比表面及孔径分析实验中培养学生利用物理化学知识分析问题的能力

物理化学是化学与化工等专业必修的专业基础课程,然而该课程具有理论内容多、概念抽象难懂、公式复杂易混等特点,因此学生学习起来非常困难。比表面及孔径分析仪是应用极其广泛的现代分析仪器,其使用过程中包含大量物理化学基础知识。因此借助比表面及孔径分析实验,引导学生利用开尔文公式、自由度、理想气体状态方程等物理化学知识解释仪器的工作原理,从而达到提高学生利用物理化学知识分析实际问题的能力。

两个含5-溴水杨酸钠(Ⅰ)/镉(Ⅱ)配合物的合成、晶体结构、Hirshfeld表面分析与抑菌活性

由5-溴水杨酸(H_(2)BBA)合成了钠/镉配合物[Na(HBBA)]_(n) (1)和[Cd(HBBA)_(2)(4,4′-Bipy)]_(n) (2)(H_(2)BBA=5-溴水杨酸,4,4′-Bipy=4,4′-联吡啶)。通过元素分析、红外光谱、热重、粉末X射线衍射和单晶X射线衍射表征了其结构。配合物1的不对称单元中有1个钠离子和1个HBBA-。钠离子是六配位的三棱柱构型,HBBA-配体的3个氧原子分别与2个钠离子配位,连接相邻的钠离子形成了3条一维链结构,HBBA-配体连接相邻的3条一维链形成了二维网络结构。分子间氢键连接相邻的二维网络结构形成了三维氢键网络结构。配合物2中有1个镉离子、2个HBBA-和1个4,4′-Bipy。镉离子是六配位的扭曲八面体构型,4,4′-Bipy配体连接相邻的2个镉离子形成了一维链结构。分子间氢键连接相邻的一维链结构形成了三维氢键网络结构。通过Hirshfeld表面和指纹图分析了配合物晶体中的弱分子间作用力。详细研究了配合物1和2的热稳定性和抑菌活性。

三例基于5-(二甲基氨基)间苯二甲酸的锌(Ⅱ)/铜(Ⅱ)配合物的合成、晶体结构、Hirshfeld表面分析和荧光性质

利用配体5-(二甲基氨基)间苯二甲酸(H_(2)dia)和咪唑(mdz)分别与锌(Ⅱ)和铜(Ⅱ)金属盐反应,制备了3例过渡金属配合物[Zn(dia)(mdz)_(2)]·2H_(2)O(1)、[Cu(dia)(mdz)_(2)(DMF)](2)和[Cu(dia)(mdz)_(2)]·H_(2)O(3)。利用单晶X射线衍射、元素分析、红外光谱、热重和Hirshfeld表面分析对其进行了结构表征。结果表明配合物1和2为一维线状链,1中每个四配位的Zn(Ⅱ)处于变形四面体中心,2中Cu(Ⅱ)中心拥有五配位的三角双锥几何构型。改变合成溶剂条件得到锯齿形一维链状配合物3,其四配位Cu(Ⅱ)中心展现出对称平面四边形构型。上述结果说明,金属离子几何构型以及合成溶剂可能对配合物结构具有重要影响。丰富的分子间氢键帮助3例配合物形成稳定的三维超分子结构。热重分析表明,3例配合物均具有良好的热稳定性。固体荧光分析表明配合物1具有较强荧光性,而配合物2和3荧光强度均远低于配体。

一种新型席夫碱十核铜簇合物的合成、结构、磁性以及Hirshfeld表面分析

通过常温微反应瓶法获得一个新型十核铜配位簇合物{[Cu_(10)(L)_(8)(CH_(3)COO)_(2)(μ_(3)-OH)_(2)]·(DMF)·(H_(2)O)_(2)}(1,H2L=3-氨基-1,2,4-三氮唑缩3-乙氧基水杨醛席夫碱),并对这个簇合物进行了一系列性质表征,如元素分析、热重分析、红外光谱和单晶X射线衍射等;研究了该簇合物的磁性,结果表明分子内铜离子之间成反铁磁相互作用;通过Hirshfeld表面分析和二维指纹图谱分析该簇合物分子间的相互作用力,结果表明H…H、C…H相互作用是分子间主要的相互作用力,分别占总作用力的51.5%和17.0%。

基于表面显微分析技术的古代纸张纤维组成无损鉴别方法浅述

古纸样本纤维组成的分析鉴别是文物保护与修复的基础和关键。目前已有的鉴别方法主要有显微分析法、热裂解气相色谱质谱联用法和傅里叶变换红外光谱法。使用光学显微镜直接观察纸张表面过去常用于分析古纸加工的特征,无法鉴别纤维的组成。本研究通过调整光学显微镜的照明模式、光照角度,在不同放大倍数下观察纸张表面的纤维形态、尺寸、纹理、细胞腔形态以及杂细胞、非细胞类杂质的形态特征,实现了完全无损的古纸样本纤维组成多角度综合鉴别分析,并以3种古纸样品的分析过程为例展示其鉴别过程。

新型铁合物的合成、晶体结构以及Hirshfeld表面分析

采用溶剂热法合成了两个结构新颖的铁配合物[Fe_(2)(L^(1'))_(2)(DMSO)_(2)]·DMSO·C_(4)H_(10)S_(2)(1)(H3L^(1')=(E)-2,4-二氯-6-((4-((3,5-二氯-2-羟基苯亚甲基))-氨基)-4H-1,2,4-三唑-3-基)(羟基)甲基)苯酚,DMSO=二甲基亚砜,C_(4)H_(10)S_(2)=1,3-二甲基-1λ4,3λ4-二硫双环[1.1.0]丁烷)和[Fe_(2)(L^(2'))_(2)(DMSO)_(2)]·DMSO·C_(4)H_(10)S_(2)(2)(H_(3)L^(2')=(E)-2,4-二溴-6-((4-((3,5-二溴-2-羟基苯亚甲基))-氨基)-4H-1,2,4-三唑-3-基)(羟基)甲基)苯酚)。并通过元素分析和单晶X射线衍射进行表征,配合物1和配合物2结构相似,均属于三斜晶系,Pī空间群,两配合物均通过苄位羟基桥连形成双核铁配合物。Hirshfeld表面分析表明,配合物1和配合物2分子间主要相互作用力为X…H(X为Br或Cl)。

离子型配体构筑的Cd(Ⅱ)荧光配合物及Hirshfeld表面分析

采用4-羧基-1(-3-羧基苄基)吡啶-1-鎓氯化物(H_(2)LCl)作为有机配体,利用常温挥发法,在室温下与Cd^(2+)自组装构筑了一例结构新颖的配合物{[Cd_(2)(L)_(2)Cl_(2)(H_(2)O)4]·3H_(2)O}(配合物1)。通过单晶X射线衍射、Hirshfeld表面与二维指纹图、粉末X射线衍射、热重及固体荧光对配合物1的结构和性质进行了表征。研究表明,该配合物结晶于单斜晶系P21/c空间群,双Cd^(2+)金属中心分别通过完全去质子化的配体连接,形成了两条呈镜面对称的“S”形双链结构。丰富的分子间作用力如O…H氢键和π…π相互作用等帮助配合物形成了稳定的三维超分子结构。热重分析表明,配合物具有良好的热稳定性。此外,室温荧光测试表明配合物1具有较好的荧光发光能力。

6013铝合金产品表面线纹、异色缺陷成因分析

通过分析产品化学成分、维氏硬度、金相组织,进行SEM形貌观察和EDS成分分析,探究了6013铝合金产品表面线纹、异色缺陷的成因。结果表明,线纹缺陷主要是含Fe化合物及铝钛硼细化剂夹杂经挤压拉伸形成的条带状缺陷,异色缺陷主要由产品中Si、Mn、Mg元素成分及热处理工艺差异导致。故在产品生产中,需注意控制原材料Fe元素,合理使用细化剂并选择适当的热处理工艺,可进一步优化产品表面质量,保证产品表面质量的稳定。

基于轴承毛坯表面分析的磨削材料去除率模型与应用实验

目的 在轴承套圈磨削加工中,传统基于动力学模型建立的磨削材料去除率模型仅考虑了磨削工件-砂轮-机床三者的弹性变形,未考虑毛坯零件表面不规则变形对模型的影响,导致传统理论模型在实际磨削应用中的效果不佳。针对此问题,基于轴承套圈毛坯表面形状分析建立了新的磨削材料去除率模型,并进行了应用实验。方法 基于轴承套圈毛坯零件表面形状的工艺研究,针对粗磨阶段毛坯零件表面不规则形状和弹性变形对磨削加工及产品质量的影响,建立不同偏心圆数量的轴承套圈结构分析方法,并提出一种以分段函数形式的磨削材料去除率模型,该模型充分考虑了轴承套圈毛坯零件表面不规则变形和偏心圆形状对磨削材料去除的影响,可有效反映轴承套圈实际材料磨削去除过程。最后,通过大量实验对所建的分段函数形式的磨削材料去除率模型进行应用实验研究。结果 与传统磨削材料去除率模型GPSM相比,所建的以分段函数形式的磨削材料去除率模型MMRG的准确率提高了96%以上,该模型可有效在线量化分析毛坯表面不规则大小及偏心圆结构。结论 该模型对指导毛坯零件制造,保证磨削加工质量和磨削加工效率有着重要的理论指导意义。

XPS表面分析技术在生物医用金属材料研究中的应用

利用先进表征技术对生物医用金属材料的表面性质进行分析,并揭示其表界面与机体的相互作用机理至关重要。X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)作为一种强有力的表面分析技术,可以高灵敏度、高分辨率地对材料表面元素种类和价态进行定性、半定量分析,并能结合离子束溅射、角分辨深度剖析获得材料表面层的纵深分布信息,已被广泛应用于生物医用金属材料研究。基于此,首先介绍了XPS的原理和特点;其次,根据生物医用金属材料的分类和研究领域,重点探讨了XPS表面分析技术在医用不锈钢、医用钴基合金、医用钛及其合金、医用镁合金的设计制造、表面改性及表界面表征等方面的应用;再次,通过总结上述工作的优势与不足,进一步阐明了XPS表面分析技术在小面积、化学成像、角分辨、原位测试、价带谱、同步辐射激发源等多种功能方面的应用潜力;最后,对XPS技术助力新型生物医用金属材料的开发和应用提出了展望和建议。

比表面和孔隙度分析仪管理的探索和实践

比表面积和孔隙率分析仪可以测试样品的比表面积和孔径分布范围,是材料表征的一种重要技术。江苏大学材料科学与工程学院实验中心配置了一台Nova 3000e比表面积和孔隙率分析仪,本文结合该仪器的特点和这几年来实际运行过程中出现的各类问题,提出了一些建议和改进的措施,以利于设备管理更加的科学合理,从而能够充分发挥该仪器在人才培养和科研测试的作用。

乳酸配合物(NH_(4))_(2)[Sr(C3H_(5)O_(3))_(4)]的晶体结构、Hirshfeld表面分析和溶液化学性质

合成了无水乳酸配合物(NH_(4))_(2)[Sr(C3H_(5)O_(3))4]。用X射线单晶衍射仪对该配合物的晶体结构进行了表征,确定了其组成、空间结构和配位方式。绘制了配合物的Hirshfeld表面和2D指纹图,揭示了分子间的相互作用以及该配合物具有多个配位位点和较强的配位活性。根据相关的晶体数据计算出了该配合物的晶格能及其对应阴离子的摩尔体积,计算得到该配合物的晶格能为2742.9 kJ·mol^(-1)。用等温环境反应-溶解量热计测量了该配合物在298 K超纯水溶剂中的溶解焓。根据Pitzer电解质溶液理论,在298 K下获得了该配合物的无限稀释摩尔溶解焓Δs H∞m和Pitzer参数,确定该配合物的Δs H∞m为(114.01±0.04)kJ·mol^(-1)。计算了该配合物的表观相对摩尔焓(ΦL)以及不同浓度下溶质和溶剂的相对偏摩尔焓(■和■)。最后,根据晶格能和Δs H∞m设计了热化学循环,并计算出了阴离子的水合焓值。热重和微商热重曲线进一步揭示了该配合物的结构。

盐酸安非他酮多晶型分子间相互作用分析研究

以多晶型药物盐酸安非他酮为模型药物,探讨晶体结构和分子间相互作用对稳定性影响。对四种晶型从分子构象、分子间氢键等进行了详细比较;利用CrystalExplorer软件中Hirshfeld表面和能量框架模块,从理论上系统地分析了四种晶型中分子间作用方式和作用能的大小。结果显示室温下最稳定的晶型KUMCAX01具有更稳定的分子构象,更高的堆积指数,Cl…H、O…H等较强分子间作用力贡献比例更大,与周围离子总相互作用能更高,为深刻理解多晶型药物晶体构造差异对稳定性的影响提供一定理论依据。

基于表面形态学分析和基于体素形态学分析在“MRI阴性”儿童及青少年额叶癫痫中的应用

目的应用基于表面形态学分析(surface-based morphometry,SBM)和基于体素形态学分析(voxel-based morphometry,VBM)两种方法对MRI阴性的儿童及青少年额叶癫痫全脑区形态学进行测量,探讨儿童及青少年额叶癫痫患者脑微结构改变的形态学特征,分析脑微结构改变的脑区与病程、智商(intelligence quotient,IQ)之间的相关性。材料与方法纳入在我院神经内科及儿科就诊的儿童及青少年癫痫患者,癫痫患儿的诊断需要满足2017年国际抗癫痫联盟(International League Against Epilepsy,ILAE)制定的诊断标准,根据患儿的病史、脑电图分析及临床症状等挑选出额叶癫痫患者作为病例组。同期招募健康患儿作为对照组。须详细记录研究组和对照组的临床信息。分别对两组被试行MRI检查,获取高分辨率3D-T1WI结构像数据、T2液体衰减反转恢复(T2 fluid attenuated inversion recovery,T2-FLAIR)序列扫描数据等。病例组被试于检查3天内采用中国-韦氏儿童智力量表行智力测试。SBM、VBM分别采用FreeSurfer软件和VBM软件对所有被试进行脑形态学分析,采用SPSS 23.0分析MRI阴性额叶癫痫患儿形态学改变的脑区与病程、IQ之间的相关性,比较FreeSurfer、VBM两种分析软件所得异常脑区的异同。结果两组被试的性别、年龄、受教育年限差异无统计学意义(P>0.05);与对照组相比,SBM分析结果显示病例组存在异常脑区:左侧大脑皮层的额极、额上回、中央后回和右侧大脑皮层梭状回、额中回、额下回以及双侧颞上回表面面积缩小(P<0.05),左侧大脑皮层中央前回、右侧大脑皮层的楔前叶和额叶上、中、下回皮层楔前叶以及双侧颞上回体积减小(P<0.05);VBM分析结果显示病例组的左侧颞下回和右侧屏状核、额中回以及双侧中央后回灰质体积减小(P<0.05),异常脑区与病程、IQ无显著相关性(P<0.05)。结论SBM、VBM分析方法均能发现儿童及青少年额叶癫痫患者脑形态异常的脑区,且SBM较VBM分析提取的异常脑区更多;两种分析方法均有额中回、中央后回的形态学改变;儿童及青少年额叶癫痫患者脑区异常的改变主要累及额叶及周围脑区。

钛铝高温氧化表面分析

将 5种铸态 Ti Al置于 70 0℃～ 10 0 0℃静止空气中断续氧化 10 0 h。采用 XRD和SEM/ EDS分析技术 ,观察分析了 Ti Al氧化后的表面形貌、相组成及分布状况。结果表明 :氧化产物主要为金红石型 R- Ti O2 和刚玉型α - Al2 O3;低温、短时氧化时 ,氧化产物呈混合形式存在 ;高温、长时氧化时 ,在混合氧化物之外易形成纯 R- Ti O2

纳米Cu添加剂润滑摩擦表面分析

利用T-11摩擦磨损实验机进行了用纳米铜添加剂润滑的摩擦磨损实验,利用光学显微镜和扫描电镜对摩擦表面进行了形貌分析,利用能谱仪进行了磨痕表面元素分析。结果表明,磨痕表面形成了富含Cu元素的表面膜,静止上试样的磨痕表面比运动的下试样表面形成的薄膜厚,在摩擦表面有原始微损伤(磨削沟槽)的部位边缘有明显的Cu元素沉积,而在沟槽的底部没有Cu元素。分析认为摩擦使得表面金属活化,不断产生新鲜金属表面,有利于润滑剂中的纳米Cu与金属结合形成表面膜。

2种异烟肼共晶的结构分析及Hirshfeld表面分析

目的制备异烟肼-丙二酸和异烟肼-戊二酸2种共晶化合物,并分析其共晶形成机制及分子间作用力。方法采用单晶X射线衍射法获得2种共晶三维立体结构,采用Hirshfeld表面分析法对其各自分子间氢键作用力进行分析。结果异烟肼-丙二酸以1∶0.5的化学计量比形成共晶,异烟肼-戊二酸以1∶1的化学计量比形成共晶,2种共晶通过氢键及范德华力维持其在空间的稳定排列。结论异烟肼分子中存在吡啶环、酰肼基团,易与含羧基化合物形成氢键,采用Hirshfeld表面分析法能够更加直观、清晰地揭示晶体结构中分子间相互作用。

用表面分析的方法研究复合缓蚀剂在天然海水中的缓蚀阻垢机理

通过EDS,XPS和SEM分析方法,探讨了海水中,复合缓蚀剂钼酸盐+有机膦酸盐+聚环氧琥珀酸+锌离子在碳钢表面的缓蚀阻垢协同作用机理。EDS分析表明,碳钢试片在空白海水中与在添加了缓蚀剂的海水中相比,表面Fe元素含量由62.68%增加到96.80%,而钙元素含量由34.56%降低到0.10%,说明缓蚀剂减缓了垢下引起的缝隙腐蚀。XPS分析表明,添加复合缓蚀剂使得金属表面铁氧化物膜的覆盖率更高,更为致密,而且试片表面没有发现钙,与EDS的测试结果一致。SEM分析表明,添加复合缓蚀剂浸泡后,试片没有腐蚀痕迹和新试片存在的机械划痕,碳酸钙由浸泡前的稳定方解石变为不稳定的分散状结晶体球霰石。

纤维的表面性能及表面分析技术

阐述了纤维表面性能的重要性,并主要介绍了扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)、激光共聚焦扫描显微镜(CLSM)、X射线光电子能谱(XPS)、二次离子质谱(SIMS)等现代表面分析技术及其在制浆造纸研究中的应用。

分形理论在材料磨损表面分析中的应用

随着分形理论的完善与发展,其在材料科学中的应用日益广泛。在材料的磨损中,分形理论也显示出其优越性。本文主要综述了分形理论在材料磨损表面分析中的应用。