多学科交叉环境下文献资源保障体系的探索——以中国科学院上海高等研究院为例

文献资源保障水平是研究所研究、管理和决策能力的影响要素之一。从环境分析和用户需求调研入手,借鉴信息传播原理,讨论学科交叉环境下应该如何构建资源保障体系,并详细阐述体系内各个要素的意义及信息在各要素之间流动的过程。

上海光源X射线成像及其在材料科学上的应用研究进展

上海光源是第三代同步辐射光源,其X射线成像具有高空间分辨、快时间分辨、高衬度分辨的特点,可对材料样品实现原位、无损、高分辨、三维和动态成像,利用同步辐射光源的高度相干性可以实现相位衬度成像,从而可以实现聚合物等低Z材料的高衬度X射线成像,而传统的X射线吸收衬度成像在对轻元素材料成像上获得的衬度极低。为更好地支持用户,基于上海光源X射线成像线站,建立和发展了定量相衬成像、动态CT成像、基于多种衬度机制的CT成像、快速CT重构等成像方法。本文简要介绍了上海光源X射线成像方法学发展及其在材料科学上的应用研究进展。

浅析上海光源加速器水电设备科学运维

工艺水电设备是上海光源加速器正常运行的重要基础。随着运行年数的增加,机器老化问题日益严重,近5年来,丢束故障时间及Alarm报警次数均有明显上升。针对该问题,本文首先系统介绍了上海光源加速器工艺水电设备,并梳理了近年来各类故障造成的丢束时间及运行维护工作的挑战,进而对科学运维方法进行分析;接下来给出基于科学运维方法的具体工作流程,详述了各项日常维护及寒暑期维护工作的重点;在此基础上建立加速器水电设备科学运维的总结论述,以期尽可能地降低故障影响,保障上海光源的稳定运行。

中国光子大科学装置的发展

光子大科学装置主要分为同步辐射光源和自由电子激光装置两大类,可以产生光子能量范围从红外到硬X射线的高通量、高亮度、光子能量连续可调的光,在过去半个多世纪里已经发展成为服务于物理学、化学、材料科学、生命科学、能源、环境科学等众多学科的综合性科研中心。光子大科学装置在我国经过了40多年的发展,已经建立起较完整的体系,达到世界先进水平。文章通过对已有的和建设中的装置的描述分别介绍同步辐射光源和自由电子激光在国内的发展历程和现状,并对未来发展趋势进行展望。

中国温室气体排放研究——中国科学院战略性先导科技专项“应对气候变化的碳收支认证及相关问题”之排放清单任务群研究进展

温室气体排放清单一直是气候模型构建、各国减排政策制定及国际谈判与博弈的重要基础。2011年中科院启动战略性先导科技专项"应对气候变化的碳收支认证及相关问题",其中设置了"排放清单任务群"4个项目,以建立我国温室气体参数及排放数据库。文章介绍了"排放任务群"中"能源消费与水泥生产过程排放"、"土地利用与畜牧业的甲烷和氧化亚氮排放"、"自然过程碳排放"和"卫星反演的‘净排放’"4个项目的主要研究进展,结果发现,中国2013年二氧化碳实际排放总量比前期估计值低近15%,该成果近期发表于Nature。本文同时针对温室气体排放的需求,提出了今后的发展方向。

上海青龙镇遗址出土瓷片的微纳米气泡清洗研究

表面坚硬附着物的清洗是出土瓷器保护的技术难点,现有的机械清洗、化学清洗、超声波清洗、蒸汽清洗等方法均存在技术局限性。对上海青龙镇遗址出土瓷片开展了微纳米气泡清洗研究,科学评价该技术的安全性能和清洗效果。使用色差分析、光泽度分析、釉面显微分析、裂缝显微测量等方法,对青龙镇出土瓷片及仿烧瓷片样品进行检测评估,验证了微纳米气泡清洗技术的安全性。开展微纳米气泡清洗、超声波清洗、蒸汽清洗3种物理方法的效果比对试验,综合评估其在清洗出土瓷片的表面附着物、缝隙污染物、断面污染物和金属侵蚀上的效果,验证了微纳米气泡清洗技术的有效性。

高含湿VOCs废气排放现状及疏水吸附材料研究进展

VOCs(挥发性有机化合物)是臭氧、二次有机气溶胶、细颗粒物的重要前体物,对生物圈和人体健康造成了严重威胁。VOCs来源广泛、排放量大,对VOCs排放控制已进入精细化阶段。工业源排放的含VOCs废气中常含有水蒸气,对现有的末端控制措施有一定负面影响,增大了VOCs废气处理难度。吸附法因低成本、低能耗、工艺成熟被广泛用于工业VOCs排放控制。石化行业、制药、精细化工、制造、印染等行业排放的废气相对湿度在10%—70%,以烷烃、烯烃、芳香烃等为主。高湿工况下VOCs的吸附以炭材料、MOF(金属有机框架)材料、分子筛的疏水改性为主,常见的疏水改性方法为引入非极性官能团和疏水涂层。文中系统梳理高含湿VOCs废气的来源及排放特征,综述当前疏水性吸附材料的研究进展,以期为高湿工况下含VOCs废气的处理提供思路。

上海粒子加速器大科学装置概述

先进粒子加速器包括射频直线加速器和环形同步加速器等,不仅极大地加速了人类从核物理迈向基本粒子物理的进程,而且同时派生出了同步辐射光源、自由电子激光、质子/重离子治疗仪等一批涉及生命科学、材料科学、能源科学、物理学、化学和医学等重大前沿学科研究和应用的大科学装置。上海已经成为我国并且正在成为国际上先进加速器科学中心之一,本文概述性地介绍上海先后建成的第三代同步辐射光源、软X射线自由电子激光装置、先进质子治疗装置、以及正在建设的硬X射线自由电子激光,并对上海未来粒子加速器学科和大科学装置的发展方向做出总结和展望。

天然气分布式供能系统的低碳城区能源规划研究:以上海市某商务区为例

以上海市某商务区为例,分别计算并比较区域型天然气分布式供能系统、楼宇型天然气分布式供能系统以及江水源热泵系统等不同规模、不同配置下的能源系统规划产生的节能、环保、经济等效益,探索低碳城区能源系统的顶层设计思路及方法,同时为决策服务。结论如下:区域型天然气分布式供能系统节能减排效益最明显,预计1年可节约标煤量约14 916 t,同时可减少CO2排放40 325 t,减少NOx排放约241 t,减少SO2排放约394 t,减少烟尘排放约165 t,但此类型能源站的投资也最大,约为11.9亿元,投资回收期为12.9a,同时还存在现实政策瓶颈可能严重影响经济效益发挥。建议结合地块开发逐步建设并形成"中心站+卫星站"的区域型天然气分布式供能系统,以实现环保、经济和社会效益的共赢。

某大科学装置项目工艺冷却水系统设计

介绍了某在建大科学装置项目的工艺冷却水系统设计,包括服务对象、系统形式、系统组成、水温控制策略、流量控制策略等方面的内容。简述了热回收型水源热泵在工艺冷却水系统中的应用方案,并对工艺冷却水系统设计后续可开展的工作和研究提出了3个方向。

上海光源小角X射线散射实验站自动校准系统研究

小角散射实验站用户获取的实验数据质量与实验站的光路优化状态(较低的散射背景、准确的样品前后光强计数等)密切相关。目前小角散射实验站光路优化是手动优化方式,不利于用户机时的有效利用。在实验物理与工业控制系统(Experimental Physics and Industrial Control System,EPICS)和控制系统工具箱(Control System Studio,CSS)平台下,使用Python语言设计并开发了光路优化自动校准程序,通过狭缝刀口扫描确定直通光中心位置,根据遗传算法的单目标和多目标优化方法自动优化,得到较低的空气背底散射图像,最终完成调光。测试结果表明:自动校准程序可以在30 min内完成实验站单色光狭缝和束流阻挡器位置调试,简化了实验站的光路优化工作,提高了小角散射实验站的自动化程度。

超大特大城市绿色可持续发展指标对比分析及对上海的建议

超大特大城市作为“双碳”战略的主战场,亟须重视全过程碳相关指标跟踪,提前开展科学谋划,进行“双碳”导向的绿色可持续发展数据和指标研究。要根据经济、人口、城镇化、绿色低碳等多维度指标,结合工业用电、工业产值、产业结构等数据,深入挖掘低碳城市发展的多维度影响因素,构建多城市多指标的关系矩阵,开展路径模拟预测,制定更加合理切实的政策和实施方案。

上海软X射线自由电子激光外种子运行模式的模拟研究

上海软X射线自由电子激光用户装置(SXFEL)是我国首台可以运行在水窗波段的自由电子激光装置,未来可以为5个实验线站供光,其主要运行模式为自放大自发辐射模式以及外种子模式。本文就SXFEL的外种子模式进行了从头到尾的模拟研究,主要包括EEHG-HGHG混合级联与单级EEHG两种方案。模拟结果表明,虽然EEHG-HGHG混合级联模式较为复杂,但能够产生更高功率的高次谐波辐射。除此之外,我们还研究了各种三维效应对EEHG的影响。模拟和分析结果表明,通过上述两种方案,采用紫外波段的种子激光,用户可以得到全相干、窄带宽、短脉冲的水窗波段自由电子激光。

五龄黑水虻油脂衍生物作为润滑油添加剂的性能研究

为探索黑水虻幼虫体内的粗油脂作为生物润滑油添加剂的应用可行性,本文中以五龄黑水虻虫体的粗油脂为原料,通过纯化、水解反应和酯化反应合成了虫体油脂衍生物.采用核磁共振波谱、傅里叶红外光谱和热重分析仪对其结构和热稳定性进行表征,发现其热稳定性良好.采用UMT-TriboLab摩擦磨损试验机和四球摩擦试验机分别研究了虫体油脂衍生物作为润滑油添加剂在点-面和点-点接触模式下的摩擦学性能,并与商用合成酯的性能进行对比.结果表明,在基础油150N中添加质量分数为1%的虫体油脂衍生物时,油品表现出较优的减摩和抗磨效果.在点-面接触模式下,摩擦系数和磨损率相对于基础油分别降低25.0%和92.0%,且在200℃高温下仍能保持减摩效果.在点-点接触模式下,磨损率相对于基础油降低了84.5%.可见虫体油脂衍生物作为润滑油添加剂能够有效提高油品的摩擦学性能.采用接触角试验验证了虫体油脂衍生物作为润滑油添加剂在金属表面的吸附性能.结果表明,虫体油脂衍生物在润滑过程中能够优先吸附在摩擦副的金属表面,形成润滑保护膜,使油品的减摩和抗磨性能提升.通过显微红外光谱和拉曼光谱研究了虫体油脂衍生物的润滑作用机理,表明磨痕表面存在的铁氧化物和碳能够形成润滑膜,防止摩擦副表面的微凸体直接接触,进而改善了油品的摩擦学性能.

基础有机化学教学与前沿科学研究的融合——共价有机骨架材料的成键方式

作为材料研究领域的明星,共价有机框架材料的研究是基于有机化学反应的成功选择和合成条件的不断优化。本文探讨将共价有机框架材料的成键方式引入有机化学教学课堂的途径,阐述有机化学反应在新型纳米材料设计合成中的应用。科教融合教学模式不仅能够培养学生掌握知识、运用知识解决实际复杂问题的能力;同时可以调动学生的学习兴趣、拓展科研视野、激发科研热情;更能在科研成果中增强学生的专业认同感、培养学生的创新意识和社会担当。科教融合是实现创新人才培养的一个重要环节。

上海同步辐射光源工作点稳定性研究

上海同步辐射光源(SSRF)是一台第3代高性能同步辐射装置,已稳定运行超过10年。储存环的线性光学模型稳定是光源稳定运行的基础。工作点反馈系统可实时地校正工作点,并间接地以降维的方式反馈难以在线测量到的线性光学函数。工作点反馈系统在SSRF的稳定运行验证了此方法的可行性,该反馈系统不仅使得工作点稳定度显著提升,也使得束流发射度、注入效率以及束流寿命等重要参数的稳定度得到大幅提升。衍射极限储存环光源是现阶段被广泛研究和建设的新一代同步辐射光源,工作点反馈系统也将发挥更重要的作用。本文分析电子储存环线性光学函数和工作点的稳定性,回顾SSRF工作点反馈系统的实际运行情况,介绍工作点反馈系统在SSRF衍射极限环lattice(SSRF-U)的模拟。工作点反馈在SSRF的实际运行情况和在SSRF-U的模拟结果显示,该系统可将工作点稳定在±0.001范围内,可满足储存环光源稳定运行和线性差耦合共振圆束斑模式对工作点稳定度的需求。

同步辐射扫描透射X射线显微成像系统振动的闭环控制方法研究

上海同步辐射光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF)扫描透射X射线显微成像(Scanning Transmission X-ray Microscopy,STXM)实验站是国内首个自主研制的STXM实验系统,目前该系统波带片聚焦直接成像分辨率达到15 nm,扫描相干衍射成像方法成像的分辨率达到7.32 nm。系统振动是影响其成像质量的主要因素。本文针对波带片和样品之间系统振动进行详情分析,并提出相应的抑制策略,旨在提升STXM系统的成像质量。采用激光干涉仪和现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray,FPGA)技术,从软件层面开发了一种针对STXM中波带片和样品位置稳定性的闭环控制系统。该控制系统在最佳条件下可将STXM系统振动的均方根值(Root Mean Square,RMS)有效控制到4.833 nm,减少至原振动水平的约1/3,为STXM系统的成像质量进一步提升奠定了技术基础。

辐照聚丙烯腈纤维微观结构演变的同步辐射散射研究

预氧化是碳纤维制备过程中的关键步骤之一,在此过程中所产生的缺陷大部分将遗传至碳纤维中,所以聚丙烯腈(PAN)预氧化纤维的结构优化对提升碳纤维力学性能尤为重要。辐照是一种优化PAN预氧化纤维结构、有效改善PAN基碳纤维力学性能的改性方法。为探究高剂量电子束辐照PAN纤维在预氧化过程中微观结构的演变,本研究采用了同步辐射原位小角散射(SAXS)、广角散射(WAXS)对高剂量辐照及未辐照PAN纤维热处理过程进行表征,并结合差示扫描量热法(DSC)、热重分析法(TGA)和傅里变换叶红外光谱(FTIR)对PAN预氧化纤维进行表征分析。结果表明:高剂量(500 kGy)辐照促进了PAN纤维在热处理过程中的交联、环化反应,有效缓解了环化反应所引起的剧烈放热,降低了初始环化温度。同时,高剂量辐照对PAN纤维分子结构的破坏作用更加显著,高剂量辐照PAN纤维在热处理后的微孔横向尺寸(D)与取向角(B_(eq))分别降低至7.61 nm和8.58°,晶体层间距d_(002)减小至0.352 nm。综合来说,高剂量辐照使得PAN纤维微观结构在热处理后得到了改善,这有利于改善相应碳纤维的结构和性能。

二氧化碳海洋封存的技术和研究现状

全球变暖的问题正变得日益严峻,碳减排碳中和已成为国际社会的共识和努力目标。作为CO_(2)减排的重要方式之一,二氧化碳捕集、利用与封存(Carbon Capture,Utilization and Storage,CCUS)近年来备受关注并且发展迅猛。CO_(2)海洋封存作为其中一种最具潜力的减排方式,了解其发展现状对进一步研究CO_(2)封存具有重要的参考价值。本文介绍了CO_(2)海洋封存的方法和封存机理,总结了该技术在国内外研究进展。此外,文章还概述了我国在CO_(2)海洋封存上的巨大潜力和库源匹配上的优势,以及海洋封存对环境可能造成的影响。最后,指出推进CO_(2)海洋封存技术的研究并开发相应的能力,将有助于加速推进碳减排进程、尽快实现碳中和目标。

2种纤维素纳米纤维作为水基润滑添加剂的摩擦学性能研究

为探索不同制备方法得到的纤维素纳米纤维作为水基润滑添加剂的摩擦学性能,选择TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基)氧化法和机械法得到的2种纤维素纳米纤维(TO-CNF和C-CNF).采用光学显微镜(POM)、扫描电子显微镜(SEM)、激光粒度仪、红外光谱(FT-IR)、X射线粉末衍射(XRD)和元素分析等方法对其形貌和结构进行表征,发现上述2种不同类型的CNF均为棒状结构,且为纤维素I型,其中氧化法制备的TO-CNF结构中含有一定量的羧基官能团.通过热重分析表明,C-CNF的热稳定性略优于TO-CNF.进一步通过UMT往复摩擦试验机研究了2种CNF作为水基润滑添加剂的摩擦学性能,结果表明,在添加量(质量分数,w)不超过1%时,2种CNF在不同添加浓度下均表现出显著的减摩性能.其中TO-CNF的减摩性能略优于C-CNF,添加w=1%可使摩擦系数相对于基础体系降低51%.通过钢板表面接触角和磨损后的表面分析对CNF的润滑作用机理进行分析,推测由于CNF结构中含有大量的羟基或羧基等极性官能团,作为添加剂能够在摩擦副表面发生不同程度的吸附从而形成润滑保护膜,防止滑动表面微凸体的直接接触进而改善摩擦学性能.