教学课程资源库 更多>>

关键词： 离子导电水凝胶   大分子交联剂   双交联   韧性  

摘要： 随着互联网智能时代的快速发展,柔性电子器件已被应用于各个领域。特别是用于人机交互、人造电子皮肤、软机器人和人体健康监测的可穿戴传感器,受到广泛关注,柔性传感器是未来传感技术发展的重要方向。其中,离子导电水凝胶因其柔软湿润的特性、类似组织结构、可拉伸性和功能化等优势,成为可穿戴传感器的理想候选材料。然而,为了使离子导电水凝胶能够得到更广泛的应用,需要赋予其多种功能,这通常需要对水凝胶网络进行改性或者引入多种组分来实现。结果导致水凝胶的制备方法繁琐或影响其性能的因素过多不利于调控。因此,利用简单方法制备较少组分的多功能离子导电水凝胶是亟待解决的问题。本论文将聚氧乙烯20油醚丙烯酸酯引入不同水凝胶体系,此组分兼具表面活性剂,疏水性单体和大分子交联剂的作用。针对制得的多功能离子导电水凝胶的性能进行了研究。 制备了聚（丙烯酰胺-聚氧乙烯20油醚丙烯酸酯）/氯化钠(P（AAm-O20AC）/NaCl)水凝胶并对其性能进行研究。首先以聚氧乙烯20油醚（O20）和丙烯酰氯（AC）为原料,合成聚氧乙烯20油醚丙烯酸酯（O20AC）。通过FTIR和HNMR测试来表征O20AC的化学结构;利用表面张力法测试来确定O20AC的临界胶束浓度。然后以AAm、O20AC和NaCl为原料,采用一锅法制得P（AAm-O20AC）/NaCl水凝胶。探究了O20AC含量和NaCl含量对水凝胶性能的影响,当O20AC含量为5 wt%,NaCl含量达到为2 wt%时,水凝胶的拉伸强度和断裂伸长率分别达到最大值为714.46 k Pa和3005%。O20AC形成的动态疏水缔合胶束,能够有效耗散能量,使P（AAm-O20AC）/NaCl水凝胶表现出优异的抗疲劳性能。Na和Cl的存在,使水凝胶在应变范围400-500%内的灵敏度GF为5.84,具有良好的导电性能和应变传感性能。 制备了聚乙烯醇/聚氧乙烯20油醚丙烯酸酯/乙二醇（PVA/O20AC/EG）水凝胶并对其性能进行研究。以PVA和O20AC为原料,采用冻融法和二元溶剂策略制得PVA/O20AC/EG水凝胶。通过调控EG/HO和O20AC的含量,讨论其对水凝胶综合性能的影响。当EG/HO固定为1:1,O20AC含量为4 wt%时,PVA/O20AC/EG水凝胶的综合性能最优。其拉伸强度和断裂伸长率分别可达1155.94 k Pa和722.49%,且经过熔融-冻融三次循环处理,其机械性能仍保持相对不变,充分体现了物理交联在水凝胶中的贡献明显。因EG的介入,水凝胶的冰点低至-33.7℃,较之常规水凝胶更具有良好的抗冻性,且具有较好的保水性,7天后的试样重量的保持率能达到89.3%（20℃和50 RH%）。此外,PVA/O20AC/EG水凝胶在应变范围200-300%内的导电灵敏度GF达到4.73,表现出相对较好的导电能力。PVA/O20AC/EG多功能水凝胶优异的综合性能为制备柔性传感器提供了材料选择。

关键词： 郯庐断裂带   隐伏活动断层   显微构造   粘土矿物   总汞含量  

摘要： 断层岩是活动断层的产物,也是研究活动断层性质、机制、预测构造地震的关键。然而,在活动断层揭露的实践过程中,当活动断层穿切第四纪沉积物时,活动断层与滑坡成因的断层岩因特征相似,往往难以区分。郯庐断裂带贯穿中国东部,是一条巨大的深层断裂区,它对中国东部的地质构造、矿产资源分布及当代地震活动的影响与控制作用极为显著,其中郯庐断裂沂沭段中的安丘-莒县段在新沂地区为隐伏断层且穿过第四纪沉积物。本文选择该地区钻孔揭露的断层岩作为研究对象,通过以下研究研究其显微构造、物理化学性质,探究新沂市隐伏断层岩的特征、断层具体性质、机制和未来活动性等问题,同时对比活动断层和滑坡形成的断层岩的差异: (1)显微镜观察结果显示滑移带宽度在2.3-7.8 mm之间,角砾为主,含少量粘土,为断层角砾岩。断层角砾多具有碎裂结构,以脆性变形为主。 (2)扫描电镜(SEM)可见里德尔剪切(Reidel shear)裂隙组合,表现为右行剪切特征。采用Nano Measurer软件对SEM影像中的石英颗粒进行粒径统计分析,粒度大小变化于55-375μm之间,显示较明显的分带性,总体特征为离滑移带越近,碎裂石英粒径越小。 (3)断层岩X射线衍射法(XRD)分析结果表明,断层岩的主要成分为石英、长石和黏土矿物。黏土矿物中伊/蒙混层含量占总粘土矿物含量的90%左右,伊利石6-8%,高岭石3%左右,未见蒙脱石。与滑坡成因断层岩相比,断层成因的断层岩伊/蒙混层相对含量较高。 (4)断层岩总汞含量测量,显示明显的汞富集,高于周围粘土总汞含量,表明这些断层角砾所在的断层与深部存在联系,是活动断层的产物,不同于滑坡成因断层岩。 研究显示,新沂地区隐伏断层的断层岩与地震成因断层有关,是活动断层的产物,所在断层更可能与粘滑有关。多次断层活动导致细粒化的断层角砾以及较高的伊/蒙混层含量表明该断层存在较低的渗透率,较高的孔隙压力,表现为断层的弱化。结合地区的研究资料推测该断层存在孕震特性,未来可能发生强震。

关键词： 自主学习   混合式教学   物理化学实验  

摘要： 针对目前学生在学习过程中缺乏对实验课程的重视和自主学习、深入思考的习惯，只单纯地模仿操作而缺乏主观能动性的现状，对物理化学实验教学中存在的问题进行了分析，并从教师和学生方面整理了相应的改进措施。

关键词： 聚丙烯腈   预氧化   外张力   结构演变  

摘要： 聚丙烯腈（PAN）基碳纤维的比重轻、低密度、纤维细、抗腐蚀性强、热传导率高、化学结构稳定且柔软,同时还具备优秀的减震、耐磨和生物相容性好等性能。因为这些优良性能使其在航空航天、医学机械、竞赛体育运动制品等领域广泛应用。PAN前驱体的预氧化是制备PAN基碳纤维的关键,其对碳纤维的碳回收率、质量和性能有很大改善效果并提高了生产效率。张力是PAN原丝预氧化阶段的一项不可或缺的影响因素,很多研究表明,在预氧化阶段施加适当的张力可以提升碳纤维的性能。因此,研究张力在预氧化过程中对纤维结构的影响,对以后的预氧化工作的开展具有重要意义。本文通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、体密度、元素分析、热重分析（TG）、扫描电子显微镜（SEM）、广角X射线衍射仪（XRD）和纤维强度仪等测试,系统地研究不同外张力对预氧化纤维的化学结构、聚集态结构和力学性能的影响,具体研究内容如下: （1）通过在连续预氧化过程中持续施加不同的外张力获得预氧化纤维,深入研究了外张力对预氧化纤维的物理化学结构的影响。结果表明,在连续预氧化过程中处理温度低于246°C前,预氧化纤维的相对环化率随外张力的增加呈现先下降后上升的趋势;高于246°C后,预氧化纤维的相对环化率随外张力的增加呈现先上升后下降的趋势。在连续预氧化过程中持续施加8.67 MPa外张力得到的最终预氧化纤维相对环化率最高,热失重率最低,持续施加17.34 MPa和21.68 MPa外张力得到的最终预氧化纤维的相对环化率最低,热失重率高。这是因为适当的外张力可以使更多的C≡N官能团围绕着C-C链旋转处于理想的环化位置,从而相对环化率较高,预氧化纤维结构更稳定。而一旦外张力过大,则会阻碍分子链松弛,甚至导致分子链断裂,从而降低了相对环化率,纤维缺陷增加。 （2）研究了持续施加外张力对预氧化纤维的聚集态结构及力学性能的影响。结果表明在每个预氧化温度阶段,纤维的结晶度和晶粒尺寸L随外张力的增加呈现先上升后下降的趋势。这是因为在预氧化前期,纤维受热使得非晶区的分子链段活动能力增强,适当的外张力导致分子链结构重组且取向增加,导致准晶体结构进一步生长、晶粒尺寸增大,结构更加完善。过大的外张力的施加,使分子链的择优取向过大增加,阻碍分子链的重排和破坏分子内部的有序程度,结晶度和晶粒尺寸变低。在预氧化中后期,化学反应逐渐扩展到晶区,晶区遭到破坏,结晶度和晶粒尺寸迅速下降。

关键词： 物理化学   Python   燃烧热   实验数据处理  

摘要： 通过仪器测定所得大量实验数据来揭示客观规律是物理化学实验的特色，而对数据进行处理分析是这门课的难点。鉴于此，以燃烧热测定为例，讨论了如何运用Python处理物理化学实验数据。将Python程序直接用于实验数据处理，能够快速、准确、高效地得到雷诺曲线、蔗糖燃烧热及相对误差等，并通过对关键代码的修改，能将程序扩展到其他实验应用中，进一步通过第三方库将其转化成脱离语言环境、且能够在操作系统使用的软件。Python程序应用于物理化学数据处理中能为实验的高效进行提供切实的保障，具有较好的普适性和应用性，同时能够激发学生的创新能力和培养学生理论与实践相结合的应用能力。

关键词： 聚氨酯   固态聚合物电解质   锂电池   聚醚二醇   异氰酸酯   离子电导率  

摘要： 固态聚合物电解质（Solid polymer electrolyte,SPE）因其自身的许多优势是更有希望实用化的高性能固态电解质材料,但目前仍面临着室温离子电导率较低、电化学窗口较窄、机械强度不足等问题的限制,尚没有一种最优的配方以实现理想的电池性能。聚氨酯（Polyurethane,PU）材料因其优异的力学性能和结构高度可调节性受到广泛关注,是有希望的SPE基质材料之一。然而,目前关于PU-SPE的研究仍相对较少,整体性能表现还不够理想,且其结构与性能的关系也尚未被系统深入地研究。因而,有必要详细系统地研究PU-SPE软硬段结构与物理化学性能的关系,为下一步优化改进提供方向。 本论文选取了3种不同碳链结构的聚醚软段（PO3G、PTMG、PPG）及4种结构各异的二异氰酸酯（HDI、MDI、PPDI、NDI）,制备了12种不同结构的PU及对应SPE,比较了它们在热性能、力学性能、电化学性能等各方面的表现,以探究PU-SPE的软硬段结构变化对其各方面性能的影响规律及锂盐加入的增塑作用。 结果表明:（1）3碳数的直链PO3G软段倾向于与Li+形成六元环配位构型,具有整体更低的玻璃化转变温度和更高的离子电导率,而异氰酸酯中链段自由度更大的直链HDI展现出更高的离子电导率。（2）锂盐的加入极大地破环了原PU中的结晶行为和氢键物理交联作用,力学性能大幅度下降,对于热性能也有极大的影响。（3）不同聚醚二醇和异氰酸酯软硬段结构对SPE力学强度和热性能的影响极大,这主要与分子空间结构、链段堆积紧密程度及链段自身的刚性强度有关。最终,选取了离子电导率较高的PO3G及HDI系列样品,进行下一步的电化学性能表征和正负极稳定性研究。聚氨酯化后显著拓宽了原软段的电化学稳定窗口,但也造成了锂离子迁移数的降低。以离子电导率最高的PO3G-HDI-BDO-Li(1.2×10-4 S cm-1,45℃)组装的锂锂对称电池在45℃、0.1 m A cm-2的条件下可稳定循环2800 h以上,且过电势稳定在0.13 V左右;而Li/Li Fe PO4电池在65℃、0.3 C下稳定循环210次后,具有99.8%的库伦效率和88%的容量保持率（141 m Ah/g）,良好的库伦效率。

摘要： 随着高等教育的不断发展,实验教学在培养学生创新能力和实践能力方面发挥着越来越重要的作用。然而,当前许多高校的分析化学和物理化学实验课程仍然存在着诸多问题,如教学内容陈旧、实验项目单一、实验方法落后等,这些问题严重制约了学生实验能力的提高和创新思维的培养。同时,分析化学与物理化学作为化学学科的两个重要分支,其实验教学内容存在着诸多交叉和重叠,但目前大多数高校仍然将二者割裂开来,导致学生无法建立起完整的知识体系,不利于学生综合能力的提高。因此,如何整合分析化学与物理化学实验课程,优化实验教学内容,改革实验教学方法,已经成为当前高校实验教学改革的重要课题。

关键词： 聚丙烯腈   预氧化   常温冷拉伸   结构演变   力学性能  

摘要： 在聚丙烯腈(PAN)基碳纤维的制备过程中,PAN原丝的预氧化是无法忽视的重要组成部分。在预氧化处理中牵伸的施加是制取高性能碳纤维的主要手段和方法,牵伸可使预氧化纤维、碳纤维的直径降低,力学性能提高。在工业生产中PAN原丝通常进入预氧化炉加热之前就施加牵伸。本文的主要目的就是讨论常温下对PAN原丝施加一定的牵伸并在此状态下进行预氧化处理使预氧化纤维结构与性能的影响。通过常温冷拉处理聚丙烯腈原丝以及使用管式加热炉加热的方法将PAN原丝恒温处理得到预氧化纤维,研究了常温冷拉处理对预氧化纤维的物理化学结构和力学性能的影响,建立了预氧化纤维物理化学结构的转变与力学性能的联系。本文详细研究内容如下: (1)研究了PAN原丝施加常温冷拉处理后预氧化过程中发生的物理化学结构变化及冷拉处理造成的影响。结果表明在预氧化过程中随着化学反应的进行纤维的结晶结构逐渐被破坏,预氧化反应在产生梯形结构的同时会出现类似于石墨的晶体结构。冷拉处理对预氧化纤维的环化反应具有一定的抑制作用,但纤维比表面积上升会增加氧向纤维中扩散的速率使纤维致密化的同时也可以增加纤维体密度。同样冷拉处理可以稍微提高纤维的结晶取向,减缓纤维物理结构的转变。常温冷拉最好控制在3%以内的牵伸率才不会影响纤维质量,且牵伸倍率过低时(1%以下),可能无法控制纤维受热收缩。 (2)在施加不同牵伸倍率的冷拉处理下通过改变预氧化温度的方式来调控PAN纤维物理化学结构的变化速率来建立纤维结构变化与力学性能的内在联系。结果表明预氧化处理过程中纤维拉伸强度与拉伸模量呈持续降低趋势。一部分原因是纤维内部化学反应的进行降低了分子间的内聚能密度,另一部分原因是纤维晶体结构的破环。适当的冷拉处理可以提高预氧化纤维的拉伸强度。断裂伸长率变化则呈现出先增加后降低的趋势。化学反应产生的梯形结构与纤维原有的晶体结构的破环是导致这一变化发生的原因。常温冷拉处理也会降低相同处理条件下预氧化纤维的断裂伸长率。