煤体微观结构及瓦斯吸附特性实验与教学应用

研究煤微观结构与其吸附瓦斯特性对瓦斯抽采和灾害防治具有重要意义。该文首先利用扫描电镜和能谱仪实验设备对煤样的微观形貌和元素分布进行了观测,之后用高温高压吸附仪开展了不同压力的煤粒等温瓦斯吸附实验,分析了煤样瓦斯吸附量随时间的变化特性,并对瓦斯吸附/解吸经验公式进行了验证。实验结果发现:煤样表面存在大量孔隙、煤基质以及矿物质;煤样不同位置的元素分布各异,大都以碳氧元素为主;不同压力下瓦斯吸附量随时间先快速增加后缓慢增加直至趋于稳定,稳定条件下的瓦斯吸附量与压力成线性增加关系;实验数据与经验公式的拟合效果较好,侧面证明了经验公式的正确性,其中常数A和B与吸附压力成正比。学生对该实验的满意度在95%以上。

氧化石墨烯及其分散方法对水泥基材料微观结构和力学性能的影响研究进展

氧化石墨烯(GO)因其出色的性能在改善水泥基材料微观结构、力学性能上均有很好的应用前景。然而,GO的增强效果很大程度上取决于其在水泥基体中的分散性。总结了近年来GO在水泥基材料中的研究成果,重点综述了GO的分散方式、分散机理以及相应的力学性能改善机理;对比了不同GO分散方式的优缺点,分析了GO分散前后对水泥基材料微观结构和力学性能的影响;提出了目前研究存在的问题,并对未来研究趋势进行展望;旨在为后续GO在水泥基材料中的稳定应用提供参考,以促进制备高效功能化的GO水泥基复合增强材料。

不同明胶添加量馒头的质构、营养价值及微观结构差异

该研究分析了不同明胶添加量引起的馒头的质构、营养价值及微观结构变化。通过TPA质构分析、感官评定、比容及氨基酸组分测定分析馒头的质构、营养及微观结构等。研究表明,明胶添加量增大,馒头硬度、胶着度及咀嚼性先减小后增大,黏聚性和回复性先升高后降低。明胶添加量为3%时,其硬度、胶着性及咀嚼性最小,弹性、黏聚性及回复性最大,此时馒头比容(1.96)和感官评分(81.72)显著提高,各指标均为最优。添加明胶馒头蛋白质含量比普通白馒头高17.62%,必需氨基酸含量高46.06%,赖氨酸评分高52.12%,总必需氨基酸评分高22.00%。GC-MS检测添加明胶的馒头酯类含量升高40.61%,烷烃类提高48.60%,芳香杂环胺类提高34.03%。α-螺旋含量在面团中有所变化;β-折叠含量在蒸制后馒头中显著增大;β-转角含量均有不同程度的下降(P<0.05),说明添加明胶使蛋白质二级结构中无序的β-转角向有序的β-折叠或α-螺旋结构转换,蛋白质结构更趋于稳定。添加明胶能显著改善馒头的质构特性、感官品质及营养价值。

基于SEM的土体微观结构三维分析与分维计算方法

土体微观结构研究很早就建立了三维空间的分形模型,但分形维数计算所需参数很难由常规土工试验得到,限制了分形理论在土体研究中的应用。基于陕西定边与甘肃兰州原状土样的扫描电镜(SEM)试验,提出了三维化处理与三角形网格原理联合方法,可以得到土体颗粒(孔隙)不同测量尺度对应的表面积与体积计算值,由此实现分形维数的计算,并通过分形理论在土水特征中的应用验证了方法的有效性与可靠性。另外,三维化处理还可获取视孔隙率、比面等土体微观结构参数,可以作为土体微观结构定量分析研究的新途径。

高强页岩轻骨料混凝土制备及微观结构研究

基于最紧密堆积理论和最小需水量法进行高强页岩轻骨料混凝土配合比设计与制备,研究了水胶比对抗压及劈裂抗拉强度影响,并借助SEM/EDS进行微观测试分析。结果表明:当粗细骨料体积分数比为5.5:4.5时,粗细骨料达到最紧密堆积状态;当硅灰、粉煤灰和水泥质量比为0.8:3.2:6时,需水量最少,粉体材料密实度最佳;依据优化配比所配混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度均随龄期增加而增加;随着水胶比增加,抗压强度和劈裂抗拉强度呈先增后减的趋势,且当水胶比为0.24时达到最大,分别为70.9、5.83MPa;硅灰和粉煤灰特有的形态效应和火山灰效应有效改善了浆体与骨料间界面的密实程度,微观结果显示浆体与骨料界面区域结构致密,陶粒区域为富Si、Al相,浆体一侧为富Ca相。

含水率对红层泥岩填料刚度劣化特性及微观结构影响研究

为研究含水率对红层泥岩填料刚度劣化规律和微观结构的影响,开展了不同含水率下三轴不排水剪切试验、压汞试验和扫描电镜试验,基于能量守恒定律推导了填料刚度劣化与弹塑性应变能增量间的关系。结果表明:填料黏聚力随含水率增加而降低,内摩擦角则随含水率增加先增加后降低。填料结构损伤由应变能转化引起,从宏观上表现为刚度劣化。归一化刚度比值随塑性应变能增量占比增加而线性降低,随应力发展呈非线性衰减。以最优含水率为界,当试样在干侧时,填料有较好的荷载抵抗能力;湿侧填料荷载抵抗能力远低于干侧。损伤应力等值线与等含水率线构成上下界为对数曲线的状态面。填料孔隙分布在干侧为单峰形态,粒间接触较为紧密,结构稳定性好。在湿侧呈双峰结构,团聚体排列定向性程度较低。填料应在干侧压实填筑,推荐采用5%~7%作为填筑目标含水率。

基于CT技术的黄原胶加固土干湿循环条件下力学性能和微观结构劣化机制研究

干湿循环对岩土体的工程特性具有重要影响。采用CT扫描技术和力学测试,对加入不同含量黄原胶(0%,0.5%,1.5%)加固的黏土在经历不同次数(0,1,4,8,12次)干湿循环作用下的力学性能和微观结构劣化机制进行了研究,得到结论:(1)黄原胶能够有效提高土体的抗压强度和耐干湿循环效果。随着黄原胶含量的增加,干湿循环作用后的强度损失逐渐减小,当循环次数从0次增加到4次时,对于加入黄原胶含量分别为0%,0.5%,1.5%的试样,抗压强度分别损失了42.75%,17.2%,14.04%。(2)加固土的抗压强度与干湿循环次数之间保持指数下降的关系,当循环次数达到4次后,随着循环次数的进一步增加,抗压强度和弹性模量均在较小的变化范围内波动。(3)随着干湿循环次数的增加,黄原胶加固土的孔隙率表现出先增加后减小的趋势,连通孔隙不断扩展,而孤立孔隙表现出先增加后减小的趋势。(4)随着试样的干燥,黄原胶在土颗粒间形成网状基质,提高土体的强度和耐干湿循环能力。

基于黑膏药双相微观结构的新型经皮给药基质制备

目的制备基于黑膏药双相微观结构的与新型经皮给药基质。方法采用静电纺丝技术建立纤维相,以热熔压敏胶为连续相,构建两相比例与黑膏药基质一致的载药双相结合体系。再对狗皮膏及双相结合体系的微观结构、黏性、机械性能、水蒸气透过性能、XRD、DTA、稳定性及体外释药进行表征。结果双相结合体系具有高孔隙率及适宜的黏性、机械性能、水蒸气通过性能。大黄素分布在纤维相中不易结晶,而在连续相中易结晶;桂皮醛分布在纤维芯层中稳定性增加,而在连续相中稳定性减弱。分布在不同相的桂皮醛和大黄素体外释放存在明显差异,与狗皮膏中2种药物分布部位相同时均可持续缓慢释放36 h以上。结论本实验成功建立新型经皮给药基质,可为中药复方经皮给药制剂的传承与创新提供新思路。

富锂层状氧化物正极材料的微观结构调控及其性能研究

通过调整富锂层状氧化物正极材料的元素组成,实现对其体相结构内的类Li_(2)MnO_(3)相晶畴分散度的调控。通过结合高功率X射线衍射和球差电镜证明了Li_(1.08)Ni_(0.225)Co_(0.225)Mn_(0.450)O_(2)材料具有高度分散的类Li 2MnO_(3)相晶畴,同时原位微分电化学质谱测试证明了具有高度分散的类Li_(2)MnO_(3)相晶畴的富锂层状氧化物正极材料可以成功抑制晶格氧的释放。电化学测试表明:微观结构的调控虽然可以提高材料的首次库伦效率和平均放电电压,但同时也降低了晶格氧的活性,减少了放电比容量。在循环过程中晶格氧稳定性的提高减轻了结构的退化程度,富锂层状氧化物正极材料表现出更优异的循环稳定性和更缓慢的电压衰减。此外,晶格氧稳定性的提高还改善了材料的热稳定性。

干燥方式对红托竹荪品质特性和微观结构的影响

以新鲜红托竹荪为原料,研究传统煤火干燥(Coal Fire Drying,CFD)、空气源热泵干燥(Air Source Heap Pump Drying,ASHPD)、真空微波-电热鼓风组合干燥(Microwave Vacuum Drying in Combination with Forced Air Drying,MVD+FAD)和真空冷冻干燥(Vacuum Freeze Drying,VFD)四种干燥方式对其外形、色泽、营养成分、氨基酸组成和含量、质构特性和微观结构的影响。结果表明:VFD可以最大限度地保持竹荪菌柄和菌裙外形,其蛋白质、粗纤维和总氨基酸含量最高,色泽与鲜品最接近(ΔE=3.60);ASHPD制备的竹荪菌柄和菌裙外形保持较好,脂肪含量最高,蛋白质保留效果较好。竹荪的鲜甜味/苦味的值为VFD组(4.99%)>MVD+FAD组(4.66%)>ASHPD组(4.50%)>CFD组(4.37%)。VFD制备的竹荪组织结构较脆,组织内部结合力较小,与鲜品相似,而另三种干燥方式制备的竹荪内部结合力较大,抵抗受损能力较强,吞咽前需要更多的能量才能嚼碎。此外,VFD和ASHPD制备竹荪的细胞状结构明显,VFD更好的保持了竹荪原有的细胞状结构。干燥方式的综合评价结果为VFD>MVD+FAD>ASHPD>CFD。综上,VFD为红托竹荪较理想的干燥方式,但其应用成本较高;在实际生产中,ASHPD是比较有推广价值的干燥方式。

磁控溅射法制备掺镁氧化锌薄膜的微观结构及其物理性质

采用磁控溅射工艺制备了纯氧化锌(ZnO)和不同掺杂量的掺镁氧化锌(MgZnO)薄膜,研究了薄膜样品电学、光学、气敏性能和微观结构与掺杂量之间的依赖关系,以及温度和气体浓度对薄膜气敏性能的影响,并对掺杂量为10%(质量分数)的薄膜样品的室温气敏特性进行细致分析.结果显示:所有制备的薄膜样品均为c轴择优取向生长的六角纤锌矿晶体结构,掺杂量为10%的薄膜样品具有最好的晶体质量、微观结构、光学性能,气体响应性优于其他薄膜,对氨的响应性优于其他目标气体.在室温条件下,掺杂量为10%的薄膜样品对50cm^(3)·m^(-3)氨的响应为44.62%,180天后其响应仅轻微下降为42.02%.

微波活化粉煤灰的微观结构及粉煤灰-水泥浆体的早期性能

微波辐照是激发粉煤灰活性的一种高效低碳的活化方式,高活性粉煤灰有利于早强混凝土的制备。本工作首先研究了微波辐照温度(600℃、700℃、800℃)对粉煤灰物理化学性能的影响,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对其物相组成和微观形貌进行表征,然后研究了活性粉煤灰-水泥浆体的早期性能。研究结果表明:微波辐照促使粉煤灰中的石英相和莫来石相向非晶相转化,极大地提高了粉煤灰的活性。当微波辐照温度为800℃时,与未活化粉煤灰相比,活性粉煤灰非晶相含量从49.13%增加到了58.71%,且28 d活性指数高达94.13%,提高了33.06%。与未活化粉煤灰-水泥浆体相比,800℃微波辐照的粉煤灰-水泥浆体的早期力学性能提升非常显著,其中1 d的抗压强度增加了41.36%。因此,微波辐照活化粉煤灰的合适温度为800℃。

烫漂预处理对苹果干燥过程中微观结构及质构品质的影响

为提高烫漂预处理后苹果片的热风干燥效率和品质,本研究系统评估了热水烫漂与真空蒸汽脉动烫漂两种预处理方法对苹果片的宏观干燥效果。研究结果表明,在真空度0.07 MPa、烫漂2次和烫漂时间3 min条件下真空蒸汽脉动烫漂预处理提升了苹果片的复水比和质构品质,同时缩短了干燥时间。通过石蜡切片、显微观测、图像处理等技术对两种预处理方法干燥的苹果片微观结构进行研究,对比分析在不同烫漂条件(热水烫漂:温度和时间;真空蒸汽脉动烫漂:真空度、次数和时间)下苹果片的细胞横截面面积、周长、当量直径、细胞圆度、壁面粗糙度因子和孔隙率的变化规律。结果显示,随着漂烫温度的升高、时间的延长和烫漂次数的增加,苹果片的细胞会产生使后续干燥过程中水分加速蒸发的变化,从而缩短干燥时间。此外,通过多项式拟合建立了微观结构参数与复水比之间的关系方程。研究结果可为揭示真空蒸汽脉动烫漂预处理对苹果微观结构和宏观品质影响的机理提供理论依据。

真空冷冻与热风干燥对腐竹品质特性及微观结构的影响

针对腐竹干燥易褐变导致品质变差问题,以黑龙江东北特产九三黄大豆制作的鲜腐竹为研究对象,采用真空冷冻干燥(vacuum freezing drying,VFD)和热风干燥(hot air drying,HAD)对腐竹进行干制加工,获取两种干燥方法对腐竹品质特性及微观组织结构等参数的影响。结果表明,两种干燥工艺对腐竹中蛋白质含量的影响达到显著差异水平(P<0.05),对腐竹L^(*)、a^(*)和b^(*)值的差异性影响为极显著(P<0.01)。VFD制备腐竹的蛋白质含量和脂肪含量均较高,颜色鲜亮淡黄,表面有自然油质光泽,内部组织结构较为疏松,孔隙分布均匀,VFD腐竹复水1 min时复水比达到1.90 g·g^(-1),与HAD干燥制备的腐竹相比,VFD腐竹的硬度最低、咀嚼性最好,品质均一,感官评价得分最高。综上,真空冷冻干燥适用于蛋白质含量高的腐竹干制加工。

高温后风积沙混凝土力学性能与微观结构试验研究

本文将0%、10%、30%、50%的风积沙等质量替代普通河砂制备成风积沙混凝土,对其在温度20、200、400、600、800℃作用下的外观形貌变化、质量损失情况、抗压强度、抗折强度进行了试验研究;通过折压比的方法分析了风积沙混凝土在不同温度和不同风积沙掺量下力学性能的演变;通过扫描电子显微镜(SEM)研究了不同温度作用下风积沙混凝土内部微观结构的演化过程,并对微观结构机理进行了分析。结果表明:适量风积沙的掺入可以增加水化产物,优化混凝土的孔隙结构,减小混凝土内部界面过渡区厚度,使混凝土内部结构更密实,力学性能得以提升,并能延缓高温作用后混凝土裂缝与孔隙的生成;然而,风积沙掺量过多则会起到相反的效果,使高温后混凝土力学性能下降。本研究可为风积沙混凝土的应用及高温后风积沙混凝土结构的评定提供依据。

干湿循环对黏土微观结构及持水性能影响的试验研究

长期干湿循环作用会削弱路基土的工程力学性质,产生工程灾害,有必要研究干湿循环对其微观结构及持水性能的影响。针对既有线有砟轨道路基土,开展了一系列考虑干湿循环影响的压汞试验、扫描电镜试验、压力板试验与饱和盐溶液蒸汽平衡试验。试验结果表明:在反复的干湿循环过程中,土体结构遭到破坏,内部胶结物质不断减少。土体微孔及小孔(<5μm)数量逐渐增多,中孔及部分大孔范围(5~30μm)内的峰值孔径逐渐减小,分布密度逐渐增大。数次干湿循环后微裂隙(>100μm)逐渐增多,导致试样开裂。干湿循环会对土体的持水性能产生影响,初始干密度较小时,经历过1次干湿循环持水性能略有增强,而经历过3次及5次干湿循环持水性能持续减弱。

多孔介质微观结构对柴油机颗粒捕集器性能影响的模拟探究

为了优化柴油机颗粒捕集器的捕集、压降性能,本文基于孔径概率密度函数和孔隙率分布函数建立了二维柴油机颗粒捕集器孔道微观结构模型,考虑了拦截机理和扩散机理用以计算颗粒在过滤器中的沉积分布情况和捕集效率。计算结果表明:多孔介质微观结构和入口速度对颗粒捕集效率的影响与粒径有关,100 nm粒径颗粒随流速增大初始捕集效率降低最为明显,1000 nm粒径颗粒在不同均匀性的过滤壁下的捕集效率差超过了30%;孔径分布函数方差越大,颗粒就会更多地分布在过滤壁前端,捕集效率也越高,但较大的孔径方差会导致捕集器的初始压降增大和捕集过程结束时的性能出现恶化。

表面活性剂对玻璃微珠镀银微观结构及性能影响

利用硅烷偶联剂KH792对小粒径玻璃微珠(GMs)表面进行修饰改性,以葡萄糖为还原剂,通过化学镀法制得玻璃微珠镀银(GMs@Ag)复合粒子,探讨了不同类型表面活性剂对样品物相、微观结构、外观及电性能的影响。将该复合粒子作为导电填料,制备柔性电磁屏蔽织物,对样品的电磁屏蔽性能进行了测试。结果表明:添加聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和阿拉伯树胶(AG)复合表面活性剂制备的GMs@Ag镀层致密、均匀、连续,粉末电阻率值为12.4mΩ·cm,在其添加量为70%,在电磁波频率为30~1500MHz下,涂层的电磁屏蔽效能可达到40dB以上,有一定的应用前景。

冻结井壁仿钢纤维混凝土动静态力学性能和微观结构研究

为改善冻结井壁高强混凝土脆性特征,提高其抗裂性和韧性,提出采用仿钢纤维混凝土作为冻结井壁筑壁材料。通过优选材料和正交试验,得到不同配合比的仿钢纤维高性能井壁混凝土,并对其进行静态、动态力学性能及微观结构等试验研究。结果表明,在基准混凝土中掺入15%(质量分数)粉煤灰和0.54%(体积分数)聚丙烯仿钢纤维(PPTF)后,混凝土的抗拉、抗弯强度分别提高了29.46%、26.72%,其脆性特征得以明显提高。相比于基准组,最佳配合比的仿钢纤维混凝土韧性增强显著,在0~0.012应变范围内其韧性指数提高了40.83%,且失效后的破坏形态更完整。掺入PPTF、粉煤灰有效抑制了冻结井壁混凝土内部微裂隙的产生和扩张,混凝土表现出更为致密的微观结构以及更高的宏观力学性能。

小尺寸压蒸试件的MgO水泥基材料微观结构研究

为促进MgO混凝土的推广应用,采用汞孔隙率法和扫描电子显微镜法对小尺寸压蒸试件的MgO水泥基材料(水泥砂浆和一级配混凝土砂浆)的微观结构进行了研究。结果表明:随着试件尺寸的变化,MgO水泥基材料的平均孔径由大到小的排序为微试件、小试件、标准试件;无害孔和少害孔占比由大到小的排序为标准试件、小试件、微试件;MgO掺量相同时,随着粉煤灰掺量的增大,与小试件和微试件相比,标准试件的平均孔径最小,而无害孔和少害孔占比最大。