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关键词： 纤维素   能源材料   渗水预警   智能分类   传感  

摘要： 纤维素作为自然界中含量丰富的可再生生物基资源,具有来源广泛、可生物降解、力学性能优异等特点。随着科技的不断进步,基于纤维素材料的研究与开发逐渐成为材料科学与工业应用的热点领域。本论文以纤维素作为构筑单元,通过真空抽滤、原位聚合、定向冷冻、真空浸渍等方法将其他功能性有机和无机构建单元集成到纤维素框架中,获得独立的多维纤维素基导电材料。基于这些材料独特的优势,将其应用于绿色能源领域,包括蒸腾驱动发电机、生物基锌空气电池和摩擦纳米发电机,并开发这些能源器件在环境监测与智能传感领域的应用。主要研究内容及结果如下: （1）通过真空抽滤纳米纤维素制备纤维素膜,以此为基底原位聚合二硫化钼制备亲水性纤维素/二硫化钼导电膜,基于该材料构建了蒸腾驱动发电机,并应用于土壤环境的渗水监测系统,即电阻响应型渗水诱发地质灾害-早期预警系统（SIGH-EWS）,实现实时监测与早期预警。研究发现,二硫化钼以纳米花状结构均匀包覆在纤维素基底表面,提供了大的比表面积和更多的活性位点,同时纤维素/二硫化钼膜展现出强亲水性。基于伪流动和双电层机制,纤维素/二硫化钼蒸腾驱动发电机实现对极少量水（5μL）的电响应,并且在连续50次滴水循环中表现出优异的耐久性和电化学稳定性。纤维素/二硫化钼膜作为渗水传感器适用于不同类型的土壤,通过模拟土壤渗水实验,该装置能够监测土壤中水至上而下和至下而上方向的渗流情况,并且对油类物质具备抗干扰能力。基于纤维素/二硫化钼渗水传感器的电阻型SIGH-EWS系统,通过设定电阻差阈值,实现自动报警功能,确保在渗水发生时能够及时采取应对措施。 （2）基于亲水性纤维素/二硫化钼渗水传感器在高湿土壤环境中的应用局限性,通过调整纤维素的开纤化功率,增加了纳米纤维素膜的孔隙率,并对其进行硅烷化改性处理,赋予其疏水性,再经原位聚合二硫化钼制备了疏水性纤维素/二硫化钼膜。该膜的接触角为118.9°,且沿厚度方向,中间层的疏水性高于表层。在相同尺寸条件下,与亲水性纤维素/二硫化钼蒸腾驱动发电机相比,疏水性纤维素/二硫化钼蒸腾驱动发电机能够承受更多的水量,20μL的水即可产生0.6 V的输出电压和2.98×10-6 W cm-2的最大面积输出功率,在高湿环境下可持续发电约4.7 h。因其对水的高敏感性和在高湿度环境中具有更好的稳定性和抗干扰能力,疏水性纤维素/二硫化钼渗水传感器在不同土壤环境和气候条件下均展现出稳定性和可靠性,实现了对水和水位变化的快速响应（响应可达秒级）和准确检测。基于此,设计了可编程SIGH-EWS系统,该系统基于疏水性纤维素/二硫化钼渗水传感器,实现了远程监控与管理的便捷性。 （3）针对蒸腾驱动发电机在能源与传感集成方面存在的不足,借鉴仿生细胞骨架的设计理念,以定向结构的细菌纤维素气凝胶为骨架,通过真空浸渍丝素蛋白/钙离子溶液,构建了双网络纤维素离子水凝胶,将其作为固态电解质组装应用于锌空气电池。在双网络纤维素离子水凝胶结构中,细菌纤维素网络作为维持离子水凝胶结构完整性的支撑框架,丝素蛋白作为渗透相,其稀疏的微晶交联结构和延展性特征使离子水凝胶能够有效将局部产生的机械应力分散到更大的区域,从而在整个材料中耗散能量,钙离子赋予水凝胶离子导电能力。双网络纤维素离子水凝胶表现出优异的拉伸强度和断裂韧性(断裂能约为900 J m-2),在长期循环载荷下仍能保持稳定的电阻。组装的锌空气电池具有优异的电化学性能(1.31 V的稳定开路电压和0.4 m W cm-2的最大功率密度)和环境适应性,可作为SIGH-EWS系统中物联网芯片组的能源供应来源。纤维素离子水凝胶基锌空气电池对水位变化高度敏感,作为自供能智能传感器用于渗水预警。特别是在土壤环境中,渗水传感器能够灵敏地检测水位变化,并通过物联网平台实现远程预警信号的传输。 （4）基于双网络纤维素离子水凝胶的结构和力学性能,通过调节丝素蛋白/氯化钙的质量比,并采用结构重塑策略制备了抗疲劳纤维素离子水凝胶。研究表明,抗疲劳纤维素离子水凝胶在刚性细菌纤维素和粘弹性丝素蛋白双网络结构的协同作用下,呈现出典型的J形特征和韧性断裂行为,具有良好的抗裂纹扩展能力。通过高分辨率同步辐射小角X射线散射技术,进一步揭示了拉伸诱导的细菌纤维素网络结构重塑对断裂韧性的贡献。基于抗疲劳纤维素离子水凝胶的单电极摩擦纳米发电机在极端条件下表现出卓越的耐久性,适用于需要长期承受机械刺激的应用场景,如智能分拣和自动操作。将其集成到机械手,通过利用机器学习模型对不同介电球体的摩擦电信号进行深入训练和分类,实现了对不同材质球体的高精度识别,分类准确率达到97.2%,展示了其在触觉感知和智能分类中的应用潜力。

关键词： 超大型高温合金涡轮盘   再结晶限度   微观组织交互作用   组织演变模型   工艺优化方法  

摘要： 重型燃气轮机是高效的热-功转换类发电设备,具有保障国防安全与国家能源安全的关键战略价值。重型燃机中的涡轮盘是承受高温大应力的核心热端部件,为实现H级重型燃机的自主化研制,急需掌握Φ1000mm级超大型高温合金棒材锻坯以及Φ2000mm以上超大型高温合金涡轮盘制备技术。GH4169合金是新型重型燃气轮机超大型涡轮盘的首选材料,因此需要探明合金的热加工特性,并统筹考虑国内设备及工艺等各方面的因素,提出适用于超大型涡轮盘热加工制备过程的集成工艺设计方法。 本文以超大型GH4169合金铸锭开坯和涡轮盘锻造过程中的关键工艺为研究对象,对镦拔开坯和模锻加热及成形过程中的组织演变规律进行理论研究,并对实际生产中涉及的温度监测、载荷预测、组织调控、开裂控制等问题提出综合解决方案,旨在实现超大型高温合金涡轮盘制备过程中的组织调控与工艺优化。本文主要内容包括: (1)针对GH4169合金不同热加工工艺阶段的工艺设计需求,分析铸态、均匀化态和不同晶粒尺寸锻态合金的热变形行为,研究合金对应于整个热加工过程中的流变应力变化和组织演变机理。研究发现合金经均匀化热处理后热变形性能提升但不易实现组织细化,晶粒尺寸较小的合金更容易再结晶且具有更优良的热加工性能。同时,本研究扩展了指数应变硬化模型并构建合金微观组织与流变应力的联系,从位错理论角度实现对不同微观组织合金的流变应力预测,提出合金微观组织特征量以评价合金的再结晶能力。通过深入研究合金的再结晶限度与变形参数和微观组织的关联性,获得制备过程中工艺参数设计的定量准则。 (2)针对GH4169合金热加工过程中晶粒组织调控的需求,分析合金在不同加热温度下的晶粒长大和经历不同热变形历史后的晶粒长大,明晰了晶粒长大行为之间的差异取决于析出相、孪晶界与晶粒组织的交互作用。所构建的δ相演变动力学模型对相分数和粒子尺寸实现精准预测,提出δ相钉扎效应影响因子以表征δ相对于晶粒长大行为的影响。系统分析合金的孪晶界演变行为并构建孪晶界密度的表达式,提出了界面联结点钉扎效应影响因子,以表征受孪晶界演变控制的界面联结点对于晶粒长大行为的影响。 (3)提出了 GH4169合金热加工制备的集成式控制模型的构建理论和实验方法,完善合金热加工过程传热模型的边界条件,分析并选用不同热加工阶段的本构模型与开裂判据模型,构建了完整的合金微观组织演变模型以适用于从加热至变形后冷却的全部热加工场景以及每个场景所有具体时刻下的微观组织预测,并解决多道次计算中的各道次数据衔接问题。将合金的传热行为、本构关系、组织演变和开裂预测等方面与有限元计算耦合,为开展超大型涡轮盘制备过程中的组织调控与工艺优化研究提供综合解决方案。 (4)提出适用于GH4169合金热加工过程中的组织调控与工艺优化方法,并以超大型合金铸锭开坯和涡轮盘锻造过程为例,对合金部件的全程热加工制备提供针对性预案或解决方案。精准预测铸锭开坯和涡轮盘锻造全过程微观组织演变,在此基础上通过调整热加工参数实现对微观组织的精确调控。对热加工工艺及模具结构进行协调优化设计,在满足设备载荷极限的情况下满足合金棒材坯料和涡轮盘锻件的组织要求与成形要求。 综上,通过对GH4169合金热加工各工艺阶段微观组织演变的研究和超大型涡轮盘制备过程数值模拟模型的构建,统筹考虑国内设备及工艺等各方面的因素,解决微观“尺寸效应”(均匀化热处理后铸锭晶粒组织粗大)引发的组织细化难题和宏观“尺寸效应”(超大型涡轮盘的实际尺寸过大)引发的区域性组织演变差异,形成超大型GH4169合金涡轮盘制备的组织调控与工艺优化方法,并为其他高温合金产品的制备提供理论依据与技术借鉴。

关键词： 说苑   儒家材料   刘向   分类研究  

摘要： 本文对《说苑》所见儒家材料展开分类研究。《说苑》以儒家驭百家,书中的儒家材料数量丰富,记载儒家诸子论说,具有一定的编撰特点与选材目的。本文通过搜集与整理先秦秦汉典籍中的相类文献,根据材料内容进行分类,比照对较文本差异,讨论刘向对原始材料的取舍和改编情况,探析其传承构建儒家正统思想的学术方式及社会动因。文章共分为五个部分。 第一章,讨论《说苑》引用儒家材料的文本特点。《说苑》以儒家材料为主体,记载人物以孔子为核心,内容多为语录体对话,涉及先秦秦汉经、史、子类多部典籍。其书多采今文经学中的释经材料,以《公羊传》的解经义理为指导,注重《孔子家语》中儒家材料的择取。其中引用的儒家诸子材料,体现了孔子言说的权威性与孔门后学的正统性。 第二章,归纳整理《说苑》中“春秋”类典籍的儒家材料。刘向在书中用《公羊传》义理解经论说,又兼采《左传》《国语》中的叙事内容,还融入了《春秋繁露》的思想主旨。本章分别探讨书中与“春秋”类典籍相合的材料,讨论刘向对不同文献的择录与保留情况。同时,根据对话人物,分别对“孔子曰”“孔子闻听”与“孔门后学曰”等材料进行具体分析,解析刘向对不同“春秋”类典籍的态度。 第三章,梳理总结《说苑》中的儒家诸子类典籍材料。刘向引书,以孔子的相关论说为主,多见《论语》原文,注重曾子言说,兼采思孟之学,对荀子的相关材料采取谨慎态度。《说苑》中保留的儒家诸子类材料,体现了刘向对儒家正统传承的尊崇。本章围绕“论语”类、“曾子”类、“思孟”类以及“荀子”类等内容展开。 第四章,比较分析《说苑》与《孔子家语》两书中的文本交织情况。《孔子家语》是刘向择取儒家材料时,引用的文本数量最多、内容最为细致的典籍。二者在成书过程中互有抄录,并可能有着共同的材料来源,刘向常常直接照录《孔子家语》中孔子的义理论述,且注重对孔子先进弟子论政类材料的择取,在此单列一章对其进行具体分析。 第五章,研究《说苑》材料编著与儒家正统思想确立的关系。该时期儒家人物形象的塑造及儒家典籍地位的上升,成为影响刘向著书活动的社会动因。其通过建构儒家正统思想的传承体系、尊崇孔子的儒家地位以及尊重今文经学文献阐释的方式,宣扬了儒学的正统观念。

关键词： 单颗粒电催化   钌基二元合金电催化剂   超快高温技术   析氧反应   扫描电化学显微术  

摘要： 随着全球对清洁能源需求的不断增长,电解水制氢技术在可再生能源领域展现出广阔的应用前景。其中,析氧反应（Oxygen Evolution Reaction,OER）涉及多步电子转移过程,反应动力学缓慢,是限制电解水制氢能量效率的主要瓶颈。在众多OER电催化剂中,Ru基电催化剂因优异的催化活性受到广泛关注。然而,Ru在高电位下容易发生溶解,影响催化剂稳定性。因此,探究Ru基电催化剂的作用机制,实现催化剂性能的精准调控,对于电解水制氢效率的提升至关重要。 本论文主要工作内容如下: 1.针对目前RuM研究制备方法和测试条件不统一,缺乏基准评估方法的问题,本章工作围绕RuM的高效合成与OER性能基准测试评估两方面展开研究。首先设计并搭建了程控化碳纳米电极制备仪,并探究了碳纳米电极制备参数,实现了碳纳米电极安全可控制备。通过超快高温技术进行脉冲加热,实现了10种负载在碳纳米锥电极上的RuM的快速、高效合成。随后对10种RuM的碱性OER活性进行基准测量评估,通过将表观电流归一化,得到了RuM的本征OER活性排序,并从中筛选出活性前三的RuCo、RuFe、RuNi作为代表进行后续活性与稳定性的深入探究。 2.针对常规电化学测试测得的OER活性通常是多个纳米颗粒的平均贡献、难以揭示单个颗粒之间异质性的问题。本章工作通过超快高温技术在碳纤维纸基底上合成一系列尺寸均一、分散性优异、负载量适中的RuM NPs,并结合高频超声和离心快速制备了RuM纳米胶体。通过H2O2刻蚀碳膜电极表面,制备了羟基功能化碳膜电极,作为单颗粒碰撞实验的基底。随后基于扫描电化学液池显微镜（SECCM）技术,采用单颗粒碰撞分析方法对基准测量评估中OER活性前三的RuM进行探究,实现了单颗粒水平上RuM本征OER活性的高通量测量。其中RuCo催化活性最高,真实电流密度高达395.3 mA cm-2,RuFe、RuNi分别为254.9 m A cm-2和111.0 mA cm-2,该结果与上一章通过基准测试评估方法测得的活性排序一致,验证了基准测量评估方法的准确性。 3.针对现有的原位表征技术难以定量分析Ru在OER过程中溶解程度的问题,本章工作以扫描电化学显微镜（SECM）的基底产生-探头收集（SG-TC）模式对基准测量评估中OER活性前三的RuM进行研究,实现了OER过程中Ru溶解信号的原位、定量检测。首先制备并抛光碳微米电极,使用COMSOL有限元模拟了SECM负反馈渐进曲线,确定反馈区大小。随后基于SECM SG-TC模式深入研究了Ru基电催化剂在OER过程中的稳定性,获得了OER过程中的Ru溶解信号,得到了RuM的稳定性排序,其中活性前三的RuM中稳定性最高的是RuNi,之后依次为RuCo和RuFe。接着采用一系列非原位表征对该方法的有效性进行验证,其中SEM定性分析RuM NPs反应前后的变化,ICP-OES定量分析Ru的溶解量,XPS结果解释了RuM稳定性差异的原因。最后通过DFT理论计算明确了合金化对催化剂表面化学状态、热力学性质和电子结构的调控作用,解释了RuM活性与稳定性差异的原因。

关键词： 深度学习   Fe-C-Mn-Al   微观组织   显微组织分割   性能预测  

摘要： Fe-C-Mn-Al合金具有的高强度、高塑性和高韧性等优秀的性能,在航空航天和汽车工业等领域具有广泛的应用。Fe-C-Mn-Al合金的显微组织显著影响其力学性能,尤其是铁素体和奥氏体的分布、晶粒尺寸及体积分数,二者的相互作用决定了合金的综合力学性能。然而,传统的显微组织识别方法主要依赖于人工,既耗时又主观,且难以保证高效和一致的结果。近年来,深度学习在金属材料显微组织分析和力学性能预测中展现出巨大潜力,为材料的分析研究提供更加准确和高效的解决方案。 本文以双相轻质钢为研究对象,通过系统的实验研究和深度学习技术,深入探讨了热处理温度对钢材微观组织演化、力学性能和断裂行为的影响机制,并构建了一种创新的微观组织智能分析方法。首先,采用连退热处理工艺,将实验钢分别在700℃至1000℃温度区间进行热处理,并进行SEM、XRD、EBSD等表征技术和室温力学拉伸性能测试。研究发现,冷轧态钢材由于高密度位错和强织构表现出高强低韧特性（屈服强度达1315MPa,伸长率仅7%）。随着热处理温度升高,动态回复和再结晶过程逐步改善材料组织均匀性,850℃-900℃温度区间实现了最佳强塑性平衡,强塑积达到44525.8MPa·%,断裂模式由脆性解理转变为韧性断裂。通过控制热处理温度,成功实现晶粒细化、织构减弱和位错密度优化,在保持一定强度的同时显著提升塑性和韧性。 其次,为解决传统微观组织分析中人工识别存在的主观性和不确定性问题,本文在实验数据的基础上,创新性地提出一种基于Mask R-CNN的深度学习微观组织分割和显微组织信息量化方法。通过构建小样本显微组织图像数据集,快速并准确分割不同热处理温度下双相轻质钢中的铁素体和奥氏体,并精确地提取其体积分数和平均晶粒尺寸等定量参数,对奥氏体和铁素体的平均晶粒尺寸的平均预测误差仅为0.07μm,晶粒体积分数的预测误差也仅为0.9%。进一步地,研究还开发了一种集成特征金字塔网络（FPN）的深度学习模型,通过小样本数据集,构建“微观组织-性能”的模型,用于预测双相轻质钢的力学拉伸性能。实验结果表明,模型预测精度显著提高,评估指标R2达到0.92,平均绝对误差仅为25.3MPa,预测误差控制在0-6%范围内。 本研究不仅系统阐明了热处理温度对双相轻质钢微观组织和力学性能的调控机制,还为材料科学领域引入了深度学习在微观组织智能分析中的创新应用,为材料性能优化和工艺设计提供了重要的理论指导和技术参考。

关键词： 产教融合   材料类研究生   分类培养   四位一体   协同创新  

摘要： 随着战略性新兴产业发展，传统材料类研究生培养已难以满足高素质人才需求。本文在产教融合背景下，提出“平台—课程—师资—评价”四位一体改革框架，探索材料类研究生分类培养路径。该模式通过优化课程、强化师资、创新评价体系，推动学术型与应用型融合，有效提升人才培养质量，促进与产业需求对接，为培养复合型人才提供理论与实践支持。

关键词： 工料机   分类   大数据编码   体系  

摘要： 随着建筑业信息化发展，对人工材料机械设备的精确管理需求增加，现有分类编码体系已难以满足大数据时代的处理需求。本文通过分析国内外人工材料机械设备分类编码体系的应用现状和优劣势，对人工材料机械设备的分类提出了一套面向大数据研究使用的编码数据模型。该模型正向能自动计算编码，反向可以自动解析编码，从而实现了对工料机的特征横向打通，对属性值纵向穿透。利用本编码方案和计算模型建立工料机的编码与单价的数据库文件，进而形成完整的工料机编码大数据模型，为计算大数据工料机单价统计分析计算、计算实时信息价、各类综合价等造价大数据的形成与运用提供基础支撑。

关键词： 筑装饰材料   绿色材料   再生材料   自然材料  

摘要： 随着全球环境保护意识的日益增强,绿色建筑装饰材料以其低碳排放和高可再生性等优势,逐步取代传统材料,成为建筑行业发展的新方向。文章主要介绍了再生材料、自然材料、环保涂料和黏合剂、节能玻璃和隔热材料等绿色建筑装饰材料,深入分析了其优势,并展望了未来绿色建筑装饰材料发展的方向,以期通过这些材料的推广和研发,促进建筑行业高质量发展。

关键词： 堆焊层   堆焊合金   合金层   Q235钢板   硬质相   洛氏硬度计   光学显微镜   铁粉  

摘要： Fe-Cr-C系堆焊合金层韧性较差,表面易产生裂纹,通过在Fe-Cr-C系合金粉中加入锰铁粉可以改变堆焊合金层的性能。实验通过添加不同Mn含量的锰铁粉在Q235钢板上进行堆焊,采用X射线衍射仪、光学显微镜、显微硬度计及洛氏硬度计对堆焊合金层进行性能分析。结果表明:Mn元素能够提高Fe-Cr-C堆焊层硬质相的数量。在锰铁粉质量分数为5%~20%时,随着锰铁粉添加量增加,堆焊合金层析出γ-Fe的体积分数和堆焊层内部硬质相(Cr,Fe)_(7)C_(3)的体积分数呈现增加趋势。当锰铁粉的添加量为20%时,堆焊层内硬质相(Cr,Fe)_(7)C_(3)的体积分数最大,分布密集。合金层硬度随锰铁粉添加量的增加呈现先下降后上升趋势,当锰铁粉添加量为5%时,堆焊合金层硬度最高,约为HRC 55.7.

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