基于小波的AWJ表面拓扑结构特征分析

为了详细地研究水切割-AWJ(abrasivewaterjet)表面的主要特征,本文分别研究了由传统接触式测量仪和光学测量仪获得的信号。通过对信号的小波分解和重构,提取了形态误差、波纹度以及粗糙度等表面特征。另外,本文还详细地论述了小波基函数的选择以及小波分解层次确定等基本的应用问题。实验结果表明小波能够有效地应用于AWJ表面拓扑结构特征的分析和描述。

小波分析在水切割表面拓扑结构特征提取中的应用

为了详细地研究水切割——AWJ(abrasive water jet)表面的主要特征,研究了由传统接触式测量仪和光学测量仪获得的信号。通过对信号的小波分解和重构,提取了形态误差、波纹度以及粗糙度值等表面特征。另外,还详细地论述了小波基函数的选择以及小波分解层次确定等基本的应用问题。实验结果表明小波能够有效地应用于AWJ表面拓扑结构特征的分析和描述。

3D GIS支持下的盐腔三维表面拓扑重建技术研究

在分析了盐岩特性和盐腔作为地下能源储备库等应用可行性和重要性的基础上,详细阐述了利用声纳探测技术进行盐腔测量的原理及测腔数据的组织方式。利用HalfEdge数据结构和边界表示模型,对声纳测腔数据进行了盐腔三维表面拓扑重建技术的研究。并对构建的表面模型进行了有效性检查和可能存在的缺陷进行了修复,得到了正确、有效的盐腔三维表面模型,为盐腔的稳定性分析、蠕变特性分析等数值模拟过程,提供了有效的数据基础。该方法具有重要的经济意义和社会意义,可以为盐腔的建造,尤其是安全合理地利用盐腔提供科学依据和技术支持。

氧化钛表面拓扑结构对蛋白质吸附的分子动力学模拟

分别选取了具有代表性的球状和纤维状蛋白质分子1PPT和α-FNA,利用分子动力学模拟技术构建了金红石(110)晶面上不同尺寸球状凸起缺陷和凹槽缺陷表面模型,采用COMPASS力场,正则系综(NVT),对蛋白质/TiO2相互作用体系进行结合能、二面角及径向分布函数的分析。研究发现,不同形状的蛋白质分子与不同曲率半径的表面缺陷吸附能存在较大差异,并且水的溶剂化效应阻碍了蛋白质在金红石表面的吸附。

表面拓扑结构对接触角的影响

本文从能量角度分析表面拓扑结构对表面接触角的影响,并建立简单的数学模型介绍推导润湿性的一般方程,简化了接触角的计算过程。通过Matlab对方程进行实验,从微观的角度验证改变物体表面粗糙度对接触角的影响,即对表面亲水性的影响,为实现玻璃超亲水防雾提供思路。

节线半金属AlB_(2)水环境下发生吸附后拓扑表面态变化

拓扑半金属,作为一种独特的拓扑电子态,近年来因其固有的拓扑特性和潜在的器件应用而备受研究关注.体-边界对应是拓扑半金属的一个关键特征,这意味着如果在体相中存在非平庸的能带拓扑,那么在表面会存在受拓扑保护导电状态,即拓扑表面态(topological surface state,TSS).这一特征使其在电催化研究领域备受关注.本文采用第一性原理计算手段研究了AlB_(2)材料的拓扑性质,并构建(010)表面A1端面和B端面平板模型,计算得到了TSS的位置.研究了AlB_(2)表面吸附特性,发现Al端面氢吸附吉布斯自由能(ΔG_(H*))仅为-0.031 eV,相较于商业电催化析氢(hydrogen evolution reaction,HER)催化剂Pt的-0.08 eV更接近于0,展现出了优异的HER性能.观察了AlB_(2)表面吸附H,OH和H_(2)O后TSS的变化,发现当H吸附时TSS变化最显著,其次是OH吸附,H_(2)O因其电中性和弱的表面吸附对TSS的影响很微弱.并且在吸附前后,由于受拓扑保护TSS依旧存在,仅是能量发生了改变,证实了其在环境中的稳定性.本工作研究结果为不同吸附物对AlB_(2)的TSS的影响提供了系统的认识,为今后相关领域的理论和实验研究铺平了道路,也为拓扑材料的实际应用提供了理论支撑.

超导拓扑表面态的自洽平均场理论

我们采用自洽平均场的方法,来求解FeSeTe薄膜界面处的拓扑超导表面态的能隙。用平均场近似得到近似的哈密顿量,对该哈密顿量进行粒子–准粒子变换(Bogoliubov-Valatin)简化为无相互作用的准粒子体系,得到能隙的费米算子表达式。分别在零温及有限温度下展开该表达式,利用费米算子的对易关系及准粒子体系满足的分布特性,得到两种温度状态下的能隙自洽式。通过超导转变的特殊性算出超导转变温度后,在此基础上自洽地数值解出零温到超导转变温度范围内能隙随温度的变化关系。对拓扑表面态超导能隙的研究,可以从中得到超导态的热力学性质的变化。同时对寻找适用于拓扑量子计算的马约拉纳零能摸具有参考意义。

疏水表面拓扑结构对其润湿状态影响的粗粒化模拟

采用BMW-MARTINI粗粒化分子动力学模拟方法研究了表面的拓扑结构对疏水性表面润湿状态的影响.模拟结果表明,对于疏水性表面,增大表面的粗糙度对其疏水性影响不大,而主要是影响其润湿状态.在一定范围内(柱间距不超过4.7 nm),水珠在微柱结构疏水表面的润湿行为受到柱间距(d)和柱高(h)的双重影响.柱间距一定时,存在一个临界的柱高,可以使得水珠在表面的润湿状态由Wenzel态向Cassie-Baxter态发生转变,并且该临界高度随着柱间距的增大而增大.进一步分析发现,本文研究范围内,润湿状态的转变和柱间距与柱高的比值d/h有关,当d/h不超过2时,水珠呈Wenzel态,超过2时则由Wenzel态向Cassie-Baxter态发生转变.通过能量分析,发现润湿状态的转变主要取决于水珠与表面之间的范德华作用.本文研究结果可以为开发具有特定功能的疏水性材料提供参考.

鱼鳞片表面微观拓扑结构的测量与分析

利用移测显微镜观测了鱼鳞片表面的微观结构,对比分析了大黄鱼和鲈鱼鱼鳞片不同区域的鳞嵴间距.将鱼鳞片表面微观拓扑结构的测量这一具有水产院校特色的研究性实验项目引入本科大学物理实验教学,使学生在学习中体会到将所学物理实验技术应用于海洋科学研究中的乐趣,有助于提高学生分析问题、解决问题的能力.

拓扑量子材料用于能源转化与存储的研究进展

拓扑量子材料具有非平庸的拓扑表面态,并且对于材料的杂质、缺陷或无序具有很高的鲁棒性,因此在能源转化与存储领域中备受关注。简要介绍了拓扑量子材料的分类及相应的能带结构,同时结合近十年来拓扑量子材料在能源转化与存储领域中的应用发展,阐述了拓扑量子材料在水分解、电池、超级电容器和乙醇氧化等应用领域中的研究进展。总结了拓扑量子材料在能源转化与存储领域中现存的挑战,并对未来的新应用进行了展望。

RGD与特定形貌金红石表面相互作用的分子动力学模拟

精氨酸–甘氨酸–天冬氨酸(Arg-Gly-Asp,RGD)序列是细胞膜整合素受体与细胞外配体相结合的识别位点,利用其对材料表面进行仿生修饰可以提高植入体的生物相容性。采用全原子分子动力学方法,模拟研究了RGD与理想和具有不同深度凹槽结构的金红石型TiO_2(110)表面的结合模式和结合稳定性。研究结果表明,在纯水环境下,RGD在金红石表面存在锚定点是该序列中带负电的羧基基团与表面Ti原子直接键合的前提。凹槽侧壁表层的不饱和原子是RGD形成吸附的潜在作用点,故在金红石表面引入凹槽结构能在一定程度上影响该序列同基底之间的结合模式。当RGD通过羧基基团与槽底原子稳定键合之后,若剩余部分的长度足以触及至槽壁区域,则肽链中带正电的氨基或胍基基团与槽壁原子形成氢键的概率较大;若RGD通过两侧末端基团分别同槽底形成了稳定作用,则会显著抑制该序列与槽壁原子之间氢键的形成。RGD序列同金红石表面结合作用的强弱取决于结合点的数量以及相互作用的具体类型。

微球改性生物材料表面的构建及其细胞相容性研究

本研究采用两亲共聚物PEO-PPO-PEO作为表面活性剂制备得到了较窄粒径分布范围的聚乳酸微球,然后将这些微球按不同分布密度结合到聚乳酸基材表面,制备得到不同表面微球分布密度的微球改性聚乳酸生物材料表面。激光共聚焦显微镜、扫描电镜对改性表面的稳定和表面形貌的测试结果显示,该方法成功地获得了稳定的、具有不同表面微球分布密度的微球改性聚乳酸表面;软骨细胞相容性测试结果表明不同表面微球分布密度的微球改性聚乳酸膜片具有不同的细胞相容性,表面拓扑结构能在较在程度上对材料表面的细胞相容性产生影响。

拓扑绝缘体Bi_2Te_3薄膜电子结构第一性原理研究

采用基于密度泛函理论第一性原理从头计算的MedeA-VASP软件包,在计算电子结构时考虑自旋轨道耦合作用的情况下,系统地计算了拓扑绝缘体Bi_2Te_3体块及其密排面(0 1 1-5)薄膜从1层到6层的电子结构.通过计算发现,Bi_2Te_3体块是带隙为0.146eV的半导体,随着薄膜层数的逐渐递增,Bi_2Te_3密排面(0 1 1-5)薄膜出现了无能隙的拓扑表面态,这一结果与Bi_2Te_3(111)面的结果一致.

少层Bi_2Se_3拓扑绝缘体薄膜电子结构和光学性质理论研究

文章采用密度泛函理论方法,研究少层Bi_2Se_3拓扑绝缘体薄膜的电子结构和光学性质随薄膜厚度的变化。能带结构和态密度分析发现,当薄膜厚度从5QL(quintuple layer)逐步变化到1QL时,其费米能级附近的电子态仍然保持线性色散关系;特别是当薄膜厚度减小到2QL和1QL时,由于量子限域效应,体电子态和表面电子态的能隙都明显增大,导致体电子态和表面电子态发生分离,这种分离有利于制备基于1QL和2QL的Bi_2Se_3拓扑绝缘体薄膜的自旋电子器件。光吸收系数的计算发现,厚度为5QL、4QL、3QL的薄膜在红外区有1个吸收主峰,吸收边远超出了红外区;当厚度减小到2QL和1QL时,吸收边发生明显蓝移,红外区的吸收峰蓝移且强度明显减小,这表明3QL以上的Bi_2Se_3拓扑绝缘体薄膜更适合制备红外光探测器件。

巨噬细胞及其特异性调控在生物材料纤维化形成中的作用

背景:生物材料植入体内后引发的异物反应会导致其表面纤维化形成(又称为植入物纤维化),即生物材料被纤维组织包裹、使其丧失功能性、产生严重的临床并发症,是组织再生修复领域的一大难题。参与并调控植入物纤维化的关键细胞是巨噬细胞,但巨噬细胞对植入物纤维化进程的影响、机制及抑制纤维化的策略仍然不明确。目的:重点探讨巨噬细胞的极化和分化事件对材料纤维化的影响,包含促纤维化的信号通路,以及基于对巨噬细胞的特异性调控以抑制生物材料纤维化的策略。方法:应用计算机在PubMed,Wiley,EBSCOhost,ScienceDirect和Elsevier数据库检索截至2022年的相关文献,以“Macrophages,Biological materials,Fibrosis,Foreign body reaction,Myofibroblasts,Inflammation,Regulation,Surface topology,Mechanical properties,Chemical signals”为英文检索词,最终纳入60篇文献进行分析。结果与结论:①M1型和M2型巨噬细胞均可能参与生物材料纤维化形成,仅调节巨噬细胞极性的策略并不一定能抑制生物材料纤维化形成。②作为调控巨噬细胞介导生物材料纤维化的关键细胞事件,巨噬细胞向肌成纤维细胞的分化过程可以引起α-平滑肌肌动蛋标志物表达,显示该过程对纤维化有直接作用。③在巨噬细胞促纤维化的信号通路方面,分析认为不同表型的巨噬细胞其纤维化信号通路有可能存在差异。④在利用生物材料物理学特性调控巨噬细胞引起的炎症表达方面,主要有两个作用路径:一是从生物材料表面拓扑学的角度看,构建小于100 nm的图案表面,或者强化生物材料表面粗糙程度,有望实现降低巨噬细胞融合或表达炎性因子,减少巨噬细胞引起的纤维化;二是研究者可以更倾向于设计并制备具有较小弹性模量的生物材料,从而降低因植入物对损伤组织的应力传导,减少因巨噬细胞聚集后而引起的炎性因子表达,改善组织修复过程中的纤维化程度。⑤在利用化学信号调控巨噬细胞引起的炎症表达方面,主要从巨噬细胞来源炎症因子以及巨噬细胞招募、融合、分化的化学信号等方面实施调控策略;因此,有效利用抑制剂和抗氧化剂通过上述路径,可以对转化生长因子β1、活性氧、核转录因子κB及miRNA-21等实现反向调控,从而减缓因巨噬细胞而引起的纤维化作用。

增材制造在金属多孔植入物中的应用及展望

多孔金属有着优异的抗腐蚀性、生物相容性和与人骨相匹配的力学性能,并且内部有着高度互通的孔隙结构,可促进体液的传输和新骨组织的内长入,是人体理想的替代植入物。增材制造技术因其自身的精确性、快速性在金属多孔植入物中变得日益重要。简述了主流的两种增材制造技术在植入物制备中的应用、增材制造用金属植入物材料和多孔植入物的表面拓扑优化方法,并对其在金属多孔植入物中的应用前景进行了展望。

蛋白质在纳米拓扑结构材料表面的吸附

蛋白质在生物医用材料表面的吸附行为与材料的生物相容性密切相关.长期以来,大量的研究报道基本上都集中在生物医用材料表面化学组成对蛋白质吸附行为的影响,而单独考察材料表面拓扑结构对蛋白质吸附行为影响的研究近年来才刚刚开始.本文介绍了材料表面纳米拓扑结构对蛋白质吸附行为影响的研究进展.所涉及的材料表面纳米尺度拓扑变量包括粗糙度、曲面曲率和特定几何形状等,而蛋白质的吸附行为则包括蛋白质吸附量、吸附后蛋白质的活性和吸附蛋白层的形貌等.

27keVAr^+轰击Mg-Ni共晶合金表面引起的氢化效应增强

研究发现２７ｋｅＶＡｒ＋轰击Ｍｇ－Ｎｉ合金表面引起的氢化效应增强与束流剂量有关，建议用催化相表面变化模型来讨论由离子轰击引起的氢化增强现象．

不同脱酸方法对壳聚糖膜纳米拓扑结构及细胞相容性的影响

壳聚糖是一种广泛应用于组织工程和药物缓释领域的天然生物材料。在壳聚糖基质材料的制备过程中,一般先将壳聚糖溶于乙酸等稀酸,之后烘干成膜,或者冻干成支架,

三维声学超材料的高阶拓扑态

位于"边缘的边缘"上的高阶拓扑态的发现为限制和控制光波、声波以及弹性波的传输提供了一种新思路.目前,高阶拓扑态已在二维的机械、电磁、光学、声学和弹性系统中得以实现.然而,三维声学系统中对高阶拓扑态的研究却鲜有报道.本研究针对这一现象提出了一种具有一阶表面态和二阶铰链态的三维声学超材料.该三维声学超材料可以在其布里渊区的K-H方向上形成二重简并的交线.改变超材料单胞内外耦合强度的相对大小,线性简并交线打开形成完全带隙,生成平庸型和拓扑非平庸型声学超材料.能带结构、特征频率及传输效率的分析结果表明,当内耦合强度小于外耦合强度时,带隙范围内声学超材料具有拓扑非平庸的一阶表面态和二阶铰链态;当内耦合强度大于外耦合强度时,带隙范围内声波将无法在声学超材料的任何部位传播,该声学超材料是平庸的.三维声学超材料高阶拓扑态的实现突破了二维系统的局限,在声波能量回收和高精度声传感器方面具有潜在应用前景.