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铜纳米修饰电极的制备及电化学葡萄糖和亚硝酸盐的测定

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实验技术与管理 2024年第4期41卷 170-176页

作者：常静张立兵李轶张瑞中天津大学理学院化学系天津300072 天津大学化学化工国家级实验教学示范中心天津300072

纳米结构材料由于具有独特的物理和化学性质,将其结合至电极表面可显著提高电化学反应的性能,而基于纳米结构修饰电极制备的高性能便携式传感器在环境保护、食品安全等领域具有广阔的应用前景。该实验以无需抛光打磨、可一次性使用的氧... 详细信息

纳米结构材料由于具有独特的物理和化学性质,将其结合至电极表面可显著提高电化学反应的性能,而基于纳米结构修饰电极制备的高性能便携式传感器在环境保护、食品安全等领域具有广阔的应用前景。该实验以无需抛光打磨、可一次性使用的氧化铟锡(ITO)导电玻璃为基底工作电极,通过一步电沉积法制备了铜纳米修饰的ITO(Cu/ITO)电极。所制备的Cu/ITO电极可用于电化学葡萄糖和亚硝酸盐的高灵敏度、高选择性测定。该实验将最新的科研成果转换为“仪器分析实验”课程中的研究设计性实验,选择贴近生活的课题,并通过全方位的实验操作和训练,能够使学生了解纳米材料的制备方法、现代分析仪器的检测原理及应用领域。通过两种不同原理传感器的构建、性能测试和实际应用,能够使学生了解科学研究的基本流程,培养勤于思考、善于动手的科学精神,激发对科学研究的兴趣,全面提升科学素养和创新能力。

关键词：铜纳米结构电化学沉积葡萄糖亚硝酸盐电化学定量分析

基于车载测试的国Ⅴ国Ⅵ柴油车尾气PM中多环芳烃及其衍生物排放特征

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环境科学 2024年

作者：孙港立牛大伟张楠姬亚芹吴丽萍赵雪艳杨文中国环境科学研究院天津城建大学环境与市政工程学院漯河市环境监控中心南开大学环境科学与工程学院中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院

柴油车尾气排放是PM2.5的主要来源之一，其上载带的多环芳烃因其重要的健康影响而得到广泛关注。为了更好地研究柴油车排放污染物的毒性，通过车载实验采集了6辆国Ⅴ和国Ⅵ排放标准的轻型和重型载货柴油车的尾气PM2.5样品，使用GC-MS分... 详细信息

柴油车尾气排放是PM2.5的主要来源之一，其上载带的多环芳烃因其重要的健康影响而得到广泛关注。为了更好地研究柴油车排放污染物的毒性，通过车载实验采集了6辆国Ⅴ和国Ⅵ排放标准的轻型和重型载货柴油车的尾气PM2.5样品，使用GC-MS分析了其中16种母体多环芳烃(pPAHs)、18种硝基多环芳烃(NPAHs)和5种含氧多环芳烃(OPAHs)的质量，并计算了基于行驶里程的排放因子(EFs)。结果表明，随排放标准提升，国Ⅵ轻型载货柴油车排放PM2.5中pPAHs、NPAHs和OPAHs的EFs[(217.92±109.92)、(5.21±2.51)和(10.74±5.99) μg·km-1]分别较国Ⅴ车下降了63%、55%和66%。同一排放标准下，重型载货柴油车3类PAHs的排放因子约为轻型载货柴油车的12～15倍，主要与重型柴油车油耗大更易不完全燃烧有关。随累积行驶里程增加，柴油车PAHs及其衍生物的排放因子均呈增加趋势，与发动机磨损增加、燃烧效率降低有关。菲(Phe)和芴酮(9-FO)分别是柴油车含量最高的pPAHs和OPAHs组分，NPAHs则以5硝基苊烯(5N-Ace)和2硝基+3硝基荧蒽(2N +3N-Flt)为主。苯并(a)芘(BaP)等效毒性结果显示，受排放技术改进影响国Ⅵ柴油车毒性较国Ⅴ车显著下降。排放量结果显示漯河市3种主要车型柴油车排放了4190 kg pPAHs、61 kg NPAHs和215 kg OPAHs，均主要来自国Ⅴ重型柴油车的贡献，需要加强该车型的管控。研究结果可为漯河市当地制定PAHs排放管控对策提供技术依据，同时也对保护人体健康具有重要意义。

关键词：柴油车排放因子多环芳烃(PAHs) 含氧多环芳烃(OPAHs) 硝基多环芳烃(NPAHs) 国Ⅵ排放标准漯河

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强非线性弹性超结构设计与减振作用研究

天津理工大学学报 2024年

作者：路凯陈建恩王继康孙敏天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心天津城建大学理学院

设计出一种强非线性弹性超结构并以其为关键部件构造出吸振装置，试验研究了该吸振装置的减振效果。通过超慢速线性扫频试验获得了连接吸振装置前后的主振子时域响应，并通过定频简谐激励试验获得主振子的幅频响应曲线。结果表明，随着... 详细信息

设计出一种强非线性弹性超结构并以其为关键部件构造出吸振装置，试验研究了该吸振装置的减振效果。通过超慢速线性扫频试验获得了连接吸振装置前后的主振子时域响应，并通过定频简谐激励试验获得主振子的幅频响应曲线。结果表明，随着扫频激励加速度的增大吸振效果会逐渐增强，但是会引起额外共振峰，由于碰撞等因素，在低频处的响应加速度较高。然而，由幅频响应曲线可以看出，吸振装置较大程度地限制了主振子的位移。利用小波分析法研究了系统的频率特征，吸振装置会导致系统的频率成分改变，使能量在宽频带内扩散。借助波形分析了吸振装置的动力学行为，低频时主振子和质量块相位接近，而高频时两者相位几乎完全相反，并且在大加速度时系统呈现出准周期现象。

关键词：超结构吸振非线性振动试验

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非线性能量阱最优参数的变化规律研究

天津理工大学学报 2024年第1期40卷 133-139页

作者：李建玲陈建恩孙敏刘小伟天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津300384 天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心天津300384 天津城建大学理学院天津300384

利用粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)研究了单自由度和两自由度非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)的最优参数随冲击载荷的变化规律。在仅改变刚度和同时改变阻尼与刚度情况下对NES的最优吸振效能和最优参数进... 详细信息

利用粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)研究了单自由度和两自由度非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)的最优参数随冲击载荷的变化规律。在仅改变刚度和同时改变阻尼与刚度情况下对NES的最优吸振效能和最优参数进行对比分析。结果表明,优化后的两自由度NES的吸振效能略优于单自由度NES。随着冲击载荷的增大,两种NES的最优刚度均逐渐减小,最优阻尼均逐渐增大。若考虑被动式装置,两自由度NES的吸振效能显然优于单自由度NES。若加入控制,使NES始终处于最优参数,两自由度NES的效能优势非常小,且其控制参数较多。

关键词：非线性能量阱(NES) 吸振效能最优参数粒子群优化算法(PSO)

去除软骨浅表区后对软骨表面形貌及力学行为的影响

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生物医学工程学杂志 2024年第2期41卷 328-334页

作者：王雅博刘婕高丽兰谭沿松陈瑞琦张春秋天津理工大学机械工程学院、天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津300384 天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心天津300384 天津市骨植入物界面功能化与个性研究企业重点实验室天津300190 嘉思特医疗器材(天津)股份有限公司天津300190

软骨浅表区缺失是引发骨关节炎的一个重要因素,探究软骨浅表区缺损对其表面形貌及力学性能的影响非常重要。本文取成年猪膝关节软骨,分别采用糜蛋白酶酶解处理和电摩擦笔物理去除方法,对其表面进行处理,将正常软骨和表面处理后的软骨分... 详细信息

软骨浅表区缺失是引发骨关节炎的一个重要因素,探究软骨浅表区缺损对其表面形貌及力学性能的影响非常重要。本文取成年猪膝关节软骨,分别采用糜蛋白酶酶解处理和电摩擦笔物理去除方法,对其表面进行处理,将正常软骨和表面处理后的软骨分为五组:对照组(正常软骨组)、糜蛋白酶浸泡组、糜蛋白酶擦拭组、电摩擦笔去除10%组、电摩擦笔去除20%组。使用激光光谱共聚焦显微镜和环境场扫描电子显微镜对五组样本进行表面形貌及结构表征,并开展拉伸实验评估每组样本力学性能。研究表明,对照组的表面算术平均高度最小、断裂强度最小、断裂应变最大;电摩擦笔去除20%组的表面算术平均高度最大、断裂强度最大、断裂应变最小,其余三组表面算术平均高度、断裂强度和断裂应变值均介于上述两组之间,其中电摩擦笔去除10%组、糜蛋白酶擦拭组、糜蛋白酶浸泡组表面算术平均高度和断裂强度依次降低,断裂应变依次增大。此外,课题组对不同组弹性模量展开研究,结果表明,对照组弹性模量最小,电摩擦笔去除20%组弹性模量最大。以上研究发现,软骨浅表区的缺损改变了其表面形貌和结构,降低了其力学性能。本文研究成果或对软骨损伤预防及缺损修复具有重要意义。

关键词：关节软骨浅表区缺损表面形貌力学性能

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折叠翼飞行器的模型设计与气动特性仿真分析

北京航空航天大学学报 2024年

作者：胡文华刘文举吴瑞琴陈三亚冯晶晶吴霞天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心天津航天机电设备研究所

变体飞行器在飞行过程中的构型改变、弹性变形以及流场之间相互耦合，其气动特性受到显著影响。针对折叠翼变体飞行器的机翼折展运动导致的气动特性变化和机翼弹性变形问题，开展折叠翼的气动弹性仿真研究。采用翼身融合的三角翼方案，... 详细信息

变体飞行器在飞行过程中的构型改变、弹性变形以及流场之间相互耦合，其气动特性受到显著影响。针对折叠翼变体飞行器的机翼折展运动导致的气动特性变化和机翼弹性变形问题，开展折叠翼的气动弹性仿真研究。采用翼身融合的三角翼方案，建立三维模型并制作实物模型，验证机翼的构型改变功能。简化模型并划分网格，设置流固耦合仿真环境，利用单向流固耦合仿真分析气流攻角、气流速度对折叠翼的升阻力特性和弹性变形的耦合影响，开展双向流固耦合仿真，基于机翼剖线压力分析折展运动对机翼表面压力分布的影响，研究机翼构型改变、弹性变形以及流场环境的耦合效应。研究发现，折叠翼变体飞行器的气动特性以及弹性变形与气流攻角、气流速度、机翼折展角度以及折展速度都有关。折展速度对折叠翼的气动特性和弹性变形有重要影响，快速折展比慢速折展导致更显著的机翼气动特性变化和弹性变形。研究结果对折叠翼变体飞行器的气动特性分析、机翼弹性变形抑制，以及飞行控制器设计有重要指导意义。

关键词：折叠翼流固耦合折展运动气动特性仿真分析

胃肠微环境下吻合钉仿生表面对细菌黏附的微流场仿真

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医用生物力学 2024年第2期39卷 339-345页

作者：冯荣川胡亚辉马言张春秋刘淑红刘帮付蔚华天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津300384 机电工程国家级实验教学示范中心(天津理工大学) 天津300384 天津市骨植入物界面功能化与个性化研究企业重点验室天津300190 天津医科大学总医院胃肠肛肠外科天津300052

目的模拟在吻合钉植入人体以后,吻合钉表面与肠壁组织之间的微流场环境,研究其仿生疏水化表面对细胞外液流速和壁面处流体剪切力的影响,进而通过流场的变化调控细菌的黏附。方法观察鲨鱼皮肤微结构,建立细菌在微流场环境中的简化二维运... 详细信息

目的模拟在吻合钉植入人体以后,吻合钉表面与肠壁组织之间的微流场环境,研究其仿生疏水化表面对细胞外液流速和壁面处流体剪切力的影响,进而通过流场的变化调控细菌的黏附。方法观察鲨鱼皮肤微结构,建立细菌在微流场环境中的简化二维运动模型。通过计算流体动力学数值仿真,模拟静态流场和动态流场中,细菌分别在光滑表面和微织构表面的运动,比较两种表面环境下细菌周围的流场特征和流体剪切力,分析流体剪切力影响细菌黏附的内在机制。结果仿生微织构的加入增强了微流场内细胞外液的流速,在静态流场中流体对细菌的黏滞作用较小;动态流场中流体对细菌的推动作用更强;一定范围内的微坑宽度使微织构壁面所受流体剪切力更大。结论吻合钉的仿生微织构表面,加快了细胞外液的流速,提高了微织构壁面和细菌所受流体剪切力,对细菌的附着有一定影响。研究结果为吻合钉抑菌表面的研究提供了理论依据。

关键词：仿生鲨鱼皮肤结构吻合钉抑菌性细胞外液流速壁面剪切力

多孔Ti-6Al-4V合金在模拟体液中的力-电化学有限元分析

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材料科学与工艺 2024年

作者：战楠宋振兴张晓川天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津商业大学机械工程学院天津瑞赛可新材料科技有限公司

多孔Ti-6Al-4V合金植入人体内将长期处于体液腐蚀环境中，且不可避免地承受人体自重和运动产生的载荷，易引发应力腐蚀，增加无菌失败和严重并发症的风险。为了明确载荷水平及孔隙特性对多孔Ti-6Al-6V合金应力腐蚀性能的影响，本文通过... 详细信息

多孔Ti-6Al-4V合金植入人体内将长期处于体液腐蚀环境中，且不可避免地承受人体自重和运动产生的载荷，易引发应力腐蚀，增加无菌失败和严重并发症的风险。为了明确载荷水平及孔隙特性对多孔Ti-6Al-6V合金应力腐蚀性能的影响，本文通过数值仿真方法研究其力-电化学响应规律。基于应力腐蚀理论，将由孔隙特性引发的结构应力耦合到电极反应的平衡电位和交换电流密度表达式，建立了力-电化学耦合有限元模型，通过数值仿真方法分析了植入物试样承受弯曲载荷时，应力、电流密度以及电极腐蚀厚度等的力-电化学响应规律。计算结果表明：随着承载水平增加，应力集中明显的孔隙边缘区域腐蚀更为剧烈，最大腐蚀厚度均出现在孔梁边缘处。与无应力试样相比，超过屈服应力试样的5 y腐蚀厚度增加了22%。孔隙尺寸显著影响应力分布、电化学腐蚀速率及最终的电极腐蚀厚度，随着孔隙的增大，电极5 y腐蚀厚度逐渐减小，且大孔应力腐蚀速率低于小孔。

关键词：钛合金多孔材料应力腐蚀力-电化学耦合应力集中

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居家实验:硬币弹跳

物理与工程 2024年第1期34卷 97-105页

作者：董佳豪王槿李文华文小青惠王伟南开大学物理科学学院天津300071 南开大学基础物理国家级实验教学示范中心天津300071

本文给出了居家环境下基于智能手机研究硬币弹跳的声学频率和产生的共振模式一种方案。理论上首先根据圆板的振动方程,给出了硬币固有振动频率的表达式。之后结合特定边界条件,利用有限元的方法分析了三种类型硬币的固有振动模式及对应... 详细信息

本文给出了居家环境下基于智能手机研究硬币弹跳的声学频率和产生的共振模式一种方案。理论上首先根据圆板的振动方程,给出了硬币固有振动频率的表达式。之后结合特定边界条件,利用有限元的方法分析了三种类型硬币的固有振动模式及对应频率。实验上利用智能手机测量了不同硬币在自由振动时产生的声音频率,并与模拟计算结果进行比较,给出了合理的误差分析。该居家实验方案简单有趣,物理原理丰富,易于在基础物理实验教学中推广。

关键词：硬币声学频率智能手机居家实验