 C,采用3%掺量的纳米氧化铝的电通量为315.7 C,二者的渗透等级均处于“非常低”水平。骨料的性能测试结果也反映出再生骨料与天然骨料性能之间的差距。与天然骨料相比,再生骨料的压碎指标、表观密度和坚固性指标较低,且颗粒级配较差、吸水率较高。

关键词：再生骨料再生骨料混凝土组合养护纳米材料低水胶比

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起重船对南海海况的适用性研究

起重船对南海海况的适用性研究

作者：邳帅天津大学

学位级别：硕士

随着海洋工程开发事业的不断完善以及海上资源勘探和开采的需要,对海上大型设备的需求越来越高,起重船作为海洋工程设施建设的主力工程船舶,可用于港口船舶装卸、造船工业、海洋石油平台安装、海洋交通运输、水下救援等,是全方位开发海... 详细信息

随着海洋工程开发事业的不断完善以及海上资源勘探和开采的需要,对海上大型设备的需求越来越高,起重船作为海洋工程设施建设的主力工程船舶,可用于港口船舶装卸、造船工业、海洋石油平台安装、海洋交通运输、水下救援等,是全方位开发海洋必不可少的工具,但随着起重能力的增大,对允许作业海况下的船舶性能也提出更高的要求。本文针对此问题,密切联系工程实际,研究起重船对作业海况的适用性研究,保证其在外作业的安全。使用MOSES软件,运用三维势流理论建立起重船模型,计算分析船舶在满载吃水下的稳性、强度以及不同浪向角下的运动响应。首先,利用两参数威布尔分布对海况进行统计处理,得出各海况参数的规律;其次,计算起重船在航行过程中的稳性及预估船舶在规则波系泊下运动和波浪载荷;第三,计算全年各月特定海况环境下起重船作业及待命状态时,在不规则波中系泊下的运动状态,以受力和运动等准则确定起重船能承受的海洋环境条件;最后,以每月的海况统计资料确定起重船在作业点的作业和待命概率,判断其对海况的适用性。本文做出的适用性研究结果,对同类船舶在沿海海域进行起重作业时的适用性研究和实际工程进展提供了理论及计算方法,有一定的参考作用和工程实用价值。

关键词：起重船 MOSES软件南海海况适用性

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聚吡咯/碳化锆功能复合膜的制备与表征

聚吡咯/碳化锆功能复合膜的制备与表征

作者：严庆帅上海工程技术大学

学位级别：硕士

心脏磁共振组织追踪技术评估冠心病心肌梗死的诊断价值

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心脏磁共振组织追踪技术评估冠心病心肌梗死的诊断价值

作者：多国帅中国医科大学

学位级别：硕士

研究目的:探讨心脏磁共振组织追踪技术(cardiovascular magnetic resonance tissue tracking technology,CMR-TT)与冠心病患者左心室功能参数的相关性及定量化评价心肌梗死的诊断价值。研究方法:对23例冠心病患者和16名健康志愿者进行3.... 详细信息

研究目的:探讨心脏磁共振组织追踪技术(cardiovascular magnetic resonance tissue tracking technology,CMR-TT)与冠心病患者左心室功能参数的相关性及定量化评价心肌梗死的诊断价值。研究方法:对23例冠心病患者和16名健康志愿者进行3.0 T SSFP电影序列以及对比延迟增强扫描,用CVI42软件测量心功能,并使用组织追踪技术对左心室整体和节段的应变进行分析,得到心肌径向、周向、纵向三个方向CMR-TT 3D应变参数值。对上述参数值进行组间均值比较、组内相关系数(ICC)分析、Pearson相关性分析、Logistic回归模型、受试者工作特性分析(ROC分析)。结果:左心室整体径向应变(radial strain,RS)(ICC=0.944)、周向应变(circumferential strain,CS)(ICC=0.988)、纵向应变(longitudinal strain,LS)(ICC=0.987)均表现较好的可重复性。冠心病组左心室整体的径向应变、周向应变、纵向应变低于健康人组[(30.35±17.26)%和(45.46±8.9)%、(-13.92±5.77)%和(-19.34±2.3)%、(-11.3±4.75)%和(-16.54±2.4)%,P值均<0.01]。左心室射血分数与径向应变呈强相关(r=0.774,P<0.001),与周向应变呈强相关(r=0.778,P<0.001),与纵向应变呈极强相关(r=0.802,P<0.001)。冠心病组延迟强化(late gadolinium enhancement,LGE)阳性心肌节段径向应变、周向应变、纵向应变峰值低于LGE阴性心肌节段,[(9.95)%和(41.42)%,(-7.67)%和(-17.2)%,(-6.68)%和(-13.83)%,P值均<0.01]。心肌径向应变(AUC=0.914)、周向应变(AUC=0.911)在诊断心肌节段梗死中具有较高的诊断价值,纵向应变(AUC=0.819)具有一定的诊断价值;当心肌径向应变截断值为16.83%时,诊断准确度较高(Youden指数=0.7399);当周向应变截断值为-11.44%时,诊断准确度较高(Youden指数=0.7511);纵向应变在截断值为-9.41%时,诊断准确度较低(Youden指数=0.5552)。当使用径向应变和周向应变联合诊断冠心病心肌节段梗死时,ROC曲线下面积(Area Under the Curve,AUC)和特异度较各指标独立诊断时提高,在联合诊断时纵向应变无预测意义。结论:心脏磁共振组织追踪技术在临床应用中具有较好的可行性及可重复性;径向、周向、纵向应变与冠心病左心室射血分数具有较强的相关性;径向应变、周向应变在诊断冠心病心肌节段梗死的诊断价值较高,纵向应变诊断价值有限。当使用径向应变和周向应变两项指标联合诊断时可提高诊断效能。这提示CMR-TT的应变分析在无需对比剂的情况下识别冠心病心肌梗死节段具有潜在的临床诊断价值。

关键词：冠状动脉狭窄心肌梗死磁共振成像

垂直双隔板隔壁塔分离四组分的模拟优化和实验研究

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化工学报 2018年第7期69卷 3050-3058页

作者：王洪海王宝正李春利姬鹏宇河北工业大学化工学院天津300130

提出了一种垂直双隔板的分离四组分混合物的隔壁塔,对该塔的结构设计进行了详细的介绍和说明,根据新型隔壁塔的塔板结构和分离原理设计了该种塔板的五塔模型并进行了简洁计算。针对烃类体系四组分分离的完全热耦合过程,通过化工流程模... 详细信息

提出了一种垂直双隔板的分离四组分混合物的隔壁塔,对该塔的结构设计进行了详细的介绍和说明,根据新型隔壁塔的塔板结构和分离原理设计了该种塔板的五塔模型并进行了简洁计算。针对烃类体系四组分分离的完全热耦合过程,通过化工流程模拟软件Aspen进行了模拟优化和用能分析,相比一般的序列塔分离工艺,节能最高可达18.6%,节能效果明显。根据工艺模拟结果,以分离戊烷、己烷、庚烷、辛烷为研究对象,对新型塔板进行了小试研究。研究结果表明:影响新型隔壁塔温度分布的主要因素是液相分配比,可通过控制新型隔壁塔主塔段二塔顶冷凝器的回流量来控制主塔段二的温度分布。研究为隔壁塔气相分配的工业化提供了理论依据和设计参考。

关键词： DWC Aspen 简洁设计方法模拟优化五塔模型

不同增压方式对空气源吸收式热泵性能影响的模拟分析

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化工学报 2013年第7期64卷 2360-2368页

作者：吴伟石文星王宝龙李先庭清华大学建筑学院建筑技术科学系北京100084

我国建筑采暖和生活热水能耗较大,基于空气源吸收式热泵的供热系统是北方寒冷地区具有较大节能潜力的解决方案。由于单效空气源吸收式热泵无法运行在气温较低的环境下,提出采用增压循环来提高空气源吸收式热泵的低温性能,并根据增压方... 详细信息

我国建筑采暖和生活热水能耗较大,基于空气源吸收式热泵的供热系统是北方寒冷地区具有较大节能潜力的解决方案。由于单效空气源吸收式热泵无法运行在气温较低的环境下,提出采用增压循环来提高空气源吸收式热泵的低温性能,并根据增压方式的不同分为低压增压和高压增压两种形式。以NH3-LiNO3作为工质对,对不同形式空气源吸收式热泵进行了对比分析。结果表明:两种增压方式均能有效提高吸收式热泵的低温性能,在不同的室外气温、热源温度和热水温度下,能够实现20%～45%的节能率;此外,低压增压的一次能源效率比高压增压更高。综合节能性和实现难易程度,低压增压是提高空气源吸收式热泵低温性能的较好手段。

关键词：空气源吸收式热泵增压吸收氨-硝酸锂寒冷地区供热

以纤维素纳米晶体为模板制备中空SiO2纳米材料

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以纤维素纳米晶体为模板制备中空SiO2纳米材料

作者：付广帅南京林业大学

学位级别：硕士

中空纳米材料由于自身具有较大的比表面积，且内部中空的结构使其在药物缓释、催化、燃料、酶解载体等生物化学和材料诸多领域均有重要应用;而中空二氧化硅材料更是由于它的高熔点、无毒、高稳定性等特殊性质已经成为研究热点。模板法... 详细信息

中空纳米材料由于自身具有较大的比表面积，且内部中空的结构使其在药物缓释、催化、燃料、酶解载体等生物化学和材料诸多领域均有重要应用;而中空二氧化硅材料更是由于它的高熔点、无毒、高稳定性等特殊性质已经成为研究热点。模板法是制备中空二氧化硅纳米材料的最常用方法，通常所制备的中空二氧化硅是微球型的，其他形状的还并不常见。纤维素是自然界最丰富且具有生物可降解性的天然高分子材料，用纤维素为模板相对于其他模板具有很大的优势;况且植物纤维细胞本身就是一个由纳米材料组成的系统，可以通过无机酸水解的方法制备出棒状的纳米纤维素晶体(NCC)，从而作为中空二氧化硅的模板材料。文献中的纤维素作为模板需要对纤维素晶体表面进行化学修饰，然后再涂敷二氧化硅凝胶，过程较为复杂。在这篇文章中，利用硫酸水解纤维素带有负电荷的特性，发展出一种简单的制备中空棒状二氧化硅纳米材料的工艺。本研究以纳米纤维素晶体作为模板，正硅酸乙酯(TEOS)作为硅源，添加阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为静电吸引的桥梁，采用溶胶-凝胶的方法使二氧化硅层层地包裹起纳米纤维素晶体表面从而制备出棒状的纳米纤维素/二氧化硅核壳材料;并最终通过煅烧移除纤维素模板从而得到中空二氧化硅纳米材料。研究结果表明：微晶纤维素在45°C条件下经64%的硫酸处理30min后，能得到长度约为100-150nm，直径约为10-15nm的棒状纳米纤维素晶体。之后选用制备的纳米纤维素为模板，添加CTAB和TEOS在碱性条件下通过静电吸引的方法使纳米二氧化硅层层地包裹在纳米纤维素表面。本论文主要分析了CTAB、氨水添加量、TEOS及水乙醇比例对核壳材料的形成影响，并最终得到最佳实验条件：选用4mL纳米纤维素悬浮液(0.5wt%)，在添加0.03gCTAB，0.4mL氨水，20mL无水乙醇，40mL水，30°C条件下反应2h后可以较好的得到纳米纤维素/二氧化硅核壳材料，然后在600°C条件下煅烧6h除去纤维素模板。通过TEM观察可以看到，制备的中空二氧化硅材料成类似于纳米纤维素的棒状形态，其长度约为100-150nm，直径为20-30nm，壳厚约10-15nm。红外、TG、XRD、BET等手段用于了对中间产物和最终产物的表征。红外光谱图表明：核壳材料和中空二氧化硅都具有较强的1100cm、800cm、470cm的二氧化硅特征吸收峰;TG结果表明：中空二氧化硅的热稳性有一定的提高;XRD表明：两者都在20°附近出现了一个馒头峰，这是二氧化硅的典型峰。这些数据都表明二氧化硅已经成功的涂敷在纳米纤维素晶体表面。BET结果表明，核壳材料的比表面积为36.42m/g，而中空二氧化硅的比表面积上升到1499.73m/g。这表明中空二氧化硅不仅具有内外两个表面，而且CTAB的介孔作用，制备出了超高比表面积的中空介孔二氧化硅纳米材料，具有很高的潜在应用前景。本文的创新点：(1)提出了一种借助硫酸水解纤维素晶体表面带有负电荷的特性，用带正电的CTAB为桥梁吸附二氧化硅凝胶和介孔物质来制备超高比表面积的中空二氧化硅纳米材料的方法;(2)系统的研究了静电吸附法制备中空二氧化硅形成的影响因素以便得到最佳的控制工艺。

关键词：纳米纤维素模板溶胶-凝胶法中空二氧化硅

铝基超疏水表面腐蚀防护性能若干影响因素探究

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铝基超疏水表面腐蚀防护性能若干影响因素探究

作者：帅韬南昌航空大学

学位级别：硕士

将超疏水样品浸入水中,在固液界面会形成一层水下滞留空气层。水下滞留空气层能够隔绝水中腐蚀性离子(如Cl)与固体表面的直接接触,从而使得超疏水表面具有优异的抗腐蚀性能。然而,迄今为止,对于影响超疏水表面水下滞留空气层稳定性及其... 详细信息

将超疏水样品浸入水中,在固液界面会形成一层水下滞留空气层。水下滞留空气层能够隔绝水中腐蚀性离子(如Cl)与固体表面的直接接触,从而使得超疏水表面具有优异的抗腐蚀性能。然而,迄今为止,对于影响超疏水表面水下滞留空气层稳定性及其耐腐蚀性能的关键因素(如静水压、温度、腐蚀介质形态)都没有深入研究。本论文以铝合金为基材,依次将其浸入稀盐酸、沸水、硬脂酸/乙醇溶液,从而制备得到超疏水样品。通过分析样品表面润湿性、表面成分、表面形貌的变化,考察静水压、温度等因素对超疏水样品在氯化钠水溶液中腐蚀行为的影响;进一步考察超疏水样品在中性盐雾中的腐蚀行为。主要研究内容及研究结果如下:(1)表面形貌与润湿性。依次经盐酸蚀刻、沸水处理后,铝合金样品表面均匀分布着微米级阶梯结构(盐酸刻蚀产生)和纳米凸起(沸水处理产生)。经硬脂酸(STA)修饰后,制备的Al-HCl-HO-STA样品具有很好的超疏水性能,接触角为166.9±2.2°,滚动角约为2°。(2)静水压对疏水样品腐蚀行为的影响。将Al-HCl-HO-STA超疏水样品浸没在不同静水压(0 kPa、1 kPa、15 kPa)下的NaCl水溶液(3.5 wt%)中,每天(24h)取出对其表面润湿性进行测量。实验结果表明,在0 kPa条件下,样品表面超疏水性能退化最慢,浸没30天后接触角仍维持在146°左右,滚动角维持在32°左右。1 kPa条件下,30天后接触角下降至在103°左右,滚动角为90°。在15 kPa条件下,样品超疏水性退化最快,30天后接触角下降至85°左右,滚动角为90°。同时,还对样品表面形貌和表面元素含量进行了表征。结果表明,与原始超疏水样品相比,随着静水压的增加,表面含碳量逐渐下降,表面形貌变化越来越大。这些结果表明,在较大的静水压作用下,存在于固液界面的水下滞留空气层易被挤压出去,表面腐蚀防护性能变差。(3)温度对疏水样品腐蚀行为的影响。将Al-HCl-HO-STA超疏水样品浸没在不同温度(20℃、40℃、60℃)的NaCl水溶液(3.5 wt%)中,每天(24h)取出对其表面润湿性进行测量。结果表明,5天后,浸没在20℃的NaCl水溶液中的超疏水样品仍具有疏水性(134.3±2.5°),而浸没在40℃和60℃的NaCl水溶液中的超疏水样品表面变得亲水,接触角分别下降至62.7±6°、49.8±4.8°。同时,对样品表面形貌和表面元素含量进行了表征。结果表明,与原始超疏水样品相比,随着温度的增加,表面含碳量逐渐下降,表面形貌变化越来越大。这些结果表明,STA分子在较高的温度下易于从固态表面脱落。因此,Al-HCl-HO-STA超疏水样品在较高温度的NaCl水溶液中腐蚀防护性能变差。(4)耐盐雾腐蚀性能。考察Al-HCl-HO-STA超疏水样品及普通疏水样品Al-HO-STA(接触角为135.5±2.2°)与Al-STA(接触角为128.1±3.4°)暴露在中性盐雾环境中表面润湿性、表面形貌、表面元素含量的变化。结果表明,暴露在中性盐雾中108h后,Al-HCl-HO-STA样品表面接触角仍维持在109±3.9°,而对照组Al-HO-STA样品与Al-STA样品接触角分别下降至86±3.5°与31±4.8°。与普通疏水样品(即Al-HO-STA样品与Al-STA样品)相比,Al-HCl-HO-STA超疏水样品表面形貌变化与表面碳元素相对含量下降更小。这些结果表明Al-HCl-HO-STA超疏水样品耐盐雾腐蚀性能较好。

关键词：超疏水腐蚀防护静水压温度盐雾试验