粘度是反映纸张纤维素分子聚合度和力学性能的重要指标, 实时、 准确地获取粘度含量对于珍贵纸质材料的修复和保护具有重要的意义。 然而, 传统的纸张粘度分析方法主要采用化学手段, 该化验过程耗时较长, 且会对纸张不可避免的产生二次损伤。 针对这一问题, 高光谱遥感凭借其丰富信息量、 实时、 无接触的特点, 是无损获取纸张粘度含量的有效途径。 首先, 在实验室获得不同老化程度的实验纸张测得其粘度含量, 采集纸张样本的光谱影像数据, 通过光谱降噪、 光谱变换和光谱信息扩展实现纸张高光谱数据的预处理, 建立不同老化程度下的纸张粘度含量光谱数据库, 分别构建不同光谱变换方式下的光谱差值、 比值和归一化指数, 再结合相关性分析筛选其中与粘度相关性最强的12种最优光谱指数, 最后将其作为自变量搭建关于粘度含量的回归模型, 通过模型精度对比来优选其中最能有效表征纸张粘度含量变化的光谱指数及模型。 研究结果表明: (1)相对于原始光谱而言, 经过光谱变换处理后提取的粘度高相关特征子集占比得到大幅提升, 同时其中的相关系数均值与中位数也得到提高; (2)通过光谱信息扩展后得到的光谱信息参量与粘度的相关性高于原本的光谱谱段, 且提取的12种最优光谱指数中大部分有扩展信息参量的参与; (3)不同光谱变换结果下提取的最佳光谱指数与粘度含量的相关性都在0.89以上, 由其中筛选得到的三种具备代表性的光谱指数都有效反映纸张粘度在400~500 mL·g-1时的变化情况; (4)纸张光谱经过对数一阶微分处理后, 由光谱积分(SI)和光谱吸收深度(SAD)构建的归一化指数与粘度相关性最大, 达到了-0.917, 由该指数建立的模型在训练集和测试集上R2分别为0.84和0.76, 其在测试集中MRE为0.089, RMSE为40.29 mL·g-1。 研究结果可为纸张粘度含量遥感反演提供科学的理论与技术支撑, 对纸质文物无损分析体系的构建具有重要参考意义。

缔合液体是日常生活和工业生产过程中的常见媒介之一, 而声学和粘弹性质是其十分重要的基础性质之一。为此, 本文作者将布里渊散射测试方法用于纯水和甘油两种代表性缔合液体不同温度下的声学和粘弹性质的测试, 在180°背散射几何设置下测得了完整布里渊散射谱图。在构建系统理论描述的基础上, 计算获得了它们的声速、声吸收系数和剪切粘度等参数值, 从而进一步分析得到温度变化对液体材料声学性质及剪切粘度的影响。

以正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为乳化致孔剂，采用酸催化法得到部分缩合的聚硅酸乙酯(PES)，再经碱进一步催化得到介孔二氧化硅微球。分析了酸催化剂用量、旋蒸温度对PES粘度及聚合程度的影响以及PES粘度对二氧化硅微球粒径的影响，并研究了氨水用量、乳化致孔剂种类、乳化致孔剂用量以及搅拌速度和后处理方式对二氧化硅微球性质的影响。利用扫描电子显微镜、旋转粘度计、氮吹吸附仪、傅里叶变换红外光谱仪等对所得微球进行表征。结果表明，所制备的介孔二氧化硅微球球形完整，粒径分布均匀，纯度高，微球平均孔径为10.164 4 nm，孔体积为1.023 023 cm3/g，比表面积为396.528 1 m2/g。

通过丁基缩水甘油醚在异戊烯基聚氧乙烯醚末端的碱性开环反应制备出疏水改性的聚醚大单体, 并以此为原料与丙烯酸、马来酸酐共聚合成疏水改性聚羧酸减水剂, 研究了丁基缩水甘油醚加成个数在3、5、8时对改性聚羧酸分散和吸附能力的影响, 并通过砂浆和混凝土试验研究了改性聚羧酸对水泥浆体粘度的影响。结果表明: 加成个数3是最优合成条件, 此时分散能力不受影响, 还能使吸附能力增强21%; 继续增加加成个数, 分散能力变差, 且吸附能力没有显著增强。改性聚羧酸可降低砂浆粘度30%以上, 提升砂浆流速40%, 缩短砂浆V漏斗流出时间27%, 缩短混凝土倒坍落度筒流出时间34%, 这些结果都有力证实了改性聚羧酸能有效降低水泥浆体的粘度。

电石渣的排放及贮存量日益递增, 电石渣硅铁的资源化利用也成为亟待解决的难题。为实现电石渣硅铁的高值化应用, 以干法电石渣中分离出的磁性硅铁为加重质配制重介质悬浮液, 并探究了悬浮液密度、黏土含量和硅铁粒度等因素对其粘度及沉降特性的影响。结果表明, 增大悬浮液密度或黏土用量以及减小硅铁粒度均会使悬浮液的粘度提高, 从而使加重质颗粒的沉降速度下降, 稳定性得到提升。此外, 为了进一步验证该悬浮液体系用于实际分选的可行性, 将不同密度的悬浮液用于选煤浮沉试验分选混合煤样, 在密度为1.30 g/cm3和1.40 g/cm3的重介质悬浮液中, 浮煤产率高且灰分含量较初始煤样大幅降低, 说明该悬浮液体系具有良好的分选性能。

润滑油动力粘度是划分润滑油品质的重要依据之一, 高铁变速箱润滑油需要进行实时、 快速、 无损的检测, 因此提出一种基于可见近红外光谱微型模块结合量子遗传-神经网络算法对润滑油粘度值进行定量分析的新方法。 不仅实现了高铁变速箱润滑油动力粘度的无损快速实时检测, 还进一步提高了对润滑油动力粘度预测的精度。 微型光谱仪具有性能优良、 体积小巧等优势, 在便携式光谱无损检测方面用途越来越多。 在这里, 选用可见短波近红外和近红外波导光栅两种微型光谱模块进行光纤耦合, 实现了330～1 700 nm可见-近红外波段光谱拼接。 首先我们采用该组合微型光谱仪对13种不同粘度的润滑油共78个样本进行光谱扫描得到原始光谱数据。 原始光谱经过Savitzky-Golay卷积平滑后, 再一阶求导, 可以有效地消除基线漂移和背景噪声。 然后采用主成分分析和马氏距离相结合的方法来识别浓度界外样本, 剔除界外样本3个。 最后采用BP(back propagation)神经网络和量子遗传神经网络两种回归算法分别建立定量分析模型, 并对比分析了两种算法的性能。 量子遗传算法是量子计算和遗传算法相结合地一种概率进化算法, 采用量子染色体的形式, 利用量子逻辑门进行全局搜索, 从而可以利用量子遗传算法优化神经网络地权重和阈值, 提高建模效率和精度。 分别用BP神经网络算法和量子遗传-神经网络算法进行建模仿真, 从75个样本随机抽取10个样本作为预测集, 其余65个为建模集。 在量子遗传寻优算法中, 其种群数目设置为40, 终止代数为200, 寻优结果表明该算法在训练81代后可快速得到最优解。 比较两种建模算法的预测结果, 采用量子遗传-神经网络算法相比BP神经网络算法得到的粘度预测结果均方根误差从0.345 5降低至0.029 4, 决定系数从0.850 4升至0.979 9, 可知量子遗传-神经网络算法的预测能力明显强于BP神经网络。 为进一步提高润滑油粘度的定量分析准确度和微型光谱模块应用于高铁齿轮箱润滑油在线、 实时、 快速检测提供了参考方法。

H2O2是一种常见的生物活性小分子, 其在细胞增殖, 炎症反应, 细胞信号传输等过程中都起着重要的作用。 细胞粘度是一项重要的生理微环境参数, 其为细胞是否正常运转的关键指标。 研究还表明, 一些重大的生理疾病与细胞组织的粘度及过氧化氢浓度异常均有着密切的关联, 如阿尔茨海默病、 癌症。 因此开发能有效同时检测H2O2及粘度的分析方法对揭示相关生理病理机制及重大疾病的诊断有着重要的意义。 研制了一种能有效检测H2O2与粘度的双响应型荧光探针(1)。 由于存在扭曲分子内电荷转移(TICT)的猝灭效应, 探针(1)几乎不具有荧光发射特性。 而随着环境体系粘度的增高, TICT效应被抑制, 探针(1)呈现出了强的荧光发射, 且发射峰位于近红外波段处(680 nm)。 随着粘度从1.996 cp增至851.8 cp, 探针的荧光强度增幅达到了85倍。 探针还能对H2O2产生灵敏的荧光响应, 发射峰位置在590 nm处。 响应原理为H2O2能与探针中的苯硼酸基团反应使探针脱除掉与吡啶氮原子相连的亚甲基苯硼酸, 从而减弱了探针分子中的TICT效应以及分子内电荷转移(ICT)效应, 因此探针溶液荧光发射显著增强且探针溶液的紫外光谱发生了明显的蓝移(吸收峰从540 nm移至460 nm), 对应溶液颜色从红色变为黄色。 荧光光谱测试表明探针(1)对H2O2的检测具有高的选择性与灵敏度, 探针体系在590 nm处的荧光强度与H2O2的浓度呈良好的线性关系, 线性范围为0～25 μmol·L-1, 根据IUPAC的3σ法计算得出检测限为0.34 μmol·L-1。 此外细胞荧光成像实验表明探针(1)具有较好的生物相容性及细胞膜通透性, 且能实现细胞内H2O2的成像分析。

液滴体积对定量打印有重要意义, 而墨水粘度对液滴体积有重要的影响。首先, 利用层流-水平集方法建立了喷嘴模型。依据实验经验设置模拟所用墨水密度为1.0 g/mL, 表面张力为28 mN/m, 粘度为1～15 mPa·s, 对不同粘度墨水喷射过程进行了演示, 得到了液滴体积与墨水粘度关系为负相关; 然后, 通过水平集函数积分对液滴体积进行量化, 得到了其变化范围为58.10~37.29 pL, 并对液滴体积与墨水粘度关系进行拟合得到二者为负线性关系, 具体线性系数为A=-1.54, 纵截距为B=60.2。其次, 利用相同物理参数下的聚硫醇墨水进行了打印实验, 得到液滴体积变化范围为149.9～92.9 pL, 且拟合得到液滴体积与粘度仍为负线性关系, A′=-4.12, B′=154.71, 证明了模拟结果的正确性。最后, 通过模拟与实验结果的对比发现两者所得线性函数之间存在一系数h=2.5, 通过进一步仿真研究证明该系数与墨水的种类无关, 而是由入口处的压力决定。该线性结果有利于简化任意低粘度墨水的定量打印。

针对水-乙二醇抗燃液压液(HFC)目前常用的水分含量和粘度测量方法存在操作复杂, 耗时长, 测量成本较高等问题, 研究了将中红外光谱分析法应用于HFC水分含量和粘度测量。 以85个实际在用油样为样本集, 采用传统的电量法和毛细管法分别测量水分含量和运动粘度; 使用衰减全反射液体池(ATR)采集各样本的中红外光谱并进行光谱校正、 背景扣除、 Savitzky-Golay(SG)平滑处理和基线校正等预处理。 水分含量测量模型构建过程中, 利用学生化残差-杠杆值法寻找强影响点, 判定为异常样本并加以剔除; 利用马氏距离SPXY法划分建模样本集和验证样本集。 根据Beer-Lambert定律, 水分含量和红外光谱吸光度成正比, 采用线性方法来构建水分含量和吸光度红外光谱之间的关系模型。 同时为提高模型的鲁棒性和泛化能力需要消除光谱中的无用信息、 冗余信息和噪声, 因此采用后向间隔偏最小二乘法(BiPLS)进行水分含量测量特征谱区优选, 并建立线性校正分析模型。 结果表明剩余3 526~3 354, 1 790~1 618, 3 005~2 660和1 096~924 cm-1波段时获得最小的交叉验证均方根误差(RMSECV)。 特征波段优选结果可以理解为, 根据3 526~3 354 cm-1波段预测HFC体系中所有OH的量, 减去根据3 005~2 660和1 096~924 cm-1波段换算得到的乙二醇中的OH, 进而计算得到水分含量, 为进一步提高精度, 将水中OH变角振动吸收峰对应的1 790~1 618 cm-1波段作为水分含量测量的辅助波段。 利用独立验证样本进行模型检验, 结果表明所建立的线性模型相关系数(r)为0.989 5, 预测均方根误差(RMSEP)为0.405 2, 满足HFC中水分含量测量精度需求。 粘度测量模型构建过程中, 利用马氏距离法寻找离群样本, 判定为异常样本并加以剔除, 利用马氏距离SPXY法进行建模样本集和验证样本集划分。 粘度是一个与多重因素有复杂关系的理化指标, 和红外光谱之间表现为非线性关系。 基于主成分分析结合BP神经网络法(PCA-BPNN)构建非线性粘度校正分析模型, 提取累积贡献率为95.12%的前10个主成分作为输入, 测得的粘度值为输出, 创建单隐层BP神经网络并进行训练, 训练结果相关系数r为0.996 8。 利用独立验证样本进行模型检验, 结果表明所建立的非线性模型r为0.984 3, RMSEP为0.615 1, 满足HFC粘度测量精度需求, 且优于采用BiPLS线性模型获得的结果。 确定了可用于HFC中水分含量测量的四个中红外波段, 可为窄带红外光谱分析法或其他类似研究提供依据。 研究结果表明中红外光谱分析法结合BiPLS和PCA-BPNN分析法可分别应用于HFC水分含量和粘度测量, 精度符合监测需求, 为HFC中分含量和粘度测量提供了一种新的测试方法, 相比于传统测量方法具有快速、 无损、 低成本的特点。

利用ZL-10型全自动界面张力仪(柏金环法)和NDJ-5S型数显粘度计测量体积分数为5%～100%的二甲基亚砜(DMSO)水溶液及超纯水, 得到表面张力和粘度的变化规律。 用拉曼光谱仪测量不同浓度DMSO水溶液的拉曼光谱, 得到体系中含氢键作用的拉曼频移变化规律。 实验结果表明, DMSO水溶液的表面张力随浓度的变化受DMSO水溶液中氢键作用的影响, 且与氢键强度成反相关。 DMSO与水的氢键作用对粘度的影响较表面张力更为复杂, 粘度随浓度的变化呈二次函数的反常现象, 影响因素包含氢键强度, 氢键网络结构和空间方向性多个方面。 该研究探索一种利用拉曼光谱研究水溶液微观结构与宏观物理性质关系的实验方法。