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具有七重物理通道开关的热致变色铁弹体
东南大学国际分子铁电科学与应用研究院暨江苏省“分子铁电科学与应用”重点实验室团队发现了具有七个物理通道开关的热致变色铁弹体。相关工作以题为“The First Chiral Thermochromic Ferroelastic with Seven Physical Channel Switches”的学术论文在化学领域顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》上发表。此外,该论文被选为VIP(Very Important Paper)。据悉,只有不到5%的已接收论文才能获得如此积极的评价。 在信息化时代,电子智能设备的信号处理和加密显得至关重要,具有多重物理通道双稳态开关特性的多功能材料成为后起之秀。众所周知,一把钥匙对应一个锁,假如我们将财产放进保险柜中,我们就又多了一层防护。类似地,每增加一个物理通道,就是增加一层保障。基于此,我们报道了首例具有七个物理通道的手性化合物,可以对信息进行七层加密处理,使信息安全更加可靠。 图1. (a) 消旋晶体结构中的无序的CTA阳离子和手性有序的S-CTA和R-CTA阳离子;(b) (R-CTA)2CuCl4和(c) (S-CTA)2CuCl4的晶体堆积图。 早在1999年,Wataru Fujita等人在《Science》上就已经报道了磁双稳态(Science1999, 286, 261–262)。在1,3,5-trithia-2,4,6-triazapentalenyl(TTTA)分子中观测到一个明显的磁双稳态回线发生在230 K到305 K温度范围内。它的高温相为顺磁相,低温相在二聚作用的影响下具有抗磁性。三年后,M. E. Itkis等人在《Science》上报道了在非那烯基中性自由基产物中发现了电、光、磁三个物理通道的双稳态特性(Science2002, 296, 1443–1445)。直到2014年,熊仁根教授团队在《Advanced Materials》上报道了高碘酸咪唑(IPI)化合物具有介电、压电、SHG和铁电和机电耦合等五个物理通道的双稳态(Adv. Mater.2014, 26, 4515–4520)。由此可见,每增加一个物理通道都面临着巨大的挑战,在分子铁电“似球-非球”原理和手性引入的指导下,我们利用手性配体进行合成,将手性开关引入其中,成功组装得到了(R-CTA)2CuCl4和(S-CTA)2CuCl4(CTA = 3-Chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium) (图1),这两个化合物在介电、电导、二阶非线性、压电、铁弹性,手性和热致变色这七个物理通道上具有开关特性。其中热致变色特征尤为耀眼,区别于传统的相变材料,这为双稳态开关提供了光谱加密的新灵感。 图2. (a) DSC曲线;(b) 介电,电导,压电和二阶非线性光学等多重双稳态示意图。 (Rac-CTA)2CuCl4,(R-CTA)2CuCl4和(S-CTA)2CuCl4的相变点分别在361, 417 和420 K附近(图2),随着温度变化,相变温度以下的低温相和相变温度以上的高温相的介电常数、电导率、压电系数、SHG信号强度均呈现出可切换的两种稳定的状态。 图3. (S-CTA)2CuCl4和(R-CTA)2CuCl4晶体在293 K下的铁弹畴结构。 此外,这对手性化合物还具有铁弹性,铁弹相变往往伴随着铁弹畴的演化。在正交偏振光下,不同取向的铁弹畴具有不同的双折射特性,从而呈现出明暗不同的结构区域。(S-CTA)2CuCl4和(R-CTA)2CuCl4的晶态薄膜在室温下呈现出清晰的三角形铁弹性结构。当温度高于相变点时,铁弹畴迅速消失,呈现出立方对称的消光特性。在随后的冷却中,规则的铁弹畴又很快显现,表现出明显的开关特性。 图4.变温固体紫外-可见吸收光谱。 除了铁弹性外,这一对手性晶体还展示出可转换的热致变色的性质。室温下,(R-CTA)2CuCl4和(S-CTA)2CuCl4晶体对光的吸收均低于540 nm,与它们呈现的黄色外观一致。随着温度的升高,电子吸收带的吸收边缘发生红移。当温度超过相变点达到423 K时,吸收边移动到580 nm,这也与晶体受热变成橙色一致。利用热致变色特征对光谱加密和信号检测进行特定的处理,这为开发新型加密技术带来新的思路。 该工作由博士生陆思祺(第一作者)等人的共同努力下完成,东南大学为第一通讯单位。该成果得到“东南大学十大科学与技术问题”启动培育基金的资助。
东南大学 2021-04-11
质子/重离子治疗仪具有 360°旋转机架的治疗室
质子治疗肿瘤已被全世界评估为疗效最好、副作用最少的治疗方法,质子放射治疗肿瘤需要质子重离子治疗设备,质子重离子治疗设备价格昂贵,目前国际上也只有少数的医院具有,高昂的成本设备成本是质子重离子治疗推广应用的最主要瓶颈,质子重离子治疗设备要实现适形治疗,需要高效地控制束流的横向位置、纵向的能量分布,以精准地匹配病灶的形状,这就需要能够360°旋转、等中心点的旋转机架,上海理工大学与其他单位利用在航天领域的合作成果和相关的自主技术,破解了质子重离子束用于实体瘤的精准治疗的核心技术和工程难题,成功研发质子重离子治疗仪360°旋转机架,位置精度达到了<1mm,为质子重粒子治疗设备小型化、降低成本、更普及推广打下了坚实的基础。质子重离子治疗仪360°旋转机架是质子重离子治疗仪的重要组成部分,它能将粒子束按照最优路径准确打到患者的肿瘤位置,减少对健康部位的损害,更有效的杀死癌细胞。
上海理工大学 2021-01-12
水平连铸高品质稀土高速钢的开发及产业化
本成果目前仍处于进一步研究阶段,已完成了第一套水平连铸机的设计,包括高速钢结晶器,研究了浇铸温度、连铸拉坯速度、拉坯曲线工艺、铸坯的冷却工艺、中间包烘烤、保护渣对连铸成功和连铸坯质量的影响;同时,还开展了稀土在高速钢中作用机理研究。/line2006年,江苏省成果转化计划批准对本项目进行资助,新增总投资22,000万元,其中研发投入2,800万元,产业化投入19,200万元。
东南大学 2021-04-10
稀土永磁无刷直流电动机驱动系统(系列)
本系统由稀土永磁(REPM)无刷直流电动机(BLDCM)本体及其驱动 控制器两大部分组成。无刷直流电动机本体定子釆用三相Y形集中整距绕 组,适用于方波电流驱动,转子釆用稀土永磁体(钗铁硼或彩钻磁钢); 转子位置传感器釆用双余度开关型霍尔(Hall)位置传感器;驱动控制器 釆用数字信号处理器(DSP) +复杂可编程逻辑器件(CPLD)实现全数字控 制,主功率电路釆用三相桥式逆变器,工作于120°三相六状态。驱动控 制器可实现转速、电流双闭环调速和稳速
西北工业大学 2021-04-14
一种高强高导电铜 -稀土合金材料及其制备工艺
本发明公开了一种高强度导电铜 -稀土合金材料及其制备工艺, 合金各 成分的按质量比为:铜:铬:钕为 97.6-98.8:0.4-1.1:0.02-0.08.本发明制 备工艺包括合金的熔铸工艺、合金熔铸后的处理工艺,合金熔铸后的处理 工艺中直接对合金铸锭冷轧,再进行时效处理。本发明所述制备工艺在合 金熔铸时,直接添加纯金属 Cr 颗粒,浇铸温度为 1100℃-1250℃。 本发明合金材料具有
南昌大学 2021-04-14
全球城市低碳发展路径的差异化选择
北京师范大学环境学院陈彬教授课题组与美国马里兰大学、荷兰格罗宁根大学、清华大学等课题组的合作研究成果在国际知名刊物《Nature Communications》以研究论文(Research Article)形式在线发表。该研究首次在代谢视角下揭示全球城市低碳发展路径的差异化选择。 城市作为当下应对气候变化的核心主体,其经济社会活动显著影响着全球碳平衡。为实现《巴黎协定》1.5度控温目标和联合国可持续发展目标,如何进行城市低碳发展路径选择是一个急需探讨的问题。本研究首次融合人类活动占用的物理碳和生产消费的隐含碳排放,系统性追踪了全球城市的碳流量和存量变化及其对未来气候变化的潜在影响,为全球城市低碳发展路径的差异化选择提供依据。 研究结果显示(图1),城市所占用的碳有13-33%随化石能源燃烧以二氧化碳形式即时排放。此外,8-24%的碳被暂存于城市内部而尚未被释放(如家庭耐用品等),而这转变为存量的物理碳与每年的直接碳排放量级相当,其排放的潜力大小将持续影响未来的全球气候变化。因此,城市的资产性存量(如住房、生产设施和基础设施)如果在余下生命周期内得不到妥善管理与处置,将可能显著削弱目前国际社会缓解气候变化的努力。 由于城市形态、基础设施规模和居民消费等方面的不同,全球城市人均碳影响、碳强度或碳密度均呈现出了较大的差异性(图2)。鉴于这些差异性,尽管国际社会已建立了城市间减排联盟,目前仍难以制定出一种可被简单复制和推广的低碳策略。但值得注意的是,城市的发展和收入的提升不一定意味着高碳的生活。实际上,基于完整核算,全球城市可分为低碳低收入、高碳低收入、低碳高收入和高碳高收入等四种差异化路径。快速发展中的城市(如北京)仍有很大潜力在未来达成低碳高收入的路径,即在实现生活水平提升的同时,走向低碳甚至零碳社会。一个重要的前提是,不仅要对当前城市碳排放进行严格控制,还需对未来可通过存量释放的碳进行预先管理。这一基于代谢的新视角,将为进一步推进我国新时代绿色低碳城镇建设、全球城市及区域可持续发展提供理论支持。
北京师范大学 2021-02-01
微泵功低品位热驱动朗肯发电装置
本发明公开了一种微泵功低品位热驱动朗肯发电装置,包括流体输运单元和膨胀做功单元,所述流体输运单元包括冷凝器、流体泵、储液装置、蒸发器;所述的膨胀做功单元包括汽轮机和发电机,所述的储液装置包括储液罐以及储液罐出入口处的流体截止装置,各单元通过管路相连,储液装置内的流体流入蒸发器内被低品位热加热产生蒸汽,蒸汽进入汽轮机膨胀做功,带动发电机发电。本发明的流体输运单元的流体泵仅需克服流体在管道内流动的阻力,泵功消耗可大大减少,发电装置的净发电效率得到极大提高。
浙江大学 2021-04-11
低成本低氢耗褐煤加氢液化新技术
本项目属于科技部863能源领域科技专项,针对褐煤水分高、热值低、易自燃,不便于长 途运输等特点,直接用水介质替代循环油溶剂,CO或合成气替代纯氢气,开发了褐煤加氢液 化新技术,较传统的煤直接加氢液化工艺,可以减少褐煤干燥和CO变换等工序,具有显著的 技术优势。褐煤的提质加工利用已经受到各界广泛关注,正在积极开发有关技术,可见本技术 的成功开发具有广阔的市场应用前景。 实验对比研究了褐煤加氢液化中CO气氛和H2气氛的供氢性能差异,如在四氢萘作为溶剂 400℃时,氢气初压3MPa下的液化转化率为89.3%,油气产率为79.2%;而CO初压3MPa下的液 化转化率为94.1%,油气产率为73.9%;相对应的沥青质前者仅为10.1%,后者为20.2%,两者 相差一倍,表明CO气氛在加氢过程中产生的新生态氢有利于煤第一步裂解生成沥青质等大分 子,其加氢的活性高于气态氢,这进一步证实了煤加氢理论。由于褐煤自身含有丰富的含氧 官能团,气相CO中与水或水蒸气存在相互作用,促进褐煤的加氢转化效果,通过对褐煤加氢 液化工艺参数 (如水煤比、液化温度、气体初压和停留时间) 的考察,获得了比较合适的液化 反应条件为,在CO初压为4MPa,温度380℃下,胜利褐煤的液化转化率达76.6%,油气产率达 63.6%,达到了预期目的。 本项目已经完成实验室小试,比较系统地研究了煤种、催化剂和工艺参数对褐煤制油的影 响规律,具备开展试验放大的技术条件。
华东理工大学 2021-04-11
全球城市低碳发展路径的差异化选择
北京师范大学环境学院陈彬教授课题组与美国马里兰大学、荷兰格罗宁根大学、清华大学等课题组的合作研究成果在国际知名刊物《Nature Communications》以研究论文(Research Article)形式在线发表。该研究首次在代谢视角下揭示全球城市低碳发展路径的差异化选择。 城市作为当下应对气候变化的核心主体,其经济社会活动显著影响着全球碳平衡。为实现《巴黎协定》1.5度控温目标和联合国可持续发展目标,如何进行城市低碳发展路径选择是一个急需探讨的问题。本研究首次融合人类活动占用的物理碳和生产消费的隐含碳排放,系统性追踪了全球城市的碳流量和存量变化及其对未来气候变化的潜在影响,为全球城市低碳发展路径的差异化选择提供依据。 研究结果显示(图1),城市所占用的碳有13-33%随化石能源燃烧以二氧化碳形式即时排放。此外,8-24%的碳被暂存于城市内部而尚未被释放(如家庭耐用品等),而这转变为存量的物理碳与每年的直接碳排放量级相当,其排放的潜力大小将持续影响未来的全球气候变化。因此,城市的资产性存量(如住房、生产设施和基础设施)如果在余下生命周期内得不到妥善管理与处置,将可能显著削弱目前国际社会缓解气候变化的努力。 由于城市形态、基础设施规模和居民消费等方面的不同,全球城市人均碳影响、碳强度或碳密度均呈现出了较大的差异性(图2)。鉴于这些差异性,尽管国际社会已建立了城市间减排联盟,目前仍难以制定出一种可被简单复制和推广的低碳策略。但值得注意的是,城市的发展和收入的提升不一定意味着高碳的生活。实际上,基于完整核算,全球城市可分为低碳低收入、高碳低收入、低碳高收入和高碳高收入等四种差异化路径。快速发展中的城市(如北京)仍有很大潜力在未来达成低碳高收入的路径,即在实现生活水平提升的同时,走向低碳甚至零碳社会。一个重要的前提是,不仅要对当前城市碳排放进行严格控制,还需对未来可通过存量释放的碳进行预先管理。这一基于代谢的新视角,将为进一步推进我国新时代绿色低碳城镇建设、全球城市及区域可持续发展提供理论支持。
北京师范大学 2021-04-10
低品位锰矿及硫化矿生物综合利用技术
将高温下进行的氧化锰矿还原反应及硫化矿的氧化反应,改为利用微生物的催化作用,在厌氧常温常压下,使低品位氧化锰矿与硫化矿耦合浸出,将生物槽浸和堆浸相结合,提高浸出效率和速率,利用铁和锰的变价特点进行分离提取和深加工,制成电子级二氧化锰、四氧化三锰和高锰酸钾,矿渣制成高效环境矿物材料。利用微生物的催化作用,将我国储量巨大的低品位锰矿和硫化矿,在常温常压下进行综合利用,使其变废为宝。此工艺浸出时间短,效率高,能耗低,无废气排放,浸渣还可以制成铁环境矿物材料,用于废水处理,及制砖垫地等。
北京科技大学 2021-04-11
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