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SF6微水密度在线监测系统
1、产品背景 智慧电网(Smart Grid),就是电网的智能化的升级,建立在集成的、高速双向通信4G、5G的基础上,通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用,实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。中国电力部门对SF6开关设备中,气体的水分含量有着严格的要求,并制定了相关标准如《电力设备预防性试验规程(DL/T596-1996)》、国家标准《六氟化硫电气设备中气体管理和检验导则(GB/T 8905-1996)》以及IEEE 标准《IEEE Guide for Moisture Measurement and Control in SF6 Gas-Insulated Equipment(IEEE Std 1125-1993)》, 《DL/T506-2007(代替DL/T506-1992)六氟化硫电气设备中绝缘气体湿度测量方法》,《DL/T618-1997 气体绝缘金属封闭开关设备现场交接实验规程》等。 2、系统概述 SF6 微水密度在线监测系统,主要应用于变电站内应用SF6 气体绝缘的高压电气设备的在线监测,该SF6 微水密度在线监测系统能够实时在线监测高压电气设备中的SF6 气体密度、微水及温度,并提供SF6 气体泄漏报警与闭锁功能、SF6 气体水分超标报警功能。数据处理服务器自动采集、就地显示,存储监测数据。SF6 微水密度在线监测系统通过网络接入单元接入到局域网,在客户端实现远程在线监视电气设备的SF6 气体密度水分状态,从而实现对SF6 电气设备微水与密度在线检测、监控,满足电力配网自动化和设备状态检修的需要,对提高系统的安全运行和运行管理水平,开展预期诊断和趋势分析,减少无计划停电检修具有现实意义。
青岛民邦电气设备有限责任公司 2021-09-09
乘用车 ADAS标定系统 ML-ADAS-2000
深圳市米勒沙容达汽车科技有限公司 2021-10-28
MXY9005智能语音控制实训系统
一、产品简介     语音技术作为人工智能发展较早、且率先商业化的重要分支,随着信息技术的发展,智能语音技术已经成为人们信息获取和沟通最便捷、最有效的手段。我公司开发的这款智能语音控制实训系统是将语音信号转变为机器能识别的文本或命令,实现人机智能交互的方式,可以让学生了解并掌握其原理及应用。 二、实验内容 智能语音控制窗帘实验; 智能语音遥控控制窗帘实验; 智能语音控制220V电源插座实验; 智能语音遥控控制220V电源插座实验; 智能语音控制LED灯实验; 智能语音遥控控制LED灯实验; 智能语音控制音乐播放器实验; 智能语音遥控控制音乐播放器实验; 智能语音控制电路可搭建设计实验; 三、平台配套文件资料   实验指导书1本;   
天津梦祥原科技有限公司 2021-12-17
pH自动平衡加液系统 (双泵)
仪器概述  pH自动控制加液系统(双泵)是集pH值实时在线或静态控制、测量与自动加酸、加碱调整于一体的新型自动化控制设备。pH精度高,稳定性好。广泛应用于高等院校、科研院所实验室:组织培养特定pH溶液的配制,pH自动滴定。制药、生化、化工、喷涂、电镀厂:反应器、反应罐、反应釜、溶液池中pH调节控制加液。生物工程反应器及食品发酵工厂:pH缓冲液的配制及培养过程调节控制。植物提取物车间:离子交换柱的酸碱洗涤调节控制。医院分析室:制剂、检验中调节控制pH值。环保发电、循环水、自来水净化、工业废水与市政污水处理过程的pH控制等场所。 技术参数 1、工作电源:AC220V±10%,50Hz2、控制范围:0~14 pH3、测量精度:±0.05 pH4、分 辨 率:0.01 pH5、泵头速度:0.1~300转/分 无级调速6、转速显示:OLED高清液晶窗口显示7、加液速度:0.12~190ml/min(自来水)8、加液泵头:双泵9、测量电极:pH三复合电极 或玻璃电极10、温度补偿:自动温度补偿(PT1000)11、pH控制器:高精度智能控制器12、pH电极适用温度 :0~80℃13、pH标准液:6.86/4.0014、外形尺寸:480*320*220mm15、环境温度:室温~40℃ 相对湿度:<80%16、整机重量:约14kg 性能特点 ◆ 高精度智能pH控制器,大屏幕液晶即时显示动态pH值与温度值,超出范围报警。◆ 多种控制测量模式:自动、手动、停止,可自由转换,实现一机多用。◆ 单泵实现加酸或加碱,适用于只用一种液体(酸液或碱液)来调节控制PH值。◆ 采用OLED高清液晶窗口,单独显示当前电机转速及工作状态,加液速率可无级调速。◆ pH值上下限自由设定,设定值与实测值同时显示。◆ pH电极可单点或两点校正,pH值与温度自动测量,pH值能根据温度自动校正。◆ 采用步进电机控制蠕动泵加液,液体接触进口泵管,不接触泵体,无污染。◆ 选配不同形式的pH精密复合电极,及配四氟材质的电极护套和延长杆可在高温、反应釜、反应器中适用实现特殊容器内pH值的监控与调整。◆ 本产品荣获国家发明专利,专利号为:ZL 201420406055.8 ZL 201420406067.0 ZL 201410349779.8 网址链接 http://www.csscyq.com/proshow.asp?id=798  
长沙思辰仪器科技有限公司 2021-12-24
AYT-5G全网建设虚拟仿真系统
AYT-5G全网建设虚拟仿真系统是一款参照真实移动网络工程建设专为移动通信专业学生打造的一款仿真模拟教学软件。使用该软件能够降低学校购买设备的高额成本,让学生更安全、更高效地完成4/5G全网的建网流程。
成都安宇腾信息技术有限公司 2022-08-02
供配电综合自动化实训系统
https://www.shjcedu.com  上海计呈教学设备13636618907                                                                                    GCDX-02B工厂供电综合自动化实训系统                                       概 述 现代化工厂(特别是大型企业)供电负荷密度大,供电方式复杂,可靠性要求高,电能质量要求严格,还要求考虑更高的灵活性,以适应供电负荷不断增加和供电网络升级的需要。针对这种情况,将综合自动化技术融入到工厂供电系统中已成为一种必然趋势和发展方向。 “SYGDX-02工厂供电综合自动化实训系统”正是依据高职高专《工厂电器与供电》、《电气设备及运行维护》、《供配电技术》、《供用电网络继电保护》、《配电系统自动化》和《配电网自动化技术》等课程的实训教学要求,结合工厂供电系统的实际应用和发展而设计的综合型实训系统。 特 点 全面性:清楚地反映典型工厂供电系统的一次和二次部分,综合采用多种工厂供电实际应用的电气设备。能够实现工厂供电系统的受电、输送、分配、控制、保护等实践技能训练要求; 先进性:综合微机继电保护、电量计量、PLC和工控组态等微机职能检测控制的相关技术,采用分层分布式控制方式,组建成集控制、保护、测量和信号为一体的综合自动化实验平台; 实用性:系统结构清晰,运行灵活,操作可靠。 技术性能 输入电源:三相四线 AC380V±10% 50±2%Hz; 整机容量:≤3kVA; 实训台采用铁质亚光密纹喷塑,铝质面板; RS-485和以太网两种通讯接口;标准MODBUS通讯协议; 微机保护装置测量元件精度:刻度误差:不大于1%;测量电流:0.2级;母线电压:0.2级;输出精度:0.2级;频率:0.01Hz;P、Q、COSΦ;0.5级;通讯分辨率:不大于1ms。 实训系统由供配电系统主接线模拟屏、计量柜、控制柜、监控软件等四部分构成。 实训系统能模拟中型工厂的供配电系统,采用控制屏结构,一次主接线印于铝面板上。由35 kV,10kV,两个不同的电压等级构成 ,整个系统有两路35kV进线,其中一路正常供电,另一路作为备用,通过备自投自动切换;35kV母线出线有两路分支,一路送其他分厂,一路经总降变降压为10kV母线的进线电源1供本地使用;为了保证供电可靠性,另加一路电源作为10kV母线的进线电源2。进线电源1和进线电源2互为暗备用,分别给10kVⅠ段母线和10kVⅡ段母线供电,两者也可通过备自投自动切换。为了保证一次线路供电的可靠性,配置了微机备自投,微机线路和微机变压器保护;为了保证高压电动机的稳定运行,配置了高压电动机保护;为了提高用电质量,配置了无功补偿装置;为了实现自动化控制,配置了PC机和PLC控制器,实现了整个系统的“四遥”功能。 计量柜包括:三只指针式交流电压表(精度1.0级,量程:0~500V);三只指针式交流电流表(精度1.0级,量程:0~5A);指针式三相有功功率表和三相无功功率表各一只;电子式有功无功组合电能表(1只):测量电流:0.2级;母线电压:0.2级;输出精度:0.2级;频率:0.01HZ;P、Q、COSΦ;0.5级;通讯分辨率:不大于1ms;三相智能采集模块(1只):测量精度:电流、电压0.2%,其他电量0.5%;带RS-485通信接口;数字式电秒表(1只):测量范围0.0001S-9999.9S,测量误差≤±5×10-5×量程±1个尾数字,有连续和触动两种功能。适应空触点或5V-250V正极性电信号。连续性手动复零,触动性即可手动复零,也可随测量信号自动复零。 控制柜包括:微机线路保护装置(1只);微机电动机保护装置(1只);微机变压器保护装置(1只);无功补偿装置(1只);微机备自投装置(1只)。 采用32位处理器,16位AD采样,主要元件全部采用进口器件,保证了装置电气设计上的高可靠性,产品通过了严格的型式试验和电磁兼容测试,保证了产品在恶劣环境下的适应能力和可靠性。 针对35kV及以下主变压器、配电系统馈线、电容器、电动机、变压器和备自投等而设计。除了具有完善的保护功能外,还具有对设备的电气量的测量功能及对设备的可编程控制功能,具有通讯接口,能够通过现场总线将数据和信息传送至上位机(监控、调度计算机),同时接受上位机的分、合闸等控制命令。 采用一体化型材机箱,安装方便灵活,适用于固定式及混合式的柜型,也可集中组屏安装。 具有多路开关量输入和输出,可根据用户需求在标准版本上扩充开入和开出,所有的开入均为交直流两用。 交直流两用操作回路,自适应5~5A开关跳合闸电流;操作回路配置了防跳回路。 配置工业级宽温型160×160点阵液晶,全中文操作菜单及事故报文显示。 面板上显示设备的实时信息,监视设备的运行工况,如:电流、电压、功率,开关位置等等,并有完善的预告、告警功能。 具有故障录波功能,可分别记录保护启动前、保护动作前各两周波,保护启动后、保护动作后各八个周波。 ★装置具有模拟产生标准4相电压3相电流,方便地进行各种组合输出进行各种类型保护试验。每相电压可设置200V,精度:误差<0.01V;电流三相可输出200A,精度:误差<0.01A。相位范围: 360º,精度:误差<0.1º; 分辨率: 0.01º。可模拟微机测控装置在各运行工况下采样值,如:停运、正常、故障等工况下电参量,在各工况状态下自动切换所设定值,配合装置正确投切一次设备。 具有 1 个标准的 RS485 通讯接口(Modbus RTU 通讯协议), 两路以太网通讯(IEC60870-5-103通讯规约)。 整机静态功耗小于10W。 高抗干扰性,通过10项电磁兼容认证(快速瞬变、静电放电、浪涌抗干扰等)。 上位机得监控软件,监控主机与现场智能设备采用RS485总线,Modbus-RTU协议构建底层监控网络。主要实现以下功能:1、对供配电一次系统进行组态,实时显示主接线的变化;2、实时采集、显示、存储各类电量参数;3、对采集的各种电量量可生成实时和历史曲线和报表,以利于实验者比较、分析实验数据;4、监视各断路器位置、保护动作出口状态;能够控制输电线路断路器的跳/合闸;5、根据采集的母线电量实现对电压、无功的自动调整。 PLC采用西门子PLC主机。 实训项目 工厂供电电气接线图的认知 工厂供电一次电气接线模拟图的认知 工厂供电二次控制回路接线及信号回路实训 电压和电流互感器的接线方法 工厂供电倒闸操作 工厂自动装置实训 备用电源自动投入装置参数整定操作 备用电源自动投入 无功补偿装置参数整定操作 无功自动补偿功能 备投投入条件测试 进线备投(明备用)及自适应 母联备投(暗备用)及自适应 无功补偿装置认知 手动/自动功率因数补偿 线路无功控制 VQC电压无功控制 工厂高压线路的微机继电保护 模拟系统短路 微机线路保护装置参数整定操作 无时限电流速断保护 带时限电流速断保护 定时限过电流保护 ★方向过电流保护 过电流三相一次重合闸保护 反时限过电流保护 电流电压连锁保护 零序电流保护 零序电压保护 高压电动机的继电保护 变频器参数整定操作 变频器的开环调速实训 三相异步电动机的启动方式 微机电动机保护装置参数整定操作 高压电动机的速断保护 高压电动机躲过启动电流速断保护 ★高压电动机的负序过电流保护 高压电动机堵转保护 高压电动机的反时限过流保护 高压电动机过电压保护 高压电动机欠电压保护 高压电动机零序过电流保护 变压器微机继电保护 变压器过流保护 变压器反时限过流保护 变压器过负荷保护 变压器零序过流保护 变压器零序电压保护 变压器低电压保护 变压器瓦斯、超温等非电量保护 整体监控及综合自动化 SCADA监控 线路故障定位、报警及切除 电能曲线分析及报表 配置清单 序号 设备名称 型号 单位 数量 备注 1 带灯按钮 直径16,长方形头 24V红 个 13   2 带灯按钮 直径16,长方形头 24V绿 个 13   3 按钮开关 直径16,圆头 红 点动 个 1   4 按钮开关 直径16,圆头 绿 点动 个 1   5 指示灯 直径16,圆头 红,24V 个 2   6 指示灯 直径16,圆头 黄,220V 个 1   7 指示灯 直径16,圆头 绿,220V 个 6   8 指示灯 直径16,圆头 红,220V 个 1   9 按钮开关 直径22,带自锁、红 个 4   10 漏电开关 DZ47LE32 16A 3P+N 个 1   11 空气开关 2P 个 1   12 保险座 5×20 含6A保险 个 4   13 组合开关 LW8-10 2档 0/1  3节 个 8   14 旋钮开关 直径16,黑色,带自锁 个 4   15 旋钮开关 直径22,带自锁、带灯24V,红 个 14   16 中间继电器 透明14脚,带灯,24V 个 100   17 交流接触器 CJX2-0910  220V 个 13   18 电压表 6L2 450V 个 1   19 电流表 6L2 10A 个 3   20 频率表 6L2  100V 5A 个 1   21 功率因数表 6L2  100V 5A 个 1   22 有功功率表 6L2  100V 5A 个 1   23 无功功率表 6L2  100V 5A 个 1   24 电压表 6L2 量程40KV 100V对应35KV 个 2   25 电压表 6L2 量程12KV 100V对应10KV 个 2   26 电压表 6L2 量程12KV 220V对应10KV 个 1   27 三相有功电能表 DT862 3×57.7/100V 3×1.5(6A)A 个 1   28 三相无功电能表 DX863  3×100V 3×1.5(6A)A 个 1   29 电子式三相电能表 DTS196 3×57.7/100V 3×1.5(6A)A 个 1   30 多功能智能仪表 100V 5A 开孔尺寸88×88 个 1   31 电秒表 417B   开孔尺寸90×45 个 1   32 万能转换开关 LW8-10 4档 0/UAB/UBC/UAC 个 5   33 电流互感器 一次穿心5:5 个 57   34 珐琅管电阻 50欧姆300W 个 20   35 触摸屏 7吋昆仑通态 个 1 含下载线、PLC通讯线 36 无功功率补偿仪 4路 个 1   37 PLC   套 1 含编程电缆 38 PLC扩展模块   台 1   39 三相调压器 3KW 个 1   40 三相干式变压器 3KW 个 1   41 变频器 D720 0.4KW   1   42 励磁电源 0-30V 套 1   43 三相异步电机   台 1   44 三相同步发电机   台 1   45 直流开关电源 DC220V  2A 个 1   46 微机保护 备自投、线路、电动机、变压器微机保护 台 各1   47 接线柱 安全性 个 若干   六、变电站监控软件 1、概述 电力综合自动化监控系统支持基于多种通讯方式的分布式体系结构,采用对象化的设备描述方法,系统的描述由传统的面向远动的数据列表方式变为层次方式,对象层次可以任意嵌套,能够更直观更方便地反映电力系统的构成。 采用跨平台设计,支持多种操作系统:   采用 Mysql 为主数据库, 按画面管理、数据管理与在线运行的模块设计:   2、 功能特性1) 多国语言◆ 支持多国语言显示,中文简体、 中文繁体与英文◆ 支持多国语言动态切换, 多数模块在切换语言后无须重启软件即可生效2) 语音报警◆ 支持媒体文件提示◆ 支持 TTS 文字转语音, 支持事件提示与五防操作提示3) 图元展示◆ 支持多种显示方式,饼状图、 柱状图、 仪表盘、 温度计、 图片与动画等◆ 支持一键将图元数据推送显示到曲线◆ 支持所有类型图元实现操作属性配置◆ 支持显示公式计算值◆ 支持智能关联,数据库增加删除数据后不影响已关联图元◆ 支持通过设备管理显示所有设备所有数据4) 曲线展示◆ 支持显示实时曲线,显示时段范围 5 分钟到 60 分钟可选◆ 支持显示历史曲线,显示数据类型日月年最大最小平均值累计值等统计类可选◆ 支持显示大量数据,支持同一数据多个不同时段值同时对比显示◆ 支持将历史曲线所显示的数据导出到 excel 中◆ 支持曲线坐标范围根据数据数值自适应 ◆ 支持用户新增与编辑收藏曲线, 支持一键显示用户收藏曲线5)报表展示◆ 支持根据数据生成报表和通过图元自定义报表◆ 支持将报表数据导出到 excel 中◆ 支持将报表数据显示到曲线6) 事件查询◆ 支持按设备查询事件◆ 支持用关键字搜索事件◆ 支持以事件类型检索事件◆ 支持将事件导出到 excel 中◆ 支持事件逐条确认与全部确认◆ 支持事件标注高亮显示7) 五防闭锁◆ 支持自定义五防逻辑,支持遥信遥测及公式作为逻辑闭锁条件◆ 支持多种运行模式,支持禁用五防闭锁或严格五防闭锁◆ 支持五防开票与预演◆ 支持五防操作语音提示8) 定值操作◆ 支持定值的读取与修改◆ 支持压板读取与修改◆ 支持运行区号的读取与修改9) 设备接入◆ 支持多种协议接入,南自 103、 标准 104、 自定义 Modbus、 GPS 对时规约等◆ 支持自定义 Modbus 的配置◆ 支持通过公式实现遥信合并与遥测数据统计◆ 采用规约系数与变比分离设计◆ 支持导入南思监控系统格式设备模板◆ 支持与系统剪切板多行复制粘贴交互10) 数据转发◆ 支持多种转发协议◆ 支持转发协议遥控遥调   3、运行图例 1) 画面管理  2)数据管理  3)在线运行主接线图   4)饼图与棒图      5)历史曲线与实时曲线  6)仪表盘与年报  7)日报与月报   8)设备管理实时数据   9)设备管理实时曲线    10)设备管理历史曲线      11)设备管理运行日志   12)日志查询        15)运行日志窗口  16) 保护告警窗口   17)五防操作窗口   18)五防逻辑编程   
上海计呈教学设备有限公司 2025-05-08
高校一站式网上大厅系统
智教高校一站式网上大厅系统构建一个集成化、智能化的在线服务系统,覆盖高校教学、管理、生活等核心场景,高效处理来自学生和教职工的各类申请业务,如学生的请假审批、奖学金审批,教职工的调课审批、报销审批等。审批流程应具备灵活性,可根据不同业务类型设置不同的审批节点和权限。为师生提供便捷、高效、安全的“一站式”服务,推动校园数字化转型。 审核流程具备工作流引擎,支持自定义各项审批流程,包括但不限于:学籍异动、处分审核等。提供伴随工作流程的消息提示功能。可设置工作流程的审批某个角色,流程执行过程中的审批人可以精确指定为角色下的某个用户。 可以根据高校实际业务管理需求及线下一站式大厅地址及布局,自定义预约部门信息、预约地点、办事内容等信息,学生可以通过手机移动端线上查看,并根据个人需求选择。 1、将学校教务、学工、后勤、科研等各部门分散的服务事项整合至一站式网上大厅。通过搜索栏、分类导航等多种便捷查找方式,用户能够快速定位所需服务。针对不同服务类型,定制灵活可变的业务流程,涵盖申请、审核、审批直至办结的全流程,并配备自动提醒机制,保障业务处理的及时性。 2、学校管理部门实现各类申请业务的高效审批。审批流程可根据业务类型灵活设置不同审批节点与权限。 3、打造功能齐全的信息发布平台,学校管理部门可轻松发布通知公告、政策法规、新闻资讯等各类信息。
吉林省智教软件有限责任公司 2025-05-16
新能源汽车智能制造生产线系统
山东顺诺腾辉智能科技有限公司 2023-03-02
电子信息、控制电气技术 基于远程数字传输技术的智能呼吸机及其物联网健 康信息管理系统
本项目以嵌入式控制器为核心,结合现代电子测量技术、智能控制技术、 工程流体力学、呼吸力学等多学科知识,研发一款智能呼吸机,主要用来治疗 睡眠呼吸暂停综合症、慢性阻塞性肺病等疾病,同时开发基于 Android 系统的 智能手机数据采集与通信系统,并构建物联网健康信息管理系统和健康信息云 平台,通过云传输实现患者与医生及其医疗机构的双向远程监控与服务。
山东大学 2021-04-13
二维冰的存在的证实及其生长机制的研究
北京大学物理学院量子材料中心江颖、徐莉梅与美国内布拉斯加大学林肯分校曽晓成以及北京大学/中国科学院王恩哥等合作,利用高分辨qPlus型原子力显微镜技术,首次在实验上证实了冰在二维极限下可以稳定存在,将其命名为:二维冰I相,并以原子级分辨率拍到了二维冰的形成过程,揭示了其独特的生长机制。该工作以“Atomic imaging of edge structure and growth of a two-dimensional hexagonal ice”为题,于1月2日发表在国际顶级学术期刊《自然》上。图1 (a)南极罗斯海上的厚冰层;(b)自然界最常见冰相(Ice Ih)的分子模型;(c)本工作发现的二维冰(实验结果的3D效果图) 冰是水的常见物态,由水分子规则排列形成,其结构与成核生长在材料科学、摩擦学、生物学、大气科学等众多领域具有至关重要的作用。早在20世纪20年代,英国著名物理学家、X射线发现者Bragg与其它几位科学家就分别利用X射线对冰晶体结构进行了表征,经过了近一百年的研究和探索,迄今人们已经发现了冰的18种晶相(三维冰相),其中自然界最常见的冰相为六角结构的Ice Ih相(图1a 和b)。然而,冰在二维极限下是否能独立稳定存在?这个问题有很大的争议。一般认为在单层极限下,二维冰具有相当数量的未饱和氢键,需要靠与衬底的相互作用来使得结构稳定。但如此一来,二维冰的结构就非常依赖于衬底的结构和对称性,并不是真正意义上的本征二维冰。2015年,石墨烯发现者Andre Geim带领的团队在双层石墨烯间发现了一种与表面结构无关的四方二维冰相(Nature 519, 443 (2015)),引起了学术界的强烈反响,但这种二维冰随后被质疑是NaCl的晶体结构(Nature 528, E1–E2 (2015)),二维冰存在与否一直悬而未决。图2 二维冰岛内部结构的亚分子级分辨成像。a、b图中从左至右,依次为由高至低不同针尖高度下的原子力显微镜实验图和模拟图;c为二维冰结构的模型示意图的俯视图和侧视图。图像尺寸:1.25 nm x 1.25 nm。在大针尖高度条件下,主要利用高阶静电力成像,可以分辨出平躺水分子(暗点)和竖直水分子(亮点);在中间高度条件下,依靠高阶静电力与泡利排斥力的共同作用,可以分辨出图中红色短线所示的氢键指向信息。 在本工作中,研究人员通过精确控制温度和水压,成功在疏水的金衬底(Au(111))上生长出了一种单晶二维冰结构,这种二维冰可以完全铺满衬底(图1c)。研究人员进一步利用基于一氧化碳针尖修饰的非侵扰式原子力显微镜成像技术(non-invasive AFM),借助高阶静电力,实现了二维冰的亚分子级分辨成像,并结合理论计算确定了其原子结构(图2)。结果表明,这种二维冰由两层六角冰无旋转堆垛而成,两层之间靠氢键连接,每个水分子与面内水分子形成三个氢键,与面外水分子形成一个氢键,因此所有的氢键都被饱和,结构非常稳定,与衬底相互作用很弱,是一种本征的二维冰结构。1997年,Koga和曽晓成等人利用分子动力学模拟首次预测了这种“互锁型”双层二维冰(PRL 79, 5262 (1997),昵称:Nebraska Ice,美国Nebraska州的印第安语意:广阔浅平的河水),但一直缺乏确切的结构实验证据。因此,这也是第一种被实验所证实的二维冰结构,研究人员将它正式命名为:二维冰I相。图3 二维冰岛的锯齿状(a)边界和扶椅状(b)边界对应的“搭桥”(bridging)式和“播种”(seeding)式生长模式。生长由1至4依次循环进行,原子力显微镜中的红色箭头表示水分子加入,球棍模型图中的红色结构表示水分子加入形成的新结构。图像尺寸分别为:(a)3.2 nm x 1.9 nm和 (b)3.7 nm x 2.2 nm。 为了进一步揭示二维冰的形成机制,研究人员利用前面发展的非侵扰原子力成像技术对二维冰岛的边界进行高分辨成像,成功确定了二维冰的边界是由未重构的锯齿状(zigzag,图3a所示)边界和重构的扶椅状(armchair,图3b所示)边界构成。同时,研究人员还通过“速冻”技术,在边界上捕获了冰生长过程中的中间态结构,并基于这些中间态边界结构重现了二维冰的形成过程,结合理论计算和模拟提出了二维冰岛锯齿状边界的“搭桥”(bridging)式生长和扶椅状边界的“播种”(seeding)式生长机制。此外,根据理论计算和模拟的结果,研究者认为该生长机制具有一定的普适性,适用于其他疏水的衬底。 二维冰的发现改变了一百多年来人们对冰相的传统认识,开启了探究二维冰家族系列的大门,为冰在低维和受限条件下的形态和生长提供给了全新的图像。同时,二维冰在很多应用领域也有潜在意义。比如:表面上的二维冰可以促进或抑制三维冰的形成,这对于设计和研发防结冰材料具有潜在的应用价值;二维冰中水分子所有的氢键都被饱和,因此与表面的相互作用极小,可以起到超润滑作用,减小材料之间的摩擦;此外,二维冰本身也可以作为一种特殊的二维材料,为高温超导电性、深紫外探测、冷冻电镜成像等研究提供全新的平台。
北京大学 2021-04-11
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