1 河海大学力学与材料学院，南京 211100
2 中国长江电力股份有限公司，宜昌 443000
3 浙江省水利河口研究院，杭州 310020
为研究新型水泥基材料本征传感器，本文制备了二维过渡金属碳/氮化物(MXene)水泥基复合材料。利用四电极法测试复合材料的电阻率变化，研究MXene掺量、湿度、温度对电阻率的影响，并通过扫描电子显微镜(SEM)观察复合材料的微观形貌。结果表明：MXene水泥基复合材料电阻率随MXene掺量的变化符合渗流理论，相对含水量的增加和环境温度的升高均会降低其电阻率，在多次升降温循环后复合材料仍具有良好的温敏性能。SEM测试表明MXene水泥基复合材料的电阻率主要由MXene导电网络的分布和接触情况决定。
水泥基复合材料 电阻率 导电网络 相对含水量 温度 MXene MXene cement-based composites electrical resistivity conductive network relative water content temperature
1 河海大学力学与材料学院，南京 211100，中国
2 江苏省建筑科学研究院有限公司，高性能土木工程材料国家重点实验室，南京 210008，中国
3 纽约州立大学布法罗分校机械与航空航天工程学院，布法罗 14260-4400，美国
4 东南大学材料科学与工程学院，南京 211189，中国
5 北京理工大学机电学院，北京 100081，中国
介电性能描述了水泥基材料中的极化现象，即正负电荷中心发生分离的现象。目前，国内外学者针对通用硅酸盐水泥基材料的低频介电性能开展了大量研究，涉及水泥基材料的微结构、水泥水化过程、受力状态等，但缺少对最新成果的归纳整理和综合评述。本文通过综述近20年来国内外学者对通用硅酸盐水泥基材料低频介电性能的最新研究成果，对介电常数的测量方法进行介绍，分析了通用硅酸盐水泥基材料中的极化机理，讨论了骨料、水灰比、应力/应变和温度等因素对通用硅酸盐水泥基材料介电性能的影响规律。结果表明：孔隙溶液中的离子是影响通用硅酸盐水泥基材料介电性能的主要原因，通过离子的移动形成的电偶极子以串联的方式连接。骨料和外掺物通过影响微结构影响介电性能。温度升高和压应力会增强介电性能，温度降低和拉应力会减弱介电性能。最后针对今后需要深入开展的相关研究提出建议。
水泥基材料 介电性能 介电常数 极化 电导率 cement-based materials dielectric behavior electrical permittivity polarization electrical conductivity
1 河海大学力学与材料学院, 南京 210098
2 江苏方测建筑工程技术有限公司, 南京 210000
采用镀镍碳纤维(Ni-CF)制备导热水泥基复合材料, 研究水灰比、纤维掺量和长度对水泥净浆试件升温值的影响, 分析了Ni-CF掺量对水泥净浆试件电热升温和电热转化率的提升效果。结果表明: 随着Ni-CF掺量的增加, 试件的最大升温值呈先升高后降低的趋势, 纤维掺量为0.4%(质量分数)时试件升温效果的提升最明显; 当Ni-CF长度从4 mm增至8 mm时, 水泥净浆试件的最大升温值逐渐降低; 水灰比(W/C)为0.5时, Ni-CF水泥净浆试件通电发热的温度最高; Ni-CF提高水泥净浆试件电热转化率的效果较好, 最高可达71.98%, 是同配合比下碳纤维(CF)水泥净浆试件电热转化率的两倍。
水泥基材料 镀镍碳纤维 碳纤维 电热效应 升温特性 电热转换 cement-based material nickel-plated carbon fiber carbon fiber electrothermal effect calefactive characteristic thermoelectric conversion
1 广州市高速公路有限公司, 广州 510000
2 河海大学力学与材料学院, 南京 211100
通过快速氯离子迁移系数法(RCM法)和自然扩散法研究了钾、钠、钙、镁四种阳离子类型的氯盐对粉煤灰混凝土氯离子扩散性能的影响, 基于分子动力学模拟, 对比分析了K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-五种离子在水溶液中的径向分布函数和均方位移曲线。结果表明: 粉煤灰混凝土的氯离子扩散系数主要受阳离子价态的影响, 价态越高, 扩散系数越大; 扩散系数随着氯离子浓度增加先增大后减小, 随着粉煤灰掺量增加先减小后增大; 阳离子类型影响氯离子扩散性能的原因是离子扩散能力不同, 其中各离子水合能力强弱顺序为Mg2+＞Ca2+＞Na+＞K+>Cl-, 自扩散系数大小顺序为Mg2+＞Ca2+＞Cl-＞K+>Na+。MgCl2中的Mg2+和Cl-对粉煤灰混凝土都有侵蚀作用, 且Mg2+会抑制粉煤灰活性的激发。
阳离子 氯盐种类 粉煤灰 混凝土 氯离子扩散系数 分子动力学 cation chloride salt type fly ash concrete chloride diffusion coefficient molecular dynamics
1 江苏方测建筑工程技术有限公司, 南京 210000
2 河海大学力学与材料学院, 南京 211100
混凝土孔溶液中的自由氯离子转化为结合氯离子可有效降低沿海、盐湖地区钢筋混凝土结构中的钢筋的腐蚀程度。以纳米碳酸钙掺量和氯离子浓度为变量, 研究了纳米碳酸钙对水泥石氯离子结合量的影响, 采用电位滴定法测定结合氯离子含量, 根据氯离子等温吸附理论绘制结合氯离子与自由氯离子的拟合关系曲线来分析水泥石的氯离子结合能力, 通过XRD和热重分析研究水泥石的氯离子结合机理。结果表明: 纳米碳酸钙的掺入提高了水泥石的氯离子结合量, 当其掺量达3%(质量分数)时, 水泥石的氯离子总结合量最大; 随着氯离子浓度的提高, 掺纳米碳酸钙的水泥石氯离子结合量会相应增加; 纳米碳酸钙的掺入可以加快水泥水化, 促进C-S-H凝胶和Friedel’s盐的生成, 有利于水泥石的氯离子物理吸附和化学结合。
结合氯离子 自由氯离子 纳米碳酸钙 水泥石 氯离子等温吸附理论 腐蚀 bound chloride ion free chloride ion nano-calcium carbonate cement stone isothermal adsorption theory of chloride ion corrosion
上海理工大学上海市现代光学系统重点实验室, 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
生活中工业和交通等方面释放的重金属对大自然的水体环境造成了一定的影响, 微藻作为水体环境的初级生产者最先受到铅的影响。 课题尝试通过研究藻体内物质成分的改变进而对水体污染的程度进行判定。 传统的研究生物大分子的方法复杂且需要使用大量的化学试剂, 因此亟待寻找一种微藻物质成分检测的新技术。 太赫兹、 远红外技术具有较高的分辨率, 并且脂质、 蛋白质等物质的振动频率处于太赫兹波段, 这为研究微藻物质变化提供了一种新的技术手段。 研究采用太赫兹、 远红外光谱表征Pb胁迫下的斜生栅藻细胞内生物大分子的变化情况。 使用傅里叶变换红外光谱仪采集对照组(0 mg·L-1)和实验组(0.5, 5和20 mg·L-1)的斜生栅藻随时间变化的光谱图, 根据淀粉(9.1, 10.5和17.2 THz)与类胡萝卜素(16.7 THz)的特征吸收峰得到其淀粉含量与类胡萝卜素的变化。 同时结合化学计量学方法, 对胁迫时间12h与24h的光谱数据进行主成分分析, 可以很容易地将Pb胁迫的不同实验组样品与对照组区分开。 结果表明在铅胁迫下, 斜生栅藻中的碳水化合物和类胡萝卜素含量逐渐增加。 Pb抑制了光合作用, 影响了多糖和其他大分子的合成。 实验结果表明太赫兹、 远红外光谱可作为一种快速, 无损方法, 用于对铅胁迫下藻体细胞成分的变化研究, 从而实现水体污染程度的判定。
远红外线 太赫兹 斜生栅藻 铅 化学计量学方法 Far-infrared Terahertz Scenedesmus obliquus Pb Chemometrics 光谱学与光谱分析
2020, 40(12): 3890
上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
在人类可持续发展的道路上, 生物医学研究始终处于核心地位。太赫兹(THz)技术依靠其自身的优势, 在生物医学领域得到了广泛的应用。本文着重介绍了太赫兹表征技术以及太赫兹生物效应在生物医学方面的应用。太赫兹表征技术应用领域的介绍主要分为5个部分: 氨基酸和多肽、DNA、蛋白质、癌症的检测和龋齿诊断等其他领域的应用。太赫兹生物效应的研究则集中于THz对机体组织和细胞的作用上。此外, 本文简单介绍了化学计量学方法以及其与THz技术结合在生物医学方面的应用。最后总结了THz技术在生物医学领域的不足, 并对进一步研究的方向进行了讨论。本文主要对太赫兹技术在生物医学方面的应用进行综述, 为相关研究奠定了基础。
太赫兹 生物医学 太赫兹表征技术 太赫兹生物效应 化学计量学方法 terahertz biomedicine terahertz characterization technique terahertz biological effect chemometrics method
1 上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
2 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
3 公安部第三研究所, 上海 200031
4 中国科学院 上海高等研究院, 上海 201210
光学检测的指纹图谱具有专属性强、稳定性好、重现性好的特性。通过离子迁移谱毒品探测仪(IMS)与易制毒化学品拉曼快速检查仪分别采集离子与拉曼光谱的双谱图数据,然后将两个谱图进行创新数据融合后,结合主成分分析(PCA)和支持向量机(SVM)分类法对毒品进行鉴别。实验结果表明,融合后的数据相较于分别用单谱图数据进行鉴别,有效提高了对毒品的识别率和准确性。为鉴别毒品提供了一种安全、快速、可靠的新分析方法。
禁毒 指纹图谱 离子迁移谱 拉曼光谱 数据融合 主成分分析 支持向量机 drug control fingerprint ion mobility spectrometry Raman spectroscopy data fusion principal component analysis support vector machine
