基于学生“水的液气相变”前科学概念教学方法的运用

学生的前科学概念是科学概念学习的前提,关注学生的科学前概念对于提升科学概念教学效果具有重要价值。"水的液气相变"是贯穿小学各年级的重要科学概念,学生在该主题下其前科学概念表现出不同的认知水平以及年龄特征。科学教学中探查、引出和转变学生前科学概念的方法主要有:概念卡通图法、P-E-O教学法和概念图法。运用不同方法展开教学时,教师需要以学生个人的原有想法作为教学起点,关照学生的生活经验并创设情境,提供充分的机会,引导学生展开真实的交流与讨论。

热核多重碎裂中的条件矩与核内液气相变信号

评述和研究了热核多重碎裂中的条件矩关联与分布，并讨论了核内液气相变的信号．

基于液气相变吸热的深井掘进工作面降温数值模拟

在总结国内外矿井热害控制研究的基础上,针对深部高温矿井掘进工作面范围小、人员少、需冷量少,但热害严重的特点,提出了方便可行的液气相变吸热降温方法。运用数值模拟软件ANSYS FLUENT进行了液气相变吸热控制掘进面温度的数值模拟研究。结果表明:掘进工作面温度T随喷射时间t的增加呈负对数规律T=-aln(t)+b降低,随喷射液滴直径d的减小呈对数规律T=aln(d)+b降低,随喷射流量Q的增大呈线性规律T=-a Q+b降低。

柔性水下悬停机器人的液气相变驱动及制造

为解决传统水下机器人功耗大、噪声大、机电特征易被探测的缺点,受河鲀应激防御时体型变化的启发,设计并制造了一种基于液气相变驱动的柔性水下悬停机器人(简称悬停机器人)。机器人基体由柔性硅橡胶材料制成,内部预设一腔体,腔体内封装低沸点驱动液体(3M TM Novec TM 7000,沸点35℃),通过加热驱动液体使其发生液气相变,作用在内腔壁面上的饱和蒸气压使悬停机器人的体积发生变化从而改变悬停机器人的浮力;通过控制驱动温度实现悬停机器人的上浮下潜运动与定深悬停。实验表明:悬停机器人在自封装15 mL驱动液体时的驱动温度范围为50~100℃,最大可提供约为自重1.95倍的浮力;在驱动温度为53℃时,可实现定深悬停;在驱动温度范围内,浮力测量值误差小于5%。基于液气相变驱动的柔性水下悬停机器人回避了传统的机电驱动传动,自带工质,尺寸小质量轻,适合水下复杂环境作业;工作功耗小,驱动过程无噪声。

基于液气相变材料的混凝土箱梁结构自调温试验研究

混凝土箱梁结构广泛应用于土木工程领域。由于混凝土材料导热性能差,在强烈日照情况下,箱梁内外会产生过大温差,从而导致结构开裂。为了从根源上防止箱梁开裂,提出了运用相变储能技术控制箱梁结构内外温差不超过开裂温差限值的新思路;选取三氯三氟乙烷(R113)液气相变材料,通过试验验证该方法能够有效控制箱梁结构内外温差,起到自调温的作用。

毛细非饱和多孔介质液气相变传质特性数值模拟

根据多孔介质连续介质假设及有限差分法,运用Matlab软件对柱形多孔介质内双组分液体的毛细输运受热相变过程开展数值模拟,并考虑介质对液体的毛细输运极限对相变传质的限制作用,结合实验验证,研究不同加热功率,孔隙率和液体组成对多孔介质传质特性的影响。结果表明:传质性能由相变传质和介质毛细输运极限共同决定。介质毛细输运极限决定了多孔介质传质性能的上限,且主要与孔隙率有关。随着孔隙率增加,液体毛细输运极限质量速率逐渐增大。加热功率和液体组成主要影响多孔介质的相变过程。加热功率越高,液体气化越多,则多孔介质传质特性越趋近其上限。当其它因素不变时,多孔介质存在最佳的介质孔隙率使得传质性能最好。

儿童“水的液气相变”科学前概念实证研究

儿童科学概念的发展既是儿童科学素养发展的客观要求,也是科学教育的重要内容。本文以小学阶段“水的液气相变”概念为依托,探寻小学一至六年级儿童科学前概念的内容、类型和基本特征。研究结果显示:小学生的科学前概念有空壳、条件缺失、不完整、异质性、正确五种类型,同时小学生的科学前概念具有情境依赖性、概念间相互矛盾、概念呈结构化体系等特征。改进小学科学教育教学宜设立“儿童科学前概念内容库”和“科学前概念测试量表”;根据儿童概念认知水平和概念认知路径设计课程;甄别儿童科学前概念类型,针对儿童科学前概念类型使用相应教学策略。

热核物质液气相变的临界温度和三体核力效应

通过引入微观三体核力,扩展了有限温度Brueckner-Hartree-Fock方法。利用这一扩展的理论模型,研究了热核物质的状态方程和液气相变现象并计算了临界温度,讨论了三体核力对液气相变临界点性质的影响并与Dirac-Brueckner-Hartree-Fock方法的理论预言进行了比较。结果表明:三体核力对热核物质状态方程提供一个随密度和温度增大而增强的排斥贡献,而且三体核力的排斥效应导致热核物质液气相变的临界温度明显降低。

CO_2液-气相变膨胀破岩机理及其安全效应测试研究

CO_2液-气相变膨胀破岩技术从20世纪90年代引入中国,近几年得到飞速发展,尤其在露天矿山破碎岩石方面开展了大量的试验研究,但对该技术的破岩机理及其安全效应的研究尚不多见。针对上述不足,首先建立应力波传播模型对CO_2气相变膨胀激起的岩石应力波及其传播开展研究,其次与现行爆破破岩的作用进行对比,最后设计并开展了安全效应现场测试试验。研究工作将为该技术的应用提供强有力的理论和试验支持,同时也为开展后续研究提供了新的思路和分析方法。

原子核液气相变的动力学研究

应用量子分子动力学模型 ,从原子核发生碎化时的碎块质量分布、密度涨落以及混沌动力学中描述混沌程度的最大Lyapunov指数等 3个方面 ,对原子核的液气相变及其在临界点附近的行为进行较为全面的探讨 .通过研究 ,发现在临界温度附近原子核发生最大的液气共存。

表面张力对液气临界点相变比热跃变的影响

研究了表面张力随温度的变化对液气临界点相变时比热跃变的影响，得到了考虑表面张力随温度变化的影响时定压比热和定容比热跃变的新公式。

非完全熔合碎裂模型与核液气相变

用非完全熔合碎裂模型来分析600MeV/u Au+Au 反应中弹剩余核的多重碎裂现象.理论计算得到的弹剩余核质量数、激发能及热力学温度与实验数据基本一致,很好地解释了 Au+Au 反应中热力学温度随每核子激发能变化而出现的回弯现象,使衰变模式相变和液气相变统一起来.

“热核”的统计特性和核物质液气相变

用含温度推广的Thomas-Fermi模型讨论了“热核”和核物质的激发能、熵和自由能等热力学函数的温度依赖特性.确定了有限温度下核物质的状态方程,并进而计算了液气相变的临界温度及其对核物质不对称度的依赖关系.

有限核物质的饱和性质与液气相变

在核物质Hartree-Fock理论框架下,应用SKM~*,SKb和SGⅡ三种Skyrme等效核力参数与带屏蔽的二体库仑势,顾及到核的有限尺度效应,得到了合理的有限核零温饱和性质,发现有限核物质的液气相变临界温度约为12MeV,比无限对称核物质的约低2—3MeV。

高激发核物质液-气相变与核温度

评述了高激发核的激发能及核温度的测量方法，以及这些测量方法的可靠性．同时还根椐理论模拟的结果讨论了当前得到的核物质量热曲线中可能存在的问题，提出了进一步开展核物质量热曲线研究中温度测量的一些措施．

链霉亲和素化载紫杉醇相变型PLGA纳米粒的制备及体外超声显影

目的制备链霉亲和素化载紫杉醇相变型PLGA纳米粒(PTX-PLGA-SA/PFPs),并观察其体外低强度聚焦超声(LIFU)致相变后超声增强显影特性。方法采用单乳化法(O/W)制备载紫杉醇相变型PLGA纳米粒,高效液相色谱法检测紫杉醇包封率;碳二亚胺法连接链霉亲和素(SA),共聚焦激光显微镜观察二者连接情况,流式细胞术检测二者链接率;体外LIFU致相变观察超声增强显影情况。结果制备的纳米粒粒径为(322.2±85.6)nm,表面电位(-5.66±3.46)mV。紫杉醇的包封率及载药量分别为(71.56±6.51)%、(6.57±0.61)%,与链霉亲和素的连接率为(97.16±1.20)%。LIFU功率7.5 W作用3min时可明显增强该纳米粒在体外的B-mode及造影模式下的超声显影。结论成功制备了PTX-PLGA-SA/PFPs纳米粒,其紫杉醇包封率高、链霉亲和素连接率高,体外声致相变后可显著增强超声显影。

聚多巴胺修饰的相变型对比剂的制备及体内外光声/超声显像

目的制备一种新型的聚多巴胺修饰的光声/超声双模态对比剂(PFP@PLGA@PDAs),探究其体内外光声、超声显影效果。方法①采用单乳化法一溶液氧化法合成聚多巴胺表面修饰的全氟正戊烷高分子纳米粒(PFP@PLGA@PDAs),检测PFP@PLGA@PDAs的基本性质;②以未修饰的相变型纳米粒(PFP@PLGAs)作为对照,应用琼脂糖模型测量纳米粒的体外光声和超声信号;③选取雌性BALB/c裸鼠(4~6周龄,体质量20g),构建裸鼠4T1乳腺癌动物模型,分为3组(PFP@PLGA@PDAs实验组,PFP@PLGAs对照组和PBS对照组,n=6),尾静脉注射对比剂后探究体内增强实体肿瘤的光声成像和超声成像的效果。结果@PFP@PLGA@PDAs悬液呈深褐色,纳米粒为球形的壳一核结构,粒径(209.40±36.15)nm,显微镜下见温度达43。C以上时发生液一气相变,CCK一8实验结果提示良好生物安全性。②体外光声成像显示,PFP@PLGA@PDAs的光声信号随浓度增加而明显增强(P<0.05),PFP@LGAs始终不显影;体外超声成像显示,经激光辐照后,PFP@PLGA@PDAs在基波和谐波模式下的回声信号均明显增强,不同辐照时长的谐波声强值间差异具有统计学意义(P<0.05),PFP@PLGAs的回声信号无明显变化。③体内光声成像显示,尾静脉注射PFP@PLGA@PDAs的荷瘤鼠的肿瘤部位在注射前和注射后1、4、24h的光声信号值分别为(0.12±0.03)、(0.22±0.04)、(0.67±0.08)、(0.37±0.06),差异有统计学意义(P<0.05),PFP@PLGAs和PBS组荷瘤鼠的肿瘤部位始终未见明显光声信号。体内超声成像显示,在激光辐照前,3组荷瘤鼠的肿瘤部位表现相似的超声回声信号,激光辐照后PFP@PLGA@PDAs组肿瘤的二维和造影图像均显示明显增多的点状高信号,而PFP@PLGAs和PBS组在辐照前后均未见明显回声信号改变。结论成功制备出一种聚多巴胺修饰的相变型对比剂,其具有作为一种分子探针实现肿瘤的体内外光声/超声双模态成像的潜力。

癌细胞膜靶向相变纳米分子探针研制及光声/超声双模态显像与光热治疗乳腺癌

目的制备一种癌细胞膜包被的相变纳米分子探针,观察其体外光声/超声双模态成像效果,并探讨其靶向同源乳腺癌细胞的能力及光热治疗(PTT)杀伤效果。材料与方法通过化学裂解和反复冻融提取乳腺癌4T1细胞膜(CCM),然后以双乳化法联合膜挤压法制备CCM包被的同时携载全氟戊烷(PFP)和Fe_(3)O_(4)的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)相变分子探针(CPFP-NPs);考察CPFP-NPs基本表征,并研究其同源靶向乳腺癌细胞、光声成像及液气相变增强超声显像的能力;观察CPFPNPs在不同浓度及不同功率激光辐照时的光热性能;以AM/PI活死细胞染色法和流式细胞术评估其对乳腺癌细胞的PTT杀伤效果。结果成功制备纳米探针CPFP-NPs,呈球形“壳核”结构,大小均一,平均粒径为(237.17±2.60)nm,表面电位为(-19.50±0.27)mV;激光共聚焦显微镜下观察,纳米探针可靶向同源4T1细胞(靶向结合率达92.01%);CPFP-NPs在体外可增强光声成像,光声信号随纳米粒浓度升高而增强,经激光辐照后,CPFP-NPs发生相变并增强超声成像。CPFP-NPs联合激光辐照,对4T1细胞具有明显的光热杀伤效应,细胞凋亡率高达95.97%。结论研制了一种乳腺癌细胞膜包被的光声/超声双模态相变分子探针,该探针具有良好的靶向同源肿瘤的能力,并可以显著增强肿瘤双模态显像及PTT效果。

载酞菁锌靶向新生血管相变纳米粒体外超声显像与光热治疗实验研究

目的制备一种新型靶向新生血管诊疗一体化的超声分子探针,体外评价其靶向性、增强超声显像及光热治疗能力。方法采用双乳化法制备搭载全氟己烷(perfluorohexane,PFH)和酞菁锌(zinc phthalocyanine,ZnPc)的PLGA纳米粒;用碳二亚胺法将纳米粒与血管内皮生长因子受体-2(vascular endothelial growth factor receptor-2,VEGFR-2)抗体相偶联制备靶向纳米粒;检测其一般特性、体外寻靶能力;经激光辐照后检测其增强超声显像以及光热治疗能力。结果成功制备出靶向纳米粒,粒径(256.40±57.14)nm;CCK-8检测结果表明纳米粒没有明显的细胞毒性(F=0.402,P=0.837);激光共聚焦显微镜及流式细胞仪结果均证明靶向纳米粒具有良好的靶向能力,流式细胞仪检测非靶向组、抗体封闭组、靶向组中,纳米粒与细胞连接率分别为(9.52±2.14)%、(9.92±1.62)%、(61.89±3.62)%,差异有统计学意义(F=463.7,P<0.05),非靶向组(q=40.21,P<0.05)、抗体封闭组(q=30.91,P<0.05)分别与靶向组比较差异有统计学意义。经激光(1 W/cm2,5 min)辐照后纳米粒能够发生相变,增强超声显像并能使局部温度升高超过42℃,对细胞具备光热治疗的能力,而靶向组诱导细胞凋亡比例[(79.49±2.22)%]明显高于非靶向组[(24.23±1.95)%,P<0.05]。结论成功制备了靶向新生血管诊疗一体化超声分子探针,其具有良好的靶向能力,可用于增强超声显像及光热治疗。

关于相变曲线终点的讨论

液气相变的过程说到底是密度变化的过程.从微观上看,液气两相仅仅是分子间相互作用大小的差异,并无分子结构形式的差异,因而在一定的外界条件下,液气间可变得无差异而处于临界态,所以汽化曲线有终点.固液之间,固气之间存在着分子结构形式上的差异;在任何条件下都不可能变得无差异,不会出现临界态,所以熔解曲线、升华曲线没有终点.物质的三相图是热学教学中重要内容之一.我们在研究物质三相图时,(如图1所示),稍微仔细看,就会发现汽化曲线OK有起点(三相点)有终点(临界点),而熔解曲线OL,升华曲线OS只有起点而没有终点.即是说,液气相变时有出现临界状态的可能,而固液相变,固气相变根本不可能出现临界状态,这是为什么?现在通用的热学教材对此问题均没有进行阐述,本文将从微观的角度进行浅析,以供参考.