多学科交叉环境下文献资源保障体系的探索——以中国科学院上海高等研究院为例

文献资源保障水平是研究所研究、管理和决策能力的影响要素之一。从环境分析和用户需求调研入手,借鉴信息传播原理,讨论学科交叉环境下应该如何构建资源保障体系,并详细阐述体系内各个要素的意义及信息在各要素之间流动的过程。

中国光子大科学装置的发展

光子大科学装置主要分为同步辐射光源和自由电子激光装置两大类,可以产生光子能量范围从红外到硬X射线的高通量、高亮度、光子能量连续可调的光,在过去半个多世纪里已经发展成为服务于物理学、化学、材料科学、生命科学、能源、环境科学等众多学科的综合性科研中心。光子大科学装置在我国经过了40多年的发展,已经建立起较完整的体系,达到世界先进水平。文章通过对已有的和建设中的装置的描述分别介绍同步辐射光源和自由电子激光在国内的发展历程和现状,并对未来发展趋势进行展望。

中国温室气体排放研究——中国科学院战略性先导科技专项“应对气候变化的碳收支认证及相关问题”之排放清单任务群研究进展

温室气体排放清单一直是气候模型构建、各国减排政策制定及国际谈判与博弈的重要基础。2011年中科院启动战略性先导科技专项"应对气候变化的碳收支认证及相关问题",其中设置了"排放清单任务群"4个项目,以建立我国温室气体参数及排放数据库。文章介绍了"排放任务群"中"能源消费与水泥生产过程排放"、"土地利用与畜牧业的甲烷和氧化亚氮排放"、"自然过程碳排放"和"卫星反演的‘净排放’"4个项目的主要研究进展,结果发现,中国2013年二氧化碳实际排放总量比前期估计值低近15%,该成果近期发表于Nature。本文同时针对温室气体排放的需求,提出了今后的发展方向。

某大科学装置项目工艺冷却水系统设计

介绍了某在建大科学装置项目的工艺冷却水系统设计,包括服务对象、系统形式、系统组成、水温控制策略、流量控制策略等方面的内容。简述了热回收型水源热泵在工艺冷却水系统中的应用方案,并对工艺冷却水系统设计后续可开展的工作和研究提出了3个方向。

上海光源X射线成像及其在材料科学上的应用研究进展

上海光源是第三代同步辐射光源,其X射线成像具有高空间分辨、快时间分辨、高衬度分辨的特点,可对材料样品实现原位、无损、高分辨、三维和动态成像,利用同步辐射光源的高度相干性可以实现相位衬度成像,从而可以实现聚合物等低Z材料的高衬度X射线成像,而传统的X射线吸收衬度成像在对轻元素材料成像上获得的衬度极低。为更好地支持用户,基于上海光源X射线成像线站,建立和发展了定量相衬成像、动态CT成像、基于多种衬度机制的CT成像、快速CT重构等成像方法。本文简要介绍了上海光源X射线成像方法学发展及其在材料科学上的应用研究进展。

五龄黑水虻油脂衍生物作为润滑油添加剂的性能研究

为探索黑水虻幼虫体内的粗油脂作为生物润滑油添加剂的应用可行性,本文中以五龄黑水虻虫体的粗油脂为原料,通过纯化、水解反应和酯化反应合成了虫体油脂衍生物.采用核磁共振波谱、傅里叶红外光谱和热重分析仪对其结构和热稳定性进行表征,发现其热稳定性良好.采用UMT-TriboLab摩擦磨损试验机和四球摩擦试验机分别研究了虫体油脂衍生物作为润滑油添加剂在点-面和点-点接触模式下的摩擦学性能,并与商用合成酯的性能进行对比.结果表明,在基础油150N中添加质量分数为1%的虫体油脂衍生物时,油品表现出较优的减摩和抗磨效果.在点-面接触模式下,摩擦系数和磨损率相对于基础油分别降低25.0%和92.0%,且在200℃高温下仍能保持减摩效果.在点-点接触模式下,磨损率相对于基础油降低了84.5%.可见虫体油脂衍生物作为润滑油添加剂能够有效提高油品的摩擦学性能.采用接触角试验验证了虫体油脂衍生物作为润滑油添加剂在金属表面的吸附性能.结果表明,虫体油脂衍生物在润滑过程中能够优先吸附在摩擦副的金属表面,形成润滑保护膜,使油品的减摩和抗磨性能提升.通过显微红外光谱和拉曼光谱研究了虫体油脂衍生物的润滑作用机理,表明磨痕表面存在的铁氧化物和碳能够形成润滑膜,防止摩擦副表面的微凸体直接接触,进而改善了油品的摩擦学性能.

基础有机化学教学与前沿科学研究的融合——共价有机骨架材料的成键方式

作为材料研究领域的明星,共价有机框架材料的研究是基于有机化学反应的成功选择和合成条件的不断优化。本文探讨将共价有机框架材料的成键方式引入有机化学教学课堂的途径,阐述有机化学反应在新型纳米材料设计合成中的应用。科教融合教学模式不仅能够培养学生掌握知识、运用知识解决实际复杂问题的能力;同时可以调动学生的学习兴趣、拓展科研视野、激发科研热情;更能在科研成果中增强学生的专业认同感、培养学生的创新意识和社会担当。科教融合是实现创新人才培养的一个重要环节。

同步辐射扫描透射X射线显微成像系统振动的闭环控制方法研究

上海同步辐射光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF)扫描透射X射线显微成像(Scanning Transmission X-ray Microscopy,STXM)实验站是国内首个自主研制的STXM实验系统,目前该系统波带片聚焦直接成像分辨率达到15 nm,扫描相干衍射成像方法成像的分辨率达到7.32 nm。系统振动是影响其成像质量的主要因素。本文针对波带片和样品之间系统振动进行详情分析,并提出相应的抑制策略,旨在提升STXM系统的成像质量。采用激光干涉仪和现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray,FPGA)技术,从软件层面开发了一种针对STXM中波带片和样品位置稳定性的闭环控制系统。该控制系统在最佳条件下可将STXM系统振动的均方根值(Root Mean Square,RMS)有效控制到4.833 nm,减少至原振动水平的约1/3,为STXM系统的成像质量进一步提升奠定了技术基础。

辐照聚丙烯腈纤维微观结构演变的同步辐射散射研究

预氧化是碳纤维制备过程中的关键步骤之一,在此过程中所产生的缺陷大部分将遗传至碳纤维中,所以聚丙烯腈(PAN)预氧化纤维的结构优化对提升碳纤维力学性能尤为重要。辐照是一种优化PAN预氧化纤维结构、有效改善PAN基碳纤维力学性能的改性方法。为探究高剂量电子束辐照PAN纤维在预氧化过程中微观结构的演变,本研究采用了同步辐射原位小角散射(SAXS)、广角散射(WAXS)对高剂量辐照及未辐照PAN纤维热处理过程进行表征,并结合差示扫描量热法(DSC)、热重分析法(TGA)和傅里变换叶红外光谱(FTIR)对PAN预氧化纤维进行表征分析。结果表明:高剂量(500 kGy)辐照促进了PAN纤维在热处理过程中的交联、环化反应,有效缓解了环化反应所引起的剧烈放热,降低了初始环化温度。同时,高剂量辐照对PAN纤维分子结构的破坏作用更加显著,高剂量辐照PAN纤维在热处理后的微孔横向尺寸(D)与取向角(B_(eq))分别降低至7.61 nm和8.58°,晶体层间距d_(002)减小至0.352 nm。综合来说,高剂量辐照使得PAN纤维微观结构在热处理后得到了改善,这有利于改善相应碳纤维的结构和性能。

二氧化碳海洋封存的技术和研究现状

全球变暖的问题正变得日益严峻,碳减排碳中和已成为国际社会的共识和努力目标。作为CO_(2)减排的重要方式之一,二氧化碳捕集、利用与封存(Carbon Capture,Utilization and Storage,CCUS)近年来备受关注并且发展迅猛。CO_(2)海洋封存作为其中一种最具潜力的减排方式,了解其发展现状对进一步研究CO_(2)封存具有重要的参考价值。本文介绍了CO_(2)海洋封存的方法和封存机理,总结了该技术在国内外研究进展。此外,文章还概述了我国在CO_(2)海洋封存上的巨大潜力和库源匹配上的优势,以及海洋封存对环境可能造成的影响。最后,指出推进CO_(2)海洋封存技术的研究并开发相应的能力,将有助于加速推进碳减排进程、尽快实现碳中和目标。

基于肠道菌群与冠心病的关系探讨“阴火”科学内涵

肠道菌群与冠心病之间有密切的生理病理联系,肠道菌群结构及产物影响冠心病的发生发展。近年来,中医药领域高度关注肠道菌群对疾病的影响,而肠道菌群主要通过炎症损伤血管内皮、造成脂质代谢紊乱、促进血栓形成及氧化应激损伤血管内膜等机制影响冠心病,通过类比发现此机制与中医脾胃失调、元气失养、阴火内生病机过程相通。因此,从“阴火”理论可指导调节肠道菌群,进而治疗冠心病,这将为冠心病的中医药临床防治和科学研究带来新思路。

2种纤维素纳米纤维作为水基润滑添加剂的摩擦学性能研究

为探索不同制备方法得到的纤维素纳米纤维作为水基润滑添加剂的摩擦学性能,选择TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基)氧化法和机械法得到的2种纤维素纳米纤维(TO-CNF和C-CNF).采用光学显微镜(POM)、扫描电子显微镜(SEM)、激光粒度仪、红外光谱(FT-IR)、X射线粉末衍射(XRD)和元素分析等方法对其形貌和结构进行表征,发现上述2种不同类型的CNF均为棒状结构,且为纤维素I型,其中氧化法制备的TO-CNF结构中含有一定量的羧基官能团.通过热重分析表明,C-CNF的热稳定性略优于TO-CNF.进一步通过UMT往复摩擦试验机研究了2种CNF作为水基润滑添加剂的摩擦学性能,结果表明,在添加量(质量分数,w)不超过1%时,2种CNF在不同添加浓度下均表现出显著的减摩性能.其中TO-CNF的减摩性能略优于C-CNF,添加w=1%可使摩擦系数相对于基础体系降低51%.通过钢板表面接触角和磨损后的表面分析对CNF的润滑作用机理进行分析,推测由于CNF结构中含有大量的羟基或羧基等极性官能团,作为添加剂能够在摩擦副表面发生不同程度的吸附从而形成润滑保护膜,防止滑动表面微凸体的直接接触进而改善摩擦学性能.

CO_(2)加氢制甲醇铜基催化剂研究进展

大气中二氧化碳(CO_(2))浓度的增加对人类赖以生存的地球环境产生了严重的负面影响,因此,减少和降低大气中CO_(2)的浓度迫在眉睫。其中,借助太阳能、风能等可再生能源获得的绿色低成本氢气,将CO_(2)加氢转化为高附加值的甲醇,将有助于减少CO_(2)排放,助推碳中和目标的实现。铜基催化剂因其具有良好的活性和甲醇选择性,一直是CO_(2)加氢制甲醇催化领域的研究重点。本工作综述了近年来CO_(2)加氢制甲醇铜基催化剂的研究进展,首先对CO_(2)加氢制甲醇反应进行了热力学与反应机理分析;其次,探讨了助剂、载体以及制备方法对铜基催化剂物化性质及催化性能的影响;随后,讨论了CO_(2)加氢制甲醇的工业化进展;最后,对当前铜基催化剂催化CO_(2)加氢制甲醇的挑战以及未来研究趋势进行了总结与展望。

基于新型氦气涡轮盘结构的传热特性及冷却机理研究

针对氦气轮机的涡轮盘冷却问题,提出了一种新型折返式的冷却结构,并对该冷却结构下的涡轮盘冷却氦气流场和温度场进行流热固耦合分析。结果表明,这种新型结构能够充分利用低温氦气的温度梯度,在较小的冷氦气量的条件下能取得更好的冷却效果,涡轮各级轮盘的温度均降低到合适温度,可满足氦气轮机的工作需求。

钇锆双金属MOFs对有机膦阻垢剂HEDP的吸附研究

采用溶剂热法首次合成了新型钇锆双金属有机框架(YZr-MOF)吸附材料,并对其结构和表面性质进行了表征,研究了YZr-MOF对有机膦阻垢剂羟基亚乙基二膦酸(HEDP)的吸附行为和性质。实验结果表明,YZr-MOF呈现出大小均匀的球形颗粒结构,比表面积为912.862 m^(2)/g;在298 K时,YZr-MOF理论最大吸附量为66.293 mg/g(以P计)。吸附过程符合准二级动力学和Langmuir模型,吸附过程为吸热过程,温度升高有利于YZr-MOF吸附HEDP。在吸附实验中,YZr-MOF的最佳质量浓度为0.2 g/L;YZr-MOF在较宽的pH范围内有着良好的稳定性,并且经过6次循环后,仍保持显著的吸附率。结合相关实验和FTIR、XPS的表征结果表明,静电作用和配体交换为主要吸附机理。

AgCl/ZnO上CH_(4)光催化部分氧化制HCHO性能研究

CH_(4)光催化部分氧化为CH_(3)OH、HCHO等产物是一种潜在的低能耗CH_(4)转化路径,该转化路径存在CH_(4)活化难度高和产物选择性低等问题,高性能催化剂的设计和制备对解决这一系列问题至关重要。使用不同Zn前驱体,通过水热法分别制备了具有块状颗粒、纳米花、纳米片和团聚纳米颗粒等不同形貌特征的ZnO-x光催化剂,发现形貌特征对ZnO-x的CH_(4)光催化部分氧化制HCHO性能(简称“CH_(4)光催化氧化性能”)有显著影响。采用CH_(4)光催化氧化性能最好的ZnO-Cl为基底,进一步制备了nAgCl/ZnO-Cl光催化剂(n为AgNO_(3)物质的量分数)。采用X射线衍射、N_(2)吸/脱附和扫描电子显微镜等对光催化剂进行了表征,并研究了nAgCl/ZnO-Cl的CH_(4)光催化氧化性能。结果表明,2.0%AgCl/ZnO-Cl表现出了最优的CH_(4)光催化氧化性能。在5 mg 2.0%AgCl/ZnO-Cl作用下,当反应条件为25℃、0.1 MPa O_(2)、2.9 MPa CH_(4)、75 mLH_(2)O、光照强度450 mW/cm^(2)和光照2 h时,含氧液相产物(CH_(3)OH+CH_(3)OOH+HCHO)总产率达到10409μmol/(g·h),含氧液相产物总选择性为91.4%,其中主产物HCHO产率为6271μmol/(g·h),HCHO选择性为60.2%。自由基捕获实验结果表明,•O_(2)^(-)和空穴是CH_(4)活化为•CH_(3)的关键,并且•O_(2)^(-)与•CH_(3)的相互作用成为了反应的主要路径,该路径得到的初级产物(CH_(3)OOH)能够较为容易的被氧化为HCHO,从而显著提升了nAgCl/ZnO-Cl的HCHO选择性。

餐厨垃圾生物减量技术研究进展

餐厨垃圾占城市生活垃圾比重日益增高,其成分特性非常适合微生物生长繁殖,若处理不当则极易腐败污染环境。目前市面上存在多种针对餐厨垃圾的资源化处理技术,各有优劣。通过介绍生物减量技术原理并将其与同为好氧处理中的好氧堆肥与生物干化对比,体现出生物减量技术能更好实现减量化的优势,更适用于餐厨垃圾前端处理。重点从减量菌、餐厨垃圾预处理、填充剂选择与复配三角度介绍了餐厨垃圾生物减量的强化策略,并列举部分生物减量技术规模化的应用,为进一步提高生物减量效率提供参考。

溶液法原位大面积制备钙钛矿光电薄膜成膜的同步辐射可视化结晶过程研究

溶液法是新型光电器件制备的重要手段,然而以钙钛矿半导体材料为代表的薄膜样品制备通常需要在手套箱环境下完成,传统的实验表征大多在空气环境下进行,这显然很难反映薄膜结构与器件性能间的真实关联,因此急需对溶液成膜过程的微结构演变开展原位实时研究.为了实现溶液法成膜中的结构与形貌的同步辐射掠入射广角散射实时观测,本文结合上海同步辐射光源线站布局,报道了一种基于手套箱的原位成膜观测装置,可实现标准手套箱环境(c(H_(2)O,O_(2))<1×10^(-6))下远程控制薄膜旋涂、涂布及样品后处理,并实时可视化监测微结构和形貌演变.基于该装置进行的钙钛矿薄膜狭缝涂布大面积成膜结晶过程的原位GIWAXS/GISAXS(gtrazing incidence wide and small angle X-ray scattering)可视化测试揭示了薄膜微结构转变的内在驱动力:钙钛矿薄膜沉积界面层的优化对提升钙钛矿成核速率、诱导结晶择优取向、形成晶粒有序堆叠等具有“共性作用”,同时在成膜过程中的新生中间相显著提升软晶格薄膜质量和稳定性.基于各层均采用卷对卷全溶液狭缝涂布方法制备的大面积全柔性三维钙钛矿薄膜太阳能电池转换效率提升至5.23%(单个器件面积约15 cm^(2)),为迄今报道的这一体系该尺寸的全溶液狭缝涂布柔性钙钛矿器件的最高器件效率之一.因而,基于该同步辐射原位GIWAXS/S/GISAXS装置可以获得控制薄膜生长界面特性和薄膜品质的关键工艺,指导优化制备薄膜的最佳工艺条件.

微纳米气泡表征及其抑制膜污染研究

将微纳米气泡发生装置与膜性能检测设备联合,设计了一种微纳米气泡(MNBs)抑制膜污染的测试方法,系统研究了通入MNBs前后,MNBs对聚偏氟乙烯(PVDF)膜渗透、过滤和抗污染性的影响效果.研究结果表明,MNBs的通入使得PVDF膜的通量衰减速率降低约63.4%,截留率也提升了约21.3%.通过分析污染前后的膜表面微观形貌的扫描电子显微镜(SEM)图片可得,MNBs能有效抑制污染物滤饼层的形成和对膜孔的堵塞,有效抑制了污染物对膜的直接粘附.纳米颗粒追踪(NTA)的结果显示,通入MNBs后污染物颗粒粒径增大,这可能是MNBs对污染物的吸附作用使得污染物在MNBs表面聚集所导致.因此,MNBs抑制膜污染的机理在于,MNBs表面吸附聚集污染物,导致粒径增大,并以“汽桥”(gas-bridge)形式隔绝污染物与膜表面相互作用.

实验室光源的微束X射线荧光成像系统研制及应用研究

微束X射线荧光成像(μ-XRFI)是无损获取样品内部元素微区分布信息的重要方法,主要应用于微米量级区域内的元素分辨成像。同步辐射是μ-XRFI的理想光源,由于其装置庞大、造价高昂,用户机时紧张,并不适宜于常规应用。基于实验室X射线光管、多毛细管聚焦镜、高精度样品台及硅漂移探测器,研制了一套具有元素分辨的μ-XRFI系统,性能测试结果表明该系统可以测量分析元素含量为0.001%量级的溶液样品和优于20μm的空间分辨能力。基于该μ-XRFI系统开展了应用研究,获得了小鼠脑、芯片及古代陶瓷样品中的多种主要元素及微量元素的空间分布,结果表明该系统可满足μ-XRFI的需求,可为生物医学、电子元件检测、瓷器色彩成分鉴定等领域研究提供帮助。