单电极电致发光纤维的连续制备及其可视化液体传感应用

随着柔性电子产品、智能传感器、智能穿戴等领域的兴起,柔性电致发光器件得到了蓬勃的发展。柔性电致发光纤维以其便携性、柔软性及可编织性,为可视化传感领域带来了巨大的发展潜力。但受限于其大多为双电极结构,制备工艺复杂,使其在成本、器件均匀性、灵敏性及柔软性方面仍存在不足。本文开发了一种单电极电致发光纤维,通过简单、可扩展和低成本的制造工艺,实现了电致发光纤维的连续制备。且通过无线驱动的方式实现了电致发光,单电极纤维接受无线电场能量,通过接地线与大地、无线发射源形成闭合回路,从而消除了对外部电源的依赖。单电极电致发光纤维由导电层、介质层和发光层构成,发光波长为456 nm,具有良好的力学性能、发光性能及柔软性。单电极电致发光纤维可应用于溶液的可视化传感,其发光强度对于氯化钠浓度的识别度可达到0.001%(质量分数),具有出色的灵敏度,在汗液检测及生物等方面具有重要意义。发光纤维可进一步编织成发光织物,其透气性及力学方面均与普通的商用面料相媲美,并可实现不同浓度氯化钠的可视化传感。在可穿戴设备领域,无线驱动的单电极电致发光纤维具有实现视觉显示和通信功能的巨大潜力。

同轴电缆用超疏水二氧化硅@石英纤维复合材料的性能研究

具有低介电常数的SiO_(2)复合材料在低介电和隔热保温材料领域有着广阔的应用前景,但SiO_(2)复合材料在实际应用中存在吸水性强、保存条件苛刻等问题。使用疏水改性剂(六甲基二硅氮烷(HMDS)、硬脂酸、十二烷基硫酸钠)对SiO_(2)@石英纤维复合材料进行改性,研究疏水改性剂类型及质量分数对复合材料疏水性能和介电性能的影响。结果表明,3%的HMDS改性复合材料的疏水改性效果最好(接触角为151.6°),保存240d后接触角最低为132.6°,200℃煅烧后复合材料的介电常数低至1.87。将疏水改性SiO_(2)@石英纤维复合材料制成同轴通信电缆,所得电缆的电压驻波比为1.48,衰减值为1.56dB,特性阻抗为48Ω。疏水改性复合材料具有优异的电缆性能,在通信电缆等领域展示出潜在的应用价值。

二氧化硅增强复合电解质的电致变色纤维

具有光反射调节的电致变色纤维在智能服装、自适应伪装等领域具有广阔的应用前景,但现有的电致变色纤维在实际应用中仍面临电化学稳定性差、切换速度慢等问题。使用SiO_(2)纳米颗粒对电致变色电解质进行改性,对基于改性电解质制备的电致变色纤维的光学性能、电化学性能进行讨论,同时分析SiO_(2)纳米颗粒对变色材料稳定性的影响。结果显示:SiO_(2)改性电致变色纤维的着色效率达53.1 cm^(2)/C,展现出较快的切换速度(22.9/12.6 s);300个电化学循环后,仍具有良好的变色稳定性(光学反射对比度保持初始值的58.3%)。未掺杂SiO_(2)改性的电致变色纤维的着色效率(20.2 cm^(2)/C)较低、切换速度(34.7/38.4 s)较慢。此外,电致变色纤维器件具有优异的机械柔性,在可穿戴显示等领域展现出潜在的应用价值。

“4M关联”日常管理在高校实验室开放管理中的应用研究

从实验室的各个要素细节出发对高校实验室进行日常管理,提出“4M关联”日常管理理念,通过目前高校普及的实验室智能管理系统,结合青年教师从海外引进的先进实验技术,优化和创新实验室管理模式。以实验中的人力、设备、材料、方法四大要素(4M)和若干子要素的相互关联为切入点,分析和统计实验室的开放程度,有效提高了实验室整体技术水平、管理效率以及所有实验室人员的业务能力。

利用逆向思维,巧解几何问题

几何问题作为数学四大支柱内容之一,在初中数学知识中占有很大比重,数学几何十分考验学生的空间想象能力,对学生的数学思维发展意义深远.在初中阶段,逆向思维是非常重要的思想,有别于学生习惯的正向思维,其基于问题的反向进行思考推理.在几何解题中引导学生用逆向思维解决问题能激发学生的创造力与学习兴趣,助力学生核心素养的发展.

基于离子凝胶电解质的高稳定锌离子电池

锌离子电池因其安全性高和成本低而备受关注,然而严重的锌枝晶生长损害了电池性能的稳定性。在此,提出了将离子液体加入到聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)(PVDF-HFP)基体中制备离子凝胶电解质,离子液体的阳离子能吸附在锌尖端形成屏蔽层达到使Zn2+均匀沉积的目的。选用了咪唑类离子液体1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐(EMIM(OTf))、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐(BMIM(OTf))和1-己基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐(HMIM(OTf)),探究其阳离子侧链长度对锌枝晶生长的抑制效果。实验证明,由阳离子侧链长度适中的BMIM(OTf)制备出的离子凝胶电解质不仅具有1.87 mS/cm的高离子电导率,还能有效抑制锌枝晶生长,实现了2500 h锌金属负极的长循环稳定性,99.30%的高库伦效率,以及200次循环后全电池83.9%的容量保持率。该工作展示了离子液体凝胶聚合物电解质在高性能的锌离子电池领域的潜在应用价值。

SiO_(2)/PA6辐射降温长丝及其织物的制备及性能研究

将被动式辐射冷却结构纳入个人热管理技术,可以有效地保护人类免受日益加剧的全球气候变化的影响。以SiO_(2)和聚酰胺6(PA6)为原料,采用工业化熔融纺丝方法制备具有被动辐射降温功能的长丝,并通过手动织布机将其编织成织物。测试了SiO_(2)/PA6长丝的无机粒子分散情况、纤维力学性能及其织物的室内外辐射降温性能。结果表明,无机粒子在纤维中分散均匀;当SiO_(2)粒径为4μm,质量占比为5%时,性能最优。同时,在模拟夜间冷却效果的实验中,与未添加SiO_(2)的织物相比,添加SiO_(2)的织物具有4℃的降温效果。

PEDOT∶PSS/氧化石墨烯柔性多通道电极的制备与性能研究

采用超声分散和机械混合方法制备可打印的氧化石墨烯(GO)油墨,并利用3D打印技术和转印技术在聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底上制备了多通道神经电极。结果表明:GO质量分数为7%时,油墨的黏度和储存模量最佳。在掺杂GO质量的50%的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚(苯乙烯硅氧烷)(PEDOT∶PSS)后,油墨的稳定性提高,电阻率下降了100倍。同时PEDOT∶PSS的引入提高了GO片层之间的结合力,避免了电极在干燥过程中的开裂。经过氢碘酸的处理后,电极的电阻率降低了近100倍,掺杂了PEDOT∶PSS电极的电荷储存容量增加了近1.7倍。在1kHz时的电化学交流阻抗由108Ω/cm^(2)降低至70Ω/cm^(2)。该研究为通道柔性神经电极的制备和打印油墨的设计提供了一个简单可行的方法。

单金属Ni-MOF材料的制备及在无酶葡萄糖催化的应用

金属有机框架(MOF)是一种结构多样且易于修饰的多孔性材料。凭借超高的空隙率和巨大的表面积,人们认为MOF在电催化、储氢、传感器和超级电容器等领域都有着良好的应用前景。以单金属镍为团簇,对苯二甲酸(H_(2)BDC)为有机配体制备了全新的金属有机框架材料,并将它作为电极修饰材料。此时该葡萄糖传感器的灵敏度为0.884μA·L·mmol^(-1),检测限为2.647 mmol/L(S/N=3)。这种金属有机框架材料为无酶汗液检测提供了一种高效、快速且高灵敏度的检测平台,但是单一金属团簇的长期稳定性较差,不适合长期长时间监测,未来有待进一步改进。

基于离子液体电解质的柔性电化学O_(2)传感器性能研究

氧气是人类和其他大部分生命体赖以生存的物质基础,环境中过低和过高的氧气浓度都会影响人的身体健康,甚至危及生命安全。因此,针对未知环境空气中氧气浓度的监测对于保障作业人员的生命安全尤为必要。近年来,随着智能穿戴产业的迅速发展,柔性氧气传感器由于结构适应性强、可共形设计以及轻量等特点越来越受到学术界与产业界的关注。本工作采用1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐[BMIM]PF6离子液体作为电解质,聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为柔性衬底,通过蒸镀金电极并采用柔性封装工艺,制备了一种柔性电化学氧气传感器,并系统研究了其应用性能。所制备的氧气传感器在0%~60%的氧气浓度范围内表现出了良好的线性度(R2=0.974)、T90响应时间(约为20 s)、灵敏度(0.534)。该柔性电化学氧气传感器在智能穿戴、工业安防等领域显示出广阔的应用前景。

基于可拉伸有机晶体管的高性能生理信号传感器

近来,以共轭聚合物为沟道材料的有机电化学晶体管(OECT)因其易于制备、具有离子–电子转换能力和生物界面相容性而成为研究热点。然而,已报道的用于OECT沟道材料的大多是p型共轭聚合物,而基于n型共轭聚合物开发的OECT则很少,而不平衡的发展阻碍了复杂互补电路的实现。最近被报道的新兴n型共轭聚合物半导体Poly (benzimidazobenzophenanthroline)(BBL) OECT为解决上述问题提供了一个有效的方案。但BBL薄膜本身具有脆性无法拉伸,无法满足柔性器件的使用需求,大大阻碍了其应用及发展。本工作中,我们提出了一种器件可拉伸的n型BBL OECT器件的制备方法,并验证了其在汗液传感方面的可行性。

基于取向聚氨酯纳米纤维与碳纳米管构筑多层结构能源转换纱线

采用静电纺丝法实现了高取向度和高力学性能聚氨酯纳米线毛毡宏观组装体的制备,并利用改性的碳纳米管与纳米线毛毡通过喷涂的工艺进行层层结合,形成多层复合的、具有碳纳米管连续相分布的复合螺旋能源转换纱线,其在拉伸与复原过程中可输出上百毫伏的电压,展现了在电学、力学等方面优异的性能。该复合螺旋纱线,具有优异的可拉伸性能,拉伸至原长度的140%后,仍可以保持高效稳定的电学输出性能。并且,由静电纺丝工艺带来的高孔隙率在拉伸与复原过程对电解液中离子的嵌入脱出提供了更高的通量。该研究为开发能源纤维的实际应用提供了研究基础与参考价值。

基于HYDRUS-3D的涌泉根灌土壤入渗数值模拟

针对涌泉根灌流量大且出流边界为柱状,与传统滴灌、渗灌等存在很大差异的问题,依据非饱和土壤水动力学理论,并结合涌泉根灌条件下土壤水分运动特征,建立了具有柱状出流边界的入渗模型,利用HYDRUS-3D对模型进行求解,所建模型通过土壤剖面含水率随时间变化的实测值与模拟值的对比进行验证.结果表明:模拟值与实测值的相对误差在10%以内,两者具有较好的一致性,数值模拟结果可为涌泉根灌系统的合理设计及运行提供理论依据.通过数值模拟方法研究了流量、套管开孔长度对土壤含水率的影响,发现流量越大,水分运移速率越大,随着时间推移流量所引起的差异减小;灌水量相同时,灌水结束后土壤湿润体范围随流量增大略有减小;开孔区长度增加对湿润体形状、大小没有显著影响,但对土壤湿润体内水分分布状况影响较大.

改革实验教学 培养创新能力

针对工科院校实验教学的不足,对无机非金属材料专业实验教学进行改革。将专业实验分为材料大类基础实验、无机非金属材料专业实验和大型实验,介绍了不同实验环节的特点和功能。通过调整实验教学内容,改革实验教学方法,培养了学生的创新能力。

本科大型实验教学的实践与探索

针对工科院校实验教学的不足,为学生开设了大型实验课程。介绍了大型实验的特点、功能和教学实践。总结了大型实验课的教学模式、教学内容和教学方法。大型实验教学过程中,教师引导学生去了解本专业需要解决的科研课题,让学生自己感知新的东西和现象。通过大型实验教学培养了学生的创新能力。

涌泉根灌入渗特性影响因素

采用4种流量、3种开孔率及2种开孔长度进行了室内涌泉根灌土壤水分入渗特性试验研究。结果表明:涌泉根灌条件下,土壤水分除受重力势、毛管势以外还受套管内积水水头作用;湿润体内高含水区的范围随流量增大明显变大,但随着水分分布的梯度变大,均匀性降低;开孔长度增大后湿润体等值线水平向靠近入渗面进行收缩,垂向向上伸长,高含水区变化显著,等值线整体呈向上偏移趋势;套管开孔率增大使得湿润体内水分分布相对越均匀。

硫酸介质中Ti/SnO_2/PbO_2析氧阳极的研究

由于硫酸溶液具有高的电导、一般条件下性质稳定、价格相对低廉等优点，所以电化学合成大多在硫酸溶液中进行．阳极析氧是电化学合成不可避免的阳极过程．但因硫酸的强腐蚀性，以及从阳极析出的氧的强氧化性，使得能满足工业生产的阳极材料很缺乏．自１９５０年荷兰Ｈｅｎ...

涌泉根灌条件下土壤水分运动数值模拟研究

依据非饱和土壤水动力学理论,采用计算机数值分析的方法,建立了涌泉根灌土壤水分三维入渗数值模拟模型,应用HYDRUS3D软件进行求解,得到了不同灌水流量下土壤水分运动规律。模拟所得土壤含水率与室内试验结果较接近,相对误差不超过12%。根据模拟结果分析涌泉根灌条件下土壤水分运动规律,分析了流量对湿润锋运移速率、最大水平扩散半径的影响。结果表明,土壤水分运动特征值随着流量的增大而变大,幅度随着时间的推移而减小,湿润体的最大水平扩散半径位置在孔洞底部以下5cm处;同一点处,随着灌水器流量的增大,湿润锋到达该点的时间越短,土壤含水率越大,增加的速率越快。

烧结法赤泥脱碱过程

采用适当的工艺流程对烧结法赤泥进行脱碱处理．研究了脱碱剂用量、赤泥粒度、液－固比、温度、时间对脱碱结果的影响．结果表明：使用该脱碱工艺，可使脱碱后赤泥中碱含量１％．

原位聚合法制备纳米氧化铬-聚吡咯复合材料

用沉淀法制备了纳米氧化铬(Cr_2O_3)粉体,对纳米Cr_2O_3粉体进行表面改性,使其均匀分散到吡咯单体中,采用原位聚合法制备了纳米Cr_2O_3/聚吡咯(PPy)复合材料。对合成的材料用X射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)和透射电镜(TEM)等方法进行了表征。结果表明:PPy成功包覆在Cr_2O_3表面,形成了纳米Cr_2O_3/PPy复合材料。