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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
基于磁记忆效应的微缺陷检测技术及系统
Ø  成果简介:磁记忆检测技术是一种新型无损检测技术,被誉为二十一世纪最有前景的绿色诊断技术。该技术可以对铁磁性构件和机械零部件受损程度进行快速诊断,在检测时不要求清理金属表面和进行人工磁化等预先处理,可以完成疲劳损伤的早期诊断,寿命评估和设备可靠性诊断。可以高精度确定滋生裂纹的位置、方向以及定位已生成的裂纹。可以有效发现超声、涡流、漏磁等其它无损检测方法难以察觉的微观缺陷。该系统由探头、调理电路、计算机、信号处理软件等部分组成,可以根据需要,做成各种结构的检测装置,如多探头、单
北京理工大学 2021-01-12
基于磁记忆效应的微缺陷检测技术及系统
磁记忆检测技术是一种新型无损检测技术,被誉为二十一世纪最有前景的绿色诊断技术。该技术可以对铁磁性构件和机械零部件受损程度进行快速诊断,在检测时不要求清理金属表面和进行人工磁化等预先处理,可以完成疲劳损伤的早期诊断,寿命评估和设备可靠性诊断。可以高精度确定滋生裂纹的位置、方向以及定位已生成的裂纹。可以有效发现超声、涡流、漏磁等其它无损检测方法难以察觉的微观缺陷。该系统由探头、调理电路、计算机、信号处理软件等部分组成,可以根据需要,做成各种结构的检测装置,如多探头、单探头检测方式等,可以做成以计算机为核心的检测系统,也可以做成以单片机为核心的便携式检测系统。 磁记忆检测技术的用途极为广泛,具有很大的应用潜力和应用价值,可以用于诊断石油和天然气管道,评价各种工艺管道焊缝,诊断鼓风机和泵,进行抽油杆状态快速评价和筛选,诊断气轮机的叶片和叶轮裂纹情况等。 主要技术指标:磁场强度测量范围:+1500~-1500A/m;测量误差不超过5%,检测速度:0.2米/秒。
北京理工大学 2021-04-13
二维磁性材料磁光拉曼效应
研究了二维铁磁材料VI 3
南方科技大学 2021-04-14
基于路径追踪的遥感影像 Bowtie 效应纠正方法
一种基于路径追踪的遥感影像 Bowtie 效应纠正方法,包括进行插值,使经纬度数据与原始影像具 有相同的分辨率;根据卫星的升降轨方向和扫描方向确定第一个纠正像元的搜索起点,设定对纠正影像 进行重采样的顺序,依次采用路径追踪的方式定位纠正影像的每个像元在原始影像中的位置,即搜索其 在插值后的经纬度格网中的位置,获得与纠正影像像元最邻近的若干个采样点用于灰度重采样来去除影 像的重叠现象。本方法计算效率好,充分利用原始影像信息,是一种严格的高精度中低
武汉大学 2021-04-14
液晶电光效应综合实验仪 COC-LCDEO-3
实验内容 1、测量液晶光开关的电光特性曲线,求阈值电压、饱和电压、响应时间; 2、测量液晶的视角特性及不同视角下的对比度,了解液晶光开关的工作条件; 3、学习并掌握液晶光开关构成显示矩阵的原理及方法; 4、了解液晶光开关构成图像矩阵的方法,学习和掌握这种矩阵所组成的液晶显示器构成文字和图形的显示模式,从而了解一般液晶显示器件的工作原理。
成都华芯众合电子科技有限公司 2022-06-18
一种适用于水面光谱远程实时监测的自动化装置与方法
本发明公开了一种适用于水面光谱远程实时监测的自动化装置与方法,装置包括总控系统、无线通 讯系统、全球定位系统、观测几何自动调整系统、光谱测量系统、跟随拍照系统和远程服务器;光谱测 量系统安装在观测几何自动调整系统上,总控系统通过电缆分别与无线通讯系统、全球定位系统、观测 几何自动调整系统、光谱测量系统、跟随拍照系统电气连接,无线通讯系统通过无线网络与远程服务器 连接通信;方法包括:观测几何调整的自动化、光谱测量的自动化、图像记录的自动化、远程实
武汉大学 2021-04-14
锅炉风速风量在线监测系统
项目概况 国内电站煤粉锅炉燃烧的优化调整一直是许多科研单位、设计部门以及锅炉运行人员长期关注的课题,其关注焦点主要集中在进入锅炉的风和煤,而关注内容为风对煤的合理调配和适应。 锅炉风速风量在线监测系统的研究与实践,解决了这个领域的多个关键技术。该系统以其经济实用、结构简单、安装方便、维护量小、运行可靠和可监测全部配风指标并测量准确等优势,受到电厂广大技术人员的欢迎。大量的运行实践表明,锅炉的一、二次风匹配合理,一、二次风同层管内风速调整均匀,锅炉燃烧工况就会明显改善,锅炉效率就会显著提高。增设了锅炉配风在线监测系统,等于给锅炉运行人员增加了燃烧调整的“眼睛”,司炉能随时观察到各风管喷口风速、风量的大小,可随时根据负荷升降、煤质状况调整风速,使锅炉的燃烧始终在较经济的工况下运行。主要特点   锅炉风速风量在线监测系统在风速的调整有如下几方面作用: 1. 使锅炉配风合理,燃烧比较稳定,可有效地降低排烟热损失、降低飞灰含碳量,降低煤粉的机械及化学不完全燃烧热损失,提高锅炉效率。 2. 能合理地调整风粉比例。将一次风管道系统中的阻力调平后,各一次风管内的流速大小能间接地反映出管内煤粉浓度的大小。若某一管内煤粉浓度增加,由于输送煤粉的阻力增加则管内风速就会降低,反之就会升高。因此,锅炉运行人员能依据一次风管内风速的大小来确定风管内煤粉浓度的相对大小。 3. 当风速出现异常时系统应发出警示,提醒锅炉运行人员采取相应措施。能有效地防止堵管断粉现象的发生。当某个一次风管内煤粉浓度过大流速降低出现堵管迹象,或管内煤粉浓度过稀,流速过大出现断粉迹象时,系统将发出警示,提醒司炉采取相应的措施。 4. 为调整炉内同层火焰中心位置提供依据,防止锅炉局部结焦,同时也能有效地防止火焰偏斜,降低炉膛出口两侧烟温的偏差,防止水冷壁及过热器爆管。 5. 为调整炉内纵向火焰中心位置提供依据,有效控制主蒸汽温度,减少减温水量,降低不可逆作功能力损失,提高整个循环热效率。 6. 对直流燃烧器,能合理地确定一、二次风匹配比率以及一、二次风上、中、下各层的配风比率,是正塔型、倒塔型、或是束腰型等配风方式,锅炉运行人员能够一目了然。技术指标显示精度:0.5%             输出信号:4--20mA环境温度:-20--70℃         环境湿度:0—90%电源电压:220V AC +15%    电源电流:10A电源频率:50Hz +10%市场前景    锅炉风速风量在线监测系统是电站锅炉运行的有力助手,该项目适用于多种送风方式的燃烧系统锅炉。
南京工程学院 2021-04-11
秸秆禁烧遥感监测系统
(1)该项工作的意义 随着农村生活水平的提升,农业生产中的秸秆已经不被人们作为燃料所使用,而且由于农民环保意识欠缺、缺少劳动力、管理体制不健全、综合利用技术条件差等因素的影响,很多农民选择在收获农作物的时候直接就地焚烧秸秆,而秸秆露天焚烧会造成大量烟雾的现象,一方面影响到公路和航空运输,降低运输效率;另一方面,秸秆露天焚烧过程中释放的大量氮氧化物、二氧化碳和颗粒等污染物,是我国大气污染的来源之一,威胁着居民的身体健康。每年在作物收割季节,是秸秆焚烧最严重的时节,此时对秸秆焚烧现象的监管尤其重要。但禁烧令的执行存在一定的难度,究其原因,一是由于焚烧火点具有分散性,实地人工逐点排查需要耗费大量的人力物力;二是由于焚烧火点具有随时性,如果没有掌握一定的证据很难查处进行过秸秆焚烧的农民,使得农民往往存在侥幸心理;三是由于暂时没有研究出有效的措施进行秸秆转化,而且随着农村家庭劳动力的减少,农民迫于下季作物种植的压力,常常会选择秸秆直接焚烧。因此,本文提出利用多源遥感影像预测火点监测的重点区域,提高火点监测的准确性和自动化,同时进行监测区域秸秆量的估算,提高秸秆转化的效率,利用多种手段提高禁烧令的实施效果,减少秸秆焚烧对环境的污染。 (2)算法介绍 卫星遥感具有实时、动态、高分辨率、大范围覆盖等特点,将卫星遥感技术应用到秸秆焚烧监测上使重点区域作物信息提取和火点快速监测成为可能。卫星火点监测一般采用波长范围在3~5μm的中红外波段遥感影像,中红外波段对火灾、火点、活火山等高温目标的识别十分敏感,常用于捕捉高温信息,特别是对森林火灾,能够清楚显示火点、火线形状、大小和位置,而且对很小的隐火、残火也有很强的识别能力。在红外影像上,火点区与背景地物的亮度值具有明显差异,火点区温度高,图像灰度值高,呈现亮白色,背景地物则相对偏暗。利用背景辐射和森林燃烧时的辐射差异在红外图像上灰度值的不同,就可以从卫星遥感信息中及时发现火情,并监测它们的燃烧状态和蔓延趋势。火点监测的方法主要有固定阈值法、临近像元分析法、亮温与植被指数结合法等。固定阈值法是利用红外通道计算亮温,根据火点区域背景区的差异,对亮温设置一定的阈值提取火点区;临近像元分析法是对火点像元与临近像元的亮温差异设置一定的判别阈值,差异大于阈值的判为火点区;亮温与植被指数结合法是在亮温固定阈值的基础上,加上植被指数阈值作为判别条件。 (3)应用系统开发 秸秆焚烧监测系统由一个中心、两个子系统及两个终端系统组成,即:监测控制中心、火点提取子系统、数据管理子系统、监测服务平台以及野外调查app。监测控制中心主要负责对遥感数据的采集、预处理,并提供秸秆焚烧的火点信息与数据管理功能。火点提取子系统主要负责对预处理后的数据进行秸秆焚烧信息的提取工作,并反馈给控制中心。数据管理子系统基于底层数据库提供对遥感数据、火点信息数据、野外调查数据的管理功能以及为服务平台提供基础数据服务。监测服务平台主要是提供火点信息的展示与发布工作。野外调查app主要负责火点信息的接收、野外核实以及核实结果反馈工作,以确保秸秆焚烧的火点信息准确无误。
山东科技大学 2021-04-22
无线人体运动信息监测系统
本系统采用无线传感器网络技术,只需在身体上佩戴多个无线传感器节点就可以实现对人体运动信息如加速度,角速度,温度,心电信号,血氧等信号的实时采集和监测。可用于远程护理,康复训练,运动训练和分析,步态分析。
大连理工大学 2021-04-13
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