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光镊悬浮单颗粒测量技术
气溶胶是大气中固态、半固态与液态颗粒的总称,粒径可从几纳米到数百微米,组成涵盖有机物、无机物、生物分子与生物体等多种组分,且具有扩散性强、折光性好等特点。气溶胶的物理化学性质与动态变化,对气候、空气污染、环境工程、军工制造、生物化学循环与人类生命健康具有重要意义。实现气溶胶物理化学性质与动态变化精细表征是气溶胶领域的前沿课题,要求建立悬浮单气溶胶的高端研究平台。基于气溶胶单颗粒悬浮技术的高端测量平台,深刻认识气溶胶表界面反应机制,准确判断气溶胶相变过程,时时跟踪气溶胶非平衡过程,精准测量有机气溶胶的饱和蒸气压,实现气溶胶理化性质广泛而准确的计量,构建气溶胶理化性质的标准测量方法,搭建自主化测量平台,是国家高端仪器研发与国产化亟待解决的前沿课题。 当前气溶胶的表征方法均处于单打独斗的测量状态,无法对单气溶胶进行多性质、多维度、长时间的观测,存在较大局限。2018年荣获诺贝尔奖的光镊技术,作为最前沿的量子计量技术,可以对悬浮单液滴进行长时间精准测量。通过同时测量液滴受激拉曼信号与模态,实现粒径、折射率的绝对测量,进而得到饱和蒸气压等理化性质。同时测量液滴自发拉曼,还可以观测液滴的化学组成演变。 负责人通过在光镊技术近十几年的实践与应用,实现了高精度测量,粒径误差小于1nm,折射率误差小于0.0002,并且能够以天为单位,长时间稳定测量。本项目的目标是基于光镊技术的成长与积淀,建立气溶胶理化性质的标准测量装置与测量方法,优化当前原理样机的光学与工程设计,提升装置的稳定性,实现气溶胶光镊悬浮单颗粒测量技术的工程化与商业化。此外,作为拓展性目标,通过测试,采用国产元器件,推进高端仪器的国产化。 光镊测量装置具有广阔的市场前景。不仅为研究气溶胶的理化性质和环境影响提供了新手段,也可以为发动机研发,生物化学战剂效果提供新启示,还可用于检测和分析环境、药物、食品等液体样品中的微粒物质,为相关行业提供质量控制提供新标准。根据国际权威机构的预测,全球气溶胶监测市场年均增长率为8.2%。该方法具有明显的技术优势和应用潜力,可满足不同领域对气溶胶监测的需求。 本成果已在国内外多个知名期刊发表论文,并已开展相关专利布局,基于拉曼与细颗粒物测量已拥有国家专利2项。另有3项国家专利的申请正在准备中。本成果的升级与完善已得到国家自然基金委国家重大科研仪器研制项目资助,并已与多个科研机构和企业建立合作关系,取得了良好的效果和反馈。
北京理工大学 2023-07-17
泥沙颗粒输运背后的力学机制
地球表面高山、丘陵、沙漠、河流、潮滩等地貌形态万千,它们是如何在历史的岁月中逐渐形成的呢?放眼宇宙,空气密度极低的冥王星,是如何神奇地拥有丰富的沙丘地貌?被称为沙漠行星的火星会因为大风而刮起沙尘暴吗……这些自然界中的奥秘正是地球物理学科的泥沙运动力学所研究的问题。已有的研究告诉我们,泥沙颗粒输运普遍发生于大气环境和水环境中,是塑造地貌形态最重要和最根本的自然过程之一。如何理解和定量描述地表环境泥沙颗粒的起动、输运和沉降是揭示地貌形态千差万别的核心问题。目前野外和实验数据已经证明,粗颗粒泥沙输运量与流体强度之间的关系,在大气环境表现为线性,在水环境表现为非线性。然而,如此截然不同的输运规律背后的力学机制却一直还是个迷。近日,浙江大学海洋学院百人计划研究员托马斯·派兹(Thomas Pähtz)博士成功揭开了这个谜底,并推导出了描述粗颗粒泥沙输运量与流体强度关系的通用方程。北京时间2020年4月20日,相关研究成果在物理学学术期刊美国物理学会刊物《物理评论快报》(Physical Review Letters,简称PRL))上发表,并被该刊物和杂志Physics同时聚焦报道。通过离散元(DEM)精细数值模拟追踪大量泥沙颗粒的运动轨迹并分析其受力特征, 托马斯·派兹首次发现,粗颗粒泥沙的动能耗散机制主导其输运规律。大气环境条件下颗粒和床面间碰撞是主要的耗散机制;而在水环境条件下,颗粒和床面间碰撞以及颗粒之间的碰撞起着同等重要的作用。根据这一新的理论认识,托马斯·派兹推导了能统一描述大气环境和水环境粗颗粒泥沙输运量与流体强度关系的通用方程。这为深入认识地球甚至火星等外星球表面丰富多样的地貌形态提供了有力的理论工具。 统一输沙率公式与水环境(左图)和大气环境(右图)相关实验资料对比“最困难的部分是对模拟的结果进行物理解释和数学描述。在总共7年的时间里,我无数次地用笔和纸进行尝试。特别是在最初的4年里,我大部分时间都在思考这个问题。” 托马斯·派兹说。评审专家认为,这项研究工作是地球物理学科最基础而没有被揭示的问题。而对于未来的进一步应用,托马斯·派兹表示,上述通用方程可以预测任意大气/水体环境下的泥沙输运量,这使我们能够更好地了解这些天体的地貌,还可以通过测量行星的动力地貌来间接推断行星的风况。据悉,托马斯·派兹于2020年1月起受邀担任美国地球物理学会会刊《地球物理学研究杂志-地表过程》的副主编。他是浙大近海环境流体力学团队的重要成员。该团队由贺治国教授领衔,主要从事近海泥沙动力学、海岸动力学、近海环境流体力学等方面的研究,成果已逐步应用于理解河口海岸泥沙运动、深水航道整治、深海地貌演变、深海热液源矿物颗粒沉积等问题,取得了重要的国际影响力。该研究得到国家自然科学基金和浙江大学百人计划研究基金资助。论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.168001
浙江大学 2021-04-11
颗粒行为与多相流动数值模拟
上海理工大学 2021-01-12
自支撑壳程无折流板扭曲管换热器
本项目响应工业生产过程对节能传热设备需求量日益增长的发展机会,充分利用我们在高效节能设备研制和产业化方面的成功经验,自主研制新型扭曲管换热器,并实现扭曲管换热器制造产业化。本项目通过采用扭曲管可以使换热器传热能力增加10%-20%,壳程阻力下降50-70%,将大幅度提高扭曲管换热器的节能潜力,实现节能25-35%。扭曲管换热器提升了我国新型高效节能设备的整体技术水平和市场竞争力。在扭曲管换热器内,由于壳程为螺旋流,大大增强了壳程的湍流度,从而强化了壳程传热;由于扭曲管的结构特点,即使管程为高粘度流体或流速较低时,也会获得很高的湍流度。由于管子之间的多点自支撑结构,省去了折流板,实现了流体纵向流,流动分布和流速比较均匀,消除了换热管振动问题。由于壳程采用无折流板结构,实现了全程纵向流,使得壳程压降大大降低;同时由于分布均匀,没有流动死区,有效传热面积大大增加。这些结构特点,大大强化了换热器的传热系数。由于流速均匀、无死区,而且管壁温度比较均匀,大大降低了结垢的可能性。无振动、少结垢,从而延长了维修周期,降低了维修费用。该技术不改变换热器的外形结构,保留了管壳式换热器的特点,具有易于推广的特点,具备较好的工业应用前景。目前已做了大量的前期开发准备及示范工程。
华东理工大学 2021-04-11
一种牡蛎壳抗氧化肽的制备方法
【发 明 人】 邵江娟 ; 陈建伟 ; 王昱洼 ; 姚忠 ; 吴昊 ; 陈韬 ;【技术领域】本发明涉及生物分离技术领域,具体涉及一种以牡蛎壳为原料制备抗氧化肽的方法。【摘要】本发明公开了一种牡蛎壳抗氧化肽的制备方法,包括如下步骤:(1)牡蛎壳肽的提取:以牡蛎壳粉为原料,回流加热提取后滤过,浓缩,冻干得牡蛎壳肽冻干粉;(2)离子交换层析分离:将肽提取物通过SOURCE15Q强阴
南京中医药大学 2021-01-12
中国科大研制一种可替代塑料的仿生可持续结构材料
塑料制品给现代生活带来极大便利的同时,也正造成严重的环境问题。大多数塑料来自于石油产品,由于其极端的稳定性,废弃后在环境中长时间也难以降解,最终造成持续性的环境污染问题。研发一系列可持续的高性能结构材料,以部分替代石油基塑料,是该问题最有希望的解决方案之一。现有的生物基可持续结构材料都受到机械性能较差或制造过程的过于繁琐的限制,这些因素从成本和生产规模上制约了这类材料的应用。因此,引入先进的仿生结构设计来制造新型的可持续高性能结构材料将可以极大地提高这类材料的性能,拓宽其应用范围,加速可持续材料替代不可降解塑料的进程。近日,中国科学技术大学俞书宏院士团队将仿生结构设计理念运用于高性能生物基结构材料的研制,发展了一种被称为“定向变形组装”的新型材料制造方法,实现了具有仿生结构的高性能可持续材料的规模化制备。通过这种定向变形组装方法,团队成功地将纤维素纳米纤维(CNF)和二氧化钛包覆的云母片(TiO2-Mica)复合制备了具有仿生结构的高性能可持续结构材料。所获得的结构材料具有比石油基塑料更好的机械和热性能,有望成为石油基塑料的替代品。该工艺过程宜于放大,产品具有良好的可加工性和丰富多变的色彩和光泽,使其可以作为一种更加美观和耐用的结构材料有望替代塑料。 该材料具有仿珍珠母的结构设计,这种仿生设计有效地改善了材料的力学性能。珍珠母所具有的砖-泥结构,使其可以基于普通的天然物质构筑高性能的材料,并兼具高强度和高韧性的优良特性。研究人员通过多尺度的仿生结构设计和表面化学调控,成功构筑了这种兼具高强韧特点的天然生物基可持续结构材料。二氧化钛包覆的云母片作为仿生结构中的砖块,一方面为结构材料提供了远高于工程塑料的强度,另一方面,还通过裂纹偏转等仿生结构原理,大幅提高了材料的韧性和抗裂纹扩展性能,为该材料作为一种新兴的可持续材料替代现有的不可降解塑料打下了坚实的基础。
中国科学技术大学 2021-02-01
中国科大研制一种可替代塑料的仿生可持续结构材料
项目成果/简介:塑料制品给现代生活带来极大便利的同时,也正造成严重的环境问题。大多数塑料来自于石油产品,由于其极端的稳定性,废弃后在环境中长时间也难以降解,最终造成持续性的环境污染问题。研发一系列可持续的高性能结构材料,以部分替代石油基塑料,是该问题最有希望的解决方案之一。现有的生物基可持续结构材料都受到机械性能较差或制造过程的过于繁琐的限制,这些因素从成本和生产规模上制约了这类材料的应用。因此,引入先进的仿生结构设计来制造新型的可持续高性能结构材料将可以极大地提高这类材料的性能,拓宽其应用范围,加速可持续材料替代不可降解塑料的进程。近日,中国科学技术大学俞书宏院士团队将仿生结构设计理念运用于高性能生物基结构材料的研制,发展了一种被称为“定向变形组装”的新型材料制造方法,实现了具有仿生结构的高性能可持续材料的规模化制备。通过这种定向变形组装方法,团队成功地将纤维素纳米纤维(CNF)和二氧化钛包覆的云母片(TiO2-Mica)复合制备了具有仿生结构的高性能可持续结构材料。所获得的结构材料具有比石油基塑料更好的机械和热性能,有望成为石油基塑料的替代品。该工艺过程宜于放大,产品具有良好的可加工性和丰富多变的色彩和光泽,使其可以作为一种更加美观和耐用的结构材料有望替代塑料。 该材料具有仿珍珠母的结构设计,这种仿生设计有效地改善了材料的力学性能。珍珠母所具有的砖-泥结构,使其可以基于普通的天然物质构筑高性能的材料,并兼具高强度和高韧性的优良特性。研究人员通过多尺度的仿生结构设计和表面化学调控,成功构筑了这种兼具高强韧特点的天然生物基可持续结构材料。二氧化钛包覆的云母片作为仿生结构中的砖块,一方面为结构材料提供了远高于工程塑料的强度,另一方面,还通过裂纹偏转等仿生结构原理,大幅提高了材料的韧性和抗裂纹扩展性能,为该材料作为一种新兴的可持续材料替代现有的不可降解塑料打下了坚实的基础。
中国科学技术大学 2021-04-11
一种基于子结构的复合材料弹性参数识别方法
本发明提供了一种基于子结构的复合材料弹性参数识别方法,建立复合材料子结构有限元模型,根据子结构理论对复合材料子结构模型进行动力学缩聚;缩聚后子结构特征矩阵装配到残余结构上,计算得到复合材料全模型模态信息;提取全模型模态数据,计算模态频率对残余结构弹性参数的相对灵敏度;将试验和有限元模拟的模态频率残差的二范数作为目标函数,利用迭代优化算法最小化目标函数。本发明通过考虑了子结构的复合材料建模,将模型待识别部分定义为残余结构,通过全模型模态频率对残余结构弹性参数的相对灵敏度分析和模态振型匹配,采用优化迭代算法识别复合材料待识别参数,节省计算资源,提高计算效率,具有十分重要的工程意义。
东南大学 2021-04-11
一种叶片状CuO‑NiO复合结构纳米材料及其制备方法
本发明公开了一种叶片状CuO-NiO复合结构纳米材料及其制备方法。用硝酸镍和碳酸钠(或碳酸氢钠)进行微波反应,得含镍沉淀物,然后煅烧获得NiO纳米粉。称取0.05g?NiO,加入到30mL含一定量醋酸铜水溶液中,超声分散20~30分钟,得分散液A;称取2mmol?NaOH,加入30mL去离子水,溶解得溶液B;将溶液B加入到分散液A中,磁力搅拌15~25分钟,反应混合液置于家用微波炉中,设置低火档加热20分钟;反应结束后,自然冷却,抽滤干燥,即得本发明的叶片状CuO-NiO复合结构纳米材料。叶片状Cu
安徽建筑大学 2021-01-12
一种结构可控的三维石墨烯多孔材料制备方法
构建三维多孔结构 CAD 模型,并通过增材制造技术制得相应形 状的三维多孔金属结构;在惰性气体的保护氛围下,将所制得的三维 多孔金属结构升温至 900℃~1500℃,然后冷却至室温;然后进行喷 砂和超声清洗处理以获得金属模板;通过化学气相沉积法在金属模板 上生长石墨烯薄膜;配置腐蚀液并在 60℃~90℃的温度下回流溶解金 属模板,经洗涤和干燥处理后即得到三维石墨烯多孔材料产品。通过 本发明,能够有效克服现有技术中所存
华中科技大学 2021-04-14
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