重型击实试验
重型击实试验

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交通运输工程

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重型击实试验专题介绍
当前指导现场施工的最大干密度及其相对应的最优含水量是通过室内击实试验获得的,受室内击实试验条件限制,规程[1]中规定,无论是轻型击实试验还是重型击实试验,试样的最大粒径都不应超过 38mm。
重型击实试验具有瞬间冲击力大、设备简单、试验方法成熟等优点,也存在操作复杂、颗粒易被击碎、试验结果与实际有一定差别等缺点。
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王宁练教授团队在解析冰雹生长路径方面取得新进展

导读:冰雹指直径大于5 mm的球状或不规则形状的冰粒降水(WMO定义),是全球降水系统的重要组成部分。由于具有空间尺度小、分布范围广、突发性强和可预报性低等特点,冰雹是全球关注的高影响天气之一。IPCC-AR5报告中提到冰雹等小尺度灾害天气现象在气候变暖背景下的变化趋势为低信度,主要原因之一是受观测条件限制,我们缺乏冰雹在对流云中增长的直接观测事实,特别是气溶胶在冰雹深对流云中的分布信息。但是上述信息有可能被“冻结”在冰雹粒子中,如果将冰雹样本收集到实验室中进行化学组分定量分析,有助于研究突破瓶颈。 王宁练教授团队的李潇斐老师与北京大学张庆红教授、周立平教授团队合作定量分析了2016年收集于广西大新县的一个直径为50 mm的大冰雹样本的8种水溶性离子浓度和2种水的稳定同位素含量随雹粒分层分布情况,发现它们从最内层至最外层均呈现“V”型分布,这表明强冰雹云内化学物质的分布特征可能与冰雹粒子在云内的生长过程有联系。水溶性离子浓度的分布表明云内气溶胶可能参与云内水汽凝结物核化过程和碰并清除过程,水的稳定同位素含量分布则表明了冰雹运动轨迹与云内水汽分布特征的关联,两者共同佐证了该雹粒在云内的倒“V”型轨迹,并进一步通过数值模式模拟验证了该分布及冰雹运动轨迹。该研究提出关于冰雹分层化学分析的两个创新点:1)冰雹在云中的运动轨迹可由其反演;2)云中气溶胶的分布特征亦可。该成果已在中科院SCI一区TOP期刊Science Bulletin发表。图1 倒“V”冰雹轨迹及冰雹水溶性离子浓度和同位素含量随冰雹半径分布 原文来源:https://doi.org/10.1016/j.scib.2020.04.034

关键词:冰雹水溶性气溶胶离子西北大学2021-07-17

【科研新进展】(171)资环学院“旱地土壤培肥与高效施肥”科研创新团队翟丙年教授研究小组在苹果园土壤团聚体微生物领域取得新进展

导读:3月19日,资源环境学院“旱地土壤培肥与高效施肥”科研创新团队翟丙年教授研究小组在《Soil Biology and Biochemistry》发表题为“Assembly of abundant and rare bacterial and fungal sub-communities in different soil aggregate sizes in an apple orchard treated with cover crop and fertilizer”的论文,论述了长期生草覆盖配合施肥条件下旱地苹果园土壤团聚体微生物群落构建研究进展。郑伟副教授为第一作者,翟丙年教授为通讯作者。该研究基于白水苹果试验站的12年长期定位试验,调查了长期不施肥、单施化肥、生草覆盖、生草覆盖配合化肥4个处理下土壤不同粒径团聚体( 0.25 mm;0.053-0.25 mm; 0.053 mm)细菌和真菌群落结构,并对细菌、真菌的“丰富”和“稀有”菌群进行了群落装配分析。研究发现在丰富的细菌群落构建过程中,环境选择的重要性从大团聚体到小团聚体呈现增加的趋势。稀有细菌的群落装配过程受同质性选择影响,并且随着土壤有机碳和全氮含量的降低同质性选择的作用逐渐减弱。丰富真菌群落在团聚体中的装配过程主要受随机性过程主导,而稀有真菌群落主要受同质性选择和扩散限制共同主导。研究还发现,团聚体的发育团聚过程使丰富、稀有真菌和细菌群落结构趋于相似,但不同粒径团聚体的环境条件不同又会使其产生各自的独有菌种。而且丰富真菌、细菌可能是团聚体团聚的促进者,而稀有细菌可能是团聚体内功能的“种子库”。该研究为旱地苹果园长期生草覆盖与施肥条件下土壤肥力发育的微生物学机制提供理论依据。原文链接:https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2021.108222编辑:王学锋终审:徐海

关键词:土壤团聚体微生物微生物群落白水苹果西北农林科技大学2021-07-13

《Science Advances》报道陈洪渊、黄硕团队无电极仿生纳米孔芯片技术

导读:自然界中广泛存在的物质跨膜输运现象通过介导细胞内外物质交换在分子水平上对诸多生物学过程进行精准调控。其中,无机离子,葡萄糖,核酸,氨基酸及其它细胞代谢物的跨膜输运需要由特定的膜通道蛋白介导完成。这些膜通道蛋白由蛋白质单体或者多聚体于生物膜上自发组装形成跨膜孔道。膜片钳技术可以有效的逐个探究单个膜通道蛋白的生物物理学性质。随着越来越多新型的膜通道蛋白被发现,探究和理解,这些通道的门控动力学性质与输运机制逐步得到了解读。新兴的单分子纳米孔技术正是建立在膜片钳技术这一基础上的膜通道仿生技术,其基本原理是利用电场力驱动单个分子或离子通过纳米孔引起的皮安级电流变化来进行单分子检测。纳米孔技术应用广阔,可以用于蛋白质分析,金属离子检测,有机小分子识别,纳米粒子表征,单分子化学,单分子质谱以及DNA测序。然而,自1993年首个纳米孔传感概念的展示以来,无论纳米孔技术的仪器形式如何变化,其检测机理完全是来源于依赖膜片钳技术的电信号检测方法。虽然这种方法具有超高的时间分辨率(~10 μs)和电流分辨率(<0.1 pA),但受限于现有的微电子和微电极加工技术的技术门槛和成本限制,扩大检测通量是该领域的主要瓶颈。现阶段,单分子基因测序是纳米孔传感领域内最重要的应用,同时也伴随着海量的数据采集需求,随着纳米孔测序技术产业化逐步展开,人们对超高通量纳米孔测序(大于100万个孔道)的需求愈发迫切,因此亟待发展一种新型的纳米孔检测模式,以不显著提高检测成本为前提突破现有检测通量的局限。数十亿年的生物进化过程早以筛选出一系列结构最为精简,运转最为高效的跨膜输运机制。T4噬菌体能专一地吸附在寄主细胞表面的相应受体上, 将头部的DNA通过中空的尾部(直径为2.5~3.5 nm)注入宿主细胞内。金黄色葡萄球菌分泌的α溶素 (α-HL) 能够插到宿主细胞的细胞膜上,导致细胞营养物质流失而溶解。与通过电极对并使用膜片钳仪器驱动的纳米孔技术不同,自然界中的跨膜运输过程往往自发产生,且完全不需要冗余的电极和膜片钳等外围电子器件的辅助,是最简化的物质跨膜输运分子机器。图1: 无电极纳米孔技术原理与应用。左上: 无电极纳米孔技术示意图。凝胶中的钙离子自由扩散穿过纳米孔与液滴中的钙离子荧光染料结合,产生荧光信号。右上: 基于无电极纳米孔技术的单分子传感。分子穿过纳米孔时会产生特异性的堵孔荧光信号,可用于环糊精、聚乙二醇和双链DNA的传感。左下: ClyA纳米孔和α-HL 纳米孔的同时成像与区分。由于孔径不同 (ClyA纳米孔: d = 3.6 nm, α-HL纳米孔: d =1.4 nm), ClyA纳米孔在荧光模式下能产生一个明亮的亮斑(红圈),而α-HL纳米孔则表现为一个微弱的亮斑(黄圈)。右下: ClyA纳米孔微液滴阵列。受此启发,我校化学化工学院生命分析化学国家重点实验室陈洪渊、黄硕团队开发了一种新型的纳米孔检测方法,并将其命名为无电极纳米孔技术(DOP,DiffusiOptoPhysiology),也是世界首个无需电极的单分子纳米孔检测方法。该团队在纳米孔的两侧分别加入钙离子与钙离子荧光染料,在浓度梯度驱动下,钙离子自由扩散穿过纳米孔与荧光染料结合释放荧光信号,从而间接实现­纳米孔在液滴-凝胶界面双分子层上实时成像,并成功展示了其对小分子、高分子与生物大分子的单分子传感。这项技术充分简化了传统的纳米孔检测模型(能斯特-普朗克方程,公式1),去掉了电迁移项在物质传递中的贡献,仅由扩散、化学反应和流体三项来描述物质的传递(公式2):通过进一步对电解质溶液与孔道优化,其传感性能可与传统的电生理纳米孔技术相当,而理论检测密度可高达104 pores/mm2。由于DOP无需预留电极空间,其测量体积可进一步减小到~30 pL,检测体积上是现有纳米孔技术的百万分之一,显著降低了样品消耗,非常适用于丰度极低的分析物测量。此外,不使用电极让研究者可以很轻松的构建微液滴DOP检测阵列。这种检测模式非常适用于多组分,平行化的高通量药物筛选,其理论检测密度可达103 bilayers/ mm2(图1)。在此基础上,该团队构建了高通量可抛弃式单分子分析芯片,该芯片仅需简单且无生物毒性的材料构成,现有芯片成本不足1美元,非常适用于临床检测中的可抛弃式检测需求,并有望进入日常生活。图2:无电极大孔径ClyA纳米孔检测dsDNA该工作以“Electrode-free Nanopore Sensing by DiffusiOptoPhysiology”为题,于2019年9月6日在《Science Advances》发表相关论文(DOI: 10.1126/sciadv.aar3309,文章链接:https://advances.sciencemag.org/content/5/9/eaar3309)。我校化学化工学院直博生王玉琴为该论文第一作者。我校化学化工学院陈洪渊院士与黄硕教授为该论文共同通讯作者。此项研究得到了国家自然科学基金(项目编号:91753108、21327902、21675083)、中央高校基本科研业务费(国际科技合作促进项目)(项目编号: 020514380142、020514380174)、生命分析化学国家重点实验室(项目编号:5431ZZXM1804、5431ZZXM1902)、南京大学卓越计划 (项目编号:ZYJH004)、江苏省高层次创业创新人才引进计划和南京大学科技创新基金项目等经费支持。(化学化工学院 科学技术处)分享: 微信扫一扫:分享微信里点“发现”,扫一下二维码便可将本文分享至朋友圈。

关键词:纳米电极离子荧光通道细胞跨膜南京大学2021-07-09

有机光电子学团队在室内应用有机太阳能电池研究中取得新进展

导读:近日,我院有机光电子学团队郝晓涛教授、殷航教授等人在室内有机光伏研究方面取得进展,相关成果以“Organic indoor light harvesters achieving recorded output power over 500% enhancement under thermal radiated illuminances” 为题发表于《Science Bulletin》。论文第一作者为物理学院2019级博士生陈志豪,通讯作者为郝晓涛、殷航教授,山东大学为第一作者单位。 随着物联网的迅速发展,各类分布式低功耗长待机微电子产品对离网能源提出了新的要求。有机光伏电池由于吸收光谱易调节及低载流子密度条件下电荷复合不显著等性质,成为了收集室内光光子并进行光电转换的理想选择。目前,相关研究及应用大都集中于发光二极管以及荧光灯环境。在这样的冷光照条件下,器件的输出功率密度通常限制在100 μW cm–2左右,不足以为蓝牙模块,WiFi天线等较高功率的电子设备供足够的输入功率。除冷光源之外,热光源有着拓展到近红外波段的连续宽谱辐射,入射光功率密度较高,且基于热辐射发光卤素灯、白炽灯等室内热光源在工业及民用领域仍有广泛的应用。郝晓涛团队通过多种聚合物给体与非富勒烯受体结合,验证了窄带隙非富勒烯受体在热室内光下应用的可行性;提高热辐射光中红外光子的利用率,大幅提高器件的短路电流密度;削弱了室内弱光下载流子缺陷复合的影响;实现了相较于冷室内光源下器件输出功率密度500%的提升。此工作进一步拓展了室内有机光伏的应用场景,揭示了不同光环境下器件光电转换的特点与差异,为有机光伏的室内应用提供了新的思路。 相关研究得到了国家自然科学基金、晶体材料国家重点实验室、山东省自然科学基金重大基础研究项目、山东大学齐鲁青年学者项目、澳大利亚卓越激子科学中心等的大力支持。 论文连接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927321002668 中国科学杂志报道连接:https://mp.weixin.qq.com/s/RTzo9y94fpIvampdS_5dSw

关键词:热辐射光伏太阳能山东大学2021-07-01

香港理工郑子剑教授团队《Adv. Mater.》:指明高能量密度柔性锂电池的工业化目标和实现途径

导读:近年来,诸如卷轴式显示屏、智能医疗卡、电子纺织品、软体机器人、生物传感器以及物联网系统等新兴的柔性/可穿戴电子产品正日益进入我们的日常生活,代表了消费电子产品的重大转变。柔性可穿戴电子产品对高性能柔性锂电池提出了前所未有的需求,要求其能源储存部件具有高能量密度、优异柔韧性、长循环稳定性以及高安全性。高性能柔性锂电池的实现可摆脱现有金属箔刚性锂电池对于产品形状与结构等设计的限制,通过与柔性可穿戴电子器件一体化可发挥其任意形变的优势。在过去的二十年里,人们为发展柔性锂电池做出了巨大的努力,包括传统的锂离子电池和不断发展的锂金属电池。但目前难以找到能够对柔性电池的机械柔韧性进行正确测试的基准,并且更难预测实验室制造的柔性电池是否满足柔性可穿戴实际应用的工业要求。在以前的大多数文章报告中,弯曲半径通常被用作评估电池柔韧性的唯一指标:较小的弯曲曲率半径表明电池的柔韧性较高。然而,这在某种程度上是有误导性的,因为在重复弯折过程中电池是否运行失效是由其机械应变所决定。机械应变不仅仅取决于弯曲曲率半径,还取决于电池厚度。柔性锂电池能够无缝地为柔性和可穿戴电子设备供电。它们不仅通过充分利用可用的空间来提高能源容量,而且还可彻底改变未来柔性器件设计的外形因素。目前,如何同时获得高能量密度和良好的机械柔性是柔性锂电池面临的主要挑战。鉴于此,香港理工大学郑子剑教授团队针对如何发展高能量密度和高柔性锂电池以满足柔性可穿戴实际应用进行了综述和展望。首先,阐明了柔性锂电池能够满足柔性可穿戴产品实际应用的工业要求。然后,通过列举典型的柔性锂电池实例清晰地阐述了柔性锂电池的发展历程和实现柔性化的两种策略,包括“软材料”和“软结构”策略。其次,通过“柔性电池基准图”和“品质因数”对产业界和学术界发展的柔性锂电池进行了梳理和性能比较,并指明了实现高能量密度、高柔性锂电池的新材料和电池器件设计原理。最后,也探讨了改善柔性锂电池循环稳定性和安全性的可行途径,并点亮了未来实用化柔性锂电池的研究与发展方向。该文章以“Pathways of Developing High-Energy-Density Flexible Lithium Batteries”为题通过特邀进展报告形式最近发表在国际材料顶级期刊Advanced Materials上(Adv. Mater. 2021, 2004419)。单位名称香港理工大学,常建博士为第一作者,黄琪瑶博士为第二作者,高源博士为第三作者,郑子剑教授为通讯作者。一、柔性锂电池达到实际应用的工业要求通常来说,柔性锂电池主要由柔性正极、隔离膜/电解质、柔性负极以及封装层等多层材料组成。根据经典的层状结构模型,柔性锂电池在弯曲过程中所承受的最大机械应变(ε)与电池厚度(T)成正比,ε = T/2r,其中r是弯曲曲率半径。根据印制电路协会(IPC-2292 standard)的标准,柔性电子器件的弯曲半径被定义为其总厚度的10倍。由上述公式计算可知,可匹配工业化柔性电子器件的柔性锂电池在弯折过程中至少应能够承受5%的机械应变。鉴于不同研究课题组展示的试验室级柔性电池厚度截然不同,因此ε将被认为是比r更合理的衡量电池组件和柔性锂电池柔韧性的指标。但上述机械要求远超过了锂电池通常使用金属箔(如Al和Cu≤1.2%)和活性材料(如石墨、LFP和NCM≤0.5%)的屈服应变。因此,发展具有高机械形变(ε 5%)的柔性电极和电池器件是实现锂电池柔性化的基本工业化要求。二、柔性锂电池的发展历程和实现柔性化的两种策略如图1所示,在目前大量报道的柔性锂电池制造方法中,实现柔性制造的方法可分为“软结构”策略和“软材料”策略。“软结构”策略是通过对传统锂电池组件进行重构进而获得高柔性。目前利用“互锁软结构”策略设计的柔性锂电池目前展现了令人满意的体积能量密度350 Wh L-1, 在弯曲半径为25 mm的情况下进行5000次弯曲循环后,其容量保持率仍高达90%。然而,当将弯曲半径减小为8 mm的情况下,此类柔性锂电池因采用金属箔集流体制备的电极具有较小的弹性应变,经过几十次弯曲循环后电池仍然运行失效。该“软结构”策略仅能为柔性锂电池提供有限的弯曲性,无法保证在较小弯曲半径下稳定的机械性能。利用其它“软结构”策略(如互连和超薄方法)因非活性部分空间占比非常高,即使可获得较高机械柔韧性,但也极大地牺牲了电池能量密度。此外,利用“软结构”策略制备的柔性锂电池只能在单一方向进行重复弯曲,难以实现电池在双轴或全方位上的高柔性。相对来说,“软材料”策略是利用固有柔性电极材料来实现电池的高柔性。采用碳纸或导电织物制备的柔性锂电池可同时具有高能量密度和高柔性。例如,采用合理设计的金属碳纤维织物,促使柔性锂-硫电池的能量密度可达到457 Wh L-1,在弯曲半径为1 mm的情况下仍具有优异的弯曲稳定性。图1. 柔性锂电池的发展历程和实现柔性化的两种策略:“软结构工程”和“软材料设计”策略。三、新指标对柔性锂电池性能的基准评估如上所述,弯曲半径和弯曲周期通常用作评价柔性锂电池柔韧性的指标。然而,柔性锂电池在弯曲过程中的机械稳定性主要取决于电池组件的屈服应变,屈服应变不仅取决于弯曲曲率半径,而且还取决于电池厚度和结构。因此,比较弯曲半径并不能真实反映电极或者电池的柔韧性。工业应用要求柔性锂电池能够同时满足弯曲半径、弯曲周期和能量密度的最低要求,但仍然无法预判实验室规模获得的不同性能的电极或电池是否适用于实际应用。有鉴于此,以电池部件应变和电池体积能量密度作为评价柔性锂电池的两个关键指标成功绘制了“柔性电池基准图”,并系统性展示了目前最先进的柔性锂电池性能和几种柔性可穿戴电子器件工业要求,如图2a所示。其中,纵坐标中的应变能够预测一定厚度柔性锂电池的最小弯曲半径,而横坐标中的体积能量密度能直接反映电池结构和电极材料对各种实际应用的适用性。因此,柔性锂电池的柔韧性可以标准化为应变,以便于比较。请注意,上面的“柔性电池基准图”仅仅展示了柔性电池的性能。由于电池是用不同质量负载的电极材料制成的,高能量密度曲率半径大的柔性电池的性能不一定比低能量密度曲率半径小的电池更好或者更差。为了解决这一问题,通过对应变(ε)与体积能量密度(Ev)相乘推导出柔性电池的品质因数(FOM = 1/2(Ea/r),其中,Ea代表电池面能量密度)。品质因数Ea/r可作为评价各种柔性锂电池整体性能的单一指标,而不需要考虑电池结构和电极材料的质量负载。结果表明,相对于金属网或碳基纸张类柔性电池,用织物结构基材做集流体组装的柔性电池均可得到更高的品质因数。可见,将这些单对电极织物电池制成实际的串叠型电池仍然能够实现良好的柔性和高能量密度。因此,品质因数可清楚地反映实验室测试电池对各种柔性可穿戴电子产品的适用性,以满足柔性锂电池的工业要求。图2. 柔性锂电池性能评价。a)以电池部件的应变和电池体积能量密度两个关键指标绘制的柔性电池基准图。b)以面积能量密度与弯曲曲率半径的比值Ea/r作为柔性电池的品质因数用于比较不同材料、结构和尺寸的柔性锂电池。四、实现高能量、高柔性锂电池的新材料和电池器件设计原理用导电纸或导电织物制成的柔性锂电池有望可同时实现电池的高柔性和高体积能量密度。注意,电极材料可以穿透纸张和织物基材的多孔空间,从而形成三维复合结构,这与传统堆叠的层状结构不同(图3a)。在复合材料模型(图3b)中,三维网状集流体可充当“填料”,而电极材料可被视为“基体”。填料提供承载功能,有效释放弯曲过程中施加在基体中的应力,使复合材料具有极好的柔韧性。同时,基体与填料之间的三维互穿结构显著增加了电极与集流体间的接触面积,这可为电极/集流体的柔性和充放电速率提供额外的好处。根据复合材料模型,通过理论计算可获取不同类型柔性锂电池的能量密度。结果表明,织物基柔性锂电池的实际能量密度远高于纸基电池,因为其自由体积更大,约为刚性电池的80%,如图3c所示。利用商用正极材料(NCM622、LCO和LFP)和石墨负极组装的织物基柔性锂电池展示了高体积能量密度(400-600 Wh L?1),可满足当前多数实际应用的工业要求。使用新一代电极材料硅碳负极、锂负极与硫正极组装的柔性织物电池可促使其体积能量密度超过1000 Wh L?1。尤其,通过配对技术成熟的硅碳负极和NCM622正极组装的柔性锂电池是更为实际可行的方案,其能量密度可高达800 Wh L?1,即满足当前阶段所有工业应用的能量密度。图3.未来高能量密度柔性锂电池的结构和材料。a)层状结构模型,即通过涂敷电极材料在低表面积金属箔集流体上而制备的柔性锂电池结构。b)复合材料结构模型,即通过电极材料与金属镀层织物复合而制备的柔性锂电池结构。c)以复合材料结构为理论模型,根据不同的电极材料(正极材料包括NCM622,硫和LFP,负极材料包括石墨、硅碳和金属锂)理论评估组装的柔性锂电池可达到的实际能量密度。五、 改善高能量、高柔性锂电池循环稳定性的可行策略如上所述,通过在大比表面积柔性三维多孔集流体(如金属化织物)中装载高质量负载的活性电极材料,可以获得具有优异机械柔性的高能量密度柔性锂电池。随着活性电极材料负载的增加,这些电极材料在电化学循环和机械弯曲过程中的固有体积变化、迟缓的离子和电子传输、结构坍塌将被放大,容易导致柔性锂电池循环稳定性不佳。除了理想的机械柔性和体积能量密度外,各种柔性穿戴电子应用还需要柔性锂电池的长期循环稳定性。然而,目前最先进的柔性锂电池仍难以达到工业柔性应用对循环稳定性的要求。为了实现高性能柔性锂电池的长期循环稳定性,下面将讨论一些经济有效地制备改善高负载柔性电极循环稳定性的可行策略,如图4a-4e。图4. 改善高能量密度柔性锂电池循环稳定性的可行策略。a, b) 基于具有解耦离子和电子传递途径的导电纳米纤维网络所得到的紧凑纳米纸型柔性电极(活性材料适用于NCM、LFP和石墨)。c)基于纤维素纳米片自卷绕效应构筑的纳米纸型柔性硅碳电极。d, e)基于抑制多硫化物穿梭和锂枝晶生长的金属化织物型柔性锂-硫电池。六、 改善高能量、高柔性锂电池安全性的可行策略目前报道的柔性锂电池多数仍然采用有机碳酸酯或醚类溶剂和聚烯烃隔离膜组成的液态电解液。然而,液态电解液基柔性锂电池在重复弯曲过程中,一旦封装膜材料或隔离膜破裂,极有可能发生有机电解液泄漏和电池短路。目前的柔性锂电池迫切需要一种高离子电导率的柔性固体电解质来代替液体电解质。在固态电解质中,固态聚合物电解质(SPE)或凝胶聚合物电解质(GPE)因其质地柔软、无腐蚀、无泄漏、不易燃烧、潜在抑制锂枝晶而更适于制造高性能柔性锂电池。固态聚合物电解质是无溶剂电解质,通过聚合物链的局部链段运动传导锂离子,但仍具有相对较低的离子电导率( 10?4 S cm?1)。相对来说,凝胶聚合物电解质是由固定在聚合物基体中的一定量液体电解质组成。从实用的角度来看,凝胶聚合物电解质具有实现高离子电导率( 10?3 cm?1)、高柔韧性和低界面阻抗的巨大潜力。如图5a-5c所示,下面将详细讨论通过结构设计如何提高凝胶聚合物电解质膜的离子电导率、机械强度、阻燃性和耐高压性能来有效实现柔性锂电池的高安全性。图5. 改善高能量密度柔性锂电池安全性的可行策略。a) 紫外光交联制备的纤维增强型塑料晶体电解质型聚合物电解质膜,可提高其机械强度和离子电导率。b, c)依靠氢键自交联制备的聚偏氟乙烯三氟乙烯型聚合物电解质膜, 可提高其机械强度、离子电导率、阻燃性以及耐高压性能。原文链接:Jian Chang; Qiyao Huang; Yuan Gao; Zijian Zheng*,“Pathways of Developing High-Energy-Density Flexible Lithium Batteries”,Adv. Mater. 2021, 2004419, DOI: 10.1002/adma.202004419https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202004419研究团队介绍:文章第一作者:常建博士,吉林大学获得工学学士学位,韩国成均馆大学获得理学博士学位。2016年至2019年间,他在香港理工大学郑子剑教授团队中从事博士后工作。2019年加入南方科技大学前沿与交叉科学研究院任副研究员。研究领域包括高能量密度柔性锂电池和固态锂电池的材料和界面设计。2019年获深圳市海外高层次人才荣誉称号,并斩获日内瓦国际技术发明奖金奖(1项)和特别优异奖(2项),其研究成果在Joule、Nat. Commun、Adv. Materials、Adv. Energy Mater、Adv. Funct. Mater、ACS Nano、Small、Nano-Micro Lett等国际权威期刊上发表论文近20篇,总引用次数近2000次,申请国际及国内专利共7项。文章通讯作者:郑子剑教授,清华大学本科、英国剑桥大学博士、美国西北大学博士后。现任香港理工大学纺织及服装学系教授,2018年当选香港青年科学院创始院士。长期致力于表、界面科学,纳米制备,以及柔性可穿戴电子领域的相关研究。先后斩获日内瓦国际技术发明奖银奖(2015年)、金奖(2019年)。以第一作者、通讯作者在Science、Nat. Mater、Chem. Soc. Rev、Chem. Rev、Joule、Nat. Commun、Adv. Mater、Angew. Chem. Int. Ed、Adv. Energy Mater、Adv. Funct. Mater、Mater. Today等诸多国际顶级科学刊物上发表论文超过100篇,总引用次数超过8000次,申请国际及国内专利共18项。

关键词:柔性密度弯曲电极中国聚合物网2021-06-26

武汉岩土所泡沫混凝土材料特性及其在岩土工程中的应用研究取得进展

导读:泡沫混凝土是一种多功能大宗无机轻质材料,具有轻质、保温、隔热、吸声、隔声、耐火等功能,广泛应用于岩土工程领域。我国目前使用泡沫混凝土总量居全球第一,约在5000万立方米以上,且年均增长率约为15%~20%。近十年来,在陈卫忠研究员的带领下,武汉岩土所施工过程力学组谭贤君、赵武胜、田洪铭、伍国军、袁敬强等研究人员,在泡沫混凝土配合比设计方法、物理力学特征、抗震特性、现场施工设备与工艺等方面开展了大量室内试验、理论分析、数值仿真与现场应用方面的研究。分别以干密度和湿密度为控制标准,提出了两种泡沫混凝土配合比设计方法。建立了能同时考虑高径比和密度影响的泡沫混凝土抗压强度和弹性模量预测模型。采用微米CT三维图像重构技术与Simpleware软件相结合的方法,揭示了不同密度泡沫混凝土渗透特征演化规律。此外,针对特殊工况需求,研发了两种新型泡沫混凝土材料:抗冻融泡沫混凝土和高强泡沫混凝土。相关研究成果发表出版专著1部,在Tunnelling and Underground Space Technology (Top期刊,IF:4.45)、 Construction and Building Materials(Top期刊,IF:4.419)等国内外知名期刊上发表SCI期刊论文15篇、EI论文6篇;授权/撰写国家发明专利9项;参编国家标准1项、行业/团体标准2项。目前已经在10余项重大工程中得到应用,产生了显著的经济与社会效益。研究成果得到国家自然科学基金优秀青年基金项目(批准号:51922104)、中国科学院重点部署项目(批准号:KFZD-SW-423)和中国科学院创新促进会优秀会员等资助。图1 250kg/m3密度泡沫混凝土破坏形态与变形特征图2 泡沫混凝土煤矿井下施工设备研发图3 部分典型工程应用 (文/图 施工过程组)

关键词:泡沫混凝土密度施工特征方法期刊工程中国科学院武汉分院2021-06-16

SA:青藏高原降水的年代际可预报性

导读:近期气候变化预测,又称“近期年代际气候预测”,是指对未来2-10年的多年平均的气候异常状态进行预测,它能够提供发展相对成熟的季节到年际气候预测和长期气候变化预估所未能提供的气候异常信息,是国际气候变化研究领域面临的极具挑战性的前沿问题,被“世界气候研究计划”(WCRP)列为七大科学挑战问题之一。青藏高原及其周边山脉是除南、北两极之外冰川分布最为集中的地区,作为亚洲十多条重要河流的发源地,为全球40%人口的生活和工农业提供用水,被誉为“第三极”和“亚洲水塔”。因其在水资源方面的重要性,青藏高原是科学界重点关注的研究区域,未来10年青藏高原的降水如何变化是众所关注的问题。2021年6月10日,中国科学院大气物理研究所周天军研究团队在Science Advances(《科学进展》)在线发表文章,利用最新的多模式年代际气候预测系统大集合样本气候预测结果,通过剔除不可预测的气候噪音、提取可预测的气候信号,在国际上首次揭示了青藏高原夏季降水的年代际可预报性。该成果对于亚洲水塔周边地区的水资源调控、经济和社会的可持续发展、以及科学应对青藏高原气候变化风险具有重要参考价值。利用参加第六次“国际耦合模式比较计划”(CMIP6)的“年代际气候预测计划”(DCPP)的多模式历史气候回报数据,周天军研究团队发现DCPP多模式对位于青藏高原腹地的羌塘高原夏季降水的年代际预测结果存在显著的“信噪比悖论”问题,即年代际气候预测系统中的信噪比要低于现实世界。该问题的存在,令气候模式中的可预测信号被较强的、不可预测的气候噪音所掩盖,使得青藏高原夏季降水的年代际可预报性被低估。而基于多模式大集合气候预测试验的集合平均预测结果,能够有效地剔除模式中不可预测的噪音,从而成功提取到可预测的信号。针对回报结果时间演变位相与实际相符而振幅偏弱的问题,他们提出了一种兼顾长期变化趋势与年代际振荡信号的“方差订正”技术,使得预报结果在位相和振幅上都与观测高度吻合。进一步研究发现,羌塘高原夏季降水年代际变化的可预报性来源是北大西洋副极区涡旋区的海温异常,它通过激发出的大气遥相关波列,最终影响到下游的青藏高原降水变化。利用实时年代际预测试验数据,该团队定量估算了羌塘高原夏季降水未来在2020-2027年间的变化。结果表明,相对于1986-2005年的气候平均态,羌塘高原夏季降水将增加0.27 mm/day (0.11-0.41 mm/day, 5-95%不确定性),这意味在可见的未来羌塘高原将处于偏湿状态、夏季降水量较之气候平均状况偏多约12.8%。“面向未来10年的近期气候变化信息,对国家中长期决策具有重要的科学参考价值。前人多利用仅考虑不同排放情景的气候预估试验,来分析这一时段气候的可能变化。但是在这个时间段,气候系统内部变率和海洋热惯性的影响不亚于、甚至要远超温室气体等外强迫的作用,这使得气候预估结果的表现是噪音大于信号。考虑了海洋初始化的年代际气候预测系统,是提供近期气候变化信息的最有效的工具。我们的工作表明,只要多模式集合样本的大数据足够,再辅以有效的方差订正技术,我们有能力对青藏高原这一气候敏感区的未来近10年气候进行较为可靠的预测”,该文第一作者、中国科学院大气物理研究所博士生胡帅说。“近期年代际气候变化预测具有迫切的应用需求,世界气象组织(WMO)已经开始筹划准业务化试验。揭示青藏高原夏季降水的年代际可预报性是该领域的一个可喜进展,但是针对年代际预报问题,我们在科学和技术上仍面临着诸多亟待解决的难题。在科学上,当前有效的海温年代际预报技巧多限于大西洋,在太平洋的技巧较低,而其中的物理机理尚不清楚。在技术上,开展年代际气候预测试验需要大量的高性能计算资源和存储资源,受资源所限,当前国际上的年代际预测试验大多仅能提供未来10年的预测信息。提升年代际预报的能力,尚需要国际科学界的携手努力”,该文通讯作者、中国科学院大气物理研究所周天军研究员最后强调。该研究工作受中国科学院“丝路环境”战略先导项目(批准号 XDA20060102)、国家自然科学基金(批准号41988101)共同资助。上述工作近日于Science Advances在线发表: Shuai Hu, Tianjun Zhou*: Skillful prediction of summer rainfall in the Tibetan Plateau on multi-year timescales. Science Advances. 2021. In press.http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.abf9395图 CMIP6年代际预测计划(DCPP)多模式对青藏高原腹地羌塘高原区域平均夏季降水年代际变化的集合预测,黑线为观测,红线为DCPP历史回报结果,蓝线为DCPP实时预测结果,单位:毫米/天。Cor为预测与观测的相关系数。(摄影:张琦;http://photography.zhangqibot.com)

关键词:青藏高原降水年代际可预报性耦合模式中国科学院2021-06-09

资环学院“旱地土壤培肥与高效施肥”科研创新团队翟丙年教授研究小组在苹果园土壤团聚体微生物领域取得新进展

导读:3月19日,资源环境学院“旱地土壤培肥与高效施肥”科研创新团队翟丙年教授研究小组在《Soil Biology and Biochemistry》发表题为“Assembly of abundant and rare bacterial and fungal sub-communities in different soil aggregate sizes in an apple orchard treated with cover crop and fertilizer”的论文,论述了长期生草覆盖配合施肥条件下旱地苹果园土壤团聚体微生物群落构建研究进展。郑伟副教授为第一作者,翟丙年教授为通讯作者。该研究基于白水苹果试验站的12年长期定位试验,调查了长期不施肥、单施化肥、生草覆盖、生草覆盖配合化肥4个处理下土壤不同粒径团聚体( 0.25 mm;0.053-0.25 mm; 0.053 mm)细菌和真菌群落结构,并对细菌、真菌的“丰富”和“稀有”菌群进行了群落装配分析。研究发现在丰富的细菌群落构建过程中,环境选择的重要性从大团聚体到小团聚体呈现增加的趋势。稀有细菌的群落装配过程受同质性选择影响,并且随着土壤有机碳和全氮含量的降低同质性选择的作用逐渐减弱。丰富真菌群落在团聚体中的装配过程主要受随机性过程主导,而稀有真菌群落主要受同质性选择和扩散限制共同主导。研究还发现,团聚体的发育团聚过程使丰富、稀有真菌和细菌群落结构趋于相似,但不同粒径团聚体的环境条件不同又会使其产生各自的独有菌种。而且丰富真菌、细菌可能是团聚体团聚的促进者,而稀有细菌可能是团聚体内功能的“种子库”。该研究为旱地苹果园长期生草覆盖与施肥条件下土壤肥力发育的微生物学机制提供理论依据。原文链接:https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2021.108222

关键词:团聚群落细菌真菌生草微生物西北农林科技大学2021-06-08

STR:人工生物土壤结皮接种体快速、规模化扩繁及野外接种技术获进展

导读:作为荒漠生态系统的重要组成,生物土壤结皮(BSC)的形成和发育是生态系统健康的主要标志之一。BSC在防治土地沙化、维护荒漠生态系统的稳定性和生态修复等方面所发挥的独特作用引起了广泛关注。近年来,人工生物土壤结皮技术,即通过在沙面接种蓝藻等促进BSC形成,已成为干旱沙区防治土壤侵蚀和退化土壤功能恢复最有效的生物策略之一。但如何快速、大规模地培育BSC接种生物体及其野外拓殖方法成为大规模使用该成果的技术瓶颈。中国科学院西北生态环境资源研究院沙坡头沙漠研究试验站科研团队在腾格里沙漠东南缘针对四种不同粒径和不同养分含量的土壤基质(风沙土、栗钙土、灌溉渠道清淤土、弃耕农田土)覆盖沙面对人工结皮形成和发育的影响进行研究。研究发现,培养12个月后人工结皮覆盖率从接种时的6%增加到20%,厚度从2.94 mm增加到4.06 mm。人工结皮盖度与土壤细物质含量(即土壤粒径小于0.10 mm),以及土壤有机质,总氮和总磷之间呈显著正相关关系,而与风蚀强度呈显著负相关关系。与沙土基质相比,土壤基质因具有更高的沙面稳定性、初始细物质含量和养分含量,以及更长的土壤表面湿润持续时间,所以土壤基质覆盖沙面可创造出更利于人工结皮拓殖和发育的土壤生境。此外,考虑到土壤资源的稀缺性和土壤资源再利用的优势,研究表明闲置土壤(灌溉渠道清淤土、弃耕农田土)可作为培养BSC接种物的理想基质。该研究可为干旱沙区进行大规模生态修复工程提供生物固沙材料和技术支撑。该成果以 Effects of covering sand with different soil substrates on the formation and development of artificial biocrusts in a natural desert environment 为题发表在土壤科学Top期刊 Soil and Tillage Research 上。赵洋副研究员为论文第一作者及通讯作者。该研究获中国科学院战略性先导科技专项(A类)绿色环保沙化治理技术与示范(XDA23060202)、国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目(中国—阿根廷,32061123006)共同资助。论文链接 人工生物土壤结皮接种体快速、规模化扩繁及野外接种技术流程以及培养效果 土壤属性与人工结皮盖度和厚度结构方程模型

关键词:人工生物土壤结皮接种规模化扩繁野外接种生态修复土壤侵蚀土壤基质中国科学院兰州分院2021-06-01

我所开发费托蜡加氢异构技术成功产出高品质润滑油基础油

导读:近日,采用我所烷烃转化新催化材料及新过程研究组(DNL0802)田志坚研究员团队开发的煤基费托合成蜡加氢异构生产高品质润滑油基础油技术,在新疆克拉玛依白碱滩区中试装置上成功开展生产试验,以国产费托合成蜡为原料,高收率批量生产出高品质润滑油基础油产品。我国是世界第一大润滑油生产国和消费国,润滑油表观消费量达到一千万吨,市场达到千亿元。在所有润滑油产品中,III类及以上高品质润滑油以20%的市场占有量获取整个市场80%的利润,但国内80%的高品质润滑油品牌为国外品牌,每年有近200万吨的高品质润滑油依赖进口。 本次生产试验中,2厘斯(cSt,mm2/s)产品粘度指数达到112,倾点-60℃;4cSt产品粘度指数达到140,倾点-46℃;6cSt、8cSt和10cSt产品粘度指数均超过152,倾点低于-30℃。其中,4~10cSt产品达到III+类润滑油基础油标准,可作为超高粘度指数润滑油基础油,应用于各类发动机油、齿轮油、液压油、压缩机油、润滑脂等。与目前市场上主要润滑油基础油产品I、II类油相比,该类产品具有更好的黏温特性,在节能减排、延长机械使用寿命等方面发挥更大的作用。此外,该技术进一步丰富了煤化工产品路线,为我国煤化工企业每年近1000万吨煤基费托合成油向高附加值产业链升级提供重要的技术解决方案,更为重要的是,采用该技术生产的系列高品质润滑油基础油产品对填补我国高品质润滑油市场缺口,实现我国高品质润滑油产品自足自给具有重要意义。本次试验是继2019年底我所与新疆克拉玛依华澳特种油品技术开发有限公司合作完成环烷基稠油加氢异构生产高粘度基础油试验后,成功开展的第二项生产试验。除主产品高品质润滑油基础油之外,本技术还副产无芳烃溶剂油、钻井液、工业白油等高附加值产品。该项目得到中科院A类先导专项“变革性洁净能源关键技术与示范”、国家重点研发计划项目“煤间接液化产品高值转化关键技术及工业示范”等项目的资助。(文/图 王从新)

关键词:烷烃转化润滑油基础油环烷基稠油加氢异构中国科学院2021-05-17

技术转移案例
  • 项目名称: 炭素生产过程中沥青烟气和煤粉混合废气的无害化处理

    需方:宁夏宁平炭素有限责任公司

    供方:浙江大学

    服务亮点:企业点餐“提需求”,校企联合破短板

  • 项目名称: 复杂条件下城际轨道交通地下结构施工关键技术研究

    需方:中建八局轨道交通建设有限公司

    供方:东南大学

    服务亮点:大数据工具提升匹配效率,线下对接促合作

  • 项目名称: 姜粉在缓解炎症性肠病以及调节肠道菌群紊乱中的应用

    需方:福建龙植生物科技有限公司

    供方:上海大学

    服务亮点:提供支撑环节服务,发挥指引衔接效用

  • 项目名称: 酸性废水无害化处理或酸提浓回收的可行工艺

    需方:江西拓泓新材料有限公司

    供方:南京霖厚环保有限公司

    服务亮点:对接调研,专家“把脉”,推动双方项目合作落地

重型击实试验相关专家
  • 找TA

    骆寒冰

    技术领域:

    1,船舶与海洋结构物(系泊系统)运动及载荷响应数值模拟,模型试验研究   2,船舶砰击载荷研究   3,船舶与海洋结构物结构强度及其安全可靠性分析

  • 找TA

    谢婉丽

    技术领域:

    主要从事黄土的动静力学特性,黄土湿陷特性、黄土宏观力学与微观结构试验研究、黄土地质灾害机理及其防治、加筋土和改良黄土、环境修复与土地复垦、绿色边坡防护及其数值模拟方面的研究工作。