低频脉冲磁场慢性暴露对健康成年股四头肌收缩力及形态的影响

背景:目前已有关于低频脉冲磁场对骨骼肌结构形态影响研究发现了骨骼肌质量变化,但对接受慢性暴露后的形态变化未见相关研究。目的:观察低频脉冲磁场慢性暴露对腿部股四头肌最大自主收缩力与形态指标的影响,为使用该技术作为肌肉功能改善策略提供组织形态变化的参考依据。方法:招募普通健康受试者70名,随机分为接受磁场刺激的试验组与进行假治疗的对照组,每组35名,试验时长共计4周,试验组受试者每隔48 h进行1次15 min的低频脉冲磁刺激干预,对照组进行假治疗,干预间隔与时长与试验组一致,干预4周后观察不同组别受试者股四头肌最大自主收缩力值变化,利用B型超声影像作为评估手段,观察肌肉厚度、肌肉横截面积及羽状角指标的变化。结果与结论:①经过4周的低频脉冲磁场慢性暴露,68名受试者完成试验,试验组受试者股四头肌最大自主收缩力测试值显著增长(P=0.000),提升幅度显著高于对照组(P=0.008);②试验组受试者的肌肉形态3项指标均显著高于试验前测(P=0.000),而对照组肌肉厚度指标呈显著性下降(P=0.020),羽状角无显著性变化,横截面积显著性提升(P=0.000);③组间对比发现,试验组关于肌肉形态的肌肉厚度(P=0.012)、羽状角(P=0.003)及横截面积(P=0.049)3项指标均显著高于对照组;④上述数据证实,健康成年受试者经过4周的低频脉冲磁场慢性暴露,股四头肌的最大自主收缩力显著提升,同时观察到试验组的肌肉厚度、横截面积及羽状角3项肌肉形态指标的显著增长,对使用该技术作为肌肉改善的运动替代与医疗策略提供了肌组织形态改善的支持依据。

脉冲磁场对GCr15轴承钢网状碳化物的影响

在GCr15轴承钢的球化退火过程中施加脉冲磁场,研究脉冲磁场对其组织形貌和力学性能的影响,探讨脉冲磁场作用下网状碳化物溶解的热力学和动力学机理。结果表明:随着施加脉冲磁场时间的延长,GCr15轴承钢中沿晶界分布的碳化物由封闭网转变为半网,当施加脉冲磁场时间为20 min,晶界处的网状碳化物消失。这主要是由于施加脉冲磁场后,在热力学方面网状碳化物溶解的势垒降低,动力学方面原子扩散系数增大,这都促进了网状碳化物的溶解。随着施加脉冲磁场时间的延长,GCr15轴承钢的抗拉强度(R_(m))和屈服强度(R_(p0.2))基本保持不变,伸长率(A)提高了18%(从5 min的33%提高到20 min的39%),断面收缩率(Z)提高了13%(从5 min的61%提高到20 min的69%)。

脉冲磁场幅值对制备聚硅氧烷复合材料的电磁屏蔽性能影响规律

脉冲磁场已被证实通过诱导纳米粒子在基体中取向排列可以显著提高复合材料的电磁屏蔽性能,然而脉冲磁场幅值对复合材料电磁屏蔽性能的影响规律尚不明确。因此,采用脉宽为10μs、频率为50Hz的脉冲磁场诱导片状羰基铁(flaky carbonyl iron,FCI)在聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)中定向排列,研究磁场幅值(0~0.7T)对复合材料电磁屏蔽性能的影响规律。用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)和X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)对纳米粒子的取向和排列进行了表征。结果表明,脉冲磁场可以有效控制羰基铁的取向和排列,形成导电网络结构,提高复合材料的导电性,最终显著提高取向复合材料的电磁屏蔽性能。脉冲磁场对复合材料的屏蔽效能增强效果可达27%,达到的最高屏蔽效率为15.36dB。理论分析和实验结果的一致性证实了微秒级脉冲磁场在改善复合材料电磁屏蔽性能方面的有效性。该研究制备的高性能柔性电磁屏蔽复合材料具有应用于先进电子设备的潜力。

低频脉冲磁场诱导TRPC1改善COVID-19患者康复期下肢的肌肉无力症状

背景:肌肉无力是新型冠状病毒(COVID-19)感染后的常见症状,影响康复期人体日常活动能力。在强度1.5 mT,频率3300 Hz的低频脉冲磁场刺激下可通过诱导和激活经典瞬时感受器电位通1(classical transient receptor potential channel 1,TRPC1),提升人体骨骼肌的最大自主收缩力与力量耐力,对肌肉组织产生一系列生理支持效应,该手段是否会改善新型冠状病毒肺炎患者康复期的肌无力症状尚无研究。目的:选用低频脉冲磁场对新型冠状病毒肺炎患者下肢肌群进行磁刺激,以观察该刺激对新型冠状病毒肺炎患者康复期下肢肌群肌无力改善的影响。方法:招募胶体金法抗原检测试剂(COVID-19)为阳性并伴有肌肉无力症状的新型冠状病毒(奥密克戎毒株)感染患者14例,将所有受试者随机分成2组,分别为接受磁场刺激的试验组和接受假治疗的对照组。试验总时长3周,试验组每隔48 h对腿部进行低频脉冲磁刺激,对照组与试验组干预流程一致但给予假刺激,两组患者均不被告知磁刺激仪器是否运行,两组患者共进行9次操作,随后观察两组患者下肢局部肌群最大自主收缩力、腿部爆发力与力量耐力的变化情况。结果与结论:①在采集的8个局部肌群中,试验组患者7个局部肌群在经过3周的低频脉冲磁场刺激,最大自主收缩力值均增长。对照组除3个肌群最大自主收缩力自行增长改善以外,其他肌群肌力无提升。②试验组的左腿前群与双腿后群提升率显著高于对照组。③两组的纵跳摸高高度与膝关节峰值角速度相比试验前测均提升,试验组摸高高度提升率高于对照组。④在疲劳状态下,试验组膝关节峰值角速度下降率显著下降,对照组膝关节峰值角速度下降率无显著性变化;试验组摸高高度下降率显著下降,而对照组摸高高度下降率无显著性变化。⑤上述数据证实,在强度1.5 mT,频率3300 Hz的低频脉冲磁场刺激方案下,新型冠状病毒肺炎患者在康复期经过3周的低频脉冲磁场刺激相比人体自愈过程可使更多的下肢局部肌群肌力获得提升,对基于腿部爆发力的全身协调发力能力及功能状态明显改善。因此,低频脉冲磁场刺激可作为一种改善新冠感染患者下肢肌肉无力症状的有效、非运动的康复手段。

低频脉冲磁场对60Si2CrVA弹簧钢凝固组织的影响

研究了浇注前与浇注后施加脉冲磁场对60Si2CrVA弹簧钢凝固组织的影响。结果表明,浇注前与浇注后施加脉冲磁场对铸锭边部柱状晶生长均有明显的抑制作用,对铸锭心部晶粒有明显的细化作用,但二者之间差别不大。与常规浇注铸锭相比,浇注40 s后施加脉冲磁场柱状晶区仅为(4.9±0.3)mm,降低了53.7%,心部晶粒尺寸细化至(407±30)μm,降低了47%。脉冲磁场引入的强制对流可使中心熔体的平均冷却速率由常规时的1.45℃/s提高至2.36℃/s左右。脉冲磁场调控凝固组织的作用机制主要是促进了晶核增殖和漂移,对柱状晶生长的阻碍效果更明显。

脉冲磁场孕育处理下A356铝合金凝固组织的演变规律

基于自行设计的磁场晶粒细化装置,研究在不同频率的脉冲磁场孕育处理下A356铝合金凝固组织的演变规律,利用蔡司显微镜(OM)、场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)等测试方法对A356铝合金的凝固组织进行分析。结果表明:脉冲磁场孕育处理能降低形核激活能与临界形核半径,影响液相线以上原子团的演变规律,使得原子团的尺寸减小,数目增加,并在更小的临界尺度上形成大量稳定晶核,从而导致A356铝合金凝固组织中初生α-Al相和共晶Si相显著细化;其中频率为30 Hz的脉冲磁场细化效果最佳,与未处理相比,试样初生α-Al晶粒平均尺寸下降39%,共晶Si平均尺寸下降60%。同时α-Al晶粒磁各向异性产生的磁各向异性能与磁转矩导致α-Al晶粒发生旋转,使得晶粒沿(200)面择优生长。

脉冲磁场对6082铝合金时效组织和性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和电子万能试验机等研究了脉冲磁场时效工艺对6082铝合金组织和力学性能的影响。结果表明:在6082铝合金时效过程中施加脉冲磁场,能够提高扩散通量及原子振动频率,使合金在时效早期形成更多GP区,这些GP区在后续时效过程中形成β″相,并且由于原子扩散加快,形成β″相的速度远大于常规时效,使得6082铝合金基体中β″相数量增加,β′相尺寸缩小;经175℃脉冲磁场时效180 min后,6082铝合金的力学性能最优,其抗拉强度为348.41 MPa、屈服强度为300 MPa、伸长率为17%,相比常规时效工艺,力学性能更好,且时效时间缩短了62.5%。

脉冲磁场处理对单质Ni的性能及微观组织的影响

脉冲磁场处理(PMT)是一种便捷高效、绿色环保的后处理方法,可利用脉冲磁场改善金属材料性能。为了研究PMT对纯镍(Ni)力学性能和微观组织的影响,揭示PMT对铁磁性材料的潜在影响机制,采用不同磁场强度PMT对纯Ni样品进行处理,并对处理前后纯Ni样品力学性能、微观组织进行分析。实验结果表明,经强度为0.5~1.5 T的PMT后,样品硬度降低,当脉冲磁场强度为1.5 T时,强度较未处理样品最小下降0.36%;对于拉伸性能而言,当磁脉冲强度为1.5 T时,抗拉强度和延伸率同时得到最大提升,较未处理样品提升4.19%和1.65%,而当磁脉冲强度为0.5和1.0 T时样品无明显变化。对样品微观组织进行表征,观察到样品中的缺陷分布改变,出现晶界处位错向晶胞内移动,形成小位错的聚集和不完整的位错胞壁;PMT对微观缺陷的调控改善了样品的拉伸性能。

熔体过热和脉冲磁场协同处理对Mn_(5)Si_(3)增强Cu-35Zn-3Al合金显微组织、力学和耐磨性能的影响

研究熔体过热和脉冲磁场协同处理对Mn_(5)Si_(3)增强Cu-35Zn-3Al合金显微组织、力学和耐磨性能的影响。研究结果表明,协同处理促进了熔体中的溶质迁移以及Mn_(5)Si_(3)晶体生长的吸附动力学,抑制了六棱柱形貌Mn_(5)Si_(3)颗粒上孔洞的形成。协同处理后热锻态合金的抗拉强度和伸长率分别提高了9.0%和66.5%,这是由于拉伸变形过程中不含孔洞的Mn_(5)Si_(3)颗粒断裂强度提高,产生的应力集中减小,因此失效方式由脆性解理断裂转变为从基体中拔出,颗粒和基体间的载荷传递作用增强。在承受摩擦时,协同处理后合金的磨损亚表层中Mn_(5)Si_(3)颗粒不易发生剪切断裂,抑制了裂纹扩展和材料剥落,因而产生的剥层磨损减小,合金耐磨性显著提高。

脉冲磁场对Zn-3Cu合金凝固组织和性能的影响

研究了脉冲磁场处理工艺参数(脉冲电压和脉冲频率)对铸态Zn-3Cu合金凝固组织及性能的影响。结果表明:脉冲磁场可以有效细化Zn-3Cu合金的凝固组织;随着脉冲电压在0~300 V范围内增加,Zn-3Cu合金的晶粒尺寸逐渐减小;随着脉冲频率在0~10 Hz范围内增加,合金的晶粒尺寸先增大后减小再增大,第二相(CuZn_(5))尺寸先减小后增大,当脉冲频率为5 Hz时,合金凝固组织细化效果最佳。脉冲磁场可以提高合金的力学性能和耐蚀性能,当脉冲电压为300 V、脉冲频率为5 Hz时,合金的力学性能和耐蚀性能最好,其抗拉强度为106.05 MPa,伸长率为7.14%,与未经磁场处理的合金相比,分别提高了37.9%和32.7%。

用于细胞活性研究的高重频脉冲磁场装置

一定时间的脉冲磁场序列可刺激某些类型的细胞和组织产生有益的生物效应。由于磁体本质上是一个大感性负载,难以同时实现磁体电流的高di/dt和高精度调节。为此,该文提出一种两级联合调控拓扑,前级电路为同步降压电路,用于实现di/dt随磁场期望值同步调节,后级电路是桥式电路,用于实现脉冲磁场波形周期、振幅、稳定度、刺激间隔等参数的控制,为了实现电流从快速上升到稳定值的平滑过渡,引入一种由滞环控制器和PI控制器组成的混合型控制器。在此基础上,研制了频率范围为1 Hz~5 kHz、脉冲边沿小于50μs、可调精度为0.1 mT、峰值强度高达10 mT的便携式高频脉冲磁场发生装置样机,并应用于脉冲磁场对高龄小鼠的体外成熟卵母细胞受精和胚胎发育能力影响的研究。在脉冲磁场作用下囊胚形成率从15.15%提高至52.94%,表明脉冲磁场显著促进了高龄小鼠体外成熟卵母细胞的发育能力。

脉冲磁场对稀土AZ91D镁合金凝固组织及性能的影响

研究了脉冲磁场对稀土AZ91D镁合金凝固组织及力学性能的影响。研究表明:在AZ91D镁合金中加入适量稀土La有利于晶粒细化,形成新的稀土针状化合物Al_(2)La;在AZ91D-0.75La合金凝固过程中施加脉冲磁场处理后,针状化合物Al_(2)La长度更加短小,甚至趋于球化;同时,AZ91D-0.75La合金的凝固组织和力学性能得到进一步改善,当脉冲占空比为20%、频率为20 Hz时,合金的处理效果最好,晶粒尺寸从156.3μm下降至103.5μm,细化了33.78%,维氏硬度也从HV 53.8增加至HV 69.4。

旋转与脉冲磁场对Zn-2.75%Cu包晶合金凝固组织的影响

研究了旋转磁场和脉冲磁场对Zn-2.75%Cu包晶合金凝固组织的影响。结果表明:Zn-2.75%Cu合金凝固组织是由初生树枝状和球状ε-CuZn5相和基体η相组成,其靠近试样边部的树枝晶更为粗大。施加旋转磁场和脉冲磁场后,Zn-2.75%Cu包晶合金组织中粗大发达树枝晶逐渐细化,转变为细小均匀的球状和蔷薇状组织;ε相变得细小圆整,尺寸减小,向等轴晶转变,分布更为均匀,且数量明显减少;中心处的初生ε相较于边缘处皆更为细小,数量更少。施加旋转磁场细化作用效果更为明显,树枝晶完全转变。

脉冲磁场试验方法及不确定度研究

脉冲磁场试验是为了评估电子设备在遭遇瞬态磁场脉冲时的性能和稳定性。脉冲磁场试验对于确保设备在实际使用环境中能够正常运行至关重要。现实世界中存在着各种电磁干扰源,这些源可能会产生短暂和高强度的磁场变化,从而影响电子设备的正常工作。通过对脉冲磁场产生的机理进行研究,结合相关电磁兼容试验标准,对脉冲磁场试验方法和试验设备做出了评价,并对脉冲磁场测量不确定度进行了评估。

脉冲磁场及Al-5Ti-1B中间合金对工业纯铝凝固组织的影响

应用新型熔体表面脉冲磁场技术及Al-5Ti-1B中间合金对工业纯铝进行晶粒细化试验,研究脉冲磁场及Al-5Ti-1B中间合金对工业纯铝凝固组织的影响。结果表明:工业纯铝中添加Al-5Ti-1B中间合金,与未添加Al-5Ti-1B中间合金的相比较,前者的凝固组织晶粒尺寸减小约13%;在工业纯铝中添加Al-5Ti-1B中间合金、同时施加脉冲磁场,与未添加Al-5Ti-1B中间合金及未施加脉冲磁场相比较,前者的晶粒尺寸减小约34%。动力学分析认为,脉冲磁场的能量可以降低形核过程的临界吉布斯自由能,这是工业纯铝凝固组织进一步细化的重要原因。同时在脉冲磁场的作用下,晶体出现择优生长现象。

镁合金低压脉冲磁场晶粒细化

提出一种低压脉冲磁场合金晶粒细化技术,分析常规铸造和半连续铸造条件下,低压脉冲磁场对镁合金凝固组织的影响。结果表明:脉冲磁场对AZ31、AZ91D、AZ80、AM60、AS31和Mg-Gd-Y-Zr镁合金均有显著的细化效果。施加脉冲磁场后,初生α-Mg形态发生明显球化,由粗大、发达的枝晶变为细小的蔷薇状,且溶质偏析显著降低。采用商用ANSYS软件分析了电磁力、流场以及焦耳热对熔体的影响规律,从形核和生长角度分析了脉冲磁场下镁合金晶粒细化机制,依据界面稳定性理论提出了脉冲磁场下镁合金晶粒球化模型。

脉冲磁场与脉冲磁场测量仪

简单说明低脉冲磁场发生装置的工作原理（储能电容放电式、晶体闸流管脉冲电压式）。设计并制作的峰值保持电子积分式脉冲磁场测量仪，用来测量持续时间大于约１０ｍｓ级的脉冲磁场，测量随机误差为±１％。

在脉冲电流或脉冲磁场作用下LY12合金的凝固组织

在LY12铝合金凝固的过程中施加脉冲电流或脉冲磁场,研究脉冲电流或脉冲磁场对这种合金凝固组织的影响.结果表明,脉冲电流和脉冲磁场均可使晶粒明显细化、等轴化.在脉冲电磁场作用下金属凝固组织的晶粒细化机制为:在脉冲电磁场的作用下剧烈的强迫对流促进晶粒从型壁上游离,大大增加金属熔体的形核率,导致晶粒细化;温度相对均匀使得游离的晶粒得以保存下来,抑制了晶粒在某个方向上的优先生长,从而抑制了树枝晶的形成.

强脉冲磁场对LY12铝合金组织结构的影响

研究了强脉冲磁场对LY12铝合金凝固组织及微观结构的影响。试验表明 :在强脉冲磁场作用下 ,LY12铝合金的凝固组织发生了显著变化 ,脉冲磁场处理使晶粒明显得到细化。另外 ,在磁场中凝固的试样与未经磁场处理的试样相比 ,X -射线衍射谱中的 (111)、(2 0 0 )、(3 11)以及 (2 2 2 )

脉冲磁场对Mg-Gd-Y-Zr合金凝固及力学性能的影响

在Mg-Gd-Y-Zr合金凝固过程中施加不同频率的脉冲磁场,研究脉冲磁场对Mg-Gd-Y-Zr合金凝固的影响。实验结果表明,脉冲磁场使Mg-Gd-Y-Zr合金晶粒细化,在频率为5Hz条件下获得最佳的晶粒细化效果,平均晶粒尺寸从未加脉冲磁场条件下的65μm细化到37μm。脉冲磁场的搅拌导致熔体磁过冷及熔体温度梯度降低是晶粒细化的主要原因。脉冲磁场的施加使抗拉强度和延伸率较常规铸造合金分别提高了4.8%、78.5%。