1 东华理工大学 江西省聚合物微纳制造与器件重点实验室南昌 330013
2 东华理工大学 核科学与工程学院南昌 330013
作为重要的分离和分析手段，液相色谱法主要应用在分析化学领域，而在核素分离工作中报道十分罕见。本项目基于动力学色谱理论基础，研发出一种脉冲式进样-赋能动力学色谱柱，色谱柱的填料采用粒径为0.2 mm的惰性二氧化硅，柱长为5 m，色谱分离单元约3.06万个。通过改变色谱柱外界条件，分析铀酰离子在色谱柱内的运动情况；通过水浴加热、超声波和外加磁场对色谱柱进行赋能，以提高离子相互分离的效果；在不同进样流速和温度下，研究混合核素的分离情况，得到最佳分离条件及色谱柱的动力学特性。结果表明，样品流速为4.109 mL·min-1，色谱柱加热温度为50 ℃，此时铀酰离子和钠离子的分离因数为1.185 4。以最佳分离条件进行海水提铀，得到铀和钠离子的分离因数为α=1.575，实现海水中铀和钠离子分离理论上需要20级。脉冲式进样-赋能动力学色谱柱能够高效快速地实现海水中铀的分离提取。文中采用的创新性方法，还可应用于其他核素的分离研究。
赋能 脉冲进样 时间控制分流 动力学色谱法 海水提铀 Energy-endowed Pulsed injection Time-controlled splitting Kinetic chromatography Uranium extraction from seawater
1 北京大学物理学院人工微结构和介观物理国家重点实验室，北京 100871
2 南开大学现代光学研究所，天津 300350
3 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室，天津 300350
4 天津市光电传感器与传感网络重点实验室，天津 300350
飞秒激光成丝表征是光丝调控及应用的基础，成丝过程中光、声和热信号之间丰富的能量转换效应为利用声学和光学等方法探索和诊断光丝打开了大门。由于成丝过程中声波和荧光辐射微观物理机制的区别，两种信号与光丝物理参数之间的定量关系存在差异，然而目前仍缺乏两种方法的准确性对比研究。基于此，实验上通过研究脉冲能量对光丝空间分布的影响，系统对比了声学及荧光法两种光丝表征方法的异同。结果表明：两种方法都可以实现对光丝空间特征的表征，相比于荧光法，声学法对光丝起始和结束位置表现出更高的灵敏度，光丝内自由电子动能对光场强度的依赖性是造成差异的主要原因。
非线性光学 飞秒激光成丝 声学 荧光 空间特征 电子动能
中国计量大学 浙江省流量计量技术重点实验室, 浙江 杭州 310018
针对偏远地区及特殊场景下的低功耗无线传感节点电源维护不易的问题, 该文对一种基于流激振荡现象的流体动能收集技术进行了研究, 结合压电技术可实现流体动能转换至电能的过程。通过对流激振荡现象进行数值模拟及实验研究, 分析了空腔结构中的流场及声场分布特性, 探究了流体速度对声振荡频率及幅值的影响规律。利用COMSOL软件对声电转换过程进行仿真, 实现了完整的流体动能-电能的转换过程。研究结果表明, 在一定的速度条件下存在频率稳定的声振荡区间, 可驱动压电换能装置输出频率稳定的电压, 当气体流速为30.5 m/s时(相当于高压输气管道的流速范围), 声场压力振幅可达6.12 kPa, 对应的输出开路电压为2.62 V。当外接15 kΩ电阻时, 最高输出功率可达0.29 mW。
流激振荡 大涡模拟 压电换能器 谐振 流体动能 flow-induced oscillation large eddy simulation (LES) piezoelectric transducer resonance fluid kinetic energy
强激光与粒子束
2023, 35(1): 012011
1 中国科学院深海科学与工程研究所, 海南 三亚 572000
3 北京大学化学与分子工程学院, 北京 100817
随着社会经济的飞速发展, 能源短缺问题在世界范围内日益突显。 目前, 开发利用可再生能源已被我国列为能源发展的优先领域。 藻类植物蕴含丰富的生物质能, 同时又具有光合效率高、 固碳能力强、 生长速度快、 来源分布广等优势, 是公认的可持续绿色清洁能源的发展方向。 甘氨酸是藻类水热液化过程中的重要过程反应物, 其液化过程中的热动力学性质是认识和优化藻类水热液化技术的基础要素, 通过研究甘氨酸水热液化过程可为分析复杂的生物质水热液化反应奠定基础。 研究基于熔融石英毛细管反应器(FSCR)高温高压可视反应腔, 结合Linkam FTIR600控温台与Andor激光拉曼光谱仪联用, 对甘氨酸水溶液在270~290 ℃(压力同于实验环境温度下水饱和蒸气压)条件下的液化过程运用拉曼光谱分析技术开展了原位研究。 通过观测5 Wt%甘氨酸溶液中C—C伸缩振动峰(897 cm-1)、 C—N 伸缩振动峰(1 031 cm-1)和COO-反对称伸缩峰(1 413 cm-1)在液化过程中的相对拉曼强度变化, 深入分析了温度及反应时间对甘氨酸溶液各官能团热分解的影响。 运用Avrami的反应动力学模型分析, 获取了量化温度对甘氨酸分子中骨架碳链ν(C—C)的特征振动模式热解过程影响的活化能, 357 kJ·mol-1, 和不同实验温度下的反应速率常数k等一系列相关参数, 定量地揭示了甘氨酸液化过程的热动力学性质。 实验中发现, 在设定相同的液化反应时间(10 min)内, 当温度低于290 ℃时, 降温后反应腔内能观测到甘氨酸水溶液中ν(C—C), ν(C—N), νas(COO-)的特征峰, 而温度高于290 ℃时则不然, 表明甘氨酸的完全液化温度约为290 ℃。 该研究运用高温高压可视化实验技术, 结合原位拉曼光谱分析技术, 厘清了甘氨酸水热液化过程中的不同温度下特征官能团拉曼峰强的变化规律, 为深入了解藻类水热液化过程机理、 推进生物质能的开发利用提供必要的实验依据, 具有重要的科学意义和现实意义。
甘氨酸 水热液化 原位拉曼光谱 反应动力学 Glycine Hydrothermal liquefaction In-situ Raman spectrum Kinetic analysis 光谱学与光谱分析
2022, 42(11): 3448
浙江大学光电科学与工程学院，浙江 杭州 310027
正电子发射断层成像（PET）是一种对活体的生理机能进行成像的核医学成像方式。为了全方位地刻画生物体内的生命活动，双示踪PET技术被提出。此技术往往采用交错/同时注射、单次扫描的方式来获得两种示踪剂的放射性浓度分布信息，目前主要被应用于肿瘤和神经系统相关疾病的诊断和治疗中。由于两种示踪剂产生的光子能量不可区分，故双示踪PET图像的重建成为重点研究的关键技术之一。从PET的成像原理、示踪剂和双示踪PET重建技术等多个方面进行介绍，并重点讨论各类重建技术的优势和不足。最后，对双示踪PET成像技术在多参数、多模态成像领域中的发展和应用进行展望。
成像系统 正电子发射断层成像 双示踪 重建 动力学建模 机器学习 光学学报
2022, 42(17): 1711002
1 河南大学土木建筑学院，开封 475004
2 绿色建筑材料国家重点实验室，北京 100024
火山灰质材料的高效、合理利用是实现混凝土环境友好与高性能的重要途径，而科学、准确评价火山灰质材料的活性发挥程度则是提高其综合应用效果的关键之一。通过对国内外文献的研读分析，概述了化学试验法、物理试验法、微观结构分析法与动力学模型法等火山灰质材料的主要活性评价方法，并对各种评价方法的理论依据及适用特点进行了讨论分析，最后探讨了当前火山灰质材料活性评价方法存在的不足之处，旨在为火山灰质材料的高效利用与深入研究提供借鉴与参考。
火山灰 活性评价 化学试验法 物理试验法 微观结构分析法 动力学模型法 pozzolan activity evaluation chemical test method physical test method microstructural analysis method kinetic model method
1 陕西高速机械化工程有限公司, 西安 710038
2 长安大学建筑工程学院, 西安 710064
为研究混磨不同细度石灰石粉-粉煤灰对水泥基胶凝材料水化进程和早期力学性能的影响规律, 本文采用等温量热法测定了不同细度复合胶凝体系在水化温度为20 ℃时的水化放热速率和放热量, 根据Krstulovic-Dabic提出的水化动力学模型计算了复合胶凝体系水化反应各阶段的动力学参数。结果表明: 增加石灰石粉和粉煤灰的细度可促进复合胶凝体系水化产物的结晶成核与晶体生长, 缩短水化诱导期结束时间和达到最大放热速率时间, 加速水泥的水化反应速率。石灰石粉和粉煤灰细化会缩短相边界反应过程时间, 使复合胶凝体系在水化程度更高时发生反应控制机制转变。抗压强度试验表明增加细度可明显提高胶砂试件的早期强度, 其后期强度保持稳定。
石灰石粉-粉煤灰 细度 胶凝材料 水化反应速率 水化动力学模型 力学性能 limestone powder-fly ash fineness cementitious material hydration reaction rate hydration kinetic model mechanical property
1 中国海洋大学信息科学与工程学部海洋技术学院, 山东 青岛 266100
2 深圳市环境监测中心站, 广东 深圳 518049
3 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
4 中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室, 北京 100029
5 青岛海洋科学与技术试点国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室, 山东 青岛 266237
激光雷达可以快速实现对大气风场的非侵入测量, 获得精确三维风矢量。为验证测风激光雷达观测湍流的可行性并获得湍流观测特征, 利用相干多普勒激光雷达在深圳杨梅坑进行湍流观测实验。依据 Reynolds 分解原理, 应用小波分解获取湍流脉动并分析大气的湍流运动特征。结果表明: 观测地日平均湍流强度呈现“单峰单谷”结构, 与实验期间气温的变化呈现较高相关性; 湍流动能引起垂直方向上的输送主要集中在日间 12:00 后, 与湍流耗散率的相关系数达 0.77; 湍流功率谱密度在惯性副区内基本符合 Kolmogorov“-5/3” 定律。研究结果验证了测风激光雷达可以较为精确地估算湍流参数。
多普勒测风激光雷达 大气湍流 小波分解 湍流动能 Doppler wind lidar atmospheric turbulence wavelet decomposition turbulent kinetic energy 大气与环境光学学报
2021, 16(5): 383
