A simple atomization approach enables monolayer dispersion of nano graphenes in cementitious composites with excellent strength gains

Carbon nano additives(CNAs)are critical to achieving the unique properties of functionalized composites,however,controlling the dispersion of CNAs in material matrix is always a challenging task.In this study,a simple atomization approach was successfully developed to promote the dispersion efficiency of graphene nanoplatelets(GNPs)in cement composites.This atomization approach can be integrated with the direct,indirect and combined ultrasonic stirrings in a homemade automatic stirring-atomization device.Mechanical and microstructure tests were performed on hardened cement pastes blended with GNPs in different stirring and mixing approaches.Results show that the direct ultrasonic stirrings enabled more homogeneous dispersions of GNP particles with a smaller size for a longer duration.The atomized droplets with the mean size of~100μm largely mitigated GNPs’agglomerations.Monolayer GNPs were observed in the cement matrix with the strength gain by up to 54%,and the total porosity decrease by 21%in 0.3 wt%GNPs dosage.The greatly enhanced dispersion efficiency of GNPs in cement also raised the cement hydration.This work provides an effective and manpower saving technique toward dispersing CNAs in engineering materials with great industrialization prospects.

Research Progress of Atomizers and Drugs Used in Atomization Therapy

At present,the commonly used treatment methods for chronic respiratory diseases are drug,oxygen,interventional and atomization therapy.Atomization therapy is the most widely used because of its characteristics of fast effect,high local drug concentration,less drug dosage,convenient application and few systemic adverse reactions.In this paper,the mechanism,characteristics,commonly used drugs and clinical application of atomization therapy are discussed.

Coordination of distinctive pesticide adjuvants and atomization nozzles on droplet spectrum evolution for spatial drift reduction

Pesticide adjuvants,as crop protection products,have been widely used to reduce drift loss and improve utilization efficiency by regulating droplet spectrum.However,the coordinated regulation mechanisms of adjuvants and nozzles on droplet spectrum remain unclear.Here,we established the relationship between droplet spectrum evolution and liquid atomization by investigating the typical characteristics of droplet diameter distribution near the nozzle.Based on this,the regulation mechanisms of distinctive pesticide adjuvants on droplet spectrum were clarified,and the corresponding drift reduction performances were quantitively evaluated by wind tunnel experiments.It shows that the droplet diameter firstly shifts to the smaller due to the liquid sheet breakup and then prefers to increase caused by droplet interactions.Reducing the surface tension of sprayed liquid facilitates the uniform liquid breakup and increasing the viscosity inhibits the liquid deformation,which prolong the atomization process and effectively improve the droplet spectrum.As a result,the drift losses of flat-fan and hollow cone nozzles are reduced by about 50%after adding organosilicon and vegetable oil adjuvants.By contrast,the air induction nozzle shows a superior anti-drift ability,regardless of distinctive adjuvants.Our findings provide insights into rational adjuvant design and nozzle selection in the field application.

Investigations on High-Speed Flash Boiling Atomization of Fuel Based on Numerical Simulations

Flash boiling atomization(FBA)is a promising approach for enhancing spray atomization,which can generate a fine and more evenly distributed spray by increasing the fuel injection temperature or reducing the ambient pressure.However,when the outlet speed of the nozzle exceeds 400 m/s,investigating high-speed flash boiling atomization(HFBA)becomes quite challenging.This difficulty arises fromthe involvement ofmany complex physical processes and the requirement for a very fine mesh in numerical simulations.In this study,an HFBA model for gasoline direct injection(GDI)is established.This model incorporates primary and secondary atomization,as well as vaporization and boilingmodels,to describe the development process of the flash boiling spray.Compared to lowspeed FBA,these physical processes significantly impact HFBA.In this model,the Eulerian description is utilized for modeling the gas,and the Lagrangian description is applied to model the droplets,which effectively captures the movement of the droplets and avoids excessive mesh in the Eulerian coordinates.Under various conditions,numerical solutions of the Sauter mean diameter(SMD)for GDI show good agreement with experimental data,validating the proposed model’s performance.Simulations based on this HFBA model investigate the influences of fuel injection temperature and ambient pressure on the atomization process.Numerical analyses of the velocity field,temperature field,vapor mass fraction distribution,particle size distribution,and spray penetration length under different superheat degrees reveal that high injection temperature or low ambient pressure significantly affects the formation of small and dispersed droplet distribution.This effect is conducive to the refinement of spray particles and enhances atomization.

Investigations of the effects of two typical jet crushing methods on the atomization and dust reduction performance of nozzles

Single-fuid nozzles and dual-fuid nozzles are the two typical jet crushing methods used in spray dust reduction. To distinguish the atomization mechanism of single-fuid and dual-fuid nozzles and improve dust control efciency at the coal mining faces, the atomization characteristics and dust reduction performance of the two nozzles were quantitatively compared. Results of experiments show that, as water supply pressure increased, the atomization angle of the swirl pressure nozzle reaches a maximum of 62° at 6 MPa and then decreases, but its droplet size shows an opposite trend with a minimum of 41.7 μm. The water supply pressure helps to improve the droplet size and the atomization angle of the internal mixing air–liquid nozzle, while the air supply pressure has a suppressive efect for them. When the water supply pressure is 0.2 MPa and the air supply pressure reaches 0.4 MPa, the nozzle obtains the smallest droplet size which is 10% smaller than the swirl pressure nozzle. Combined with the dust reduction experimental results, when the water consumption at the working surface is not limited, using the swirl pressure nozzle will achieve a better dust reduction efect. However, the internal mixing air–liquid nozzle can achieve better and more economical dust reduction performance in working environments where water consumption is limited.

制造发展的三个范式:制造发展规律的研究

基于对人类社会发展历史和科学技术发展内在规律的认识,本文详细分析了制造发展的三个范式,论证了原子及近原子尺度制造是制造范式III的核心使能技术。文章回顾了国内外各机构对原子级制造研发规划现状,指出我国目前处于原子级制造技术发展的重要战略机遇期,并从设计、材料、加工和检测等角度分析了原子级制造的技术体系内涵;梳理了原子级表面制造、原子级结构制造、原子级测量与表征等领域的研究进展,呈现了当前具有原子级制造能力的部分代表性技术,包括原子级切削、原子级抛光、电化学加工、等离子体原子级加工技术、原子精准操控以及原子分辨测量与表征技术,并对原子级制造战略规划提出发展建议。

Atomization Theorems in Mathematical Physics and General Relativity

Formulated Atomization Theorems extend the theory of Atomic AString Functions evolving since the 1970s allowing representation of polynomials, complex analytic functions, and solutions of linear and nonlinear differential equations via Atomic Series over smooth finite Atomic Splines. Noting the preservation of analyticity for Ricci and Einstein tensors, special new theorems are formulated for General Relativity representing spacetime field via superpositions of flexible finite “solitonic atoms” resembling quanta. The novel Atomic Spacetime model correlates with A. Einstein’s 1933 paper predicting a new “atomic theory”. The theorems can be applied to many theories of mathematical physics, elasticity, hydrodynamics, soliton, and field theories for unified representation of fields via series over finite Atomic AString Functions which may offer a unified theory under research where fields are connected with a common mathematical ancestor.

原子级制造测量与表征研究现状综述

原子级制造是指将能量作用于原子,通过原子级材料的可控去除或者原子/分子级结构的大规模操控及组装,实现产品性能与功能跃迁的前沿制造技术,是一种可以大规模、批量化的先进制造技术。该过程需要在10-10m空间尺度下精确操控原子。同时,制造过程中原子的键合时间、电子动力学变化均发生在飞秒(10-15s)至阿秒(10-18s)量级。因此,只有具备超快时间和空间分辨在线检测与表征能力,才能够深入了解并利用原子级制造过程中原子尺度的新原理、新效应,保障原子级制造的可达性与可控性;只有实现原子级制造过程的高通量、大范围的在线监测,才能保障原子级制造的可靠性。基于此,原子级制造的测量与表征是指在原子级的时间、空间、能量尺度上对材料、结构或器件进行精确的测量和表征,以保障原子级制造的可达性、可控性与可靠性。本文介绍了原子级制造所需的测量表征手段的研究现状,从原子级超快动力学过程观测、原子结构演变原位表征、原子级制造过程在线质量监测三大方向进行系统梳理,总结了目前原子级制造测量与表征的挑战并针对未来发展给出建议。

基于最优控制理论的国产光抽运小铯钟频率控制算法

原子钟频率控制是时间保持工作中的关键技术.当前守时工作中的频率控制主要针对国外微波钟采用开环控制算法,但由于国产光抽运小铯钟(下称国产钟)的工作原理和性能不同于国外同类型原子钟,因此该算法不能很好适应国产钟.为了提升我国标准时间的自主性和安全性,本文基于国产钟的噪声特性,在最优控制理论的框架下研究了线性二次高斯控制算法,该算法属于闭环控制算法,从同步时间、频率控制准确度和频率控制稳定度方面研究国产钟性能,最后分析了不同控制间隔对国产钟性能的影响.结果表明随着二次损失函数中约束矩阵W_(R)的增大,同步时间延长,控制准确度降低,控制短期稳定度提高.W_(R)相同情况下,随着控制间隔的增大,同步时间延长,控制准确度降低,控制短期稳定度提高,对于W_(R)=1时,控制间隔为1 h的同步时间为5小时,控制准确度为1.83 ns,1 h的Allan偏差为1.81×10^(-13);控制间隔为8 h的同步时间为28 h,控制准确度为4.48 ns,1 h的Allan偏差为1.48×10^(-13).控制国产光抽运小铯钟的中长期稳定度都得到提高.

原子层制造的研究现状与科学挑战

原子层制造是指加工精度达到原子层量级的可控制造技术,包括原子层去除、添加、迁移等。针对信息、能源、航空航天等领域核心零部件超高性能构建的发展需求,通过原子层可控去除制造全频段原子级精度无损表面,并结合原子层增材制造原子级新结构,有望实现特殊功能的有效创成,保证超高性能的安全可靠。另外,后摩尔时代先进芯片的制造工艺将迈入亚纳米物理极限,原子层制造需求贯穿芯片制造工艺的全流程。本文阐述了原子层制造技术的发展需求与研究进展,围绕原子层抛光、原子层沉积/刻蚀、原子层损伤控制、原子层工艺与装备等领域,梳理了原子层制造的发展方向及研究目标,凝练了原子层制造领域未来的关键科学问题及面临的挑战,探讨了前沿研究方向和发展战略。

原子级制造的关键基础科学问题

人类的制造技术逐步向原子级推进,原子作为化学反应中的最小粒子,虽然它可以分成更小的原子核、电子等,但是从制造的角度看,原子级制造可以说是人类制造的最底层技术,也是继微纳制造之后新的制造范式,可将制造精度以及产品性能推向极致水平,代表着人类对物质世界认知和制造能力发展的新阶段,是引领未来产业变革发展的战略性技术,也是保障国家安全和推动国计民生重大装备跨代升级的重要前沿方向。本文基于第330期双清论坛总结了原子级制造的研究现状、发展趋势及机遇挑战,凝练出未来5~10年原子级制造的焦点问题和亟需解决的关键科学问题,探讨了相关领域的前沿发展方向和科学基金资助战略。

NIM5驾驭氢钟守时能力分析

时间频率量值源头的独立自主是建设我国综合PNT体系的重要基础。为进一步评估基于我国国家秒长基准的原子时标守时能力,利用改进的有限脉冲响应钟差预测与频率调控方法,对激光冷却铯原子喷泉钟与氢钟的频差实测数据进行后处理,分别产生了自主型时标和溯源型时标。通过国际原子时合作链路将两个时标与协调世界时进行了长期比对实验,结果表明:2021年12月~2022年12月期间,两个时标的时间偏差均优于±4 ns、频率稳定度均优于8×10^(-16)/5 d。

原子精度制造新原理和新方法

目前航空航天、核物理、微电子、光电子和半导体等国家战略领域高性能装备的性能需求日渐严苛,核心零部件的制造精度必须迈进原子级水平,亟需研究原子精度的高性能制造新原理和新方法。本文归纳并提出了目前迫切需求的原子级表面精度、原子级结构精度、原子级损伤控制以及原子级特征尺寸结构创成四大原子精度制造核心能力,从能场辅助原子级切削、多能场辅助原子有序排布、表面能弱化原子精度材料去除以及超光学衍射极限的原子精度制造四大方向进行系统梳理,介绍了面向不同应用场景的原子精度制造新原理和新方法的研究现状,并概述了各类方法的优势和缺点,从中提炼出多能场耦合条件下的能量和原子间相互作用机理这一关键科学问题,并从四大方向上对未来我国原子级制造的基础研究提出了建议。

量子传感(Ⅰ):基础理论与方法

作为当前三大核心量子技术之一的量子传感技术,是量子信息感知与获取的重要物理实现基础,也是发展历史最悠久、技术成熟度最高、实际应用范围最广、潜在应用最多的量子技术。文章是量子传感的第一部分,主要介绍量子传感的基础理论与方法。首先从理论上总结量子传感的定义及基本概念,指出量子传感“量子性”的由来,并从实际应用的角度,提出量子传感的技术外延以及分类依据;接着详细介绍了有关量子传感的基本实现架构,以及描述量子传感性能的核心技术指标,归纳了用于提高量子传感性能的物理原理及技术方法。

鄂尔多斯盆地长7_(3)亚段储层微观孔隙结构和固液作用力

针对鄂尔多斯盆地长7_(3)亚段页岩储层孔隙结构和固液作用力问题,首先,通过聚焦离子束电子显微镜、计算机断层扫描技术和原子力显微镜对纯页岩储层样品开展研究;其次,结合Avizo软件建立页岩多尺度三维重构模型,定量分析页岩孔隙结构特征;最后,提出页岩储层固液相互作用黏附力测试方法,测定原油与孔隙壁面之间的黏附力。研究结果表明:长7_(3)储层发育有粒间孔、粒内孔和有机质孔隙,有机质孔隙形状主要有条状、弯月状和椭圆状;在微米尺度下,可以清晰看到层理缝;在纳米尺度下,不同页岩结构的样品孔隙结构特征无明显差异,孔喉形态多为片状和条状;有机质与原油之间的黏附力最大,长英质与原油之间的黏附力次之,层理面与原油之间的黏附力最小,3种平均黏附力分别为0.098、0.063和0.041μN,长7_(3)页岩储层中壁面原油启动难度较大,这从力学角度解释了该区为原位转化重点区域的原因。

火焰原子吸收光谱法测定配合饲料中铜、铁和锰含量的不确定度评定

研究旨在建立火焰原子吸收光谱法测定配合饲料中铜、铁和锰含量的不确定度评定方法,真实反映测量的置信度和准确性。首先分析测定过程中的不确定度来源,对不确定度分量进行量化,然后通过数学模型计算出饲料中铜、铁和锰含量,合成扩展不确定度。结果显示:饲料中铜、铁和锰的含量分别为(11±2)、(214±10)、(92±4)mg/kg,不确定度为扩展不确定度,包含因子为2,对应的置信水平是95%。本研究发现样品消解、样品溶液浓度测定和含量重复性测量是影响饲料中铜、铁、锰含量测量中不确定度的主要因素,应特别关注样品的前处理过程、标准工作液的配制,并使待测样品的浓度落在曲线的中间位置,以提高检测准确性。

空间发动机离心喷嘴真空下脉冲工作雾化特性实验研究

为得到空间双组元发动机中的液液同轴离心喷嘴在真实工作时的雾化特性,利用全透明真空舱搭建了真空喷雾实验与测量系统,对同轴离心喷嘴的脉冲雾化过程进行了实验研究。在入口压力1.6 MPa,开启时间分别为8 ms,20 ms和50 ms等典型工况下,对比研究了真空与大气环境下离心喷嘴脉冲工作的雾化特性,测试了同轴离心喷嘴单路脉冲工作以及两路同时脉冲工作的喷雾情况,测量了索太尔平均直径SMD的动态变化,并使用高速相机拍摄了相应的喷雾场图像。真空与大气下的对比实验表明,在真空下同轴离心喷嘴单路脉冲工作稳定段的SMD明显大于在大气中的SMD,且在真空下锥形液膜比较平滑。同轴离心喷嘴两路同时工作的实验结果表明,真空下两锥形液膜不会合并,而在大气下两股液膜会完全混合。

单原子催化剂在类芬顿水处理领域的研究进展

单原子催化剂(SACs)以其独特的结构和特性,特别是在最大限度地利用原子和提高内在催化活性方面受到了广泛的关注。近年来,基于SACs的高级氧化技术(AOPs)已成为水污染控制研究中的一个新兴领域,广泛应用于去除各种难降解有机污染物。本文分析了SACs的合成及表征方法,着重介绍了SACs在不同类芬顿催化反应中的性能及其作用机理。此外,还介绍了将SACs固定在膜状或柱状过滤器上连续流的测试,以探究SACs在类芬顿反应中实际应用的潜力。最后,对合理的SACs设计、类芬顿反应机理探索等方向进行了展望,旨在提高SACs应用于类芬顿反应在实际废水处理中的应用潜力。

碱熔-原子荧光光谱法测定地质样品中锡的含量

取0.2500 g地质样品,加入约1.5 g过氧化钠,于700℃熔融20 min,冷却后加入微沸水30 mL浸取熔块,再滴加5滴无水乙醇,用水定容至50 mL。分取10.00 mL上清液,滴加3~4滴1 g·L^(-1)酚酞指示剂,用10%(体积分数,下同)盐酸溶液中和至无色后再加入10%盐酸溶液10 mL以及硫脲和抗坏血酸质量浓度均为50 g·L^(-1)的混合液5 mL,用水稀释至50 mL,在灯电流80 mA、原子化器高度8 mm、光电倍增管负高压300 V、载气流量400 mL·min^(-1)、屏蔽气流量1000 mL·min^(-1)、硼氢化钾质量浓度30.00 g·L^(-1)下采用原子荧光光谱仪测定溶液中Sn的含量。结果表明:Sn的质量浓度在150.00μg·L^(-1)以内与荧光强度呈线性关系,相关系数为0.9993,检出限(3s/k)为0.42μg·g^(-1);方法用于地质标准物质分析时,测定值的相对标准偏差(n=12)为3.7%,相对误差的绝对值小于10%,且测定值与认定值的对数差(△lg C)的绝对值小于0.10。方法用于土壤、水系沉积物和岩石样品的分析,测定值与电弧发射光谱法的基本一致。

一种能温和产氢且具有高活性保持能力的Al-Bi-Zn基复合粉体

通过相图计算和气体雾化的方法,设计并制备Al-10Bi-7Zn和Al-10Bi-7Zn-1.5X (X:Cu, Fe, Ni)(质量分数,%)复合粉体。研究Cu、Fe和Ni对Al-Bi-Zn基复合粉体水解制氢性能的影响。通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)以及能量色散谱(EDS)分析对粉体的组成和形貌进行表征。水解制氢性能测试结果表明,添加Cu、Fe或Ni可以改变Al-10Bi-7Zn三元合金复合粉体的制氢速率,并且提高其抗氧化性能。在四元复合粉体体系中,Al-10Bi-7Zn-1.5Ni表现出最佳的制氢性能,在60℃下与蒸馏水反应时,500 min内的产氢率为75.3%(954.1 m L/g),在储存7 d后(30℃,相对湿度60%),1500 min内保持57.9%(733.7 m L/g)的产氢率。此外,机理研究表明,在Al-Bi-Zn基复合粉体中添加Cu、Fe或Ni可以稳定Al基体,抑制复合粉体在空气中的开裂,保持粉体的高活性。