负泊松比手性结构圆薄板的参数设计

薄膜张紧在曲线边界上必然产生反枕效应,这会降低网状可展开天线的型面精度。为了减少影响,通常采用增加径向肋或者网面牵引索等措施,但这些方法会增加可展开天线的复杂程度。王一鸣、黄鹏飞提出了一种弱刚度复合膜,通过调整厚度使其具有一定的弯曲刚度降低反枕效应的影响,但厚度的增加会增加天线的质量。根据薄板的弯曲刚度方程可知,为了在不改变材料厚度的情况下改变弯曲刚度,通过调节材料的泊松比可以达到这个目的。文章利用等效法计算了伞天线反射面形成时两肋间材料需要施加的位移;将天线反射面等效为薄板,计算了在此位移下为消除反枕效应圆薄板所需的弯曲刚度;选取了合适的负泊松比结构,即手性结构,计算了为实现这一弯曲刚度所需的手性结构胞元的几何参数;最后,利用有限元对胞元进行强度校核,以保证设计的手性结构能满足后续实验加载需求。

具有手性结构的新型超导体制成

据报道,日本东京都立大学研究人员通过混合两种材料,创造了一种具有手性晶体结构的新型超导体。新的铂—铱—锆化合物在2.2 K温度以下转变为超导体,使用X射线衍射可观察到其具有手性晶体结构。该技术方案有望加速对新型奇异超导材料的发现和理解。相关论文发表在最新一期《美国化学会杂志》上。科学家希望了解超导材料的奇异性质如何从其结构中产生,以及如何控制结构以获得理想的特性。

新型缓冲吸能装置手性结构吸能特性对比分析

为改善采掘扰动及冲击地压对超前液压支架的冲击破坏作用,有效提升支护设备服役寿命,设计了一种新型缓冲吸能装置,作为一种独立设计的模块化单元,该种吸能装置通过螺栓安装在超前液压支架顶梁上端面,能够有效缓冲来压峰值,为液压支架安全阀的开启提供充足缓冲时间,极大程度地减少了液压支架立柱弯曲、断裂甚至爆缸现象的发生。文中重点对核心吸能体的结构参数及材质属性开展了相关研究,对比分析了6种不同材质手性蜂窝结构的变形响应特性、缓冲特性及吸能特性,结果表明:①相同冲击载荷工况下,橡胶材质三韧带结构压缩变形量最大,为172.1 mm,而尼龙材质六韧带结构压缩变形量最小,为5.83 mm;②经尼龙材质六韧带结构缓冲后的来压峰值最大,为2148 kN,缓冲时间为20 ms,而经橡胶材质六韧带结构缓冲后的来压峰值最小,为147 kN,缓冲时间为209 ms,远大于液压支架安全阀60 ms的动态响应时间,满足安全阀正常开启的基本要求;③橡胶材质和尼龙材质的吸能峰值近似,均为10^(4)J,相比其他工况而言,橡胶材质六韧带手性结构的吸能区间呈现为平缓的山峰状,有效吸能区间范围更大,吸能效果更佳,吸能缓冲时间更长。综合评估可知,橡胶材质六韧带手性结构具有较好的缓冲吸能效果,且结构变形较小,满足预期指标及煤矿现场的具体工况需求。

六韧带手性结构的能带特性

针对中低频段,基于周期结构的Bloch定理以及有限元理论,对六韧带手性胞元的频散特性进行了研究,得到了胞元的能带结构.同时分析了胞元的几何参数与节点填充材料对手性结构能带的影响.结果表明,当振动频率处于带隙范围内时,手性结构具有良好的衰减特性;几何参数对低频带隙有很大的影响,合适的参数可以使结构在特定频率出现带隙;而填充材料的加入可使结构在更低的频率产生带隙.这些研究结果将有助于指导手性结构在工程中的应用.

两种手性结构覆盖层的隔声量计算与声管试验研究

开展两韧带手性结构以及多层四韧带手性结构覆盖层的隔声量理论计算和仿真分析,探讨手性结构隔声机理。制备两韧带手性结构以及多层四韧带手性结构试验件,对其开展声管试验研究,探讨手性覆盖层橡胶材料硬度参数、手性结构周期尺寸和周期数目、有无手性结构以及手性结构节点中有无散射子等对隔声效果的影响。

三韧带手性结构的振动带隙特性

近年来,手性结构因其独特的几何形状和结构性能,而备受关注。Bloch定理被广泛应用于周期结构的研究之中,使用该方法对三韧带手性胞元的能带特性进行分析,并通过对手性结构模型的数值仿真,验证该方法的高效和正确性。结果显示,当振动频率处于结构的带隙范围内时,手性结构具有良好的振动衰减特性。由此进一步对手性胞元的几何形状进行参数研究,分析其对带隙的分布的影响,从而得到结论,适当地选择几何参数可以调节带隙的出现频率。

各向同性材料的手性结构加工

微尺度的手性结构具有特殊的光学性质，在研究圆二色性和旋光色散等方面具有重要意义。最近的研究证明，涡旋光有助于在微纳尺度上高效率地加工手性结构。涡旋光是一种具有螺旋相位波前和“甜甜圈”形强度分布的结构光束，已被用于在金属中加工手型结构或者在各向异性偏振依赖的偶氮苯聚合物中制造螺旋图案。但在各向同性聚合物中，目前仅能典型地得到不具有手性特征的圆筒状几何结构。

金纳米团簇的本征手性结构获得确认

金团簇除了本身具有各种物理化学性能外，还可以实现进一步的组装、功能化、器件化，有望兼备纳米材料与分子材料的特性．它作为一类重要的团簇体系，在催化、传感、生物医药等方面具有广泛的应用，受到科学家们的广泛关注．

用三维虚拟技术突破手性结构的教学瓶颈--以α-石英的手性结构为例

针对中学化学“物质结构与性质”模块3个版本教材中有关石英结构的二维图形不利于教学的局限性,利用“晶体学开放数据库”数据制作α-石英晶体结构三维虚拟模型,借助三维虚拟技术强大的交互功能全方位探索α-石英的空间结构,展示α-石英独特的大半径双螺旋手性结构,揭秘其旋光性的原因。教学实践表明,利用三维虚拟技术拓展中学结构教学的广度和深度是可行的。

多层级手性结构生物丝束力学性能的理论模拟

高度有序的多层级手性结构赋予肌腱、韧带和植物卷须等生物丝束优异的力学性能.然而,多层级手性结构如何影响丝束的力学性能尚不清楚.本文建立了具有自相似多层级手性结构的生物丝束的理论模型.基于此模型,研究了丝束载荷传递机制、材料手性和手性组装形式及结构层级数对生物丝束的模量、刚度等力学性能的影响.结果表明,丝束的力学性能显著依赖于纤维的材料手性和多层级手性结构.材料手性可以使纤维更加柔软,多层级手性结构使丝束能够承受大的拉伸变形.此工作不仅加深了对生物丝束结构-性能关系的理解,还有助于人造肌肉和柔性致动器、传感器等的设计.

纳米晶纤维素组装的手性介孔材料及其对手性药物的分离

纤维素纳米晶体(CNC)是由硫酸催化的纤维素水解制备的,根据纤维素的来源和水解条件,纳米晶体的直径约为5~15 nm,长度约为100~300 nm。CNC在水中可以形成具有手性向列型结构的液晶相。当干燥成固体薄膜时,CNC保持螺旋手性向列顺序并组装成层状结构。在CNC自组装过程中,可以添加溶胶-凝胶前体,如Si(OMe)_(4)。随着溶剂的蒸发,这些前体会发生水解和缩合,从而形成手性向列相二氧化硅/CNC复合材料。复合材料在空气中煅烧破坏纤维素模板,留下高表面积手性向列结构的介孔二氧化硅膜。此外,有机二氧化硅或二氧化钛薄膜也采用类似的方法得到。这些薄膜可用作滤光片、反射器和薄膜。最重要的是,合成的手性介孔二氧化硅可用作手性色谱固定相材料分离手性药物。结果显示,手性分离的效果显著,为CNC开发手性新材料提供了新方法。

手性超结构隔振器浮置板轨道系统减振特性研究

针对地铁列车引起的环境振动问题,该研究基于局域共振机理提出了一种具有拉压-扭转特性的手性超结构隔振器,并建立振动传递特性有限元模型与车辆—轨道—基底耦合动力学数值模型,从频响特征与动力响应的角度研究了使用手性超结构隔振器浮置板轨道系统的减振性能,进而研究浮置板垂向位移减小情况。结果表明:手性超结构隔振器的等效垂向刚度主要受支撑杆控制;衰减域的起始频率受软材料包覆层的影响;手性超结构隔振器浮置板轨道在保留钢弹簧浮置板轨道原有减振效果的同时,还增加了对特定频段振动传递的衰减效果,但在衰减域外产生了一个共振峰,通过在结构中设置阻尼可以减小共振峰的影响;手性超结构隔振器浮置板轨道系统可以更有效地控制地铁列车荷载激励所引起的浮置板垂向位移,其对位移的减小效果可达11.5%。

基于响应面模型的手性超结构固有频率灵敏度分析及多目标优化

韧带型手性超结构是新型的负泊松比缓冲减震材料,四韧带手性结构是其中结构较为简单且减震效果较好的一种。但振动在衰减的过程中,材料过低的固有频率极容易产生低频共振,造成结构破坏。因此减震性能要求材料尽可能实现轻量化的同时提高其固有频率。降低质量和提高固有频率两个目标具有一定冲突,需要对四韧带手性结构进行结构参数多目标优化,获得最优的结构参数组合。通过有限元分析和中心复合试验设计方法(CCD)构建出四韧带型手性超结构关于质量和固有频率的响应面代理模型。基于响应面代理模型计算出手性超结构各重要参数的灵敏度数值,获得对固有频率和质量影响较大的结构参数。最后以高灵敏度响应的结构参数作为优化变量,固有频率和质量作为优化目标,运用优化设计方法和多目标遗传算法计算出四韧带型手性超结构参数的最优解。基于响应面模型的多目标优化设计方法为减震降噪的新材料的优化提供了设计思路和参考。

聚乙二醇/纤维素纳米晶体复合液晶薄膜微观结构及湿度响应行为

【目的】探索聚乙二醇(PEG)对纤维素纳米晶体(CNC)液晶薄膜湿度响应的影响,阐明其响应机制,旨在为开发低成本、可重复使用和高灵敏度的PEG/CNC复合薄膜湿度传感器提供理论基础。【方法】将CNC与PEG共组装,制备了一种具有湿度响应性能的虹彩色手性向列相光子液晶薄膜,系统考察了PEG质量分数对液晶薄膜的微观结构、显色、力学性能及湿度响应的影响,在此基础上,研究了PEG/CNC复合液晶薄膜在不同湿度条件下的响应循环性能。【结果】对于纯CNC体系,CNC质量分数由3%增加到7%,CNC液晶薄膜的螺距减小,最大反射光波长由596.5 nm蓝移至511.0 nm;对于添加PEG的CNC体系,随着PEG质量分数的增加,PEG/CNC复合液晶薄膜的螺距由394.0 nm减小到244.0 nm,最大反射光波长由613.5 nm蓝移至350.5 nm,韧性先提升后下降,PEG质量分数为5%时为最佳,断裂能为31.9 J·m^(-2),较纯CNC薄膜提升了138%;液晶薄膜经过5次吸湿-解湿,表现出良好的湿度响应重复性,平衡波长的变化率小于0.6%。【结论】制备了一种对湿度具有敏感响应的虹彩色光子PEG/CNC复合液晶薄膜,PEG可以调控复合薄膜螺距,起到调节结构色的作用。

韧带结构对手性超材料弹性波传播带隙的影响

针对手性周期结构超材料,重点研究材料内部微结构韧带的动态特性对手性超材料中弹性波传播带隙的影响。建立了考虑韧带与节点环之间弹性联接的韧带固有频率的计算模型,在此基础上,探索弹性波在手性周期结构超材料中传播带隙的形成机理及其与韧带性能参数和尺寸之间的关联。结果表明,手性结构中弹性支承韧带的频率比其简化为两端固支的要低,韧带越短,对弹性支承特性越敏感;超材料中少数韧带振动的局部化导致的能量耗散是抑制弹性波传播的根源,通过改变韧带的联接弹性和质量分布可以实现对超材料中弹性波传播特性的主动调控。

基于手性特征可调力学参数结构设计方法研究

针对航天航空及生物医学等领域对可变力学参数材料结构的需求,通过细观结构设计研究了实现材料宏观力学参数可调的方法。首先对可实现多种变形形式的四阶与反四阶手性负泊松比二维结构进行了不同组合;再基于能量原理理论研究了组成结构的平面弹性响应,得到理论表达式并分析了基元微结构构型变化及宏观力学响应的变化规律,进而探索变力学参数材料结构的设计方法。结果表明:手性特征的引入是实现力学参数可调的有效方法,通过改变表征手性特征的微结构参数,可以实现结构宏观力学参数的主动调控。在此基础上,通过对不同基元进行随机组合,得到了可以满足刚度动态可调的结构。本文提出的变刚度结构设计理论及方法可为变力学参数结构设计提供相应的理论依据及设计参考,对航空航天及生物医学等领域的各种变力学参数元器件的设计及应用具有一定的指导意义。

韧带型手性结构固有频率优化

对具有负泊松比的六韧带手性结构的动力性能进行了研究。以提高韧带手性结构胞元结构刚度为目标,建立基于固有频率参数的优化模型。通过定义不同阶次固有频率对应的权重系数,实现了固有频率参数的归一化。选择韧带手性结构胞元的韧带厚度、圆环壁厚两个参数为优化变量,建立了结构优化方程。最后,应用遗传算法(GA)对韧带手性结构进行优化。结果表明,优化后其前几阶固有频率明显提高,为减振降噪新材料的设计与应用提供了参考。

真空沉积TCNQ薄膜的手性分形结构

The unique two dimensional chiral “seahorse” like fractal aggregates of pure tetracyanoquinodimethane (TCNQ) and PANI TCNQ complex thin films,deposited by vacuum evaporation,were observed and reported.The influence of some experimental factors,such as electrostatic field,substrates and deposition rate,on the fractal pattern formation was discussed in detail.It was found that the electrostatic effects,induced by charged particles,do not play a crucial role in the pattern growth process.We suggest that the key to the formation of the patterns lies in the special molecular structure and the unique process of the crystal growth of TCNQ thin films,and a new growth model was proposed.

大直径半导体碳纳米管手性结构实现宏量分离

从概念上讲,碳纳米管是由石墨烯卷曲形成的一维管状分子,它不仅具有石墨烯优异的力学、热学性能以及极高的载流子迁移率等特点,而且具有结构可调的能隙结构,表现出优异的电子以及光电子特性[1],是制备高速、低功耗、高集成度电子和光电子集成回路的理想材料。相对于传统的Si基半导体器件,碳纳米管电子器件的能效能够提高一个数量级以上,

1-[4-(二甲氨基)苯亚甲基氨基]-4-苯基硫脲的合成及手性晶体结构

对二甲氨基苯甲醛和苯基氨基硫脲缩合反应生成1-[4-(二甲氨基)苯亚甲基氨基]-4-苯基硫脲{1-[4-(dimethyl-amino)benzylidene]-4-phenylthiosemicarbazide},并从溶液中析出手性晶体.元素分析、红外光谱、紫外光谱、核磁谱、质谱和X射线衍射测定其组成和结构.晶体属正交晶系,P212121空间群,a=0.77038(14)nm,b=1.1428(2)nm,c=1.6726(3)nm,V=1.4726(5)nm3,Z=4,Dc=1.346g/cm3,F(000)=632,μ=0.219mm-1,可观测点精修最终偏离因子:R=0.0407,wR=0.1157.化合物的晶体结构和固态圆二色谱表明化合物在结晶过程中发生单一对映体的手性堆积.