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2025年04期
功能纤维纺织品及功能材料

PET/PBT乙二醇低温解聚再生技术研究

贾晓彤;俞建勇;袁如超;王学利;

针对废旧聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚对苯二甲酸丁二醇酯(PET/PBT)化学法再生过程中产率低、1,4-丁二醇易高温环化等难题,开发了乙二醇低温解聚再生技术。该技术通过乙二醇低温解聚、解聚物酯交换、再生对苯二甲酸二甲酯(DMT)熔融聚合等步骤,实现了PET/PBT的高品质再生利用。探究乙二醇与PET/PBT质量比、反应温度、催化剂用量、反应时间等因素对解聚物及再生DMT产率和纯度的影响,对反应工艺进行了优化设计。试验结果表明:在反应压力为0.2 MPa、乙二醇与PET/PBT质量比为2.5∶1、反应温度为200℃、催化剂无水醋酸锌用量为0.5%、反应时间为2 h的条件下,解聚率可达100%,再生DMT产率可达91.4%以上,且再生PBT的热力学性能达到原生纺丝级PBT的指标要求。研究成果可为废旧PET/PBT的资源化综合利用提供理论依据。

2025 年 04 期 v.51 ; 福建省科技重大专项(2023HZ027004)
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细菌纤维素基忆阻器的构筑与性能研究

刘雯雯;范苏娜;张耀鹏;

细菌纤维素(BC)因具有低热膨胀系数、耐水耐溶剂及良好的生物相容性等优点,被视为一种优异的生物忆阻功能材料。然而,BC分子链富含羟基,导致分子间氢键作用力强烈,进而影响其悬浮液的分散性,这不利于忆阻功能层的制备及均匀性,从而制约忆阻性能的提升。为改善这一问题,采用四甲基哌啶氧化物(TEMPO)对BC进行氧化处理,通过引入钠离子(Na+)来减弱分子链间的作用力,成功获得均匀分散的TEMPO氧化细菌纤维素(TOBC),并基于此构筑忆阻器。TOBC基忆阻器展现出稳定的非极性电阻开关性能,器件能够稳定循环120次,阻态保持时间超过1 200 s,且开关响应时间仅为50 ns。在正向和负向电压下该忆阻器的电阻转变过程分别遵循空间电荷限制电流(SCLC)机制和肖特基发射机制。本研究为新型纤维素基忆阻器的构建及性能调控提供了新的思路。

2025 年 04 期 v.51 ; 上海市青年科技启明星计划(22QA1400400); 2022年东方英才计划领军项目(No.152)
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负氧离子功能聚酯纤维成型难点:流变性能研究

王春霞;翟功勋;丁凤美;邓德贵;

负氧离子功能纤维能够释放带负电荷的单个氧气离子,具有抗氧化、防衰老的保健功效,因此备受关注。然而制备过程中,高聚物与无机粒子之间界面结合性差,导致无机粒子团聚、纤维力学性能下降等问题,且无机粒子的功能性受限。通过调控熔体流变行为,解决纺丝过程有机无机多相界面难复合的问题,成功制备出符合服用的负氧离子功能纤维。先将电气石无机粉体与聚酯切片粒制备成负氧离子聚酯母粒,再经熔融纺丝制备负氧离子聚酯纤维(PET/NGx)。我们研究了结晶过程和流变性能的因素,发现PET/NGx的结晶温度随无机粉体质量分数增加而升高。利用Jeziorny公式分析非等温结晶过程,结果显示PET/NGx的结晶速率常数及Avrami指数均非整数,表明其结晶成核过程是异相成核与均相成核并存,晶体生长方式多样。PET/NGx的Avrami指数n在1.05~1.07,表明其结晶成核过程介于一维结晶(针状晶体)和二维结晶之间。当无机粉体添加量超过1%,PET/NG1的负离子释放量为1 326个/cm3,已达到世卫组织对清新空气的要求,而PET/NG2的负离子释放量更是高达2 187个/cm3

2025 年 04 期 v.51 ; 中央高校基本科研业务费专项资金资助(2232021G-03); 六盘水师范学院学科团队资金资助(LPSSY2023XKTD01); 贵州省科技创新领军人才工作站资金资助(KXJZ[2024]036)
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基于微区光谱的荧光温度表征方法研究

王佳浩;伍滨和;王春瑞;于惠梅;

荧光材料的发光强度受温度影响,使荧光测温能以较高空间和时间分辨率进行非接触式温度探测。为了实现器件微区的温度场表征,制备四种不同配合物的含铕荧光材料及聚合物薄膜Eu(DBM)3Phen/PS。研究表明,Eu(DBM)3Phen/PS薄膜不仅具有高温度灵敏度,而且荧光强度与温度呈高线性相关性,是性能较好的温敏漆。使用该铕配合物的薄膜和微区显微光谱系统,实现了微米级高空间分辨率的温度场测量,清晰识别电阻丝焦耳热引起的温度升高,证明了该荧光测温方法的有效性和实用性。利用该荧光探针有望进一步应用于微纳器件和材料微观机制的研究。

2025 年 04 期 v.51 ; 国家自然科学基金(61975029)
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用于构建介孔二氧化硅的次氯酸响应型硅源的开发与应用

刘燕;易涛;魏鹏;

介孔二氧化硅(MSNs)被广泛应用于纳米复合材料的构建,特别是在生命健康领域展现了巨大的应用潜力。然而,MSNs的合成过程中,硅源的选择对其性能有显著影响。目前,可用于构建响应型MSNs的硅源种类有限,这在很大程度上制约了新型MSNs的开发。为解决这一问题,本文以常用染料碱性蓝3为原料,设计并合成了一种可与疾病标志物次氯酸(HOCl)响应的新型硅源(命名为DHUOCl-26)。该硅源的合成路径简便,仅需两步反应即可从碱性蓝3制备完成,且具备优异的HOCl选择性和灵敏度(反应时间<130 s)。应用验证表明,利用该硅源构建的MSNs(命名为DHU-MSNs-7)保留了硅源的HOCl响应特性,仅对HOCl响应,不与其他阴离子、阳离子及活性氧响应,展示出良好的应用前景。DHU-MSNs-7的成功开发证明了新型硅源DHUOCl-26在响应型MSNs构建中的有效性,为新型MSNs材料的开发提供了新的选择。

2025 年 04 期 v.51 ; 国家自然科学基金(22177019)
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基于FAE-Unet的碳纤维预浸料表面缺陷分割方法

卢瑶瑶;吴哲彬;刘香玉;平安;何凯龙;甘学辉;

针对碳纤维预浸料在生产过程中存在人工检测误差大、效率低等问题,提出基于FAE-Unet的碳纤维预浸料表面缺陷分割方法。在骨干网络中,提出FAE(fusion attention encoder)编码器模块代替Unet编码器。FAE编码器模块融入注意力机制,分别从通道和空间层面增强了网络的特征提取能力,并为不同特征分配权重信息,该模块将提取的特征信息与解码阶段融合,保留了更多细节特征,提升对小尺度缺陷的关注度。此外,采用带权重的交叉熵损失函数,有效提高在样本量不均衡情况下,尤其是样本量较少时的缺陷分割精度。结果表明,该模型的平均交并比、平均像素准确率、准确率与召回率的调和平均数F1-score值分别达82.36%、91.78%、92.36%。相较于DeepLabV3+、PSPNet、Unet等方法,该模型的分割精度更优,能够精确分割碳纤维预浸料表面的缺陷。

2025 年 04 期 v.51 ; 中央高校基本科研业务费专项资金(2232024A-04); 纺织之光应用基础研究项目(0316HX281230438)
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硅改性聚丙烯酸酯乳液阻燃整理织物的制备及性能研究

何倩倩;程柏杰;光善仪;徐洪耀;

纯棉织物因其良好的透气性、柔软性及可塑性等优点被广泛应用于家具纺织行业,然而其易燃性限制了在更多高温场景下的应用。这项工作,将有机硅改性后的聚丙烯酸酯乳液、聚磷酸铵(APP)及二乙基次磷酸铝(ADH)结合后,通过浸渍法涂覆于纯棉织物上,系统研究阻燃剂添加量对织物阻燃性能、热分解性能、力学性能和耐水洗性能的影响。结果表明,阻燃剂添加量为6%的整理织物在垂直燃烧测试(UL-94)中达V-0级标准,极限氧指数(LOI)高达33.6%,在800℃(氮气气氛)的高温下残炭量高达33%。整理后的织物拉伸断裂强度相比原织物轻微降低,即使经过100次洗涤循环,极限氧指数(LOI)值仍保持在26.5%,证明其高稳定的阻燃特性。阻燃整理的织物表面水接触角可达128.1°,与未处理的原始织物相比,展现出优异的防水性能。该整理织物在功能型服装领域有着广阔的应用前景。

2025 年 04 期 v.51 ; 国家自然科学基金(52372282)
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罗布麻叶提取物介导绿色合成AgNPs/CS-PEO复合纳米纤维膜的抗菌抗氧化性能

夏克尔·赛塔尔;祖力米热·艾尔肯;高晶;王璐;

基于罗布麻叶(Apocynum Veneti Folium, AVF)优良的生物活性成分,采用绿色生物还原法,以罗布麻叶提取物为还原剂和稳定剂合成纳米银(AgNPs),并将其与壳聚糖/聚环氧乙烷(CS/PEO)混合,通过静电纺丝技术将共混聚合物制备功能性复合纳米纤维。测定评估纳米纤维膜生物材料特性。结果表明,FESEM显示纳米颗粒均匀地分散在纤维表面。添加罗布麻叶提取物介导合成的AgNPs改善了纳米纤维膜力学性能、表面润湿性以及紫外线阻隔性能。与不含AgNPs和添加AgNPs的纳米纤维膜相比,抗氧化试验表明制备的纳米银/壳聚糖-聚环氧乙烷(AgNPs/CS-PEO)复合纳米纤维膜表现出较优的自由基清除活性。抗菌试验表明,AgNPs/CS-PEO复合纳米纤维膜对金黄色葡萄球菌和大肠埃希菌表现出100%的抗菌活性。鉴于AgNPs/CS-PEO复合纳米纤维膜优异的特性,其有望在生物医用领域得到更广泛的应用。

2025 年 04 期 v.51 ; 新疆重点研发项目(2024B04004-3)
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高性能纤维及复合材料

钛/硅二元氧化物陶瓷纤维气凝胶的高温隔热与红外特征调控

曾思娟;强思雨;戴劲;俞建勇;刘一涛;丁彬;

针对传统气凝胶在极端环境下隔热性能和红外调控能力的不足,开发了一种钛/硅二元氧化物陶瓷纳米纤维(CNF)超轻质气凝胶。通过引入不同比例的Ti4+掺杂,系统研究其对气凝胶微观结构、力学性能、隔热特性及红外性能的调控作用。结果表明,Ti4+掺杂引入的Ti—O—Si键改变了CNF的均匀性和致密度,所形成的三维交联网络结构使CNF气凝胶表现出优异的综合性能。在隔热性能方面,Ti4+掺杂有效降低了CNF气凝胶的导热系数,最低可达0.025 W/(m·K),展现出卓越的热绝缘能力。此外,CNF气凝胶在高温(1 100℃)和极低温(-195℃)下,均表现出优异的力学弹性和结构稳定性,能够承受多次可逆压缩而不发生结构坍塌。在红外性能方面,Ti4+掺杂显著提升了CNF气凝胶在中红外波段(7.0~12.5μm)的红外反射率,进一步降低了其红外特性。因此,钛/硅二元氧化物CNF气凝胶在隔热与红外隐身领域具有巨大潜力,适用于航空航天与军事防护等极端应用场景。

2025 年 04 期 v.51 ; 国家自然科学基金(52173055); 上海市优秀学术带头人(23XD1400100); 上海市自然科学基金(23ZR1401400)
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深冷处理对杂环芳纶的拉伸及耐磨性能改性研究

王晟宇;王芮杰;金乾博;王龙生;许福军;

芳纶纤维以其超高强度、高模量、耐高温和耐腐蚀等优异性能,在航空航天等尖端领域得到了广泛应用。然而,芳纶纤维弯曲和摩擦情况下容易原纤化,导致耐磨性能较差。为改善芳纶纤维耐磨性,采用深冷(-196℃)处理方法对芳纶纤维及织物进行改性。研究结果表明,深冷处理后的杂环芳纶表面粗糙度和结晶度有所增加。具体而言,拉伸强度提升了24%,经过20 s摩擦后纤维拉伸强度剩余率提高了28%,这表明纤维的拉伸性能和耐磨性也得到了显著提升。此外,深冷处理后的芳纶纤维束和机织物在磨损过程中,表面微纤维劈裂和起毛都得到明显改善,耐磨性能更加优异。因此,本研究采用的深冷处理方法对于芳纶等易原纤化的纤维耐磨性能具有一定的参考价值。

2025 年 04 期 v.51 ; 国家自然基金面上项目(52273054)
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基于银簇修饰的高性能光热抗菌纺织面料设计

吴珏;喻英;吴丰芳;

秋冬季低温低湿,会降低体感温度,增加细菌滋生风险,影响人体的舒适与健康,因此纺织面料需兼具保暖、热保留及抗菌性能。探索了具有明确原子结构、类分子特性以及表面等离子共振效应的银簇(Ag25)在聚酰胺面料中的应用,以实现光热调控与抗菌性能的协同提升。Ag25簇的表面等离子共振效应可通过局域光场增强和高能热电子等途径,增强热转换率。研究结果表明,经Ag25簇修饰的聚酰胺面料在300 W氙灯照射下,其表面温度在15 s内可迅速升至72.2℃,且对大肠埃希菌表现出接近100%的抗菌效果。该研究提出了一种基于精确结构的金属簇修饰策略,用于开发高性能光热抗菌纺织面料,展现了在智能纺织领域(如户外保暖服饰、医疗防护面料等)的广阔应用前景。

2025 年 04 期 v.51 ; 安徽省高校科学研究重点项目(2023AH051411); 安徽职业技术大学横向科研项目(2023hxkt2023077)
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碳纤维复合材料格栅端框连接结构拉伸承载性能预测与试验验证

何志明;张雪乐;李茂;韩涵;江大志;

碳纤维复合材料格栅结构凭借其优异的承载能力和减重效果,在航空航天、汽车工业、建筑结构等多个领域展现出广阔的应用潜力。然而,由于其特殊的网格构型,连接结构的设计异常复杂且充满挑战,这些都成为制约其发挥承载性能和减重优势的关键因素。以Kagome格栅为具体案例,通过有限元模拟和试验验证,深入探究格栅端框连接结构设计及承载性能。采用铺层交替搭接工艺,整体制备格栅X型结构单元。在拉伸加载过程中,其破坏模式表现为上端横向肋条断裂及X交叉点处肋条基体的拉伸破坏。与试验研究结果相比,采用Hashing破坏准则和Camanho渐进损伤有限元模型预测时误差为13.3%。

2025 年 04 期 v.51 ;
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高强度低收缩超支化DOPO基阻燃环氧树脂复合材料

吕梦婷;张绮月;孙伟;肖杨;郑佳;俞昊;孙宾;江晓泽;朱美芳;

针对环氧树脂在固化过程中存在的体积收缩大、内应力集中、韧性不足及阻燃性差等问题,设计合成了一种超支化聚氨酯分子(HID)。以1,1,1-三羟甲基丙烷为核单体,N,N-二羟乙基-3-氨基丙酸甲酯为支化单体构建超支化骨架,并在其表面引入双键,与9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)进行加成反应。通过核磁共振和红外光谱等手段明确其结构。结果显示,HID可有效提升环氧树脂复合材料的综合性能。在其质量分数为8%时,EP-HID复合材料的冲击韧性、拉伸强度和弯曲强度分别达58.41 kJ/m2、59.5 MPa和102.24 MPa,相较纯环氧提高62.3%、24.1%、74.9%;固化收缩率从5.04%显著降低至3.39%;极限氧指数由19.2%提升至28.1%。高支化结构赋予材料优异的应力缓解能力,磷杂菲基团通过气相自由基抑制机制增强阻燃性,整体实现增强、增韧与阻燃性能的协同优化,展现出构建多功能环氧树脂新体系的设计潜力。

2025 年 04 期 v.51 ; 国家重点研发计划(2016YFA0201700/2016YFA0201702); 国家自然科学基金项目(51473035)
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三维正交玻璃纤维/聚丙烯纤维混纺纱织物增强环氧基复合材料冲击性能及损伤机制

赵勤勤;石琳;吴震宇;许福军;

相较于传统的层合板复合材料,三维复合材料具有更高的比强度和损伤容限,其抗冲击性能和整体性更优。然而在实际应用中,制品会受到多次低速冲击载荷的影响,导致内部损伤。因此,设计三维正交玻璃纤维/聚丙烯纤维(GF/PP)混纺纱织物增强环氧基复合材料多次冲击的试验,通过分析多次冲击响应和观察损伤形貌,揭示不同冲击载荷下复合材料的力学响应规律、主要损伤机制及损伤模式。对预先热处理试样的损伤机制和形貌进行了分析,得到聚丙烯(PP)纤维在复合材料冲击中的作用机制。研究表明:热处理使聚丙烯纤维熔化并重新结晶,改变了其体积和形态,从而提高了环氧基复合材料的韧性。随着冲击能量的增加,首次冲击峰值力增大。试样在连续三次25 J能量冲击后,峰值载荷显著下降,最大变形量大约增加至首次冲击的1.2倍。在9 J能量下,随着冲击次数的累积,复合材料的损伤模式种类增多,吸能能力也随之增强。

2025 年 04 期 v.51 ; 国家自然基金面上项目(52273054)
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生物医用纺织品与生命科学

微-纳多尺度人工韧带的制备及其梯度降解性能

丁丹枝;谢晓静;陶慧;刘浩;李超婧;林婧;王璐;

随着高强度运动的普及,前交叉韧带(ACL)损伤愈加高发。临床用人工韧带移植物存在生物惰性、不可降解及细胞浸润有限等问题,开发能改善愈合微环境,且时空有序促再生的人工韧带是新的发展方向。以可降解的聚乳酸-羟基乙酸(PLGA)、聚乙交酯己内酯(PGCL)、聚对二氧环己酮(PPDO)纱线为原材料,设计编织支架,通过调整不同降解周期(2星期开始降解的Gc-Fb、8星期开始降解的Cg-Fb)的纤维蛋白(Fb)负载纳米纤维膜在支架皮-芯层的分布,制备正向梯度降解支架(FG,皮快芯慢)和反向梯度降解支架(RG,皮慢芯快)。纤维蛋白的负载有效改善了纳米诱导层的亲水性;相比RG支架,FG支架的外层膜先发生降解,孔隙率增大,为细胞向内部浸润提供通道,可更好地促进细胞和胶原的浸润。研究可为开发时空有序促再生的可降解人工韧带提供理论和实践基础。

2025 年 04 期 v.51 ;
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覆膜支架的金属支架结构设计对其力学性能的影响

陈庆明;刘肖燕;柳东辰;郝矿荣;万妍妍;关颖;

为深入探究覆膜支架的金属支架结构设计对其径向支撑性、弯曲柔顺性以及植入血管后的各项生物力学表现的影响,选择3种不同结构(Z型、M型、U型)的覆膜支架,并通过有限元方法建立相应的模型。分别模拟了这些支架的径向支撑、弯曲和植入血管的过程,并从中提取了覆膜支架的应力、径向支撑力、弯矩以及血管应力作为关键评估参数。结果表明,金属支架的结构设计对其力学性能影响显著。在径向支撑性测试中,施加相同的径向位移载荷时,M型结构覆膜支架展现出比Z型和U型更高的径向支撑力。增大M型结构覆膜支架的支架丝半径并减小支架高度,可进一步优化其径向支撑性能。在弯曲柔顺性方面,M型结构覆膜支架在弯曲时产生的弯矩最小,表明其柔顺性最佳。随着M型结构覆膜支架高度增加,其柔顺性减弱,而支架丝半径的变化对柔顺性的影响较小。在植入血管的压握过程中,Z型和U型结构覆膜支架产生的最大等效应力相近,且均远低于M型结构,但在植入血管的过程,Z型结构覆膜支架对血管产生的最大等效应力在3者中最小。重要的是,3种结构覆膜支架对血管产生的最大等效应力均未超过血管的屈服强度,确保了血管的安全性。

2025 年 04 期 v.51 ; 国家自然科学基金项目(61903078)
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基于将mTET1-H6与MBD融合的新蛋白酶促体系的优化

胡珊珊;柏骁;肖君华;李凯;周宇荀;

TET(Ten-Eleven-Translocation)是依赖于Fe2+和α-酮戊二酸(α-KG)的双加氧酶,具有氧化5-甲基胞嘧啶(5mC)的能力。为了提高酶的催化效率,以小鼠TET1(mTET1)为研究对象,将甲基化CpG结合域(MBD)与mTET1进行融合,研究亚铁盐种类及浓度、小分子添加剂种类及浓度、缓冲液种类、酶浓度与不同种类、代数的聚酰胺-胺树状大分子对酶促反应的影响。结果表明,甲基化CpG结合域(MBD)的融合有利于结合底物DNA,从而提高mTET1-H6的酶活性。在100μL反应体系中,1 mmol/L的硫酸亚铁铵和Hepes-NaOH缓冲液有助于酶促反应,相对酶活分别提高2.04倍和3.88倍,且10μg的酶量有利于提高酶促反应速率。此外,在催化体系中添加1 mmol/L的L-半胱氨酸和四氯对苯醌小分子、40 nmol/L的第五代树状大分子可以进一步提高酶的氧化能力,相对酶活分别提高5.7倍、6.39倍和7.62倍。mTET1-H6-MBD对5mC迭代氧化为5hmC、5fC和5caC的转化率达78.66%。

2025 年 04 期 v.51 ; 科技部重大研发计划(2018YFA0801101)
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生态环境

电势调控强化餐厨垃圾发酵产己酸

雷啸林;徐先宝;马永红;宋立杰;戴小东;薛罡;李响;

采用电势调控技术,探究不同电势对餐厨垃圾发酵产己酸的影响,实现电势调控下以实际复杂餐厨垃圾为底物,以真菌和细菌混合菌源酒曲为接种物的己酸高效生产,最大己酸产量为15.92 g COD/L(R-0.6 V)。代谢过程产物研究发现,电势调控可显著提高内源乙醇产量,各试验组内乙醇浓度均达到6 g COD/L以上,为乙醇型碳链增长提供充足的电子供体。微生物分析显示,电势调控可定向富集产己酸菌属Clostridium_sensu_stricto_12和Caproiciproducens,其在试验组R-0.6 V内总相对丰度达64.5%。相关性分析表明,电子供体乙醇和产己酸功能菌属Caproiciproducens是实现餐厨垃圾向己酸高效转化的关键因素。

2025 年 04 期 v.51 ; 国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目(52161135105)
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空调用水并联盲三通局部阻力系数优化研究

唐琪琪;张宁波;何家键;钟珂;亢燕铭;

为降低空调水系统在运行过程中的能量损耗,采用数值模拟和中心组合设计(central composite design, CCD)方法,研究并联盲三通的管间夹角、干管管径和支管管径等3个因素对局部阻力系数的影响,得到并联盲三通局部阻力系数ζ预测模型。在此基础上探究了优化局部阻力系数的途径,结果表明,干管管径和支管管径的交互作用对ζ的影响最为显著,并且在某些情况下,ζ会出现极小值,为此定义相应的干管与支管的管径比为最优管径比。管间夹角与干/支管管径的交互作用对局部阻力系数也有影响,但绝大多数情况下,ζ都随着管间夹角的减小而单调下降,故给出了不同管间夹角时的最优管径比值,为并联盲三通管道设计提供降低局部阻力的理论依据。

2025 年 04 期 v.51 ; 国家重点研发计划(2018YFC0705800)
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碳基催化剂的制备及其活化PMS降解SMX的效能及机制研究

赵晓丽;杨静仁;胡双庆;王振旗;张敏;白玉杰;沈根祥;马庆冉;

碳基催化剂因其在高级氧化工艺中被广泛应用而成为研究热点。然而,目前碳基催化剂制备方法复杂、成本高昂、不利于规模化。利用水葫芦粉作为碳基材料,通过一步煅烧法制备得到碳基催化剂,并用于活化过一硫酸盐(PMS),从而高效去除水中的磺胺甲恶唑(SMX)。对制得的碳基催化剂进行详细的材料表征,并系统探究pH、阴离子、催化剂用量和PMS用量对降解体系的影响。在最佳条件下进行淬灭和电子顺磁共振(EPR)试验,结果表明在NC-900/PMS反应体系中产生的主要活性物种是·OH、SO4~-·和1O2。采用液相色谱-质谱连用技术对降解中间产物进行测试,共检出12种中间产物。采用毒性分析评估软件(T.E.S.T.)对降解中间产物进行毒性分析,并推测出SMX在NC-900/PMS反应体系中可能的降解路径。研究旨在为水中SMX的高效去除提供新方法,推动碳基催化剂在环保领域的应用。

2025 年 04 期 v.51 ; 国家自然科学基金项目(52200104); 上海市青年科技启明星项目资助(24QA2707400)
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工艺非球颗粒在局部阻塞型呼吸道内沉积运动规律

刘恩海;陈庚阳;戴文强;邹蕊;庄加玮;杜玉吉;钱辉金;刁永发;

工艺颗粒是造成慢性阻塞性肺病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)的主要原因之一,吸入工艺非球颗粒可能会加剧COPD患者的病情。本文通过数值模拟方法分析了5种不同形状的工艺颗粒在局部阻塞率为0.5的呼吸道(G3~G6及G11~G14)内的沉积特性,探究呼吸量、颗粒粒径及形状因子对非球颗粒在阻塞型呼吸道内运动规律的影响。结果表明:随呼吸量及粒径增大,工艺非球颗粒在G11~G14呼吸道内发生重力作用主导转变为惯性作用主导,且G3~G6及G11~G14呼吸道健康侧沉积的数量均较阻塞侧更多。随着非球颗粒形状因子的减小,呼吸道阻塞侧沉积的非球颗粒数量会明显增多,阻塞前端区域和阻塞位置的局部沉积率是健康呼吸道同级位置的1.3倍。球形颗粒(φ=1)与正四棱锥颗粒(φ=0.3828)在局部阻塞型呼吸道内总沉积率差异为35%,比健康呼吸道内沉积率差异高5%。因此,工艺非球颗粒对COPD患者的危害更大,需加强工业建筑中非球形颗粒的治理和个体防护。

2025 年 04 期 v.51 ; 常州市基础研究项目(CJ20235039); 国家重点研发计划项目(2018YFC0705305)
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信息科技与管理科学

基于模型预测控制和控制障碍函数的锂电池充电安全控制策略

袁婷婷;蔡欣;任向前;贾港华;

针对现有充电优化策略无法同时满足用户对充电速度、电池健康性及安全性等多重需求的问题,提出基于模型预测控制(MPC)和控制障碍函数(CBF)的锂电池充电安全控制策略。采用控制障碍函数和控制李雅普诺夫函数(CLF)对充电过程中的关键参数进行约束从而确保充电过程的安全性和稳定性。将电池的荷电状态和健康状态作为优化策略的关键因素,通过MPC优化方法构建一个综合考虑充电效率、电池健康度及用户需求的充电模型。将整体优化目标根据用户的偏好进行细分,得到快速-健康-均衡的充电策略。经验证,所提策略与传统优化策略相比,强化了安全边界,减少了电流的震荡,充电速度提高22.9%。试验结果表明:利用该方法能够满足用户在不同情境下的充电需求,提供全面的充电选择,提高用户充电的满意度。

2025 年 04 期 v.51 ; 国家自然科学基金(61603090); 中央高校基本科研业务费专项资金(2232021D-36)
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多核高斯过程与数据扩充联合优化的小样本纤维性能预测

廖娅琪;潘安琪;杨闪闪;田文韬;

碳纤维因其高刚性及高强度的特性,被广泛应用于纺织、军事和航天等行业。预测其力学性能有利于提高质量和改进制造工艺等。然而,碳纤维的制造过程成本高、工艺复杂且耗时,导致所能获取的样本数量有限。在样本不足的情况下,难以通过现有的数据驱动技术准确预测碳纤维的力学性能,故提出一种基于多核高斯过程与数据扩充联合优化的集成预测模型(AMK-GP)。该模型通过加权集成多个高斯核函数捕捉数据间的复杂关系,并利用贝叶斯自举法对样本数量进行扩充。同时,为进一步提高预测性能,利用粒子群算法对数据扩充倍数和高斯核函数权重进行联合优化。实验结果显示,在小样本基准测试集和碳纤维力学性能预测中,AMK-GP模型的决定系数R2和误差系数eMAPE相对于高斯过程、径向神经网络和支持向量机模型有明显优势,证实了该方法在实际应用中的有效性和优越性。未来的研究可进一步优化数据扩充和模型训练过程,为性能预测提供强有力的技术支持。

2025 年 04 期 v.51 ; 国家自然科学基金(62303108)
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基于YOLOv7-Tiny的轻量化钢材表面缺陷检测方法

赵曙光;易文;陆小辰;

为实现快速且精准的钢材表面缺陷检测,提出一种基于YOLOv7-Tiny的轻量化检测方法。为优化主干提升检测精度和速度,基于Transformer模块构建轻型TGS-SPPCFSPC结构,替代SPPCSPC。此外,引入Mish激活函数以增强模型的表征能力;引入Slim-Neck作为新的颈部,在保持检测精度的同时,有效地缩减模型规模和计算量。将SPD卷积与SimAM相结合作为新头部,加强对低分辨率小目标的检测能力。在NEU-DET和GC10-DET上的试验结果表明,改进算法在表现上优于数十种先进网络。相比于原始算法,改进算法在NEU-DET上,mAP提升了7%,GFLOPS减少了2.5 G(Giga),参数减少了3 M(Mega),特别是小目标检测效果显著提高。在GC10-DET上,mAP提升了3%,FPS达125。两者试验结果表明,提出的方法在缺陷检测领域表现出色,而且轻量化设计使其更适用于多种场景。

2025 年 04 期 v.51 ; 上海市产业协同创新项目(HCXBCY-2023-031); 中央高校基本科研业务费(23D110424-001)
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动态无线传感器网络抑制病毒传播SEIHRD模型

马洪强;范宏;黄基诞;

研究了一类无线传感器网络(wireless sensor networks, WSN)的病毒传播模型,将病毒传播动力学SIRD模型与预防和抑制策略相结合,提出了改进的无线传感器网络病毒传播SEIHRD模型,通过两步控制病毒传播策略,给出不同传播阶段的病毒抑制措施,并通过易感节点稳定占比来说明策略对延缓病毒传播的有效性。应用下一代矩阵法计算了模型的基本再生数,验证了节点感染率损耗可以提高无线传感器网络性能,分析了有病平衡点局部稳定性条件。仿真结果验证了理论分析的正确性,表明通过动态调节参数可以有效控制病毒在无线传感器网络中的传播。

2025 年 04 期 v.51 ; 国家自然科学基金面上项目(71971054)
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基于Innography专利数据库的国内外树脂基复合材料竞争态势分析

荣海琴;孙泽玉;姚静;

面对西方国家对中国的贸易与科技的封锁与打击,开展国内外树脂基复合材料技术的专利竞争性分析具有重要的战略意义。本文利用Innography专利分析数据库,收集和整理了国内外树脂基复合材料专利数据,通过对树脂基复合材料专利的年度申请量、专利申请人所在国家和技术应用国、专利排名前20的IPC(International Patent Classification)分布、专利强度、专利竞争力、专利转让情况等的深度挖掘,研究了国内外树脂基复合材料专利技术的竞争态势,并将中国树脂基复合材料领域的发展趋势及转让情况与其他国家进行了对比。研究表明,国内外树脂基复合材料专利的申请量飞速增加,相关技术以及应用水平提升很快,但是我国树脂基复合材料专利的专利权人以大学和研究机构为主,技术的转化率比较低。据此,提出加强我国树脂基复合材料以企业为主体的技术研发、技术向高端产品和自动化水平发展的建议。

2025 年 04 期 v.51 ; 上海市轻质结构复合材料重点实验室开放课题基金项目(2232019A4-07)
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综述

碳纳米管纤维的制备及其致密化策略研究综述

谢传乐;李炬;刘雯雯;许福军;刘玮;

碳纳米管纤维(CNTF)因具备卓越的力学、电学和热学性能,被广泛视为下一代高性能纤维的重要候选材料。然而,CNTF制备过程中存在一些问题,如碳纳米管(CNT)的团聚、管间相互作用不佳以及取向性差等,导致纤维具有高孔隙率、低堆积密度和结构不均匀等缺陷,严重限制了其综合性能的发挥。为解决这些问题,引入致密化工艺可以显著减少这些不利因素,克服原始纤维的结构缺陷。本文综述了CNTF的制备方法,包括浮动催化CVD(FC-CVD)纺丝、湿法纺丝、阵列纺丝和薄膜纺丝等。同时,探讨了多种致密化策略,如加捻、溶剂诱导收缩、机械加压与牵伸、聚合物渗透和化学处理等,深入分析了这些致密化工艺对CNTF结构与性能的影响,并展望了其工程化应用前景。最后,结合当前的研究进展,提出了CNTF制备与致密化策略的发展方向,旨在推动其在高性能材料领域的广泛应用。

2025 年 04 期 v.51 ; 国家自然科学基金青年基金(52503120)
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纤维表面导电功能改性技术的研究进展

方丝柔;祝创;刘旭庆;

纤维表面涂覆技术作为在纤维表面形成功能性涂层的重要手段,具备赋予纤维新性能的巨大潜力,在能源、医学和建筑等领域有着广泛的应用前景。综述了采用浸渍涂覆、磁控溅射、真空抽滤、旋涂成膜、化学镀、化学气相沉积等物理化学方法将金属纳米颗粒、碳基材料、导电聚合物及MXene等功能材料涂覆在纤维表面以获得功能化纤维的最新研究进展。重点讨论两种创新性界面构建策略:一是多酚类物质通过π-π堆叠实现在纤维表面的高黏附;二是具有拓扑结构的聚合物通过在纤维表面原位反应实现强附着。在此基础上,探讨功能化纤维的可穿戴应用,包括柔性传感器、柔性超级电容器、柔性电池、柔性纳米发电机等。指出纤维表面导电功能改性技术的发展方向是增加涂覆物质的种类和功能,并在保留纤维原始力学性能的前提下降低成本并提高界面黏附力。

2025 年 04 期 v.51 ; 上海市浦江人才项目(23PJ1400700)
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