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同轴静电共喷纺及其在锂离子电池复合隔膜改性中的应用

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高分子材料科学与工程 2024年第3期40卷 125-132页

作者：任婕刘太奇郑玄之安雪谢成西吴飞翔北京石油化工学院环境材料研究中心北京102617 北京化工大学材料科学与工程系北京100029

文中介绍了一种制备纳米复合膜的方法——同轴静电共喷纺。首先组装了由外喷嘴和内喷嘴构成的同轴共喷纺装置,将静电纺丝与静电喷涂结合起来,利用该技术制备纳米纤维/颗粒复合膜。将聚偏氟乙烯(PVDF)/SiO_(2)溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)... 详细信息

文中介绍了一种制备纳米复合膜的方法——同轴静电共喷纺。首先组装了由外喷嘴和内喷嘴构成的同轴共喷纺装置,将静电纺丝与静电喷涂结合起来,利用该技术制备纳米纤维/颗粒复合膜。将聚偏氟乙烯(PVDF)/SiO_(2)溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,从外喷口制备颗粒;PVDF溶于DMF和丙酮混合物中,从内喷口制备纤维,成功制备了同时含颗粒和纤维的PVDF&PVDF/SiO_(2)复合膜,复合膜中颗粒的平均粒径为2.01μm,纤维平均直径为0.43μm。然后将PVDF&PVDF/SiO_(2)复合膜原位涂覆在商用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)隔膜上,从而制备了一种新型锂离子电池复合隔膜。测试结果表明,该复合隔膜的孔隙率为85.96%,比UHMWPE基材膜的37.85%有明显的提高,纵向收缩率由7.28%降低到5.26%,复合隔膜接触角由48.55°降低到14.93°。与未改性的商用隔膜相比,同轴静电共喷纺制备的复合隔膜首次充放电比容量由107.8 mAh/g提高到122.4 mAh/g,经50次循环后,仍具有良好的循环稳定性。

关键词：同轴静电共喷纺复合隔膜孔隙率

冲击载荷下单晶铁塑性变形与相变的分子动力学模拟

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冲击载荷下单晶铁塑性变形与相变的分子动力学模拟

作者：周孟谦北京石油化工学院

学位级别：硕士

自铁的α(?)ε相变现象被发现以来,深入探究这一相变在冲击作用下的具体转变过程与机制便成为该领域的重点议题。现有的实验技术仍无法观测到BCC相转变为HCP相的细节,因此,结合模拟手段成为解释实验现象的重要手段。但是近年来的模拟研... 详细信息

自铁的α(?)ε相变现象被发现以来,深入探究这一相变在冲击作用下的具体转变过程与机制便成为该领域的重点议题。现有的实验技术仍无法观测到BCC相转变为HCP相的细节,因此,结合模拟手段成为解释实验现象的重要手段。但是近年来的模拟研究也未能展现出相变与塑性的耦合机理。这些问题的存在提醒我们,未来研究需要进一步结合实验与理论方法,深入探讨相变机制,为解决实际应用中的问题提供更为可靠的理论支持。本论文工作所有的数值模拟都是基于开源分子动力学软件LAMMPS,首先介绍了分子动力学基本原理、势函数的选取以及数据处理所用的软件和方法。利用活塞冲击法,探讨了沿[110]晶向冲击作用下单晶铁的塑性与相变的耦合机理。通过对相分数,位错密度,径向分布函数等的量化分析,发现单晶铁在不同晶向冲击下会出现不同的塑性变形行为。单晶铁在[110]晶向的冲击下表现出了独特的弹塑性或相转变临界状态。位错的运动会阻碍相变过程,相变会使得应力减小,与位错产生密切相关的滑移系得以确定,它们分别是(11(?))[111]和(112)[11(?)]。这两个滑移系代表着位错在材料内部滑移的主要路径和方向。在[110]晶向冲击下,原子间的失配位错和位错融合是主要的塑性变形机制。为探究铁的各向异性是如何影响冲击作用下塑性与相变的耦合,本论文研究了沿[100]、[111]晶向冲击作用下单晶铁试样的响应行为。模拟结果表明,在[100]晶向下的冲击过程中,也观察到塑性变形现象,滑移是主要的塑性变形机制且BCC相大部分转变为HCP相,沿[111]晶向冲击,原子间的堆垛错和面内原子的再分布是主要的塑性变形机制,BCC相大部分转变为FCC相。最后本文总结了论文的主要结论和创新贡献,并提出了未来研究的前景。

关键词：单晶铁分子动力学冲击波塑性相变

辅助经颅磁治疗的MRI颅脑三维重建及可视化定位系统

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辅助经颅磁治疗的MRI颅脑三维重建及可视化定位系统

作者：胡帅北京石油化工学院

学位级别：硕士

经颅磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation,TMS)是一种广泛应用的神经调控技术,其是利用刺激项圈变化的电场产生磁场,使大脑皮层产生感应电流,改变神经电位信号,诱导产生动作电位,从而调控神经活动。该技术具有无创和可控制性高等... 详细信息

经颅磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation,TMS)是一种广泛应用的神经调控技术,其是利用刺激项圈变化的电场产生磁场,使大脑皮层产生感应电流,改变神经电位信号,诱导产生动作电位,从而调控神经活动。该技术具有无创和可控制性高等优点。然而治疗过程中病人头部的随机移动,会造成治疗效果降低。目前在TMS治疗中需要佩戴辅助定位器和人工配准来定位跟随治疗靶点,但操作繁琐复杂。同时给病人带来不适感,导致头部进一步移动,进而造成治疗效果降低,所以需要头部靶点自动定位来跟随治疗,增强治疗效果。另外,为了方便医生了解病人情况,快速确定靶点,需要构建磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)影像三维重建模型,医生可通过人机交互系统快速拾取靶点。所以迫切需要研发基于MRI影像的定位系统。针对自动定位需求,本文提出了辅助经颅磁治疗的MRI颅脑三维重建及可视化定位系统。建立基于MRI的颅脑三维重建模型,并开发出人机交互系统,为医护人员通过交互界面拾取治疗靶点提供支撑,通过面部特征点的识别、配准实现头部靶点动态定位。这能减轻医务人员操作负担,同时能跟随病人头部靶点,提升治疗效果。本系统内容如下:1)针对当前TMS治疗过程的不足,对辅助经颅磁治疗的MRI颅脑三维重建及可视化定位系统的要求进行剖析。针对当前功能进行分析,重新梳理了系统功能要求、数据要求与工作流程,从而构建了定位系统总体方案,阐述了系统硬件组成和软件模块功能。2)MRI影像脑组织和头皮的分割是三维重建的基础,在3D UNet模型基础上添加了三维注意力机制、密集跳跃连接和标准层模块,对网络分割效果进行了改善,获得了训练模型,从而实现了MRI影像的自动分割。利用Marching Cube重建算法对MRI影像分割后的结果进行重建,对重建效果进行了测试,重建精度为均方差0.15mm。3)开发了颅脑可视化人机交互系统,并使用Qt和VTK建立了人机交互界面。系统主要包括两大模块,分别是图形图像展示和人机交互模块。图形图像展示模块主要包括MRI影像数据读取、三维重建模型读取和MRI图像展示、MRI三维重建模型中人脸特征点及其人脸点云提取。人机交互模块具有翻层、靶点拾取和头皮治疗靶点输出功能,该系统能够实现一键式治疗。4)针对没有辅助定位器时的治疗靶点的实时定位问题,提出了基于深度相机图像信息的头部靶点动态定位方法。先通过相机坐标系下的人脸特征点的提取,跟MRI三维重建模型的人脸特征点匹配;通过欧式距离算法和颜色过滤算法获得相机人脸点云而计算出MRI影像坐标和相机获取图像坐标的变换矩阵。对系统进行初始化标定,获得相机坐标跟机械臂坐标转换关系,确定治疗靶点在机械臂坐标下空间的位姿。MRI三维重建模型人脸点云和通过深度相机获取的人脸点云配准均方差为1.94mm。5)设计并且搭建辅助经颅磁治疗的MRI颅脑三维重建及可视化定位系统,对治疗靶点定位和随动功能进行了验证。标定相机外参,确定了头部治疗靶点在机械臂坐标系下的位姿数据。基于辅助经颅磁治疗的MRI颅脑三维重建及可视化定位系统,开展了头部治疗靶点动态定位实验,实验结果表明,最大位置误差为4.74mm,小于系统设计要求的10mm误差值,能够满足不同患者治疗要求。

关键词：经颅磁刺激治疗三维重建三维点云人机交互人脸特征点识别

硫基、铁基及硫-铁基自养反硝化技术研究进展

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工业水处理 2024年第6期44卷 22-33页

作者：王婧王宁韩严和李再兴马雪姣王楠楠姜文斌北京石油化工学院环境工程系北京102617

自养反硝化技术具有无需外加碳源、污泥产量低以及成本低等优势,是双碳背景下具有前景的低C/N废水的深度脱氮处理技术之一,而无机电子供体的选择是该技术能否广泛实际应用的关键。根据反硝化原理,硫基自养反硝化易产酸并会产生硫酸盐,... 详细信息

自养反硝化技术具有无需外加碳源、污泥产量低以及成本低等优势,是双碳背景下具有前景的低C/N废水的深度脱氮处理技术之一,而无机电子供体的选择是该技术能否广泛实际应用的关键。根据反硝化原理,硫基自养反硝化易产酸并会产生硫酸盐,铁基反硝化耗酸且会有亚硝酸盐积累,而硫-铁基耦合自养反硝化可以结合两者的特点,维持反应pH稳定,减少二次污染。基于以上分析了硫基、铁基以及硫-铁基作为电子供体的自养反硝化基本作用原理及特性,并阐述了基于各电子供体进行反硝化时的优势菌属,以期为硫基、铁基及硫-铁基耦合自养反硝化技术在提高脱氮效率并减少二次污染方面的研究提供参考。

关键词：硫铁基电子供体自养反硝化脱氮

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射流强化非填料式溶气设备的工作性能

化工进展 2024年第6期43卷 2977-2985页

作者：杨磻槟丁国栋陈家庆冯子夏郑佳媛北京石油化工学院机械工程学院环境工程系北京102617 深水油气管线关键技术与装备北京市重点实验室北京102617

溶气设备是溶气释放式微细气泡发生系统的重要组成部分,基于自主设计研发的射流强化非填料式溶气设备,对其在不同操作参数下的工作性能开展了实验研究。采用WTW手持式溶解氧测定仪实施全程在线带压测量,同时以空气在水中溶解氧浓度的变... 详细信息

溶气设备是溶气释放式微细气泡发生系统的重要组成部分,基于自主设计研发的射流强化非填料式溶气设备,对其在不同操作参数下的工作性能开展了实验研究。采用WTW手持式溶解氧测定仪实施全程在线带压测量,同时以空气在水中溶解氧浓度的变化率直接表征溶气性能。结果表明,新型溶气设备在低能耗下仍具有较高的溶气性能;溶气性能随气液比的增加而增加,溶气效率随着溶气压力的增加而降低,随着进水流量的增加呈现出先增加后减小的趋势,氧转移传质系数随溶气压力和进水流量的增加而增加,最佳进水流量区间为0.7~0.9m^(3)/h。由于新型溶气设备在使用普通球阀减压释气成泡时,仍能产生高质量的微细气泡,占地面积远小于传统设备且不易堵塞,因此在实际工程应用中更具优势。

关键词：溶气设备射流强化溶气性能溶解氧浓度气液两相流多相反应

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影响油泥超声波除油效果的因素与机理

石油炼制与化工 2024年第7期55卷 22-29页

作者：李晨阳谭文捷桑义敏赵端朱玲周翠红北京石油化工学院环境工程系北京102617 中国石化石油勘探开发研究院

油泥超声波除油技术绿色环保,但目前除油效率不高、机理不明,在工业中未得到广泛应用。针对南方某油田高含油钻屑油泥的特性,设计了一套油泥超声除油试验装置,考察了超声频率、超声功率、超声温度等7个主要因素对除油效果的影响。结果表... 详细信息

油泥超声波除油技术绿色环保,但目前除油效率不高、机理不明,在工业中未得到广泛应用。针对南方某油田高含油钻屑油泥的特性,设计了一套油泥超声除油试验装置,考察了超声频率、超声功率、超声温度等7个主要因素对除油效果的影响。结果表明:超声频率、超声功率、超声作用时间、固液比(油基钻屑与水质量比)和pH对油泥除油效果影响较大,而超声温度和超声处理次数对除油效果影响较小。在最佳工艺条件下,除油率达到57.18%;当超声空化作用产生的剪切力大于油与固体颗粒之间的相互作用力时,附着在固体颗粒表面的油分脱附,且随温度升高和固液比降低,油泥的黏度降低,超声空化作用增强;弱碱环境下HSiO3-占据油泥颗粒吸附位点,可阻止油的再吸附,除油效率较高。

关键词：含油污泥超声波除油效果破乳机理

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一类区间时滞忆阻神经网络的稳定性控制

北京石油化工学院学报 2024年第2期32卷 60-68页

作者：赵一飞曹梦亭褚佳奕崔铠亭章联生北京石油化工学院新材料与化工学院北京102617 北京石油化工学院数理系北京102617

鉴于忆阻神经网络(memristive neural network,MNN)的数学模型是一种右端不连续的微分方程,经典的微分方程理论不再适用。借助微分包含理论和Filippov解的框架,将这一神经网络系统转化为通常的神经网络系统,并建立了时滞一次函数形式的... 详细信息

鉴于忆阻神经网络(memristive neural network,MNN)的数学模型是一种右端不连续的微分方程,经典的微分方程理论不再适用。借助微分包含理论和Filippov解的框架,将这一神经网络系统转化为通常的神经网络系统,并建立了时滞一次函数形式的新型李雅普诺夫-克拉索夫斯基泛函(Lyapunov-Krasovskii functional,LKF),运用积分不等式和倒数凸组合不等式估计其导数,得到了该系统渐近稳定的充分条件并以线性矩阵不等式(linear matrix inequalities,LMIs)形式给出,便于用MATLAB软件验证。数值仿真结果表明,所得到结论正确且可实现。

关键词：忆阻神经网络全局渐进稳定时变时滞线性矩阵不等式

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基于潮流追踪的有源配电网碳排放流分析方法

浙江电力 2024年第6期43卷 80-87页

作者：杨军王楠楠王江骆亚帅陈慧娜北京石油化工学院电气工程系北京102617 北京电力设备总厂有限公司北京102401

分布式资源的碳排放特性差异导致配电网各节点碳排放强度存在时空差异性,为有效支撑配电网低碳分析优化以及用户侧低碳核算与交易,建立了有源配电网电碳耦合模型,基于潮流追踪对有源配电网碳排放流情况进行定量分析研究,将碳排放成本纳... 详细信息

分布式资源的碳排放特性差异导致配电网各节点碳排放强度存在时空差异性,为有效支撑配电网低碳分析优化以及用户侧低碳核算与交易,建立了有源配电网电碳耦合模型,基于潮流追踪对有源配电网碳排放流情况进行定量分析研究,将碳排放成本纳入配电系统经济成本中。以电力系统总经济成本最小为目标,通过IEEE 33节点算例进行仿真分析,验证了所述方法的可行性和有效性。

关键词：有源配电网分布式电源潮流计算碳排放流分析电碳耦合

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金属有机框架基磷酸盐系正极材料研究进展

电池 2024年

作者：何志宏宋焕巧罗明生北京石油化工学院新材料与化工学院燃料清洁化及高效催化减排技术北京市重点实验室

磷酸盐系锂离子电池正极材料因电导性差和Li+扩散系数低等原因，发展受到限制。金属有机骨架（MOF）具有比表面积大、活性位点丰富等优点。作为一种很有用途的前驱体，通过MOF来提升磷酸盐系正极材料电化学性能有很高的可行性。从用MOF... 详细信息

磷酸盐系锂离子电池正极材料因电导性差和Li+扩散系数低等原因，发展受到限制。金属有机骨架（MOF）具有比表面积大、活性位点丰富等优点。作为一种很有用途的前驱体，通过MOF来提升磷酸盐系正极材料电化学性能有很高的可行性。从用MOF或MOF衍生物通过制备、掺杂、表面改性等3种不同方法改性正极材料的角度，综述近年来MOF基磷酸盐系锂电正极材料的研究进展，并对MOF应用于锂离子电池正极材料的发展方向进行展望。

关键词：锂离子电池正极材料金属有机框架(MOF) 磷酸铁锂导电性