复合坐标系跨临界液滴表面Kelvin-Helmholtz不稳定增长高效预测方法

针对混合动力专用内燃机实际运行的跨临界条件,传统方法对于主导可燃混合气形成质量的液滴表面Kelvin-Helmholtz不稳定性分析方法难以实现跨临界宽范围的有效预测。采用复合坐标系方法,建立跨临界强对流环境的等效液滴不稳定性高效预测模型,分别采用全局扩散动力学模型、热力学控制模型及局部液滴表面切向不稳定模型。在全局坐标系模型可以通过模态坐标变换求得解析解,局部坐标系引入势函数等,提高求解速度。而对于可实用性流体计算仿真模型,可通过无量纲物理参数描述不同跨临界条件下空气动力、惯性力、黏性力、表面张力、加速度等控制因素的变化规律,以及其对液滴表面切向和法向不稳定波增长的影响规律。结果表明:液滴表面的空气动力仍然支配着跨临界条件液滴表面切向不稳定波的发展;压力增大时,液相雷诺数控制的流动特性减小与欧尼索控制的液滴黏性力减弱基本抵消;环境温度增加时,雷诺数表征的流动特性对Kelvin-Helmholtz波增长的贡献越来越小,液滴的惯性力影响也越来越弱。

蛋白质分子表面氨基酸突变提高植酸酶Yi APPA的活性和热稳定性

为了提高植酸酶的活性和热稳定性,增加其在食品加工领域的应用潜力,对植酸酶Yi APPA进行同源模建,结合蛋白质分子表面氨基酸突变策略,选择位于分子表面的赖氨酸和甘氨酸进行定点突变,构建单位点突变体。通过活性和热稳定性筛选,获得活性和热稳定性显著提高的突变体K216R以及热稳定性提高的突变体K189R。通过有益突变位点叠加策略,进一步构建并表征组合突变体K189R/K216R的酶活力及热稳定性。结果表明:与Yi APPA相比,K189R/K216R于80℃半衰期由14.81 min延长至23.35 min,半失活温度由55.12℃提升至62.44℃,热解折叠温度由48.36℃提升至53.18℃。并且K189R/K216R于37℃、pH 4.5的酶活力由3959.98 U/mg提高至4469.13 U/mg。分子结构建模和分子动力学模拟的结果显示:K189R/K216R中引入了新的氢键,能够提高酶部分结构单元的稳定性,使其热稳定性得到提高;同时K189R/K216R的催化口袋体积增大是其活性提高的主要原因。本研究通过蛋白质分子表面氨基酸突变策略可有效提高植酸酶Yi APPA的活性和热稳定性,为植酸酶及其他类型酶的分子改造提供参考依据。

钛合金表面超疏水膜的制备及其耐蚀性与机械稳定性

采用阳极氧化工艺在Ti6A14V钛合金表面制备阳极氧化膜作为过渡层,然后喷涂SiO_(2)颗粒溶胶烘烤使其固化成膜,再通过正辛基三乙氧基硅烷表面修饰,制备出具有微纳米表面结构、接触角为151.6°的超疏水膜。结果表明:超疏水膜的主要成分为Ti、O、Si和C元素,腐蚀电流密度仅为8.06×10^(-8)A/cm^(2),较裸钛合金降低约一个数量级,并且电荷转移电阻和低频阻抗模值较裸钛合金分别增大约7000Ω·cm^(2)、3000Ω·cm^(2),表现出良好的耐蚀性,可作为耐腐蚀膜层对钛合金起到防护作用。超疏水膜经受80次落砂冲击、50次胶带剥离以及沿砂纸往复摩擦400 cm后,接触角仍然大于150°,保持超疏水状态。蜂窝状多孔结构的阳极氧化膜充当过渡层,使溶胶膜和表面修饰形成的薄膜与钛合金基体牢固结合,从而表现出良好的机械稳定性。

C-CNF表面改性电气石及其分散稳定性

这是一篇矿物加工工程领域的论文。电气石具有自发极化效应、热释电性、远红外辐射和负离子释放等效应被广泛应用。为了增加其在水性涂料中的分散稳定性,改善其在水性涂料中的使用性能,本实验采用羧基化纳米纤维素(C-CNF)对电气石进行表面接枝改性,并对实验条件进行了优化。实验结果表明,当C-CNF的添加量为2 g、反应温度为50℃、反应时间为2 h、固液比为1∶5时,改性电气石的性能达到较佳值,其浊度达到1361 ntu,接触角达到了53°。通过对改性电气石的结构进行表征,发现C-CNF成功接枝到了电气石表面,改性电气石在水性介质中的分散性得到较大的提升。

金属微结构表面增强激光诱导击穿光谱的强度与稳定性

在金属铝表面用飞秒激光分别刻蚀了四种形状的微结构,对比分析了周期不同的矩形、圆形、三角形和六边形微结构对沉积在其表面Cr元素水溶液的表面增强激光诱导击穿光谱(LIBS)光谱强度和稳定性的影响。研究结果表明微结构的周期越小,光谱增强效果越显著,其中矩形微结构在相同周期下表现出最优光谱增强效果,相比于未处理的金属铝,其光谱强度增强了4倍左右。此外,六边形微结构的光谱稳定性最佳,具有良好的可重复性。研究结果为今后采用表面增强LIBS法检测水溶液中的重金属元素提供了一种可行的基底制备方法。

利用短支链表面配体修饰提升Cs_(2)AgInCl_(6)量子点稳定性和荧光性能

【目的】分析不同表面配体修饰对无铅双钙钛矿Cs_(2)AgInCl_(6)量子点稳定性和光学性能的影响,实现量子点稳定性和光学性能的提升。【方法】通过热注射方法合成Cs_(2)AgInCl_(6)量子点,在合成过程中原位引入长碳链的油酸(OA)和有2条短支链的2-己基癸酸(DA),研究不同表面配体修饰对Cs_(2)AgInCl_(6)量子点的纯度、粒径和形貌的影响,并对量子点进行荧光性、稳定性分析以及发光机制的讨论。【结果】OA配体和DA配体均匀覆盖Cs_(2)AgInCl_(6)量子点表面,2种量子点均呈现钙钛矿的立方结构,具有良好分散性和高结晶度,在常温环境中连续储存80 d后,DA修饰的Cs_(2)AgInCl_(6)量子点仍能保持初始发光的95.43%,荧光量子产率为4.67%。【结论】DA配体可以保持Cs_(2)AgInCl_(6)量子点的稳定性,并有助于有效的辐射复合,利于新兴的无铅双钙钛矿Cs_(2)AgInCl_(6)量子点的光电应用。

表面活性剂增强黑磷纳米片复合溶液体系分散稳定性研究

黑磷纳米片(black phosphorus nanosheets,BPNSs)因其特有的尺寸厚度和二维结构特点,在光电、化学、生物传感以及农业领域已有广泛的应用.由于其具有较大的比表面积和比表面能,所以黑磷纳米片悬浮在液体中易团聚下沉.基于此,本研究以去离子水为分散介质,选取4种表面活性剂为分散剂,包括一种阳离子型表面活性剂-十六烷基三甲基溴化铵(hexadecyl trimethyl ammonium bromide,CTAB),一种非离子型表面活性剂-喜威77(silwetL-77),两种阴离子型表面活性剂-十二烷基苯磺酸钠(sodium dodecyl benzene sulfonate,SDBS)和鼠李糖脂(rhamnolipid,RL),分别复配出四类表面活性剂-BPNSs溶液体系,通过测定动态光散射(dynamic light scattering,DLS)和UV-Vis光谱考察该体系在不同浓度下对BPNSs分散稳定性的影响.结果表明:①4种表面活性剂在其临界胶束浓度(CMC)附近的范围内均能提高BPNSs悬浮液的分散稳定性,但在高于临界胶束浓度情况下阳离子型和非离子型表面活性剂对BPNSs有附聚效果,这一现象在阴离子型表面活性剂中并未发现.②沉淀3 h和72 h后,阴离子表面活性剂-BPNSs体系具有较高的吸收强度,且SDBS具有更好的保持性.③在NaCl电解质存在的情况下,两种阴离子型表面活性剂可以影响BPNSs的临界聚结浓度(CCC),从而使BPNSs脱聚.研究显示,两种阴离子表面活性剂对BPNSs的分散效果优于阳离子型和非离子型表面活性剂,可为构筑性能稳定的阴离子型表面活性剂-BPNSs分散体系在现实生活中的应用提供参考.

表面活性剂Tween 20对纳米乳液在唾液、胃液和肠液中胶体稳定性的影响

乳液体系已广泛应用于工业活动和日常生活中,胶体稳定性是一个关键参数。因此,本次实验通过将大豆油和水与表面活性剂失水山梨醇聚氧乙烯(20)醚月桂酸酯(Tween 20)混合制备研究水包油乳液的胶体稳定性。采用动态光散射技术,通过粒径和ζ电位测量,考察了沉淀时间和乳化剂浓度对纳米乳液胶体稳定性的影响。样品制备1天后,纳米乳液在Tween 20浓度为2-5%(重量)下保持稳定,最佳表面活性剂浓度是3.5%,在该浓度下ζ电位和粒径分别为-35.93 mV和37.17 nm。进一步研究了胶体在唾液、胃液和肠液等体液中的稳定性,结果显示颗粒大小差异不显著。

基于Kelvin-Helmholtz不稳定性和界面剪切作用的扰动波高预测模型

环雾状流广泛存在于天然气等工业环境中,深入探究扰动波特性对了解环雾状流的演化规律有着重要意义。本文在内径为15mm的垂直管路中进行了不同工况条件下的环雾状流实验,分别利用电导环传感器和液膜收集系统测量了液膜厚度和夹带率,并通过双阈值方法从液膜时序信号中提取了扰动波高数据。探究了扰动波高和夹带率随气、液相流量和工况压力的变化规律,发现两者均随着液相流量的增大而增大,而随着气相流量和工况压力的增大,扰动波高呈下降趋势,夹带率呈上升趋势,验证了两者之间存在密切关联。然后分析了影响扰动波高的尺度参数,建立了基于Kelvin-Helmholtz不稳定性和界面剪切作用的扰动波高预测模型,相对均方根误差rRMSE为4.05%,且98.7%的数据点都在±10.0%的误差以内,预测效果良好。最后,将新模型与现有的扰动波高关系式进行比较,预测精度和可扩展性都有了较大提高。

氧化气氛中PdAg纳米合金的表面相稳定性与原子电荷的关系

在多相催化中,纳米合金的氧化和偏析可能导致特殊的电催化性质。基于第一性原理原子热力学方法,本文通过表面相稳定性图计算氧化气氛中Pd_(6)@Ag_(32)和Ag_(6)@Pd_(32)核壳纳米合金的早期氧化阶段。Ag_(38)纳米团簇(Δμ_(0)=-0.95 eV)的稳定性高于Pd_(38)纳米团簇(Δμ_(0)=-1.3 eV),但是Pd_(6)@Ag_(32)核壳纳米合金(Δμ_(0)=-0.9 eV)显示出高于Ag_(38)纳米团簇的表面相稳定性,而Pd偏析的Pd_(6)@Ag_(32)纳米合金的稳定性低于Ag_(38)纳米团簇。同时,Ag_(6)@Pd_(32)核壳纳米合金(Δμ_(0)=-1.5 eV)的表面相稳定性比Pd_(38)纳米团簇低,而Ag偏析的Ag_(6)@Pd_(32)纳米合金显示出高于Pd_(38)纳米团簇的表面相稳定性。表面Ag原子偏析越多的Pd_(6)@Ag_(32)和Ag_(6)@Pd_(32)核壳纳米合金具有更高的表面相稳定性。表面相稳定性的顺序遵循原子电荷的趋势,即越多的负电荷对应于越低的表面相稳定性。研究结果能够为设计燃料电池中具有合适表面相稳定性的PdAg基纳米合金催化剂提供有效信息。

Al_(2)O_(3)表面包覆增强K_(2)SiF_(6)∶Mn^(4+)荧光粉发光性能和湿热稳定性

研究了粉末原子层沉积技术(ALD)在白光LED用K_(2)SiF_(6)∶Mn^(4+)(KSFM)红色荧光粉包覆和表面改性中的应用,以及对其结构特性、发光性能和湿热环境中稳定性的影响。结果表明,采用ALD技术以三甲基铝作为前驱体、臭氧作为氧化剂,可以在KSFM表面形成氧化铝包覆层。X射线衍射、表面形貌分析表明,ALD处理过程不会影响KSFM荧光粉的晶相和形貌特征。发光光谱分析表明,由于氧化铝钝化特性还会增强KSFM荧光粉的发光强度,并且不改变其发光波长。相较于未经包覆的KSFM荧光粉,包覆层可以显著改善KSFM粉末的湿热环境稳定性,ALD包覆后样品的相对发光强度在85%湿度/85℃环境中老化处理24 h后仍能保持初始值的84%。

黄铁矿晶体断裂机制与表面反应性研究

通过密度泛函理论、断裂键参数和晶体结构分析,本文研究了黄铁矿晶体各向异性、晶体断裂规律及表面反应性。研究结果表明,黄铁矿晶体中存在Fe—S和S—S两种化学键,且Fe—S键的键能高于S—S键。Fe—S键与S—S键强度不等导致晶面断裂键密度与表面能关系不显著。通过引入化学键能量参数,本文得出晶面断裂能密度更适合分析黄铁矿晶体断裂机制和预测表面能,进而从晶体化学的角度解释了黄铁矿(100)、(111)、(210)、(110)面的表面能及其在晶体断裂时出现的困难程度依次增加的趋势,同时明确了黄铁矿常见暴露面的位点配位性质。基于此,研究得出黄铁矿表面低配位数的位点活性相对较强,从晶体化学的角度阐述了含金黄铁矿具有良好可浮性以及黄铁矿不同晶面氧化性差异的机理。

耐候钢表面锈层稳定化处理技术研究现状和展望

耐候钢在生产生活各领域中的使用越来越广泛,在耐候钢使用前对其进行表面锈层稳定化处理可以同时在材料延寿和美化装饰两方面增强耐候钢与其服役环境之间的相互协调。首先综述了耐候钢表面锈层稳定化处理技术的研究现状,主要包括锈层的形成、组成与结构、保护机制,特别是传统技术的缺点和新型技术的缺点;最后对此项技术未来的发展进行了展望。

声学超表面抑制高速边界层内宽频不稳定模态研究

以声学超表面为研究对象,使用线性稳定性理论(LST),研究了声学超表面导纳相位与幅值对超声速平板边界层内宽频不稳定模态的影响规律。结果表明:当导纳相位θ接近0.5π时,第1模态被抑制的同时第2模态会被激发,且在较低频率范围内导纳幅值的增大能够使第1模态更加稳定;当导纳相位θ接近π时,可抑制第2模态但同时激发第1模态;整体上,导纳幅值越大,对不稳定模态的抑制或激发效果越明显。在此基础上,结合缝隙几何参数对导纳的影响,提出一种可实现性宽频抑制方案,通过分段设计声学超表面微结构的几何尺寸,实现了同时抑制第1模态和高频第2模态的目标,并使用eN方法验证了转捩抑制效果。

氟表面活性剂的合成及油田应用的最新进展(待续)

与碳氢表面活性剂相比,氟表面活性剂降低表面张力的效率更高,且具有高热稳定性并能改善表面性能。然而,氟表面活性剂的亲水性不如碳氢表面活性剂。这一点限制了氟表面活性剂在更大范围内的应用。例如,Yoshino等合成了含有2条氟烷基链的阴离子型氟表面活性剂(图9)。

核心稳定性训练干预前交叉韧带重建术后动态平衡及表面肌电的效果

目的观察核心稳定性训练对前交叉韧带重建术后动态平衡和表面肌电的效果,分析动态平衡指标与表面肌电的相关性。方法2022年3月至12月,滨州医学院烟台附属医院前交叉韧带重建术患者32例随机分为对照组(n=16)和试验组(n=16)。对照组给予常规康复训练,试验组在此基础上增加核心稳定性训练,共6周。于治疗前后分别进行美国特种外科医院膝关节评分(HSS)和国际膝关节评分委员会膝关节主观评价表(IKDC)、动态平衡功能和表面肌电评定,并对表面肌电均方根值(RMS)与动态平衡指标进行相关性分析。结果干预后,两组HSS和IKDC评分均显著增加(|Z|>3.526,|t|>63.544,P<0.001),试验组优于对照组(Z=-2.392,t=2.650,P<0.05);两组步态线长度、单支撑线长度均增加,内外侧位移减小(|t|>2.368,Z=-3.516,P<0.05),试验组优于对照组(|t|>2.497,Z=-3.091,P<0.05);试验组臀大肌和臀中肌RMS明显增加(t=-5.900,Z=-2.741,P<0.01),试验组明显优于对照组(t=3.930,Z=-3.260,P<0.01)。干预后所有患者臀大肌、臀中肌RMS与步态线长度、单支撑线长度呈正相关,与内外侧位移呈负相关(|r|>0.502,P<0.01)。结论核心稳定性训练可显著改善膝关节功能和动态平衡,增强臀大肌和臀中肌的激活程度,且动态平衡与表面肌电具有高度相关性。

不同表面修饰纳米硒在模拟胃肠消化中稳定性及抗氧化活性变化

食品中常见多酚成分及维生素C在体内外容易被氧化,性质极不稳定,影响其生物活性。前期研究中通过纳米硒(selenium nanparticles,SeNPs)负载维生素C并提高多酚类物质的生物活性,然而这些纳米硒的体内稳定性仍是未知的。该实验选取绿原酸纳米硒(CGA@SeNPs)、没食子酸纳米硒(GA@SeNPs)及维生素C纳米硒(VC@SeNPs)作为研究对象,测定不同pH下纳米硒粒径变化,胃肠液消化前后DPPH自由基和ABTS阳离子自由基清除率及表面修饰剂保留量,评估不同表面修饰纳米硒在胃肠环境中稳定性。结果表明:3种不同表面修饰纳米硒在酸性和中性条件下稳定,碱性条件下不稳定;经胃肠消化后,CGA@SeNPs结构和含量最稳定;未消化前,CGA@SeNPs对DPPH自由基和ABTS阳离子自由基抗氧化活性最好;经胃消化后,CGA@SeNPs对DPPH自由基抗氧化活性最好,VC@SeNPs对ABTS阳离子自由基抗氧化活性最好;经肠消化后GA@SeNPs对DPPH自由基抗氧化活性最好,CGA@SeNPs对ABTS阳离子自由基抗氧化活性最好。综上,CGA@SeNPs在胃肠道消化中稳定性和抗氧化活性最好。

表面活性剂对石墨烯分散液稳定性的影响

采用超声分散、电导率法和UV-Vis等考察了十二烷基磺酸钠(SDS)、聚乙烯吡咯烷酮、吐温60和聚乙二醇对石墨烯(GN)在水溶液中分散性的影响,并对GN分散液进行了电化学分析。实验结果表明,添加表面活性剂能够有效提高GN分散液的分散性,随水溶液中表面活性剂含量的增加,GN分散液的电导率增加,其中,SDS的电导率增大速率明显大于另外3种表面活性剂,在SDS加入量为10 mg/mL时,GN分散液的分散性最好且最稳定。GN分散液在电流密度为0.00276 A/cm^(2)时比电容为18.4 F/g,随电流密度的增加,比电容下降,当电流密度增至0.0184 A/cm^(2)时,比电容为11.7 F/g,容量保持率仍高达63.6%,展现出良好的倍率性能,这可归因于材料良好的导电性。

HPAM聚合物与离子型表面活性剂协同稳定CO_(2)泡沫的分子模拟研究

CO_(2)泡沫驱可以有效地控制CO_(2)相的流度从而提高波及效率,同时它还能够进行CO_(2)地质封存,减少碳排放以应对全球气候变暖的挑战。表面活性剂能降低CO_(2)泡和水相液膜之间的界面张力(IFT),从而增加因拉普拉斯毛细管自吸效应导致的泡沫液膜中液体析出的阻力。聚合物可以提高泡沫液膜黏度,也可以减缓液膜中的液体析出并缓解气泡聚并现象。二者同时被用作提高泡沫稳定性的化学试剂,然而表面活性剂分子根据亲水头基电荷正负属性不同会具有不同的界面行为,在微观尺度下不同类型表面活性剂和聚合物分子之间的协同作用还不明确。本研究采用分子动力学模拟的方法,研究了油藏条件下阴离子型(SDS)和阳离子型(CTAB)表面活性剂分别与水解聚丙烯酰胺(HPAM,水解度25%)在CO_(2)与水相界面处的相互作用。研究结果表明,CTAB比SDS具有更强的降低CO_(2)与水之间IFT的能力,IFT的大小与界面宽度和界面覆盖率呈正相关性。具有相同电性的HPAM与平衡离子Br-在CTAB界面膜上形成竞争吸附关系;而带有相反电性的HPAM与平衡离子Na+在SDS界面膜附近形成盐桥结构。前者更有利于降低气—液界面处IFT和增大液膜厚度,两种模式对泡沫液膜剪切黏度的提高程度差别不大。本研究揭示了阴/阳离子型表面活性剂分别与水解聚合物分子协同作用稳定CO_(2)泡沫的微观机制。

泡沫碳表面对高超声速边界层稳定性影响

高超声速边界层转捩会使壁面摩阻和热流显著增加,严重影响飞行器的性能。微孔隙表面在不明显改变平均流场的同时,能够有效抑制边界层转捩,具有较大的应用潜力。在马赫数为6的Ludwieg管风洞中研究泡沫碳孔隙材料对尖锥边界层中不稳定波的影响规律,试验结果表明:尖锥边界层存在明显的第2模态波,其特征频率随着流向位置增加而减小。相比于光滑表面,泡沫碳表面使不同流向位置上的第2模态波增长率均有明显下降,至少延长第2模态传播区域21.6%。此外,采用阻抗管测量泡沫碳表面的声学特性获取阻抗模型系数,并结合线性稳定性理论预测了泡沫碳表面扰动模态增长率,理论结果与试验结果变化趋势相同。