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生物炭表面NO吸附特性的量子化学研究

原子与分子物理学报 2025年第5期42卷 7-16页

作者：朱世遥薛婕雯张雨轩陈斌武卫东上海理工大学上海200093 上海工程技术大学城市轨道交通学院上海201620 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

生物炭表面具有丰富的官能团,通过化学吸附可以与一氧化氮(NO)分子形成稳定化学键,廉价易得且环境适应性强,具有广阔的应用前景.然而,当前对生物炭表面NO吸附特性的研究大多仍停留在宏观层面,缺乏深入的微观机制解析.本文基于密度泛函理... 详细信息

生物炭表面具有丰富的官能团,通过化学吸附可以与一氧化氮(NO)分子形成稳定化学键,廉价易得且环境适应性强,具有广阔的应用前景.然而,当前对生物炭表面NO吸附特性的研究大多仍停留在宏观层面,缺乏深入的微观机制解析.本文基于密度泛函理论,深入研究了生物炭表面一氧化氮(NO)的吸附转化路径,从分子层面揭示了生物炭对NO的吸附特性.研究结果显示,N-down型吸附构型的能量普遍低于O-down型吸附构型,是较为可能的吸附构型,并且含氧原子的官能团在NO的吸附和氨(NH_(3))的形成过程中扮演着关键角色.此外,通过对N-down型构型的进一步分析发现,在与活性位点结合后,NO将优先取代羟基,最终在生物质焦炭表面转化为NH_(3).同时,基于变分过渡态理论(CVT)计算了反应速率,发现NO优先反应的途径将受到不同区域内反应速率的限制.本文通过量子化学方法深入揭示了生物炭表面NO吸附特性的微观机制,为优化生物炭在NO治理中的应用提供了理论支持.

关键词：吸附生物炭密度泛函理论

同轴反应流反应速率的唯象表征与影响规律研究

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河南理工大学学报（自然科学版） 2025年第1期44卷 109-116页

作者：李瑜樊义辉卞平艳张海光曲海军王建平河南理工大学机械与动力工程学院河南焦作454000 上海大学工程训练国家级实验教学示范中心上海200444

目的为了提高同轴反应流工艺的控制精度,探索反应速率的宏观唯象表征方法和影响规律,方法通过紫脲酸铵对Ca2+进行示踪,在线观测海藻酸钙水凝胶中空纤维的交联成形过程,利用洗脱法对交联层边界的灰度阈值进行标定,从宏观唯象的角度定... 详细信息

目的为了提高同轴反应流工艺的控制精度,探索反应速率的宏观唯象表征方法和影响规律,方法通过紫脲酸铵对Ca2+进行示踪,在线观测海藻酸钙水凝胶中空纤维的交联成形过程,利用洗脱法对交联层边界的灰度阈值进行标定,从宏观唯象的角度定义同轴反应流的平均反应速率,通过在线监测提取的交联层厚数据,计算得到反应速率值,并通过试验研究海藻酸钠和氯化钙溶液的流量(定流率比)、质量分数、共流距离对交联层厚和平均反应速率的影响规律。结果结果表明:对比在线图像识别和洗脱法实测所得中空纤维尺寸,两者误差仅1.09%,满足工程应用需求;增加反应物质量分数能提高平均反应速率,增加交联层厚,且氯化钙质量分数具有更好的调控性能;定流率比条件下,随着两溶液流速增加,中空纤维交联层厚减小而平均反应速率增大;随着反应流共流距离增加,交联层厚增加而平均反应速率逐渐减小。上述唯象平均反应速率受流体速度场和化学反应物质量分数的影响规律与经典反应速率是一致的,说明该唯象定义是有效的。结论研究采用的同轴反应流在线监测方法、反应速率的唯象表征方法、材料工艺参数影响规律等有助于实现中空纤维结构尺寸、交联层厚和保留溶胶层厚的精确控制,有助于同轴反应流工艺的推广与应用。

关键词：同轴挤出反应流反应速率唯象表征精确控制

柔性有机硅气凝胶的制备及其高温无机化转变研究

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无机材料学报 2022年第12期37卷 1281-1288页

作者：罗艺夏书海牛波张亚运龙东辉华东理工大学机械与动力工程学院上海200237 华东理工大学化工学院上海200237

二氧化硅气凝胶以其低密度、高孔隙率等特性在高温隔热领域显示出广阔的应用前景,但其脆性和高成本的超临界干燥方式限制了其应用。本研究以乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)和乙烯基甲基二甲氧基硅烷(VMDMS)为前驱体,通过溶胶凝胶、常压干燥... 详细信息

二氧化硅气凝胶以其低密度、高孔隙率等特性在高温隔热领域显示出广阔的应用前景,但其脆性和高成本的超临界干燥方式限制了其应用。本研究以乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)和乙烯基甲基二甲氧基硅烷(VMDMS)为前驱体,通过溶胶凝胶、常压干燥制备了具有高柔性的海绵状有机硅气凝胶,并研究了前驱体摩尔比对气凝胶微观结构和压缩回弹性能的影响,以及气凝胶分别在高温有氧和无氧环境中的无机化转变过程。结果表明,随着前驱体中VTMS/VMDMS比例增加,气凝胶颗粒变小且堆积更紧密,其压缩回弹性能也随之降低;在800℃空气氛围中,气凝胶通过侧基的氧化和主链Si-O-Si的断裂、重排转化为无机SiO_(2);在800℃N_(2)氛围中,气凝胶通过裂解反应转化为无机SiO_(2)和游离碳的混合体,1000~1400℃进一步处理后SiO_(2)和游离碳经碳热还原反应生成SiO_(4)、SiCO_(3)、SiC_(2)O_(2)和SiC_(3)O等无定形的Si-O-C结构和少量β-SiC纳米线;经1200℃碳热还原反应生成的Si-O-C结构具有最优的耐高温氧化性能,可为制备耐高温氧化Si-O-C气凝胶提供参考。

关键词：有机硅气凝胶柔性隔热高温氧化高温裂解

基于变换流体动力学的文丘里效应旋聚器的设计与非互易特性研究

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物理学报 2022年第10期71卷 209-215页

作者：姚能智王浩王斌王学生华东理工大学机械与动力工程学院上海200237

流动超材料与变换流体动力学的发展丰富了人们对于流体流动控制的方法.本文基于变换流体动力学,耦合流动旋转与放大功能,设计出了具有张量化黏度的流动旋聚器.从数值模拟层面验证了旋聚器可在蠕动流状态下同时实现对流速的放大和旋转功... 详细信息

流动超材料与变换流体动力学的发展丰富了人们对于流体流动控制的方法.本文基于变换流体动力学,耦合流动旋转与放大功能,设计出了具有张量化黏度的流动旋聚器.从数值模拟层面验证了旋聚器可在蠕动流状态下同时实现对流速的放大和旋转功能.在旋聚器中心流域,流体流速被放大,呈现出文丘里效应;在旋聚器外部区域,流体流动状态不会因旋聚器的存在而受到干扰,保持原有的流动状态.除此之外,本文发现并解释了空间坐标变换的非互易性所造成的旋转滞后现象的本质.本文所研究内容扩展并优化了现有的流体流动聚集功能;提出了文丘里效应相关应用的一种新途径;为超材料的非互易坐标变换设计提供了新的思路.

关键词：文丘里效应流动旋聚器非互易性变换流体动力学

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流动隐身衣的均匀化设计与减阻特性

物理学报 2022年第13期71卷 264-272页

作者：王浩姚能智王斌王学生华东理工大学机械与动力工程学院上海200237

流动隐身衣因为可以显著降低指定目标的表面阻力而备受关注.然而大多数传统流动隐身衣的设计参数为非均匀各向异性,非均匀这一限制增加了制备流动隐身衣的难度.为突破这种限制,本文采用等效介质理论与积分中值定理,将流动隐身衣所需的... 详细信息

流动隐身衣因为可以显著降低指定目标的表面阻力而备受关注.然而大多数传统流动隐身衣的设计参数为非均匀各向异性,非均匀这一限制增加了制备流动隐身衣的难度.为突破这种限制,本文采用等效介质理论与积分中值定理,将流动隐身衣所需的设计参数均匀化.通过数值模拟验证了简化后的均匀流动隐身衣具有与非均匀流动隐身衣一样的隐身效果,并且同样适用于多种流场.这种简化方法不仅可以将非均匀流动隐身衣简化为均匀流动隐身衣,更重要的是可以适用于其他领域,如光学、声学、电磁学与热学等不同领域的超材料均匀化设计,为降低超材料制备难度提供了新方法.此外,基于均匀流动隐身衣对不同流场的适用性,首次设计了一种流动伪装装置,该装置可以将原始物体所产生的流场伪装成由任意物体引起的期望流场,为实现流动伪装提供了解决方案.最后,定量对比分析了流动隐身衣的隐身与减阻性能随着雷诺数增加的变化,结果表明在非蠕动流时流动隐身衣仍然具有良好的隐身性能与较高的减阻效率.

关键词：均匀化设计流动隐身衣流动伪装超材料

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碳纳米管在聚合物复合材料中的分散及应用

合成树脂及塑料 2012年第5期29卷 75-78,84页

作者：李海龙谢苏江朱磊宁刘金彪华东理工大学机械工程与动力学院上海市200237

综述了碳纳米管在聚合物中的常用分散方法,并介绍了碳纳米管分散表征方法以及聚合物复合材料的合成工艺。加入碳纳米管可以不同程度地改善聚合物基体的性能,但对碳纳米管在聚合物中定向分散以及其结合机理研究甚少。最后介绍了聚合物/... 详细信息

综述了碳纳米管在聚合物中的常用分散方法,并介绍了碳纳米管分散表征方法以及聚合物复合材料的合成工艺。加入碳纳米管可以不同程度地改善聚合物基体的性能,但对碳纳米管在聚合物中定向分散以及其结合机理研究甚少。最后介绍了聚合物/碳纳米管复合材料应用领域。随着碳纳米管的合成、化学修饰、分散工艺的不断改善,碳纳米管的应用将逐步向用量小、产生效益高的领域发展。

关键词：聚合物碳纳米管分散应用

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基于智力探索的认知神经动力学

振动与冲击 2013年第2期32卷 189-200页

作者：朱青王如彬华东理工大学信息科学与工程学院上海200237 华东理工大学理学院认知神经动力学研究所上海200237

啮齿类动物在空间环境中的运动被认为可以形成代表空间环境的认知地图。在这种认知地图中,代表不同空间位置的细胞会与一种发放率编码的模式相联系,这种基于发放率编码的模式同时也广泛地应用于联想记忆的研究中。本文通过神经计算模型... 详细信息

啮齿类动物在空间环境中的运动被认为可以形成代表空间环境的认知地图。在这种认知地图中,代表不同空间位置的细胞会与一种发放率编码的模式相联系,这种基于发放率编码的模式同时也广泛地应用于联想记忆的研究中。本文通过神经计算模型和认知地图的构建,阐释了两种认知地图的形成方式和功能。第一种模型是一种空间向量地图,在这种空间向量地图中,动物依据所处的空间位置进行自我定位,同时也可以更新认知地图的信息。另一种认知地图是一个基于目标的向量图,用来进行寻路。将这两种认知地图结合起来,就能形成一个高效快捷的寻路方式。本文重点将这种寻路方法应用于智力探索模型中去,依靠适应性驱动力,利用第一种认知地图中所存地点之间关系的基本知识,对第二种认知地图进行构建和重置。这样通过智力来解决一系列新路径问题的解决,能够针对不同目标的需求找到合适的路径,并且在极短的时间内完成最优路径的形成。这个新思路能为寻路问题找到更加简便和安全的答案,也能够为以后应用于机器人系统的编程提供更好的理论基础。

关键词：认知地图智力探索寻路位置细胞

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具有延时作用的基底膜主动耦合模型

振动与冲击 2011年第12期30卷 49-53,73页

作者：王如彬周轶张志康华东理工大学信息学院认知神经动力学研究所上海200237

为了深入理解耳蜗的工作机制,研究了耳蜗中基底膜运动对不同频率和强度分辨能力的影响。针对原有的基底膜振动模型没有考虑外毛细胞在运动过程中由于自身运动所具有的不同速度对基底膜频率响应的影响,使得原有模型无法全面阐述外毛细胞... 详细信息

为了深入理解耳蜗的工作机制,研究了耳蜗中基底膜运动对不同频率和强度分辨能力的影响。针对原有的基底膜振动模型没有考虑外毛细胞在运动过程中由于自身运动所具有的不同速度对基底膜频率响应的影响,使得原有模型无法全面阐述外毛细胞的主动共振作用,为此引入了外毛细胞在增加基底膜频率选择性的机械过程中的延时特性。仿真计算结果表明,修正后的模型完全符合外毛细胞自身作用机制的生理特征。从一个新的角度诠释了外毛细胞运动对基底膜振动作用的贡献。

关键词：基底膜运动外毛细胞主动耦合性频率选择性延时特性

可压缩喷流的温度混合层及近场压力POD分析

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工程热物理学报 2021年第12期42卷 3178-3186页

作者：许聪赖焕新华东理工大学机械与动力工程学院上海200237

本文采用大涡模拟计算马赫数Ma=0.75.温度比T_(j)/T_(∞)=0.7、1和2的圆口喷流,着重研究了温度混合层与速度混合层发展规律的差异。同时采用近场压力的本征正交分解,研究温度对相干结构产生的影响,突出当喷流温度高于和低于环境温度时... 详细信息

本文采用大涡模拟计算马赫数Ma=0.75.温度比T_(j)/T_(∞)=0.7、1和2的圆口喷流,着重研究了温度混合层与速度混合层发展规律的差异。同时采用近场压力的本征正交分解,研究温度对相干结构产生的影响,突出当喷流温度高于和低于环境温度时的声源的变化趋势。流场结果表明,温度混合层的增长速率高于速度混合层,且两种剪切层半值宽随温度比改变而呈现不同的变化趋势。声场结果显示非等温喷流的远声场均高于等温喷流,是由于压力脉动中声传播分量增强。随着温度比升高,相干结构不稳定性开始发生位置向上游移动,导致速度脉动水平的提前增长。湍流结构相干性的增强,使得速度脉动峰值水平升高。

关键词：低温喷流温度混合层本征正交分解相干结构