为了进一步提高超级电容器在低温下的能量密度,制备了双电荷电解质N,N-1,4-二乙基三乙烯基二胺四氟硼酸盐(DEDABCO-BF4).以四乙基铵四氟硼酸盐(TEA-BF4)作为电解质,以DEDABCO-BF4为电解质添加剂,二者按照摩尔比9∶1混合,再以碳酸丙烯酯(PC)为溶剂、以乙腈(AN)为共溶剂制备了一系列不同溶剂配比的二元电解液PAXY(X、Y为PC与AN的质量比),通过循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等探究了双电荷电解质在低温下的电化学性能.结果表明:PA11电解液组装的超级电容器可在-40℃下实现良好的倍率性能,在2.7V、5 000mA/g条件下,容量保持率为65％.此外,PA11电解液还进一步将电容器工作电压扩大到3.5 V,获得了 110F/g的比电容、47.87W·h/kg的最大能量密度和5 850W/kg的最大功率密度.
针对传统方法合成α-氨基酸-N-环内酸酐(NCAs)毒性大、对环境不友好的问题,以氨基酸为原料,以乙酸锌为催化剂,以碳酸二甲酯(DMC)为环化剂,通过"一锅法"高效环保地合成了 L-苯丙氨酸-N-羧基环内酸酐(Phe-NCA)、L-天冬氨酸-4-苄酯-羧基环内酸酐(H-Asp-Obzl-NCA)和Ne-苄氧羰基-L-赖氨酸环内酸酐(Cbz-Lys-NCA)等3种新型NCAs.通过GC-MS、NMR、FT-IR等对其进行定性表征;讨论了反应温度、反应物比例等因素对氨基酸转化率与NCAs产率的影响;并通过对比催化剂乙酸锌在反应前后的XPS和XRD等表征,分析乙酸锌的催化机理.结果表明:反应中氨基酸:去质子碱:催化剂的摩尔比为1∶1.5∶0.2,反应分别在160、120、140℃进行8 h后,去质子氨基酸与DMC在乙酸锌的作用下发生甲氧羰基化反应,进一步关环,Phe-NCA、H-Asp-Obzl-NCA 和 Cbz-Lys-NCA 最佳产率可分别达到 55.22％、56.30％和 46.46％;乙酸锌的催化机理为Zn2+与 DMC中的羰基氧进行配位络合后实现氨基酸靶向甲氧羰基化,促进邻近COO-与羰基碳发生亲核取代,从而实现精准关环,得到NCAs.
为探究钴氮改性对石墨烯气凝胶催化过一硫酸盐(PMS)降解污染物性能的影响,以氯化钴和氧化石墨烯(GO)作为前驱体,通过冷冻干燥和氨气热退火处理,成功制备了钴氮改性石墨烯气凝胶(Co-NGA).采用SEM、BET等一系列测试手段对材料的形貌结构、元素组成和化学形态进行表征,并选择对羟基苯甲酸(p-HBA)作为目标污染物,测试气凝胶材料的催化活性.结果表明:石墨烯气凝胶具有独立的块体形貌和联通的三维多孔结构,钴和氮均匀地分布在石墨烯片层表面;当CoCl2添加量为1.5mg/mL以及GO质量浓度为2.0 mg/mL时Co-NGA展示出最高的催化活性,在60 min内对p-HBA的去除率超过98％,反应速率常数达到 0.096 min-1,远高于 GA(0.008 min-1)、NGA(0.011 min-1)和 Co-GA(0.019 min-1)的反应速率常数,在较宽的pH值范围(3～11)和复杂离子环境下均能保持良好的催化活性;Co-NGA/PMS体系是一个以非自由基电子转移为主导的反应体系,对一系列富电子污染物具有良好的去除能力.
为拓展淀粉与淫羊藿苷在骨组织工程中的进一步应用,以淫羊藿苷为药物,以可溶性淀粉为基材,通过静电纺丝法制备负载淫羊藿苷的淀粉纳米纤维,考察淀粉质量分数、淫羊藿苷/淀粉比例、纺丝液推注速率、电压、接收距离等工艺参数对纳米纤维外观形貌的影响,并分析交联前后淫羊藿苷-淀粉纳米纤维的药物释放性能.结果表明:当纺丝液中淀粉质量分数为19％、电压为19kV、推注速率为0.5 mL/h、接收距离为16 cm时能够获得直径分布较窄、形态较好的淀粉纳米纤维,此时纤维直径范围为0.17～0.60 µm,平均直径为0.30 µm;当淫羊藿苷质量为淀粉质量的6％时,能够获得形态较好的载药纤维;交联可大幅增加载药纤维的药物缓释性能,历经168 h只释放了 64.9％的淫羊藿苷.
为了增加硬碳电极材料的导电性,选取石墨烯作为添加剂,采用涂覆法制备了石墨烯掺杂多孔材料,通过SEM、XRD、BET、蓝电电池测试系统和电化学工作站等对所得石墨烯多孔材料的结构和电化学性能进行表征和测试,探究不同碳化温度对于石墨烯掺杂多孔材料电化学性能的影响.结果表明:石墨烯掺杂多孔材料显示出均匀、丰富的孔结构和增强的石墨化程度,可降低接触电阻,缩短扩散距离,增强电子的传导性,用作电池负极时可有效提高钠离子电池的可逆比容量、倍率和循环性能;当碳化温度为1 100℃时,所制备的石墨烯掺杂多孔材料电极表现出363.8 mA·h/g的高可逆比容量,在100mA/g的电流密度下,循环300圈后,其可逆比容量基本无损失,表明该石墨烯掺杂多孔材料具有优异的电化学性能.
为了解决7 nm布图设计中直通寄存器在自动布局时不能均匀分布且高宽比相差较大、纵向绕线较多的问题,提出在布图阶段提前布局直通寄存器,并将宏单元放置在模块上下两端以避开直通寄存器密集位置的优化方法;并针对7nm工艺对宏单元位置的约束,通过工具命令语言(TCL)脚本修复宏单元在布图阶段引起的违例.结果表明:相较于摆放在四周的布图规划,优化后的布图规划中建立时间最差负违例(WNS)减少0.131 ns,负违例总和(TNS)下降约80％,纵向拥塞从9.23％降至0.98％,功耗下降约500 mW;优化布图后执行TCL脚本,宏单元引起的违例下降了 288条,相较人工修复节约了 90％以上的时间.
针对已有多任务优化算法寻优精度受限、计算时间成本过高等问题,提出一种基于改进灰狼算法的多任务优化算法(improved grey wolf algorithm based multitask optimization algorithm,IGWMTO).该算法采用灰狼算法代替典型多任务算法中的遗传算法,计算个体的因素等级和技能因子实现狼群分类,并以此更新个体隶属任务,引入扰动因子和动态权重改善狼群个体的更新方式.仿真测试结果表明:相比于传统多任务优化算法,所提算法在4个优化问题上的寻优精度的提升均超过了 4.8％,计算耗时降低了 70％以上.
针对双三相永磁同步电机传统有限集预测电流控制策略中存在电流谐波较大的问题,提出了一种基于虚拟矢量合成的预测电流控制策略.在保证原有良好动态响应能力的基础上,选用基波子平面内大矢量和次大矢量合成的虚拟电压矢量用于预测控制,将谐波子平面的电压幅值抑制为零,然后通过构建价值函数选择出最优虚拟电压矢量,在抑制电流谐波的同时也减小了计算量.由仿真结果可知,所提策略有效抑制了 5、7次电流谐波,改善了电流波形,使相电流的总谐波失真降低了 49.5％.
为制备具有良好光致发光功能的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)发光复合膜,以PET薄膜为基材,通过物理喷涂技术将荧光强度较好的有机稀土发光材料均匀分布在PET膜表面,制备PET发光膜;在PET发光膜表面引入不同聚合物的防护功能层,制备PET发光复合膜,并进行荧光性能测试与表征.结果表明:发光喷涂溶液质量分数为1.50％时所制备的PET发光膜具有最佳的荧光性能,且发光材料在膜表面分散均匀;选用PVDF为防护功能层所制备的PET-PVDF发光复合膜荧光强度最高,达3 158 a.u.,而且在不同激发波长下PET-PVDF发光复合膜均可以显现出发光材料中Eu3+的特征荧光发射峰;PET-PVDF发光复合膜的最佳紫外激发波长为301 nm,在最佳激发波长下PET-PVDF发光复合膜具有较好的色纯度,可以显现出靓丽的红光.
概述了碳纳米管(CNT)活化过硫酸盐降解水中污染物的研究进展.从N原子掺杂、含氧官能团调控、缺陷程度调控、与金属复合等方面系统总结了 CNT材料激活过一硫酸盐(PMS)和过二硫酸盐(PDS)降解有机污染物的性能及其构-效关系,针对CNT材料循环稳定性不佳的问题,提出了可能的原因和再生方法,并详细讨论了 CNT材料去除有机污染物的可能反应机理和鉴别方法,最后提出了 CNT材料在环境修复领域的应用潜力和未来研究方向.
为了拓展抗菌纳米纤维在医疗敷料领域的应用,首先采用N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)/氯化锂(LiCl)溶剂体系来溶解木浆纤维素和聚丙烯腈(PAN),并加入硝酸银(AgNO3)作为抗菌剂,制备了纤维素/PAN/AgNO3(DMAc/LiCl)纺丝溶液,通过静电纺丝技术纺制出抗菌纳米纤维,并对纤维的形貌、元素组成、结晶性、化学结构、热性能及抗菌性能进行了表征分析.结果表明:当AgNO3的质量分数(即占纺丝液中溶质总质量的百分比)为2％时,纤维素/PAN/AgNO3纤维的微观形貌最佳;在纤维表面均匀分布的抑菌组分主要为AgCl;抗菌纤维对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有很好的抑制作用,抑菌率都达到了 98％以上.
为提升聚砜膜的亲水性与抗油污染性能,采用共混亲水性无机纳米粒子——氧化铝的方式对其进行改性.通过非溶剂诱导致相转化法制得Al2O3/PSF复合膜,系统研究氧化铝与聚砜的质量比对铸膜液黏度、膜结构、孔隙率、力学性能、膜渗透性能和油水分离性能的影响.结果表明:当氧化铝与聚砜的质量比为7∶1时,膜的孔隙率为78.04％,水接触角为37°,纯水通量达到最高的1 500L/(m2·h·bar)(1 bar=100kPa),油水乳液的渗透通量为320U(m2·h·bar),并且除油率高于99％.与改性前相比,该膜展现了优异的油水分离性能.
为了准确而高效地识别出布匹各种疵点的种类,采用改进的EfficientDet算法进行布匹疵点识别.首先采取改进的Ostu阈值分割算法进行特征边缘的检测,采用非极大值抑制方法对边缘进行筛选,确定候选区域;然后采用筛选器对候选区域的疵点进行识别和分类,其中筛选器采用改进的EfficientDet算法.改进的EfficientDet算法与其他优秀的目标检测算法以及原算法进行了比较.结果表明,改进的Ostu分割算法相较于传统算法不仅可以在更多的布匹图像中更准确地识别疵点区域,而且抑制了假边缘现象;该模型规模是几种算法中最小的,识别准确率达到94％,高于目前最优算法4个百分点.
为提高负载型催化剂对室内甲醛(HCHO)等有害气体的催化降解性能,以氨基改性聚乙烯醇缩丁醛(mPVB)为载体,聚甲基丙烯酸(PMAA)为模板,负载氧化锰(MnOx),制备一种新型MnOx/mPVB多孔纤维膜,并研究其在室温下对连续释放的低浓度甲醛的去除性能.结果表明:2％(质量分数)的MnOx/mPVB多孔纤维膜对甲醛的去除性能最佳,去除率为88.8％,且多次循环实验后仍保持在80％以上.
为解决供用电系统和用电设备的正常漏电电流与故障漏电电流的保护和识别问题,首先针对供用电系统和用电设备的漏电特征进行分析,明确正常漏电与故障漏电的识别特征;其次分析高频电力电子设备的漏电电流特征,提出基于高频电流负反馈的磁调制漏电电流量测方法,实现故障漏电的准确检测与保护;最后提出基于漏电电流阻容特征的单相供用电系统的漏电保护策略,分别设置故障漏电动作阈值和正常漏电动作阈值,在保障供用电系统和用电设备正常运行的前提下实现故障漏电的准确保护.结果表明:正常漏电与故障漏电电流阻容特征不同;基于高频电流负反馈的磁调制漏电电流量测方法可以有效降低正常高频容性漏电电流的影响;基于漏电电流的阻容特征的漏电保护策略,可提高漏电保护的有效性和可靠性.
为解决气凝胶的低密度带来的空间成本问题,将聚酰胺酸纳米纤维及芳纶纳米纤维通过水相分散、冷冻干燥、热亚胺化等过程制备了具有形状记忆特性的聚酰亚胺/芳纶复合纳米纤维气凝胶,并对其微观形貌、化学结构、力学性能、隔热性能和形状记忆性能进行了研究.结果表明:复合气凝胶表现为纳米纤维相互缠结的三维网络,体密度仅为0.0096g/cm3,具有优异的热稳定性和隔热性能,导热系数为0.031 7 W/(m·K);气凝胶表现出形状记忆特性,当温度大于140℃时,气凝胶开始从临时形状恢复至初始形状,其形状固定率和形状恢复率分别可达到84.5％和96.15％,在智能材料、高温隔热领域有广阔的前景.
为提高水凝胶的稳定性和力学性能,扩展其应用,以天然多糖透明质酸(HA)、L-天冬氨酸(L-ASP)、丙烯酰胺(AM)为基础原料,以Zn2+为物理交联剂,以N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为化学交联剂,设计了一种物理-化学交联双网络(DN)水凝胶,并研究了 Zn2+浓度对水凝胶性能的影响.结果表明:水凝胶具有均匀致密和强韧的孔道结构,孔径约为10～20μm;水凝胶具有良好的热稳定性,且热稳定性与Zn2+浓度有关,Zn2+浓度越高,热稳定性越好;水凝胶具有良好的力学性能和剪切稀化特性,提高Zn2+浓度,可以提高水凝胶的力学强度;水凝胶具有良好的溶胀能力,溶胀过程由扩散和松弛共同控制;水凝胶具有良好的保水性,能够保持水分在30～50h左右,并且保水率与Zn2+浓度呈负相关;此外,水凝胶具有一定的pH敏感性,在碱性环境中溶胀受到阻碍.
为了实现居家环境下的睡眠健康监测,提出基于可穿戴式单通道心电的不同睡眠阶段识别分析方法,研究了心电信号的27个心率变异性(HRV)特征分别在序列前向选择(SFS)、序列后向选择(SBS)和浮动序列前向选择(SFFS)3种不同方式下最优特征集的选取,设计了以堆栈式自编码器(SAE)建立的睡眠分期神经网络模型系统.结果表明:基于SFS-SAE的睡眠分期模型方法的分类效果最好,且相邻RR间期序列差值大于50ms百分比(pNN50)、相邻RR间期序列差值的绝对中位差(MADRR)和庞加莱散点图中椭圆短轴(SD1)3种HRV特征都能在此模型系统中有效用于各睡眠阶段的识别,在清醒-睡眠(WAKE-SLEEP)分类、非快速眼动-快速眼动(NREM-REM)分类和浅睡-深睡(N1N2-N3)分类下的平均准确率分别为82％、80％和81％,基本满足家用睡眠分期判别,可用于睡眠疾病的日常筛查,是对多导睡眠图睡眠分析方法的有效补充.
为了提高红外探测器模数转换的速度与精度,设计了一种用于非制冷红外焦平面阵列探测器片上14位10 MSps逐次逼近型模数转换器的高速比较器.本比较器采用前置放大器、动态高速度锁存器和新型输出缓冲器的三联级结构,并通过输入、输出失调存储的方式对各级放大器进行失调电压消除,使比较器工作的速度与精度得到提高.结果表明:基于TSMC 0.18 μm1P6M工艺进行设计与仿真,在电源电压为5 V的情况下,该比较器的采样速率为200 MSps,失调电压为32.63 V,传输延时为259 ps,-3dB带宽为1.11 GHz.该比较器相较于其他的设计,具有更小的失调电压以及传输延时,满足逐次逼近型模数转换器对其比较器速度与精度的要求.
为了提升碳纳米管对过硫酸盐的催化活性,通过化学处理分别得到表面氨基化、羟基化和羧基化改性的碳纳米管材料(CNT-NH2、CNT-OH、CNT-COOH).采用SEM和XPS对材料结构进行了表征,并测试了其激活过硫酸盐(PDS)降解偶氮染料酸性橙(AO7)的性能.结果表明:氨基和羟基改性能够显著增强CNT的催化活性,其中,CNT-NH2在60min内能够降解超过95％的AO7溶液(0.1 mmol/L,100 mL),反应速率远高于原始CNT以及CNT-OH和CNT-COOH,这是由于氨基改性提高了 CNT表面的正电性,从而促进PDS和AO7在CNT-NH2上的吸附和反应;机理研究表明,非自由基电子转移是CNT-NH2/PDS体系的主要氧化途径,因此,该催化体系在pH值为3～11的范围内保持稳定的催化活性且对于实际水体具有较好的适应能力.
