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高分子物理实验的系统性与实践化教学探索

化工设计通讯 2024年第3期50卷 78-80页

作者：谢华理苏晓竞郑轲吴文剑李坤泉东莞理工学院材料科学与工程学院广东东莞523808

针对当前高分子物理实验课程普遍存在的实验设置系统性不强、学生被动参与、内容脱离实践等问题,本教学团队在课程教学中进行了系统性与实践化的改革探索。本课程以校企联合共建的形式开展,引入了企业教学团队并以企业作为课程教学基地... 详细信息

针对当前高分子物理实验课程普遍存在的实验设置系统性不强、学生被动参与、内容脱离实践等问题,本教学团队在课程教学中进行了系统性与实践化的改革探索。本课程以校企联合共建的形式开展,引入了企业教学团队并以企业作为课程教学基地。以企业实际产品需求为实验目标,围绕该目标让学生参与实验设计与操作,提升课程实验设置的系统性与实践价值,激发学生的热情、巩固学生的理论知识并培养学生的综合实践能力。

关键词：高分子物理实验系统性实验实践化实验高强度聚丙烯

纳米磷酸锆修饰大分子成炭剂的合成及其催化成炭阻燃聚丙烯的研究

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纳米磷酸锆修饰大分子成炭剂的合成及其催化成炭阻燃聚丙烯的研究

作者：谢华理华南理工大学

学位级别：硕士

膨胀型阻燃剂(IFR)燃烧过程中形成的膨胀炭层具有阻隔热量及氧气、抑烟和抑熔滴的效果,对聚丙烯(PP)的燃烧具有良好的抑制作用。但现有IFR体系发挥阻燃作用时,膨胀炭层的形成主要依赖IFR自身,且所形成炭层的强度及热稳定性较差,需添加... 详细信息

膨胀型阻燃剂(IFR)燃烧过程中形成的膨胀炭层具有阻隔热量及氧气、抑烟和抑熔滴的效果,对聚丙烯(PP)的燃烧具有良好的抑制作用。但现有IFR体系发挥阻燃作用时,膨胀炭层的形成主要依赖IFR自身,且所形成炭层的强度及热稳定性较差,需添加较大量(≥25wt%)的IFR才能满足阻燃要求。近年来,催化成炭阻燃PP被认为是制备高性能无卤阻燃PP的有效途径,因为PP的炭化不仅能减少可燃气体的生成,还可以参与成炭从而提高膨胀炭层的质量。为了研制对PP具有突出催化成炭性能的IFR体系,本文首先合成了不同尺寸的层状纳米磷酸锆(ZrP),研究其尺寸大小与PP催化成炭阻燃能力之间的关系;在此基础上,通过分子设计合成了纳米磷酸锆修饰大分子成炭剂(ZrP-MCA),并与聚磷酸铵(APP)复配阻燃PP,探讨了其催化成炭阻燃机理;此外,采用具有自由基猝灭功能的N-烷氧基受阻胺(NOR)与ZrP-MCA/APP协同阻燃PP,并对其协同作用机理进行了深入研究。主要研究内容和结果包括:首先,以氧氯化锆和磷酸等为原料,通过回流法和水热法合成了不同尺寸的ZrP,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等对其形貌和结构进行了表征。随后,将ZrP添加到PP中,研究其尺寸及用量对PP阻燃性能和热稳定性能的影响,并通过热重-红外联用(TG-FTIR)、扫描电镜-X射线能谱(SEM-EDX)和X射线光电子能谱(XPS)等方法探讨ZrP对PP的阻燃机理。结果表明,当添加2wt%直径为1400nm的ZrP时,PP/ZrP的极限氧指数(LOI)由纯PP的18.0%提高到19.5%,同时热释放速率峰值(PHRR)、平均热释放速率(AV-HRR)、总热释放量(THR)、生烟速率峰值(PSPR)和总生烟量(TSP)分别下降了27.0%、7.8%、5.3%、29.4%和9.8%,锥形量热测试最终残炭率由0提高到4.6wt%。此外,PP/ZrP的最大热失重速率温度(Tmax)较纯PP提高了4℃,最大热失重速率(Rmax)下降了12.8%,800℃的残炭率由0提高到了2.9wt%。机理研究显示,ZrP可通过其片层阻隔作用及催化PP成炭来发挥阻燃作用。其次,以ZrP、3-氨丙基三乙氧基硅烷、三聚氯氰和乙二胺等为原料合成了ZrP修饰大分子成炭剂(ZrP-MCA),利用SEM、FTIR、核磁共振碳谱(13C-NMR)和XRD等对其形貌和结构进行了表征。随后,将其与APP复配阻燃PP,并通过FTIR、TG-FTIR、SEM-EDX、XPS、XRD和拉曼光谱(LRS)等方法研究了ZrP-MCA/APP阻燃PP的作用机理。结果表明,ZrP-MCA/APP对PP具有优异的催化成炭阻燃作用,显著提高了PP的热稳定性能。当ZrP-MCA与APP的质量比为1:3,总用量为20wt%时,PP/IFR的LOI由纯PP的18.0%提高到32.5%,并通过UL-94 V-0级,同时PHRR、AV-HRR、THR和AV-MLR分别下降了81.3%、76.5%、56.1%和50.0%,锥形量热测试的最终残炭量由0提高到了28.3wt%。此外,PP/IFR的起始热分解温度(Ti)和Tmax相比于PP分别提高了13℃和22℃,Rmax下降了39.4%,800℃的残炭率由0提高到了13.9wt%。机理研究显示,ZrP首先催化MCA在其表面快速成炭而将膨胀炭层分隔成不计其数的―微纳炭笼结构‖,并进一步将其中的PP降解产物催化成炭,生成热稳定性能优越的石墨化炭,显著提高炭层的强度和阻隔性能。最后,以N-烷氧基受阻胺(NOR)作为IFR(即ZrP-MCA/APP)的阻燃协效剂,研究其对PP/IFR阻燃性能和热稳定性能的影响,并通过SEM-EDX、XPS、XRD和LRS等方法研究了NOR与IFR对PP的协同阻燃机理。研究结果显示,NOR可以进一步提高IFR对PP的催化成炭阻燃效率,并提高PP/IFR的热稳定性能。当IFR/NOR的总用量为20wt%,且NOR用量为0.2wt%时,PP/IFR/NOR的LOI可从PP/IFR的32.5%提高到36.0%,并通过UL-94 V-0级,同时PHRR、AV-HRR、THR、PSPR和TSP分别下降了78.5%、70.9%、50.8%、71.1%和51.7%,锥形量热测试最终残炭率由23.3wt%提高到了37.9%。此外,PP/IFR/NOR的Ti较PP/IFR提高了8℃,Rmax由19.4wt%/min下降到18.8wt%/min,800℃的残炭率由13.9wt%提高到了21.2wt%。机理研究揭示,NOR可通过其自由基猝灭作用抑制PP起始阶段的降解,并可在微纳炭笼中捕捉PP产生的大分子自由基,由ZrP催化生成结构有序的石墨化炭物质。

关键词：聚丙烯膨胀型阻燃剂磷酸锆 N-烷氧基受阻胺催化成炭阻燃

试论我国生物科技伦理治理现代化的问题和策略

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科学通报 2024年第13期69卷 1681-1685页

作者：王小理中国科学院上海免疫与感染研究所生物安全政策研究中心上海200031

科技伦理及其治理是当前和未来一段时期极为重要的话题[1].一方面是因为科技在当代社会的广泛渗透、作用和多重影响,特别是以生物科技、AI等为代表的新兴科技通过将原本主体的人转变为科技研发应用的对象——客体,快速影响、塑造着人与... 详细信息

科技伦理及其治理是当前和未来一段时期极为重要的话题[1].一方面是因为科技在当代社会的广泛渗透、作用和多重影响,特别是以生物科技、AI等为代表的新兴科技通过将原本主体的人转变为科技研发应用的对象——客体,快速影响、塑造着人与自身、人与他人、人与家庭和社会的关系;另一方面是因为伦理关注的是将人的价值和意义摆在首位,是对广泛的人与人、人与社会的规范化关系的持续、永恒性追求.作为社会发展进步的两种根本性力量,科技和伦理之间的相互凝视、相互碰撞、相互缠绕、相互规定和相互启发,决定着科技进步的大方向,也决定着伦理学发展的大方向,甚至影响和决定着国家的命运、人类进步的方向.

关键词：生物科技新兴科技科技进步伦理治理科技伦理问题和策略研发应用规范化

层状纳米磷酸锆的制备及催化成炭阻燃聚合物的研究进展

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高分子材料科学与工程 2019年第1期35卷 183-190页

作者：李佳欣赖学军叶振兴谢华理李红强曾幸荣华南理工大学材料科学与工程学院广东省高性能与功能高分子材料重点实验室广东广州510640

α-磷酸锆(α-Zr P)是一类尺寸可控,具有固体酸催化效应的二维层状纳米材料。α-Zr P层间有大量的Brφnsted酸点和Lewis酸点,在高温燃烧时能催化聚合物交联成炭,形成"屏障",阻隔可燃气体、氧气和热量的传输,是一类新型高效的纳米阻燃剂... 详细信息

α-磷酸锆(α-Zr P)是一类尺寸可控,具有固体酸催化效应的二维层状纳米材料。α-Zr P层间有大量的Brφnsted酸点和Lewis酸点,在高温燃烧时能催化聚合物交联成炭,形成"屏障",阻隔可燃气体、氧气和热量的传输,是一类新型高效的纳米阻燃剂,在聚合物阻燃领域有着巨大的发展潜力。文中简要概述了通过回流法、水热法和沉淀法合成α-Zr P,以及通过熔融共混、溶液插层、原位聚合和层层自组装法制备聚合物纳米复合材料,综述了近年来α-Zr P催化成炭阻燃聚合物的研究进展,并对其在阻燃领域的发展方向进行了展望。

关键词：磷酸锆无卤阻燃催化成炭纳米复合材料

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压电纤维复合材料对悬臂结构的作动行为研究

力学学报 2024年第5期56卷 1439-1447页

作者：张博谢华珂丁虎陈立群长安大学理学院西安710064 上海大学力学与工程科学学院上海200444

压电纤维复合材料(macro fiber composite,MFC)是由美国NASA研发的综合性能优秀的新型压电材料,掌握MFC的力学行为有利于将其投入结构变形控制、减振降噪和健康监测等领域.目前对MFC宏观力学行为的研究中缺乏对作动力与驱动电压直接关... 详细信息

压电纤维复合材料(macro fiber composite,MFC)是由美国NASA研发的综合性能优秀的新型压电材料,掌握MFC的力学行为有利于将其投入结构变形控制、减振降噪和健康监测等领域.目前对MFC宏观力学行为的研究中缺乏对作动力与驱动电压直接关系的研究,现有的以MFC为作动器的应用中所使用力电关系的精度有限,不利于将MFC投入更精密的使用场景.针对此问题,文章采用经典板理论,考虑了MFC与受控结构的相对尺寸,推导了MFC对悬臂结构的作动力方程.为兼顾计算的准确性和便利性,建立了考虑MFC叉指电极真实电场的精细有限元模型开展压电静力仿真,给出将MFC叉指电极的弯曲电场简化为匀强电场的修正系数.搭建MFC-悬臂梁结构的实验装置,对有限元模型和作动力公式加以验证.精细模型与简化模型的仿真结果与实验进行对比,总体误差较小,验证了模型和修正系数的可靠性.理论计算与仿真结果对比,误差在1%以内,表明所得作动力预测公式在较大的宽度比范围内均具有较好精度.建立的MFC作动力模型对MFC应用于悬臂结构的变形控制和振动抑制有一定指导意义.

关键词：压电纤维复合材料作动方程叉指电极压电静力实验

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鸡嗉子榕传粉榕小蜂表皮碳氢化合物的性二型及季节变化

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生物多样性 2024年第6期32卷 36-46页

作者：谢华杨培李宗波西南林业大学林学院昆明650224 云南中医药大学研究生处昆明650500 西南林业大学西南山地森林资源保育与利用教育部重点实验室昆明650224

生存与繁殖对生物体维持和延续种群数量稳定至关重要。表皮碳氢化合物具有维持昆虫水分平衡和信息通讯的双重功能,目前对于昆虫在不同气候条件下如何权衡防脱水与保持化学信号可靠性的潜在冲突尚不清楚。本文以寄生于鸡嗉子榕(Ficus sem... 详细信息

生存与繁殖对生物体维持和延续种群数量稳定至关重要。表皮碳氢化合物具有维持昆虫水分平衡和信息通讯的双重功能,目前对于昆虫在不同气候条件下如何权衡防脱水与保持化学信号可靠性的潜在冲突尚不清楚。本文以寄生于鸡嗉子榕(Ficus semicordata)雄花期果内的传粉榕小蜂窝榕小蜂(Ceratosolen gravelyi)为研究对象,利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)解析雨季、雾凉季和干热季中雌、雄成虫表皮碳氢化合物的种类及含量,运用非度量多维尺度排序、相似性分析、置换多元方差分析和随机森林等方法分析了窝榕小蜂表皮碳氢化合物对不同季节变化的响应机制。结果表明:(1)窝榕小蜂表皮碳氢化合物由34种C7–C44的化合物组成,包括正链烷烃、甲基烷烃、烯烃和甲基烯烃;其中角鲨烯(squalene)、2-甲基二十八烷(2-Me-C28)、正三十四烷(n-C34)、正三十六烷(n-C36)和正四十四烷(n-C44)为主要成分(>5%)。(2)不同性别窝榕小蜂表皮碳氢化合物的组成及含量存在显著差异,正四十二烷(n-C42)、17-三十五烯(17-C35:1)、1-二十九烯(C29:1)、2-Me-C28和角鲨烯是造成两性差异的重要贡献量化合物。(3)雌、雄成虫表皮碳氢化合物均具有明显的季节变化:在干热季中,雌蜂正链烷烃(n-C34、n-C36和n-C44)的比例及碳氢化合物的总绝对含量增加,2-Me-C28和角鲨烯的比例降低;雄蜂甲基烯烃的比例增加,正链烷烃和甲基烷烃的比例降低,碳氢化合物总绝对含量无明显变化。本研究发现窝榕小蜂表皮碳氢化合物具有明显的性二型和强烈的季节可塑性,2-Me-C28和角鲨烯可作为雄蜂配偶识别时的候选性信息素;雌、雄成虫在适应高温和/或干燥的气候条件时存在差异化响应,表明窝榕小蜂两性表皮碳氢化合物在不同季节变化中采取不同的适应性策略。本研究揭示了榕小蜂应对不同气候环境的化学适应机制,为研究昆虫双重性状和理解生态适应与物种形成之间的功能联系奠定了化学基础。

关键词：鸡嗉子榕传粉榕小蜂表皮碳氢化合物性二型季节适应性

磷-氮大分子膨胀型阻燃剂及其阻燃聚丙烯的研究进展

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高分子材料科学与工程 2015年第9期31卷 184-190页

作者：赖学军邱杰东曾幸荣李红强周日敏谢华理张亚军华南理工大学材料科学与工程学院广东广州510640

磷-氮大分子膨胀型阻燃剂(MIFR)有效克服了传统多组分膨胀型阻燃剂易迁移、易吸湿、与基体相容性差等缺点,是目前最具发展前景的无卤阻燃剂之一。文中综述了近年来国内外关于多组分和单组分磷-氮MIFR及其阻燃聚丙烯(PP)的最新研究进展,... 详细信息

磷-氮大分子膨胀型阻燃剂(MIFR)有效克服了传统多组分膨胀型阻燃剂易迁移、易吸湿、与基体相容性差等缺点,是目前最具发展前景的无卤阻燃剂之一。文中综述了近年来国内外关于多组分和单组分磷-氮MIFR及其阻燃聚丙烯(PP)的最新研究进展,分析了磷-氮MIFR亟需解决的问题,并指出了"三源一体"和多功能化是磷-氮MIFR的发展趋势。

关键词：磷-氮大分子膨胀型阻燃剂聚丙烯无卤阻燃

对称故障下变流器控制对差动保护影响及优化策略

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中国电机工程学报 2024年第13期44卷 5063-5072,I0004页

作者：黄涛谢华徐晓春赵青春南京南瑞继保电气有限公司江苏省南京市211102

变流器输出故障特征的强可控性给交流系统继电保护带来了严峻挑战。该文分析并网线路发生对称故障时跟网型变流器的控制响应过程,从故障期间变流器电流控制目标不能自动匹配故障回路功率需求的角度,分析推导变流器网侧电压相位发生跳变... 详细信息

变流器输出故障特征的强可控性给交流系统继电保护带来了严峻挑战。该文分析并网线路发生对称故障时跟网型变流器的控制响应过程,从故障期间变流器电流控制目标不能自动匹配故障回路功率需求的角度,分析推导变流器网侧电压相位发生跳变并不断旋转的变化特征。受故障回路阻抗约束,变流器输出短路电流相位与网侧电压相位同步变化,造成并网线路差动保护性能严重下降。基于变流器网侧电压相位变化机理,从电流控制目标与锁相环控制两个维度,提出兼顾保护需求和供电需求的变流器控制优化策略。仿真结果表明,并网线路对称故障时所提策略能有效抑制两侧电流相位差,显著提升了差动保护动作性能。

关键词：变流器差动保护相位受控控制目标锁相环

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核壳型纳米粒子填充PP-EVA及阻燃材料的动态燃烧行为

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高分子通报 2017年第2期 74-79页

作者：刘玲王秀丽赖学军谢华理肇庆学院化学化工学院肇庆526061 华南理工大学材料科学与工程学院广州510640

利用锥形量热仪(CONE)和热重分析(TGA),并结合极限氧指数(LOI)和UL-94垂直燃烧测试方法对核(PSt/OMMT)-壳(PBA)结构纳米复合粒子(CSN)填充聚丙烯(PP)-乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)复合材料及加入无卤复配阻燃剂制备的PP-EVA/CSN/聚磷酸铵... 详细信息

利用锥形量热仪(CONE)和热重分析(TGA),并结合极限氧指数(LOI)和UL-94垂直燃烧测试方法对核(PSt/OMMT)-壳(PBA)结构纳米复合粒子(CSN)填充聚丙烯(PP)-乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)复合材料及加入无卤复配阻燃剂制备的PP-EVA/CSN/聚磷酸铵(APP)/层状氢氧化镁铝(LDH)复合阻燃材料的阻燃性能及热降解行为进行了研究。结果表明,添加10%(wt)CSN可以提高PP-EVA复合材料的阻燃性能,且PP-EVA复合体系燃烧时的热释放速率、有效燃烧热减少,热稳定性增强。CSN与APP/LDH产生阻燃协同作用,使复合阻燃材料的阻燃性能、热稳定性能进一步提高。

关键词：核壳复合材料聚丙烯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物阻燃燃烧行为