过渡元素掺杂Fe_3O_4(001)表面磁电性能的理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算Fe_3O_4,Fe_3O_4(001)表面以及过渡元素掺杂表面的电子结构和磁性。结果表明Fe_3O_4的半金属性主要来源于B位Fe离子,并且Fe的3d轨道发生强烈自旋极化;比较(001)表面不同终端A和B终端的表面能和电子结构,得出两种终端稳定性存在差异且A终端较稳定同时表现半金属性;由过渡元素V、Cr、Mn、Co、Cu和Zn取代Fe_3O_4(001)表面A终端A位Fe进行掺杂,形成的6种新表面结构都保持了半金属性。对比它们的表面能和磁矩,Mn掺杂的表面结构最稳定并且磁矩明显增大。     

磁性壳聚糖复合微球的制备及其Cu~(2+)吸附性能

以球磨后的粉煤灰磁珠(MS)颗粒为磁核,通过溶胶凝胶法和反相微乳液法依次包覆SiO_2和壳聚糖(CS),制备了MS@SiO_2@CS磁性微球。利用扫描电镜及能量色散谱仪、热重分析仪、红外光谱仪、X射线衍射仪、振动样品磁强计对所得样品的结构和磁性进行了系统表征。结果表明,磁珠颗粒表面实现了逐层包覆,较均匀的分散于壳聚糖基体中,MS@SiO_2@CS微球的比饱和磁化强度可达7.04 emu·g~(-1)。Cu~(2+)离子吸附实验表明,所得磁性壳聚糖微球对Cu~(2+)具有良好的吸附能力,最大吸附量可达11.08 mg·g~(-1);而且可通过磁选法高效固液分离。吸附动力学研究表明,MS@SiO_2@CS微球对Cu~(2+)离子的吸附符合准二级动力学模型,以化学吸附为主。     

Ag/Fe_3O_4/rGO纳米复合材料的制备及抗菌性能

以四水合氯化亚铁和硝酸银为原料,硼氢化钠为还原剂,氧化石墨烯(GO)为载体,通过原位还原法制备了具有磁分离功能的银/四氧化三铁/还原氧化石墨烯(Ag/Fe_3O_4/rGO)纳米复合抗菌材料.采用X射线粉末衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、透射电子显微镜(TEM)等对复合材料进行了表征.结果显示,Fe_3O_4和Ag纳米颗粒均匀分布在rGO片层上.复合材料的饱和磁化率(Ms)为40.5 A·m~2·kg·(-1),表明其具有较强的磁性,将其与菌液混合后,在磁场作用下10 min即可吸附沉降完成磁分离.以大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)为实验菌株,通过琼脂扩散法评价了复合材料的抗菌性能.结果表明,该复合材料具有良好的抗菌效果,对E.coli和S.aureus的抑菌圈直径分别为18 mm和13 mm,最低抑菌浓度值(MIC)分别为50 mg/L和80 mg/L,最低杀菌浓度值(MBC)分别为30 mg/L和50 mg/L.     

新型液氦温区热声驱动制冷系统研究

提出一种采用气液耦合谐振子的新型热声驱动制冷系统,理论上首次实现液氦温区制冷。模拟结果显示,系统最低无负荷制冷温度达到5.9 K,为目前热声制冷系统的最低记录。本文首先基于数值模拟优化了新型热声制冷系统结构参数;然后,分别揭示了系统内部关键参数的沿程分布以及热力学性能的影响规律。本研究填补了热声制冷技术应用于液氦温区的空白,有望为航天、低温电子器件及氢能源利用等领域中的新型热驱动制冷机奠定理论基础。     

空分压缩余热自利用的理论增效极限研究

大规模空分系统中,利用各级空压机出口的低品位余热,经热驱动制冷循环转换后反馈用于冷却各级入口,可使实际过程进一步趋近于理想的等温压缩过程,实现压缩余热自利用和压缩过程自增效的目的。以10万规模空分中空压系统的余热回收为例,基于气体压缩和热功转换基础理论,构建理想情况下压缩余热反馈增效的热力学模型,分析该方法对压缩过程的理论增效极限。进一步,研究了压缩机级数、环境温度等关键因素对于压缩效率提升的影响规律。结果表明,在热机循环冷端温度和制冷循环热端温度为40°C的条件下,当环境温度为20°C时,四级自增效流程的理想节能率可达5.39%。此外,节能率与压缩机级数和环境温度分别呈负相关和正相关。整体而言,此方法理论上可达到的节能效果显著,具有较大的发展应用潜力。     

基于有限元的钢丝绳漏磁检测定量仿真分析

漏磁检测法是钢丝绳无损检测中的常用方法.基于漏磁检测基本原理和三维磁偶极子模型,本文利用B_y-B_z图实现了对钢丝绳直观的在线检测,运用有限元仿真的方法,得到了不同长度、宽度、深度缺陷的漏磁特点,构建了B_y-B_z图中漏磁圆与缺陷程度之间的定量关系,讨论了钢丝绳内、外缺陷产生的漏磁场的区别,并进行了实验验证,以期为钢丝绳损伤的定量识别以及内外缺陷的判定提供新思路.     

磁粒子成像示踪剂的研究进展

磁粒子成像是基于功能和断层影像技术检测磁性纳米粒子空间分布的示踪方法, 具有正向的对比信号、 较低的组织背景、 无限的组织穿透深度、 非侵入性成像以及无电离辐射等优点, 是近年来一种很有前途的生物医学成像技术. 磁粒子成像信号是通过在无场点切换磁性纳米粒子的磁自旋矢量来产生的. 磁粒子成像的灵敏度和空间分辨率都高度依赖于作为磁粒子成像示踪剂的磁性纳米粒子本身的磁性能, 因此目前的研究主要集中在磁性纳米粒子的设计和合成上. 本文重点介绍了磁粒子成像示踪剂的最新研究进展, 总结了可作为磁粒子成像示踪剂的磁性纳米粒子的种类、 合成方法、 性能以及生物医学应用, 以期为磁粒子成像的未来研究提供参考.     

基于磁响应光子晶体与量子点的多重变色防伪研究

结合Fe₃O₄@SiO₂ (M)超顺磁胶体粒子动态连续的磁致变色和碲化镉量子点(CdTe QDs)瞬时发射的光致发光特性, 采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性体封装含有M胶体粒子和CdTe QDs的乙二醇(EG)微液滴, 制得了具有多重变色功能的M/QDs/EG/PDMS复合薄膜. 利用光学显微镜、光纤光谱仪、荧光光谱仪、数码相机、拉力试验机对复合薄膜的内部结构、光学性质及力学性能进行表征. 结果表明, 在外界磁场的诱导下, 复合薄膜瞬时呈现明亮的结构色, 且随着磁场强度的降低, 复合薄膜的衍射波长发生连续红移, 移动范围可达145 nm. 此外, 在紫外光的激发下, 复合薄膜可呈现特定波长的荧光发射, 具备良好的光致发光特性. 同时, 复合薄膜断裂伸长率可达132%, 表现出良好的弹性, 这为其附着在不同材料表面实现防伪应用提供了基础. 进一步地, 通过图案化设计, 可制得响应变色迅速、图案隐现可逆、颜色变化多样的防伪薄膜, 这有利于其在信息加密和高级别防伪领域中的应用.     

基于共价有机骨架材料的磁固相萃取-超高效液相色谱-串联质谱法测定水中4种杀菌剂

杀菌剂在环境中长期富集后会引起土壤和植物病害,并能借助雨水或灌溉渗透到深层土壤和地下水中,威胁水体环境和人体健康。因此针对水中杀菌剂开发简单快速、高效灵敏的分析方法至关重要。该研究通过原位合成法制备了磁性共价有机骨架材料Fe₃O₄@TpBD,将其作为萃取吸附剂,富集环境水体中苯并咪唑杀菌剂(噻菌灵、麦穗宁、多菌灵)和有机硫杀菌剂(稻瘟灵)。利用Fe₃O₄@TpBD与杀菌剂之间的π-π共轭、氢键和静电作用进行吸附,结合超高效液相色谱-串联质谱法(UHPLC-MS/MS)进行检测,建立了测定水中4种痕量杀菌剂的分析方法。通过透射电子显微镜、X射线衍射及傅里叶变换红外光谱等方式对Fe₃O₄@TpBD进行表征,以证明材料的成功合成。对萃取条件进行一系列的优化(Fe₃O₄@TpBD的磁性比例及用量、水样pH、吸附时间、洗脱液的种类及体积、洗脱时间、NaCl含量),确定了最佳萃取条件。4种杀菌剂在3~1200 ng/L的范围内线性关系良好,线性相关系数均大于0.998,方法的检出限和定量限分别为0.06~0.28 ng/L和0.20~0.92 ng/L。在15、150和600 ng/L 3个加标水平下进行加标回收试验,日内和日间精密度分别为2.8%~10.0%和4.4%~15.7%。将该方法用于实际水样的检测,4种杀菌剂的加标回收率为77.1%~119.1%,在水库水中检测出多菌灵,含量为27.5 ng/L。该方法灵敏度高,准确度和精密度良好,操作简单,耗时短。     

压电压磁复合材料中裂纹对反平面简谐弹性波的散射问题

分析了压电压磁复合材料中裂纹对反平面简谐弹性波的散射问题。利用傅立叶变换,使问题的求解转换为对一对以裂纹表面上的位移差为未知变量的对偶积分方程的求解。为了求解对偶积分方程,把裂纹面上的位移差展开为雅可比多项式形式,进而得到了裂纹长度、入射波波速及入射波频率对裂纹应力强度因子的影响。从数值结果可以看出,压电压磁复合材料中可导通裂纹的反平面问题的动应力奇异性与一般弹性材料中的反平面断裂问题动应力奇异性相同。