基于三周期极小曲面晶胞梯度支架的设计及力学性能

背景:现阶段骨软骨一体化支架的弹性模量与天然骨软骨相差较大,植入人体后会引起应力遮蔽现象,从而导致植入物松动变形,影响骨软骨组织修复。轴向三周期极小曲面晶胞梯度支架可与人体骨软骨组织孔隙率及弹性模量相匹配,为骨软骨支架设计提供一种新的思路。目的:研究不同晶胞种类和孔径结构对晶胞梯度支架力学性能的影响。方法:使用Gyroid(G)型、Diamond(D)型Primitive(P)型3种基础晶胞,通过三周期极小曲面数学建模,在梯度区域使用不同尺寸、不同种类晶胞,共计构建6种晶胞梯度支架(G-2P-4D、P-2D-4G、D-2P-4D、G-2D-4P、P-2G-4D、D-2G-4P),进行力学实验及仿真模拟实验,评估支架的力学性能,通过计算流体动力学仿真得到了支架内流体的流动性能参数。结果与结论:有限元力学仿真和轴向压缩实验表明,P-2G-4D型与P-2D-4G型梯度支架的弹性模量相较高,分别为148.67 MPa和152.1 MPa,能够承受较高的轴向载荷,提高植入物的力学稳态;D-2P-4G型梯度支架应力分布最为均匀,可有效减少应力集中,使得连接函数区域均能够有效传递应力,减少应力遮蔽;G-2D-4P型梯度支架流动速率变化最小,为0.10-0.48 mm/s,渗透率较高,有利于植入后体液在支架内部流动。基于三周期极小曲面的晶胞梯度支架设计为骨软骨支架设计提供了新思路,仿真分析结果也为支架植入人体后的骨整合预测提供了参考。

核心素养导向下的ADDIE模型在晶胞空间利用率的计算中的应用

基于ADDIE模型,选取“晶胞空间利用率的计算”为例设计核心素养导向的课堂教学,以探究典型晶胞空间利用率的计算为任务,构建“情境线—任务线—活动线—评价线—素养线”五线并行的教学流程,围绕教学任务,设置教学情境和层层推进的教学活动,评价学生在学习过程中的能力发展情况,调整教学,促进学生的知识结构化、素养具体化,实现情境、知识、能力、素养之间的合理进阶,最终实现化学学科核心素养的螺旋式上升。

关注晶胞命题新动向,深度理解晶胞概念

晶胞是构成晶体结构与性质的基本单元.因而基于对晶胞结构的分析来研究晶体的某些性质,体现了宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知等化学核心素养.分析近几年的高考试题不难发现,对晶胞的考查主要集中在以四方晶胞为情境,考查化学式、配位数、晶胞参数、密度等必备知识.但为了命题的新颖性、灵活性、综合性,高考呈现了新的命题角度与考查角度,应予以关注.

基于数形结合的晶胞复习

晶胞是描述晶体结构的基本单元,这个基本结构单元通常是一个平行六面体。晶体中晶胞的排列是无隙并置的,“无隙”指的是相邻的晶胞之间共用顶角、共用棱、共用面。“并置”指的是从一个晶胞到另一个晶胞只需平移晶胞框架,无需任何转动。晶胞参数:3组棱长a、b、c;3组棱相互间的夹角α、β、γ(如图1所示),中学化学常见晶胞如图2所示。立方晶胞:a=b=c,α=β=γ=90°(只有1个晶胞参数a是可变动的)。

结构化学热点“晶胞计算”的几何解法

结构化学部分高考题目考查内容为:①核外电子排布,包括基态(激发态)原子电子排布式(或轨道表示式)、I1(第一电离能)、电负性、元素周期表及周期律等;②分子的结构与性质,共价键理论、杂化轨道理论、VSEPR(价层电子对互斥模型)分子空间构型、极性、分子间作用力等;③晶胞结构与性质,包括常见晶体的堆积方式、配位数、晶胞计算、晶体类型及性质比较等。这三个方面在高考题中呈现出“由易到难、层级递进”特点,晶体结构与性质部分相对而言难度较大。

晶体结构中一个高考新热点探析--晶胞中原子的投影及运用

在“物质结构与性质”的考查中,几乎年年都会遇到对晶胞结构的考查,该考查点能够较好地体现“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”等化学核心素养.近年来,随着新课标、新高考的逐步实施,我们研究高考试题可以发现,2023年的全国乙卷、浙江卷、湖北卷、海南卷,2022年的广东卷、湖南卷,2021年的湖北卷,2019年的全国新课标Ⅰ卷与新课标Ⅱ卷均涉及关于晶胞中原子的投影问题。

晶胞图中粒子位置的辨识

高中化学选择性必修2涉及的晶胞图主要有两类:晶胞示意图和晶胞投影图。辨识图中粒子的位置,需要较强的空间想象能力,是晶体结构教学的主要难点,有必要进行归纳总结,以期化难为易。一、类比迁移典型晶胞,确定粒子位置高中化学教学需要掌握五种典型晶胞的结构见表1。

山东蓬莱石家金矿床载金黄铁矿热电性、晶胞参数及其找矿意义

石家金矿床位于胶东中部蓬莱-栖霞成矿带北段,是一个赋存于中生代花岗岩中受构造带控制的石英脉型金矿床。由于多年开采,矿区浅部资源已近于枯竭,亟需向深部拓展找矿空间。黄铁矿是石家金矿床最常见的金属矿物,也是最重要的载金矿物,其标型特征对深部找矿预测具有十分重要的意义。文章对采自石家金矿床326号矿脉不同海拔标高主成矿阶段黄铁矿的热电性与晶胞参数进行了分析,结果表明:在-595~-165 m标高内,石家金矿床黄铁矿的热电导型以P型为主,占比约97.5%,表明目前揭露的矿体处于矿化系统的上部或顶部;热电系数(α)变化于-288.3~304.9μV/℃,较大的离散范围表明矿体垂向延伸较大;黄铁矿热电系数离散度为8%~68%,较低的离散度指示黄铁矿形成于较为稳定的条件之下,并且矿化程度较好;利用热电系数计算黄铁矿的形成温度集中于210~250℃,指示石家金矿床属于中温矿床;根据热电系数计算的矿体剥蚀率(γ)为25.5%~34.0%,表明矿体未遭受大规模的剥蚀,向下仍有较大延伸。黄铁矿晶胞参数a0介于0.5418~0.5422 nm,略大于理论值(0.54176 nm)。结合黄铁矿热电导型与前人研究,认为晶胞参数的变大可能与As类质同象替代S有关。综合分析认为,石家金矿床在-600 m以下的深部仍具有良好的找矿前景。

自制简易教具优化晶胞模型教学

通过自制简易教具,对晶胞“无隙并置”特点、晶胞中原子均摊份额等教学进行可视化改进,使抽象的晶胞结构具有了直观、清晰、易懂的优点。自制的教具材料易得,制作方法简单,课堂使用可操作性强,可用于一线中学化学课堂的演示实验或学生分组实验。

单元晶胞尺寸对晶格结构力学性能的影响

为了解具有晶格结构的先进轻质多功能材料的力学性能,以激光选区熔化制备的体心立方单元晶胞晶格结构为例,揭示了单元晶胞尺寸对晶格结构力学性能的影响规律。采用干重法测量晶格结构的质量,通过计算孔隙率确定了单元晶胞尺寸对孔隙率的影响规律;通过压缩实验、压-压疲劳实验及扫描电镜断口形貌图,分析了晶格结构力学性能的演化规律。实验结果表明:所有样品的实际孔隙率均低于设计值,当单元晶胞尺寸为2.5mm时,孔隙率的设计值与实际值偏差最大,为8.2%;当单元晶胞尺寸为7.5mm时,孔隙率的设计值与实际值偏差最小,为1.6%;当单元晶胞尺寸从2.5mm增加到7.5mm,晶格结构的压缩强度降低了41.96%,说明单元晶胞尺寸增加会导致晶格结构抵抗压缩变形的能力变小即塑性变差,断裂模式从塑性断裂向脆性断裂转变且疲劳循环次数减小。此外,单元晶胞尺寸较小时瞬断区断口主要由韧窝组成,而单元晶胞尺寸较大时,瞬断区表现为光滑的平面和少量的韧窝,说明晶格结构更脆。该研究结果可为晶格结构单元晶胞尺寸的设计和选择提供参考。

CuMgAl-LDH超分子材料的组装及其晶胞结构

以三水合硝酸铜和九水合硝酸铝为原材料,碳酸钠和碳酸氢钠组成的缓冲对为介质,碳酸钠为沉淀剂,采用水热法组装了CuMgAl-LDH超分子材料.研究表明,水热反应温度为155℃,反应时间为105 h时得到的CuMgAl-LDH晶体结构是最优的.CuMgAl-LDH样品的测试采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、N 2气比表面等温吸附、元素分析和热失重分析进行分析.计算了CuMgAl-LDH晶胞参数,结果如下:a=0.302 nm,c=2.411 nm,h=0.323 nm.并推导出CuMgAl-LDH超分子化学式为Cu 0.8 Mg 1.2 Al(OH)5CO 3·3H 2O.我们探究了各种化学制备条件,得出最优制备条件的各种参数,并研究了缓冲对在CuMgAl-LDH晶体生长中的作用.

纳米级蒙脱石晶胞参数计算与研究

从纳米材料应用的角度出发,以矿物晶体结构、晶体化学理论为基础,根据蒙脱石的晶胞参数、晶胞内原子排列的特点等,提出了蒙脱石最小纳米颗粒的假设。同时,通过有关纳米级蒙脱石颗粒所含的晶胞数、原子数、以及平行(001)面的表面原子数的计算,得到了相关蒙脱石纳米结构参数的表征,并结合纳米微粒的特性对其进行了简要的分析。

浅谈晶胞结构中原子坐标参数的确定方法

原子坐标是用于表示晶胞内部各粒子相对位置的参数,是对晶胞结构中原子位置的的数字化描述,能较好的体现晶胞中各粒子的相对位置。同时利用原子坐标可以从数学角度计算各原子间的距离,进而可以计算晶胞的体积及晶体的密度。一、晶胞中原子坐标参数的确定通常用矢量xa+yb+zc中x、y、z组成的三数组表达晶胞中原子的位置称为原子坐标如图1所示,x、y、z数值分别以各晶轴的晶胞参数为单位.

刍议晶胞计算中“棱与对角线”上微粒的几何关系

晶胞的计算是《物质结构与性质》模块中的必考内容.2023年初,在第三批实施新高考的省份中,湖南、河北等省相继公布试题结构,其中《物质结构与性质》模块作为必考内容,大概率采取融合在经典题型中的方式进行呈现.2018—2022年,各省市有关晶胞的考查情况如表1所示.

X射线衍射测量2∶17型稀土-过渡族化合物晶胞参数和体积的计算程序

针对在2∶17型稀土-过渡族化合物研究中,经常使用多晶X射线衍射测量晶胞参数的方法,利用VC++语言编写了计算晶胞参数的应用程序,用以完成由样品的X射线衍射谱直接计算出其晶胞参数和体积的工作.

纳米级金红石相二氧化钛晶胞数原子数和晶面原子数的计算与研究

以矿物晶体结构、晶体化学理论为基础,通过对纳米级金红石相二氧化钛颗粒的晶胞数、原子数及平行(001)面的表面原子数的计算,讨论了它们与纳米级金红石二氧化钛颗粒尺度大小的相关规德,并结合纳米微粒的特性对其进行了简要分析。

纳米级堇青石晶胞参数、原子数和晶面原子数计算与研究

以矿物晶体结构、晶体化学理论为基础,通过对纳米级堇青石颗粒的晶胞数、原子数以及平行(010)面的表面原子数的计算,讨论了它们与纳米级堇青石颗粒尺度大小的相关规律,并结合纳米微粒的特性对其进行了简要分析。

追本溯源辨晶胞

从对一道晶体结构题的质疑出发,结合中学化学教材中有关晶体结构的基本概念,简述了晶胞的划分方法和原则,分析了晶胞的结构特征,对相关的教学要求、命题思路及学习方法提出了建议。

冀西石湖金矿黄铁矿和石英的晶胞参数特征及其地质意义

将石湖金矿的成矿过程划分为4个阶段:黄铁矿-石英阶段,石英-黄铁矿阶段,多金属硫化物阶段和石英-碳酸盐阶段。分别对4个成矿阶段中的黄铁矿和石英进行了晶胞参数测定。结果表明,黄铁矿的a0和0υ随着成矿阶段的演化和深度的增加有减小的趋势,且主成矿阶段为最小值;石英的c0和c0/a0从Ⅰ→Ⅳ阶段具有减小的趋势,石英a0值随深度增加而变大,而c0值和c0/a0随深度增加呈韵律式变化。根据晶胞参数推测,黄铁矿中Co、Ni、As含量高,且未发生S亏损;石英类质同象以Al、Fe等置换杂质为主。本区含矿黄铁矿和石英的晶胞参数分别以a0值较小和a0值较大,c0值较小,c0/a0值较小为特征。黄铁矿的a0和石英的c0和c0/a0绝大多数大于理想值,所以矿体剥蚀不大,深远景广阔。

Yb∶YAG晶体的晶胞参量及Yb^(3+)分凝系数的研究

应用提拉法生长出不同Yb3+ 浓度的Yb3xY3( 1-x) Al5O12 晶体 Yb3+ 离子的分凝系数 1是 1 .0 8±0 .0 1 ,与Yb3+ 离子掺杂浓度无关 研究了Yb3xY3( 1-x) Al5O12 晶体的晶胞参量 ,推导出联系晶胞参量、密度与Yb3+