随着电信设备数量的不断增多带来的日益严峻的电磁辐射问题,人们对电磁屏蔽织物的需求逐渐增多.二维纳米材料MXene具有高电导率、高电子迁移率的特点,因此在电磁屏蔽领域拥有非常重要的研究价值.本文使用微流控湿法纺丝技术制备了MXene/海藻酸钠复合纤维,研究了 MXene添加量对复合纤维各项性能的影响.当复合纤维中 MXene的含量增加时,MXene/海藻酸钠复合纤维的电阻逐渐降低;当MXene含量为30 wt%时,电阻降低为177 Ω·cm-1.此外,40 wt%MXene/海藻酸钠复合纤维的织物在 11.96 GHz处最小反射系数达-49.5 dB,具有良好的电磁屏蔽性能.本研究采用的微流控湿法纺丝技术为功能复合纤维的制备提供了一种有效方法,所制备的MXene/海藻酸钠复合纤维可作为制造功能性纳米复合材料和电磁屏蔽材料体系的重要补充.
不同的溶剂由于外观特征相似,难以便捷准确地区分识别,因此研究一种便捷、精确且安全的溶剂识别方法具有重要意义.本研究以实验室常见的极性溶剂(水以及不同体积分数的水/乙醇的混合溶液)为研究对象,分别采集其滴到发电器件上产生的电压信号作为预测变量,提出一种基于机器学习算法(随机森林算法、k邻近算法和支持向量机算法)构建溶剂识别模型的方法,为安全、准确、便捷地识别极性溶剂提供技术支持.实验结果表明,该方法能够实现对水、乙醇以及体积分数为 25%、50%、75%、90%的水/乙醇混合溶液的识别,其中随机森林算法构建的识别模型准确度高达 87.5%.
研究有害化学气体扩散规律并构建其扩散模型,有助于在突发化学事故条件下对有害化学气体的扩散范围进行快速预测,为采取相应救援行动提供支持.本文基于物理信息约束的神经网络(Physical-Informed Neural Network,PINN)模型和流体力学的Navier-Stokes方程,将卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)与长短期记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)网络结构相结合,重点对PINN在有害气体预测过程中的网络结构构建、网络算法流程以及需要解决的关键问题进行了初步研究,设计搭建了基于PINN的模型基本结构;在此基础上,提出了N-S方程适用性、PINN模型驱动方式等需要进一步研究的关键问题,以期为今后的应用研究提供理论基础和技术参考.
尾矿及其周边土壤中的铀及重金属污染对生态系统安全产生严重威胁,并对人类健康造成潜在风险.本研究以美国环境保护署提出的健康风险评估模型为基础,借助蒙特卡洛模拟(Monte Carlo Simulation)的确定性和概率性模型及敏感性分析的综合模拟方法,通过对多种暴露途径的综合估算,评估了中国南部某铀尾矿及周边区域土壤对成年男性、成年女性及儿童的致癌和非致癌风险.结果表明,研究区域内存在儿童及成年女性的累积非致癌健康风险和致癌健康风险.敏感性分析结果表明,优先控制砷、铅、铀、锑、钒可有效降低非致癌风险;优先控制砷、铬和镉可有效降低致癌风险.
1,4-二噻烷(1,4-dithiane)是一种具有中等毒性的芥子气降解产物,稳定性高、持久性强,可以被氧化成亚砜与砜类物质.因此,检测水体中 1,4-二噻烷的浓度,对于控制污染物扩散和保护人员健康具有重要意义.本研究建立了液液萃取-气相色谱-质谱法,用于直接测定水中 1,4-二噻烷.结果表明,该方法在2～100 μg·L-1 范围内线性关系良好,方法检出限(MDL)为0.47 μg·L-1,具有较高的检测灵敏度;在不同pH、腐殖酸(Humic Acid)浓度、阳离子和阴离子条件下,具有较强的抗干扰能力;在实际地表水和地下水检测中,对于 1,4-二噻烷的高、中、低 3 个添加水平的加标溶液回收率为 96.46%～116.13%,相对标准偏差(RSD)为 4.01%～9.66%(n=6).该分析方法高效、准确,可为日本遗弃在华化学武器中芥子气在水体中的分解产物检测提供帮助.
洗消是化学事故应急救援中的重要环节,其能力高低对于完成应急救援任务至关重要.本文梳理了化学事故应急救援时常用的洗消方法和装备,归纳总结了影响化学事故应急洗消能力的主要因素,分析了执行应急洗消任务时存在的短板和不足,并从完善军地协同保障机制、健全洗消装备体系、强化应急救援培训等方面提出了提高应急洗消能力的措施建议.
本文以低温等离子体(Non-Thermal Plasma,NTP)技术在洗消化学污染物和病原微生物方面的研究和应用情况为主线,介绍了NTP洗消有机污染物的研究进展,总结了NTP洗消机制的相间变化和机制调控;围绕病原微生物的洗消特点,介绍了NTP在灭活细菌、病毒和真菌等方面的研究进展,分析了NTP的物理、化学灭活作用及二者的协同效应;最后,介绍了类流化介质阻挡放电、反电晕放电、阵列式等离子体射流等新型低温等离子体应用形式.本文旨在提供等离子体参数和结构的详细信息,为NTP技术在化学污染物和病原微生物洗消方面的推广应用提供参考.
天基核爆电磁脉冲(Nuclear Electromagnetic Pulse,NEMP)探测可用于全球实时核爆核查,具有灵敏度高、定位精确和响应迅速等优势.本文从NEMP特征及其天基探测实现两个方面分析了大气层核爆和高空核爆激发NEMP的区别,重点阐述了NEMP传播穿过电离层到达卫星轨道后的波形特征、射频(Radio Frequency,RF)探测系统的发展历程,以及空间RF信号的观测成果,并指出现阶段开展天基NEMP探测存在的难点和搭建天基NEMP探测网络的应用价值.
目前化学防护面料在防护性和透湿性方面存在难以兼顾的问题.以 3,4,5-三羟基苯甲酸为母核的可交联溶致液晶单体是一种很有前景的"可呼吸"防化膜材料,能够较好地兼顾防毒与透湿,对其单体结构的设计、合成工艺优化以及组装性质进行深入研究具有重要意义.本研究优化了以 3,4,5-三羟基苯甲酸为母核、以丙烯酸酯为交联结构的溶致液晶单体合成工艺,制备了一系列不同链段长度的溶致液晶单体,并研究了它们的自组装行为.结果表明,随着烷基链段长度的增加,该类单体分别倾向于自组装成立方相、层状相和六方相.本研究为水蒸气与毒物选择性阻隔分离材料的高效制备提供了新思路,有望克服传统膜材料的透气性能和防护性能的冲突.
开发对高毒性的毒剂具有高效催化降解能力的材料是化学安全领域的重要课题.锆基金属有机框架材料通常由锆-氧节点与各种有机连接体以配位相互作用连接形成,一方面具有大量可及的配位不饱和位点作为路易斯酸性位点,另一方面其锆-氧节点和有机连接体多样的配位构型以及它们自身的可修饰性可产生丰富的孔道结构,有望通过合理设计成为针对毒剂降解的高效催化材料.本文系统总结了近期利用锆基金属有机框架孔道工程开发毒剂降解催化剂的研究进展,分别从锆-氧节点连接数调节、锆-氧节点功能化修饰、有机连接体功能化修饰以及多级次孔结构构建 4 个方面综述了孔道工程对于锆基金属有机框架降解毒剂催化性能的优化策略和调控机制,并讨论了该领域面临的挑战以及发展方向.
氧气供应和CO2 消除对于密闭空间内工作人员的生命安全与工作效能至关重要.虽然在电力供应充足的情况下电解水制氧技术优势明显,但反应生成的氢气存在安全隐患.本研究探讨了一种CO2 与水共电解制氧模式.该模式通过阴极将CO2 还原为甲酸,通过阳极生成纯氧,同时实现了CO2 的消除和氧气供应,并有效抑制了析氢反应发生.采用电沉积法在碳纤维纸上制备了CuSnBi催化材料作为共电解体系的阴极,甲酸的法拉第效率高达 97.6%,电流密度高达41.5 mA·cm-2.同时,单位面积电极产氧速率为 2 mL·min-1·cm-2.据此可推算,20 cm×10 cm电极的产氧速率可达 24 L·h-1.与水电解制氧技术相比,CO2 与水共电解制氧优势明显,是一种极具应用潜力的密闭空间制氧技术.
对核磁共振(NMR)饱和转移差谱(STD)法的关键参数进行了优化,并在最佳测试条件下分析了具有代表性的有机磷农药及毒剂与人血清白蛋白(HSA)的相互作用,定量计算了STD因子.通过单一有机磷毒物与蛋白的相互作用获知同一毒物分子中不同质子与蛋白的作用强弱及不同毒物分子与蛋白作用的强弱;4 种有机磷毒物与白蛋白作用强弱的顺序为:敌敌畏＞乐果＞敌百虫＞VX.通过竞争性相互作用实验获得了相同的结果,说明本文建立的方法适用于小分子毒物与蛋白相互作用研究.相比于冷冻电镜等技术,本方法简单、快速、高效,可研究溶液态体系,为化合物毒性评价和解毒药物筛选提供了一种新方案.
Kappa阿片受体(Kappa Opioid Receptor,KOR)是新药研究的重要靶标之一,建立稳定表达相应受体的细胞株是实现快速高效筛选靶向化合物的前提.通过构建人KOR过表达质粒,将其分别与 5 种不同的Gq嵌合体质粒共转染至CHO-FlpIn细胞,筛选出最佳Gq嵌合体;通过抗生素加压筛选以及单克隆化获得稳转细胞株;采用Western Blot检测KOR表达,并进一步通过FLIPR钙信号对细胞株的药理学功能进行鉴定.基于以上途径,本研究构建了稳定共表达人KOR与Gq嵌合体GqG66Di5 的稳定细胞株CHO-OPRK1-Gq.该细胞株高表达KOR,具有对特异性激动剂 U-69 593(EC50=0.039 μmol/L±0.006 μmol/L)和抑制剂 Naloxone(IC50=0.43 μmol/L±0.28 μmol/L)响应的药理学功能,实现了基于Gq途径介导信号转导的KOR功能检测.在CHO-OPRK1-Gq细胞株的基础上,建立了体外高通量筛选靶向KOR配体的新方法,为研发靶向KOR的药物奠定了基础.
建立了HC型发烟剂浸取回收工艺废水中挥发性有机物六氯乙烷的气相色谱-质谱法分析方法.结果表明,该方法对六氯乙烷的检出限为 10.6 μg/L,空白加标回收率为99.93%～105.70%,相对标准偏差(n=6)为 0.73%～2.60%.该方法操作简便,准确度和灵敏度高,适用于HC型发烟剂浸取回收工艺废水中六氯乙烷的污染监测.
随着疫情的发展和后疫情时代的到来,人们对抗菌口罩、医用防护服等可穿戴抗菌织物的需求急剧上升.本文采用脉冲驱动冷等离子体对低熔点聚丙烯(PP)纤维膜进行原位氧化镁(MgO)纳米颗粒沉积,制备柔性抗菌纤维织物.以Ar/O2 为反应气氛,在考察等离子体对纤维性能影响的过程中优化了等离子体放电参数、气体比例、气体流量和等离子体处理时间等因素,并探究了不同因素(前驱体浓度、Ar/O2 比例、处理时间和接触时间)对抗菌性能的影响规律.结果表明,表面光滑的PP纤维膜在经过等离子体改性处理后,表面成功负载MgO白色颗粒物.通过光谱观测到等离子体放电,粒子发生碰撞解离产生Ar谱线、OH谱线、O谱线以及Mg发射谱线,证明前驱体在等离子体放电过程中与纤维表面发生反应进而生成MgO.在最优参数下制备的PP-MgO复合纳米纤维抗菌性能显著,7 h对浓度为 105 CFU/mL的大肠杆菌杀菌性能达到 80%以上.本研究为低熔点多功能纳米纤维的制备提供了一种绿色、经济的新方法.
化学事故具有突发性强、环境污染破坏严重、救援难度大等特点,对突发化学事故的影响范围、破坏程度进行快速评估,为事故抢险救援提供决策支持,是应对重特大突发化学事故、降低事故损失的重要手段.本文基于三维地理信息系统(Three-dimensional Geographic Information System,3D GIS),在充分考虑下垫面影响的前提下,研究了大气污染扩散模型,提出了扩散场快速构建技术及兼顾污染分区的救援力量调度方法,并以此为核心建立了系统总体框架,形成了集扩散模拟、危害分析、救援调度等功能于一体的突发化学事故危害评估与救援辅助决策支持系统,可为突发化学事故危害后果评估与辅助救援决策提供有效的技术支撑.
现代科学的研究对象日益庞杂,材料学和化学的发展都面临基础理论难以预测的复杂多尺度问题,传统的试错实验存在效率过低的弊端.尽管随着计算技术的发展,从第一性原理出发、针对复杂物理化学问题完成高精度、大尺度、长时间模拟逐渐成为可能,但依然存在计算数据量庞大、时间成本高、精确度低等诸多挑战.本文针对近年来材料学和化学领域与大数据和人工智能(Artificial Intelligence,AI)技术结合研究的典型案例进行评述,指出该领域主要面临大规模、长时间模拟需求难以满足,高精度、高效率的第一性原理计算方法有待提升,适配平行及矩阵架构超算的新一代神经网络算法亟待优化等实际应用问题的挑战.
Silicon,which has high theoretical specific capacity(4212 mA·h·g-1)as the anode material for lithium-ion batteries,was studied extensively.The research focused on the silicon cracking caused by the volume changs.The recent researches on silicon anode and compared the methods were summarized in this paper.
本研究通过两步法制备了改性氧化石墨烯-多壁碳纳米管-漆酚甲醛聚合物(GO-MWCNT/UFP)复合涂料.采用辊涂法将复合涂料应用于金属基材表面,进行结构性能表征,考察复合涂层的物理机械性能和耐电化学腐蚀性能.与纯漆酚缩甲醛(UFP)和MWCNT/UFP相比,GO-MWCNT/UFP复合涂层的物理力学性能(附着力和硬度)和抗电化学腐蚀性均得到明显改善.GO-MWCNT/UFP复合涂层的附着力等级和硬度分别达到 1 级和 6H,腐蚀效率低至1.62×10-5,防腐效率高达 99.70%.研究结果表明,GO(氧化石墨烯)通过共价键合与MWCNT结合,均匀分散于UFP中,明显提高了UFP涂层的物理力学性能和防腐蚀性.
离子迁移谱(Ion Mobility Spectrometry,IMS)技术是现场检测化学毒害物质的主要技术之一,除了优化传感器硬件参数外,使用掺杂剂和调节剂是提升离子迁移谱技术检测性能的重要方法.综述了掺杂剂和调节剂在离子迁移谱检测化学毒剂、模拟剂等毒害物质中的应用,重点阐述其用于时间分辨离子迁移谱和非对称场离子迁移谱检测毒害物质的研究进展.最后,对掺杂剂和调节剂未来的开发和研究发展趋势进行了展望.
