界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用下辐射状磁涡旋形成机制

辐射状磁涡旋结构是一种稳定的拓扑磁结构,因其具有热稳定性高、驱动电流小等特点,成为当前继斯格明子之后又一新兴的研究热点.本文利用微磁学模拟方法研究了在界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用(IDMI)下辐射状磁涡旋形成机制.结果表明:纳米盘直径越小,能稳定形成辐射状磁涡旋的IDMI强度范围就越大,当圆盘厚度增加一个数量级时,虽然可以稳定形成辐射状磁涡旋,但IDMI强度取值范围会随之变小.通过对不同磁矩初始态下辐射状磁涡旋的形成过程中磁矩、斯格明子数及各项能量变化的研究发现,环形涡旋和单畴均可作为辐射状磁涡旋形成的初始状态,但单畴初始态的形成时间比环形涡旋初始态的形成时间更长,其能量衰减时间比以环形涡旋为初始态的衰减时间更短.这表明形成辐射状磁涡旋极性比形成辐射旋性需要更长时间,且能量变化主要与涡旋核的生成及面内辐射状磁矩有关,而与涡旋核在盘中的位置无关.研究结果揭示了辐射状磁涡旋的形成机制,为基于辐射状磁涡旋的具体应用提供了理论依据.

通过NiMo氧化物-CoMo氧化物混合物衍生催化剂中的界面相互作用促进甲醇到甲酸盐的电催化氧化

为应对气候与环境变化及适应未来工业生产需求,近年来,H_(2)O,CO_(2)以及有机小分子等的电催化还原或氢化反应受到广泛的关注.但阳极析氧反应(OER)的缓慢动力学过程导致反应能耗高,限制了其实际应用.近年来,研究人员采用热力学上更有利的亲核氧化反应(NOR)代替OER,并与阴极半反应耦合,进而降低总体能耗,同时在阳极获得高附加值产物.其中,设计高效、稳定、易放大制备的催化剂是实现NOR工业化应用的关键.本文采用简便且易于规模化生产的策略制备电催化剂,并用于甲醇氧化反应(MOR).首先,采用沉淀法制备镍钼氧化物水合物和钴钼氧化物水合物;随后,将两种水合物按一定比例物理混合得到MOR催化剂.实验结果表明,混合物中的镍钴两种组分在含有KOH的碱性电解液中快速脱钼并转变为氢氧化物.当混合物中NiMo氧化物与CoMo氧化物的质量比为1:1(记为Ni50Co50-m)时,材料表现出最佳的催化活性.Ni50Co50-m在1 mol L^(–1)KOH+1 mol L^(–1)甲醇电解液中达到100 mA cm^(–2)电流密度仅需约1.51 V施加电位,活性及阳极反应选择性均远远高于单一组分.相比于化学共沉淀法所制备的NiCoMo氧化物,Ni50Co50-m表现出更好的稳定性.为明确混合物催化性能比单一组分材料大幅提高的原因,通过现场原位电化学阻抗谱和工况原位拉曼光谱对单一组分催化剂在服役条件下的反应界面以及催化剂结构演变进行研究.结果表明,单一镍组分催化剂在MOR过程中会被部分氧化为NiOOH,但是由于镍组分导电性很差,电荷转移微弱,因此催化性能较差.单一钴组分催化剂在MOR过程中表面被氧化为CoOOH,OER和MOR均发生在CoOOH表面,但是钴组分的本征活性并不强且对竞争反应OER的选择性较高.通过比较真实混合物(Ni50Co50-m)以及镍钴组分间无接触情况下的原位阻抗谱响应,证明了镍与钴之间存在相互作用.混合物中镍钴组分接触界面间的相互作用包括以下两个方面:一方面,钴组分在一定的外加电压下被氧化为导电良好的CoOOH,其作为混合物中的电荷传输媒介,激活更多的镍位点参与到催化剂的电氧化过程中,增大了Ni^(2+)/Ni^(3+)氧化还原物种的覆盖度,为催化活性物种OH*的形成提供了更多位点;另一方面,镍钴组分之间的相互作用影响了Ni2+的电氧化行为,Ni^(2+)的氧化电位明显下降,钴组分的引入降低了Ni^(3+)‒O键的电子云密度,使得OH–向Ni^(3+)位点的亲核进攻变得更加有利,进而促进了OH*的产生及其与镍位点的紧密结合,从而提高了MOR的活性和选择性.综上,本文通过混合物中镍与钴组分间的界面相互作用提升了催化剂对MOR的催化活性.该混合增强策略同样适用于其他NOR(如乙醇氧化反应、乙二醇氧化反应等)以及其他镍基催化剂(如氢氧化镍、硫化镍).本工作为简便、高效和放大制备NOR催化剂提供了新思路.

稠油冷采用冻胶分散体调驱体系的相互作用机制

目的旨在有效解决稠油化学冷采过程中降黏剂窜流现象严重、油藏动用效率低的问题,支撑稠油绿色高效开发。方法基于稠油冷采降黏剂高效降黏洗油与冻胶分散体调剖剂储层调控的协同效应,采用复配方式构建了稠油冷采用冻胶分散体调驱体系,测试其基本性能,并使用界面扩张流变仪以及流变仪,考查了体系的界面流变特性和剪切应力特性。结果体系由质量分数为0.06%~0.12%的冻胶分散体和质量分数为0.05%~0.15%的降黏剂组成,为粒径均一的低黏流体,能够降低界面张力并乳化稠油,降黏率达到95%以上。体系中降黏剂在油水界面的吸附行为决定了体系的乳化降黏能力,降黏剂通过吸附在冻胶分散体的表面提高了体系的聚结稳定性,并考查了组分含量及油藏条件对以上过程的影响。结论构建了一种兼具储层调控和高效降黏能力稠油冷采用冻胶分散体调驱体系,探明了体系中各组分间的相互作用机制,为稠油化学冷采提供了技术支持。

微波辅助仿生矿化增强石墨烯与聚乳酸的界面相互作用

石墨烯纳米片在提高聚乳酸(PLA)复合材料力学性能和气体阻隔性能等方面具有良好的应用前景,但通常在不同程度上受限于较差的界面相互作用.本文通过高效且环境友好的微波辅助水相仿生矿化方法,在石墨烯纳米片表面直接生成高结晶度、高结构规整度的羟基磷灰石纳米晶须,获得了具有良好分散性和界面结合力的仿生矿化石墨烯(BMGr)纳米杂化体.将BMGr纳米杂化体均匀分布于聚乳酸纤维表面,通过受限成型(60℃,3 MPa)获得了具有强界面结合的复合薄膜,大幅提高了力学性能.值得强调的是,BMGr增强聚乳酸复合薄膜的拉伸强度、杨氏模量和拉伸韧性分别达到22.6 MPa,199 MPa和6.6 MJ/m3,是纯PLA纤维膜的6.46,3.75和8.25倍.本文不仅发展了有效修饰石墨烯纳米片的技术路线,更为制备高强度高韧性的聚乳酸复合材料并阐述其结构-性能关系提供了研究思路.

Ni—ZrO_2复合镀层中界面轨道相互作用及析氢反应

用XPS、UPS、ESR研究了Ni－ZrO_2复合层中基质金属Ni与ZrO_2微粒间的轨道相互作用，建立了相应的分子模型。

气浮过程中的界面相互作用

首先讨论了水体颗粒物的基本性质以及气泡的形成过程 ,而后对气液界面上胶体颗粒的吸附进行分析 .其次讨论了气浮过程中 ,气泡与颗粒物之间的相互作用 ,对气泡与颗粒物之间的碰撞进行分析 .结合紊流气浮的理论与应用 ,在气浮过程中的界面相互作用分析的基础上 ,设计了一种新型集成的溶气气浮水处理工艺 ,即逆流共聚气浮工艺 .并对其运行情况进行了研究 ,探讨了其中的界面相互作用对气浮效果的影响 。

KH550改性纳米SiO_2的制备及其界面相互作用研究

采用KH550为硅烷偶联剂对纳米SiO2进行改性,对改性前后的纳米SiO2采用XRD、TEM、FTIR、NMR等表征手段研究样品的微观结构、表面羟基含量、有机/无机界面相互作用等问题。实验结果表明,纳米SiO2经过KH550的改性,亲水性减弱、亲油性增强,表面质子运动活性也随之增加,并且KH550与SiO2有相互作用存在。29Si核的NMR谱表明,由于KH550与纳米SiO2表面的偶极相互作用,分子运动变慢,使得纳米SiO2改性后的29Si弛豫时间比改性前明显增加。

考虑夹杂相互作用的复合陶瓷夹杂界面的断裂分析

复合材料中夹杂含量较高时,夹杂间的相互作用能显著改变材料细观应力应变场分布,基体和夹杂中的平均应力应变水平也会发生较大变化,导致复合材料强度等力学性能发生显著变化.为修正单一夹杂模型运用在实际材料中的误差,基于相互作用直推估计法,建立一种考虑含夹杂相互作用的夹杂界面裂纹开裂模型.首先根据相互作用直推估计法,得到残余应力和外载应力共同作用下夹杂中的平均应力,再计算无限大基体中相同的夹杂达到相同应力场时的等效加载应力,将此加载应力作为含界面裂纹夹杂的等效应力边界条件,在此边界条件下求得界面裂纹尖端的应力强度因子,进而得到界面裂纹开裂的极限加载条件,并分析了夹杂弹性性能、含量、热残余应力、夹杂尺寸等因素对界面裂纹开裂条件的影响.结果表明,方法能够有效修正单夹杂模型运用在实际材料中的误差,较大的残余应力对界面裂纹开裂有重要的影响,夹杂刚度的影响并非单调且比较复杂;在残余应力较小时,降低柔性夹杂刚度或者增大刚性夹杂刚度都有利于提高材料强度;扩大夹杂尺寸将导致裂纹开裂极限应力显著降低,从而降低材料强度.

尼龙-聚乙烯共混物的界面相互作用

本文通过扫描电子显微镜、Molau试验、DSC、红外光谱和ESCA能谱研完了尼龙-聚乙烯共混物的界面相互作用机理。结果表明,界面相容剂的化学偶联对促进两相之间的界面结合和改善共混物的微观结构形态起着重要作用。

橡胶纳米补强中的逾渗机理和界面相互作用的研究

对不同类型炭黑补强SBR拉伸强度的研究表明,炭黑补强SBR中存在着类似于橡胶增韧塑料的逾渗现象,由此提出橡胶补强临界间距的新概念,并讨论其影响因素。对于炭黑补强SBR体系,存在的一个最大临界粒径(原生粒子直径)为80 nm左右。提出了界面相互作用和最小补强粒子尺寸等橡胶补强设计上的新观点。通过计算机模拟,在分子水平上对橡胶和纳米颗粒间的界面相互作用进行了深入研究,结果表明即使在很强的界面作用(氢键范围)情况下,靠近颗粒表面的分子链仍然具有一定的活动性,在界面处能发生吸附-脱附的过程。从热力学和动力学的角度阐述了在颗粒的表面不太可能形成橡胶玻璃化壳层。

界面扩张流变法研究部分水解聚丙烯酰胺与表面活性剂相互作用

利用界面扩张流变方法研究了部分水解聚丙烯酰胺(HY)和阴离子(SDS)、非离子型表面活性剂(Brij-35、TX-100)在十二烷-水界面上的扩张流变性质,探讨了油/水界面上聚合物与表面活性剂不同的相互作用方式和机理。结果表明,HY+TX-100体系的界面模量最小(约3 mN/m),HY与HY+Brij-35体系相当(约16 mN/m),HY+SDS体系的略高(约18 mN/m)。阴离子表面活性剂(SDS)带负电荷的头基、聚合物的羧基与矿化水中高价金属阳离子通过桥连作用在油水界面形成复合膜,导致界面膜强度增加。而非离子表面活性剂与部分水解聚丙烯酰胺的静电相互作用较弱,不易形成界面复合膜。在油水界面吸附能力较强的表面活性剂分子(TX-100)足以替换聚合物大分子,形成小分子界面膜,表现出与复合膜完全不同的界面流变性质。

碳纤维/聚醚醚酮复合材料界面的强相互作用

利用X光电子能谱和Raman光谱研究了碳纤维／聚醚醚酮复合材料的界面结构，揭示了纤维和聚合物间存在着强相互作用；对树脂涂覆碳纤维结构的研究表明，聚合物的熔融促进这种强相互作用的形成，该作用涉及醚醚酮链段向共面构象的转变对复合材料界面的Raman散射分析证明。

聚丙烯/硫酸钡复合体系的界面相互作用与流变性质和结晶行为的关系

制备了一系列具有不同界面状态的聚丙烯 (PP) 硫酸钡 (BaSO4)复合体 .PP BaSO4的界面分别用硅烷、硬脂酸、马来酸酐接枝聚丙烯 (PP g MAH)改性 .研究表明 ,填充体系的熔体粘度和熔体弹性均高于基体 .以硅烷和PP g MAH进行界面改性后 ,PP BaSO4的界面相互作用加强 ,导致复合体系中的熔体粘度和熔体弹性进一步提高 ,同时BaSO4对PP的成核活性提高 .填料用硬脂酸处理后 ,硬脂酸能够在填料粒子表面上形成一个包覆层 ,使粒子与PP的亲和性改善 .同时该包覆层具有润滑作用 ,使得复合体系的熔体粘度和熔体弹性下降 ,并使得该体系中BaSO4的成核活性低于硅烷和处理的体系 .本文探讨了由复合体系的熔体粘度定量比较填充复合体系中聚合物 填料界面相互作用的方法 。

界面相互作用对尼龙6/SEBS共混体系流变行为的影响

利用高压毛细管流变仪研究了 SEBS- g- MAH对 PA6 /SEBS共混体系的流变行为影响 ,结果表明 ,PA6 /SEBS共混体系的粘度随 SEBS增加先降低后升高 ;PA6 /SEBS- g- MAH共混体系的粘度随 SEBS-g- MAH含量增多有较大幅度的增加 ;将 SEBS和 SEBS- g- MAH混合使用时 ,共混材料的流变行为表现为二者的协同作用结果 ,其中 SEBS- g- MAH对共混材料流变性能的影响更大。红外分析的结果表明 ,共混后 SEBS- g- MAH与尼龙 6发生了反应 ,生成游离羧酸 ,并且随 SEBS- g- MAH含量的增加 ,游离羧酸的量也逐渐增加 ,即共混后增加了体系中分子链长度 ,流动时分子链间更易发生缠结 ,使粘度增加 。

界面扩张流变方法研究大分子与表面活性剂的相互作用

结合本课题组的工作,较系统地总结了近年来有关界面扩张流变技术在大分子/表面活性剂混合体系研究中的应用.大量研究表明,通过分析界面扩张粘弹性数据和界面弛豫过程的特征参数可以研究界面层微观性质,从而阐明大分子/表面活性剂的相互作用机理,这对实际生产和应用具有重要的指导意义.

蛋白质相互作用：界面分析,结合自由能计算与相互作用设计

蛋白质相互作用在生命活动中起着重要作用.研究蛋白质间相互作用的本质有助于了解生命活动中这些基本单元的作用.本文主要综述了近期蛋白质相互作用研究的进展,包括蛋白质相互作用界面的基本性质,蛋白质结合自由能的计算方法,不同相互作用在蛋白质结合/解离中的角色和差异,以及上述知识在蛋白质相互作用设计中的应用.蛋白质相互作用界面的特性,例如界面大小、保守性以及结构的动态性质,使得具有生物功能的蛋白质相互作用界面区别于非特异性的晶体堆积界面.生物功能界面的一个重要结构特征是界面上存在着关键残基以及相对独立的相互作用模块.利用多种方法,如MM-PBSA、统计平均势以及不同的相互作用自由能模型,可以在不同的精度上计算蛋白质相互作用自由能.利用蛋白质相互作用界面的特点,从不同的角度进行蛋白质相互作用对的设计与改造,近年来已经有了不少成功的例子,但还存在着很大的挑战.我们认为在今后的蛋白质相互作用设计中,考虑各种因素对蛋白质结合与解离的动力学过程的影响将有助于提高人类控制蛋白质相互作用的能力.

界面相互作用与石英、赤铁矿颗粒的凝聚行为

通过沉降试验、ξ电位检测、接触角的测定以及运用界面力的基本理论研究了－１０μｍ以下的赤铁矿和－２２μｍ以下的石英微粒之间的凝聚、分散行为．实验结果及理论计算证实了控制界面力对微粒凝聚状态的至关重要性，指出了经典的ＤＬＶＯ理论的适应范围及局限性，经典的ＤＬＶＯ理论只有被扩展才能准确地描述亲、疏水颗粒（因药剂作用）的分散、聚集行为．

熔模铸造中钛合金与型壳界面的相互作用

借助ＳＥＭ，ＥＰＭＡ和显微硬度仪等分析测试手段，对氧化锆陶瓷熔模型壳工艺中的钛与型壳界面相互作用进行了研究。试验表明，钛与型壳界面处同时存在着热机械作用和物理化学作用，而且二者是相互交织在一起的。可以认为，钛与型壳界面反应是以Ｚｒ，Ｏ向钛基体内的热扩散为主导的，受Ｚｒ。

用红外光谱法研究橡胶/炭黑的界面相互作用

用红外光谱法(FI-IR)研究了橡胶微观结构、炭黑表面基团对橡胶/炭黑的界面相互作用的影响。研究表明,炭黑加入后各分子基团的振动均发生红移。炭黑与富电子的分子链相互作用大,即天然橡胶(NR)>丁基橡胶(BR)>丁苯橡胶(SBR)>丁腈橡胶(NBR);对侧基的影响小于对主链的影响。极性基团丙烯腈含量(ACN)增加,除ν(C≡N)外碳链上的其它基团均发生蓝移,且支链上双键基团所受影响最大。炭黑加入后,减弱了ACN含量增加对链段间作用力的影响,随ACN含量增加各基团蓝移较纯胶的小。门尼黏度仅影响δCH2的振动峰位。

乳化界面上蛋白-多糖相互作用的研究进展

蛋白质作为乳化剂运用于乳化液的构建已经有了广泛的研究与应用。但是,受蛋白质自身物理化学性质的影响,使得蛋白质构建而成的乳化液对环境因素比较敏感,易造成乳化液的脱稳,从而影响乳化液的品质。提高蛋白质乳化液的稳定性的手段较多,本文主要综述了运用乳化界面上蛋白-多糖间的静电吸附、共价交联等乳化液稳定技术的研究进展与最新思路。