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揭示水合离子的微观结构和幻数效应的研究
众所周知,盐放入水中会发生溶解,溶解的离子与水分子结合在一起形成的团簇称为水合离子或离子水合物。水合离子的微观结构和动力学一直是学术界争论的焦点。早在19世纪末,人们就意识到离子水合作用的存在并开始了系统的研究,最早的实验研究可以追溯到1900年德国著名物理化学家Walther Nernst的迁移实验(Transference experiments)。虽然经过了一百多年的努力,离子的水合壳层数、各个水合层中水分子的数目和构型、水合离子对水氢键结构的影响、决定水合离子输运性质的微观因素等诸多问题,至今仍没有定论。究其原因,关键在于缺乏原子尺度的实验表征手段,以及精准可靠的计算模拟方法。传统的谱学和衍射技术空间分辨能力较差,只能得到平均效应,无法探测局域环境的影响,实验数据的解释异常困难,甚至得出完全矛盾的结论,因此受到很大的限制。另一方面,由于水分子具有全量子化效应,且水分子与离子相互作用也非常微弱,这对理论计算也是巨大的挑战。图2 钠离子水合物的原子级分辨成像。从左至右,依次为五种离子水合物的原子结构图、扫描隧道显微镜图、原子力显微镜图和原子力成像模拟图。图像尺寸:1.5 nm ×1.5 nm。 为了突破实验上的瓶颈,研究人员基于扫描隧道显微镜发展了一套独特的离子操控技术,在氯化钠表面上可控的制备出了单个水合钠离子,水分子的数目精确可调,为高分辨成像创造了条件。在此基础上,他们利用之前发展起来的非侵扰式原子力显微镜成像技术,依靠及其微弱的高阶静电力,克服了针尖对弱键合水合离子的扰动并首次实现了原子级分辨表征,精确确定了其微观吸附构型(图2)。这也是水合离子的概念提出一百多年来,首次在实验中直接“看到”水合离子的原子级图像。 进一步,研究人员利用带电的针尖作为电极,控制单个水合离子在氯化钠表面上的定向输运,发现了一种有趣的幻数效应:包含有特定数目水分子的钠离子水合物具有异常高的扩散能力,迁移率比其他水合物要高1-2个量级,甚至远高于体相离子的迁移率(图3)。结合第一性原理计算和经典分子动力学模拟,他们发现这种幻数效应来源于离子水合物与表面晶格的对称性匹配程度,而且可以在很大一个温度范围内存在(包括室温)。此外,研究人员还发现这种幻数效应具有一定的普适性,适用于相当一部分盐离子体系。图3 钠离子水合物在NaCl表面输运的幻数效应。a,效果图:包含3个水分子的水合物具有异常强的扩散能力。 b,分子动力学模拟得到的不同离子水合物在225K-300K下1ns时间内扩散的均方位移。 水溶液中的离子输运研究长期以来都是基于连续介质模型,而忽略了离子与水相互作用以及离子水合物和界面相互作用的微观细节。该工作首次建立了离子水合物的微观结构和输运性质之间的直接关联,刷新了人们对于受限体系中离子输运的传统认识。该项研究的结果表明,可以通过改变表面晶格的对称性和周期性来控制受限环境或纳米流体中离子的输运,从而达到选择性增强或减弱某种离子输运能力的目的,这对很多相关的应用领域都具有重要的潜在意义,比如:离子电池、防腐蚀、电化学反应、海水淡化、生物离子通道等等。此外,该工作发展的实验技术也首次将水合相互作用的研究精度推向了原子层次,未来有望应用到更多更广泛的水合物体系,开辟全新的研究领域。 该工作得到了Nature三个不同领域审稿人的一致好评和欣赏(Overall, I enjoyed reading this manuscript),认为该工作“会马上引起理论和应用表面科学领域的广泛兴趣”(The results presented in this manuscript are of immediate interest to the communities dealing with theoretical and applied surface science),“为在纳米尺度控制表面上的水合离子输运提供了新的途径并可以拓展到其他水合体系”(This result may open a venue for controlling diffusion transport on nano-engineered crystal surfaces and it may be also extended to other hydration systems)。
北京大学 2021-04-11
浙江瑞瀛物联科技有限公司
瑞瀛物联2011年成立于杭州,是一家致力于研究并提供IoT Mesh系统解决方案的创新科技公司,专注智慧人居、智慧酒店、智慧能源领域,公司拥有超过10年对Zigbee、蓝牙Mesh等无线通信技术的钻研及行业应用经验,是国内最早提供物联网无线通信解决方案的高科技企业之一。瑞瀛物联提供优质的IoT Mesh无线通信模组、智能网关等产品及场景化解决方案,助力客户快速实现智能设备IoT Mesh组网、场景联动、云服务接入等功能,拥抱万物互联的智能时代。公司拥有大量完全自主知识产权的物联网无线通信技术和产品,严格遵循IEEE相关国际标准和国家行业标准,产品符合FCC、CE、REACH、RoHS等国际认证规范。
浙江瑞瀛物联科技有限公司 2024-12-05
低成本功能性多孔有机聚合物
       成熟度:技术突破         多孔有机聚合物是一类新兴的功能性高分子材料,相比传统高分子交联树脂,其具有类似无机分子筛的微孔,具有更高的官能团密度,已被广泛用于储存、分离或催化等领域。然而当前许多性能优良的多孔有机聚合物成本过高,严重制约着其实际应用。我们合成的价格低廉且性能优秀的多孔有机聚合物,其性能与当前典型多孔有机聚合物相当,而价格为它们的几十分之一或几百分之一,目前在储存氨气、分离二氧化碳及分离水中污染物(如硼酸,Hg2+等)等方面已完成实验室测试,这些成果将为多孔有机聚合物的真正应用打开通道。         意向开展成果转化的前提条件:中试放大及产业化工艺开发资金支持
东北师范大学 2025-05-16
物联网
物联网体系 智能连接家、校、人,实现物联校园数据的实时采集提高教学、教务、校务、办公的高效管理,离不开智能物联设备的支持
广州光大教育软件科技股份有限公司 2021-08-23
学校储物柜 超市储物柜 人脸识别储物柜
产品详细介绍1、刷卡或密码开门:支持普通IC卡或学校一卡通,门禁系统或停车场使用的射频 IC 卡都可以注册为智能储物柜的钥匙卡,扩展一卡通功能,可扩展 ID 卡和身份证刷卡(须选加 ID卡模块和身份证读卡模块)等,一卡支持多箱存取;2、其他方式开锁:机械锁、人脸识别、指纹认证、微信、密码等多种方式存取物品,安全性高,存取操作简单3、使用过程不需要耗材4、内置五孔插座+2个USB口,也可根据要求定制,满足了人们对物品寄存、安全保管和移动设备充电等需求。5、本地管理:管理员通过输入管理密码可进入管理菜单,管理员可以实现对智能储物柜的全部操作,设定用户开箱方式,箱门数,维护设备,全清全开箱门或单箱开门,系统日期时间,修改用户密码等功能;6、柜门大小根据需求定制尺寸、和数量材质:门板及整体材料为优质冷轧钢板制作,经过酸洗磷化、表面静电粉末喷塑处理。安装方式:落地式,使用电源为 220V,三插插座 1 只/组,待机功耗≤10W/组。产品特色:坚固、耐用、安全可靠、方便充电、扩展性强。功能描述:1、采用 7 寸 IPS 高清触摸屏,安卓系统,操作方便简单扩展性强,美观大方操作方便;每单箱内置电源插座,含 1 三相插口、1 两相插口和 2USB 口;2、一卡通:学校 IC 卡,门禁系统或停车场使用的射频 IC 卡都可以注册为智能储物柜的钥匙卡,扩展一卡通功能,可扩展 ID 卡和身份证刷卡(须选加 ID卡模块和身份证读卡模块)等,一卡支持多箱存取;3、人脸识别:人脸识别存储,刷脸开柜存物,刷脸开柜取物,一脸支持多箱存取,方便安全可靠;4、指纹识别:指纹识别存储、指纹开柜存物,指纹开柜取物,方便安全可靠(须选加指纹识别模块);5、微信手机:通过微信存取物品,可远程开锁和查看开锁记录(须选加微信模块和设备联网);6、本地管理:管理员通过输入管理密码可进入管理菜单,管理员可以实现对智能储物柜的全部操作,设定用户开箱方式,箱门数,维护设备,全清全开箱门或单箱开门,系统日期时间,修改用户密码等功能;7、应急开箱:我们在设计智能储物柜和电控锁时已充分考虑好应急开箱方案,一旦断线或电锁故障, 可由管理员打开应急开箱锁进行手动开箱;8、开箱方式:用户可选择自己想使用的空箱,若一箱不够用可存多箱,单人可用箱数管理员可设置;9、美观节能:极低的待机功耗(≤10W),采用 7 寸电容触摸屏,美观大方。
河北海捷现代教学设备有限公司 2021-08-23
一种带水合反应器的复合吸收剂循环捕捉CO2的装置及方法
本发明公开一种带水合反应器的复合吸收剂循环捕捉CO2的装置及方法,该装置包括煅烧?还原反应器(1)、冷凝器(2)、水合反应器(3)、空气反应器(4)、碳酸化反应器(5)、换热器(6)以及各部分之间的连接管道;该循环捕捉CO2的方法为:钙铜基复合吸收剂中的Ca(OH)2和CaO与进入碳酸化反应器的烟气反应,捕捉CO2;固体产物在煅烧?还原反应器中与通入其中的CH4反应,产生高浓度CO2;部分反应后的固体进入水合反应器改善孔隙结构,增强反应活性;活化后的复合吸收剂进入空气反应器完成铜基载氧体的再生。本发明使用钙循环耦合化学链工艺实现了低能耗捕捉烟气中的CO2,同时借助水合反应抑制吸收剂碳酸化性能衰退。
东南大学 2021-04-11
高性能聚合物共混物
1)  高效的界面大分子反应增容技术 特点:环保,工艺过程简单,适用体系广泛(PC/ABS,PA/PE,PC/PBT等体系),增容体系刚韧平衡 2)  形态控制技术 特点:大幅提高材料刚性与韧性,工艺过程简单,适用体系广泛(PC/ABS,PA/PE,PC/PBT等体系)
四川大学 2021-04-14
产教深度融合 创新物联网专业人才培养
物联网作为我国重点发展的战略性新兴产业之一,对于支撑“网络强国”和“中国制造2025”等国家战略具有重要意义。然而,当今高校物联网专业却普遍面临人才培养与产业发展不适配、教育内容与产业技术应用相脱节等挑战。本案例通过构建“多主体参与、多模式共融、多层次渐进”的物联网产业学院,全面推动企业优势与教育资源融合,从人才培养目标重构,产教融合创新平台搭建,以及“专创融合”+“赛教融合”的人才培养模式构建等方面,全面提升物联网专业人才培养质量,着力培养创新能力强、可适应经济社会发展需要的高质量工程技术人才,使学生实践能力显著增强,就业率和创业成功率大幅提升。
天津市大学软件学院 2025-05-16
置物箱
本实用新型公开了置物箱,属于置物箱技术领域。置物箱,包括底座,底座底面上固定安装有万向滚轮,万向滚轮上固定连接有锁紧装置,底座上方设置有封闭式置物装置,封闭式置物装置包括有大型置物柜和小型置物柜,大型置物柜和小型置物柜均包括有柜门和置物腔,柜门的一侧竖直棱边上固定安装有铰链,柜门通过铰链与柜体活动连接,另一侧竖直棱边上固定安装有电子锁;封闭式置物装置上端固定连接有置物台,置物台的侧壁上嵌入安装有扫码服务装置;本实用新型有效解决在火车站、机场等场所未设置公共置物设施,旅客临时置物较为不便
安徽建筑大学 2021-01-12
智能物联网
北京工业大学 2021-04-14
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