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含大体积侧基纤维素类衍生物的合成及其金属离子荧光识别性能研究

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高分子学报 2024年第10期55卷 1335-1345页

作者：王宇清王凡代枭王伟琪沈军哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院哈尔滨150001 铜陵学院机械工程学院铜陵244000 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

以微晶纤维素为基质,通过6-位保护法和氨基甲酸酯化反应,合成了一种6-位具有大体积咔唑侧基的区域选择性取代纤维素类衍生物,即纤维素-[2,3-(3,5-二甲基)-6-(4-(4-(3-(9-乙基-9H-咔唑-3)脲基)苄基))]苯基氨基甲酸酯(Cel-1).由核磁共振... 详细信息

以微晶纤维素为基质,通过6-位保护法和氨基甲酸酯化反应,合成了一种6-位具有大体积咔唑侧基的区域选择性取代纤维素类衍生物,即纤维素-[2,3-(3,5-二甲基)-6-(4-(4-(3-(9-乙基-9H-咔唑-3)脲基)苄基))]苯基氨基甲酸酯(Cel-1).由核磁共振氢谱和元素分析结果表明所合成衍生物的结构规整,取代基本完全.基于12种金属离子对Cel-1的荧光识别性能进行了详细评价.结果表明,大体积纤维素衍生物Cel-1可在DMSO/H_(2)O体系中对Fe^(3+)和Cu^(2+)实现高灵敏度和高选择性的双模式检测,同时对其他10种金属离子均有极好的抗干扰能力.其中,在荧光模式和紫外可见光模式下,Cel-1对Fe^(3+)和Cu^(2+)的检测限均低于美国国家环境保护局(EPA)所规定的2种离子在饮用水中可接受的最高浓度.证明所合成的大体积纤维素类衍生物具有对Fe^(3+)和Cu^(2+)的高效特异性荧光识别性能,可作为化学传感器用于这2种金属离子的快速识别与检测.此外,基于Cel-1制备的荧光墨水在自然光下不显示,但在紫外光下则可观察到明亮的蓝色荧光,显示了其在防伪领域的应用潜能.

关键词：荧光传感大体积侧基纤维素类衍生物金属离子识别双模式检测

模拟高放废液硼硅酸盐玻璃固化体钼分相与化学稳定性的结构基因模拟

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硅酸盐学报 2024年第6期52卷 2068-2080页

作者：戴晨李洪张丽艳胡丽丽朱小莉潘安练湖南大学材料科学与工程学院长沙410082中国中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室上海201800中国日本电气硝子株式会社(NEG)美国分公司北卡罗来纳28150美国

碱金属钼酸盐黄相在高放废液玻璃固化过程中难以处理,严重影响玻璃的化学稳定性。为了对高钼废液固化玻璃的化学稳定性进行较为准确的预判,从而加速配方研发进程,利用玻璃结构基因模拟法(GSg M)研究了高Mo (2.6%~3.3%,质量分数)模拟高... 详细信息

碱金属钼酸盐黄相在高放废液玻璃固化过程中难以处理,严重影响玻璃的化学稳定性。为了对高钼废液固化玻璃的化学稳定性进行较为准确的预判,从而加速配方研发进程,利用玻璃结构基因模拟法(GSg M)研究了高Mo (2.6%~3.3%,质量分数)模拟高放废液硼硅酸盐玻璃的化稳性和钼分相累积情况,建立了B、Li、Na、Mo浸出率、玻璃转变温度和钼分相累积程度的结构预测模型,并进行了模型验证。研究显示,在本工作的成分研究范围内,钼分相成分主要为CsLiMoO_(4)(水溶性黄相)及CaMoO_(4)(耐水性晶相)。成分–结构–性质关系表明,提高Li_(2)O和CaO会显著促进钼分相的形成。518~528 cm^(-1)Si—O—Si振动增强,则钼分相加剧,但[BO_(3)]基团中B—O—B振动增强,可有效减少钼分相的析出。模型验证结果表明,各性质的结构预测模型可对设计玻璃的化稳性及钼分相累积程度进行快速预测,以筛选设计玻璃配方是否有进一步研究的必要。

关键词：高放废液硼硅酸盐玻璃固化钼分相浸出率结构基因模拟

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高维数据自适应降维方法

机械工程学报 2024年第17期60卷 283-296页

作者：段书用杨建华韩旭刘桂荣河北工业大学机械工程学院天津300131 辛辛那提大学航空工程和机械工程系美国辛辛那提45221

针对复杂装备及结构中高维信息导致的反求设计、优化设计、可靠性设计与分析时计算难度大、计算效率和精度低等问题,提出高维数据自适应降维方法—引导约束自编码降维方法。该方法基于主成分分析法能根据高维数据的相关性得到高质量的... 详细信息

针对复杂装备及结构中高维信息导致的反求设计、优化设计、可靠性设计与分析时计算难度大、计算效率和精度低等问题,提出高维数据自适应降维方法—引导约束自编码降维方法。该方法基于主成分分析法能根据高维数据的相关性得到高质量的线性低维数据,与无监督训练的自编码器具有对降维数据质量自我重构的特点,提出正交引导和正交约束的双重策略,对自编码网络进行无监督训练,以达到高精度、高效率降维的目的。该方法主要有以下策略:首先利用主成分分析法快速得到由特征向量构造而成的具有正交特性的投影矩阵,然后将其用于预设自编码器中的可训练参数,以保证初始训练参数的正交性;其次在自编码器训练中继续施加权值正交约束即无相关性特征约束,以减少信息的冗余从而保证低维数据的独立性;同时,施加单位范数约束以避免梯度消失,最终得到具有高度正交特性的降维特征。为验证该方法的有效性,将该方法用于碳钎维和玻璃纤维混合铺层的复合材料层合板的材料参数反求,通过参数反求的精度来评估不同降维方法的性能。研究结果表明,该方法可高效的得到高质量的线性及非线性降维信息,有效克服了主成分分析法仅可实现高维信息的线性降维和标准自编码器降维数据精度低的缺点,并且显著提高了复合材料层合板的参数反求精度。

关键词：神经网络降维方法主成分分析自动编码器特征提取和融合参数反求

非线性电导调制SiC/环氧树脂绝缘涂层热氧/湿热老化研究

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机械工程学报 2024年第6期60卷 207-215页

作者：梁玉陆国权梅云辉天津大学材料科学与工程学院天津300350 弗吉尼亚理工大学电气与计算机工程系美国黑堡镇24061 天津工业大学电气工程学院天津300387

高压电力电子器件的发展对其绝缘封装提出了更高要求。提出一种可以提升功率器件高压绝缘性能的非线性电导调制绝缘涂层,并对其性能进行研究分析。首先研究了非线性电导调制SiC/环氧树脂复合材料的制备工艺方法,并研究了材料电导率随电... 详细信息

高压电力电子器件的发展对其绝缘封装提出了更高要求。提出一种可以提升功率器件高压绝缘性能的非线性电导调制绝缘涂层,并对其性能进行研究分析。首先研究了非线性电导调制SiC/环氧树脂复合材料的制备工艺方法,并研究了材料电导率随电场强度及温度的变化规律。之后采用非线性电导调制SiC/环氧树脂作为绝缘涂层封装器件,通过有限元电场仿真结合试验的方法,验证了复合材料对器件局部放电性能的改善效果,结果表明采用非线性电导调制SiC/环氧树脂封装的器件的电场峰值相较于对照组降低了38.6%,且局部放电试验结果表明,非线性电导调制SiC/环氧树脂绝缘涂层可以将器件的局部放电起始电压提升44.9%以上。最后,对非线性电导调制SiC/环氧树脂绝缘涂层的长期可靠性进行了研究,通过热氧老化与湿热老化试验对其长期绝缘可靠性进行了试验验证,并从微观机理对试验结果进行分析。最终结果表明,采用非线性电导调制SiC/环氧树脂涂层封装的功率器件长期绝缘可靠性仍优于对照组。

关键词：非线性电导涂层局部放电绝缘材料功率器件封装

一种采用柔性缓冲垫块的双面散热SiC MOSFET双向开关模块研究

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电源学报 2024年第1期22卷 140-146页

作者：李靖曹君临陆国权梅云辉天津大学材料科学与工程学院天津300072 天津工业大学电气工程学院天津300387 美国弗吉尼亚理工大学电气与计算机科学系美国弗吉尼亚州24061

随着功率模块朝着高温、高功率、高密度方向发展,这对模块的封装结构提出了新的要求。较传统的引线键合结构,双面散热结构由于具有高散热能力和低寄生电感等特点受到广泛关注。但是双面散热结构材料间热膨胀系数的差异使之承受较大的热... 详细信息

随着功率模块朝着高温、高功率、高密度方向发展,这对模块的封装结构提出了新的要求。较传统的引线键合结构,双面散热结构由于具有高散热能力和低寄生电感等特点受到广泛关注。但是双面散热结构材料间热膨胀系数的差异使之承受较大的热-机械应力,降低了功率模块的可靠性。因此,为设计具有低热-机械应力双面散热双向开关,本研究首先使用仿真分析了芯片布局对模块散热性能以及寄生电感的影响,在此基础上提出了一种具有低杨氏模量的柔性缓冲垫块,综合仿真及试验初步证明其降低热-机械应力、提高模块可靠性的可行性。

关键词：双面散热双向开关SiC模块热-机械应力杨氏模量

单颗金刚石磨粒划擦2D SiC_(f)/SiC复合材料实验

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金刚石与磨料磨具工程 2024年第3期44卷 335-345页

作者：王优哲刘瑶周扬李家豪黎瀚森中北大学机械工程学院太原030051 密歇根大学机械工程系美国安娜堡48105

为了揭示2D SiC_(f)/SiC复合材料的磨削去除机理,根据2D SiC_(f)/SiC复合材料的编织结构特点,分别在2D SiC_(f)/SiC纤维的编织表面(woven surface,WS)和叠加表面(stacking surface,SS)沿0°、45°和90°方向开展单颗金刚石磨粒划擦实验... 详细信息

为了揭示2D SiC_(f)/SiC复合材料的磨削去除机理,根据2D SiC_(f)/SiC复合材料的编织结构特点,分别在2D SiC_(f)/SiC纤维的编织表面(woven surface,WS)和叠加表面(stacking surface,SS)沿0°、45°和90°方向开展单颗金刚石磨粒划擦实验,测量其划擦力和划痕深度,并观察划痕表面形貌。结果表明:在WS0(纤维编织表面的0°方向)上SiC_(f)/SiC材料的去除方式主要为纵向纤维(纤维轴向与进给速度方向一致)的剪切、拉伸、弯曲断裂和横向纤维(纤维轴向与进给速度方向垂直)的剪切、弯曲断裂;在WS45(纤维编织表面的45°方向)上主要为纤维的剪切、弯曲、拉伸断裂;在SS0(纤维叠加表面的0°方向)上主要为法向纤维(纤维轴向垂直于划擦表面)的延性去除、剪切、弯曲断裂,纵向纤维的剪切、拉伸、弯曲断裂;在SS90(纤维叠加表面的90°方向)上主要为法向纤维的延性去除、剪切、弯曲断裂和横向纤维的剪切、弯曲、拉伸断裂。由于SiC纤维的各向异性,不同方向、不同断裂形式有不同的力学性能,剪切断裂所需要的力最小,拉伸断裂所需要的力最大。在相同划擦深度下,因WS0、WS45、SS0、SS90方向上断裂形式的不同和剪切、弯曲、拉伸断裂所占的比例不同,其划擦力大小依次为FSS0>FWS45>FSS90>FWS0。且磨粒切入复合材料后随着裂纹的扩展和相互贯通,SiC基体会一起被剥离去除,部分基体受到挤压去除后再次被磨粒划擦去除形成延性划痕。2D SiC_(f)/SiC复合材料切削时宜选择WS0方向,而尽量避开SS0方向。

关键词：单颗金刚石磨粒划擦 SiC_(f)/SiC复合材料纤维取向划擦力表面形貌

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意外造就的先进材料——微晶玻璃

硅酸盐学报 2024年第8期52卷 2453-2454页

作者：邱建荣周时凤浙江大学光电科学与工程学院华南理工大学材料科学与工程学院

微晶玻璃是由晶体相和玻璃相组成的特殊复合材料。上世纪50年代，美国康宁公司的*** Stookey博士在一次实验意外中制备了第一块人工结晶可控的微晶玻璃材料，其表现出了优异的机械性能。此后，这一材料开始崭露头角，吸引了美国康宁公... 详细信息

微晶玻璃是由晶体相和玻璃相组成的特殊复合材料。上世纪50年代，美国康宁公司的*** Stookey博士在一次实验意外中制备了第一块人工结晶可控的微晶玻璃材料，其表现出了优异的机械性能。此后，这一材料开始崭露头角，吸引了美国康宁公司、德国肖特公司等大型玻璃公司的研究兴趣，并开发了系列具有优异机械性能的微晶玻璃产品，如：应用于手机盖板的“大猩猩”微晶玻璃和“超瓷晶”微晶玻璃。这系列微晶玻璃产品已成为公司的明星产品，并带来了巨大的经济效益。

关键词：微晶玻璃结晶微结构物理性能

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空间冷原子钟技术

中国激光 2024年第11期51卷 201-222页

作者：项静峰任伟邓思敏达刘亮吕德胜中国科学院上海光学精密机械研究所空天激光技术与系统部上海201800 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室上海201800 中国科学院大学材料科学与光电子学技术学院北京100049

空间冷原子钟作为在空间环境运行的高精度原子钟,在导航定位、深空探测和基础物理研究等领域展现出巨大的应用潜力。20世纪90年代以来,随着中性原子激光冷却技术的发展,喷泉冷原子钟得以实现并将频率稳定度和准确度从以往铯束原子钟的10... 详细信息

空间冷原子钟作为在空间环境运行的高精度原子钟,在导航定位、深空探测和基础物理研究等领域展现出巨大的应用潜力。20世纪90年代以来,随着中性原子激光冷却技术的发展,喷泉冷原子钟得以实现并将频率稳定度和准确度从以往铯束原子钟的10^(-14)量级提高到10^(-16)量级。法国、美国和中国均提出了在微重力环境下运行高精度冷原子钟的计划。在中国载人航天工程的支持下,2016年上海光学精密机械研究所研制的天宫二号空间冷原子钟在国际上首次实现了在轨运行。欧盟的空间光钟项目于2007年获得欧洲航天局资助,目前实验室中的冷原子光钟的频率不确定度与稳定度都达到了10-18量级。随着空间光钟技术的不断发展,美国、欧盟和中国分别提出了基于空间光钟的不同实验项目建议。本文首先介绍冷原子微波钟与冷原子光钟的技术基础,然后通过概述国内外空间冷原子钟计划的任务特点、关键技术和项目进展,阐述了空间冷原子钟在基础物理和导航定位中的作用,并展望了未来高精度原子钟技术的发展方向。

关键词：冷原子原子钟光钟频率稳定度频率不确定度空间站

可延展压电薄膜基底结构界面脱粘的预测与调控

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工程力学 2024年第4期41卷 247-256页

作者：周煜棠王博张博涵毕皓皓黄永安王烁道西北工业大学工程力学系西安710072 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116024 华中科技大学机械科学与工程学院武汉430074 俄克拉荷马州立大学机械与宇航工程学院美国俄克拉荷马74078

调控薄膜基底结构的表面不稳定性已被成功应用于制备可延展的新型电子设备中。然而,该类电子器件在工作中需要承受外部载荷作用,致使薄膜-基底结构界面处残余应力集中,容易诱发薄膜电子器件与基底脱粘与分层。该文将从理论分析和数值仿... 详细信息

调控薄膜基底结构的表面不稳定性已被成功应用于制备可延展的新型电子设备中。然而,该类电子器件在工作中需要承受外部载荷作用,致使薄膜-基底结构界面处残余应力集中,容易诱发薄膜电子器件与基底脱粘与分层。该文将从理论分析和数值仿真角度,研究压电薄膜在柔性基底表面上的失稳特性。由于压电薄膜变形具有大位移小应变的特点,该文基于非线性Euler-Bernoulli梁理论与能量最小化原理,建立压电薄膜基底结构无屈曲、褶皱、局部屈曲及全脱层屈曲模式的理论分析模型;从能量角度定量分析了薄膜-基底结构4种模式相互演变的临界条件;通过数值仿真,验证了该文解析结的有效性,定量、定性的讨论了薄膜基底结构的材料、几何参数对4种模式演变的影响。研究结果表明:改变基底弹性模量、预应变、物理场强度和界面粘附系数能够调控压电薄膜基底结构的屈曲模式;通过调控温度变化量和电压的方式,能够实现对压电薄膜基底结构的失稳特性精细化调控。该文的研究结果将为提升薄膜基底型的电子器件的稳定性及优化设计提供理论支持。

关键词：压电薄膜-柔性基底结构脱粘分层表面失稳临界应变