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2014年, 第41卷, 第2期 刊出日期:2014-03-20
  

  • 全选
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    专题综述
  • 齐胜利;贾南方;田国峰;石蕾;武德珍
    . 2014, 41(2): 1-12.
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    在简介聚合物基电双稳态信息存储材料基本概念的基础上,总结了近年来制备的可用于信息存储领域的功能性聚酰亚胺。针对以聚酰亚胺为活性层所构造出的存储器件,详细描述了其易失和非易失型的存储性能。通过阐述电双稳态信息存储的机理,据此提出调控聚酰亚胺材料信息存储行为的方法,并探讨了该领域亟待解决的一些问题。最后展望了聚酰亚胺材料和器件在信息存储材料领域的发展趋势。
  • 化学与化学工程
  • 王丽;孙宝昌;周海军;陈建铭;陈建峰;邵磊*
    . 2014, 41(2): 13-18.
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    以NH3·H2O、MgCl2溶液和CO2为反应体系,利用超重力机(RPB)制备了三水碳酸镁晶须。采用X射线衍射仪、扫描电镜等对产物进行物相和形貌分析,考察了不同反应条件对三水碳酸镁晶须直径和长径比的影响。研究表明,三水碳酸镁的适宜生长温度为40℃,超重力机转速为800r/min,CO2体积分数为20%,NH3·H2O浓度为1.5mol/L,此时制备出的三水碳酸镁平均长度36μm,晶须直径平均1.16μm,长径比达到31。
  • 任帅;屈一新*
    . 2014, 41(2): 19-24.
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    采用加合物提纯法(又称配合物提纯法)提纯三甲基镓(TMG),筛选出四甘醇二甲醚(TGDE)作为加和物,得到最佳的加合物配比和解配条件。结果表明,TMG·TGDE加合物中TMG与TGDE的最佳物质的量比为1∶0.2,且在解配条件t=120℃、p=10kPa时,解配产率y高达94%,产品TMG纯度可达6N。通过质谱、红外、元素分析方法表征了不同物质的量比的TMG·TGDE加合物,提出了加合反应与解配反应的机理。
  • 高绍楠;黄雄斌*
    . 2014, 41(2): 25-29.
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    在直径为0.285m的立式搅拌槽中,通过测定氯化钾溶液结晶的平均粒径、分布以及不同桨型的混合时间,对CBY桨、锚式桨等桨型在反应结晶过程中的效果进行了实验研究。结果表明,大直径(D/T=0.67)的下压式两叶CBY+三叶后掠桨的组合,最适用于反应结晶过程,而工业中适用于降温结晶操作的锚式桨,不能同时满足结晶与反应的要求。晶体平均粒径dm与叶端线速度v的0.15~1.76次方成反比,晶体大颗粒分数x(0.45~0.6mm) 与叶端线速度v的1.7~3.59次方成反比。
  • 栗万博;王沛;高正明*
    . 2014, 41(2): 30-35.
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    在直径为300mm的搅拌槽内,采用碘化物-碘酸盐方法研究了桨叶排出区管内返混现象。桨叶排出区内,采用内径为1.55mm的水平直管加料,管内返混现象严重,离集指数随转速的增加而增加。本文首次研究弯管加料对管内返混现象的影响,发现向上弯曲90°的弯管不能有效避免管内返混现象;将加料管向后弯曲135°可有效避免管内返混现象。此外,缩小直加料管内径,增加管口出口速度同样可以有效避免管内返混现象。针对新型半椭圆涡轮桨(HEDT),本实验测得避免管内返混的临界条件为加料管出口速度与叶端线速度的比值vf/vtip大于0.05。

  • 蒋小川;王振刚;李春喜
    . 2014, 41(2): 36-40.
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    为探寻可替代传统粮食发酵法制乙醇的新工艺,本文选用管式等温积分反应器,在180~230℃、1.0~5.0 MPa、乙酸乙酯的质量液时空速(LHSV)0.7~1.9 g/(g·h)和氢酯比(以物质的量计)20~50的条件下,对某Cu-Zn/Al2O3催化剂上乙酸乙酯加氢制乙醇的本征动力学特性进行了实验研究。以四阶五级龙格-库塔-费尔贝格(Runge-Kutta-Felhberg)法为数值积分方法,以列文伯格-马夸特(Levenberg-Marquardt)法为最优化算法,对动力学实验数据进行非线性拟合,建立了乙酸乙酯催化加氢制乙醇的幂律型本征动力学模型。数理统计和残差分布检验结果表明,模型计算值与实验测定值良好相容,能够恰当地描述此反应的本征动力学特性。

  • 材料科学与工程
  • 邢冠楠;刘云芳*;田艳红;段红英;迟伟东

    . 2014, 41(2): 41-47.
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    利用碳球为还原剂,在中性KMnO4溶液中制备出MnO2/碳球复合材料,并对其结构和电化学性能进行了研究。结果显示,随着碳球含量的增加,MnO2/碳球复合材料的循环稳定性提高,但比电容量降低;当碳球质量分数为35%时,MnO2/碳球复合材料的比电容量在50mA/g的电流密度下达到181F/g。分别采用KOH活化和混酸氧化的碳球为还原剂,可以有效地提高MnO2/碳球复合材料的比电容量和循环稳定性,相应复合材料的比电容量分别达到192F/g和218F/g,而且经过500次的充放电测试,仍然保持为184F/g和192F/g。

  • 刘 伟;李承献;闵新宇;黄雅钦
    . 2014, 41(2): 48-53.
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    以羊骨为原料,采用盐酸脱除其中的矿物质制备得到胶原纤维。考察了盐酸浓度、体系温度等因素对羊骨胶原纤维制备的影响,并揭示了其影响规律。实验室制备羊骨胶原纤维的最优条件为,在每100 mL酸液中投入25 g羊骨粒的条件下,盐酸溶液浓度0.6 mol/L,体系温度25 ℃,每隔8 h更换酸液。对所制备的胶原纤维进行XRD、FT IR、DSC和SEM测试,结果表明,胶原纤维粗蛋白质量分数为96.54%;体系pH=8.5时,胶原纤维的收缩温度为62.6 ℃;胶原微纤维直径约为50~100 nm,并保持了完整的三股螺旋结构及典型的肽链结构。
  • 李雪妮;孟庆函*;曹兵

    . 2014, 41(2): 54-59.
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    采用乙二胺对氧化石墨烯(GO)进行功能化改性,利用傅里叶变换全反射红外光谱 (ATR FT-IR)、X射线光电子能谱 (XPS) 和透射电镜 (TEM)等测试手段对氧化石墨烯功能化前后的结构进行了定性和定量分析,结果表明功能化石墨烯(FG)中成功的引入了乙二胺。利用功能化石墨烯作为催化剂载体,制备了功能化石墨烯载铂催化剂(Pt/RFG),与商业碳载铂催化剂(Pt/C)进行对比,结果发现铂颗粒在RFG上具有良好的分散性,且平均粒径较小。将这两种催化剂样品分别与全氟磺酸树脂混合制成膜电极,应用于固体聚合物电解水制氢技术,测试其电解去离子水时的电流密度及产氢速率,其中含有Pt/RFG的膜电极电解效率较高,产氢速率可达到2.96 mL/(min·cm2)
  • 王晓晓;石艳*;付志峰

    . 2014, 41(2): 60-63.
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    采用可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合方法合成了苯乙烯和马来酸酐的交替嵌段共聚物P(MAn-alt-St) m-b-PStn,通过核磁共振仪(NMR)、凝胶渗透色谱仪(GPC)对聚合物进行了表征,确认3种不同交替段/均聚段(m/n)比例的嵌段共聚物组成分别为P(Man-alt-St)49-b-PSt70P(MAn-alt-St)48-b-PSt97P(MAn-alt-St)50-b-PSt131。将所制备的交替嵌段共聚物在碱性水溶液中水解后得到了两亲性嵌段共聚物,用扫描电镜(SEM)对两亲性共聚物的自组装形貌进行了研究,结果表明随着两亲性共聚物中PSt均聚段比例的增加,自组装形成的胶束形貌出现由分散的类棒状到支化状再到密集的网状转变。
  • 王晓攀; 王树华; 陈洽树; 张朋立; 谷晓昱; 徐日炜; 余鼎声
    . 2014, 41(2): 64-68.
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    以对甲酚-苯胺型苯并噁嗪为模型化合物,玉米秸秆木质素为固化催化剂,用1H-NMR研究木质素催化苯并噁嗪的聚合机理。随后将木质素与双酚A-苯胺型苯并噁嗪共混,得到不同木质素质量分数(0、0.5%、1%、2%、5%)的共混体系。通过DSC研究了共混体系的固化行为,并用DMA、TGA对固化产物热性能进行测试。结果表明:在木质素催化作用下,苯并噁嗪首先开环聚合生成含苯氧结构和Mannich桥结构的中间体,而苯氧结构中间体不稳定,会重排生成Mannich桥结构的最终产物;木质素的引入显著降低了苯并噁嗪的固化温度,且随着木质素含量的增加,共混体系的起始固化温度和固化峰值温度均逐渐降低;与聚苯并噁嗪相比,共混体系固化产物的玻璃化转变温度升高,分解温度略有下降,800 ℃时的残炭率有所提高。
  • 于广益; 魏刚; 乔宁; 张元晶
    . 2014, 41(2): 69-73.
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    采用玉米秸秆为原料,分别以水、离子液体为溶剂,常规、微波法为辅助加热手段,设计了不同的木质纤维素酸催化预处理方案,以还原糖收率为指标,结果表明以微波加热、离子液体为溶剂的方案为最优。考察了不同种类的酸催化剂、酸质量分数、加热温度、秸秆与离子液体质量比、补水量等因素对秸秆催化转化过程的影响,从而确定了最佳工艺条件为:以离子液体[Bmim]Cl为溶剂,质量分数0.5%H2SO4为催化剂,秸秆与离子液体质量比0.08,补水量与秸秆质量比0.2,于150℃下微波辅助加热。
  • 于勇1; 廖 波2; 李国鼐1; 曹喜民3; 关仲翔3; 孙芳1*
    . 2014, 41(2): 74-80.
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    以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚丙二醇(PPG 2000)、丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸β-羟乙酯(HEA)和二乙醇胺为原料合成了一种含氟和丙烯酸酯基的聚氨酯(FPUA)低聚物,通过IR、1H-NMR和GPC对其结构进行了表征。详细研究了FPUA体系的光聚合性能、耐热性、玻璃化转变温度及表面疏水性。结果表明, FPUA体系具有优异的光聚合性能,曝光40 s后,双键转化率可达90%以上。有机氟的引入提高了FPUA的耐热性和表面疏水性。
  • 生物技术和环境工程
  • 祝元春; 于 涛; 王建林*; 赵利强
    . 2014, 41(2): 81-86.
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    提出了一种基于核独立成分分析(KICA)的发酵过程在线监测方法,该方法结合了发酵过程数据的特点,采用了一种新的过程监测指标Us2,对发酵过程数据各时刻独立分量与该时刻所有批次独立分量均值的偏差信息进行特征提取,具有较强的抗干扰能力。青霉素发酵检测的实验结果表明,采用新监测指标的发酵过程监测方法能更好的识别较小的故障,降低漏报率,提高发酵过程在线监测的准确性。
  • 生物技术与环境工程
  • 李会玉1;赵鹏1;葛喜珍2;田平芳1*
    . 2014, 41(2): 87-92.
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    应用PCR技术分别克隆了集胞藻6803、鲍曼不动杆菌和大肠杆菌的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)基因,构建重组大肠杆菌。SDS-PAGE凝胶电泳结果显示,来自集胞藻6803和大肠杆菌的PEPC实现了高效表达,而来自鲍曼不动杆菌的PEPC表达较弱,提示密码子偏好性的影响。前两菌提前进入对数生长期,来自鲍曼不动杆菌PEPC工程菌却延迟生长,但这3种重组菌发酵24h后的生物量与对照菌几乎相同。如果排除质粒复制造成的代谢负荷,过表达PEPC促进了宿主菌的生长,推测是因为重排了代谢流量。

  • 论文
  • 曹振宇1; 张昕蕊1; 杨小明1; 王萍2; 候光胜3; 林爱军1*
    . 2014, 41(2): 93-98.
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    选择北京市城区公园广场、大学校区、商业区和居民小区等市民日常活动区域,采集地表土壤及灰尘样品,分析重金属种类及其浓度。采用单因子指数法和Nemerrow指数法,研究了各功能区不同重金属的污染程度,并采用美国环保总署健康风险评价模型,计算北京市居民经呼吸途径和皮肤接触途径摄入重金属而引起的健康风险。研究结果表明,北京市城区人口活动密集区域地表灰尘重金属污染较为严重,Cu、Pb和Zn质量分数的平均值分别为北京市土壤背景值的2~3倍,其中西单灰尘中Zn的质量分数达528mg/kg,超过背景值9倍以上。健康风险评价模型计算结果表明,人体重金属摄入途径风险大小为:呼吸途径>皮肤接触途径;重金属对人体非致癌风险大小为 Pb>Cu>Zn;在不同功能区之间非致癌风险大小为公园广场>大学校区>居民区>商业区。因非致癌风险指数小于阈值1,所以北京市地表灰尘中的重金属,在目前尚不至引起严重的健康风险。

  • 机电工程和信息科学
  • 刘利军1; 于源2; 刘家祥1*
    . 2014, 41(2): 99-103.
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    依据涡流空气分级机的分级理论,通过物料实验研究了两段串联涡流空气分级机系统喂料速度、两段转笼转速组合、两段进口风速组合等操作参数对其分级性能的影响。结果表明:分级精度和切割粒径随喂料速度的增大而降低;无论两段转笼转速差值保持恒定或增大,切割粒径和分级精度都随二段转笼转速的增大而减小;二段进口风速大于一段进口风速,存在“鱼钩”效应。

  • 王高升; 刘振娟; 李宏光*
    . 2014, 41(2): 104-108.
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    传统的基于主元分析(PCA)的过程监控技术可以对工业过程当前的状况进行监控,但难以预测系统未来的运行情况。本文在PCA监控方法的基础上建立预测模型,首先根据历史数据建立PCA的综合监控统计量模型,其次结合k邻近(k-NN)的最小二乘支持向量机(LSSVM)和灰色理论(GM(1,1))技术建立在线组合预测模型,实现对工业过程运行状态的预测。利用组合模型对一个多变量动态过程实例进行仿真,将预测效果与k-NN的LSSVM以及GM(1,1)各自单独的预测效果作比较,验证了所提方法在长期预测方面的准确性,表明基于组合模型的PCA预测监控方法特别适用于对缓慢漂移故障的长期预测。

  • 纪增浩;李大字*
    . 2014, 41(2): 109-113.
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    针对一类分数阶线性系统,设计了一种基于分数阶卡尔曼滤波器的模型预测控制器。采用分数阶微分的Grunwald-Letnikov定义对被控对象的分数阶状态空间模型进行离散化,构造了一种分数阶卡尔曼滤波器,并将该滤波器得到的状态估计应用于预测控制系统的最优状态反馈控制中。将所提出的方法用于一种黏弹性阻尼系统的控制,仿真结果表明该预测控制器在设定值跟踪、抗噪声扰动等方面都有良好的控制性能;分数阶微分的短记忆长度不仅会影响分数阶卡尔曼滤波器的估计精度,还会对预测控制器的性能产生重要影响。

  • 姚天斌; 祝海江*
    . 2014, 41(2): 114-119.
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    针对仿组织材料超声扫描数据,给出了一种基于各向异性扩散滤波的三维重建方法。该方法先对超声扫描数据进行二维成像,然后应用各向异性扩散滤波方法根据图像的内容采取不同的平滑策略对二维图像进行滤波处理,可以提取质量较好的轮廓。运用此方法对仿组织材料的超声数据进行处理,并采用等值面绘制的方法完成仿组织材料的三维重建和三维显示,实验结果表明各向异性扩散滤波在超声扫描数据三维重建中具有较好的效果。

  • 管理与数理科学
  • 杜俊峰; 涂建华*
    . 2014, 41(2): 120-123.
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    给定图G、点赋权函数c和边惩罚费用w,对于图中任一顶点子集FV,F的权重可定义为其包含的顶点权重之和加上图G中未被其覆盖的边的费用之和。如何寻找一个权重最小的顶点子集F是近年来研究者广泛关注的问题之一。这一问题被称作奖励收集顶点覆盖问题。本文采用迭代松弛方法给出了这一问题的一个近似算法,并证明了该算法的近似度为2。

  • 李建英; 黄晋阳*
    . 2014, 41(2): 124-128.
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    基于DtN映射的双向传播算法是计算具有二维分段均匀结构波导的最有效的算法之一。本文发展了一种新的计算DtN映射的算法,该算法主要利用三次样条函数逼近来计算每一均匀段上的DtN映射。此方法可以直接解析地表出需计算的特征值与特征向量,直接给出一阶导数的计算公式,减少了近似计算过程,从而减少计算误差。另外,它对解的光滑性要求较低,因此具有更好的适用性。本文给出的Cost 268 modeling task算例表明,这种基于DtN映射的三次样条函数逼近算法是一种高效的算法。