一道高考题的理论计算与数值模拟

2021年高考题河北卷第10题涉及有限电荷系统的场强与电势分布，其中选项C为考查难点，要求比较两个点的电势高低，笔者用理论分析和数值模拟突破这一难点.     

La1-x CaxAl0.8Cr0.2O3/CaZrO3(0≤x≤0.2)复相陶瓷材料发射率的研究

以La2O3、Al2O3、ZrO2、Cr2O3、CaCO3为原料,通过高温固相反应法制备La1-xCaxAl0.8 Cr0.2O3/CaZrO3(0≤x≤0.2)复相陶瓷材料,分别通过XRD、SEM和EDS等仪器对试样的物相组成和显微结构进行分析,利用紫外可见近红外分光光度计测量其红外吸收曲线.结果 表明:当CaZrO3理论生成量和La1-xCaxAl0.8Cr0.2O3的摩尔比小于0.20时复相陶瓷材料在0.76～2.5 μm的发射率较La0.8 Ca0.2Al0.8Cr0.2O3得到进一步提高,当CaZrO3理论生成量和La1-xCaxAl0.8Cr0.2O3的摩尔比为0.04时发射率最佳.     

通过表面机械加工调控Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5非晶合金的结构和韧性

作为一种新型结构材料, 非晶态合金的韧性需要进一步提高. 提高非晶态合金韧性的方法有引入枝晶相、调整其成分改变其泊松比影响其剪切带衍生、裂纹扩展等.本文通过表面机械加工的方法来调控非晶态合金的微观结构及韧性. 我们采用真空电弧熔炼、亚稳态薄板离心浇铸系统制备了Zr_52.5Cu_17.9Ni_14.6Al₁₀Ti₅ (原子百分比) (Vit105)非晶合金板,并用表面机械研磨处理方法(surface mechanical attrition treatment, SMAT), 在Vit105板上形成纳米尺度局域类晶体序结构. 基于差示扫描量热分析、纳米压痕实验, 我们发现SMAT处理后的Vit105合金板表面附近弛豫焓更低, 微观结构更加均匀、稳定. 通过显微维氏硬度计测试, 发现SMAT处理后样品的表面附近硬度增大,硬度值分布也更均匀. 通过三点弯断裂实验, 可得到SMAT处理后合金板缺口韧度值从70.7 ± 4.7 MPa·m1/2提高到112.8 ± 3.7 MPa·m1/2. SMAT处理后合金板断裂后, 缺口前端剪切带密度比未处理的更大. Vit105合金板韧性的提高源于SMAT处理对剪切带萌生的促进作用. 该研究表明,表面机械加工可以在非晶态合金中形成局域类晶体有序结构, 影响其结构均匀性, 增大其硬度, 促进剪切带萌生, 提高其韧性. 表面机械加工作为一种新型的改变材料性能的手段, 具有广阔的应用前景.      

ZrB2-SiC-Csf超高温陶瓷复合材料碳纤维损伤抑制研究

采用放电等离子烧结和热压烧结制备了短切碳纤维(Csf)增韧ZrB2-SiC超高温陶瓷复合材料(ZrB2-SiC-Csf),研究了制备工艺对ZrB2-SiC-Csf复合材料微结构演变、力学性能和抗热冲击性能的影响.结果表明:烧结温度是导致碳纤维结构损伤的主要因素,降低烧结温度能有效抑制碳纤维的结构损伤.采用纳米ZrB2粉体在1450 ℃低温热压烧结制备的ZrB2-SiC-Csf复合材料在断裂过程中表现出纤维拔出、纤维侨联和裂纹偏转增韧机制,其临界热冲击温差高达741 ℃,表现出良好的力学性能和优异的抗热冲击性能.从热力学的角度阐明了ZrB2-SiC-Csf复合材料中碳纤维结构损伤的机理,并揭示了该类材料的烧结温度应低于1500 ℃.     

弹性蛋白酶生物催化酯水解的综合实验设计*

酯的水解是有机化学实验教学中的一个重要化学反应,传统的酯水解实验设计是利用酸性或碱性环境在加热的条件下进行水解,而本实验设计将酯水解与生物催化相结合,利用弹性蛋白酶的水解功能,在常温及中性环境下实现对4-三氟甲基-7-丙酰氧基香豆素的水解。该实验设计创新性地将酯水解和酶催化相结合,有利于拓展学生的知识面,培养化学生物学复合型人才。同时,生物催化反应具有反应温和、环境友好等特点,符合当代绿色化学的需求。     

一维锰基氧化物/氧化石墨烯的晶相结构对氧还原性能的影响

基于氧化石墨烯(graphene oxide,GO),以不同的锰源为原料,采用一步水热法合成两种不同晶相的锰基氧化物与GO的复合材料。样品分别经XRD、Raman、SEM及TEM进行结构、形貌表征。XRD测试结果表明合成的锰基氧化物分别为β-MnO_2和γ-MnOOH。Raman结果证明样品中GO的存在。SEM和TEM结果显示氧化物均为棒状结构,与GO复合后,形成了β-MnO_2/GO,γ-MnOOH/GO异相结构。循环伏安和旋转圆盘电极测试结果表明β-MnO_2/GO具有更为优异的氧还原催化活性,起始电位为-0.10 V(vs Hg/Hg O)。比较两种复合物,在-0.3 V(Hg/Hg O)电位下,β-MnO_2/GO具有比γ-MnOOH/GO更高的电流密度,这归因于β-MnO_2特别的晶相结构对氧还原的催化活性以及β-MnO_2和GO间优异的协同作用。这种新型β-MnO_2/GO复合材料有望成为一种价格低廉且高效的非贵金属氧还原催化剂。     

氯化铜催化偶联合成4-烷基联苯

4-烷基联苯是重要的液晶中间体. 以氯化铜为C—C键偶联反应催化剂, 经过对溴联苯的Grignard试剂直接与溴代烷烃发生偶联反应, 成功合成了一系列4-烷基联苯类化合物, 部分化合物产率高达91%左右, 并对其反应条件进行了初步研究; 所合成化合物结构都经过元素分析、红外光谱、核磁共振氢谱和质谱鉴定. 与现有方法相比, 此合成方法收率高、环境友好、成本相对较低.     

双光子吸收表征及相关光物理机制

双光子吸收材料在高分辨生物成像、光动力学治疗和光限幅等领域备受关注。新型双光子吸收材料创制涉及非线性光学性质表征、光物理机制解析和构效关系构建。本文探讨了双光子吸收相关的光物理跃迁机制、开孔Z-扫描与双光子激发荧光方法的区别联系以及激光光源特性对双光子吸收性能测试结果的影响,最后对该领域进行展望。     

PAN为基凝胶聚合物电解质自扩散系数的NMR研究

利用脉冲梯度场NMR方法直接测量了不同温度下的不同组分的PAN为基凝胶聚合物电解抽PAN-EC/PL-LiClO₄中锂离子的自扩散系数D.结果表明,锂离子的自扩散系数D依赖于锂盐质量分数x％,关且在x从5到20范围内,x=10时D有最大值.这与锂离子跳跃的传输机制及同时受到增塑剂EC与聚合物PAN网络的相互作用有关. 关键词：     

正交异性体某些断裂动力学问题

首先对具有任意自相似指数的正交异性弹性动力学问题推导了解的一般表示,给出了一般解法,然后用这一方法对若干具体问题进行求解,利用本文方法可以迅速将所论问题化为半平面上的Ｒｉｍａｎｎ－Ｈｉｌｂｅｒｔ问题,并可以相当简单地得到问题的闭合解。