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基于不同微结构的水凝胶基柔性传感器件设计及应用

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太原理工大学学报 2025年

作者：马泽民柴嘉婕王艳芹陈维毅太原理工大学人工智能学院太原理工大学材料科学与工程学院

受人体皮肤多刺激响应和超灵敏感知能力的启发，具有高度可变形能力及生物相容性的水凝胶已被广泛发展为柔性电子皮肤，广泛应用于人体运动信号和生理指标的监测，在仿生机器人和人机交互领域展现出巨大潜力。值得注意的是，水凝胶基柔... 详细信息

受人体皮肤多刺激响应和超灵敏感知能力的启发，具有高度可变形能力及生物相容性的水凝胶已被广泛发展为柔性电子皮肤，广泛应用于人体运动信号和生理指标的监测，在仿生机器人和人机交互领域展现出巨大潜力。值得注意的是，水凝胶基柔性传感器的传感性能高度依赖其微结构设计。不同的微结构显著影响水凝胶基柔性传感器件的灵敏度、响应速度、重复性及适用场景。本文系统阐述了水凝胶基传感器在构筑过程中采用的多种微结构（如三明治夹层结构、三维纤毛结构、锥形结构和各向异性结构等），并详细对比了不同微结构的水凝胶基传感器在传感性能方面的差异及应用现状。未来，通过结合多种微结构并进行复合设计，有望进一步优化水凝胶基柔性传感器件的综合性能，实现多功能集成，并推动其在智能医疗、环境监测及人机交互领域的广泛应用。

关键词：柔性传感器微结构设计水凝胶三明治夹层结构各向异性

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生物质转化中C―O/C―C键的活化断裂

物理化学学报 2022年第10期38卷 1-8页

作者：周浩景亚轩王艳芹华东理工大学化学与分子工程学院工业催化研究所上海200237

生物质作为自然界中唯一可持续的有机碳来源,在解决环境和能源问题、创建一个碳中和的社会方面展现出巨大的潜力。木质生物质是由具有C―O/C―C键的基本结构单元构成的高分子化合物,活化、断裂这些C―O/C―C键是生物质高值化利用的关键... 详细信息

生物质作为自然界中唯一可持续的有机碳来源,在解决环境和能源问题、创建一个碳中和的社会方面展现出巨大的潜力。木质生物质是由具有C―O/C―C键的基本结构单元构成的高分子化合物,活化、断裂这些C―O/C―C键是生物质高值化利用的关键,因此在过去十年中受到了广泛的关注。本文首先简要综述了生物质转化中C―O/C―C键催化断裂的现状,主要关注C―O/C―C键断裂的关键挑战和现有策略。我们的目标不是全面概述C―O/C―C键活化断裂的现况,而是提出与C―O/C―C键断裂相关的核心问题并且对未来的研究作出展望。我们选择了碳水化合物和木质素中几种具有代表性的C―O/C―C键来讨论它们在不同情况下协同催化断裂的机理,然后对未来的研究提出自己的见解。

关键词：生物质催化转化 C―O键 C―C键活化断裂机理

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仿生各向异性结构复合水凝胶及其流变学行为

高分子学报 2024年第8期55卷 1069-1080页

作者：张雪慧王艳芹郑强太原理工大学材料科学与工程学院太原030024 太原理工大学生物医学工程学院太原030024 山西浙大新材料与化工研究院太原030001 高分子合成与功能构造教育部重点实验室浙江大学高分子科学与工程学系杭州310027

仿生构筑具有动态黏弹性行为的细胞外微环境,是组织工程领域细胞外基质(ECM)设计的重要策略.本研究通过定向冷冻和限域拉伸干燥再溶胀的协同策略构建了具有各向异性结构的聚乙烯醇(PVA)/纤维素纳米纤维(CNF)复合水凝胶.所制备的复合水... 详细信息

仿生构筑具有动态黏弹性行为的细胞外微环境,是组织工程领域细胞外基质(ECM)设计的重要策略.本研究通过定向冷冻和限域拉伸干燥再溶胀的协同策略构建了具有各向异性结构的聚乙烯醇(PVA)/纤维素纳米纤维(CNF)复合水凝胶.所制备的复合水凝胶呈现出平行于定向冷冻方向的取向纤维排列结构.流变学实验结果表明,PVA/CNF复合水凝胶具有各向异性的动态模量(G′_(∥)=(76.77±1.61)kPa和G′_(⊥)=(42.93±1.34)kPa;G″_(∥)=(5.44±0.26)kPa和G″_(⊥)=(3.71±0.13)kPa),其储能模量(G′)和损耗模量(G″)在低频率和低应变区域随PVA含量的增加而增大,随CNF含量的增加呈现先增大后减小的变化趋势.应力松弛实验结果表明,复合水凝胶基质具有黏弹性特性.本文所总结的具有各向异性结构复合水凝胶的黏弹性性质及其规律,对于指导组织工程仿生ECM的设计及其对细胞生物行为的影响方面具有潜在的应用价值.

关键词：各向异性复合水凝胶细胞外基质流变行为应力松弛

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介孔磷酸铌一锅法高效催化木糖制备糠醛

物理化学学报 2012年第10期28卷 2349-2354页

作者：李相呈张宇夏银江胡必成钟霖王艳芹卢冠忠华东理工大学工业催化研究所上海200237

木糖转化到糠醛一般包括两步:首先在酶、碱或路易斯(L)酸的催化作用下异构化木糖到木酮糖,接下来木酮糖在酸的作用下脱水得到糠醛.针对木糖水相脱水一步制备糠醛,利用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,借助软模板合作策略制备了一种... 详细信息

木糖转化到糠醛一般包括两步:首先在酶、碱或路易斯(L)酸的催化作用下异构化木糖到木酮糖,接下来木酮糖在酸的作用下脱水得到糠醛.针对木糖水相脱水一步制备糠醛,利用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,借助软模板合作策略制备了一种抗水的新型固体酸催化剂,介孔磷酸铌,并利用X射线衍射(XRD)、N2吸脱附、透射电镜(TEM)、氨气程序升温脱附(NH3-TPD)和吡啶吸附傅里叶变换红外(Py-FTIR)光谱对材料的结构和酸性质进行了表征.研究发现介孔磷酸铌不仅具有很高的比表面积(>200m2·g-1),比较窄的孔径分布(3.5nm),同时还具有很强的L酸性和布朗斯特(B)酸性.通过L酸催化的木糖异构化为木酮糖/来苏糖和B酸催化的木酮糖/来苏糖进一步脱水得到糠醛,实现了一步由木糖到糠醛的高效转化.为了优化反应条件,考察了水溶液中反应温度、投料质量比及反应时间对木糖转化率和糠醛收率的影响,在最佳的反应条件下,木糖的转化率为96.5%,糠醛的收率达49.8%.进一步地,为了提高收率且易于分离,利用4-甲基-2-戊酮(MIBK)/NaCl水溶液(体积比为7:3)作为反应混合溶剂,使糠醛收率提高到68.4%.

关键词：介孔磷酸铌布朗斯特酸路易斯酸木糖糠醛水相双相

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模糊神经网络事件触发非脆弱H_∞状态估计

系统仿真学报 2018年第6期30卷 2335-2344,2354页

作者：王艳芹任伟建东北石油大学电气信息工程学院大庆163318 大庆师范学院机电工程学院大庆163712

针对一类受随机发生时变时滞和随机丢包现象影响的模糊时滞神经网络,设计事件触发机制下的非脆弱H∞状态估计器。引入事件触发条件来判定信号是否传输,以减少网络资源占用率;采用高斯分布的随机变量和乘性增益不确定构造具有随机发生增... 详细信息

针对一类受随机发生时变时滞和随机丢包现象影响的模糊时滞神经网络,设计事件触发机制下的非脆弱H∞状态估计器。引入事件触发条件来判定信号是否传输,以减少网络资源占用率;采用高斯分布的随机变量和乘性增益不确定构造具有随机发生增益变化的非脆弱状态估计器。通过构造Lyapunov函数,利用随机运算、线性矩阵不等式技术,得出确保估计误差动态系统渐近稳定并满足H∞性能约束的非脆弱性估计器存在的充分条件。求解该线性矩阵不等式后,得到估计器增益。最后,用仿真实例说明该状态估计器的有效性。

关键词：状态估计非脆弱性时变时滞事件触发丢包

乙二醇溶剂热合成的CeO_2的可逆氧化还原性及CO_2捕获性能

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催化学报 2014年第8期35卷 1364-1375页

作者：李春成刘晓晖卢冠忠王艳芹华东理工大学结构可控先进功能材料及其制备重点实验室工业催化研究所上海200237

利用乙二醇的还原性,采用乙二醇溶剂热法制备了表面具有丰富氧空穴的CeO2-GST纳米晶,对其进行了X射线衍射、透射电镜、X射线光电子能谱、原位H2还原-O2氧化循环和CO2原位红外漫反射表征,并研究了其可逆氧化还原性及CO2捕获性能.结果表明... 详细信息

利用乙二醇的还原性,采用乙二醇溶剂热法制备了表面具有丰富氧空穴的CeO2-GST纳米晶,对其进行了X射线衍射、透射电镜、X射线光电子能谱、原位H2还原-O2氧化循环和CO2原位红外漫反射表征,并研究了其可逆氧化还原性及CO2捕获性能.结果表明,与CeO2-nanorod和柠檬酸溶胶法合成的CeO2-CA样品相比,CeO2-GST纳米晶具有最好的可逆氧化还原性能和循环稳定性,同时在50 oC下具有最好的CO2吸附性能(149μmol/g).利用原位红外漫反射光谱研究了CO2在还原CeO2表面的吸附情况,发现CO2主要以双齿碳酸盐和桥连碳酸盐两种形式吸附在CeO2表面,其中桥连碳酸盐物种不稳定,He吹扫可脱附.此外,CO2在CeO2-nanorod上还会生成稳定的甲酸盐和单齿碳酸盐物种.

关键词：氧化铈氧空穴可逆氧化还原性二氧化碳捕获二氧化碳原位红外漫反射

二氧化钛和三氧化二铁复合纳米晶电极的光电化学性质

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物理化学学报 1999年第3期15卷 222-227页

作者：王艳芹程虎民马季铭北京大学化学系北京100871

研究了以不同方式相互修饰的Fe2 O3和TiO2 纳米晶电极的光电化学行为 (包括离子的相互掺杂 ) .在不同的入射光波长下 ,瞬态光电流谱显示Ti4+掺杂的Fe2 O3电极呈现n型半导体的特性(阳极光电流 ) ;以不同方式经Fe2 O3包覆的TiO2 电极由于... 详细信息

研究了以不同方式相互修饰的Fe2 O3和TiO2 纳米晶电极的光电化学行为 (包括离子的相互掺杂 ) .在不同的入射光波长下 ,瞬态光电流谱显示Ti4+掺杂的Fe2 O3电极呈现n型半导体的特性(阳极光电流 ) ;以不同方式经Fe2 O3包覆的TiO2 电极由于能级的不匹配 ,在整个的波长测量范围内没有光响应 ;而对Fe3+离子掺杂的TiO2 电极和经TiO2 修饰 (包覆或偶联 )的Fe2 O3纳米晶电极则呈现出p n共存特性 ,甚至个别的电极表现出纯粹的p型半导体的特性 .这些现象可以从p型微区的形成得到解释 .

关键词：纳米晶太阳能电池电极二氧化钛三氧化二铁

MgAlFe类水滑石制备及其对水体中苯酚和对硝基苯酚的吸附性能研究

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MgAlFe类水滑石制备及其对水体中苯酚和对硝基苯酚的吸附性能研究

作者：王艳芹山东大学

学位级别：硕士

本文以硝酸镁、硝酸铝、硝酸铁、氢氧化钠、碳酸钠等为主要原料，采用液相共沉淀法合成了不同Mg／Al／Fe摩尔比的纳米级吸附剂镁铝铁—金属氢氧化物类水滑石(MgAlFe-HTLCs)，并在500℃焙烧制得其衍生复合氧化物(HTLCs-500)。用化学分析... 详细信息

本文以硝酸镁、硝酸铝、硝酸铁、氢氧化钠、碳酸钠等为主要原料，采用液相共沉淀法合成了不同Mg／Al／Fe摩尔比的纳米级吸附剂镁铝铁—金属氢氧化物类水滑石(MgAlFe-HTLCs)，并在500℃焙烧制得其衍生复合氧化物(HTLCs-500)。用化学分析和现代仪器测试技术进行了系统研究：用X-射线衍射图谱、透射电镜、热重—差热分析、红外光谱分析、BET比表面积测定等手段对HTLCs和HTLCs-500的晶体结构、形貌形态、热稳定性、材料表面性质等进行了表征。并研究了HTLCs及HTLCs-500在不同的投加量、溶液pH值、吸附振荡时间及有机污染物初始质量浓度等条件下对水溶液中苯酚和对硝基苯酚的吸附去除效果，还对实验中的影响因素和吸附机理进行了分析探讨。研究结果表明： (1)实验所用的吸附剂HTLCs及HTLCs在500℃的焙烧产物HTLCs-500，通过表征知：所合成的样品具有类水滑石的晶体结构，颗粒为六边形多层片状，粒径30～50nm，表面富含羟基。合成样品层间阴离子为CO。 (2)HTLCs对苯酚和对硝基苯酚的去除率效果都不理想，在500℃焙烧后的HTLCs-500对二者的去除效果都有了明显提高。其中Mg／Al／Fe摩尔比为3∶0.2∶0.8的HTLCs在500℃焙烧4个小时获得的HTLCs3-500对苯酚和对硝基苯酚的去除效果最佳，并且对对硝基苯酚的吸附效果优于苯酚。 (3)通过对吸附时间、pH值、HTLCs及HTLCs-500投加量、苯酚和对硝基苯酚的初始浓度等因素对吸附实验影响的研究发现，HTLCs-500对苯酚的吸附效果在pH=7时最好，吸附规律能很好地符合Langmuir吸附方程，但对对硝基苯酚的吸附则在pH=4时最好且规律也能很好地符合Langmuir吸附方程，对二者在三小时后吸附基本达到饱和。HTLCs对苯酚和硝基苯酚的吸附效果都不太理想。 (4)通过对吸附后的HTLCs3-500的红外光谱及XRD谱图分析知，其在处理苯酚和对硝基苯酚废水过程中都发生了吸附作用。并且可以推断主要是依靠物理吸附和化学吸附两种作用对苯酚和对硝基苯酚产生吸附。HTLCs-500的物理吸附即表面吸附作用可归结为其颗粒纳米级的粒径及巨大的比表面积。HTLCs-500的化学吸附即离子交换吸附作用可归结为其结构恢复，即阴离子进入层间使其重现

关键词：类水滑石复合氧化物表征苯酚对硝基苯酚吸附机理

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名邛台地油茶优树的筛选及品质分析

名邛台地油茶优树的筛选及品质分析

作者：王艳芹四川农业大学

学位级别：硕士

油茶(Camellia oleifera Abel.)是原产于中国的著名木本油料树种,在我国农业生产形势日益严峻的情况下,利用山地与四旁发展木本油料植物,对于减轻耕地压力,改善生态环境,发展山区经济,安全渡过人口高峰期具有重大意义。良种是种养业的核... 详细信息

油茶(Camellia oleifera Abel.)是原产于中国的著名木本油料树种,在我国农业生产形势日益严峻的情况下,利用山地与四旁发展木本油料植物,对于减轻耕地压力,改善生态环境,发展山区经济,安全渡过人口高峰期具有重大意义。良种是种养业的核心,优树是培育良种的基础材料。本研究从名邛台地一带的野生油茶资源中筛选出的12株优树。对这12株优树的重要经济性状(果实纵径、果实横径、果形指数、单果重、出籽率、种仁含油率等)、脂肪酸、无机元素、蛋白质等分别进行了比较研究,并利用主成分分析法和关联度分析法结合产量对各优良单株的性状进行了综合评价。旨在全面分析当地油茶品质的基础上,筛选出适合当地发展的优质油茶,为油茶的良种选育提供科学依据。试验研究结果如下：1.对名邛台地野生油茶资源进行调查研究,摸清该地资源基本情况,结果表明调查区有大量的油茶资源分布,总面积约有4557.7hm2,约504530株,但是管理粗放,产量较低。在资源调查的基础上,初步筛选出50株优树,其中名山县28株、蒲江9株、邛崃3株、天全1株、雨城区9株。对油茶优树的海拔分布、树龄、果色及单位冠幅面积产鲜果量进行统计分析,结果表明油茶主要适生区在海拔600～800m之间;油茶优树树龄在30～50年之间的居多;调查油茶果实颜色主要可分为青色、青红色2种;油茶优树单位冠幅面积产鲜果量以1～2kg的最多。2.表型性状与产量的相关性分析可知,产量与树高、叶长、叶宽、叶形指数、果实纵径、果实横径和果皮厚无明显相关性,产量与东西冠幅、南北冠幅、总冠幅均呈显著正相关,说明冠幅越大,产量越高。3.对12株油茶优树的主要经济性状指标进行研究,结果表明高产量油茶不仅鲜出籽率高,而且干出籽率也要高,才能达到高产量的最终目的。在油茶优树筛选中,可以通过利用产量与鲜出籽率、干出籽率和鲜果含油率之间的相关性来进行早期预测,缩短选育周期。4.对油茶优树的品质进行研究,结果表明油茶种子脂肪酸组成主要以油酸、亚油酸、亚麻酸、棕榈酸和硬脂酸为主,各脂肪酸含量之间存在密切的相互关系,油酸与亚油酸、亚麻酸、棕榈酸呈极显著负相关,关系最密切的是油酸和亚油酸,其相关系数达到0.829。5.不同油茶优树的种仁无机元素含量高低顺序基本一致,由高到低依次为：K> Ca> Mg> Fe> Zn> Cu。在这6种矿质元素中,K元素含量最高,达到2.614～4.540mg/g;Cu元素的含量最低,仅为3.122～6.558ug/g。此外,有害元素Pb、Cr、Cd在所有供试优树中的含量均较低,说明该地区的优树污染较小,有利于优树的筛选。6.主成分分析结果表明,不同油茶优树的品质指标(脂肪酸组成、矿质元素、蛋白质等)有所差异,但是影响油茶茶籽品质的主要性状指标是油酸、棕榈酸、亚麻酸、亚油酸。7.结合经济性状指标和品质指标对12株优树进行灰色关联度分析,结果表明川雅21是在本试验区综合性状表现最好的优树,其次为川雅31、川雅20、川雅1、川雅24、川雅7、川雅28、川雅16、川雅12、川雅29、川雅5、川雅39。根据排序的结果,关联度值在0.6以上的有三株,分别为川雅21、川雅31、川雅20,可作为优良单株,其它优树可继续进行筛选。

关键词：油茶经济性状脂肪酸组成主成分分析灰色关联度分析