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定制电解液或隔膜实现锂离子各向异性输运从而抑制枝晶生长:相场模拟研究

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物理化学学报 2024年第3期40卷 71-72页

作者：李亚捷陈斌王依平邢辉赵伟张更施思齐上海大学材料科学与工程学院上海200444 西北工业大学超常条件材料物理与化学教育部重点实验室西安710129 西北工业大学陕西省基础学科(液体物理)研究中心西安710129 阿卜杜拉国王科技大学物理科学与工程系沙特阿拉伯图瓦23955-6900 上海大学材料基因组工程研究院上海200444 之江实验室杭州311100

电池内部不可控的枝晶生长问题严重地影响着电池的循环性能和安全性能,这对于锂金属电池的实际应用是一个严峻的挑战。尽管已有较多的实验和理论研究工作聚焦于电极间锂离子各向异性输运特性对枝晶形貌的影响,但仍有一些开放性的问题有... 详细信息

电池内部不可控的枝晶生长问题严重地影响着电池的循环性能和安全性能,这对于锂金属电池的实际应用是一个严峻的挑战。尽管已有较多的实验和理论研究工作聚焦于电极间锂离子各向异性输运特性对枝晶形貌的影响,但仍有一些开放性的问题有待进一步研究,例如,如何将枝晶生长的动态演变与电解液性质、电势分布或隔膜多孔结构诱导的锂离子各向异性输运关联起来。我们通过将锂离子在电解液中的扩散系数(D_(L))表示为二阶张量的形式并进行相场模拟,发现D_(yy):D_(xx)比值的增加,以及电势诱导的电极/电解液界面锂离子快速扩散层均可以降低界面处锂离子浓度梯度和电势梯度,从而减弱枝晶生长的驱动力。我们还发现隔膜基体与y方向之间夹角的增大也会显著促进电解质中的锂离子各向异性输运特性,以利于抑制枝晶生长。籍此本文提出设计D_(yy):D_(xx)=10:1的电解液和基体倾斜角为arctan(0.5)的隔膜用于锂金属电池。该相场研究有望为设计具有抑制枝晶能力的电解质或隔膜提供指导。

关键词：锂枝晶相场模拟电解质隔膜锂离子扩散系数

复合频率刺激对后肢去负荷小鼠海马齿状回区颗粒神经元作用的电生理研究

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生物化学与生物物理进展 2024年第7期51卷 1670-1686页

作者：赵峻峤朱明强朱海军付蕊张泽王佳乐丁冲河北工业大学生命科学与健康工程学院天津300130 河北省生物电磁与神经工程重点实验室(河北工业大学) 天津300130 省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津300130 河北省数字医疗工程重点实验室(河北大学) 保定071002

目的近年来,失重环境对航天员神经系统造成的负面影响受到广泛关注。重复经颅磁刺激(repetitive transcranial magnetic stimulation,rTMS)技术对神经、精神类疾病的治疗效果有着显著积极影响。复合频率(不同频率刺激模式组成)的rTMS对... 详细信息

目的近年来,失重环境对航天员神经系统造成的负面影响受到广泛关注。重复经颅磁刺激(repetitive transcranial magnetic stimulation,rTMS)技术对神经、精神类疾病的治疗效果有着显著积极影响。复合频率(不同频率刺激模式组成)的rTMS对由失重环境引起的神经系统功能障碍的改善作用仍有待深入研究。探索复合频率刺激(combined frequency stimulation,CFS)对失重环境造成的多种神经系统疾病的治疗效果以及电生理机制,对于脑科学及磁刺激的临床应用具有重要意义。方法本研究采用40只C57BL/6小鼠,所有小鼠随机分为5组:假刺激组、后肢去负荷(HU)组、10 Hz组、20 Hz组和CFS(10 Hz+20 Hz,CFS)组。对除sham组以外的小鼠建立维持14 d的模拟失重效应并同期进行14 d的rTMS。通过蔗糖偏好实验和水迷宫实验验证CFS对负性情绪和空间认知能力的改善效果。最后,通过膜片钳技术记录海马齿状回(dentate gyrus,DG)颗粒神经元的动作电位、静息膜电位以及离子通道的动力学特性。结果行为学结果表明,CFS(10 Hz+20 Hz)显著改善了模拟失重小鼠的认知障碍和负性情绪;电生理实验结果显示,HU操作后小鼠海马DG区颗粒神经元的兴奋性降低,而CFS显著提高了神经元的兴奋性并改善了电压门控Na^(+)、K^(+)通道的动力学特性。结论复合频率的rTMS(10 Hz+20 Hz)能够有效地改善模拟失重小鼠的认知障碍和负面情绪,这种改善可能与CFS对神经元兴奋性以及Na^(+)、K^(+)通道动力学特性的影响有关。因此,本文有望为CFS改善失重环境下所产生的空间认知和负性情绪障碍提供理论依据。

关键词：复合频率刺激重复经颅磁刺激后肢去负荷空间认知障碍负性情绪神经元兴奋性离子通道

间断theta脉冲磁刺激对空间工作记忆相关神经振荡及其同步性的影响

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生物化学与生物物理进展 2024年第9期51卷 2222-2239页

作者：郭苗苗张彪张天恒王田翟昊迪徐桂芝河北工业大学生命科学与健康工程学院天津300130 河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300130 河北工业大学天津市生物电工与智能健康重点实验室天津300130 河北工业大学河北省生物电磁学与神经工程重点实验室天津300130 石家庄学院机电学院石家庄050035

目的间断theta脉冲磁刺激(iTBS)已被证实可以通过夹带大脑不同频段神经振荡调控工作记忆功能,但其对神经振荡及其同步性的调节尚不清晰。本研究旨在探讨iTBS对大鼠局部脑区及跨脑区神经振荡及其同步性的影响,探究iTBS调控工作记忆的作... 详细信息

目的间断theta脉冲磁刺激(iTBS)已被证实可以通过夹带大脑不同频段神经振荡调控工作记忆功能,但其对神经振荡及其同步性的调节尚不清晰。本研究旨在探讨iTBS对大鼠局部脑区及跨脑区神经振荡及其同步性的影响,探究iTBS调控工作记忆的作用机制。方法24只大鼠根据年龄及是否接受iTBS分为4组,应用时频分布、相位同步性以及相位-幅值耦合分析方法,对比分析各组大鼠在进行空间工作记忆(SWM)行为学任务的过程中前额叶和海马脑区theta及gamma频段局部场电位信号神经振荡的变化规律。结果随着年龄增长,老年大鼠学会SWM任务规则所用时间明显增加(P=0.0056);iTBS可以缩短成年大鼠(P=0.0011)和老年大鼠(P=0.0090)学会SWM任务规则所用时间。相比成年大鼠,老年大鼠前额叶和海马脑区theta和gamma频段神经振荡的时频能量(theta:P<0.0001;gamma:P<0.0001)、跨脑区相位-幅值耦合作用(PFC-HPC:P=0.0002;HPC-PFC:P=0.0277)均出现一定程度的下降;iTBS可以提高成年大鼠(theta:P<0.0001;gamma:P<0.0001)和老年大鼠(theta:P=0.0144;gamma:P=0.0006)神经振荡的时频能量以及老年大鼠跨脑区相位-幅值耦合作用(PFC-HPC:P=0.0180;HPC-PFC:P=0.0221)。此外,两脑区各频段信号的时频能量及相位-幅值耦合与大鼠行为学正确率均具有正相关关系。结论iTBS可以增强老年大鼠的SWM能力以及认知功能,这与老年大鼠SWM任务期间跨脑区theta频段和gamma频段神经振荡的时频能量以及跨脑区相位幅值耦合增强有关。对于成年大鼠,iTBS通过提升成年大鼠SWM任务期间两脑区theta频段和gamma频段神经振荡的时频能量增强其SWM能力与认知功能。

关键词：间断theta脉冲磁刺激空间工作记忆神经振荡相位同步性相位-幅值耦合

金属封严环数字孪生几何模型框架的开发与应用

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机械科学与技术 2024年第7期43卷 1158-1167页

作者：裴昊男张璞玉罗明西北工业大学航空发动机高性能制造工业和信息化部重点实验室西安710072 西北工业大学航空发动机先进制造技术教育部工程研究中心西安710072

金属封严环广泛应用于航空发动机密封系统,其型面成形质量对飞行器高性能、高可靠服役具有重要影响。然而,薄壁、复杂的异形截面与封闭的环形结构等导致其在几何质量检测方面存在以下问题:其一,成形结果严重依赖于破坏性抽样终检,实际... 详细信息

金属封严环广泛应用于航空发动机密封系统,其型面成形质量对飞行器高性能、高可靠服役具有重要影响。然而,薄壁、复杂的异形截面与封闭的环形结构等导致其在几何质量检测方面存在以下问题:其一,成形结果严重依赖于破坏性抽样终检,实际产品均未经过完整质量检测;其二,成形过程无几何质量检测手段,无法及时发现成形缺陷,轮廓几何数据的缺失,使工艺优化设计困难。因此,提出一种金属封严环数字孪生几何模型框架,该框架包括:物理空间、虚拟空间、交互空间与服务,可提供在机测量平台标定、截面轮廓测量、点云数据预处理、截面几何特征计算、三维数模快速构建、三维型面动态测量与偏差计算等连续成形质量在线检测技术,建立起反映金属封严环成形过程中变化的数字孪生几何模型,从而为金属封严环成形质量的检测、分析、预测以及后续工艺优化设计所需的基础数据获取等提供支撑。在此基础上,研制了在线检测模拟试验装置与数字孪生软件,介绍了金属封严环数字孪生几何模型的应用情况。

关键词：数字孪生几何模型金属封严环成形质量在线检测

Ti-48Al-3Nb-2V-(Nd,Pr)合金显微组织演化规律与结构调控

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内蒙古工业大学学报(自然科学版) 2024年第5期43卷 443-452页

作者：沙逢源荣川杨劼人刘颖邢辉李志强四川大学材料科学与工程学院西北工业大学空间应用物理与化学教育部重点实验室包头稀土研究院白云鄂博稀土资源研究与综合利用全国重点实验室

针对稀土元素在TiAl合金中的微合金化作用进行了研究，采用高真空电弧熔炼技术制备了Ti-48Al-3Nb-2V-X（Nd,Pr）(X=0,0.1,0.5,1.0,2.0)合金钮扣铸锭，通过金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）等手段表征了铸态、热等静... 详细信息

针对稀土元素在TiAl合金中的微合金化作用进行了研究，采用高真空电弧熔炼技术制备了Ti-48Al-3Nb-2V-X（Nd,Pr）(X=0,0.1,0.5,1.0,2.0)合金钮扣铸锭，通过金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）等手段表征了铸态、热等静压态、退火态合金的相组成及显微组织。结果表明：添加Nd、Pr后，铸态合金的显微组织明显细化，热等静压态合金在连续冷却转变过程中的组织变化不明显，但冷却速度对组织有显著影响。炉冷后形成双态组织，空冷后α→γm块状反应抑制片层结构形成，水冷后形成均匀的全层片组织。经过1 400℃+20 min热处理，在冷速较低时易形成NdO氧化物，冷速较高时易形成Al2Nd、Al3Nd等铝化物，有望对TiAl合金进行高温强化。

关键词： TiAl合金稀土Nd 显微组织

有机光响应一氧化碳供体分子设计及其在疾病治疗中的应用(特邀)

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光子学报 2024年第3期53卷 1-16页

作者：樊睿枭李刚锋崔汉楠宋健王腾蛟西北工业大学柔性电子研究院西安710072

一氧化碳作为一种内源性气体信使分子,其浓度相关的生理信号调控性能及疾病治疗效果已被广泛研究。为了更精准地调控一氧化碳在病理部位的释放浓度,同时克服其递送时空间精度不佳和释放机制不明确等问题,研究人员开始关注具有光、声、... 详细信息

一氧化碳作为一种内源性气体信使分子,其浓度相关的生理信号调控性能及疾病治疗效果已被广泛研究。为了更精准地调控一氧化碳在病理部位的释放浓度,同时克服其递送时空间精度不佳和释放机制不明确等问题,研究人员开始关注具有光、声、磁、热等敏感的一氧化碳供体分子(CORMs)的设计及其响应释放机制。本文总结了近年来有机光响应一氧化碳供体分子(Photo-CORMs)的研究进展,介绍了Photo-CORMs的光物理和化学性质,并讨论了它们在疾病治疗中的作用,此外,对有机Photo-CORMs的未来发展进行了展望,为未来设计和开发更有效的治疗策略提供指导。

关键词：光动力治疗一氧化碳气体疗法一氧化碳供体分子气体信使

电荷分离和转移调控光催化剂稳定的Pickering乳液用于光-酶偶联催化

维普期刊数据库评论

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第2期57卷 114-122页

作者：刘嘉立戴慧聪刘鑫任亦起王茂弟杨启华中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室辽宁大连116023 浙江师范大学化学与材料科学学院先进催化材料教育部重点实验室固体表面反应化学省重点实验室浙江金华321004 中国科学院大学北京100049

人类社会可持续发展面临的能源紧缺和环境污染等问题迫切需要化工生产向绿色、低碳转型.酶催化反应因具有高活性、高选择性、专一性和低能耗等优点,在化工和制药行业得到了广泛应用.其中,氧化还原酶催化反应是还原醇类、胺类、酮类、酸... 详细信息

人类社会可持续发展面临的能源紧缺和环境污染等问题迫切需要化工生产向绿色、低碳转型.酶催化反应因具有高活性、高选择性、专一性和低能耗等优点,在化工和制药行业得到了广泛应用.其中,氧化还原酶催化反应是还原醇类、胺类、酮类、酸类和无机底物的有效方法,该类反应通常需要采用还原型辅酶NAD(P)(H)作为还原剂,而NAD(P)(H)的昂贵价格严重制约了酶催化反应的工业化发展.受自然界中光合作用启发,光催化辅酶再生技术通过将酶催化与光催化技术耦合,旨在常温常压的温和反应条件下利用太阳能实现化学品的高效、绿色合成.迄今为止,虽然已有多种类型的光催化剂被用于光催化NAD(P)H再生,但电荷分离效率低、电子/质子转移效率低、有机底物在水溶液中的溶解度低以及酶失活等仍是光-酶偶联系统亟待解决的问题.针对酶失活的问题,研究人员通过Pickering乳液催化技术利用固体颗粒直接乳化两相体系,进而构建高效的生物催化反应体系,提高催化反应效率.Pickering乳液中固体乳化剂吸附在水油界面形成的稳固空间壳层不仅可以将酶限域,而且可以像在细胞中一样为酶提供合适的微环境和足够的自由度.另外,Pickering乳液的高反应界面也可以解决底物在反应相中溶解度低的问题,实现类似细胞的功能和长期连续流动的生物催化,是构建仿生微反应器的理想平台.本文采用电子传递介质固载化界面活性复合光催化剂为固体乳化剂,ADH和NAD+为生物催化单元,开发了一种基于Pickering乳液的人工光-酶偶联体系.针对光敏剂中电荷分离和转移以及光敏剂向NAD(P)H的电子转移效率低等问题,光催化体系采用溶胶凝胶法制备了具有异质结结构的共价聚合物-氧化钛复合材料光催化剂.共价聚合物和氧化钛之间的高界面面积有效地提高了电荷分离效率,共价聚合物含量优化后的光催化剂在可见光下NADH再生的TOF值可达5.5 mmol·g^(-1)·h^(-1),是对应纳米共价聚合物与无定形氧化钛物理混合物的27.5倍.随后进一步将电子传递介质[Cp^(*)Rh(bpy)H_(2)O]^(2+)(简称M)通过嫁接法固载到光催化剂上,电子传递距离的缩短和场效应有效促进了电荷分离以及光生电子从光催化剂到电子传递介质的传递,同时解决了电子传递介质回收繁琐和酶失活的问题.得到的光催化剂在可见光下催化NADH再生反应的TOF值为2.4 mmol·g^(-1)·h^(-1),远高于其对应的物理混合物.最后分别以长碳链硅烷修饰后具有界面活性的光催化剂为固体乳化剂,辅酶、酶以及牺牲剂为水相,正己烷及底物正丁醛为油相制备了光催化反应与酶催化反应偶联的Pickering乳液人工光-酶偶联体系.可见光下Pickering乳液有效催化还原正丁醛,在6 h内累积生成了16.1 mmol·L^(-1)的丁醇,相当于NADH再生循环14次.综上,本文以制备具有异质结结构的高效复合光催化剂为切入点,理性设计出了高效Pickering乳液光-酶偶联体系,为构建高效的光-酶偶联体系,缓解能源和环境危机、实现碳减排提供了一种有效策略.

关键词：光催化 NADH再生聚合物电子传递介质 Pickering乳液

探针结构对Ti/CuO微波点火延迟时间的影响

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火炸药学报 2024年第5期47卷 468-474,I0006页

作者：唐魁赵团唐振华陈小远程用泷陈苏杭沈瑞琪徐抗震西北大学化工学院/西安市特种能源材料重点实验室陕西西安710069 陕西应用物理化学研究所陕西西安710061 南京理工大学化学化工学院/微纳含能器件工业和信息化部重点实验室江苏南京210094

为了研究探针结构对微波点火性能的影响,使用4种探针对Ti/CuO点火药的微波点火延迟时间进行了测试,并通过模拟对探针结构进行优化,获得了探针参数(长度、包覆层厚度、尖端锥度和镀层厚度)对电场强度的影响规律。结果表明,探针针尖处的... 详细信息

为了研究探针结构对微波点火性能的影响,使用4种探针对Ti/CuO点火药的微波点火延迟时间进行了测试,并通过模拟对探针结构进行优化,获得了探针参数(长度、包覆层厚度、尖端锥度和镀层厚度)对电场强度的影响规律。结果表明,探针针尖处的电场强度显著影响点火延迟时间,在2.45 GHz、50 W微波作用下,探针1、2、3、4最大电场分别为1800、190、34和53 kV/m,Ti/CuO的点火延迟时间分别为222.6、660.5、949.1和921.3 ms;在2.45 GHz、1 W微波作用下,当探针长度为26 mm、PTFE包覆层长度为8 mm、厚度为0.75 mm、针尖锥度为0.243和金镀层厚度为5μm时,能够将电场强度从原来的约10 kV/m提升到约1000 kV/m,并且电场分布集中于尖端。

关键词：微波点火探针点火药点火延迟时间电场强度点火器件

电磁场与骨重建相关疾病转化研究：回顾与展望

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生物化学与生物物理进展 2024年

作者：商澎刘俊宇王圣航杨建成张哲源李岸林张昊曾玉红西北工业大学深圳研究院西北工业大学生命学院西北工业大学空间生物实验模拟技术国防重点学科实验室南方医科大学附属龙华人民医院脊柱外科西安交通大学附属红会医院骨质疏松科

几十年的研究与应用表明：电磁场具有调节骨重建生物学过程的作用，并可作为非侵入性物理治疗方法，对于以骨重建为主要干预环节的各个系统疾病，如骨折和骨质疏松症具有治疗作用。本文基于已有文献，从电磁场与骨重建的基本概念出发，... 详细信息

几十年的研究与应用表明：电磁场具有调节骨重建生物学过程的作用，并可作为非侵入性物理治疗方法，对于以骨重建为主要干预环节的各个系统疾病，如骨折和骨质疏松症具有治疗作用。本文基于已有文献，从电磁场与骨重建的基本概念出发，综述了电磁场在骨重建相关疾病方面的基础研究、电磁技术和临床应用；从生物医学基础与生物电磁学交叉融合的角度，分析了电磁场对骨重建相关疾病研究与应用中的生物学机制，提出了尚未解决、值得深入研究的基础性生物物理机制问题；并对相关生物电磁技术发展及其临床转化应用前景进行了展望。

关键词：脉冲电磁场静磁场骨重建骨质疏松骨折