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金属-有机骨架材料在气体吸附纯化领域的应用研究进展

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材料导报 2025年第1期39卷 241-249页

作者：崔守成徐洪波彭楠中国科学院理化技术研究所低温科学与技术重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

高纯度气体在诸多应用场景下都是一种必需品,其生产离不开气体纯化过程。吸附提纯是一种重要的气体纯化方式,其基于吸附剂的选择性吸附以实现气体分离,除去杂质气体。金属-有机骨架(MOFs)材料作为一种新型吸附剂,在气体吸附提纯领域具... 详细信息

高纯度气体在诸多应用场景下都是一种必需品,其生产离不开气体纯化过程。吸附提纯是一种重要的气体纯化方式,其基于吸附剂的选择性吸附以实现气体分离,除去杂质气体。金属-有机骨架(MOFs)材料作为一种新型吸附剂,在气体吸附提纯领域具有极大的应用潜力,近年来备受相关领域研究者关注。本文对MOFs材料进行了简单介绍,阐述了其应用于气体吸附纯化领域的优点,介绍了该方面常用的研究方法,列举了一些MOFs应用于多种气体(如H_(2)、碳氢化合物和稀有气体等)吸附提纯方面的研究,并对MOFs在该方面的应用进行了展望。

关键词：金属-有机骨架吸附气体纯化分离

无压烧结制备(Y_(0.2)Gd_(0.2)Er_(0.2)Yb_(0.2)Lu_(0.2))_(2)Zr_(2)O_(7)高熵陶瓷及其高温抗CMAS腐蚀性能

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无机材料学报 2025年第2期40卷 159-167页

作者：樊文楷杨潇李宏华李永李江涛中国科学院理化技术研究所低温工程重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

稀土锆酸盐(Rare-earthzirconate,REZ)比传统钇稳定氧化锆(Yttrium stabilized zirconate,YSZ)材料更能抵抗环境中的钙镁铝硅氧化物(CMAS)腐蚀,因此在热障涂层领域受到关注。研究表明,对锆酸盐类材料进行高熵化设计是提升其高温抗CMAS... 详细信息

稀土锆酸盐(Rare-earthzirconate,REZ)比传统钇稳定氧化锆(Yttrium stabilized zirconate,YSZ)材料更能抵抗环境中的钙镁铝硅氧化物(CMAS)腐蚀,因此在热障涂层领域受到关注。研究表明,对锆酸盐类材料进行高熵化设计是提升其高温抗CMAS腐蚀性能的有效方法。本工作采用固相反应法合成了单相缺陷萤石结构的(Y_(0.2)Gd_(0.2)Er_(0.2)Yb_(0.2)Lu_(0.2))_(2)Zr_(2)O_(7)高熵稀土锆酸盐(High-entropy rare-earth zirconate,HE-REZ)粉体,并将无压烧结(Pressureless sintering,PLS)与冷等静压(Cold isostatic pressing,CIP)技术相结合高效制备了块体样品,表征了样品的物相组成、微观结构、元素分布、热学性能、力学性能,重点研究了抗CMAS腐蚀性能。实验结果表明:CIP+PLS工艺可获得相对密度为98.6%的样品,在1300℃、CMAS腐蚀条件下其腐蚀深度仅为7YSZ的2.6%、锆酸钆(GZO)的22.6%。REZ优异的化学稳定性再加上高熵化带来的迟滞扩散效应,极大提升了样品的抗CMAS腐蚀性能。此外,相比于GZO,HE-REZ具有更高的硬度与杨氏模量、更大的线膨胀系数、更低的热导率,使得其力学、热学性能优于GZO。本研究制备的(Y_(0.2)Gd_(0.2)Er_(0.2)Yb_(0.2)Lu_(0.2))_(2)Zr_(2)O_(7)高熵陶瓷在热障材料领域显示出良好的应用前景。

关键词：高熵陶瓷热障材料锆酸盐无压烧结抗CMAS腐蚀性能

可生物降解氧化镁纳米颗粒用于低温保存缓解低温氧化损伤与机械损伤

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工程热物理学报 2025年第1期46卷 210-216页

作者：汪晓红饶伟液态金属与低温生物医学研究中心低温生物医学工程学北京市重点实验室中国科学院理化技术研究所北京100190 中国科学院大学未来技术学院北京100049

冷冻保存过程细胞的常见损伤有低温引起的冰晶机械损伤或氧化应激损伤,通常以分别添加抗冻保护剂或者抗氧化剂进行保护,缺乏可高效且同时减少这两类损伤的研究。本文利用绿色安全、可生物降解的氧化镁材料作为抑制细胞低温损伤和氧化损... 详细信息

冷冻保存过程细胞的常见损伤有低温引起的冰晶机械损伤或氧化应激损伤,通常以分别添加抗冻保护剂或者抗氧化剂进行保护,缺乏可高效且同时减少这两类损伤的研究。本文利用绿色安全、可生物降解的氧化镁材料作为抑制细胞低温损伤和氧化损伤的保护材料,通过控制氧化镁在细胞内的传热传质,从生物和热物理两方面验证了氧化镁纳米颗粒具有强化传热和抗氧化的作用,有助于缓解细胞冻存过程中的氧化损伤和机械损伤,提高细胞无DMSO低温保存效率。本项工作有望为氧化镁材料在低温保存领域的研究提供新的思路。

关键词：氧化镁生物降解抗氧化冰晶生长低温保存

基于液氖液氮梯级蓄冷的液氢储能中冷能回收利用研究

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化工学报 2025年

作者：张赵雪李正宇崔文慧王倩王志平龚领会中国科学院理化技术研究所低温科学与技术重点实验室中国科学院大学中山先进低温技术研究院

为了解决液氢储能中能量时空错配问题及优先匹配合适应用场景，采用液氖、液氮、二氧化碳等工质联合梯级蓄冷的方法回收冷能，而后预冷旁路氢气再并入液化器补偿冷量以减小耗功。使用Aspen HYSYS软件建立蓄冷、释冷、冷能补偿等流程，... 详细信息

为了解决液氢储能中能量时空错配问题及优先匹配合适应用场景，采用液氖、液氮、二氧化碳等工质联合梯级蓄冷的方法回收冷能，而后预冷旁路氢气再并入液化器补偿冷量以减小耗功。使用Aspen HYSYS软件建立蓄冷、释冷、冷能补偿等流程，并在优先回收低温区冷能的同时，从耦合跨临界CO2燃料电池余热利用循环等方面进行优化。结果表明，无增压蓄冷更有利于直接补偿液化器，氢气出口温度可达到273.7K，?效率为81.65%。增压后蓄冷更侧重于增加输出功，且膨胀产生更多高温区冷能，如在130K膨胀时氢气出口温度为299K，能量效率为86.07%，?效率为50.86%。对氦布雷顿两级膨胀和氢双压克劳特两种氢液化循环模拟计算均表明，补偿冷量可以有效降低液化耗功且提高?效率。

关键词：氢液化冷能回收利用相变二氧化碳

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液氮温区热电制冷器的性能分析及仿真研究

低温工程 2025年第1期 51-57页

作者：张泓玮赵玉强周敏李来风周远中国科学院理化技术研究所低温科学与技术重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

建立了液氮温区热电制冷器的三维多物理场耦合仿真模型,采用锑化铋合金作n型腿,钇钡铜氧高温超导材料作被动分支,分析了热电臂几何尺寸和焊料层参数对制冷性能的影响,并进行仿真研究。研究结果表明,热电臂长度和焊料层厚度对制冷性能有... 详细信息

建立了液氮温区热电制冷器的三维多物理场耦合仿真模型,采用锑化铋合金作n型腿,钇钡铜氧高温超导材料作被动分支,分析了热电臂几何尺寸和焊料层参数对制冷性能的影响,并进行仿真研究。研究结果表明,热电臂长度和焊料层厚度对制冷性能有显著影响。将热电臂长度从12.5 mm增加到21 mm,可以使最大制冷温差从5.4 K提高至6.2 K,性能提升14.8%;将焊料层厚度减小到0.2 mm,最大制冷温差可达6.5 K,性能提升20.4%。

关键词：低温热电制冷器多物理场耦合模拟制冷性能分析

考虑气膜流动分布的止推气体轴承端面槽型优化研究

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振动与冲击 2025年第3期44卷 71-80页

作者：雷彤刘东徐晨曦彭楠杨魏中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 北京供水管网系统安全与节能工程技术研究中心北京100083 低温科学与技术重点实验室北京100190 中国科学院理化技术研究所北京100190

针对传统槽型结构参数研究体系对螺旋槽型止推气体轴承的承载性能提升的局限性,基于气膜流动分布研究建立了优化端面槽型形状的新参数体系。通过螺旋角控制的端面槽型形状差异性分析,提出了优化槽区入流方向的来流夹角这一关键槽型参数... 详细信息

针对传统槽型结构参数研究体系对螺旋槽型止推气体轴承的承载性能提升的局限性,基于气膜流动分布研究建立了优化端面槽型形状的新参数体系。通过螺旋角控制的端面槽型形状差异性分析,提出了优化槽区入流方向的来流夹角这一关键槽型参数,并分析了不同来流夹角下的气膜流场;在此基础上,建立了包含来流夹角、入流角、出流角、入流半径与出流半径的端面槽型参数体系,通过参数寻优得到最优端面槽型形状;对比了优化槽型与传统结构参数槽型的承载性能与流场的差异,验证了该文所建立的参数体系可进一步提升止推气体轴承的承载性能,拓宽止推气体轴承的槽型优化空间。

关键词：螺旋槽端面槽型结构流动分析槽型优化参数体系

自由活塞斯特林发电机耦合不同负载的运行特性研究

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低温工程 2025年第1期 20-28页

作者：朱启鲁张丽敏罗靖刘明皓罗二仓中国科学院理化技术研究所低温科学与技术重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049 中国核动力研究设计院成都610213

为全面考察自由活塞斯特林发电机在外接纯阻性、感性、容性负载和交流母线负载以及桥式整流器等不同类型负载时的运行特性,对自由活塞斯特林发电整机系统开展了数值模拟。研究结果表明,自由活塞斯特林发电机在耦合纯阻性、感性、容性负... 详细信息

为全面考察自由活塞斯特林发电机在外接纯阻性、感性、容性负载和交流母线负载以及桥式整流器等不同类型负载时的运行特性,对自由活塞斯特林发电整机系统开展了数值模拟。研究结果表明,自由活塞斯特林发电机在耦合纯阻性、感性、容性负载时随负载电阻的变化规律类似,耦合合适的容性负载时,可获得最佳的发电性能。自由活塞斯特林发电机在与交流母线负载和桥式整流器负载耦合时动力活塞的位移均和母线电压成正比,可通过改变交流母线的参数调节系统的运行状态。

关键词：斯特林发动机自由活塞斯特林发电机运行特性不同负载

超流氦至液氦温区低温恒温系统高稳定性控温研究

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工程热物理学报 2025年第2期46卷 352-358页

作者：孔祥杰刘思琦宋耀楠张海洋高波 PITRE Laurent 中国科学院理化技术研究所低温科学与技术重点实验室北京100190 中国科学院理化技术研究所中法低温计量科学与技术国际联合实验室北京100190 中国科学院大学北京100049 东北大学冶金学院沈阳110819 法国国家计量院–法国国立科学技术与管理学院拉普莱纳-圣德尼F93210

针对超流氦至液氦温区基准级热力学温度测量的高稳定低温环境需求,本文采用两级GM制冷机预冷的闭式4He节流蒸发制冷方式,搭建了2~5 K低温恒温系统,核心测量部件最低温度可达1.5 K,满足了最低工作温度的需求。开展了2~5K温区直流控温和... 详细信息

针对超流氦至液氦温区基准级热力学温度测量的高稳定低温环境需求,本文采用两级GM制冷机预冷的闭式4He节流蒸发制冷方式,搭建了2~5 K低温恒温系统,核心测量部件最低温度可达1.5 K,满足了最低工作温度的需求。开展了2~5K温区直流控温和交流控温实验研究。结果表明,交流控温在2~5 K温区更具优势,初步实现了2~5 K温区优于40μK的控温稳定性,典型结果为25.5μK@2 K,31.6μK@3 K,16.2μK@4 K,20.7μK@5 K,本研究为开展低温恒温系统的进一步升级优化及2~5 K温区基准级热力学温度高准确度测量提供了先决条件。

关键词：控温稳定性超流氦至液氦温区热力学温度交流电桥标准铑铁电阻温度计

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热声发动机整机核心部件模拟研究

工程热物理学报 2025年第03期 945-953页

作者：刘贤贤陈燕燕胡剑英罗二仓中国科学院理化技术研究所低温工程学重点实验室中国科学院大学

热声热机是一类利用可压缩气体往复振荡来实现声能与热能之间相互转换的热机，核心部件由静态的高、低温换热器和回热器组成，结构简单。本文针对一台热声发动机的核心部件建立了三维局部模型，在该三维局部模型中，换热器采用管套管模... 详细信息

热声热机是一类利用可压缩气体往复振荡来实现声能与热能之间相互转换的热机，核心部件由静态的高、低温换热器和回热器组成，结构简单。本文针对一台热声发动机的核心部件建立了三维局部模型，在该三维局部模型中，换热器采用管套管模型，回热器采用多孔介质模型，其中多孔介质模型需要的惯性阻力系数和黏性阻力系数采用孔隙方法计算获得。但三维模型网格量大且计算耗时长，为了简化计算，本文根据该三维模型建立了与之等效的Fluent二维模型和Sage一维模型。通过对比三种模型的计算结果发现，CFD计算模型与Sage计算模型在对时均温差与时均热流密度分布的捕捉基本相似，数值相近。但在阻力特性计算方面，两者差异较大，这是因为Sage是一款一维模型软件，无法直接捕捉复杂流动变化带来的局部损失。但通过对比Fluent二维和三维模型的计算结果，发现二者在阻力特性方面的计算结果较为接近。因此，在工程计算中，为了简化计算和节省时间，可以采用等效拓扑的二维Fluent模型来替代三维模型。

关键词：热声热机回热器换热器计算流体力学