关键词： 连铸用铝碳耐火材料   微结构调控   原料设计   工艺参数优化   高温功能部件  

摘要： 铝碳耐火材料是连铸高温功能部件的常用材料之一,但随着钢铁连铸技术的不断发展,传统材料已不能满足要求。因此研究者常通过对原料的设计和工艺参数的优化使耐火材料在一定温度下具有特定的碳质原料自身结构、衍生碳结构和原位生成陶瓷相结构,即通过微结构调控的方法使材料具备良好的力学性能和抗热震性能,从而使铝碳功能部件适应连铸技术的发展需要。铝碳耐火材料的碳质原料结构按照特征可分为宏观片状、蠕虫状、纳米球状、管状等众多类型。研究表明,虽然具体机制不同,但这些特殊结构的存在通常对材料抗热震性能的提升有一定积极作用。衍生碳结构根据产生途径可分为残留的碳原子聚集体和气相沉积而成的新碳结构。对于酚醛树脂产生的碳原子聚集体,其本身难以石墨化,因此研究主要集中在催化石墨化方向。对于气相沉积碳,因为其生成常需要催化剂,所以研究主要集中在催化剂的催化机理及其对沉积碳结构的调控方向。而研究亦发现石墨化碳和气相沉积碳的存在往往有利于材料力学性能和抗热震性能的提升。原位生成陶瓷相结构依据控制因素可分为遗传控制和条件控制两类。前者结构与反应物原结构类似,受限制较大。而后者结构受工艺条件的影响更显著,更满足微结构调控的需要。一般认为,各原位陶瓷相的存在均与力学性能的提升联系紧密。而材料的力学性能及抗热震性能除了受到微结构形态特性影响外,还受到结构的物相特性及其分布等因素的影响。因此,必须采用合适的原料和工艺手段对特定微结构的形态、物相和分布进行整体调控以确保材料性能的提升。本文归纳了连铸用铝碳耐火材料中微结构调控的研究进展,分别对碳质原料自身结构、衍生碳结构、原位生成陶瓷相结构以及影响材料力学等性能的其他因素等进行了介绍,分析了目前研究的不足并展望了未来的研究方向,以期为高性能连铸用铝碳耐火材料的设计提供参考。

关键词： 微结构   材料性能   超声振动辅助加工  

摘要： 生物体表微结构具有提高减摩减阻性能、改变表面浸润性及形成结构色等功能,对生物体表面微结构的研究为微结构材料的发展提供了导向和依据。常用的微结构制造方法有激光加工、刻蚀、压塑成型法及超声振动辅助加工等,通过在材料表面制备微结构进而改善材料的减摩减阻性、表面浸润性、密封性及承载能力等。超声振动辅助加工技术通过产生高频振动冲击在材料表面制备出具有一定参数的微结构,振幅、频率、相位角等超声参数以及进给速度、主轴转速及切削深度等加工参数决定了微结构形貌,超声振动辅助加工技术具有可与各种传统加工技术复合、成本低廉、简单高效及不污染环境等优势。

关键词： 锂离子电池   硅基负极材料   复合结构   微结构设计   电化学性能  

摘要： 随着能源存储需求的增长,锂离子电池(Lithium-Ion Batteries,LIBs)已成为高能量密度、长寿命和环保的首选储能系统之一。然而传统的LIBs负极材料石墨容量较低(372 mAh g-1),无法满足高能量密度储能器件的需求。在众多负极替代材料中,硅(Si)具有较高的理论容量(4200mAhg-1)、相对较低的锂化电位(～0.2Vvs Li+/Li)、丰富的储量和环境友好性,体现出较好的应用前景。然而,Si的电子电导率较低(10-5～10-3 S cm-1),同时在脱/嵌锂时产生巨大的体积变化(300%),这严重影响其电化学储锂性能,同时也制约了其商业化进程。本论文以硅基负极材料为研究对象,解决硅负极体积膨胀问题进而改善其电化学稳定性为目标,通过微结构设计(组分、孔结构及形貌)分别对碳前驱体、含硅前驱体进行了调控及优化,制备出了多种硅基复合微/纳米材料,研究了其结构与性能的构效关系以及储锂机制。主要研究结果如下:(1)通过一步碳化自组装工艺,将纳米Si颗粒封装到Sn复合的硼碳纳米管/片(BCN)网络中,制备出具有类“珊瑚礁”结构的Si/Sn@BCN复合材料。得益于Sn复合的碳纳米中空管/片交织的坚固导电网络结构,Si/Sn@BCN材料具有较大的Li+扩散系数(1.6×10-9cm2s-1)、良好的倍率性能(2A g-1时为570 mAhg-1)及稳定的可逆比容量(0.2 A g-1时200次循环后为 650 mAh g-1)。同时,NCM811//Si/Sn@BCN全电池也显示出了较高的首次库伦效率(Initial Coulombic Efficiency,ICE)为 92.8%。此外,金属氧化物也可以有效地提高材料的结构稳定性及电化学性能。采用液相反应和碳化方式构建了纳米级金属氧化物(MnO)复合的Si/MnO@C材料,其中,纳米Si颗粒的空间位阻效应利于生成较小尺寸的MnO晶粒,而分散的MnO晶粒也避免了 Si颗粒的团聚和氧化。结果表明,Si/MnO@C复合材料具有良好的结构稳定性及电化学性能(1.0 Ag-1下循环250次可达603 mAh g-1),用于全电池时,NCM811//Si/MnO@C也具有较高的ICE(94.4%)。(2)以富含SiO2的天然矿物硅藻土(DE)为前驱体,通过镁热还原法制备出了 Si/SiOx微米硅基负极材料,利用快速蚀刻调节了复合材料中Si与SiOx的比例,进而改变了材料的成分、形态和晶体结构,以此来平衡储锂容量和结构稳定性之间的关系。结果表明,经过0.5 h酸刻蚀后,所制备的样品DE-0.5作为硅基负极时ICE达到89%,还具备容量高和循环性能稳定的特点(0.1 A g-1的电流密度下循环100次比容量可以维持980 mAh g-1,1.0 A g-1的较大电流密度下循环200次比容量为444 mAh g-1)。进一步采用复合策略,在DE镁热还原的过程中引入V2O5作为钒源,产物Si/V复合材料呈现出多级孔结构的微米圆盘状结构特征,V2O5被还原成VO2,而V4+通过取代SiO2基体中Si4+晶格,使得原位生成的Si颗粒更加分散、尺寸更小,有效地缓解了 Si的体积效应,同时也增加了储锂位点。通过调节V2O5的含量,所制备的样品Si/V-2作为负极时在1.0 A g-1的条件下历经200次循环仍然保持658 mAh g-1。即使在5.0A g-1的高电流密度下进行200次循环,其比容量也能维持在230 mAh g-1。此外,组装的全电池NCM811//Si/V-2 的初始充/放电比容量为 171/125 mAhg-1,ICE 约为 73.1%,在0.1 C下,经过50次循环后,其比容量仍然高达120 mAh g-1。(3)以聚丙烯酰胺(PAM)水凝胶为碳前驱体,通过快速自由基聚合法成功地将纳米Si颗粒有效地分散并固定在聚合网络中,热解后得到了Si@C-PAM复合材料。得益于分级孔隙/空腔和规则的三维网络互连的结构优势,Si@C-PAM为Si颗粒提供了充足的缓冲空间,以应对其体积膨胀。实验结果表明,Si@C-PAM负极具有良好的循环稳定性和较高比容量,在0.5 Ag-1电流密度下,经过100次循环后,其比容量仍保持在1019 mAhg-1。此外,在更高的电流密度1.0 A g-1下,经过300次循环也具有589 mAh g-1的比容量。此外,全电池LFP//Si@C-PAM的ICE约为88.6%,在0.5 C经过60次充放电循环后,比容量仍可达90 mAh g-1。(4)基于多孔化策略,以微米硅作为前驱体,壳聚糖为碳源,在CaCl2-NH4Cl复合盐体系中,采用熔盐反应并结合后续的单宁酸涂覆,制备出了具有三维多孔网络结构的p-Si/C@C复合材料。实验结果表明,CaCl2-NH4

关键词： SiC-Al复合材料   元素偏析   界面结合强度   力学性能  

摘要： Si C-Al复合材料的耐磨性极高,比刚度、强度更高,并且尺寸稳定性也极佳等一系列优点,在军事、航空、航天、电子、汽车等多个领域中得到广泛的应用。通过压铸成形技术,可以有效地提高Si C-Al复合材料的质量,并显著优化材料性能。压铸铝基复合材料常使用Al-Si系合金作为基体材料,Si元素的分布和Si C-Al界面微结构直接影响着复合材料的综合性能。本论文采用半固态搅拌铸造法和压铸成形技术制备了Si C-Al复合材料拉伸试件,研究共晶Si的偏析行为及其对Si C/Al界面微结构及性能的影响。基于第一性原理计算方法,研究了Al、Si和Si C的原胞晶体结构的电子特性和力学性能,构建了共晶Si/Si C界面的模型,探讨了界面的原子结构和成键特性;与Al/Si C界面进行对比,从原子尺度分析两种界面的结合性能;同时,构建Si原子掺杂Al/Si C界面模型,研究Si元素掺杂对Al/Si C界面性能的影响。此外,采用分子动力学的方法对Al/Si C、Si/Si C和Si原子掺杂Al/Si C界面模型进行拉伸模拟,研究界面的拉伸断裂机制。主要结论如下:（1）压铸Si C-Al复合材料铸件外侧,Si C颗粒被α-Al包裹,界面仅存在少量的Si元素掺杂在Si C颗粒界面处,以Al/Si C为主的界面类型。而在铸件内部,存在两类情况,一类是共晶Si和α-Al蔷薇晶晶粒共同分布在Si C颗粒界面,在铸件内部不仅存在Al/Si C界面,还存在共晶Si/Si C的界面;另一类由于大量的压室预结晶（ESCs）,会出现共晶Si大面积偏析现象,易出现共晶Si将Si C颗粒完全包裹的情况即全为共晶Si/Si C界面。（2）利用第一性原理研究了Al、Si和Si C原胞晶体的电子结构,发现Al原子有很强的离域性;Si和Si C能隙不为0,为半导体材料。Si C颗粒作为增强相具有极高的弹性模量,为高硬度脆性材料。共晶Si相为脆性材料,Al基体为韧性材料,共晶Si相和Al基体相比,具有更高的弹性模量、更好的抗变形能力。（3）在C端和Si端的Si/Si C界面中,top Si1配位方式具有最大的粘附功。与Al/Si C界面相比,Si/Si C界面具有更大的粘附功,即Si/Si C界面的界面结合性能高于Al/Si C的界面,共晶Si偏析形成Si/Si C界面将提高增强颗粒与基体间的结合强度。界面原子之间的相互作用使的Si/Si C界面上形成了极强的共价键。与Al/Si C界面相比,偏析Si相提高了界面处的电荷密度,Si/Si C界面具有更好的结构稳定性。（4）在Si原子掺杂C端和Si端的Al/Si C界面中,掺杂在界面处第一层的Si原子具有最大的粘附功。与Al/Si C界面相比,掺杂后的界面具有更大的粘附功,界面结合性能更强。掺杂的Si原子提高了界面处电荷密度,成键方式为金属键和共价键混合模式,提高界面稳定性。Si元素分布在α-Al晶界时形成的掺杂Si原子的Al/Si C界面将增大增强颗粒与基体间的结合强度。（5）通过对Al/Si C、Si/Si C界面和Si原子掺杂Al/Si C界面三种模型进行拉伸模拟和对Si C-Al复合材料试件拉伸裂纹扩展进行分析研究,发现拉伸过程中Al基体在Al/Si C界面处发生脱粘现象,裂纹主要沿Al/Si C界面进行扩展延伸。Si/Si C和Si原子掺杂Al/Si C界面模型极限抗拉强度要远大于Al/Si C,由于共晶Si偏析易发生脆性断裂,裂纹优先在Si C颗粒附近的共晶Si内部扩展延伸,界面处Si和Si C结合紧密,未发生脱粘现象。（6）受到共晶Si大面积偏析的影响,Si C-Al复合材料拉伸试件易发生脆断,平均抗拉强度和伸长率分别降低74MPa和2.3%。未发生大面积共晶Si偏析的拉伸试件断裂方式为脆性和韧性的混合断裂模式,Si C颗粒发生穿晶断裂,界面结合强度良好未出现开裂现象。而共晶Si大面积偏析的拉伸试件趋于脆性断裂,这是由于共晶Si的脆性较大,拉伸过程中易引起开裂,降低了Si C颗粒的强化效果。

关键词： 混合基质纳滤膜   二氧化硅   纳米气泡   结构调控  

摘要： 薄层复合纳滤膜（TFC NF）因其操作压力低，通量高，可分离一、二价离子等优点而被广泛应用于海水淡化，染料去除，药物分离等领域。随着薄层复合纳滤膜技术的日趋成熟，人们对混合基质纳滤膜的要求也逐渐提高，开发具有高通量、高分离性以及高抗污性能的混合基质纳滤膜仍是当前研究热点。有研究表明在水相中添加纳米发泡剂，通过在支撑层与分离层之间产生纳米气泡，进而改变膜表面形貌，使通量和截留同步提高，这为制备高性能纳滤膜提供了新的研究方向。　　实验围绕着“纳米气泡对二氧化硅混合基质纳滤膜微结构调控研究”探讨了纳米气泡的不同产生方式对TFC NF以及二氧化硅混合基质纳滤膜性能的影响。为了研究纳米气泡对二氧化硅混合基质纳滤膜的影响，先将纳米粒子（R812s SiO2）加入到有机相中，在其基础上研究纳米气泡对二氧化硅混合基质纳滤膜性能影响。具体内容如下：　　在TFC NF水相中加入两种不同发泡剂NaHCO3、NH4HCO3，会使膜在界面过程中产生存在于支撑层和分离层之间的气泡，从而使得膜表面的脊骨增加。同时NaHCO3会使膜界面聚合程度增加，大幅增加了膜的选择性;铵根离子的存在会抑制界面聚合的进行，所以截留不会增加，膜的选择性大幅降低。　　成功将疏水性纳米粒子R812s SiO2引入油相后，膜的表面形貌发生了明显变化。当纳米粒子浓度增加时，可以明显看到它们在膜表面聚集，从而导致膜表面的粗糙度大幅增加以及亲水性下降。在加入纳米粒子的基础上，在水相中添加NaHCO3纳米发泡剂。随NaHCO3含量增加，膜表面的变化与简单的TFC NF中添加NaHCO3时的变化基本相同。由于纳米粒子存在，膜表面的粗糙度会明显增加，同时还会有协同作用提高性能。在加入纳米粒子的基础上，在水相中添加NH4HCO3纳米发泡剂，当NH4HCO3浓度较低时，膜表面的变化与简单的TFC NF中添加NH4HCO3时的变化相似。然而，当浓度达到0.5 wt%以上时，膜表面的变化完全不同：由于纳米粒子对纳米气泡引起的脊骨增加存在一定限制，纳米气泡会破裂。当浓度进一步增加，纳米气泡会包裹住纳米粒子，膜表面凸起增大。

关键词： 气压   相对湿度   含气量   微观结构   水分传输   水化硅酸钙   干燥收缩  

摘要： 面向我国高原地区交通基础设施的建设与养维需求,亟需发展适应高原严酷环境的高性能土木工程材料。高原地区现存混凝土构筑物中开裂与冻融破坏等病害频发,但病害产生与发展的机理仍未探明。系统地开展高原环境中水泥基材料微结构形成与演化的研究,是揭示混凝土初始缺陷形成与耐久性病害诱发机理的理论基础,对高原环境中混凝土耐久性与服役寿命提升具有重要理论和工程意义。本文围绕环境气压与相对湿度对水泥基材料微结构形成与发展的影响,通过试验研究、理论计算与数值模拟分析,取得的主要创新工作成果归纳如下:(1)设计了高原环境模拟试验装置,探究了低气压环境下新拌水泥砂浆的含气量与流变性能,基于气泡的可压缩性剖析了低气压环境对含气量的影响机制,建立了新拌水泥砂浆流变参数与含气量的相关关系;采用交流阻抗测试技术监测不同气压环境中水泥砂浆的凝结硬化过程,明确了低气压环境对水泥砂浆多相物理结构的影响,为模拟低气压环境中硬化水泥基材料的长期暴露试验提供了依据;(2)根据等温润湿与等温干燥环境下不同水灰比硬化水泥浆体的体积变形与质量变化规律,明确了低气压的影响与环境相对湿度的相关性。等温润湿环境下,低气压加速了硬化水泥浆体暴露过程的质量增长,并使收缩变形降低;等温干燥环境下,低气压促进了硬化水泥浆体的水分散失,使质量损失与干燥收缩应变均增大;(3)基于不同气压对湿空气热力学性能的影响,根据水分传输过程中液态水与水蒸气的质量与能量守恒方程,建立了考虑环境气压与相对湿度影响的多孔介质水分传输模型,量化了环境气压对水分传输参数的影响,明确了低气压环境中水蒸气扩散系数、对流传质系数与本征渗透率的增大是影响硬化水泥浆体水分传输特性的主要因素;(4)结合水化物相与孔结构分析、固态核磁共振、纳米压痕与低场核磁共振等测试分析手段,明确了低气压环境中硬化水泥浆体含水量状态变化对其微结构演化的主导作用,阐明了不同气压环境下C-S-H中水分状态与微结构变化间的关系;润湿环境下,低气压促进外界水分向硬化水泥浆体中的传输,驱动C-S-H层间孔中水分向凝胶孔迁移,提升了C-S-H的聚合度与纳观力学性能;干燥环境下,低气压加速了硬化水泥浆体的水分散失,使C-S-H中毛细水与凝胶水的含量降低,而层间水含量增大,使C-S-H的聚合度与纳观力学性能均下降。图111幅,表15个,参考文献276篇

关键词： 玉米   钴   ZnO NPs   CeO2NPs   油菜素内酯类   种子引发   光合作用  

摘要： 农业与人类生活直接相关,为生存和健康提供食物。它受到许多环境挑战的威胁,如气候变化、资源枯竭和非生物胁迫,包括重金属、盐和干旱等。其中重金属已被发现严重损害作物的生长和发育,对粮食安全和人类健康构成严重威胁。钴(Co)是一种有毒的非必需重金属(HM),已成为影响全球粮食生产和质量的主要污染物。因此,需要创新的策略和方法来研究作物中Co诱导毒性的机制。已经采用了各种策略来缓解这些来自土壤-植物系统的压力源的植物毒性影响,但还没有找到一个有效的方法来减轻Co的毒害。纳米技术是作物科学中的一个新兴领域,因为它在改善作物生产和减轻各种胁迫方面具有潜力。纳米技术已成为提高作物生产力和促进可持续农业的一种很有前途的工具。更重要的是,种子纳米引发方法显示出对抗非生物胁迫因素的潜力,并提高了作物生产力。到目前为止,工程纳米颗粒(ENP),如氧化锌纳米颗粒(ZnO NPs)和氧化铈纳米颗粒(CeO NPs),为改进新型农药肥料配方提供了很有前途的策略。在本研究中,我们以对玉米幼苗为材料,研究Co对玉米作物的毒性作用,并揭示其潜在作用机制。我们的研究结果表明,共胁迫通过引起氧化损伤、营养缺乏和光合器官损伤,对植物生长发育产生负面影响。Co浓度的增加导致根和地上部ROS的过量产生,主要通过透射电子显微镜监测高MDA含量、细胞死亡和超微结构损伤来引起氧化损伤。通过激光共聚焦显微镜用ROS染色荧光进一步证实了结果。作为对胁迫的反应,我们观察到随着Co浓度的增加,植物抗氧化防御活性呈增加趋势,但在最高使用浓度的Co时,抗氧化防御活性突然下降。更重要的是,这些结果表明,Co胁迫破坏了氧化还原稳态,导致ROS的过量产生并导致氧化损伤。我们的发现可能为开发有弹性的植物系统提供潜在的策略,以提高共污染地区的作物产量。此外,我们使用纳米颗粒作为种子引发剂来减轻Co诱导的毒性,并改善植物在胁迫条件下的生长。通过种子引发应用NP是一种创新且具有成本效益的方法,通过激活植物生理过程和提供对各种胁迫的耐受性来改善种子发芽和随后的植物生长。我们的研究结果表明,ZnO NPs显著改善了Co胁迫下玉米的植物生长、生物量和光合机制。NPs引发降低了玉米芽中ROS和MDA的积累。更重要的是,ZnO NPs通过减少Co的吸收来减轻Co的毒性作用,并赋予植物超细胞结构和光合器官稳定性。此外,在NPs引发的幼苗中发现了更高的营养含量和抗氧化酶积累。总之,我们提供了第一个证据来证明通过ZnO NPs种子引发在玉米中减轻Co毒性,从而说明了ZnO NPs作为胁迫缓解剂在Co污染地区种植的作物中的潜在作用,以提高作物生长和产量。此外,我们检查了纳米颗粒(CeO)与激素(油菜素甾体)的联合应用。氧化铈纳米颗粒最近成为一种有效的ROS清除剂,也是一种通过充当纳米酶来减轻非生物胁迫的潜在试剂。它被广泛用于保护植物免受非生物胁迫,促进植物生长发育。类似地,油菜素甾体(BRs)是一种新的植物激素类固醇和植物生长促进剂,具有减少各种环境胁迫和促进植物生长发育的潜力。我们的研究结果揭示了Co对玉米的各种不利影响,如抑制生长和光合作用相关属性。CeO NPs和/或BRs的应用通过降低ROS水平、MDA含量和增强植物抗氧化酶活性来减少氧化损伤。同样,应用CeONPs和/或BRs恢复了玉米的超微结构损伤,改善了捕光色素和其他光合作用和生长相关属性。更重要的是,在Co胁迫下,CeO NPs和BRs的联合应用对玉米生长和相关属性的改善更加明显。总之,我们的观察结果表明,应用CeO NPs和BRs可能是一种有益的做法,可以提高在Co污染地区种植的作物对Co胁迫的耐受性,有重要的理论意义和实际应用价值

关键词： 光催化   降解氨氮   二氧化钛   微观结构调控  

摘要： 氨氮废水是数量最多、分布最广的废水。由于对环境的生存威胁,氨氮污染控制越来越受到关注。氨氮(氨或铵)广泛存在于自然水体中,可以显著影响水生动植物。它对人类的生产和健康以及生态系统的稳定起着极其重要的作用,合理有效控制水体中含氮化合物的浓度,急需高效、无二次污染的催化剂以匹配除氮要求。氨氮废水处理有多种方式,如传统生物脱氮、物化法、电化学氧化等,但这些方法都存在一定的局限性,如不适用高浓度氨氮废水、能耗高和造成二次污染等。高级氧化技术的应用(AOT)逐渐成为研究热点。高级氧化技术是指用光、电、磁、声等化学物理过程生成大量自由基,而这些自由基具有强氧化性,可以氧化降解水中的氨氮。其中光催化降解氨氮具有能耗低、绿色环保和氧化性强等优势。二氧化钛是一种天然存在的钛的过渡金属氧化物,也是作为光催化剂的最常见和高效的半导体材料。TiO2在自然界中以金红石、锐钛矿和板钛矿多晶型物质的形式广泛存在。其中锐钛矿在大多数情况下表现出最好的光催化活性,但也有研究表明金红石相或混合相的TiO2在某些特定光催化反应中性能更好。另一方面,相对于光催化降解燃、染料等应用领域,应用TiO2光催化剂来实现氨氮降解的研究并不充分,因此,对TiO2纳米材料光催化氨氮降解的性能和机理进行深入研究,具有重要的理论意义和应用价值。本论文以水中的氨氮为处理对象,探讨了不同微结构的TiO2光催化降解氨氮的性能差异及其微观机理。主要内容如下:(1)采用静电纺丝法,以钛酸四丁酯、聚乙烯吡咯烷酮等简单组分前驱体溶液成功制备了 TiO2纳米纤维。通过改变退火温度,设计了具有不同晶相的TiO2纳米纤维用于光催化氨氮降解。研究结果表明,在碱性环境下金红石相纳米纤维表现出优秀的催化活性,在光催化降解氨氮方面有着优异的性能。在固定的降解时间8 h内,降解效率达到97.34%,高于锐钛矿型纳米纤维降解效率约30%,并且与量产的商用纳米TiO2相比较,降解速率提升了 50%,突出了其在氨氮降解领域的应用优势。(2)针对锐钛矿相TiO2降解氨氮的催化效率不高的问题,我们以二维锐钛矿相TiO2为模型催化剂,通过在二维TiO2纳米片上锚定单原子Pt的策略,实现了锐钛矿相TiO2在氨氮降解过程的性能突破。具体而言,当Pt的负载量为1.5 wt%时,其光催化降解水中氨氮的速率为97.24%,比未负载的纳米片降解效率提升了 70%。进一步研究表明,表面Pt单原子的负载有利于载流子快速转移,且二维层状形貌也为反应的进行提供了有利因素,提供了高比表面积增加了活性位点,负载Pt可促进光生电子传递和转移。

关键词： BESO   微结构材料   多功能  

摘要： 多功能微结构材料由于其兼顾良好的物理性能和轻量化的能力而受到越来越多的关注，同时已被运用于多种应用领域。为了满足工程结构的多功能性要求，提出一种多目标的拓扑优化方法，考虑两个相互矛盾的设计目标，即同时优化材料的刚度和隔热性能。基于周期微结构材料，结合改进的双向进化结构优化方法(BESO)，同时优化结构刚度和结构的隔热性能，以设计出满足多种设计需求的多功能结构。根据分析可知，可以通过改变分配给刚度与热传导系数的权重系数，实现不同需求的多功能材料，该方法为实现微结构材料功能化设计提供了一种有效的途径。

关键词： 高压断路器   机械特性参数   目标检测与跟踪   高速摄影   运动轨迹  

摘要： 高压断路器作为电力系统关键控制保护设备,其操作可靠性对电力系统的正常稳定运行具有决定性影响。机械特性参数是衡量断路器操作性能和工作状态的重要依据,目前现场测量断路器机械特性参数,需要停电后安装直线式或角位移传感器,给在线评估带电运行的断路器工作性能带来难题。 为了克服传统“接触式”测试方法的局限性,本文采用计算机视觉技术深入研究高压断路器机械特性参数的图像检测分析方法。首先,根据断路器动作原理和测试需求,设计基于图像目标检测与跟踪的高压断路器机械特性测试系统方案,确定硬件的参数及连接方式,给出基于图像目标检测与跟踪的断路器机械特性测试软件流程,通过实验室搭建测试系统获取高速图像样本。然后,在核相关滤波(Kernelized Correlation Filter,KCF)跟踪算法中引入位置预测方法,利用图像序列帧间目标运动信息来预测其后续运动方向和目标坐标。以断路器合闸图像中拐臂作为跟踪目标,优化的KCF目标检测跟踪算法实现了后续帧中目标准确、快速定位。最后,通过主轴和拐臂的目标跟踪绘制了位移-时间曲线,获得动触头联动部位的运动特性,从而计算出断路器机械特性的位移、速度和时间等关键参数。 针对不同类型和电压等级的高压断路器,原理上基于图像目标检测与跟踪均可实现断路器机械特性的带电测试。经过实验室和现场测试实验证明:所提出的测试方法和图像目标跟踪算法表现出较高的适用性和准确性,满足电网对断路器机械特性带电测试的精度和实时性需求。