混合动力车用径向—径向磁通复合结构永磁同步电机的研究

题名:混合动力车用径向—径向磁通复合结构永磁同步电机的研究
作者:刘冉冉
学位授予单位:哈尔滨工业大学
关键词:混合动力车;;电气无级变速;;永磁同步电机;;复合结构;;径向-径向磁通
摘要:

 在混合动力系统中,采用行星齿轮和两台电机的混联式驱动系统是目前最为先进和成功的电驱动系统,提供了高性能的电控无级变速驱动功能。而省去行星齿轮、将两台电机集成在一起的方案(我们称之为复合结构电Magnetic lifter机系统)可以实现相同的功能,同时具有结构紧凑、成本低廉、控制灵活等优势,是当前混合动力领域新的发展方向。本文对该类复合结构电机中的一种,即径向-径向磁通复合结构永磁同步电机(Compound-Structure Permanet-Magnet Synchronous Machine, CS-PMSM)进行了深入的研究,所做的工作主要包括以下几个部分:

 首先,对径向-径向磁通CS-PMSM由于结构的特殊性而产生的特殊电磁问题——磁耦合问题进行了研究,提出了实现磁解耦的设计原则,并提出了在保证磁解耦的前提下使外转子轭部厚度最小化来提高功率密度的设计方法。依照所提出的设计方法设计了一台20kW的CS-PMSM,通过有限元计算对磁场干涉程度进行了评估,验证了设计方法的正确性。另外,基于磁解耦的可行性,建立了全面反映CS-PMSM的电磁、机电关系并且能够考虑交叉磁化现象影响的统一数学模型,为CS-PMSM的精确控制奠定了基础。

 其次,对CS-PMSM的性能进行了有限元计算与验证,对电感参数进行了精确计算并对磁场特性进行了分析。采用多截面二维有限元法对电机的性能进行了计算,该方法可以利用二维求解结果解决斜槽电机三维有限元计算带来的计算机硬件要求高、计算时间长、计算精度有限等问题,计算结果表明CS-PMSM具有良好的工作性能。另外,给出了能够考虑电机饱和和交叉磁化现象求解电机的直、交轴自感和交叉磁化电感的方法和步骤,采用该方法对双转子电机和定子电机的电感参数进行了计算,并根据计算结果给出了两台电机的参数特点,为电机的精确控制提供依据。

 再次,建立了二维有限元热模型,对CS-PMSM的温度场分布进行了计算,给出了电机的局部过热点。采用了水冷和受迫风冷对CS-PMSM进行冷却,通过有限元计算对两种冷却方式的影响区域和冷却效力进行了分析,并提出了冷却流体参数对冷却效力的影响规律,该规律可以为合理地选择流体参数,反推冷却系统原动力的设计指标,优化地设计冷却系统,提高系统效率提供理论支撑。

 最后,研制了一台径向-径向磁通CS-PMSM的样机,并对样机进行了实验测试和功能性验证。实验测试结果验证了本文提出的设计方法和计算方法的正确性和可行性,并根据测试结果进一步提出了样机优化http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter的建议。另外,对CS-PMSM系统应用于混合动力车中的特点和基本运行模式进行了分析,并在搭建的实验平台上模拟混合动力系统的运行模式进行测试,测试结果验证了CS-PMSM作启动机、发电机和无级变速器进行转速转矩调节的功能,为下一步CS-PMSM系统在混合动力车中的实际应用开发提供了重要借鉴。
学位年度:2010

磁悬浮飞轮储能电机及其驱动系统控制研究

题名:磁悬浮飞轮储能电机及其驱动系统控制研究
作者:汤平华
学位授予单位:哈尔滨工业大学
关键词:飞轮储能;;径向无源电动磁轴承;;无铁心方波无刷飞轮电机;;倍频PWM方波控制;;新型母线电流检测
摘要:

 飞轮储能系统是一种新型的机电能量转换与存储装置,具有使用寿命长、转换效率高、适应性强以及无污染等优点,在航空航天、分布式发电、电力调峰以及电动汽车等领域有着广泛的应用前景。飞轮储能技术是一种多学科交叉的高科技新技术,涉及磁悬浮、高速电机、真空处理、电力电子以及复合材料等Magnetic lifter技术,被认为是未来最有应用价值的能量存储方式之一,其研究内容非常丰富。本文的研究课题来源于深圳市重点科技研究项目——分布式自主能源系统前期研究,主要包括磁悬浮轴承、飞轮储能用电动机/发电机(本文定义为飞轮储能电机)以及飞轮储能电机驱动系统控制三个方面的研究内容。

 磁悬浮轴承能够解决传统轴承磨损、润滑等方面的问题,是飞轮储能系统的关键技术。本课题采用由轴向永磁磁悬浮轴承与径向无源电动磁悬浮轴承组成的全被动磁悬浮轴承结构,永磁磁悬浮轴承用于支撑飞轮质量,无源电动磁悬浮轴承用于保持飞轮径向稳定。无源电动磁悬浮轴承在直线运动应用场合的研究获得了很多可喜成果,但在旋转运动尚处于起步阶段,是飞轮储能领域的研究难点。本文提出新型的径向无源电动磁悬浮轴承结构:定子采用相斥磁场结构,转子采用单层或双层8字形线圈结构。然后利用解析法和有限元仿真分析法对相斥磁场特性、8字形线圈受力、转子受力、以及轴承损耗等进行研究。为验证径向轴承的理论分析和仿真研究的正确性,设计一个径向轴承样机及测试平台进行实验研究,使转子高速稳定旋转、可以方便观察轴承定子的运动状态、并测得定子的偏移量和受力关系。

 飞轮储能电机实现电能与机械能的相互转换,是飞轮储能系统的关键部件。为提高能量的转换效率和系统的集成度等性能,提出选用无铁心永磁方波无刷飞轮电机作为能量转换的电动机/发电机。该种电机无定子铁损和转子铜损,使电机空载运行时主要损耗为绕组的涡流损耗、负载运行时主要损耗为绕组涡流损耗与转子涡流损耗。为减小绕组涡流损耗,建立其理论估算模型,并对一台样机进行绕组涡流损耗估算,再利用自由停机的实验方法验证估算模型的有效性。分析确定转子涡流损耗的来源为电枢反应,并提出内、外等效电流层求解电枢反应场的方法;为减小转子损耗,保证电机负载时高效运行,详细分析了空间谐波和时间谐波产生损耗的原理,并提出改变风损的实验方法对转子损耗进行分离,实验结果与有限元仿真计算结果进行比较,验证实验方法的有效性,同时验证有限元计算结果的可靠性。

 无铁心永磁方波无刷飞轮电机具有小电感的特点,会造成升速过程中稳态电流波动大的问题,而且采用方波控制时,存在换相电流波动,增加了充电过程的控制难度;为减小充电时电机稳态电流波动大的问题,提出方波倍频PWM控制与母线电压调节控制相结合的方法,并利用Matlab系统仿真和实验研究验证控制方法的可行性。为减小电机的换相电流波动,提出利用新型三相逆变器和母线电流检http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter测方法,获得全范围内完整的电流信息,实现高质量的电流反馈控制。系统放电时,随着转速的降低输出电势越低,造成驱动系统放电控制的难度增大。为保证系统放电的安全性,利用Boost电路先升压再逆变输出的方法,并用Matlab仿真验证该方法的有效性。

 最后,设计实现一个基于TMS320F2812 DSP的飞轮储能电机驱动系统的数字控制最小系统。重点介绍了系统的硬件设计和软件设计,以满足飞轮储能系统的控制要求;并且利用该最小系统对飞轮储能系统样机进行了实验研究,实验结果与仿真结果进行对照,验证控制方案的实用性。
学位年度:2010

基于变磁阻磁场调节机理的永磁同步电机研究

题名:基于变磁阻磁场调节机理的永磁同步电机研究
作者:李春艳
学位授予单位:哈尔滨工业大学
关键词:永磁同步电机;;弱磁;;变磁阻;;磁场力;;非磁性体
摘要:

 永磁同步电机具有体积小、重量轻、效率高、功率因数高、控制特性好等优点,近年来在各个领域获得了广泛的应用。但由于永磁同步电机通常采用稀土永磁体励磁,磁场调节困难,恒功率运行范围小,限制了其应用。传统永磁同步电机通常采用增大直轴去磁电流、利用电枢反应的去磁作用实现弱磁,但这种方法会使绕Magnetic lifter组铜耗增加,导致驱动系统效率降低,并可能引起永磁体的不可逆退磁。因此,深入进行具有宽广恒功率运行速度范围的永磁同步电机本体结构与弱磁控制方法研究,是目前电机及其控制领域的重要课题。

 本文首先提出了基于变磁阻磁场调节机理的永磁同步电机(VMRPMSM)方案,阐述了该新型永磁同步电机的结构,建立其空载等效磁路模型,计算了磁路中各部分的磁阻,探讨了非磁性体的磁阻以及研究磁阻跟随非磁性体形状参数变化的规律;然后,根据磁路计算的气隙磁通和绘制电机弱磁过程的相量图,分析了基于变磁阻磁场调节机理的永磁同步电机的弱磁机理。

 永磁体在槽中的位置决定了永磁体产生磁通所经过路径的磁阻,进而决定了气隙磁密的大小,而永磁体的位置是由所受合力确定的。本文依次分析了作用在永磁体上的离心力和摩擦力;构建了永磁体受力分析模型,分析了永磁体位于槽中不同位置的受力;应用有限元方法从永磁体位于槽中位置、非磁性体的形状、电机饱和、永磁体厚度和材料性能以及气隙长度五个方面重点研究了磁场力的变化规律,探讨了非磁性体形状对磁场力的影响。

 在电机转速变化的过程中,永磁体的受力状态是不同的。本文在分析了永磁体向上运动(电机升速过程)和永磁体向下运动(电机降速过程)过程中运动的永磁体受力差异的基础上,探讨了永磁体在槽中的运动规律与气隙磁场调节特性。研究了空载气隙磁密和空载反电势跟随主副永磁体之间的距离s的变化规律以及在电机升速和降速两个过程中的差异,并进行了样机的空载反电势测试;应用有限元方法仿真分析了弱磁效果,通过实验测试的方法研究了电机在弱磁过程中的性能。

 与传统永磁同步电机不同,由于基于变磁阻磁场调节机理的永磁同步电机转子中永磁体在槽中分段并有运动的特性,因此通过分析电机的漏磁系数与电感系数的变化规律,可为VMRPMSM的设计提供理论依据。本文分析了漏磁系数的影响因素,并从气隙长度、隔磁桥长度、永磁体尺寸及材料性能、永磁体运动和非磁性体形状五个方面研究了极间漏磁系数的变化规律。从电感公式推导和不同激励下的磁力线分布出发,研究了影响基于变磁阻磁场调节机理的永磁同步电机的直交轴电感http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter的主要因素,并应用有限元方法分别从永磁体厚度、隔磁桥尺寸、电机饱和状态、非磁性体形状以及永磁体运动五个方面研究了电机的直交轴电感参数的变化规律。在电机参数分析的基础上研究了电机参数变化对弱磁性能的影响。

 理论分析和实验研究表明,本文提出的基于变磁阻磁场调节机理的永磁同步电机方案,具有弱磁方法简单、转速调节容易以及系统效率高等特点,为永磁同步电机驱动系统调速性能的提高提供了一种新的行之有效的方案。
学位年度:2010

同周期控制交流伺服系统的研究

题名:同周期控制交流伺服系统的研究
作者:刘杰
学位授予单位:哈尔滨工业大学
关键词:交流伺服;;矢量控制;;整数算法;;同周期控制;;高速电机控制
摘要:

 数控装备是典型的机电系统,是装备制造业的核心。为达到数控装备高速和高精度的发展目标,需要对其进行机电一体化的全局最优化设计,这要求NC指令周期和伺服系统的机械环周期、电流环周期完全同步。本文旨在研究交流伺服系统机械环和电流环的同周期控制问题,使其获得更加优越的性能,并为数控装备全同周Magnetic lifter期的实现提供同周期伺服系统平台。

 为证明同周期控制的优越性,本文建立了交流永磁同步电机d-q坐标系下的数学模型。对比同周期和不同周期两种控制结构的控制效果,同周期控制系统波动极小,更接近于理想曲线。推导了同周期控制和不同周期控制系统的闭环传递函数,同周期系统传递函数相对阶数最低,最稳定。根据控制系统模型设计了软件仿真系统平台,设置机械环和电流环在不同周期和同周期控制情况下,分别进行速度控制仿真。仿真结果表明,同周期控制可更有效地抑制负载转矩波动。针对同周期控制将会引发的电流采样噪声、速度分辨率低以及计算量大等问题,提出了有效解决途径——用全整数运算来进行控制算法设计,设计全整数的电流环状态观测器和机械环状态观测器。

 针对实现同周期控制需要解决的计算量大的问题,提出了全整数控制算法设计的基本规则。为获得高效高精度的矢量变换算法,简化了矢量变换公式,设计了可以快速地获得高精度正弦和余弦值的查表算法。针对三相脉宽调制中母线电压不能被充分利用的问题,设计了电压矢量中心点平移算法,证明了其有效性和无方向误差。根据同周期控制交流伺服系统电流环模型和机械环传递函数,设计了伺服控制主程序流程图和同周期控制程序流程图和系统软件。研制了包括主控板、功率板和电源板在内的系统硬件。

 为解决同周期控制中的电流采样噪声问题,推导了低通滤波器的递推公式和电流环状态观测器的递推公式,并提出了极点选取原则。设计了电流环调节器,并讨论了控制参数取值方法。建立了电流环的仿真模型和状态观测器的仿真模型,通过电流控制仿真确定了观测器极点选取和系统控制参数范围,并验证了观测器的有效性和优越性。编写了电流低通滤波器和电流环状态观测器的程序模块,在试验平台上进行了电流控制试验,试验结果证明状态观测器能够更有效地抑制电流采样噪声,达到更高的电流响应频率。

 针对同周期控制中,机械环频率高所导致的速度分辨低的问题,推导了速度数字低通滤波器的递推形式,并设计了机械环状态观测器,给出了观测器的收敛条件,并进行了极点选取。在电流环仿真模型的基础上,搭建了机械环仿真模型,对机械环和观测器进行了仿真调试。控制仿真结果证明了机械环状态观测器的有效性。编写了速度滤波器程序模块和机械环状态观测器程序模块,进行了速度控制试验。试验结果证明,应用了状态观测器的系统具有较高的响应速度和稳定性。

 针对高速电机控制中的高频电流控制问题,分析得出PWM频率不小于电流频率6倍的结论。针对当前位置检测器件无法在高速情况下正常工作的现状,提出了高速电机控制对位置检测器件的要求。本文系统中单对极磁性编码器的特性符合高速电机控制的要求。针对高速电机矢量控制中电压矢量变http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter换的角度误差较大的问题,提出了超前补偿方法。针对编码器角度上报方式造成的角度反馈滞后问题,推导了角度反馈滞后量计算公式。设计了4对极20,000r/min永磁同步电机,用同周期伺服控制器对其进行了高速控制试验,高速电机的最高控制转速达到了22,000r/min。

 高速电机控制试验的成功,验证了本文研制的同周期控制交流伺服系统,可在PWM频率与电流频率达到极限比例的情况下进行高频电流控制和电机伺服控制,充分证明了此伺服系统具有非常优良的控制性能。
学位年度:2010

面向电磁弹射器的永磁直线同步电机驱动系统研究

题名:面向电磁弹射器的永磁直线同步电机驱动系统研究
作者:刘吉柱
学位授予单位:哈尔滨工业大学
关键词:电磁弹射;;永磁直线同步电机;;位移传感器;;自律分散控制;;磁动势
摘要:

 随着现代海洋军事的不断发展,迫切要求航空母舰的作战能力越来越强,从而对驱动舰载机弹射起飞的航母弹射器提出了极高的要求。然而,现役的蒸汽弹射装置已难以满足对大质量舰载机的弹射。电磁弹射装置相对于蒸汽弹射装置具有质量小,体积小,效率高,维修费用低,控制精度高等特点,成为最近几年各国研究Magnetic lifter的热点。我国在电磁弹射领域的研究刚刚起步,随着我国军事力量的发展,航空母舰是我国海军必须配备的武器之一。因此,研究电磁弹射技术对于提高我国军事力量,打造尖端武器,打破国外技术封锁,缩短我国与军事强国的差距,促进国防事业的发展,维护世界和平都具有重大的意义。

 本文密切结合航母弹射器的推力大,力波动小,运行速度高等性能要求,基于自律分散体系结构,设计了电磁弹射驱动系统方案,并对其驱动系统结构、位置检测、控制技术以及容错性能等方面进行了深入研究。在此基础上,搭建了自行研制的交流永磁直线同步电机、交流伺服低压控制器和直线位移传感器组成的电磁弹射驱动系统样机平台,并通过实验证明了本文针对电磁弹射性能要求所提出方法的有效性和准确性。

 根据电磁弹射的技术要求,分析了影响电磁弹射驱动系统效率的因素,提出在低速段采用齿槽永磁直线同步电机而在高速段采用无齿槽永磁直线同步电机驱动的方法,提高了弹射过程中的系统效率。并基于模块化设计思想,设计了在三维空间采用定子模块组装的永磁直线同步电机驱动系统结构,从而提高了永磁直线同步电机的工艺性和模块故障的处理能力。为了降低驱动系统对供电电源的要求和提高控制的稳定性,提出了采用小功率模块电机组合代替大功率电机驱动的设计思想。采用有限元设计方法对永磁直线同步电机进行了深入研究,分析了极距对永磁直线同步电机功率密度的影响及结构参数对齿槽和无齿槽电机推力及推力波动的影响,为电磁弹射用永磁直线同步电机的设计提供了理论依据。

 为实现对驱动系统的高速伺服控制,在位置检测单元中,基于霍尔效应原理,采用三相六元件的信号拾取方法,并通过差分处理消除了机械装配偏差和零点漂移带来的信号误差。同时,基于查表方式的信号处理算法,采用了查表列和编码列两排磁钢的排列方法,设计了磁栅直线位移传感器。通过实验表明,该传感器可以达到较高的分辨率,为实现绝对位移的精确测量和电机的高速控制奠定了基础。

 针对传统集中式控制存在的缺点,提出自律分散控制方法,构建了自律分散系统的控制结构。推导了基于自律分散控制的永磁直线同步电机矢量控制电磁模型和电磁推力模型,为其实现提供了理论依据。在自律分散控制结构下的永磁直线同步电机控制中,为了提高电流响应特性,电流环采用引入反电动势补偿的方法,并通过仿真验证了该方法的有效性。同时,为提高速度检测精度并解决速度反馈延时导致的滞后问题,机械环采用引入状态观测器的方法,以获取实时的位置和速度反馈,提高永磁直线同步电机的速度响应频率和位置控制精度。

 为提高电磁弹射驱动系统的冗余度,以8极12槽集中绕组永磁直线同步电机为主要研究对象,推导了定子模块单相、单模块、二模块和三相交叉模块故障时总磁动势计算数学模型。在此基础上,为了保持在故障时与非故障时总磁动势不变,建立不同故障时总磁动势不变的电流补偿数学模型,实现了磁动势补偿,从而保证电机在故障前后的瞬时推力不变,进而提高电磁弹射驱动系统的可靠性及故障处理能力。

 研制了低速段齿槽和高速http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter段无齿槽原理样机实验系统,并通过对原理样机的性能进行测试,证明了低速段采用齿槽永磁直线同步电机高速段采用无齿槽永磁直线同步电机对提高整个系统的效率的有效性,同时验证了电磁弹射驱动系统不同模块故障时电流补偿模型的正确性。本文的研究工作为电磁弹射技术应用于航母弹射器,实现高精度、高能量的弹射奠定了基础。
学位年度:2010

新型双凸极记忆电机的研究

题名:新型双凸极记忆电机的研究
作者:龚宇
学位授予单位:上海大学
关键词:记忆电机;;磁滞模型;;双凸极;;换位设计;;有限元时步法;;永磁电机
摘要:

 记忆电机利用写极式电机通过充磁绕组在线写极的特点,采用高剩磁,低矫顽力的铝镍钴永磁体,通过巧妙的电机转子结构设计,在由直轴电流脉冲改变磁化状态的同时又能避免交轴电流对永磁体的影响,从而实现了真正意义上的永磁电机磁通可调。但是目前对记忆电机的研究无论是电机结构设计还是磁场数值计算Magnetic lifter,均处于初始研究阶段。本论文正是在这一背景下对记忆电机进行了深入拓展研究,提出了三个主要创新点:设计了一种新型拓扑结构的定子永磁型记忆电机——双凸极记忆电机;把考虑磁滞效应的数学模型耦合到有限元时步法中进行记忆电机的数值计算;提出了换位设计方法从根本上解决了双凸极记忆电机及混合励磁双凸极永磁电机各相磁路不对称的问题。围绕这三个创新点,本文进行了一系列卓有成效的工作,主要内容概括如下:

 第一、提出了一种新型定子永磁型电机——双凸极记忆电机。把记忆电机的设计思想应用到传统混合励磁双凸极永磁电机中,既可以通过直流脉冲灵活改变磁钢磁化状态,又保留了定子永磁型电机的一些优点。

 第二、记忆电机原型机采用的磁路法在分析最大去磁磁动势时误差较大,为了准确计算记忆电机的磁场,同时简化数值实现难度,提出了考虑铝镍钴永磁体磁滞效应的平行四边形磁滞模型,并与考虑中点电位的场路耦合有限元时步法相结合,编制了程序,准确地计算了记忆电机达到不同磁化状态时所需的调磁磁动势、空载感应电势及瞬态起动特性。

 第三、为了验证所提出的平行四边形磁滞模型的准确性,采用基于函数转换的Preisach磁滞模型与有限元时步法相结合对记忆电机进行了验算,计算与实验结果都验证了所提平行四边形磁滞模型的有效性。

 第四、在传统结构双凸极记忆电机的设计基础上,提出了一种三相绕组双凸极记忆电机新的换位设计方法,从电机本体设计出发,根本解决了双凸极记忆电机(也包括双凸极永磁电机)各相磁路不对称的问题,设计分析了一台定转子齿数比为24/28的双凸极记忆电机。

 第五、目前记忆电机的实验研究主要是有关空载感应电势波形的研究,由于采用电枢绕组充电,在线控制难度较大,因此充去磁也在静态情况下进行。本文所提的双凸极记忆电机降低了在线控制难度,分别为常规结http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter构的30/24和换位设计的24/28两台双凸极记忆电机构建了驱动控制线路,对两台样机进行了瞬态充去磁实验、自然特性实验、以及几个应用实验的研究,

 最后,记忆电机作为一种全新的磁通可控永磁电机,在永磁电机的发展史上具有非常重要的地位,目前有关其研究进展较为缓慢,本文取得的各项成果为今后记忆电机的拓展设计、数值分析及实验调试提供了有力的参考。
学位年度:2010

新型磁齿轮复合电机的设计研究

题名:新型磁齿轮复合电机的设计研究
作者:杜世勤
学位授予单位:上海大学
关键词:复合电机;;磁齿轮;;数值解析结合法;;多气隙;;磁场计算;;低速大转矩
摘要:

 新型磁齿轮传动装置属于磁场调制式磁力传动结构,具有转矩密度高、运行效率高、非接触性力矩传递和过载自保护等优点,有替代机械齿轮在清洁、低温和高空等环境中运行的潜力。高性能稀土永磁材料在电机设计中的Magnetic lifter成功应用,使得现代永磁电机的转矩密度和运行效率较感应电机有了较大提高。

 本文提出一种新结构稀土永磁电机,就是把普通的稀土永磁电机内嵌到磁场调制式磁齿轮里,从而形成磁齿轮复合电机,这样就把永磁电机和磁齿轮的优点结合了起来。磁齿轮复合电机作为实现低速大转矩电机的一条新途径,研究成果应用前景广泛,可应用于军事领域(舰船直接驱动)、车辆运输(电力机车、电动汽车直接驱动)、可再生能源利用开发(风力发电)、先进制造业(机床直接驱动)等场合。

 本课题是国家“863”高科技项目《高效大转矩直接驱动复合式永磁电机系统研究》(2007 AA05Z233)的研究内容之一,对新型结构钕铁硼永磁电机——磁齿轮复合电机进行设计研究。

 本文围绕这种新型磁齿轮复合电机展开研究,具体做了以下几方面的工作:

 1)、以电机电磁场计算的解析方法为出发点,在电机气隙中求解了极坐标下数学物理方程中的拉普拉斯方程的解析解。结合有限元方法,得到电机磁场整个区域的矢量磁位,为计算其他物理量奠定了基础。

 2)、分析机械齿轮和传统磁齿轮的不足之处,研究新型磁齿轮复合电机的关键部位——磁场调制式磁齿轮传动装置的运行机理。针对该装置的输入输出转子转向相反,且具有两层气隙的特点,在多气隙场合中拓展了数值解析结合法的磁场计算,编制了相应的程序。以气隙磁场谐波分析为出发点,分析了这种新型磁齿轮,虽然该装置内、外层气隙之中的磁场有多种谐波分量存在,但是电磁转矩几乎是单一主波成份,数值解析结合法仿真计算得到的定量结果与运行机理中的理论分析相一致。

 3)、利用磁齿轮内转子的空间,在考虑加工、装配等的可行性之后,完成了电机拓扑结构的创新,设计出新型磁齿轮复合电机。借助于电机电磁场计算的数值解析结合法,实现了复合电机内、外两个转子任意方向任意角度的自由转动磁场计算。计算了复合电机的感应电动势和电磁转矩,捕捉了齿槽定位转矩的最大值等电机参数。按一定指标要求设计了一台低速大转矩高效磁齿轮复合电机,并研制了相应的样机。

 4)、试验证明了新型磁齿轮和永磁电机的结合取得了结构上的创新,磁齿轮复合电机样机取得高转矩密度稳定运行http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter的效果,磁齿轮样机更是取得了高转矩密度、高传动效率稳定运行的结果。试验测得的感应电势和转矩与数值解析结合法计算相吻合,验证了在多气隙场合中拓展数值解析结合法磁场计算的有效性。

 新电机结构紧凑、转矩密度高、功率因数高,又有过载自保护能力,适合于低转速、高转矩直接驱动系统。磁齿轮复合电机的成功运行,取得了电机结构和设计算法上的创新,为低速大转矩电机的设计增添了新的途径。
学位年度:2010

交流伺服系统无时滞反馈高响应驱动控制研究

题名:交流伺服系统无时滞反馈高响应驱动控制研究
作者:郑伟峰
学位授予单位:哈尔滨工业大学
关键词:交流伺服系统;;无时滞检测技术;;高响应控制;;数字化仿真;;传感器内嵌
摘要:高性能交流伺服系统作为高速高精密数控机床、高速数字化机械、集成电路制造和封装设备等的重要驱动装置,在现代化机电设备中得到广泛的应用。随着产品加工质量的要求越来越高,对交流伺服系统的性能要求也越来越苛刻。要获得高性能的交流伺服系统,必须研究先进的控制策略与控制方法。本文旨在Magnetic lifter研究高速、高响应、高精度和鲁棒性好的伺服驱动系统,为先进的机电一体装备提供高性能的驱动装置。
 永磁同步电机需要精确度高、实时性好的电流及位置反馈支持它的闭环矢量控制。本文首先建立永磁同步电机的数学模型,研究存在反馈滞后的交流伺服系统离散控制模型,从理论上证明了反馈滞后严重影响系统的动态响应特性和稳态运行精度。然后,针对交流伺服系统的动态响应特性进行理论分析,为后续的研究工作奠定理论基础。
 为了获得精确的、实时的系统状态变量,本文提出新型的无时滞位置和电流检测方法。针对位置反馈滞后问题,设计了传感器内嵌式位置检测方案,并研究新型的位置检测细分技术,实现了伺服系统的无滞后位置检测;基于此技术,构建了传感器内嵌式交流伺服硬件系统,从而实现了永磁同步电机、磁性传感器和驱动器的一体化设计。针对电流反馈滞后问题,引入电流状态观测器,并分析了离散化状态观测器的工作时序,通过仿真实验验证了电流状态观测器能够很好地实现无滞后电流检测。
 在永磁同步电机矢量控制中,高精度高响应的电流控制可以降低系统阶数,使得外环控制器(速度控制或位置控制)设计无需考虑转子的动态,从而使设计得以简化。为了实现高精度高响应的电流控制,本文对数字化交流伺服系统的电流环控制进行了研究:分析数字电压滞后对电流响应的影响及数字电压控制的工作时序,得出脉宽调制的滞后相位并进行了超前补偿;采用改进型的脉宽调制控制技术,使得由传统脉宽调制技术引起的母线电压利用率低的问题得到改善,进一步提高了电流响应性能。
 在实现电流高精度高响应控制的基础上,本文对数字化交流伺服系统的机械环控制进行了研究:分析传统速度环PI和IP的控制特性,综合两者的各自优缺点提出并设计了速度环PI-IP复合控制器,用以提高速度环的响应性能和抗干扰能力;基于指令前馈进行位置控制,并仿真验证了指令前馈对提高交流伺服系统响应跟踪性能的有效性;设计模型参考二自由度控制器,有效地保证系统的干扰抑制特性和目标值跟踪特性,最大程度减小外部干扰对闭环系统动静态性能的影响,实现了系统的高响应和稳定运行。
 为了实现脱离硬件的控制参数优化,本文提出一种基于离散化电机模型的交流伺服仿真方案,并构建了数字化闭环仿真平台。基于该平台,结合参数优化算法实现了控制参数的优化。由于该闭环仿真平台的运行机理与实际系统严格一致,使得优化所得的控制参数与实际系统所需参数非常接近,从而大http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter大缩短软件开发周期,同时也为后续的实验验证提供了有效依据。
 最后,基于无时滞位置检测技术研制了传感器内嵌式交流伺服系统,并进行了实验研究。对文中提出的控制策略进行实验验证,同时对交流伺服系统的性能指标进行测试。结果表明,本文研制的交流伺服系统具备高速、高精度和高响应性能,可以满足各种先进机电设备的驱动性能指标要求。
学位年度:2010

强流相对论带状电子束的产生与传输

题名:强流相对论带状电子束的产生与传输
作者:杜广星
学位授予单位:国防科学技术大学
关键词:强流相对论带状电子束;;产生与传输;;周期会切磁场;;边聚焦磁场;;稳定性
摘要:带状电子束高功率微波源因具有在降低电流密度的同时,保持好的紧凑性和高的束-波相互作用效率的潜力,可望成为高功率微波源发展的新途径。真空波导管内强流相对论带状电子束的产生和传输是带状电子束高功率微波源研究中必须首先解决的一个难题,但关于该问题的研究鲜见报导。该问题的困难之处Magnetic lifter主要包括三维理论分析中合理、准确的三维建模,采用冷阴极爆炸发射产生电流密度均匀的带状电子束,为带状电子束提供足够聚焦力与保持束电子运动稳定性之间矛盾的调和,周期会切永磁铁的安全装配及装配误差的控制,带状电子束电流和横截面电流密度分布的测量等方面。本文在理论分析、数值计算、粒子模拟和实验研究四个方面就强流相对论带状电子束的产生和传输问题开展了深入的研究工作,得到了如下主要研究结果。
 1、结构优化方面,提出了准矩形横截面带状电子束结构,其中,准矩形横截面由一个大横纵比的矩形和位于该矩形两侧的两个半椭圆形构成。该类型电子束的厚度相对均匀,这使其在横截面大横纵比时比椭圆形横截面电子束更易于产生,比矩形横截面电子束更易于在周期磁场中传输,使带状电子束更适于强流相对论的应用场合。另外,还提出了四磁铁边聚焦结构的优化方法,即通过调整四磁铁结构内各永磁块的旋转角,使四磁铁结构激励的边聚焦场更加适于准矩形横截面带状电子束的聚焦。
 2、理论上,首次推导和数值计算了平板波纹波导内强流相对论带状电子束的空间电荷极限电流,这可为带状电子束的参数选择提供参考依据。提出利用表面电流带模型和双层磁荷面模型对周期会切永磁铁开展等效研究,用于提高周期会切永磁铁的优化效率和计算精度。同时与前人不同,采用待定系数法对周期会切磁场进行解析近似,并得到了平面周期会切永磁铁激励磁场分布的简明解析表达式,这一结果为周期会切永磁场中电子运动的分析提供了理论基础。
 3、粒子模拟方面,利用束匹配的方法对相互独立的周期会切永磁铁和可旋转边聚焦永磁铁分别进行了设计,并利用粒子模拟的方法对其聚焦效果进行了验证。结果表明,“束发射”的、300keV、3kA准矩形横截面带状电子束可以在周期为10.0mm的0.15T会切磁场和0 .009T边聚焦磁场中稳定传输,沿轴向经300.0mm传输后,电流传输效率大于98%。在此基础上,将束发射类型改为“爆炸发射”,并添加峰值为0.4T的有限长跑道型螺线管磁场,再次进行了粒子模拟。结果表明,300keV、3kA带状电子束在沿轴向经200.0mm传输后,电流传输效率大于90%。
 4、实验上,在峰值0.5T、半高宽50.0mm的跑道型螺线管磁场约束下产生了能量约325keV、电流约2.6kA的带状电子束,其横截面电流密度分布较均匀。在同一跑道型螺线管磁场的约束下,将带状电子束入射到120.0mm长矩形波导内,在10周期(周期为10.0mm)的0.12T周期会切永磁场和100.0mm长、0.009T四磁铁边聚焦磁场组合聚焦下传输,电流传输效率大于80%。带状电子束传输较好,其横截面上电流密度分布比较均匀。
 这些结果表明, http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter 将带状电子束的想法引入到强流相对论领域的思路是正确的。同时表明,利用冷阴极爆炸发射可以产生电流密度比较均匀的强流相对论带状电子束,利用周期会切磁铁聚焦强流相对论带状电子束是可行的。这些重要的工作为强流相对论带状电子束高功率微波源的研究和设计打下了坚实的基础。
学位年度:2010

极紫外光子计数探测器成像特性研究

题名:极紫外光子计数探测器成像特性研究
作者:何玲平
学位授予单位:中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
关键词:等离子体层;;光子计数;;楔条形阳极;;成像检测;;图像处理
摘要:
 地球等离子体层作为内磁层最重要的活跃区域之一,在揭示地球磁场的众多复杂的相互作用的过程中,是一个非常关键的研究对象。“嫦娥二期”工程中已经将基于光子计数探测器的月基极紫外(EUV)相机列为有效载荷,用于对地球等离子体层进行拍摄。极紫外光子计数探测器作为EUV相机的关键技术之一,其Fridge magnets成像性能直接影响相机的研制水平。本论文对极紫外光子计数探测器的成像特性展开了深入研究,为工程研制提供了理论和试验依据。
 本文在楔条形阳极位置灵敏理论研究及仿真模型建立的基础上,验证了光子计数探测器成像应用的可行性。详细分析了倍增器件微通道板(MCP)的各项工作参数对探测器成像性能的影响,确定了其最佳工作状态;提出了位敏元件楔条形阳极的最优化设计原则,并给出了加工设计参数;介绍了探测器的前端电子系统,搭建数据采集系统,编写了图像采集及处理软件。提出检测方案,对探测器的图像分辨率、成像非线性、MTF、暗噪声、光子计数率等成像性能进行了检测,结果表明我们研制的楔条形光子计数探测器的分辨率达到了140um,光子计数率高达67k cps,图像整体非线性度低于0.3%;初步完成了对月http://www.chinamagnets.biz/about.php基EUV相机进行整机的成像检测。针对月基EUV相机可能存在的离焦模糊和空间周期性噪声,我们提出用维纳滤波算法对图像进行离焦模糊的复原,通过频域陷波滤波器滤除周期性空间噪声,仿真实验表明上述算法能有效解决可能出现的图像问题。
学位年度:2010

儿茶酚胺调节人单核细胞来源树突状细胞迁移功能及其机制研究

题名:儿茶酚胺调节人单核细胞来源树突状细胞迁移功能及其机制研究
作者:于家欢
学位授予单位:第二军医大学
关键词:人外周血单核细胞来源树突状细胞;;迁移;;慢性应激;;儿茶酚胺;;肾上腺素β;;肾上腺素受体;;动脉粥样硬化;;趋化因子受体;;P38-丝裂原激活蛋白激酶核因子-κB
摘要:
 目的：本研究观察慢性应激的主要神经递质儿茶酚胺(Catecholamines, CAs)对人外周血单核细胞来源的树突状细胞(Monocyte-derived dendritic cells, MoDCs)迁移功能以及趋化因子受体(Chemokine Receptor-7, CCR7)表达的影响,并进一步研究肾上腺素受体(adrenergic receptors, AR)-丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen-Activated Protein Kinase, MAPK)-核因子-κB(nuclear factor-κB, NF-κB)通路在其中起的作用。方法：Neodymium Magnets磁珠分选法纯化人外周血单核细胞,经rhGM-CSF和rh-IL4诱导分化为不成熟DCs。LPS诱导成熟的基础上给予不同浓度肾上腺素或去甲肾上腺素刺激,采用transwell小室检测DCs向MIP-3迁移能力,流式细胞仪及荧光定量逆转录多聚酶链反应检测CCR7基因和蛋白的表达,ELISA检测细胞因子IL10分泌的变化,Western-blot观察p38 MAPK及NF-κB通路的蛋白表达变化情况。进一步通过给予α、β1、β2、β等不同肾上腺素受体阻滞剂,以及MAPK、NF-κB等通路抑制剂,研究肾上腺素受体和信号通路在其中的作用。
 结果：肾上腺素和去甲肾上腺素不影响DCs的凋亡和成熟(CD86,HLA-DR),但均可抑制LPS诱导成熟的DCs向MIP-3β迁移(p<0.05)。肾上腺素下调成熟DCs表达CCR7,而去甲肾上腺素上调成熟DCs表达CCR7并促进DC分泌IL10。D2受体阻滞剂对肾上腺素作用的抑制最明显,β1受体阻滞剂能抑制http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets甲肾上腺素对IL10分泌的影响。p38 MAPK抑制剂、NF-κB抑制剂可以抑制LPS诱导的DCs迁移能力增强和CCR7表达增加(p<0.01)；肾上腺素能抑制LPS刺激的磷酸化p38-MAPK、NF-κB表达。
 结论：肾上腺素可能通过p受体-p38 MAPK-NF-κB通路下调成熟DCs表面CCR7的表达,从而抑制成熟DCs的迁移功能。慢性应激时分泌增多的儿茶酚胺类神经递质,可能是动脉粥样硬化(Atherosclerosis, AS)条件下调节DCs迁移功能的因素之一,这可部分解释慢性应激在AS发病中的作用机制。
学位年度:2010

Fas信号激活树突状细胞炎性复合体形成的生物学意义与分子机制研究

题名:Fas信号激活树突状细胞炎性复合体形成的生物学意义与分子机制研究
作者:刘海波
学位授予单位:第二军医大学
关键词:树突状细胞;;Fas;;炎性复合体;;Caspase-1;;炎症
摘要:
 Fas(CD95/Apo-1)属于肿瘤坏死因子(TNF)受体超家族,一旦和其配体FasL或者活化性抗体相互作用后便能够触发细胞的凋亡。Fas介导的细胞凋亡在维持脑、眼睛和睾丸器官的免疫自稳和免疫豁免中起着至关重要的作用。Fas介导的细胞凋亡既往被认为是一个非炎症性的过程,能够引起免疫反应和炎症反应的消退。然而Neodymium Magnets,越来越多的实验表明Fas也能够启动触发增殖性的和活化性的信号来促进炎症反应。已有报告显示,Fas信号能够引起一些趋化性细胞因子和炎性细胞因子的分泌。例如,Fas信号能够引起树突状细胞(dendritic cells, DCs)、早期人胎星形胶质细胞(early passage fetal human astrocytes)和人血管平滑肌细胞分泌趋化性细胞因子。而且,Fas信号也能促进巨噬细胞、纤维母细胞、上皮细胞和滑膜细胞分泌炎性细胞因子如肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factorα, TNF-α)、IL-6和IL-8。另外,Fas信号也能引起关键性炎性细胞因子IL-1β的分泌,但其机制尚不清楚。
 与其他炎症性细胞因子不同的是,IL-1p是以前体的形式存在于细胞浆中的,其被Caspase-1加工、剪接后方能成为有活性的成熟形式。IL-18和IL-33也需要经过Caspase-1的加工、剪接才能成为有活性的成熟形式。最近几年的大量研究表明Caspase-1的活化需要一个称为炎性复合体(inflammasome)的分子复合物的参与。炎性复合体能识别特定的配体包括MDP (muramyl dipeptide)、ATP和尿酸,最终导致分子复合物构象改变和Caspase-1的激活。危险信号分子ATP受到关注较多,它能够结合P2X7R (purinergic P2X7 receptor)而激活NALP3炎性复合体。NLR(NOD-like receptor)家族成员包括NALP3、NALP1或IPAF参与识别危险信号以及PAMP (pathogen-associated molecular pattern)。
 DCs是体内已知的效能最强的抗原提呈细胞,在启动免疫应答的过程中起着至关重要的作用。多个研究表明,DCs细胞表面表达Fas但抵抗Fas介导的凋亡,而且不依赖于它们的成熟状态。这可能和DCs高表达凋亡抵抗蛋白FLIP(FLICE-inhibitory protein)相关。我们实验室以往的研究也证明Fas信号作用于DCs后诱导了DCs的成熟和存活。因此,Fas信号在DCs中触发了不同于经典凋亡途径的信号转导,其不诱导DCs凋亡可能对于DCs在体内免疫应答启动的关键步骤即抗原提呈中发挥重要作用是有益的,但是,对于其详细的作用机制仍不甚了解。
 我们实验室以往的研究显示Fas信号能够诱导DCs分泌IL-1β,这提示我们Fas信号可能和炎性复合体存在关联。在本研究中,我们发现Fas的活化性抗体Jo-2作用于DCs后,引起内源性的ATP释放。释放的ATP以自分泌的方式作用于DCs细胞表面的P2X7R,触发胞内信号转导引起NALP3炎性复合体的激活,最终导致
 Caspase-1的活化、IL-1β的加工剪接与分泌,导致DCs的成熟与活化。
 1.Fas信号通过激活NALP3炎性复合体而诱导DCs分泌IL-1β
 为详细全面地研究Fas信号对DCs功能的影响,我们首先检测了Fas信号是否诱导DCs的凋亡。在我们的试验体系中,我们使用Fas的活化性抗体Jo-2作用于经CD11c磁珠阳性分选过的DCs。与以前的报道结果一样,我们发现imDCs(immatureDCs)和mDCs(mature DCs)均对Fas介导的细胞凋亡不敏感,高浓度的Jo-2作用24h也不能诱导DCs的凋亡。而作为阳性对照的胸腺细胞对Jo-2诱导的凋亡很敏感,并且Fas缺陷小鼠来源的胸腺细胞对Jo-2诱导的细胞凋亡表现为抵抗。这说明与胸腺细胞不同,小鼠来源的DCs无论成熟状态与否均对Fas介导的细胞凋亡不敏感。
 接着我们观察了Jo-2对DCs分泌细胞因子的影响。结果发现Jo-2不能诱导炎性细胞因子TNF-α和IL-6的分泌,但能够特异性地诱导IL-1β的分泌,对照抗体对细胞因子分泌没有任何影响,FasL诱导细胞因子分泌的效应和Jo-2相似。Jo-2诱导的IL-1β分泌可以被Caspase-1特异性的抑制剂YVAD所抑制。我们利用Westernblot的方法证实了Jo-2作用于DCs后可以引起Caspase-1的活化,由于Caspase-1的活化是炎性复合体激活的标志,这提示Fas信号和炎性复合体相关联。有趣的是,我们发现DCs用LPS处理16h后再用Jo-2刺激6h可以更加显著地增强IL-1β的分泌,并且Jo-2的此种增强效应可以被Caspase-1特异性的抑制剂YVAD或者ATP通道拮抗剂oATP所抑制。众所周知,LPS可以显著促进NALP3炎性复合体前体成分的合成,Jo-2的这种显著增强LPS处理过DCs分泌IL-1β的效应显然和炎性复合体的活化有关并且和ATP密切关联。
 为了进一步明确Fas信号和炎性复合体的关系,我们利用实时定量PCR的方法检测了Jo-2对炎性复合体成分表达的影响。结果发现,Jo-2可以明显促进NALP3炎性复合体中NALP3和IL-1β的表达,而对ASC和Caspase-1的表达没有影响。而且Jo-2诱导的NALP3和IL-1βmRNA的表达可以被NF-κB特异性抑制剂PDTC所抑制,这提示Jo-2通过活化NF-κB信号通路来促进炎性复合体相关成分的表达。我们利用Western blot的方法证实了Jo-2作用于DCs后可以引起NF-κB上游抑制蛋白IκB的磷酸化以及降解,这就导致NF-κB与IκB的解离,并使得NF-κB进入细胞核中与相应的靶序列结合促进基因的表达。为了进一步明确Fas信号与NALP3炎性复合体的关系,我们利用基因沉默的方法干扰NALP3炎性复合体相关成分的表达,然后观察Jo-2诱导的IL-1β分泌是否依赖于NALP3炎性复合体。结果发现,用siRNA干扰NALP3炎性复合体的表达后,LPS和Jo-2诱导的IL-1β分泌受到明显的抑制。表明Fas信号诱导的IL-1β分泌是通过NALP3炎性复合体来实现的。
 2.Fas信号通过促进内源性ATP的释放而激活NALP3炎性复合体
 由于我们的试验结果提示Jo-2诱导的IL-1β分泌和ATP相关,因此我们进一步·用报告基因的方法检测了Fas信号对ATP分泌的影响。结果发现LPS能够引起ATP的释放,而FasL或Jo-2刺激能够引起大量的ATP释放,pan Caspase抑制剂zVAD对Jo-2引起的ATP分泌没有影响,但ATP酶的抑制剂ARL能够增强Jo-2引起的ATP分泌一倍左右。这提示Jo-2能够引起内源性的ATP释放,并和细胞死亡没有关联。相应的,我们也发现LPS和Jo-2能够IL-1p的分泌,并且被pan Caspase抑制剂zVAD抑制,这可能和Caspase-1活化受抑制有关。而ARL相应的增强IL-1β的产生。LDH释放结果显示LPS和Jo-2不能引起LDH的释放,以上结果提示Jo-2在不影响细胞存活的情况下能够特异性诱导细胞内源性的ATP释放。
 胞外的ATP作用于细胞表面的P2X7R后能够触发细胞内的信号转导通路,最终引起NALP3炎性复合体的活化。我们接下来研究了P2X7R在Fas信号诱导IL-1β分泌中的作用。我们发现预处理P2X7R抑制剂后,Jo-2诱导的IL-1p分泌受到明显的抑制,同时伴随着DCs的成熟(lab,CD86)也受到抑制。我们通过试验证实了IL-1β在Jo-2诱导的DCs成熟中起着至关重要的作用,而P2X7R抑制剂即是通过抑制IL-1β分泌来影响Jo-2诱导的DCs成熟。
 接下来我们研究了ATP作用于DCs后引起的细胞信号通路变化。我们通过Western blot的方法证实了Jo-2作用于DCs后可以引起ERK信号通路显著活化。而给予P2X7R抑制剂后能够剂量依赖性的降低Jo-2引起的ERK信号通路的活化以及Caspase-1的活化,这提示ATP信号作用于ERK和Caspase-1的上游。另外,给予ERK信号通路抑制剂PD98059能剂量依赖性的抑制ERK以及Caspase-1的活化,可见ERK信号作用于Caspase-1的上游。相应的PD98059和Caspase-1特异性的抑制剂YVAD能够特异性的抑制IL-1β的分泌和DCs的成熟。综上,ATP-P2X7R-ERK-Caspase-1通路在Fas信号诱导DCs分泌IL-1β以及由其引起的DCs成熟中发挥着至关重要的作用。
 3.Fas信号通过诱导内源性ATP释放和IL-1β产生而参与DC激活T细胞的作用
 体内ATP的来源一直不是很清楚,因为ATP一旦分泌到细胞外便被胞外的ATP酶迅速降解,其浓度受到严格的控制。由于我们发现Fas信号可以促进大量ATP的释放,而DC-T相互作用时也有FasL-Fas之间的相互作用,因此我们推测在DC-T相互作用时可能会引起大量ATP的释放并参与DC-T相互作用。
 我们在抗原肽特异性T细胞增殖体系中研究了DC-T相互作用时ATP可能起的作用。我们在DC-T共培养体系中加入了P2X7R抑制剂KN-62以及ATP酶apyrase,培养48h后检测上清中IL-1β的水平。结果发现KN-62和apyrase能够明显抑制IL-1β的分泌,提示在DC-T相互作用时ATP参与IL-1β的产生。另外,KN-62和apyrase也明显抑制了IL-2和IFN-7的分泌,而且KN-62的抑制效应可以被外源性的重组IL-1β部分逆转。更为重要的是,KN-62和apyrase也能够明显抑制抗原肽特异性的T细胞增殖,而外源性的重组IL-1β可以部分逆转KN-62的抑制效应。这些结果提示ATP参与调控了DC-T相互作用时IL-1β的产生,并间接性的影响其它细胞因子的分泌,最终影响了抗原肽特异性的T细胞的增殖。为了更直接的证明在DC刺激T细胞增殖时有ATP存在与参与,我们用报告基因的方法检测了DC-T培养上清中ATP的分泌情况。结果发现,在抗原肽存在的条件下,一旦DCs和T细胞共孵育,上清中ATP的浓度迅速增高,在第四个小时达到高峰(约100nM),然后迅速回落,维持在50nM左右的水平达40个小时以上。DCs的Fas缺陷对ATP分泌的高峰没有影响,但在维持后期ATP的浓度时发挥重要作用。另外,培养上清中的LDH没有观察到明显的释放。可见,在DCs刺激T细胞增殖时有高浓度的ATP存在并发挥重要作用,而DCs的Fas信号在ATP的释放中也起关键作用。
 综上所述,Fas信号可以通过促进DCs内源性ATP的释放从而触发ATP-P2X7R-ERK-Caspase-1-IL-1β通路导致IL-1β的成熟、释放,释放后的IL-1β可以以自分泌的方式作用于DCs本身促进DCs的成熟与活化,最终促进抗原http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets特异性T细胞的增殖。本研究发现了Fas信号参与炎症反应的直接证据,对于DCs参与免疫调控提出了新的学术观点,将有助于更好地理解FasL-Fas系统与炎症之间错综复杂的关系以及为某些炎症性临床疾病发病机制的研究提供了理论基础,也为相关疾病的治疗提供了潜在的靶标。
学位年度:2010

供体NK细胞及IL-15对非清髓异基因造血干细胞移植的促进作用及其机制

题名:供体NK细胞及IL-15对非清髓异基因造血干细胞移植的促进作用及其机制
作者:胡博
学位授予单位:苏州大学
关键词:造血干细胞移植;;异基因反应性;;NK细胞;造血干细胞移植;;NK细胞;;IL-15;;慢病毒;IL-15;;亚型;;选择性剪切
摘要:
 一、供体NK细胞对非清髓异基因造血干细胞移植中受体异基因反应的抑制作用及其机制
 目的:体外实验系统阐明异基因造血干细胞移植中,供体NK细胞对受体CD8+T细胞的否决作用机制;体内实验系统证明供体NK细胞抑制Neodymium Magnets非清髓性异基因造血干细胞移植中受体的异基因反应从而促进植入。
 方法:在体外实验系统中,将C57BL/6(H-2b)小鼠的脾细胞作为反应细胞(模拟受体细胞),BALB/c(H-2d)小鼠的脾细胞经致死剂量照射后作为刺激细胞(模拟供体细胞),建立混合淋巴细胞培养体系(MLR)。3H嵌入法检测反应细胞的增殖情况;细胞毒性试验检测反应细胞对H-2d肿瘤细胞的杀伤作用。在此MLR系统中,加入致死剂量照射的BALB/c(H-2d)小鼠骨髓培养的体外激活的NK细胞(ALAK),模拟供体NK细胞,用同样方法检测C57BL/6(H-2b)反应细胞在H-2d抗原刺激下的繁殖和细胞杀伤功能。在MLR体系中加入TGF-β的阻断抗体,观察其是否有阻断供体NK细胞否决作用的效应;分别加入从Fas突变体小鼠和穿孔素敲基因鼠培养的NK细胞来阐明供体NK细胞否决作用是否通过Fas-FasL和穿孔素介导的细胞毒反应来完成。体内实验系统中,采用BALB/c(H-2d)小鼠做为供体鼠,同时用所获取的造血干细胞体外培养供体NK细胞;采用C57BL/6(H-2b)小鼠做为受体鼠,进行全身性照射的非清髓性移植前预处理。通过尾静脉注射对受体鼠进行异基因造血干细胞移植,共设以下三组:尾静脉注射供体造血干细胞组;尾静脉注射受体NK细胞和供体造血干细胞组;尾静脉注射供体NK细胞和供体造血干细胞组。造血系统再造完成后,取各组受体鼠脾细胞,流式细胞仪检测供体细胞的植入率,检测供体来源的B细胞、NK细胞、巨噬细胞、CD4+T细胞、CD8+T细胞数量;3H嵌入法检测受体脾细胞在H-2d抗原刺激下的增殖情况;细胞毒性试验检测脾细胞对H-2d抗原包被的肿瘤细胞P815的杀伤作用;CTLL-2细胞增殖实验检测脾细胞在H-2d抗原刺激下所表达的IL-2水平。对以上实验结果进行统计学处理分析。
 结果:体外实验结果表明,激活的BABL/c小鼠H2d NK细胞可以显著抑制混合反应体系中C57BL/6小鼠来源的H2b反应细胞的增殖效应(p﹤0.01);激活的H2d NK细胞显著抑制H2b反应细胞对H2d抗原包被的肿瘤细胞的杀伤活性(p﹤0.01);相同数目的H2b NK细胞或者H2d脾细胞并未表现出相同的抑制作用;抗TGF-β阻断剂并不能减弱异基因NK细胞的抑制作用;Fas配体突变小鼠来源的NK细胞与野生型小鼠来源的NK细胞抑制作用无显著差别,穿孔素敲基因小鼠来源的NK细胞的抑制作用则有所减弱。体内实验结果显示,尾静脉注射供体NK细胞和供体造血干细胞实验组的供体细胞植入率明显高于其它两组(p﹤0.05);尾静脉注射供体NK细胞和供体造血干细胞实验组小鼠的脾脏细胞中供体来源的B细胞、NK细胞、巨噬细胞、CD4+T细胞、CD8+T细胞数量明显高于其它两组(p﹤0.05);尾静脉注射供体NK细胞和供体造血干细胞实验组的3H嵌入、细胞毒性实验、及IL-2水平的受体异基因反应水平检测结果与另外两实验组相比显著降低(p﹤0.05)。
 结论:激活的异基因NK细胞能够特异性抑制异基因反应细胞的增殖效应和杀伤活性;颗粒酶介导的杀伤活性可能是这种抑制效应的机制之一,而Fas-Fas配体通路及TGFβ信号通路并非该抑制效应的作用机制;异基因NK细胞可以通过抑制受体细胞的异基因反应促进非清髓异基因造血干细胞的植入。
 二、供体NK细胞及IL-15对非清髓异基因造血干细胞移植的促进作用
 目的:探讨供体NK细胞与IL-15在非清髓异基因造血干细胞移植中对植入可能存在的协同促进效应。
 方法:采用C57BL/6(H-2b)小鼠做为供体鼠,同时用所获取的造血干细胞体外培养供体NK细胞;采用BABL/c(H-2d)小鼠做为受体鼠,进行全身性照射的非清髓性移植前预处理。通过尾静脉注射对受体鼠进行异基因造血干细胞移植,共设以下四组:尾静脉注射供体造血干细胞组;尾静脉注射供体NK细胞和供体造血干细胞组;尾静脉注射供体造血干细胞并在移植后腹腔注射IL-15组;尾静脉注射供体NK细胞和供体造血干细胞并在移植后腹腔注射IL-15组。构建重组小鼠IL-15基因的慢病毒表达载体,于293T细胞包装并获得病毒,感染供体来源的NK细胞,从而得到自身携带IL-15基因的供体NK细胞。同上建立小鼠非清髓异基因造血干细胞移植模型,实验分组如下:尾静脉注射供体造血干细胞组;尾静脉注射供体NK细胞和供体造血干细胞组;尾静脉注射供体造血干细胞并在移植后腹腔注射IL-15组;尾静脉注射携带IL-15基因的供体NK细胞及供体造血干细胞组。造血系统再造完成后,取以上各组的受体鼠脾细胞,流式细胞仪检测供体细胞的植入率,检测供体来源的B细胞、NK细胞、巨噬细胞、CD4+T细胞、CD8+T细胞数量;3H嵌入法检测脾细胞在H-2b抗原刺激下的增殖情况;细胞毒性试验检测脾细胞对H-2b抗原包被的肿瘤细胞EL4的杀伤作用;CTLL-2细胞增殖实验检测脾细胞在H-2b抗原刺激下所表达的IL-2水平。对以上实验结果进行统计学处理分析。
 结果:在采用腹腔注射IL-15的实验体系中,尾静脉注射供体NK细胞和供体造血干细胞并在移植后腹腔注射IL-15组的植入率明显高于其它三组(p﹤0.05);其受体鼠脾细胞中供体来源的B细胞、NK细胞、巨噬细胞、CD4+T细胞、CD8+T细胞数量明显高于其它三组(p﹤0.05);3H嵌入、细胞毒性实验、及IL-2水平的检测结果均与其它三组有显著性差异(p﹤0.05)。在供体NK细胞自身携带IL-15基因的实验体系中,初步实验结果证明:尾静脉注射携带IL-15基因的供体NK细胞及供体造血干细胞组的植入率明显高于其它三组(p﹤0.05);受体鼠脾细胞中供体来源的B细胞、NK细胞、巨噬细胞、CD4+T细胞、CD8+T细胞数量明显高于其它三组(p﹤0.05);3H嵌入、细胞毒性实验、及IL-2水平的检测结果均与其它三组有显著性差异(p﹤0.05)。
 结论:在小鼠的非清髓异基因造血干细胞移植模型中,供体NK细胞和IL-15的联合使用能够显著促进植入、增加供者来源的各细胞亚群的百分比,并能够抑制受者的异基因反应,但二者作用是否发生协同尚不明了。携带IL-15基因的供体NK细胞的输注也能同样显著促进植入、移植后免疫重建、抑制受者的异基因反应。
 三、小鼠IL-15亚型的发现及其功能的初步研究
 目的:探寻在小鼠脾脏细胞免疫激活状态下发现的小鼠IL-15亚型的基因结构、可能的产生机制及功能。
 方法:取C57BL/6小鼠脾脏,制备脾细胞悬液及骨髓细胞悬液,通过磁珠分选及CSF刺激原代培养小鼠B细胞及巨噬细胞。收集生长良好的小鼠骨髓瘤细胞SP2/0,小鼠单核巨噬细胞白血病细胞RAW246.7及原代培养的B细胞、巨噬细胞,Trizol-氯仿法提取各种细胞的总RNA,逆转录成cDNA作为模板,利用所设计的特异性引物,进行PCR扩增,得到小鼠IL-15基因的目的片段,2%琼脂糖电泳鉴定扩增产物。在LPS刺激培养12h的小鼠脾脏细胞中加入放线菌酮继续培养12h,并设LPS刺激培养24h的小鼠脾细胞及无任何处理的小鼠脾细胞作为对照,Western Blot检测各种培养条件下小鼠脾细胞中IL-15亚型蛋白的表达。克隆IL-15基因及其亚型,并构建IL-15及其亚型重组的pET43.1原核表达载体,于BL-21表达菌中自发表达,SDS-PAGE电泳鉴定目的蛋白并验证表达蛋白的可溶性,纯化获得有功能活性的IL-15及其亚型蛋白,Western Blot检测所得纯化蛋白。CTLL-2细胞增殖实验体外检测IL-15亚型的功能。
 结果:小鼠骨髓瘤细胞SP2/0,小鼠单核巨噬细胞白血病细胞RAW246.7及原代培养的B细胞、巨噬细胞在LPS刺激培养后均可检测到缺失6号外显子的IL-15亚型。放线菌酮的加入可以减少LPS刺激所产生的http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets该种亚型蛋白。重组IL-15及亚型的pET43.1表达载体构建成功,并成功纯化获得有功能的IL-15及IL-15亚型蛋白。该种IL-15亚型可能对正常IL-15蛋白的功能活性起负调控作用。
 结论:缺失6号外显子的IL-15亚型蛋白可能由LPS刺激细胞后IL-15mRNA进行选择性剪切而产生,B细胞及巨噬细胞在LPS刺激下均可产生此种亚型。此亚型蛋白可能在免疫系统激活状态下对正常IL-15蛋白的功能活性其负调控作用。
学位年度:2010

磁共振扩散成像在淋巴结病变诊治中的价值研究

题名:磁共振扩散成像在淋巴结病变诊治中的价值研究
作者:邢伟
学位授予单位:第二军医大学
关键词:磁共振;;扩散成像;;PET;;淋巴结;;转移;;放射治疗
摘要:
 一、研究目的
 1、通过比较动物模型良恶性淋巴结的ADC值、rADC值评价MRI扩散成像鉴别良恶性淋巴结的能力。
 2、通过比较DWI及PET两者对良恶性淋巴结鉴别能力,评价扩散成像在临床应用的价值。
 3、通过测量动物淋巴结模型放疗Neodymium Magnets前后ADC值的变化,结合病理学结果,评价扩散成像在评价淋巴结放疗疗效中的价值。
 4、通过测量临床鼻咽癌转移性淋巴结放疗前后ADC值,验证扩散成像对放疗疗效评价的能力。
 二、研究内容
 第一部分良恶性淋巴结MRI扩散成像的动物研究
 建立转移性淋巴结及炎性淋巴结动物模型,通过MRI常规检查测量两组淋巴结的形态学指标,包括淋巴结的最短径,淋巴结的边界(光滑、分叶或模糊)及淋巴结内坏死情况；MRI DWI检查测量淋巴结的ADC值,并以肌肉的ADC值为参照计算rADC值,比较两者鉴别良恶性淋巴结的价值。
 第二部分良恶性淋巴结鉴别的比较影像学研究
 建立转移性淋巴结及炎性淋巴结动物模型,分别行MRI扩散成像及双期PET检查,分别测量良恶性淋巴结的ADC值、rADC值、早期SUV值及延迟SUV值。ROC曲线分析四组数据鉴别良恶性淋巴结的能力。
 第三部分扩散成像对转移性淋巴结放http://www.everbeenmagnet.com/疗疗效评价的价值研究
 建立转移性淋巴结动物模型,将其分为治疗组及对照组,治疗组接受放射治疗。分别于放疗前、放疗后第1、3、7天行MRI常规及DWhttp://www.everbeenmagnet.comI检查,测量淋巴结的大小、ADC值,比较两组之间的差异,评价放疗后淋巴结ADC值变化规律与对照组之间的差异。治疗组兔子分别于放疗后第1、3天每天各处死一只兔子,剩余兔子在第7天全部处死,取被测淋巴结行病理学检查,探讨放疗后ADC值变化与淋巴结病理改变之间的相关性。
 第四部分扩散成像评价颈部转移性淋巴结放疗疗效的临床研究
 通过随访鼻咽癌治疗后淋巴结大小的改变,将其分为有效组及无效组。所有患者行MRI及扩散成像检查,测量颈部转移淋巴结治疗前、治疗后第7天、第14天扩散成像ADC值的变化。利用重复测量分析评价各时间点ADC值的变化,探讨扩散成像评价疗效的可能性。
 三、研究结果第一部分16枚转移淋巴结最短径8.96±1.67mm,10枚炎性淋巴结最短径7.23±0.66mm,两者没有明显的统计学差异(P=0.005)。两组淋巴结均境界清楚,T1WI等信号,T2WI稍高信号。8枚转移性淋巴结内可见坏死,其中1枚完全囊变；10枚炎性淋巴结内未见明显坏死高信号。两组淋巴结实质部分DWI上均呈高信号,ADC图呈低信号；坏死区在DWI呈低信号,ADC图上为高信号。低b值条件下(0～500 s/mm2)良恶性淋巴结的ADC值及rADC没有明显统计学差异；高b值条件下(0～1000 s/mm2)良恶性淋巴结的ADC值及rADC值均有统计学差异。ROC曲线分析高b值组良恶性淋巴结ADC值ROC曲线下面积(AUC)为0.817,阈值0.88×10-3mm2/s,敏感性86.67%,特异性为80%；rADC值AUC为0.973,阈值为0.640,敏感性93.33%,特异性90%。第二部分两组淋巴结均境界清楚,T1WI等信号,T2WI稍高信号。3枚转移性淋巴结内可见坏死；9枚炎性淋巴结内信号均匀。淋巴结实质部分DWI上均呈高信号,ADC图呈低信号；坏死区在DWI呈低信号,ADC图上为高信号。良恶性淋巴结的ADC值及rADC值之间均有统计学差异。恶性淋巴结的SUVearly值及SUVdelay值明显大于良恶性淋巴结,良恶性淋巴结之间存在统计学差异。四者进行ROC曲线下分析,ADC值与rADC值之间存在差异,其余均未见明显统计学差异。
 第三部分放疗前1天,淋巴结体积在56.12～103.22mm2。淋巴结T1WI等信号、T2WI高信号。10枚淋巴结内可见坏死,其中治疗组8枚,对照组2枚。治疗组4枚淋巴结第7天信号开始不均匀,在淋巴结实质内出现小斑片状长T1长T2信号；对照组淋巴结信号未见明显改变。两组放疗前后各对应时间点淋巴结体积未见明显差异。放疗前、放疗后第1、3天两组淋巴结ADC值未见明显差异,放疗后第7天两组淋巴结的ADC值之间存在统计学差异。重复测量分析显示两组重复测量的结果之间存在明显差异(P=0.000)。放疗后第1天,治疗组淋巴ADC值轻度降低,与放疗前没有明显统计学差异。放疗后第3天开始,治疗组淋巴结ADC值明显升高,与放疗前及放疗后第1天ADC值有统计学差异。对照组放疗前后各时间点ADC值未见明显统计学差异。
 第四部分放疗前24例患者共发现75枚淋巴结。放疗结束后第4周,有效组共68枚淋巴结,其中51枚淋巴结完全消失,7枚淋巴结达到部分有效,7枚淋巴结病灶稳定。无效组共10枚淋巴结。24例患者中12例为左侧淋巴结转移,6例为右侧淋巴结转移,6例为双侧颈部淋巴结转移。治疗前及治疗后第7天两组淋巴结T1WI呈等信号,T2WI稍高信号,增强后淋巴结可见强化。治疗后第14天7枚淋巴结内可见少许坏死灶。两组淋巴结DWI呈高信号,ADC呈低信号。有效组及无效组放疗前及放疗第7、14天淋巴结体积存在明显差异。放疗前有效组及无效组淋巴结的ADC值未见明显差异(t=0.582,P=0.562)；放疗第7天及第14天两组淋巴结ADC值存在统计学差异(t=-2.219,P=0.30；t=-2.597,P=0.011)。重复测量分析显示重复测量的结果之间存在高度相关性(P=0.000),测量指标有随时间变化的趋势并且时间因素的作用随着分组不同而不同。有效组各时间点ADC值逐渐升高,彼此之间有明显的差异；无效组第14天ADC值与治疗前及治疗后第7天有明显差异(P=0.004,P=0.013)。
 四、研究结论
 1、高b值较低b值能更好的区分良恶性淋巴结。恶性淋巴结的ADC值及rADC值明显高于良性淋巴结。rADC值能较ADC值更好的区分良恶性。
 2、扩散成像能够有效的区分良恶性淋巴结,与PET成像效果相似。其中rADC值诊断能力优于ADC值。扩散成像是诊断良恶性淋巴结的有效方法,在临床有重要的应用价值。
 3、扩散成像能够早期间接反应组织放疗后的改变,对于监测淋巴结的疗效有一定帮助。
 4、鼻咽癌颈部转移性淋巴结治疗后,扩散成像能反应早期各时间点有效组及无效组之间的差异,对于疗效的监测有一定帮助。
学位年度:2010

腹主动脉瘤及腔内血栓生物力学特点的超声研究

题名:腹主动脉瘤及腔内血栓生物力学特点的超声研究
作者:贾庆帅
学位授予单位:第二军医大学
关键词:腹主动脉瘤;;斑点追踪技术;;二维彩色多普勒超声;;血栓;;血液动力学;;管壁运动;;应变
摘要:
 一、研究背景及目的
 腹主动脉瘤(Abdominal aortic aneurysm, AAA)的发生和发展是一个多因素的致病过程,其发病机制涉及遗传学、环境学和生物化学等多种因素,其确切机制尚在研究中。腹主动脉瘤的发病率呈日渐增高趋势,最新数据表明,美国每年约有30,000人死于腹主动脉瘤破裂,破裂后的死亡率高达90%,远超过一般恶性肿瘤,因此对腹Magnetic lifter主动脉瘤进行更有效的早期诊治和预测其破裂风险、防患于未然已成为愈来愈紧迫的任务。二维彩色多普勒超声是一种简便、无创、价格低廉、准确性高的检查技术,其可对腹主动脉瘤的位置、大小、形态结构、血流动力学及血液流变学参数进行实时动态的检测。二维斑点追踪技术(Two-dimensional speckle tracking imaging,2DSTI)是对心肌和血管壁运动速度及任一方向应变、应变率等生物力学参数进行定量研究的超声新技术。该技术能够更真实、准确地反映所检测组织的运动情况,具有时间分辨率高、不受组织整体运动影响、非角度依赖等优点。本研究将二维超声、M型超声、彩色多普勒超声及2DSTI检测技术相结合,对腹主动脉瘤的物理结构、血流动力学状态、血管生物力学特性、管壁上血栓回声强度及对局部血流冲击力、管壁旋转度等进行了较全面检测,与正常腹主动脉检测数据对比分析,为研究腹主动脉瘤运动力学特点、瘤腔内血栓局部组织特性提供有价值的超声影像学信息,为进一步揭示腹主动脉瘤的形成和破裂机制提供参考指标。
 二、研究方法
 (一)研究对象
 AAA组：2008年11月～2010年5月我院血管外科收治的腹主动脉瘤患者26例,其中男性19例,女性7例,年龄36～83岁,平均58±13.5岁。所有病例均行螺旋CTA或磁共振血管造影(MRA)检查确诊为肾动脉下型真性腹主动脉瘤,瘤体内径均大于4.0cm,其中最大腹主动脉瘤内径达6.67cm,19例患者瘤腔周围伴有血栓形成,15例为单一血栓,3例管腔内有2个血栓,1例管腔内为3个血栓。AAA瘤体形态以囊状和梭状为主,少数为不规则形。
 正常组：来我院体检的健康志愿者30例,其中男性18例,女性12例,年龄29-73岁,平均51±13.4岁。经体格检查、实验室检查及影像学检查均排除心、脑、肾及大血管病变。
 (二)研究仪器和方法
 1.仪器
 使用Philips iE33彩色多普勒超声诊断仪,选择C5-2探头(频率2.0～5.0 MHz)对正常人腹主动脉和AAA组患者动脉瘤行二维、M型、彩色多普勒及频谱多普勒超声检查；选用S5-1探头(频率1.0～5.0 MHz)对两组相同部位动脉或AAA行二维动态图像采集,储存图像,使用Qlab分析软件中的TMQA、ROI软件脱机对图像进行分析。
 2.超声检测方法及研究指标
 (1)二维超声和M型超声检测方法及研究指标
 二维超声图像上观察腹主动脉或AAA的走形、形态、管腔内有无血栓,血栓的位置、大小和回声等,对腹主动脉瘤内所形成的血栓,在短轴观上测量其舒张期的最大厚度。用M型超声显示并测量：①正常人腹主动脉肾动脉起始水平以下1～2cm处(标记位置为AO1,以下简称AO1)和髂总动脉分叉上2～3cm处(标记位置为AO2,以下简称AO2)三个心动周期内从舒张末期到收缩期前、后壁最大位移值,取三个心动周期的平均值；②测量收缩期最大的血管腔内径(Ds)、舒张期最小的血管腔内径(Dd),计算Ds—Dd差值,即前后壁位移之差ΔD；③对于AAA患者,同样方法测量AAA入口处、瘤腔最扩大处和出口处前后壁位移、以及瘤腔最扩大处收缩期最大内径。
 (2)彩色多普勒和频谱多普勒检测方法和研究指标
 彩色多普勒超声显示正常人腹主动脉管腔内及腹主动脉瘤AAA患者AAA瘤腔内血流的色泽、方向、充盈度,判断血流性质。
 频谱多普勒超声显示并测量正常人上述AO1、AO2两处以及AAA患者腹主动脉瘤入口和出口处的最大血流速度(Vmax),取三个心动周期的平均值。另外分别测量瘤腔最大内径处贴近前壁、瘤腔中心、贴近后壁三个部位的收缩期Vmax。
 (3) 2DSTI检测方法和研究指标
 TMQA软件分析：将所采集正常组AO2处腹主动脉及腹主动脉瘤最大瘤径处的连续三个心动周期的短轴二维动态图像导入Qlab脱机工作站,用TMQA软件进行分析,主要检测指标为该两部位前壁、后壁、右前侧壁、左前侧壁、右后侧壁及左后侧壁各节段收缩期最大径向位移、径向位移达峰时间、舒张期最大径向速度、径向速度达峰时间、径向面积变化率(FAC)、径向应变峰值(RSmax)、径向应变率峰值(RSRmax)、圆周应变峰值(CSmax)及圆周应变率峰值(CSRmax)。并对腹主动脉瘤瘤腔内血栓形成部位分别进行了FAC、RSmax、CSmax和局部旋转角度(RA)的检测和研究。
 ROI软件分析：图像导入方法同TMQA软件,导入后选择ROI软件,分别对血栓邻近瘤腔部位、血栓中间部位和血栓近瘤壁部位进行从舒张末期到收缩期回声强度变化的测量。每个部位回声强度变化值取三个心动周期变化值的平均值。
 三、结果
 (1)二维超声结果
 二维超声图像上显示正常腹主动脉为内径变化较小的管型结构,走形、形态正常,内膜完整,管壁上无血栓形成；AAA组在AAA形成处,管腔膨大扩张,形态多为囊状和梭状,少数为不规则形,其余血管内膜面毛糙,AAA瘤腔内多伴有血栓形成,血栓回声多为偏高回声。
 (2) M型超声结果
 正常组AO1、AO2两处腹主动脉前壁位移均大于后壁,且AO1处的各壁位移值均大于AO2处相对应各壁的位移。AO1处的ΔD均值大于AO2处的ΔD均值。AO1、AO2两处的前后壁位移及ΔD均与受检者的年龄呈负相关。
 AAA组入口处、瘤腔最大内径处和出口处三部位前壁位移值均小于后壁,其中入口处和出口处前、后壁位移值均大于瘤腔最大瘤径处前、后壁位移。两组相比,AAA组三部位前、后壁位移值均小于正常组两处前、后壁最大位移。
 (2)彩色多普勒及频谱多普勒超声结果
 彩色多普勒超声显示正常腹主动脉内呈现单一的红色层流,色泽明亮,充满管腔,随心动周期呈现有规律“闪现”的红色血流信号,当彩色血流速度标尺选定较低彩色敏感度增强时,AO2部位管腔内每一心动周期内可呈现红色-蓝色-红色的快速闪现血流信号。AAA组瘤腔内血流色泽失去同一性和规律性,入口处多为红色或花色血流,瘤腔内呈红蓝相间的血流信号,血流方向紊乱,部分较大的瘤腔内彩色血流信号暗淡、充盈不佳,呈涡流及旋流征象,血栓形成部位彩色血流信号充盈缺损,出口处依声束与血流之间的位置呈现红色或红蓝间聚闪现或蓝色。
 频谱多普勒显示正常组AO1处血流频谱频带较AO2处略宽,其舒张期有一定程度的正向血流信号。AO2处收缩期血流频谱陡直,有的舒张早期可有一反向波。AO1处血流频谱测值Vmax范围为31.21～89.67cm/s,AO2处血流频谱测值Vmax范围为22.82～83.23 cm/s,两处平均值分别为58.42±14.44cm/s,52.72±15.53cm/s,AO1处Vmax平均值大于下段AO2处。AAA组频谱多普勒显示入口处Vmax范围为26.5～101.0cm/s,瘤腔内血流速度明显降低,瘤腔中部Vmax范围为11.4～54.2 cm/s,整个心动周期中可出现正负双向血流频谱,有的瘤腔内出现明显的舒张期负向血流频谱,出口处Vmax范围为17.8-60.0cm/s。各部位最大流速平均值相比,入口处最大流速大于其余部位最大流速,出口处最大流速大于瘤腔最大内径处中心部位最大流速。腹主动脉瘤各部位最大流速与正常人腹主动脉下段腹主动脉处最大流速相比,除入口处最大流速无明显区别外,其余各部位最大流速均小于下段腹主动脉处最大流速。
 (3)2DSTI测量结果
 正常组：正常腹主动脉前壁收缩期最大径向位移峰值范围为1.21～2.12mm,大于其余各节段,其余各节段位移峰值之间比较无明显差异。2DSTI所测量的前、后壁位移峰值与M型超声所测量的结果相一致,无明显差异。正常腹主动脉前壁舒张期最大径向速度平均值略大于其余各节段,但无统计学意义。各节段径向位移、速度达峰时间、运动方向基本一致,无明显差别。径向面积变化曲线显示,心动周期中收缩期腹主动脉径向面积变化明显,其曲线坡度陡直,舒张期径向面积变化相对收缩期较缓,曲线斜率变小,变化均匀。径向应变峰值、径向应变率峰值、圆周应变峰值和圆周应变率峰值各节段之间无明显差异,其中前壁三节段的各应变峰值、应变率峰值略大于后壁三节段。各节段径向应变峰值、径向应变率峰值均分别大于相应节段的圆周应变峰值、圆周应变率峰值。各节段径向应变峰值、径向应变率峰值与其径向速度峰值呈正相关；径向应变峰值、圆周应变峰值与受检者年龄呈负相关。
 AAA组：腹主动脉瘤最大瘤径处各节段收缩期最大径向位移曲线相对正常组位移曲线明显变缓,部分节段位移曲线近乎平直,有的节段甚至呈反向运动。同时舒张期最大径向速度曲线相对正常组速度曲线有同样变缓趋势,波峰降低,曲线斜率明显变小。各节段收缩期最大径向位移值明显小于正常组各节段,舒张期最大径向速度小于正常组各节段,各节段速度和位移曲线分布明显杂乱、不规则,有的节段运动方向紊乱。各节段相对正常组速度达峰时间、位移达峰时间变长,前壁三节段相对后壁三节段达峰时间明显延长。径向面积变化曲线显示,相对正常组面积变化明显减小。各节段圆周应变峰值、圆周应变率峰值相对正常组各节段减小,径向应变峰值、径向应变率峰值相对正常组明显减小。
 下段腹主动脉瘤腔内血栓检测结果：①腹主动脉瘤瘤腔收缩期最大内径范围为4.14～6.67cm,舒张期血栓最大厚度范围为0.75～1.97cm,两者呈正相关。②血栓从舒张末期到收缩期强度变化大小分为：血栓近瘤腔部位>中间部位>近瘤壁部位。③以血栓为边界测量AAA组FAC,其平均值为3.07±1.10,大于以瘤壁边界的FAC平均值2.78±1.23。以血栓瘤腔面为边界测量各节段圆周应变峰值、径向应变峰值大于以瘤壁为边界相应的测值,径向应变峰值测值尤其明显。以血栓为边界测量管壁局部旋转角度,其旋转角度较单独测瘤壁的旋转角度变小。
 四、结论
 (一) 2DSTI技术对腹主动脉和腹主动脉瘤局部节段运动进行检测是可行的,与二维彩色多普勒超声和M-型超声联合运用可以为腹主动脉瘤研究提供有价值的超声影像学信息,为进一步深入揭示腹主动脉瘤的形成和破裂机制提供参考指标。ROI软件应用的是原始数据分析技术,作为检测腹主动脉瘤腔内血栓的一种新技术、新方法,可以更加全面地对血栓在心动周期中的强度变化进行定量检测,为血栓的病理变化状况提供一定信息,对腹主动脉瘤随访具有重要的临床价值。
 (二)正常腹主动脉前壁位移大于后壁,这与腹主动脉解剖部位的特殊性有关,下段腹主动脉管壁前、后壁位移及收缩期最大血流速度均小于中段腹主动脉,这与下段腹主动脉特殊解剖部位、血供分布特点及结构成分变化有关。正常腹主动脉管壁位移、收缩期最大内径与舒张期最小内径之差、应变峰值均随受检者年龄的增大而减小,表明随着年龄增长,腹主动脉管壁弹性和应变能力下降。年轻人与老年人比较,后者发生腹主动脉瘤的几率偏高。
 (三)腹主动脉瘤入口、出口及瘤腔最大内径处前、后壁位移均小于正常腹主动脉管壁位移,以瘤腔最大内径处为著。腹主动脉瘤瘤壁相对正常腹主动脉管壁,位移、速度径向面积缩短率及应变、应变率均变小,达峰时间延长,局部各节段达峰时间明显不一致,这与腹主动脉瘤瘤壁内膜粥样硬化、弹性纤维和胶原纤http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter维比例下降导致的管壁僵硬、顺应性下降,各节段管壁厚度、中膜内平滑肌细胞的含量、血管壁所受压力不同导致其顺应性不同以及瘤腔内血流模式的改变相关。
 (四)以血栓为边界所测得的腹主动脉瘤径向面积缩短率、圆周应变峰值、径向应变峰值均大于以管壁为边界的测值,表明血栓对瘤壁所承受的血流冲击力有一定的缓冲作用。
学位年度:2010

MicroRNA15a与多发性骨髓瘤生物学特性相关性的研究

题名:MicroRNA15a与多发性骨髓瘤生物学特性相关性的研究
作者:张丽
学位授予单位:中国协和医科大学
关键词:多发性骨髓瘤;;microRNA;;增殖;;迁移;;耐药
摘要:
 【背景】多发性骨髓瘤(multiple myeloma, MM)是一种骨髓浆细胞异常增生的血液系统恶性肿瘤,目前仍无法治愈。染色体13q14缺失是MM最常见的遗传学异常,但该位点基因缺失与MM生物学特性的相关性一直未被揭示,针对该区域Magnetic lifter 非编码RNA在MM中的研究就更为少见。MicroRNA15a即是定位染色体13q14上非编码RNA家族的成员之一,新近报道采用高通量比较基因组杂交方法发现MicroRNA15a在MM患者与正常人群中存在差异性表达。
 【方法】①首先,采用原位免疫荧光(fluorescence in situ hybridization, FISH)和传统染色体核型分析方法探明各类人类骨髓瘤细胞系的遗传学特征,证实U266细胞具备染色体13q14缺失的遗传学特征后,确定选取U266为本次实验的主要研究对象。②采用脂质体Lipo2000转染方法上调U266细胞microRNA15a表达水平,通过流式和共聚焦荧光显微镜检测技术观察转染效率后,从肿瘤细胞增殖、迁移活力和耐药三个方面,比较转染前后U266细胞骨髓瘤细胞系的生物学改变。在耐药试验中,具体观察microRNA15a转染前后U266骨髓瘤细胞对MM主要治疗新药沙利度胺和新药重组人肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体／凋亡素2配体(tumor necrosis factor-related apoptosis inducing ligand, TRAIL, also known as Apo2L)的药物反应。③此外,采用RQ-PCR方法检测10例复发／难治MM患者CD138+磁珠分选骨髓瘤细胞的microRNA15a表达水平,采用FISH方法、应用Rbl和D13S19探针检测其染色体13q14缺失情况,并与其常规核型分析及临床资料进行比对。
 【结果】第一部分Apo2L／TRAIL、thalidomide对MM生物学特性的影响：①U266细胞系存在单条染色体13q14位点缺失,选取为本次试验对象。②Thalidomide10、15、20、25、30、35μg／ml处理U266细胞24小时后,细胞生存率分别为88.91±7.43%、85.14±10.26%、82.32±8.65%、78.10±6.78%、76.64±3.68%、75.00±10.11%(P>0.05),Apo2L／TRAIL1、10、100μg/ml处理U266细胞24小时后,细胞生存率分别为86.43±7.35%、78.29±6.60%、70.79±9.80(P>0.05),说明U266细胞对沙利度胺、Apo2L／TRAIL天然耐药；10μg/ml thalidomide、1μg/ml Apo2L/TRAIL单独凋亡率为11.43±1.48%、17.16±1.33％,联合用药后凋亡率达28.95±2.35%,说明两药联合应用可表现相加性凋亡诱导效应。另一方面,与未用药组相比,1μg/ml Apo2L/TRAIL处理U266细胞后,细胞迁移能力提高1.21倍,10μg/ml thalidomide可部分抑制Apo2L/TRAIL促进的U266细胞迁移率至67.10%；同时,Apo2L／TRAIL单药处理组VEGF和MDR1的mRNA显著增高至7.96±0.56和7.46±1.21倍(P<0.05),thalidomide可部分抑制Apo2L/TRAIL促进的VEGF的mRNA表达至2.04±0.28倍(P<0.05),而对MDR1的逆转效应不明显,为6.92±2.19倍(P>0.05)；VEGF和MDR1／GP170蛋白水平的改变与对应mRNA改变基本一致。第二部分实验上调microRNA15a表达对MM生物学特性的影响：①转染上调U266细胞microRNA15a表达后,体外培养5天,转染组中87.94±2.58%细胞完成2代分裂,而未转染对照组中98.06±1.15%细胞完成3代分裂(P<0.05)；G1期细胞占转染组59.56±3.19%,多于未转染组中48.84±1.66%(P<0.05),说明microRNA15a上调可减慢U266细胞分裂速度、抑制细胞周期G1-S期转变,从而http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter抑制肿瘤增殖。与此同时,转染组细胞迁移率明显受抑,迁移率仅为17.7±3.22%,与无SDF-1a趋化组13.5±2.14%无显著差异(P>0.05),且转染后VEGF表达量为56.22±27.13 ng／ml,显著低于未转染组中165.01±29.66 ng／ml(P<0.05)。另一方面,microRNA15a上调后通过转录后水平明显抑制GP170蛋白／MDR1 mRNA水平表达；但不能逆转U266细胞对thalidomide和Apo2L／TRAIL的天然耐药。②在10例复发难治MM患者中,共有8例存在microRNA15a低表达,其中5例FISH结果显示染色体13q14缺失。
 【结论】MicroRNA15a介导骨髓瘤U266细胞增殖、迁移及MDR-1／GP170耐药等多条途径,可能是参与MM发病过程的关键调节分子之一。靶向非编码RNA,尤其是针对microRNA15a的干预手段可能成为抑制MM进展的新的治疗策略。
学位年度:2010

万古霉素PLGA缓释微球局部注射治疗椎间盘炎的实验研究

题名:万古霉素PLGA缓释微球局部注射治疗椎间盘炎的实验研究
作者:王飞
学位授予单位:第二军医大学
关键词:盐酸万古霉素;;微球;;PLGA;;椎间盘炎;;局部治疗
摘要:
 研究背景
 椎间盘炎亦称化脓性椎间盘炎、椎间隙感染等,指椎间盘及相邻软骨板的感染性病变。根据发病过程分为原发性和继发性两型。原发性椎间隙感染临床少见,继发性椎间隙感染多继发于椎管穿刺、造影、手术及其他侵袭性操作或邻近软组织感染病灶的扩散。
 随着人口老龄化和临床免疫抑制治疗以及脊柱侵入性操作的增多,以及影像诊断手段的进步,临床上感染性椎间盘炎的病例越来Magnetic lifter越多。目前对于感染性椎间盘炎的治疗均以抗生素的全身应用为基础,尽管全身应用抗生素能达到有效的血药浓度,但由于椎间盘局部血供在成年人仅达纤维环,使得抗生素不能通过血液循环直接进入感染椎间盘组织中,治疗时局部很难达到有效浓度,且抗生素半衰期短,需要长期重复给药,导致医疗花费高,毒副作用大,住院周期长。
 为了解决这一矛盾,研究者们开始尝试采用局部应用抗生素来处理椎间盘炎。局部应用抗生素较全身应用抗生素有其独特的优点,并逐渐的被临床工作者接受。但如果采用单纯的抗生素通过感染间隙注射用于感染性椎间盘炎的治疗,易被血液冲走并很快吸受,不能长期维持有效的抗菌浓度,削弱了抗菌能力,则存在需要反复穿刺给药的缺点。感染间隙灌洗将抗生素直接用于感染局部,在有效治疗感染的同时避免了全身大剂量使用抗生素的副作用。然而,局部留置灌洗导管存在发生导管性逆行性感染的可能。近年来,抗生素缓释制剂在治疗急、慢性骨髓炎等骨科临床中较为棘手感染方面取得了良好的实验和临床效果。抗生素缓释制剂局部注射后能在注射部位长时间的维持有效的药物浓度并避免了全身应用的副作用,其药物释放时间和释放速率可根据治疗需要在制备的过程中进行控制。
 因此,我们希望经感染椎间盘中注射一种抗生素缓释制剂,通过药物的缓释作用维持局部有效药物浓度,达到减少药物用量、减轻毒副作用、降低医疗费用、缩短住院周期的目的。
 研究目的
 制备盐酸万古霉素PLGA缓释微球,考察其外观形态、粒径分布、载药量、包封率、体外释放等一般性质,并将盐酸万古霉素PLGA缓释微球应用到兔感染性椎间盘炎模型中,就其对椎间盘炎的治疗作用进行初步探讨,为其临床应用提供基础。
 材料和方法
 1、通过复乳法制备盐酸万古霉素PLGA缓释微球,使用扫描电镜及激光粒径分析仪观察微球形态并测定其粒径分布；考察微球载药量、包封率、二氯甲烷残留率等指标；并以PBS液为体外释放介质,采用高效液相色谱法(HPLC)初步研究盐酸万古霉素缓释微球的体外释药特性。
 2、采用新西兰http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter大白兔15只,随机分为对照组、实验组,其中对照组5只、实验组10只。将一定量的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(Methicillin resistant S.aureus, MRSA)或等量生理盐水注入兔腰椎间隙,术后定期进行磁共振(Magnetic resonance inspectorMRI)和侧位X线检查及对CRP和ESR进行动态观察,并取实验区椎间盘组织进行细菌培养和常规病理学检查,评价造模结果及模型稳定性。
 3、将所制备的盐酸万古霉素缓释微球行兔感染椎间隙内局部注射治疗,并与盐酸万古霉素静脉注射、空白PLGA微球椎间隙局部注射进行比较,行X线片、细菌学、组织病理学及免疫组织化学评价观察疗效。
 结果
 1、采用复乳法制备的盐酸万古霉素PLGA缓释微球,其表面光滑圆整,粒径规则无粘连,微球大小较均匀,粒径分布较窄；微球的载药量达到20.08±0.53%,包封率达到60.20±1.61%,二氯甲烷的残留量仅为52.69±1.34ppm；微球体外释药研究表明,其在30天内的累积释药率为82.4±2.95%,载药微球所释放出的盐酸万古霉素浓度均能达到有效的杀菌浓度。
 2、使用MRSA菌株对家兔腰椎间隙进行注射感染后,血沉(,ESR),C-反应蛋白(C-reactive protein,CRP)均明显升高,MRI提示椎间盘炎改变。活检物细菌培养阳性,病理学检查证实有椎间盘炎发生；而注射生理盐水组无椎间盘炎发病。说明已成功构建出家兔感染性椎间盘炎模型。这种模型构建方法简单,成功率高,重复性强,组内病变程度较一致。
 3、采用盐酸万古霉素PLGA缓释微球对家兔感染性椎间盘炎模型进行治疗研究的结果显示：盐酸万古霉素局部给药后,对椎间盘组织内的细菌具有明显的杀菌及抑菌效果,其与应用盐酸万古霉素静脉注射治疗相比炎症反应程度及润范围轻(P<0.05),细菌计数明显降低(1.02×103±1.22×103CFU/g比7.51×104±7.16×104CFU/g) (P<0.05),其差异具有统计学差异。
 结论
 1、采用复乳法制备的盐酸万古霉素PLGA缓释微球,具有较好的药剂学特性,微球体外释药30天内所释放的盐酸万古霉素均达到了有效的杀菌浓度。
 2、将一定量的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌注入兔腰椎间隙可制做椎间盘炎模型,炎症反应明显,模型稳定。可用于人的椎间盘炎的病理学、外科学及药物治疗等多方面的类比实验；腰椎术后CRP持续性或二次升高者要考虑椎间盘炎存在,与ESR比较,CRP具有灵敏性高,准确性强的优点,应作为早期判断腰椎间盘炎的重要指标,结合MRI检查可对术后椎间盘炎作出早期诊断。
 3、盐酸万古霉素PLGA缓释微球局部注射能有效的治疗感染性椎间盘炎,与盐酸万古霉素静脉注射相比,其组织中细菌计数低,炎症反应程度轻、波及范围小,值得进一步研究。
学位年度:2010

肝癌干细胞样细胞生物学特性初步研究及miR-1301对肝癌细胞的影响

题名:肝癌干细胞样细胞生物学特性初步研究及miR-1301对肝癌细胞的影响
作者:房林
学位授予单位:第二军医大学
关键词:肝癌;;干细胞;;miRNA;;凋亡;;信号转导;;抑癌基因
摘要:
 原发性肝癌是高度恶性并严重危害人类健康的疾病,但其发病机制仍不十分清楚。虽然现在有很多的方法用于治疗原发性肝癌,如化疗、放疗、外科手术、生物治疗等,但是都不能明显的提高原发性肝癌患者的生存率。因此寻找有效的治疗手段有非常重要的意义。根据肿瘤干细胞理论,在原发性肝癌中也必然有肝癌干细胞存在,与正常组织是由少数正常组织干细胞通过自我更新和不断的分化产生正常的Magnetic lifter组织细胞来维持正常功能相似,肿瘤组织也是由少数肿瘤干细胞不断自我更新和分化来触发和维持肿瘤生长的。考虑到目前传统的化疗和放疗只能使肿瘤组织缩小,而不能从根本上消除肿瘤,原因可能是这些传统的治疗方法不能有效的杀灭肿瘤组织中的肿瘤干细胞。因此,深入研究肝癌干细胞特有的生物学特性对于我们深入理解肝癌的发病机制及设计有效的治疗策略都有重要的意义。
 miRNA是一类内源性非蛋白编码的单链小分子RNA,长度为20-25nt,广泛存在于真核生物中。成熟miRNA与靶mRNA 3非翻译区互补结合,诱导靶mRNA降解或抑制靶mRNA的翻译,从而实现转录后基因调控作用。miRNA对细胞的增殖、分化和凋亡有重要的调节作用。miRNA参与了机体的免疫调控,并在肿瘤发生中发挥重要的调节作用。
 本研究对肝癌miRNA进行检测,观察肝癌组织中miRNA变化情况。同时根据检测结果,应用miRNA转染,观察转染后肝癌细胞NF-κB信号通路、β-catenin、抑癌基因P53基因和Tg737基因的变化情况,及凋亡相关基因caspase-3、caspase-8的变化情况。同时以CD90阳性细胞为肝癌干细胞标记物,分离肝癌干细胞样细胞,检测肝癌干细胞样细胞上述基因和部分蛋白的变化情况,观察肝癌细胞的生物学特性。对揭示肝癌发生发展的病理机制,从而为研究设计肝癌特异性的诊断和治疗方法提供可能的新思路。
 研究方法：
 1.经病理组织学确诊的肝癌组织及癌旁组织标本,TRIzol法提取细胞总RNA和按照miRNA提取分离试剂盒提取miRNA,用realtime-PCR检测miR-155、miR-198、miR-373、miR-520b、miR-548c、miR-1289、miR-1301等miRNA及NF-kB、β-catenin、p53、Tg737基因mRNA表达情况。
 2.人肝癌细胞株HepG2,根据上述结果选择miR-1301 mimics进行转染,提取细胞总RNA,用realtime-PCR检测转染后p65、β-catenin、p53、Tg737、bcl-2、bcl-XL、caspase-3、caspase-8等基因的变化情况；Western Blot检测相关蛋白表达情况；划痕实验观察细胞迁移能力：transwell小室检测细胞侵袭能力；MTT法观察细胞生长抑制情况。
 3.人肝癌细胞株HepG2,以CD90作为肝癌干细胞标记物,免疫磁珠法筛选CD90阳性细胞,提取细胞总RNA,用realtime-PCR检测miR-155、198、373、548c-5p、1289、145、375、874、1183、1324等水平,检测p65、β-catenin、p53、Tg737、caspase-3、caspase-8、bcl-2、bcl-XL等基因转录情况。选择miR-548c-5p顺式转染,用realtime-PCR检测转染后p65、β-catenin、p53、Tg737、caspase-3、caspase-8、bcl-2、bcl-XL等基因mRNA表达情况。Western Blot检测相关蛋白表达情况。
 结果：
 1.在肝癌组织中,miR-155、miR-198、miR-373、miR-520b、miR-1301表达下降。miR-548c、miR-1289在肝癌组织表达增高。β-catenin、Tg737基因表达下降。NF-kB、p53基因无明显变化。
 2.转染miR-1301后p53基因水平上调、P53蛋白增加,bcl-2、bcl-XL基因水平下调,Bcl-2、Bcl-XL蛋白减少。转染miR-1301后,划痕实验观察到转染后细胞迁移能力,(?)answell小室观察到细胞侵袭力下降,细胞生长受到抑制。
 3.肝癌干细胞http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter样细胞中miR-548c-5p.miR-145、miR-375、miR-874水平下降。miR-155、miR-198、miR-1289升高。miR-373、miR-1183、miR-1324无明显变化。
 肝癌干细胞样细胞中caspase-3、bcl-2基因水平下调,caspase-8基因水平上调,Bcl-XL无明显变化,p65、β-catenin、p53、Tg737等表达无明显变化。
 转染miR-548c-5p后肝癌干细胞样细胞中P-catenin、Tg737、bcl-2、bcl-XL、Caspase-3基因水平下调,Bcl-2、Bcl-XL、Caspase-3蛋白水平下降,p65、p53、Caspase-8基因水平变化没有统计学意义。转染后transwell小室观察到细胞侵袭力下降。
 结论
 肝癌组织中miRNA表达水平有变化。转染miR-155、198、373、520b等可引起P65、β-catenin、P53、Tg737、Caspase-3、Caspase-8基因的变化,推测miR-155、198、373、520b等可miRNA对肝癌细胞的生物学特性产生重要影响。
 miR-1301可上调p53基因、下调bcl-2、bcl-XL基因。推测miR-1301总体上对肿瘤发生发展可能起抑制作用,但需要进一步研究。
 肝癌干细胞样细胞中,转染miR-548c-5p mimics后对Bcl-2、Bcl-XL、Caspase-3等多个基因产生影响,这些说明miR-548c-5p可能在肝癌干细胞样细胞的凋亡-抗凋亡过程中起一定作用。肝癌干细胞样细胞中miR-145、miR-375、miR-874、miR-155、miR-198、miR-1289等水平发生改变,这些说明miRNAs可能在肝癌干细胞的发生发展中起重要作用。
 肝癌干细胞样细胞caspase-3、bcl-2基因水平下调,caspase-8基因水平上调,推测肝癌干细胞样细胞可能存在凋亡-抗凋亡功能紊乱,从而影响肝癌细胞的生物学特性。
学位年度:2010

食管癌侵袭转移相关基因的研究

题名:食管癌侵袭转移相关基因的研究
作者:潘健
学位授予单位:中国协和医科大学
关键词:食管癌;;转移;;食管癌微血管内皮;;TFPI-2;;mir663;;有丝分裂灾难
摘要:
 食管癌是人类十大恶性肿瘤之一,尽管食管癌的诊断和治疗取得了较大进展,但食管癌仍然严重威胁着人类的生命和健康。食管癌预后差的主要原因是肿瘤对周围组织的侵袭,以及在肿瘤早期就发生邻近组织和远端组织的转移。目前的研究表明肿瘤微环境中的各种理化因素以及肿瘤间质细胞等都对肿瘤的侵袭转移发挥着重要的调控作用。肿瘤组织中缺氧、酸中毒、大量生长因子、大量蛋白水解酶以Magnetic lifter及免疫炎性反应等构成了肿瘤组织代谢环境的生物学特征。这种特性不仅对肿瘤的增殖、侵袭、迁移、细胞黏附以及新生血管的形成具有重要影响,同时也对肿瘤组织内的间质细胞产生了广泛的影响。新近的研究表明肿瘤转移依赖于肿瘤细胞与各种基质细胞的协调有效的相互作用。组成肿瘤微环境的基质细胞参与了肿瘤侵袭转移的整个过程。
 本研究针对食管癌侵袭转移与微血管内皮的关系,采用内皮细胞磁珠分选系统从新鲜食管癌组织中分离获得了食管癌微血管内皮,体外成功培养并命名为ECEC。食管癌微血管内皮相对正常内皮具有更强的增殖能力、抗凋亡能力。基因芯片分析发现食管癌内皮高表达趋化因子家族基因以及一些与肿瘤细胞侵袭转移密切相关的基因。将食管癌内皮与食管癌细胞共培养后食管癌细胞的侵袭及运动能力大大增强(P<0.01),并且这种增强作用依赖于肿瘤细胞与内皮细胞的直接接触。将食管癌内皮与食管癌细胞混合接种裸鼠,食管癌内皮可以明显促进移植瘤的生长(4-8倍)、肿瘤的局部侵袭以及远端肺转移的发生(P<0.01)。利用基因芯片分析体外共培养后肿瘤细胞中表达变化的基因,有一系列的侵袭相关基因在肿瘤细胞中上调表达。通过对其中一部分基因如AREG, EREG, MMP1、IL6、MMP3、IL1B、ADM以及Cyr61等的功能验证,其中的AREG和EREG都可以明显促进食管癌细胞的侵袭和迁移,体内移植瘤实验发现AREG和EREG基因都可以明显促进移植瘤的生长(P<0.01),远端肺转移的发生(P<0.01)。并且可以明显缩短实验组裸鼠的存活时间(P<0.01)。这些研究表明食管癌内皮可以促进食管癌细胞体内外的侵袭转移,并且这种作用可能通过食管癌内皮上调食管癌细胞中的一系列侵袭转移基因来实现。我们对其中的基因EREG进行了深入研究,EREG在食管癌细胞系的表达与各细胞系的侵袭能力存在密切关系。分析136例食管癌及配对正常组织中EREG的表达情况发现EREG基因在食管癌及淋巴结转移组织中表达强度明显高于对照正常组织(P<0.01)。分析124例具有完整临床资料的食管癌组织发现EREG的表达与食管癌的原位侵袭(T)和淋巴结转移(N)都密切相关(P分别为0.0001和0.016)。进一步的分析发现EREG高表达的病人生存时间明显短于EREG阴性或低表达病人(P<0.01)。通过COX多因素分析显示EREG是一个独立于肿瘤侵袭以及淋巴结转移的有价值的预后因子。随后我们研究了该基因在食管癌中发挥功能的分子机制。EREG基因可以明显改变食管癌细胞的形态,EREG高表达的细胞呈明显的梭形,相互之间的粘附降低,细胞呈现松散分布。利用EREG的中和抗体进一步明确了EREG对于食管癌细胞侵袭及运动能力的促进作用。细胞免疫荧光显示EREG可以促进肿瘤细胞丝状伪足及片状伪足的形成,并且可以促进应激蛋白c-Jun分子的入核。分子实验表明EREG分子可以活化EGFR信号通路,并激活下游的Src/FAK信号分子,从而影响细胞的骨架蛋白分布以及细胞的运动侵袭能力。这些有关食管癌内皮可以促进肿瘤侵袭转移、食管癌血管内皮特异表达趋化因子等侵袭转移基因、食管癌内皮可以上调肿瘤细胞侵袭转移基因、EREG在食管癌的侵袭转移中发挥重要作用等研究国内外都未见报道。
 利用高侵袭能力的细胞亚克隆EC9706细胞分离获得了一系列食管癌侵袭转移相关基因,其中TFPI-2在很多肿瘤中都提示与肿瘤侵袭转移密切相关。我们的研究提示TFPI-2在食管癌的侵袭转移中发挥重要作用。Western-blot实验提示75%的食管癌标本中TFPI-2下调表达,在大部分食管癌细胞系中也是下调表达。免疫组化显示在肿瘤组织和淋巴结转移灶中TFPI-2均显著下调(P<0.05)。在KYSE450、KYSE510、YES2和EC9706细胞中转染TFPI-2表达质粒,可以显著抑制细胞的侵袭。EC9706细胞中高表达TFPI-2可以显著抑制移植瘤的生长及对邻近组织的侵袭。进一步的研究发现TFPI-2重组蛋白可以显著抑制基质金属蛋白酶的活性以及肿瘤血管的生成。使用TFPI-2的重组蛋白可以显著抑制移植瘤的生长、侵袭以及血管生成(P<0.05)。这些结果提示TFPI-2在食管癌治疗中的潜在应用价值。
 越来越多的证据表明microRNA在肿瘤的发生发展中发挥着广泛的作用。我们使用基因芯片技术筛选获得了一些与食管癌侵袭相关的microRNA,初步的功能实验显示mir10a以及mir663是肿瘤侵袭相关的microRNA。随后的实验发现mir663对胃癌细胞侵袭能力的抑制更明显,而且还可以抑制胃癌细胞的增殖。进一步的RT-PCR显示胃癌细胞系中普遍低表达mir663,将mir663慢病毒感染BGC823及SNU5胃癌细胞,可以引起明显的细胞形态变化及增殖抑制。细胞周期及染色体分析显示mir663可以导致胃癌细胞的有丝分裂灾难,mir663可以导致细胞的G2／M周期阻滞以及扰乱细胞的DNA含量,mir663还可以导致细胞染色体数量出现异常并导致细胞的死亡。Westeren-blot实验显示mir663可以引起胃癌细胞中cyclingB1蛋白的表达上调,cyclinB1作为细胞进入G2／M期的关键蛋白被mir663扰乱可能导致了胃癌细胞的G2／M阻滞。为了进一步研究mir663作为胃癌基因治疗药物的http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter潜力,我们使用mir663的慢病毒表达载体进行了裸鼠移植瘤治疗实验。慢病毒感染胃癌细胞后进行的裸鼠移植瘤实验显示mir663慢病毒可以明显抑制胃癌细胞裸鼠移植瘤的生长,抑制率高达60%,并且mir663慢病毒明显影响胃癌细胞的增殖以及凋亡。以上结果均显示mir663作为胃癌基因治疗药物的潜在应用前景。
学位年度:2010

人体消化道微型诊查装置无线供能技术研究

题名:人体消化道微型诊查装置无线供能技术研究
作者:辛文辉
学位授予单位:上海交通大学
关键词:胶囊内窥镜;;无线能量传输;;传输效率;;亥姆霍兹线圈;;人体安全性;;比吸收率;;电流密度;;有限积分法;;离体实验
摘要:
 能量供给是人体消化道微型诊查装置(以下简称:微诊查装置)首要的和最基本的问题。要使目前的胶囊内窥镜具备主动运动功能,并且能以较高帧率、较清晰地获取消化道图像信息,对能量的需求非常大,以纽扣电池供电的方式已无法满足需要。
 基于电磁感应的无线供能技术已Magnetic lifter经在经皮能量传输中得到广泛应用,可采用此技术为微诊查装置无线供能。采用电磁感应方式供能时,体外发射线圈产生交变磁场,体内接收线圈感应产生能量,两线圈通过电磁耦合实现能量的无线传输。与经皮能量传输不同的是:在微诊查装置的无线供能中,体内、外线圈之间的距离较远;体内接收线圈的空间尺寸有限,且在人体消化道内的位置、姿态均不确定。这些因素导致了能量传输效率较低、且不稳定。要传输足够的能量,发射线圈产生的电磁场必须足够强,而这势必对人体组织产生不利影响。所以,微诊查装置无线供能研究要解决的核心问题是能量传输的稳定性、效率和人体安全性。
 微诊查装置被吞服后,在人体消化道内的位置和姿态均不确定。为了使微诊查装置在姿态改变时仍能获得较稳定能量,研究了姿态任意变换情况下获得较稳定能量的方法,设计了三维正交接收线圈和整流后再并联的接收电路,在微诊查装置的姿态改变时,可合成输出较稳定能量。为了使微诊查装置在位置改变时仍能获得较稳定能量,研制了亥姆霍兹结构的发射线圈。研究表明,采用亥姆霍兹发射线圈,可在人体消化道区域内产生较为均匀的电磁场,解决能量传输的位置稳定性问题。为了解决因发射线圈失谐而导致的传输效率下降问题,研究了改变逆变频率使发射线圈在新的频率下谐振和通过补偿电路维持发射线圈在原有频率下谐振两种方法的特点,得到了高品质因数耦合电路应通过维持发射回路和接收回路同频谐振来提高传输效率这一关键性结论,并对由开关电容组成的补偿电路进行了深入研究,以解决能量传输的频率稳定性问题。
 限于人体生理特征,微诊查装置的空间尺寸严格限定,要为微诊查装置提供足够能量,提高传输效率是关键。本文从决定传输效率的耦合、发射、接收三个方面入手,研究了提高传输效率的措施和方法。针对发射、接收线圈之间距离较远,接收线圈的尺寸较小而导致的两线圈之间耦合度弱的特点,研究了发射、接收线圈与匹配电容组成的并-并、并-串、串-并、串-串四种链路的传输效率,得到了能量传输效率最大化的条件,指出了串联谐振电路和并联谐振电路的不同适用条件,并从根本上揭示了影响能量传输效率的因素:耦合系数和线圈品质因数。通过优化耦合电路的谐振频率,选择合适的线圈参数、磁芯材料、负载因子,使传输效率有了一定的提高。为了提高发射效率,设计了全桥逆变电路,并配置了阻尼吸收网络,使发射电路能可靠、高效地工作。为了提高接收效率,研究了几种常http://www.999magnet.com/用整流电路的整流效率和接收功率,并综合考虑空间利用,为能量接收部分确定了合适的整流合成电路。为了给微诊查装置提供一个稳定的电压,设计了整流后两级转换电路。
 采用电磁感应方式为体内的微诊查装置无线供能时,体外发射线圈产生的交变磁场势必对人体组织产生不利影响,必须对电磁场与人体组织的相互作用进行研究,并对其安全性进行评估,这是无线供能技术应用于人体的安全性前提。当前,国际上公认的电磁安全性标准主要有国际非电离辐射防护委员会的导则和IEEE C95.1-2005标准,人体电磁安全性衡量的主要指标为感应电流密度和比吸收率(SAR)。由于目前还不能通过实验方法对这两个电磁剂量学量进行直接测量,数值计算方法是当前学术界普遍采用的方法。本文通过有限积分法,在高精度人体电磁计算模型上求解了人体组织中的电流密度、SAR等电磁剂量。高精度人体电磁计算模型以美国可视人体项目的数据集为基础,应用半自动图像分割技术,重建了包含56种人体组织的高精度三维真实人体结构模型,其分辨率达0.33mm×0.33mm×2mm;通过对人体结构模型中每种组织电特性的指定,建立了人体电磁计算模型。在求解了电磁剂量学量,并对体外发射线圈产生的电磁场进行安全性评估的同时,本文还分析了发射电流、电磁场频率等因素对电磁剂量的影响,并根据传输效率,为无线供能选择了最优工作频率,使其在传输足够能量的同时,对人体的不利影响最小。
 为了从整体上对以上的研究成果进行验证,本文还研制了一款功耗为90mW视频胶囊内窥镜,并进行了无线供能离体实验。实验结果表明,当发射功率为12.5W,在视频胶囊内窥镜的姿态、位置任意变化的情况下,均能传输出较清晰的视频图像,证明了本研究的有效性。
学位年度:2010

新型透明导电氧化物薄膜的设计与制备及其在有机光电器件中的应用研究

题名:新型透明导电氧化物薄膜的设计与制备及其在有机光电器件中的应用研究
作者:王宁
学位授予单位:中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
关键词:透明导电氧化物;;掺杂;;光致发光;;有机电致发光;;有机太阳能电池
摘要:
 透明导电氧化物(TCO)薄膜是一种重要的宽禁带光电薄膜,它是当代微电子学、光电子学、磁电子学、太阳能电池、传感器、电子物理器件等新兴交叉学科和技术的材料基础,并广泛地渗透到当代科技的各个领域。随着薄膜科学与技术的迅速发展,各种新型的光电子器件也不断出现,特别是以有机电致发光与有机光伏为代表的新型器件的出现,为开发新型功能薄膜和更优异的器件性能开辟了许多新的研究方向,并Magnetic lifter取得了令人瞩目的应用成果。本论文主要针对当前TCO的研究工作的热点问题,利用真空热蒸发和末端离子源辅助沉积的电子束蒸发方法,通过合理的理论设计,对当前氧化铟锡(ITO)在有机光电器件中的应用存在的问题进行了探索性研究,首次制备出一系列的二元及三元的新型TCO材料,获得了一些初步的结果。主要创新性结果如下:
 (1)首次报导了两种新的TCO材料,掺钒的氧化铟薄膜(IVO)及掺铋的氧化铟薄膜(IBO)。在薄膜未进行过退火处理的情况下,通过各种表征手段研究了薄膜的光电特性及钒与铋掺杂对氧化铟的电学及光学性质的影响。结果表明,IVO及IBO都有着与商业ITO可比拟的电学及光学特性。基于它们制备的有机电致发光器件(OLED)都获得了比基于ITO阳极器件更好的性能。
 (2)首次报导了两种新型的高功函数的三元体系TCO材料,掺钛酸镁的氧化铟薄膜(IMTO)及掺钛酸镨的氧化铟薄膜(IPTO)。我们详细地研究了这两种TCO材料的光电特性。IMTO与IPTO都有着较为平坦及光滑的表面,两者都有着较高的可见光透过率(~80%)和较大的禁带宽度(4.65 eV与4.26 eV)。IMTO与IPTO都有着可与金的功函数媲美的表面功函数(> 5.1 eV),而且两种薄膜的表面功函数有着非常高的均一性及大气稳定性。基于这两种薄膜的OLED器件表现出比基于ITO器件更好的性能。与传统的三元制备方法相比,我们的方法不仅对设备的要求不高而且成本较低,便于今后的大规模商业应用。
 (3)首次报导了一种新型的三元体系的TCO材料,掺杂钛酸镧的TCO薄膜(ILTO)。ILTO除了有着优异的光电特性外,在室温下该材料还具有近紫外(386 nm)的PL特性。我们期望该材料在金属氧化物体系,特别是多重氧化物体系中能够做为一种功能层去实现近紫外的光致发光(PL)及电致发光(EL)器件。ILTO具有高达5.2 eV http://www.999magnet.com/ 的表面有效功函数,而且该薄膜功函数的热稳定性非常好。利用ILTO阳极制备的OLED比ITO阳极器件获得了更好的电致发光性能;基于ILTO阳极的有机太阳能电池(OSC)也取得了比基于ITO阳极的OSC更好的光电转换性能。ILTO作为新型TCO阳极,在有机光电子器件中表现出了优异的性能。
学位年度:2010

BiFeO_3外延薄膜电容器与异质结的制备和性能研究

题名:BiFeO_3外延薄膜电容器与异质结的制备和性能研究
作者:焦兴利
学位授予单位:中国科学技术大学
关键词:铁酸铋;;铁电薄膜;;透明导电氧化物;;外延;;应力弛豫;;阻滞回线
摘要:
 钙钛矿结构的多铁性材料BiFeO3(BFO)是目前唯一一种在室温下同时具有强的铁电性和磁性的单相材料,其奈尔温度TN约为673K,居里温度Tc约为1103K。巨大的应用前景使其自发现开始就受到人们的广泛关注。
 BFO的剩余极化(Pr)高达90-100μC/cm2,成为无铅铁电材料的重要候选材料之一。但是因为制备纯相的BFO块材和薄膜的条件都Magnetic lifter较为苛刻,而且材料中都存在较大的漏导电流,所以很难获得饱和的铁电电滞回线。通过化学掺杂可以有效改善其漏电性能。BFO直接光学带隙约为2.8eV,在波长500nm以上具有高的光透过率,与透明导电材料一起可以制备全透明铁电器件。
 本论文中采用脉冲激光沉积的方法制备薄膜,摸索并掌握了纯相BFO薄膜成熟的制备工艺,使用一种新型的n型透明导电材料La0.07Sr0.93SnO3 (LSSO)作为电极材料,成功的制备了全外延生长的透明铁电电容器,发现Mn掺杂可以有效改善BFO薄膜的铁电性能；还成功的制备了结构为LSSO\BFO的全透明异质结,发现异质结呈现出整流特性和电阻回滞行为,调节BFO薄膜的厚度及Mn的掺杂结果表明整流特性和阻滞行为都是和BFO薄膜中的氧空位相关；另外还系统研究了一种常见的电极材料也是庞磁阻锰氧化物La0.7Sr0.3MnO3 (LSMO)生长在三种不同的衬底上的晶格弛豫行为,并分析了其机理。
 全文分为六章,各章的主要内容概括如下：
 第一章首先简单介绍了钙钛矿结构功能材料的晶体结构、晶格畸变和d轨道分裂等基础知识,随后从研究背景、发展状况和基本应用概念方面分别介绍了铁电材料、多铁性材料、透明导电材料、钙钛矿锰氧化物及基于铁电材料的薄膜电子器件。其中主要讲述了论文后面章节中需要用到的公式和概念。
 第二章主要介绍了本论文中用到的样品制备和表征测试方法。特别对PLD方法和高分辨X射线衍射做了详细介绍。
 第三章利用X射线的倒易空间图,研究了菱形结构的LSMO薄膜生长在三种不同的衬底上因为晶格失配对于薄膜结构的影响。发现了三种不同的应力释放方式,特别是在NGO(110)衬底上,LSMO在面内两个相互垂直的方向上采用不同的机制来是释放应力。
 第四章用新型的透明导电氧化物LSSO薄膜作为电极制备了外延BiFe0.95Mn0.05O3全透明铁电电容器,获得高质量的饱和电滞回线,并通过透光率的测量得到了BFMO的光学带隙宽度。同时研究了衬底方向对薄膜极化强度的影响及疲劳特性。
 第五章系统分析了LSSO\BFO(BFMO)异质结http://www.999magnet.com/的Ⅰ-Ⅴ特性,发现在LSSO\BFO异质结中存在整流效应和阻滞行为,通过Mn掺杂前后和不同厚度BFO对于异质结整流特性和阻滞行为的影响,认为其原因是BFO中存在的大量氧空位。
 第六章利用LSMO作为电极,在LAST(001)、(110)和(111)衬底上分别制备了Bi3.15Nd0.85Ti3O12外延薄膜电容器,在(110)和(111)衬底上获得了良好的电滞回线,其具有很好的抗疲劳特性。从结构上分析了其外延关系。
学位年度:2010

铁磁薄膜与极性ZnO表面相互作用的同步辐射光电子能谱研究

题名:铁磁薄膜与极性ZnO表面相互作用的同步辐射光电子能谱研究
作者:张旺
学位授予单位:中国科学技术大学
关键词:磁性金属薄膜;;Fe;;Co;;ZnO;;界面作用;;同步辐射光电子能谱;;共振光电子能谱
摘要:
 随着近年来高密度存储设备的发展需求,Fe、Co等磁性超薄膜与各种氧化物衬底的界而研究引起了广泛的关注,包括薄膜的磁性,界而的电性能,化学稳定性在内的一系列界面的物理化学性能都成了研究的重点。随着磁性薄膜在氧Magnetic lifter 化物表面的生长,界面作用诸如界面的化学态,界面之间的互扩散,以及不同的界面结构都会随Magnetic lifter 着薄膜厚度的增加而相应的变化,而这些界面作用的不同必然导致整个界面性能的改变,通过研究界面作用随厚度的改变可以分析出相应的界面性能的变化,这将对界面体系的应用极具实际意义。同时,通过界面的退火可以有效促进磁性介质向氧化物中的扩散,这种方法正作为稀磁半导体的一种有效制备手段而得到重视。
 本文主要通过光电子能谱技术研究了磁性Fe、Co金属超薄膜在极性ZnO(000+1)表而的生长和退火时电子结构的变化,并辅以原子力显微镜(AFM)和场发射扫描电子显微镜(FESEM),以及超导量子干涉仪(SQUID)等对样品的表面形貌,磁性等作相应的考察。主要的研究结果如下：
 1.利用同步辐射角分辨光电子能谱(SRARPES)技术和光电子衍射(PD)技术研究了获得的清洁ZnO(000-1)表面,并初步获得了ZnO在ΓA、ΓM方向上的能带色散及ZnO在[-1100]平面内的光电子衍射结果。
 2.室温下,对Fe与不同极性ZnO界面的XPS和SRPES研究结果显示,Fe的生长模式依赖于ZnO衬底的极性,Fe在ZnO(0001)表面呈三维岛状生长,而在ZnO(000-1)表面呈从层状到岛状生长转变的SK模式。对Fe/ZnO(000-1)界面的研究结果显示,初始沉积的Fe明显被表面氧氧化为Fe2+离子,在Fe覆盖度为0-3nm的范围内,分别观察到与界面电荷传输、化学作用以及磁性相关的0.5ML,1ML,3ML等三个有意义的临界厚度。同时室温下对Fe/ZnO(000-1)在沉积时的共振光电发射研究显示,Fe初始时与ZnO的作用并没有引起ZnO导带的显著变化,Fe与ZnO呈现弱相互作用。
 3.对3nm Fe/ZnO(000-1)退火过程的同步辐射光电子能谱(SRPES),原子力显微镜(AFM)研究显示,在300℃附近的低温退火过程中,室温下Fe在ZnO表面形成的3D岛状结构出现解聚过程；在300℃到600℃之间,Fe的解聚薄膜再次团聚形成较大的颗粒薄膜,并导致衬底在600℃时重新暴露；Fe与ZnO的界面化学作用发生在600℃左右,Fe随着温度的上升逐渐被氧化成Fe2+,温度超过800℃,Fe可以被进一步氧化为Fe3+。在600℃以上的退火温度下,随着ZnO衬底在高温下的分解,所释放出来的活性氧成为界面氧化—还原反应的一个主要原因。同时,对不同退火温度下的3nmFe/ZnO (000-1)样品的磁性SQUID研究结果显示,样品的矫顽力随着退火温度增加而增大。900℃高温退火样品中的铁磁性则说明界面反应中铁磁相的形成。
 4.对Co/ZnO界面的生长和退火过程的同步辐射光电子能谱(SRPES)研究显示。室温下Co在不同极性ZnO面上的生长都显示较强的反应活性,在Co膜厚度达到0.45nm时,依然能够显示很强的Co2+氧化峰。1.1nm-Co/ZnO界面http://www.999magnet.com/的退火结果显示,200℃的退火导致了ZnO衬底峰的加强,并且在室温到300℃之间的退火并没有导致明显的Co-ZnO之间的氧化-还原反应,Co在300℃之后逐渐由金属态氧化为Co2+。一系列的RPES结果显示,Co与ZnO的界面作用主要形成了Eb=2.0eV,11.0eV和3.4eV,6.8eV两组峰结构,这两组峰可能分别起源于CoO的3d6和3d7L电子态与磁性掺杂相Znl-xCoxO的3d6和3d7L电子态。对不同Co覆盖度下的Zn3d部分电子产额谱(PEYS)研究显示, Co的出现也导致了ZnO导带结构发生了改变,形成了可能起源于Zn1-xCoxO磁性掺杂相的边前峰结构。对退火过程中Co/ZnO的价带研究发现,600℃的退火温度可以大大促进Eb=3.4eV峰的增强,反映了此温度下可能更适合Co掺杂相的形成。
学位年度:2010

几种纳米复合薄膜的制备、表征及应用研究

题名:几种纳米复合薄膜的制备、表征及应用研究
作者:陈扬
学位授予单位:兰州大学
关键词:纳米复合薄膜;;电泳沉积;;无电沉积;;光催化降解;;电子顺磁共振(EPR);;表面增强拉曼;;超疏水性能
摘要:
 本论文研究了TiO2／GE、树枝纳米Ag/Cu及Pd／Ag纳米复合薄膜材料的电化学制备方法、形貌分析及其在光催化降解、表面增强拉曼散射效应和超疏水性能等方面的应用,重点研究了半导体纳米TiO2对室内环境污染物甲醛的降解Magnetic lifter机理。应用阳极响应电流、阴极极化曲线、X-射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X光电子能谱(XPS)和拉曼光谱等技术研究所制得的纳米薄膜材料的性质与应用。论文主要内容包括：
 1.采用电泳沉积法分别在石墨电极(GE)和导电玻璃(ITO)表面沉积纳米YiO2,得到TiO2／GE薄膜电极和TiO2／ITO薄膜电极,并用X-射线粉末衍射(XRD)、场发射电镜(FE-SEM)及阳极响应电流试验对两种薄膜电极进行了表征分析。研究表明：和相同条件下制备的纳米TiO2／ITO电极相比,纳米TiO2／GE电极具有更强更稳定的光电流,能更有效地降低TiO2分子内光生电子与空穴的复合几率。通过对光催化降解酸性大红G的实验结果进一步证明,TiO2／GE电极对酸性大红的光催化降解效率更高,并可以重复利用。
 2.以纳米二氧化钛(TiO2)光催化降解甲醛,使用2-甲基-2-亚硝基丙烷(2-methyl-2-nitroso-propane, MNP)作为自旋捕截剂(spin trap, ST),研究了反应过程中的自由基中间体,得到了一种新的自旋加合物(spin adduct, ST-R)。电子顺磁共振(Electron Paramagnetic Resonance, EPR)的结果表明,甲醛在水溶液中降解的反应中间体为·CH(OH)2,并提出了一种新的降解机理。用Gaussian 98对自旋加合物的分子结构进行了几何优化计算,确定了其最稳定的构象,一些二面角的数据证明了EPR的实验结果。
 3.枝状分级的Ag纳米晶通过简单的置换反应制备,即AgNO3溶液与电沉积在ITO玻璃上的Cu微球间的化学反应得到。所制备树枝纳米Ag/Cu膜的组成、晶体结构及表面形貌分别由XPS、EDX、XRD及SEM表征。以罗丹明6G(R6G)为探针分子,表面增强拉曼散射光谱证明树枝纳米Ag/Cu膜具有很高的表面拉曼增强效应；经过十二硫醇的化学修饰,树枝纳米Ag/Cu膜表面呈现超疏水特性及低的接触角滞后性能。
 4.采用无电沉积的方法,分别以Ag和Pd催化晶籽层沉积Pd/Ag薄膜。薄膜的形态和组成分别用原子力显微镜(AFM)和X光电子能谱(XPS)表征。实验表明Ag晶籽不能催化Pd纳米粒子的沉积,得到的只是纯Ag,而非Pd/Ag合金；Pd晶籽却http://www.999magnet.com/能催化Ag纳米粒子的沉积,得到的是Pd/Ag合金。同时,Ag纳米粒子在Pd晶籽上的沉积速率比在Ag晶籽上的快得多。以所制得的薄膜为工作电极,在暗态条件下测其阴极极化曲线,考察了析氢反应情况。
学位年度:2010

姿控飞轮摩擦学系统关键技术研究

题名:姿控飞轮摩擦学系统关键技术研究
作者:黄敦新
学位授予单位:中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
关键词:姿控飞轮;;固-液复合润滑;;摩擦;;寿命;;分子流;;Si_3N_4混合陶瓷轴承;;失效
摘要:
 本文从卫星对其姿控飞轮性能更高地要求出发,对影响姿控飞轮轴系性能的关键问题进行研究,以期获得长寿命、高性能和高可靠性的摩擦学系统,进而提高卫星寿命和控制精度。
 针对飞轮润滑系统采用油润滑时低速性能差、转速范围窄,而固体润滑寿命短、摩擦系数大等问题,提出采用固-液复合润滑技术为轴Magnetic lifter承提供润滑以改善其在启动和低速状态的性能,并实现其低摩擦、宽转速和精确控制等目标。
 基于液体润滑理论及固体润滑技术,结合摩擦学和界面化学研究固-液复合润滑的可行性;并从材料学、摩擦学、界面化学及流体力学等学科交叉融合的角度,采用理论分析和实验相结合的研究方法分析固-液复合润滑系统的摩擦磨损性能和机理。首先建立了固-液复合润滑在零速启动、边界润滑、混合润滑及弹流润滑摩擦模型,并对各状态下的减摩机制进行研究;并建立球-盘式摩擦学试验系统,先后完成对磁控溅射MoS2膜和化学气相沉积DLC膜的摩擦和磨损试验,从试验角度研究润滑条件、速度和载荷对其摩擦学特性的影响,进而分析膜层减摩机制和耐磨特性,从而为固-液复合润滑的应用提供理论和实验依据。
 理论和试验结果表明:固-液复合润滑能有效改善摩擦副润滑性能,在零速启动、边界润滑、混合润滑或弹流润滑等各状态下的摩擦系数均得到有效降低,零速启动和低速时性能的改善可提高飞轮的可靠性和控制精度,而中高速时摩擦的改善要有效降低飞轮功耗,延长卫星寿命。由于MoS2膜的减摩效果优于DLC膜,其在提高飞轮过“零”性能和提高低速控制精度等方面更具有优势,但MoS2膜在有液体润滑剂的条件下耐磨性能磨损寿命明显降低;DLC膜在有液体润滑剂时的磨损寿命反而提高,能更长久发挥固-液复http://www.999magnet.com/合润滑性能的优势,对降低飞轮电机功耗、延长卫星寿命具有重要意义。
 为研究润滑剂空间挥发损失及其对轴系润滑寿命的影响,建立了飞轮轴系润滑系统油气分子物理循环模型,并完成模拟真空条件下润滑油的挥发试验;通过理论和试验结果的对比分析,提出降低轴系流导,减少润滑油的挥发损失率,对提高轴系润滑寿命具有重要意义。
 通过干摩擦条件下的运转试验和对电流特性和摩擦表面形貌的分析,研究润滑不良时氮化硅陶瓷球混合轴承的临界失效特性,对分析飞轮轴系临界性能具有重要意义。
学位年度:2010

光敏量子点与太阳能电池的第一性原理研究

题名:光敏量子点与太阳能电池的第一性原理研究
作者:郭震宇
学位授予单位:中国科学技术大学
关键词:量子点材料:6698,纳米晶:5249,太阳能电池:4134,宏观量子效应:1598,去相干:1234,量子尺寸效应:1223,纳米团簇:1012,第一性原理:792,纳米颗粒:661,有机光伏电池:630,金属纳米粒子:604,电子转移过程:581,等离子激元:537,电荷转移:501,颗粒尺寸:495,驰豫时间:487,复合体系:472,贵金属:421,表面效应:387,金属粒子:373
摘要:
 量子点,又可称为纳米晶,通常是一种由Ⅱ族,Ⅲ-Ⅴ族元素以及过渡金属组成的纳米颗粒。量子点的粒径一般介于2-10 Nm之间,稳定、溶于水。Magnetic lifter目前研究较多的是贵金属量子点Au,Ag等,半导体量子点,如TiO2、CdS、CdSe等。近来,量子点由于其独特的性质越发受到人们的重视,其研究内容涉及到化学、物理、生物、材料等多学科,已经成为一门新兴的交叉学科。量子点独特的性质主要基于它自身的量子效应。当颗粒尺寸进入纳米量级时,尺寸的限制将引起量子限域效应、尺寸效应、宏观量子效应和表面效应。从而派生出纳米体系具有不同的低维物性,因而展现出诸多不同于宏观材料的物理与化学性质,这在非线性光学、光伏材料,磁介质、光催化、医药等方面有着极具潜力的应用价值。
 有机光伏电池是一种用有机材料制成的太阳能电池,主要由导电的有机聚合物或者小的有机分子组成。它具有成本低的特点,且有许多优良的特性,如柔性,异成膜等。有机分子的光吸收系数很高,因此少量的材料便可以吸收大量的光能。它主要的缺点是目前开发的产品效率较低,但它却有较高的理论光电转化率,很有研究价值与潜力。
 在第一章中,我们简单的介绍了密度泛函理论的框架,从最初的Thomas-Fermi模型到Hohenberg-Kohn定理,再到Khon-Sham方程。相应的含时密度泛函理论,从Runge-Gross定理到含时的Kohn-Sham方程,我们都做了系统的介绍,在此基础上,我们还介绍了时域下通过传播密度矩阵来求解含时的Kohn-Sham方程。最后,我们介绍了最小开关的Surface Hopping方法,以及线宽理论。
 第二章中,我们研究了银量子点的电声耦合动力学。银量子点作为一种贵金属,具有特别的局域表面等离子共振现象。其均匀共振线宽主要由去相干／去相位时间与激发态寿命(即驰豫时间)共同决定。我们首先研究了声子诱导的等离子激元去相干作用。结果表明等离子激发中电声耦合导致的去相干是总的去相干作用中重要的组成部分。较小的银纳米晶,其声子诱导的等离子激发去相干时间更短。此外,温度对去相干的影响较大,低温时的声子运动不活跃,因此其诱导的去相干较为不明显。接下来,结合最小开关的surface hopping与含时Kohn-Sham方法,我们研究了银量子点等离子激发态的电声驰豫动力学。通过模拟得到一系列等离子激发态的驰豫时间在500至1800 fs之间。其中,低能激发要快于高能激发的驰豫时间,这和超快光谱得到的实验结果基本一致。
 在第三章中,我们研究了染料敏化太阳能电池中染料-纳米晶界面间的电荷转移动力学。首先,运用时域中传播密度矩阵解含时Kohn-Sham方程的方法,我们研究了三种染料-TiO2纳米晶复合体系。电子动力学模拟得到的结果表明,从激发态染料分子向二氧化钛转移的过程很快,只有几个飞秒,这很好的符合实验测量的结果。同时,我们发现,当纳米晶尺寸很小时,电子转移的尺寸效
 应更加明显。而当尺寸增大时,其量子尺寸效应迅速的降低。第二部分,我们运用非绝热的分子动力学方法,研究了小尺寸alizarin敏化的TiO2纳米晶界面间的多指数电子转移过程。这种多指数的电子转移主要来源于纳米晶导带的能级分立,因而导致了绝热与非绝热机理共同作用于电子转移过程。此外,该体系具有很慢的电子反向转移过程。这部分理论研究为提高太阳能电池的效率提供了一定的指导意义。
 最后,运用量子化学方法,我们还研究了一类有机多聚体异质结,BBL-P3HT与TB1-P3HT的电子结构和光谱。研究结果表明这类异质结的吸收光谱同时覆盖了可见与红外波段,这体现了他们具有良好的采光特性。此外,两者的光活性激http://www.999magnet.com/发态都有着显著的电荷分离现象,这表明其光激发态更倾向形成分离的电荷,而不是形成激子,这有可能会克服光伏材料中普遍存在的激子瓶颈问题。
学位年度:2010

高温超导块体材料的取向外延生长及微结构控制的研究

题名:高温超导块体材料的取向外延生长及微结构控制的研究
作者:孙立杰
学位授予单位:上海交通大学
关键词:高温超导;;外延生长;;取向;;热稳定性
摘要:
 高温超导体(HTSC)自从被发现以来,其优异的性能和潜在的应用前景就一直受到科学界的广泛关注。由于结构上存在强烈各向异性,而且内部钉扎中心的存在也对超导性能有关键的影响。因此要得到具有高性能的高温超导材料,取向生长以及微结构控制的研究是必不可少的。通过控制高温超导材料的微观结构,可以Magnetic lifter有效改善内部磁通钉扎中心的尺寸与分布,减少弱连接的产生,提高临界电流密度。在众多种类的高温超导材料中,RE1Ba2Cu3O7 (REBCO, RE123,其中RE包括Y元素和Sm, Nd, Gd等稀土元素)系列高温超导块体材料因为具有生长方法简单,取向控制容易,临界电流密度大,冻结磁场强度高等特点而被广泛研究。在应用方面,REBCO块体材料具有潜在的实用价值。相比于YBCO, SmBCO和NdBCO具有更高的超导转变温度(Tc)以及强磁场下更高的临界电流密度值,因此更值得去开展研究。在块材的生长制备过程中,依然面临着一些困难：首先是缺乏合适的籽晶；其次是钉扎中心的改善；再者就是在生长中由于RE元素对Ba元素的替代而导致非超导固溶相的出现。本论文的主要科学意义在于从外延取向控制以及微观结构调整两方面,讨论了控制生长高性能SmBCO/NdBCO块材的手段及方法。在几年的研究学习过程中,本人主要取得了以下几项成果：
 一、研究NdBCO薄膜作为籽晶在块材生长中的过热特性以及应用。
 在块材生长中,YBCO薄膜作为籽晶显示出了过热的特性。NdBCO因为具有和YBCO相似的晶格结构及化学特性,有理由相信NdBCO薄膜应该也具有过热的特性。我们用NdBCO薄膜作为籽晶成功的用熔融织构法生长出NdBCO块体材料。经过分析,我们认为薄膜籽晶的高热稳定性可能和熔体内Nd元素的高饱和度,熔体中的Ba/Cu比例组分,以及薄膜表面晶粒在熔体中的粗化效应有关。研究中我们还发现,薄膜的结晶度对于薄膜籽晶的过热度有明显的影响,具有高结晶度的NdBCO薄膜由于界面能低,因此具有更高的热稳定性。考虑到NdBCO在整个REBCO系统中具有最高的包晶反应温度(Tp),因此NdBCO薄膜籽晶的使用,不仅解决了NdBCO/SmBCO块材生长中缺少合适籽晶的问题,更可以作为一种普适的籽晶选择来生长所有系列的REBCO块材。
 二、原位观察研究Sm2BaCu05(Sm211)晶须在高温下发生的的相外延关系
 利用高温金相显微镜(HTOM),我们用Sm211晶须的(010)面作为基板研究了Sm-Ba-Cu-0系统在不同热平衡温度下的相外延关系。在1100℃时,我们发现了一种微小针状相在Sm211晶须基板上的外延。通过XRD及EDS的分析,我们证实了该针状相为Sm2Ba4Cu2O9 (Sm242)相。我们认为富钡的Sm242相能够在晶须上保持亚稳态的存在,是因为外延界面的形成以及Sm242相的尺寸。当温度从高温缓降到1050℃时,我们观察到了Sm123晶粒开始在晶须表面上的外延形核。外延的Sm123和Sm211之间显示出了0°和45°两种不同的面内取向。当温度重新上升到1085℃时,发现0°晶粒在1055℃就出现熔化,而45°晶粒直到1085℃才熔化,说明45°晶粒和Sm211晶须有更好的晶格匹配,因此具有更高的热稳定性。经过晶格适配的计算以及前述的结果,我们进一步提出了Sm123与Sm242之间也可能存在外延关系。
 三、研究富钡Sm242相的添加对生长高质量Sm123块体材料的影响。
 组分控制是抑制SmBCO块材生长中Sm和Ba的替代,避免固溶体形成的有效方法。在本工作中,通过添加富钡的Sm242相,成功在空气中用熔融织构法生长出了具有高超导性能的Sm123超导块材。在生长过程中,我们使用了具有过热特性的SmBCO以及NdBCO薄膜作为籽晶来控制块材的外延取向。通过分析并优化Sm242相的添加量,我们获得了具有94K的高临界温度和小于1K的临界转变宽度(△Tc)的SmBCO块材。这是目前在空气中生长的同类样品中所获得的最高Tc值。在测量样品的临界电流密度时,我们观察到了一个相对较强的第二峰,这个第二峰的出现可能是由于Sm123内形成的组分涨落形成http://www.999magnet.com/的。此外,由于Sm242相的添加,块材中Sm211非超导相和熔体中的界面能发生了改变,在块材内的尺寸和分布也有相当的改善。
 本论文的工作,为REBCO高温超导块体材料的取向控制和微结构控制提供了新的思路和方法,并希望在将来能够实现大尺寸高性能高温超导块材的制备,以适应实际应用中的需要
学位年度:2010

纳米粒子增强碳酸氢盐—过氧化氢化学发光反应过程研究

题名:纳米粒子增强碳酸氢盐—过氧化氢化学发光反应过程研究
作者:陈惠
学位授予单位:北京化工大学
关键词:过氧碳酸盐;;化学发光机理;;量子点;;自由基捕获
摘要:
 化学发光分析方法具有灵敏度高、线性范围宽、仪器简单、廉价等优点,在化学、生物、环境等领域得到了广泛的应用。化学发光的瞬时性与活性氧化合物的短寿命相结合具有很好的研究前景。过氧碳酸盐具有较强的氧化性、反应活性和不稳定性,容易分解产生发光现象。本论文研究了过氧碳酸盐的化学发光分解机Magnetic lifter理及其在纳米粒子作用下的增强型化学发光反应机理,并且将这些新发光体系应用于实际样品分析。具体内容分述如下：
 1、综述了化学发光基本原理,活性氧的种类、来源和检测方法,过氧化合物化学发光体系包括过氧化氢、过氧硝酸、过氧硫酸盐和过氧碳酸盐的形成和重要性,以及量子点(Quantum Dots, QDs)的性质、制备方法和纳米材料在化学发光体系中的应用现状。
 2、量子点因其独特的光学和电学性质,吸引了众多关注,近年来在不同领域获得了广泛的应用。在碱性介质中,碳酸氢盐与过氧化氢在线反应生成过氧碳酸盐(HCO4-), HCO4-不稳定分解可以产生微弱的化学发光。将水相法合成的CdTe QDs应用于该发光体系可以明显增强化学发光强度。考察了溶液pH值、量子点大小和浓度对体系发光的影响,并借助各类自由基捕获试剂实验、电子自旋共振技术、紫外可见吸收光谱和荧光光谱等方法对生成的活性氧化合物进行表征,从多方面研究了过氧碳酸盐与量子点的化学发光机理。
 3、通常条件下制备的量子点,表面存在许多缺陷,这些表面缺陷容易在能量禁阻的带隙中引入很多表面态,捕获电子或空穴,严重影响量子点的光学和电学性质。因此,钝化量子点的表面缺陷,消除非辐射弛豫途径和防止光化学腐蚀对于获得高荧光产率的量子点非常重要。可以使用有机溶剂或者更宽带隙的半导体材料作为表面修饰物,包覆小带隙的半导体微粒,形成核壳结构,从而减少量子点表面缺陷。本部分以巯基乙酸为稳定剂,水相法合成核壳结构CdSe/CdS QDs。将CdSe/CdS QDs应用于碳酸氢盐与过氧化氢化学发光体系,建立起优化的量子点增强型化学发光新体系,研究该体系发光的各种影响因素,并讨论了体系的发光机理。光辐射来源于CdSe/CdS QDs的1Se-1Sh轨道传递辐射,·02-和·OH自由基在发光过程中起着关键作用。抗坏血酸对该体系发光有猝灭作用,基于此现象建立了流动注射化学发光分析方法测定人血清中抗坏血酸,方法线性好,灵敏度高,检测结果与文献报道方法相关性好。
 4、碳微球和碳纳米球是一类球形碳材料,具有良好的化学稳定性、热稳定性和优良的导电、导热等特性。纳米结构的球形碳材料具有广泛的应用前景,成为近年来研究的热点。通过葡萄糖水热法制备的碳纳米球单分散性好,利用其表面的多功能基团可以组装上贵金属纳米颗粒、氧化物纳米颗粒和半导体量子点从而使其具备特殊的催化、磁、电、光和光电性质。我们采用葡萄糖水热法合成碳纳米球,并对其结构和表面官能团进行表征。将碳纳米球应用于碳酸氢盐与过氧化氢化学发光体系,能够明显增强化学发光信号。探讨了碳纳米球增强发光的可能机理,并优化反应条件,建立了测定过氧化氢的流动注射化学发光分析方法,应用于自来水和雪水中过氧化氢的检测,方法灵敏度高,选择性好。
 5、高锰酸钾是一种强氧化剂,目前酸性条件下的高锰酸钾化学发光体系研究比较多。将高锰酸钾引入碳酸氢盐与过氧化氢化学发光体系,目的研究HCO4-在强氧化剂存在条件下的形成和化学发光分解机理,同时也对高锰酸钾在碱性条件下的发光机理研究起到辅助作用。研究发现KMnO4参与的NaHCO3-H2O2体系化学http://www.999magnet.com/发光明显增强,考察了不同表面活性剂和自由基捕获剂对体系发光强度的影响,进一步研究该体系发光机理。推测氧分子二聚体和二氧化碳二聚体为该体系发光体,体系化学发光光谱在440 nm和634 nm处有发射峰。同时通过荧光光谱、紫外吸收光谱和化学发光光谱研究发现罗丹明B和荧光素钠等荧光试剂与NaHCO3-H2O2-KMnO4体系之间存在能量转移现象。
学位年度:2010

稀土金属构筑的有机—无机多金属氧酸盐及过渡金属取代的夹心型锗钼酸盐的合成、结构及性质研究

题名:稀土金属构筑的有机—无机多金属氧酸盐及过渡金属取代的夹心型锗钼酸盐的合成、结构及性质研究
作者:李素芝
学位授予单位:河南大学
关键词:多金属氧酸盐:6724,过渡金属:4106,杂多阴离子:3678,稀土金属:3383,三斜晶系:2156,钼酸盐:1413,空间群:1146,一维链状结构:1069,羧酸配体:860,吡啶二羧酸:837,晶体结构:754,配离子:678,EFISPS:631,合成法:501,夹心型:479,表面光电压:382,桥联:351,荧光性质:277,性质表征:266,有机-无机:264
摘要:
 全文共分两部分。第一部分通过Rare earth magnets分子设计与组装,利用稀土金属和羧酸配体的参与,采用常规水溶液合成法制备了15例新型稀土金属构筑的有机-无机多金属氧酸盐,并对它们的晶体结构、谱学性质(IR、UV、XRD)、热性质(TG)、荧光性质进行了表征和研究。
 I.稀土金属构筑的具有三维框架结构的有机-无机多金属氧酸盐。结构解析表明化合物1~9基本同构,它们均是由Keggin阴离子[SiW_(12)O_(40)]4–作为模板形成的三维框架结构。荧光测试表明,化合物9具有明显的红色荧光。
 1. [Tm(pydc)(H_2O)_3]_4[SiW_(12)O_(40)]·4H_2O:四方晶系,I4(1)/a空间群,a = 21.751(3) (A|·), b = 21.751(3) (A|·),c = 16.1438(15) (A|·),V = 7637.7(17) (A|·)3,Z = 4,R1 = 0.0320,wR 2 = 0.0700。
 2. [Y(pydc)(H_2O)_3]_4[SiW_(12)O_(40)]·4H_2O:四方晶系,I4(1)/a空间群,a = 21.8154(9) (A|·), b = 21.8154(9) (A|·),c = 16.1967(12) (A|·),V = 7708.2(7) (A|·)3,Z = 4,R1 = 0.0489,wR 2 = 0.1232。
 3. [Tb(pydc)(H_2O)_3]_4[SiW_(12)O_(40)]·4H_2O:单斜晶系,C2/c空间群,a = 30.629(9) (A|·),b = 16.224(4) (A|·),c = 21.792(6) (A|·),β= 134.334(7)°,V = 7746(4) (A|·)3,Z = 4,R1 = 0.0710,wR2 = 0.1822。
 4. [Dy(pydc)(H_2O)_3]_4[SiW_(12)O_(40)]·4H_2O:四方晶系,I4(1)/a空间群,a = 21.776(4) (A|·), b = 21.776(4) (A|·),c = 16.138(5) (A|·),V = 7653(3) (A|·)3,Z = 4,R1 = 0.0707,wR 2 = 0.1838。
 5. [Gd(pydc)(H_2O)_3]_4[SiW_(12)O_(40)]·4H_2O:单斜晶系,C2/c空间群,a = 30.487(2) (A|·),b = 16.3460(9) (A|·),c = 21.8505(13) (A|·),β= 134.24°,V = 7801.6(8) (A|·)3,Z = 4,R1 = 0.0518,wR2 = 0.1227。
 6. [Pr(pydc)(H_2O)4]4[SiW_(12)O_(40)]·4H_2O:四方晶系,I4(1)/a空间群,a = 21.9314(10)(A|·),b = 21.9314(10) (A|·),c = 16.7059(15) (A|·),V = 8035.3(9) (A|·)3,Z = 4,R1 = 0.0309,wR 2 = 0.0669。
 7. [La(pydc)(H_2O)4]4[SiW_(12)O_(40)]·4H_2O:四方晶系,I4(1)/a空间群,a = 21.9285(8) (A|·), b = 21.9285(8) (A|·),c = 16.7265(12) (A|·),V = 8043.1(7) (A|·)3,Z = 4,R1 = 0.0247,wR 2 = 0.0521。
 8. [Sm(pydc)(H_2O)4]4[SiW_(12)O_(40)]·4H_2O:四方晶系,I4(1)/a空间群,a = 21.685(5) (A|·), b = 21.685(5) (A|·),c = 16.470(7) (A|·),V = 7745(4) (A|·)3,Z = 4,R1 = 0.0311,wR 2 = 0.0726。
 9. [Eu(pydc)(H_2O)4]4[SiW_(12)O_(40)]·4H_2O:四方晶系,I4(1)/a空间群,a = 21.7777(7) (A|·), b = 21.7777(7) (A|·),c = 16.4167(10) (A|·),V = 7785.9(6) (A|·)3,Z = 4,R1 = 0.0300,wR 2 = 0.0714。
 II.稀土金属构筑的具有二维层状结构的有机-无机多金属氧酸盐。在化合物10中,杂多阴离子[SiW_(12)O_(40)]4–通过端氧原子连接稀土配离子,形成具有(4, 4)–连接的二维拓扑结构。
 10. [Y(pydc)(H_2O)3]2H2[SiW_(12)O_(40)]·4H_2O:正交晶系,Pnma空间群,a = 25.792(2) (A|·), b = 16.3573(13) (A|·),c = 13.6352(11) (A|·),V = 5752.5(8) (A|·)3,Z = 4,R1 = 0.0415,wR 2 = 0.0878。
 III.稀土金属构筑的具有一维链状结构的有机-无机多金属氧酸盐。在化合物11和12中,稀土离子通过3, 4–吡啶二羧酸配体的桥联作用形成一维链状结构,杂多阴离子又通过弱的K–O键与稀土配离子链相连构成二维层。
 11. {[Pr(H_2O)3][K(H_2O)2](pydc)2}2H4[SiW_(12)O_(40)]·2H_2O:三斜晶系,P–1空间群,a = 10.8200(11) (A|·),b = 11.1094(12) (A|·),c = 16.9290(17) (A|·),α= 80.845(2)°,β= 79.699(2)°,γ= 61.9120(10)°,V = 1759.7(3) (A|·)3,Z = 1,R1 = 0.0464,wR 2 = 0.1150。
 12. {[Nd(H_2O)3][K(H_2O)2](pydc)2}2H4[SiW_(12)O_(40)]·2H_2O:三斜晶系,P–1空间群,a = 10.848(3) (A|·),b = 11.156(3) (A|·),c = 16.983(4) (A|·),α= 80.890(4)°,β= 79.719(4)°,γ= 62.013(3)°,V = 1779.2(7) (A|·)3,Z = 1,R1 = 0.0494,wR 2 = 0.1218。
 IV.稀土金属构筑的具有孤立结构的有机-无机多金属氧酸盐。在化合物13~15中,杂多阴离子[PMo12O40]3–与稀土配离子通过静电引力作用相结合。
 13. [Pr(pydc)(H_2O)6]2H[PMo12O40]·4H_2O:四方晶系,I4(1)/a空间群,a = 15.2194(11) (A|·),b = 15.2194(11) (A|·),c = 28.481(4) (A|·),V = 6597.1(12) (A|·)3,Z = 4,R1 = 0.0673,wR 2 = 0.1673。
 14. [Nd(pydc)(H_2O)6]2H[PMo12O40]·4H_2O:四方晶系,I4(1)/a空间群,a = 15.3257(14) (A|·),b = 15.3257(14) (A|·),c = 28.485(5) (A|·),V = 6690.5(14) (A|·)3,Z = 4,R1 = 0.0454,wR 2 = 0.1181。
 15. [Tb(pydc)(H_2O)6]2H[PMo12O40]·4H_2O:四方晶系,I4(1)/a空间群,a = 15.2768(16) (A|·),b = 15.2768(16) (A|·),c = 28.337(6) (A|·),V = 6613.2(17) (A|·)3,Z = 4,R1 = 0.0612,wR 2 = 0.1623。
 第二部分通过分子设计与组装,利用简单原料代替缺位杂多钼酸盐前驱体,采用常规水溶液合成法、扩散法和水热技术制备了6例过渡金属取代的夹心型锗钼酸盐,并对它们的晶体结构、谱学性质(IR、UV、XRD、XPS)、热性质(TG)、表面光电压(SPS)、磁性质进行了表征和研究。
 I.过渡金属取代的双核夹心型锗钼酸盐。SPS和EFISPS测试表明化合物16表现出了n-型半导体特性,磁性测试表明化合物16显示了反铁磁性相互作用。
 16. [Na12(H_2O)36][Cu2(β–Y–GeMo9O33)2]·3H_2O :三斜晶系, P–1空间群, a = 13.2369(8) (A|·),b = 13.5286(8) (A|·),c = 16.6405(13) (A|·),α= 73.2850(10)°,β= 66.56°,γ= 60.71°,V = 2368.4(3) (A|·)3,Z = 1,R1 = 0.0327,wR 2 = 0.0862。
 17. [N(CH3)4]4[Na6(H_2O)24][Cr2(β–Y–GeMo9 O33)2]·7H_2O:三斜晶系,P–1空间群,a = 13.3571(12) (A|·),b = 13.5019(12) (A|·),c = 18.4660(17) (A|·),α= 76.9310(10)°,β= 77.5830(10)°,γ= 61.0300(10)°,V = 2816.3(4) (A|·)3,Z = 1,R1 = 0.0249,wR 2 = 0.0745。
 18. [Cu(en)2]2[Cu(en)2(H_2O)]2{[Cu(en)2]2[Cu2(β–Y–GeMo9O33)2]}·8H_2O:三斜晶系,P–1空间群,a = 13.0503(14) (A|·),b = 14.0662(15) (A|·),c = 17.4386(19) (A|·),α= 79.750(2)°,β= 73.805(2)°,γ= 64.567(2)°,V = 2770.0(5) (A|·)3,Z = 2,R1 = 0.0506,wR 2 = 0.1398。
 II.过渡金属取代的四核夹心型锗钼酸盐。SPS和EFISPS测试表明化合物19表现出了n-型半导体特性,磁性测试表明化合物19表http://www.chinamagnets.biz/现出了铁磁性相互作用。
 19. [Na11(H_2O)25]H[Ni4(H_2O)2(α–B–GeMo9O34)2]·6H_2O:三斜晶系,P–1空间群,a = 11.6135(8) (A|·),b = 12.8737(9) (A|·),c = 17.1160(17) (A|·),α= 97.3750(10)°,β= 107.0050(10)°,γ= 111.6240(10)°,V = 2193.2(3) (A|·)3,Z = 1,R1 = 0.0332,wR 2 = 0.0911。
 20. [Na11(H_2O)25]H[Mn4(H_2O)2(α–B–GeMo9O34)2]·6H_2O:三斜晶系,P–1空间群,a = 11.6756(10) (A|·),b = 12.9056(11) (A|·),c = 17.3437(15) (A|·),α= 97.3770(2)°,β= 106.8390(10)°,γ= 111.8450(10)°,V = 2238.1(3) (A|·)3,Z = 1,R1 = 0.0547,wR 2 = 0.1338。
 21. [Na11(H_2O)25]H[Co4(H_2O)2(α–B–GeMo9O34)2]·6H_2O:三斜晶系,P–1空间群,a = 11.584(3) (A|·),b = 12.856(4) (A|·),c = 17.173(7) (A|·),α= 97.380(6)°,β= 106.906(6)°,γ= 111.713(4)°,V = 2191.7(13) (A|·)3,Z = 1,R1 = 0.0601,wR 2 = 0.1672。
学位年度:2010

铈基催化剂上一氧化碳氧化反应机理的研究

题名:铈基催化剂上一氧化碳氧化反应机理的研究
作者:刘懿
学位授予单位:华东理工大学
关键词:氧化铈;;反应机理;;掺杂;;晶格氧;;氧空穴
摘要:
 汽车尾气中排放的一氧化碳(CO)是一种对人体健康有巨大危害的有毒气体。将CO转变为相对无害的二氧化碳(CO2)是减少CO危害的有效方法。由于催化氧化能够降低CO的氧化温度,因此它作为一种节能环保的技术而得到了普遍关注。氧化铈由于其独特的储放氧性能而被广泛应用于CO氧化催化剂中。但是,氧化铈的活性和热稳定性有限。很多研究表明向氧化铈中掺杂其它元素能显著提高氧化铈的氧化性能。同时,氧化铈和铈基氧化物不仅自身表现出较好的CO氧化性能,作为贵金属催化剂的载体Rare earth magnets,也能够极大地促进贵金属催化剂的活性,因此引起了研究者对铈基催化材料的广泛关注,并且有很多工作致力于研究如何进一步提高铈基催化剂的氧化活性。尽管很多研究者对影响铈基催化剂CO氧化性能的因素进行了研究,但对影响铈基催化剂CO氧化活性的关键因素仍然不明确。
 对铈基催化剂催化作用的理解,离不开对反应机理的认识,特别是对反应机理中控速步骤的研究能够更有效地提高催化剂的性能。目前,对铈基催化剂上CO氧化反应的机理仍不明确,还需要更多系统的研究工作为设计催化剂提供思路。因此,本课题结合对反应机理的研究和对催化剂构效关系的认识,提出了影响铈基氧化物的CO氧化性能的关键因素,并提出了提高催化剂性能的潜在可行方法。本课题的主要研究内容和结果如下：
 首先,为理解氧化铈催化活性的来源,并为提高氧化铈的催化活性提供思路,对氧化铈上CO氧化机理和影响氧化铈CO氧化活性的关键因素进行了研究。分别采用尿素水热法(Hydrothermal)和柠檬酸溶胶-凝胶法(Citric Acid)制备了两种氧化铈,并按制备方法命名为HY和CA。动力学研究表明在两种氧化铈上CO氧化反应中,晶格氧提取是控速步骤。这一控速步骤受催化剂活性晶格氧量和氧迁移速率的影响。进一步研究表明,活性晶格氧量和氧迁移速率分别与催化剂的比表面积和氧空穴数量有关。HY由于具有较高的比表面积和较多的表面氧空穴而加速了其上控速步骤的反应速度,从而显示了较好的CO氧化性能。
 其次,以氧化铈为载体的催化剂被报道因积碳产生而失活。为了抑制氧化铈上CO歧化反应导致的积碳,对还原的氧化铈上CO歧化反应机理进行了研究。脉冲和热分析实验结果表明在还原的氧化铈表面会发生CO歧化反应,并且该反应是可逆的。原位红外光谱表明在CO歧化的正、逆反应中,不对称的无机羧酸盐物种是关键性反应中间物种。同时,原位红外光谱表明Ce3+离子上C-O键的振动频率低于Ce4+离子上的C-O键振动频率,这表明还原的氧化铈能够削弱吸附在其上的CO分子的C-O键。顺磁共振实验结果表明随着还原程度增加,氧化铈上的未成对电子增加。这些未成对电子会反馈到CO上削弱C-O键,并导致CO歧化反应的发生。
 同时,为了进一步提高氧化铈的CO氧化性能,很多研究者对氧化铈进行了掺杂改性。Cu掺杂的铈基氧化物(CeCu)由于其优异的CO氧化性能得到了广泛关注。但是,目前对于影响CeCu催化剂的催化活性的关键因素仍然不明确。因此,本实验中制备了不同Ce/Cu比的CeCu催化剂来研究其上的CO氧化反应机理。实验结果表明,这些催化剂的CO氧化性能主要受催化剂活性晶格氧量的影响,这是由于动力学研究结果表明CeCu上的CO氧化反应遵从Mars-van Krevelen机理,并且晶格氧提取是该反应的控速步骤。因此,催化剂上活性晶格氧量通过影响晶格氧提取而影响催化剂活性。对催化剂结构的研究表明,催化剂中Cu掺杂形成的固溶体是活性晶格氧的来源。越多固溶体生成,催化剂的CO氧化活性越好。
 此外,为了进一步验证晶格氧量对于铈基催化剂催化性能的影响,选取了一系列元素M(M=Cu、Ti、Zr和Tb)对氧化铈进行掺杂。同位素氧示踪实验和动力学研究结果表明,在这些催化剂上的CO氧化反应服从Mars-van Krevelen机理,且晶格氧提取是CO氧化中的控速步骤。实验结果表明,CeM的CO氧化活性随CeM的活性晶格氧量增加而线性增加。同时,CeM的活性晶格氧量增加随M的Pauling电负性增加而线性增加。这些结果表明M的Pauling电负性通过调节铈基氧化物上的活性晶格氧量来影响催化剂的CO氧化性能。
 除了对氧化铈进行掺杂,在其上负载贵金属也是提高氧化铈CO氧化性能的一个有效手段。为了研究影响Pt/CeO2催化剂CO氧http://www.chinamagnets.biz/化活性的关键因素,分别以水热法和沉淀法制备了两种氧化铈载体,分别命名为HY和PR。对新鲜的和预还原的Pt/HY和Pt/PR上的CO氧化反应机理研究表明,催化剂上的CO氧化主要服从Mars-van Krevelen机理,且CO活化是反应中控速步骤。同时,研究表明还原态Pt的存在能显著提高催化剂活化CO的能力。对载体结构的研究表明,HY载体表面由于具有较高的氧空穴浓度而有利于其上负载的Pt以还原态存在,从而提高了催化剂的CO氧化活性。
 以上研究结果表明,铈基催化剂上活性晶格氧量和氧空穴浓度是影响其CO氧化性能的关键因素。对氧化铈进行掺杂改性能显著提高氧化铈的活性晶格氧量。掺杂元素的Pauling电负性越大,所形成的铈基氧化物上活性晶格氧量就越多,CO氧化活性也越好。另一方面,具有较高表面氧空穴浓度的氧化铈载体有利于提高Pt负载型催化剂的CO氧化性能。
学位年度:2010

吩噻嗪类药物与DNA相互作用及其电化学生物传感研究

题名:吩噻嗪类药物与DNA相互作用及其电化学生物传感研究
作者:魏旭
学位授予单位:南京理工大学
关键词:纳米金薄膜电极;;吩噻嗪类药物;;相互作用;;DNA;;电化学生物传感器
摘要:
 DNA电化学生物传感器是当今材料科学、生命科学、信息科学等学科交叉领域研究的热点
之一,因其简便、快捷、灵敏、价低等特点在基因工程、医疗诊断、新药筛选、药物作用机理、环
境监测、法医鉴定等领域得到Rare earth magnets广泛研究和应用。其中,DNA探针在电极表面的固定、DNA探针与目标
DNA杂交反应、电活性指示剂的选择是制备DNA电化学生物传感器的关键技术。本论文主要制备了
纳米金薄膜电极,考察了DNA在电极表面的自组装性能,系统研究了DNA与吩噻嗪类药物的相互作用,
主要研究内容如下：
 用磁控溅射法制备了纳米金薄膜电极,并采用扫描电子显微镜(SEM)、
电子能谱(EDS)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)等手段分析了不同工艺条件下制备的电极
形貌差异；用循环伏安(CV)和拉曼光谱对其电化学行为及HS-ssDNA自组装等性能进行了表征,并同
国外制作的电极进行比对。实验结果表明,金属过渡层不宜过厚,不超过50nm为宜；过渡层金属应
选择不与金发生互扩散的金属元素,否则,会影响电极电化学行为。
 在自制纳米金薄膜电极
上用自组装方法固定SH-ssDNA,并用X射线光电子能谱(XPS)、电化学交流阻抗法(EIS)和方波伏安
法(SWV)研究了SH-ssDNA在纳米金薄膜电极上的自组装、取向、表面覆盖率和杂交反应过程。探讨
了SH-ssDNA的组装时间、浓度和链长对其自组装的影响,自组装15h时Ret最大,表面覆盖率最高；
研究了SH-ssDNA的浓度、链长以及与互补DNA的杂交方式对杂交反应的影响,结果发现随着单链浓
度的增加,杂交后Ret的变化值逐渐降低。通过对阻抗谱数据模拟和分析,表明SH-ssDNA以垂直竖立
取向在金电极表面形成均匀致密单分子层,杂交效率与SH-ssDNA的覆盖率密切相关。
 用循
环伏安法和计时库仑法研究了盐酸氯丙嗪(CPZ)和盐酸异丙嗪(PZ)与修饰在金薄膜电极表面的单链
DNA (SH-ssDNA)和杂交后生成的双链DNA(dsDNA)的相互作用机理。实验结果表明CPZ和PZ与ssDNA
作用方式为静电吸附,CPZ与dsDNA作用方式也为静电吸附,而PZ与dsDNA之间既有静电吸附也存在嵌
插作用方式；并计算出http://www.chinamagnets.biz/faq.php电极表面扩散系数D,反应标准速率常数ks和电子转移系数α,与ssDNA、
dsDNA的结合常数K和结合比；热力学和动力学参数表明CPZ与ssDNA和dsDNA结合能力无显着差
异,PZ与ssDNA和dsDNA结合能力具有显着差异。
 借助2D NMR技术,分析了CPZ和PZ分子1H和
13C的NMR归属,并优化了CPZ和PZ分子结构模型,结合量化计算结果,研究了吩噻嗪类药物结构差异
对与DNA相互作用的影响。
 根据CPZ和PZ与DNA相互作用能力的差异,选取PZ作为DNA杂交
电化学活性指示剂构建新型DNA生物传感器,检测DNA杂交过程。分析扫描速率、pH值、离子强度对
盐酸异丙嗪在dsDNA/Au电极上电化学行为的影响；优化盐酸异丙嗪在dsDNA/Au上的富集条件。实
验结果表明,盐酸异丙嗪在dsDNA/Au电极上良好的电化学特性,用作DNA生物传感器电活性指示剂,
可识别ssDNA和dsDNA。基于PZ的DNA传感器对完全互补DNA序列表现出很好的灵敏性(检测限为3.8
×10-10 mol L-1),并对一个碱基错配DNA序列和非互补DNA序列具有一定的选择性。
学位年度:2010

ZnO薄膜的掺杂和光电性质研究

题名:ZnO薄膜的掺杂和光电性质研究
作者:孙利杰
学位授予单位:中国科学技术大学
关键词:氧化锌;;掺杂;;缺陷;;光学性质;;电学性质;;透明导电膜
摘要:
 氧化锌(ZnO)作为一种宽禁带半导体(3.37eV),具有较高的激子结合能60 meV在开发短波
长光电器件等诸多方面有着很大的应用潜力。然而,ZnO的实用化仍存在许多问题和困难,例如p型
ZnO的掺杂、同质p-n结的制备问题。同时,ZnO的一些基本问题如缺陷物理学、缺陷与发光的关系
、ZnO的导电机理等也显得十分重要,需Rare earth magnets要进行深入研究。本论文正是基于这样的背景,围绕着ZnO
的p型掺杂、缺陷物理与发光等问题,开展了如下工作。
 1.采用Ag掺杂技术生长了p型ZnO
薄膜,并制备了具有整流特性的同质p-n结。XRD测试表明所得薄膜结晶性质良好。对比分析了未掺
杂和Ag掺杂ZnO薄膜的低温(10K)光致发光谱,发现Ag的掺入使得光谱中出现了3.315 eV的新发光峰
,分析认为来自于Agzn中性受主束缚激子发射。霍尔效应测得掺Ag的氧化锌薄膜为p型,电阻率约
0.1Ωcm,迁移率约36 cm2／Vs,空穴浓度约1.7×1018cm-3。在此基础上制备了ZnO：Ag／Zn0的同
质结,Ⅳ测试显示了明显的整流特性,且反向漏电流很小。
 2.首次在实验上采用Ag-S双掺杂
的方法制备了p型ZnO薄膜。XRD和SEM测试表明,所得样品为c轴高度取向,且表面平整致密的ZnO薄
膜。XPS测试证实了Ag、S的有效掺入。通过对Ag3d的窄区扫描图分析发现样品中存在Agzn-nSo复
合缺陷。低温PL谱测试观测到了与该复合缺陷有关的A°X发射。计算得到其受主能级离价带顶158
meV,这比Agzn受主能级浅许多,表明Ag、S双掺能较好地解决Ag掺杂的深受主问题。制备了n-ZnO／
ZnO：(Ag,S)同质结,室温Ⅰ-Ⅴ测试表明,该结有良好的整流特性,证实Ag、S双掺的ZnO薄膜是p型
电导。
 3.通过高压和低压两种方法对ZnO单晶进行了Zn掺杂,研究了不同的实验条件下所得样品
的光学和电学性质。通过实验分析,证实了以下结论：1：Zn掺杂在ZnO单晶中形成锌间隙,是离化
能约为50meV的浅施主,大大提高了ZnO晶体中的电子浓度,是非故意掺杂ZnO的n型导电的主要来源
；2：锌间隙极大增强了ZnO紫外发光强度,在ZnO的室温紫外发光中起到了极大作用。
 4.通
过直流磁控溅http://www.chinamagnets.biz/faq.php射制备了ZnO薄膜,然后分别在N2、O2以及ZnO粉末覆盖后在1100℃下进行高温热处理
一个小时,得到了n型、p型和高阻三类导电类型的样品。XRD和AFM测试表明,所得样品的结晶质量
良好。利用XPS和PL研究了样品的成分和发光。研究发现,在N2气氛中高温热处理样品的n型导电,
主要来自于Zni缺陷,而在02气氛中高温热处理样品的p型导电来自于OZn缺陷。粉末覆盖后进行高
温热处理样品呈现高阻的原因,主要是相应的缺陷浓度的减小所致。
 5.利用化学气相淀积技
术在Si衬底上制备了光亮均匀的ZnO薄膜,对所得ZnO薄膜的结晶状况、形貌和光致发光特性进行了
表征与分析。在此基础上,通过Al元素掺杂,制备了AZO(ZnO：Al)透明导电膜。利用Hall测试方法
对AZO薄膜的载流子浓度、迁移率和电阻率进行了测试。在400-800 nm范围内所制备的AZO薄膜平
均透光率达到85%以上。
学位年度:2010

紧凑型低能高功率LINAC加速管及其同轴吸收负载的热特性研究

题名:紧凑型低能高功率LINAC加速管及其同轴吸收负载的热特性研究
作者:舒钊
学位授予单位:中国科学技术大学
关键词:同轴吸收负载;;直线加速器;;三维重构;;热变形;;谐振频率偏移;;冷却系
统;;Kanthal;;FeSiAl
摘要:
 近年来,低能高功率电子直线加速器在医疗,工农业,食品行业以及军事等领域得到越来越
广泛的应用,随着辐射加工产品的多样化、生产的异地化以及国家反恐任务中的复杂性和多样性,
对辐照装置的高功率、小型化Rare earth magnets和高机动性提出了迫切的需求。
 微波剩余功率吸收负载是加速器
必不可少的组成部分,传统的通过输出耦合器连接于加速管末端的干负载是使高功率直线加速器小
型化的主要瓶颈。本课题的主要任务就是探索和研究一种能够替代干负载的同轴负载结构,以使加
速器结构紧凑、横向体积小。同轴负载结构的实现可使聚焦线圈和加速管冷却系统的安装变得方
便,使束流品质得以提高。
 高功率直线加速器同轴吸收负载能否实现,有两个关键问题需
要解决：①找到高功率微波吸收材料并研究其在加速腔内壁的涂覆技术。②提出合理的同轴负载
冷却系统结构和系统参数设计方案,同时满足工程上的节能和低成本需求。
 本文重点解决
上述第二个关键问题。文中研究了加速管及其同轴吸收负载的热特性,并在此基础上,探求其最佳
冷却方法与冷却结构,以及最适吸波材料涂层分布,并对冷却系统参数进行优化设计。研究涉及机
械工学、传热学、电磁学和加速器物理与技术等学科领域。研究工作采用热-固-电磁场耦合的数
值仿真方法。
 为了研究加速腔体变形带来的频率偏移,首次将计算机辅助几何造型(CAGD)中的
三维重建方法运用于加速腔的耦合仿真分析之中。基于插值蒙皮理论,依据在热-固耦合数值仿真
中所获的有限元模型,反构出热变形后的加速腔体几何模型,使之能够导入到CST Microwave
Studio中进行电磁场分析http://www.chinamagnets.biz/faq.php。实现了异构平台上的加速腔体的结构-电磁场耦合分析,准确分析出腔
体热变形对其谐振频率的影响,为腔体的结构设计、同轴负载的冷却系统设计提供了可靠依据。

在此基础上,深入研究了加速管的温度分布、热变形分布以及腔体的谐振频率偏移分布与铜损功率
及其沿轴分布,以及冷却系统结构参数(冷却水道构型、通流截面、水流量、入水温度等)之间的关
系,获得了规律性认识。
 而后,提出了一种基于最小频率离散度的冷却参数的优化设计方法。通
过改变水流量和入水温度分别控制加速管各腔频率离散度和整体频率偏移量,实现了使加速管整体
频率偏移最小的目的。研究结果表明：相对于传统的基于温差控制的方法,该方法大大减小了冷却
水流量和水压差，能显著降低加速管冷却系统的投入成本和运行成本。
 接着分别研究了利用金
属型吸波材料——Kanthal合金和磁介质型吸波材料——FeSiAl烧结材料作为吸收介质的同轴负载
冷却策略,并研究了六腔同轴负载在不同剩余功率下不同水流量下的热特性。研究表明,Kanthal合
金涂层同轴负载,在水流量小于<3kg／s,入水温度高于20℃的要求下,只能吸收10kW的剩余功率。
而FeSiAl合金涂层同轴负载在相同的冷却参数下,能吸收20kW的剩余功率。
 论文最后对带
同轴负载的加速管的整体热特性进行了研究,结果表明加速段和同轴负载段分别冷却不但可大大提
高冷却效果,还可显著地节约资源。而分路冷却只会对加速段和同轴负载耦合处的腔体略有影
响。
 本文研究工作得到国家自然科学基金《加速器大功率同轴负载研制及高功率微波吸收材
料特性研究》(NO.10775128)的资助。
学位年度:2010

热光伏系统数值模拟及其光谱控制方法研究

题名:热光伏系统数值模拟及其光谱控制方法研究
作者:茆磊
学位授予单位:中国科学技术大学
关键词:热光伏;;系统效率;;输出电功率密度;;光谱控制;;透明导电氧化物;;一维光子晶体;;辐射
热阻网络法
摘要:
 热光伏(TPV)系统是目前最先进的分布式能源解决方案之一,它利用光伏(PV)电池将人造
热源的热辐射能转换为电能输出,故其基本原理与PV系统完全相同,即利用半导体PN结的光电转换
特性。由于人造热源辐射距离小,TPV系统拥有比PV系统高得多的输出电功率密度,可达数瓦每平方
厘米,并且输出稳定,不受天气Rare earth magnets等因素影响,这是TPV系统最为显著的特点之一。TPV系统的其它优势
和特点还包括：可应用能源形式多样,运行安静、维护成本低,安全、无污染,可实行热电联供等。
上述优势和特点决定了TPV系统在工业、商业、军事和航空航天等领域都将拥有非常巨大的实用价
值和应用前景。
 TPV系统的主要构成部件为热源、辐射器、TPV电池、光子回收系统和能量控制
单元。热源提供系统所需的辐射能量,其形式多样,包括化学燃料燃烧能、核能、太阳能等。辐射
器将热源的能量辐射至TPV电池表面,分为灰体辐射器和选择性辐射器。TPV电池将接收到的辐射能
转化为电能输出,是TPV系统的核心部件,决定了TPV系统的性能水平。光子回收系统用于回收半导
体能带外的光子,以降低能量损耗,包括前置滤波器和背面反射器(及其组合)。能量控制单元控制
系统的电能输出、各部件的冷却和余热回收等。目前对于TPV的研究主要围绕以上各关键技术以及
系统构建展开。
 辐射器、TPV电池和光子回收系统是TPV系统的关键部件,它们一起构成了TPV系
统的核心——热辐射发电模块。在热光伏系统性能初步研究中,建立了该模块的数学物理模型,通
过数值模拟获得了SiC灰体辐射器分别配合GaSb和Si电池所构成的TPV系统的输出伏安特性曲线；
再以GaSb电池为例,分别分析了SiC灰体辐射器温度、电池温度对系统性能的影响。得出结论：辐
射器温度升高,系统输出电功率密度迅速增大,电池效率也稳步提高；电池温度升高则导致系统性
能下降,电池效率也大幅下降。最后,讨论了与GaSb匹配的一种选择性辐射器的辐射能量分布情况
。与SiC灰体辐射器相比,选择性辐射器可以显著减少辐射能量中的不可用部分,从而有效提高系统
的性能。
 TPV系统的光谱控制部件包括选择性辐射器和光子回收系统。光谱控制部件对于
提高光谱效率乃至TPV系统效率具有举足轻重的作用,是构建高性能TPV系统的关键部件之一。本文
从配合以GaSb电池为转换器的TPV系统的滤波器入手,分别对透明导电氧化物(TCOs)滤波器和一维
Si／SiO2光子晶体滤波器进行了理论和实验研究。
 在透明导电氧化物滤波器的优化分析中,建
立了TCOs滤波器的理论模型,分析了载流子浓度、迁移率等电学参数对其光学性能的影响；计算了
辐射器种类分别为A1203／Er3Al5012熔融陶瓷选择性辐射器和SiC灰体辐射器、而辐射器温度为1
400～1 600 K时,应用于以GaSb电池为转换器的TPV系统的TCOs滤波器的最佳载流子浓度和薄膜厚
度区间。最后,讨论http://www.chinamagnets.biz/faq.php了石英玻璃衬底厚度对TCOs滤波器性能的影响,并考察了A1203／Er3Al5O12熔
融陶瓷选择性辐射器+TCOs滤波器+GaSb电池的TPV系统的性能。
 针对一维硅／二-氧化硅
光子晶体滤波器,建立了一维Si／SiO2光子晶体滤波器的理论模型,并指出原始结构的(L／2HL／
2)5型光子晶体滤波器在GaSb电池特征波长处存在较大反射峰,制约了TPV系统性能的提高；再根据
对称单元的等效折射率理论,将其结构改进为[1.10(L／2HL／2)](L／2HL／2)3[1.10(L／2HL／
2)],即中间三个单元不变,左、右各最外一个单元修改为折射率匹配单元。模拟结果表明：改进型
滤波器在特征波长处的透过率有较大改善,且一定程度地抑制了长波光子的透过；辐射器为1250℃
的黑体时,采用改进型滤波器光谱效率和输出电功率密度均提高10%以上,电池效率也有所提高。采
用磁控溅射方法制作了原始结构和改进型一维Si／SiO2光子晶体滤波器的试样,试样截面电镜图像
表明所得光子晶体滤波器试样结构与设计大致相符,试样的光谱反射率和透过率的测量结果与数值
模拟结果吻合良好。
 在辐射热阻网络法热光伏系统热分析中,采用辐射热阻网络方法建立了
LMFraas提出的典型中温TPV系统的辐射换热模型。相对于蒙特卡罗等方法,辐射热阻网络法的优势
是模型较简单,计算量小。但对模型的一般求解过程中并未考虑石英玻璃管对辐射光子的波长转换
作用,导致计算所得的石英玻璃管的光谱发射功率密度与普朗克定律相违背。通过在辐射热阻网络
中添加虚拟的单色波热源的方式对模型进行了修正。该方式忽略了波长转换的详细过程,可以简化
修正模型的复杂程度,并减少计算量和计算时间。采用修正模型得到了系统的辐射热流密度、光谱
效率和石英玻璃管的等效辐射温度等一些重要参数,与参考文献中蒙特卡罗等复杂模型的结果吻合
较好。
学位年度:2010

智能逆系统理论及其在感应电机解耦控制中的应用

题名:智能逆系统理论及其在感应电机解耦控制中的应用
作者:刘陆洲
学位授予单位:西南交通大学
关键词:逆系统;;广义逆系统;;良好非线性模型;;非线性内模控制;;区间自组织网络;;最小二乘支
持向量机;;在线算法;;多模型;;感应电机;;解耦控制
摘要:
 非线性系统控制在控制科学中占有重要的地位。20世纪80年代以来,逆系统控制在非线性
控制领域得到蓬勃发展。它通过引入α-阶积分逆和伪线性系统等概念,建立起比较完整的设计理
论。但该方法要求被控对象的数学模Rare earth magnets型精确已知,而这在实际工程应用中是难以实现的。尤其是针
对一些复杂系统,很难求出其解析逆系统。这都成为了逆系统的实际应用的“瓶颈”。
 本文
主要利用神经网络、支持向量机等智能机器学习方法不依赖精确数学模型的特点,结合逆系统理论
,给出了智能逆系统控制方法和一些重要的结论。
 首先,在广义逆系统控制中,控制器必须与
复合伪线性系统的传递函数相互配合才能使整个控制系统达到满意的动态控制效果。传统广义逆
系统控制系统在改变复合系统期望传递函数时,必须重新辨识广义逆系统。本文提出了一种新的广
义逆系统,并证明了该广义逆系统的存在性。改变反馈系统的参数即可任意配置复合伪线性系统的
极点,通过调节控制器参数和广义逆系统的反馈环节参数即可改善整个控制系统的动态性能,并应
用于感应电机解耦控制中,获得良好的控制效果。
 为提高逆系统的鲁棒性,结合区间分析理论
,在传统自组织映射的基础上,提出了权值为区间数的区间自组织模型和相应的学习算法,分别对区
间权值的上、下界进行训练,并证明了该算法的收敛性。结合VQTAM方法对动态信息的存储能力,建
立非线性系统的逆模型,增强了控制系统处理不确定性的能力。
 针对良好非线性模型及http://www.chinamagnets.biz/faq.php
其线性化补偿器问题,证明两者在一定约束条件下存在的惟一性。在此基础上,提出一种利用神经
网络优化新的目标函数而得到辨识模型的新方法。为提高系统鲁棒性,减小模型误差和外部扰动等
不确定性,针对补偿后的伪线性系统设计非线性内模控制系统,使得整个控制系统能精确的跟踪参
考信号。
 逆系统控制的关键在于构建的逆系统模型的推广能力。本文给出一种基于最小
二乘支持向量机在线算法的α-阶逆控制方法。通过引入系统控制误差的ε不敏感函数,利用LS-
SVM增量-枝剪学习算法,对逆系统控制器实施在线学习,增强了伪线性复合系统的精确性和鲁棒性
。并在LS-SVM的核函数为局部Lipschitz的前提下,证明了控制器是有限增益稳定的,并给出
Gaussian核函数对任一变量的局部Lipschitz性的充分条件。
 最后,在感应电机矢量控制基础上
,对其进行逆系统控制解耦性能、抗扰动性能和鲁棒性方面的仿真实验,证实了新型广义逆系统控
制的有效性。针对利用单一神经网络难以实现感应电机大范围内的线性化解耦问题,结合多模型理
论和新型广义逆系统,给出了感应电机神经网络多模型广义逆系统解耦控制方法。通过建立多个子
广义逆系统、设计与子系统匹配的控制器和制定适当的定切换规则,实现了感应电机转速和磁链在
大范围内的动态解耦控制。
学位年度:2010

变速恒频风力发电机组建模、仿真及其协调优化控制

题名:变速恒频风力发电机组建模、仿真及其协调优化控制
作者:范晓旭
学位授予单位:华北电力大学（北京）
关键词:双馈风力发电机;;空间矢量理论;;变流器;;协调优化控制;;实验平台
摘要:
 风力发电作为一种清洁的可再生能源利用方式,近年来在世界范围内获得了飞速的发展,
其中变速恒频风力发电技术以其独特的优势,成为风电研究领域的主流。本文以国家自然科学基金
项目(50677021)—大型变速风力发电混杂系统全工况优化运行控制策略研究”、教育部重点项目
(105049)—大型风力发电机组先进Rare earth magnets控制相关技术研究和华北电力大学211工程三期重点建设项目—
风力发电物理实验平台及软件仿真机的研制为依托,重点对变速恒频风力发电机组的风轮、发电机
、变流器、传动链四大组成部分的建模与控制进行了研究,论文主要内容及研究成果如下：

(1)运用叶素理论、涡流理论修正风速及权系数分配叶素的改进方法,建立了变桨距风力机机理模
型,考虑到风剪和塔影效应对风力机模型进行了进一步修正,得到的新风力机模型不仅具有桨叶翼
型适应性,而且提高了建模精度,更加符合实际情况。
 (2)分析了双馈风力发电机的工作原理、等
值电路及稳态相量图。在此http://www.chinamagnets.biz/faq.php基础上,运用空间矢量理论建立了其空间矢量模型,分析了双馈风力发
电机不同运行状态下定转子磁动势空间矢量的相位关系,揭示了其交流励磁的电磁本质。
 (3)详
细分析了变速恒频双馈风力发电机组的运行区域和控制目标,重点阐述了并网控制、最大风能追踪
控制和变桨距控制的原理及方法。给出了机组的仿真模型,并对其主要工况运行过程进行了仿真研
究,得到了相应的运行曲线,为风力发电软件仿真机奠定了基础。
 (4)建立了双馈风力发电
机变流器高频混杂模型,运用混杂自动机理论对变流器的PWM调制过程进行了分析,得到了状态变迁
集、不变集等重要集合,为利用混杂系统理论分析电力电子线路提供了新思路。针对网侧变流器的
控制,提出了一种基于转子电流空间矢量模值变化率(dAir/dt)的模糊自整定PID改进控制策略,仿
真结果表明,该控制策略提高了变流器直流母线电压的鲁棒性。
 (5)以最小化稳态工作点
附近的波动为优化目标,综合Kalman滤波器、状态反馈、最优控制等方法,设计了一种基于有效风
速观测器的自适应增益调度LQG最优控制策略。经仿真实验证明,该控制策略不仅解决了风轮扫略
面三维风速场有效风速观测问题,而且实现了风轮、传动链、发电机、变桨距等多系统协调优化控
制,减小了传动链载荷,平滑了输出功率。
 (6)搭建了一套风力发电物理实验平台,给出了具体
的软硬件设计方案,并且已经初步实现了风力机特性模拟功能,为开展变速恒频发电实验奠定了基
础。
学位年度:2010

中温固体氧化物燃料电池梯度多孔阴极制备及性能优化研究

题名:中温固体氧化物燃料电池梯度多孔阴极制备及性能优化研究
作者:聂丽芳
学位授予单位:山东大学
关键词:固体氧化物燃料电池;;LSCF梯度多孔阴极;;流延成型工艺;;SDC浸渗LSCF阴极;;LSM浸渗
LSCF阴极
摘要:
 固体氧化物燃料电池(SOFC)以其高的能量转化率,全固态组件以及燃料多样性等优点成为
近年来燃料电池领域研究的热点。研究和开发在中低温(600-800℃)工作的固体氧化物燃料电池
(Intermediate temperature solid oxide fuel cells, IT-SOFCs),可以扩大组元材料的选择范
围并且有效地提高电池长期运行的稳定性,是目前固体氧化物燃料电池的发展方向。但是,工作温
度的降低使电解质的欧姆阻抗Rare earth magnets迅速增加,同时电极的界面阻抗增大,通过采用阳极支撑的电池结构
以及电解质薄膜化技术可以解决电解质欧姆阻抗随温度降低而升高的问题。因此,降低中低温下电
极极化过电位,尤其是氧在阴极的还原反应所导致的极化损失,是提高IT-SOFCs性能的一种有效方
法。目前可以降低阴极极化阻抗的途径主要有以下几种：(1)使用在中低温温度下具有更高催化活
性的离子-电子混合导体；(2)添加第二相氧离子传导材料制备复合电极;(3)通过优化阴极的微观
结构,使极化损失达到最小。在本研究中,采用流延成型工艺制备La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ
(LSCF)阴极并通过微观结构的优化,提高了LSCF阴极在中低温下的电化学性能；使用溶液浸渗工艺
对LSCF多孔阴极表面改性http://www.chinamagnets.biz/faq.php,从而提高了电池长期运行的稳定性和可靠性。
 LSCF由于其高
的离子-电子混合导电性成为近年来IT-SOFC阴极材料研究的热点。在本论文中,研究了不同造孔剂
对LSCF阴极微观形貌和电化学性能的影响,通过不同的合成方法制备不同粒径的LSCF粉体,在此基
础上,采用流延成型工艺制备了颗粒粒径、气孔大小以及气孔率呈梯度变化的三层LSCF阴极。研究
表明,当内层(与电解质接触层)石墨含量为10wt%,中间层石墨和淀粉含量分别为15wt%,外层淀粉含
量为35wt%,烧结温度为1050℃时,LSCF梯度多孔阴极在800-650℃的界面极化阻抗分别为
0.053,0.11,0.27,0.65Ωcm2,低于文献中报道的采用不同工艺制备的单一结构LSCF阴极；以加湿
的氢气为燃料,梯度LSCF为阴极的Ni-YSZ/YSZ/SDC/LSCF单电池在800和700℃操作温度下的最大功
率密度分别为1.0和0.58 Wcm-2；SEM扫描图显示LSCF梯度阴极与SDC过渡层及YSZ电解质之间烧结
良好,且三层LSCF阴极之间也没有明显裂纹出现。对梯度LSCF阴极的交流阻抗谱分析发现,通过微
观结构的优化能够改善阴极／电解质界面,并能促进氧在阴极内部的传输和吸附,从而进一步提高
阴极材料的电化学反应活性。
 虽然LSCF阴极在中低温下显示出良好的反应活性,然而与传统
阴极材料La0.85Sr0.15MnO3-δ(LSM)相比,其长期稳定性并不理想。在本论文的第二部分,采用浸
渗工艺对LSCF多孔阴极进行表面修饰,以提高LSCF阴极的电化学性能和长期稳定性。本论文首先以
离子传导氧化物Sm0.2Ce0.8O2-δ(SDC)作为浸渗材料,采用一次浸渗工艺制备了LSCF-SDC复合电极
。XRD图谱表明LSCF-SDC复合电极中没有其它物相生成；SEM显示新生成的SDC颗粒粒径为20-80nm,
在LSCF表面分散均匀且具有较小的粒径分布。当浸渗量为10μL,浸渗浓度为0.25mol／L时,LSCF-
SDC复合电极的界面极化阻抗最小,在800-650℃分别为0.041,0.074,0.17和0.44Ω-cm2,比纯LSCF
阴极的界面极化阻抗降低约～50%。浸渗溶液浓度从0增加至0.35mol／L时,欧姆阻抗在800和650℃
时均没有明显变化,LSCF-SDC复合电极性能的提高归因于LSCF表面反应活性区域的增加。以加湿的
氢气为燃料, SDC浸渗LSCF为阴极的阳极支撑的薄膜电解质单电池在800℃和750℃操作温度下的输
出功率密度分别为1.11和0.85 Wcm-2。100小时测试表明,SDC浸渗LSCF阴极后的电池稳定性有所提
高。这说明采用SDC氧离子导体浸渗,不仅能够提高LSCF阴极电化学性能,也有助于稳定性能的提高
。
 本论文的第三部分以LSM为浸渗剂,制备了LSCF-LSM复合阴极,研究了极化条件下LSCF-LSM
阴极的电化学性能和长期稳定性,并对LSCF阴极的衰减机理和LSM浸渗LSCF (LSCF-LSM)阴极的增强
机理进行了初步探讨。700℃时纯LSCF阴极和LSCF-LSM阴极在不同极化偏压下的交流阻抗谱表明,
在开路状态下,LSCF-LSM阴极的界面极化阻抗为0.35Ωcm2,高于纯LSCF的阻抗0.24Ωcm2。这是由
于LSM为纯电子导体,与具有高离子-电子混合导电性的LSCF阴极相比,具有较少的TPB反应活性区域
,因此电化学活性较差。继续增加阴极极化过电位,LSCF-LSM阴极的界面阻抗迅速下降,而LSCF阴极
的界面阻抗降低缓慢。当阴极极化过电位为80mV时,纯LSCF阴极的界面极化阻抗为0.21Ωcm2,而
LSM浸渗后LSCF阴极的界面极化阻抗降低至0.18Ωcm2。LSCF-LSM/SDC/YSZ/NiO-YSZ电池则表现出
良好的稳定性能,且电池输出电压(加载电流为400mA／cm2)在测试时间内一直增长,120小时测试后
的输出电压为0.753V；经过120小时放电后,电池在700℃的最大输出功率达到0.40／Wcm2,比电池
放电测试前的功率高27%。
 采用无线电频率磁电管溅射工艺分别制备了LSCF以及LSM涂覆
的LSCF电池模型,并对两者在相同极化条件下的电化学性能进行了研究。结果表明,LSM涂覆LSCF阴
极具有更好的表面催化活性,在一定程度上增强了LSCF阴极表面的氧交换反应,提高了LSCF在极化
条件下的电化学催化性能。拉曼光谱分析发现,对于LSM涂覆LSCF阴极在极化测试前后并没有发现
波数偏移现象,说明LSM涂覆能够抑制LSCF中Sr的迁移,从而提高LSCF阴极在工作状态下的长期稳定
性。
学位年度:2010

全数字脉冲逆变焊接电源控制策略与应用的研究

题名:全数字脉冲逆变焊接电源控制策略与应用的研究
作者:段彬
学位授予单位:山东大学
关键词:全数字焊接电源;;信号处理;; Kalman预测;;电弧控制策略;; FPGA
摘要:
 逆变焊接电源的数字化是全面提高焊接质量的有效途径。焊接电源是一个典型的弱电控
制强电的设备,工作在高电压、大电流、强干扰的恶劣环境中,这为数字控制系统的信号获取和稳
定运行带来了巨大的困难,尤其是脉冲焊接方式对控制系统的实时性和可靠性要求较高,迫切需要
相关理论和控制策略的深入研究。本文在对国内外焊接电源发展现状调研的基础上,针对其数字化
过程中的关键问题和难点,进Rare earth magnets行了深入、系统的研究。
 本文分析了脉冲焊接电源主变压
器原边电流和副边电流的特点,讨论了基于这两种电流反馈模式的焊接电源数字化的优缺点,提出
了以副边电流为脉冲宽度调制(PWM)控制器和焊接电流闭环的反馈信号,并与原边电流共同产生PWM
调节脉冲的双闭环数字化思想,解决了数字控制系统难以满足原边电流反馈模式的高速要求和副边
电流反馈模式不具备抑制偏磁能力的难题。提出了以现场可编程门阵列(FPGA)为主控制器的焊接
电源主回路和控制回路的全数字化设计方案,阐述了整个焊接电源的设计思路和研究主线。

根据各元器件的实际参数,构建了包含输入、输出整流滤波和逆变、降压等电路的物理模型,通过
非线性接口模型,研究了主回路和数字控制系统的混合建模与仿真；建立了动态焊接过程的系统数
学模型,定量分析了各物理量变化机理和各参数对系统动态响应过程的影响,指出了焊接电流和电
弧电压控制的意义,有效预测了脉冲MIG焊接电源的工作过程,为进一步研究指明了方向。
 在分
析了脉冲电流信号特点和噪声形成机理的基础上,提出了一种新的滤波思想,即对微秒级的焊接电
流信号去噪,进而获得整个波形的有用信息。先后研究并提出了改进的IIR Butterworth滤波器、
改进的小波去噪方法和基于Kalman预测的信号处理方法。焊接试验表明尽管IIR Butterworth滤波
器运算简单,在小电流下能够保证正常焊接,但随着电流增大,干扰变大,滤波性能变差；而基于阈
值和模极大值的小http://www.chinamagnets.biz/faq.php波去噪方法,能够很好地提取有用信号特征,但实时性差,仅可应用在焊接电源工
艺评判等场合。根据信号和噪声的特点,首次将基于Kalman预测的信号处理方法在数字焊接电源中
应用,解决了高速数字PWM控制器对反馈电流精度和信号实时处理速度要求均较高的问题；焊接试
验表明该方法能够最大程度的降低过程噪声和测量噪声,产生精确的PWM信号,保证全数字脉冲焊接
电源稳定、可靠地工作。
 针对焊接电源中现有控制策略参数调节麻烦和控制性能不高的问题,提
出了采用高速并行智能算法在线调整PID参数的焊接电流自适应控制策略。从参数的编、译码操作
和适应度函数等角度,对标准遗传算法(GA)进行了改进,研究了混沌自适应GA-PID算法；方波焊接
试验表明尽管它比目前焊接电源中常用的试凑法更加简便和快捷,但由于模型参数等方面的误差,
离线得到的参数组合并非最优。进而对BP神经网络(ANN)进行了全面优化和改进,研究了适于逆变
焊接电源的专家自适应神经网络(EAANN) PID控制策略,解决了非线性焊接系统和复杂焊接工艺的
自适应控制难点；焊接试验表明基于该算法的焊接电流闭环控制器,能够实现熔滴过渡的脉冲焊接
电流的精细控制,为达到较高的焊接质量奠定了基础。
 在对弧长调节和熔滴过渡理论研
究的基础上,结合仿真章节的部分结论,提出了弧长和熔滴过渡的多维脉冲波形参数模糊调整的控
制策略,解决了焊接过程易受各种扰动影响的问题,保证了弧长的快速稳定、熔滴的均匀过渡和稳
定的引、收弧。提出了短路双环控制方法,完善了焊接系统控制策略,有效解决了焊缝熔合不佳(弯
曲、咬边等)、焊接飞溅较大等难题。试验表明焊接过程稳定,熔滴过渡一致性好,焊缝成形美观,
焊接质量较高。
 根据脉冲焊接工艺和系统设计方案,研究并设计了基于硬开关的主回路系统、基
于FPGA的主控系统和基于32位MCU的上位机系统。针对研究的控制策略的特点,提出了基于流水线
技术和优化时序逻辑的VHDL设计理念,解决了高速、并行的控制策略运算问题；并验证了所提出的
全数字焊接电源设计方案。
 利用研究成果,研制了符合国家焊接电源标准的全数字智能脉
冲MIG逆变焊接电源,进行了焊接试验和焊接质量检测,并在天然气管道集输工程和铝合金游艇建造
工程中应用。相比模拟驱动的焊接电源,它在焊缝质量、飞溅量、电弧性能和系统抗干扰性等各方
面都有很大的改进,取得了高质量的焊接效果。
学位年度:2010

基于聚合物固定生物识别分子和纳米增敏新法的安培生物传感研究

题名:基于聚合物固定生物识别分子和纳米增敏新法的安培生物传感研究
作者:傅迎春
学位授予单位:湖南师范大学
关键词:生物传感器;;电化学;;化学聚合;;电聚合;;电化学压电石英晶体微天平;;聚合物;;纳米复
合物;;纳米粒子;;葡萄糖氧化酶;;适体;;二硫醇;;多巴胺
摘要:
 生物传感分析是将生物活性材料(酶、抗体／抗原、核酸、适体等)的分子识别功能与物
理化学传感换能技术有机结合的现Rare earth magnets代分析化学分支,具有灵敏度高、选择性好、操作便利、分析速
度快、成本低、易于实现实时监测等特点,在复杂环境乃至活体分析中也不乏其应用实例。自第一
支生物传感器在20世纪60年代诞生以来,生物传感分析领域发展迅速,备受学术界和产业界关注。
有效固定生物识别材料是研制生物传感器的关键步骤之一,采用化学聚合法或电化学聚合法制备生
物兼容性聚合物生物敏感材料一直是固定生物识别分子的重要方法。近年来,随着纳米科技的蓬勃
发展,纳米生物传感迅速成为生物传感分析领域的国际前沿和热点。本学位论文中,我们简要综述
了电化学生物传感器的近期进展,以及聚合物和纳米材料在生物传感领域的应用,并针对基于聚合
物固定生物识别分子和纳米增敏新法的生物传感分析开展了系列研究工作,主要内容如下：

1.将化学／电化学聚合法有机结合,提出了在含酶和单体悬浊液／水溶液中一锅法化学预氧化—电
聚合单体(CPEM)的新方法用于高效固定酶,藉此研制了高敏安培生物传感器。考察了1,4-苯二硫酚
(BDT)、1,6-已二硫醇(HDT)、邻苯二胺、邻氨基酚和吡咯等单体；铁氰化钾和对苯醌两种预氧化
剂；葡萄糖氧化酶(GOx)和碱性磷酸酶两种酶及其生物传感器。代表性实验步骤如下：在BDT单体
和酶的水相悬浊液中http://www.chinamagnets.biz/faq.php加入预氧化剂K3Fe(CN)6引发化学氧化聚合,得到包埋有大量高活性酶分子的
BDT寡聚体—酶复合物,再电氧化聚合该复合物和BDT单体,最终制得高性能酶膜。与常规电聚合法
(CEP)相比,CPEM法所制葡萄糖安培生物传感器的灵敏度提高至32.4倍。通过电化学石英晶体微天
平(EQCM)和紫外—可见光谱法的定量测试,发现采用CPEM法可显著提高酶膜中酶的负载量和比活性
。
 2.以酶生H2O2(EG-H2O2)为预氧化剂,提出了高效固定酶的一锅法生化预氧化—电聚合单
体(BPEM)新方法,藉此研制了高敏葡萄糖安培生物传感器。基本实验步骤如下：在含GOx和2,5-二
巯基-1,3,4-噻二唑(DMcT)的水相悬浊液中加入葡萄糖,酶生H2O2使DMcT氧化聚合,生成DMcT寡聚体
—GOx复合物,再电氧化聚合该复合物和DMcT单体,可在电极表面制得高性能酶膜。与CEP法比,该法
所制传感器的灵敏度提高至119倍,检测下限降低了2个数量级。发现BPEM法所制酶电极的灵敏度比
基于外加H2O2的CPEM法更高,原因可能为生化预氧化聚合／包埋作用主要发生在酶分子附近(反应
临近性),故酶负载量更大。采用EQCM监测了电极修饰过程,发现DMcT聚合膜可被电还原而从电极上
脱落,这有利于电极基底的电化学再生。
 3.采用多巴胺(DA)为单体、HAuCl4或H2PtCl6为预氧
化剂,通过CPEM法固定GOx和半乳糖氧化酶,制备了新型聚合物生物纳米复合物(PBNCs):聚多巴胺
(PDA)-酶-纳米金(或铂)(AuNPs或PtNPs)复合物,籍此研制了高敏葡萄糖和半乳糖安培生物传感器
。PDA基质具有优异的吸附性能和生物相容性,有利于高效固定酶和纳米增敏。与CEP法相比,基于
该PBNCs的酶电极更灵敏,金和镀铂金电极上对葡萄糖的检测灵敏度分别达99和129μA cm-2 mmol
-1L。基于PBNCs的第二代安培传感器亦有优异性能。
 4.提出了化学氧化聚合-磁性分离／固定新
方法用于高效固定酶,藉此研制了高敏葡萄糖安培生物传感器。先采用化学共沉淀法合成了
Fe3O4@Au核壳型磁性复合纳米粒子,然后据化学氧化聚合法制得聚1,6-已二硫醇(PHDT)-GOx-
Fe3O4@Au纳米复合物,并借助磁场将该复合物分离／固定在磁性电极表面。所制酶电极对葡萄糖的
检测灵敏度达110μA cm-2 mmol-1L,检测限为0.3μmol L-1。该法简便、省时、高效。
 5.提
出采用新型HDT电聚合膜固定AuNPs、实现纳米增敏压电免疫传感的新方法。通过EQCM等技术研究
了HDT电聚合过程和机理。结合理论分析和实验结果,定量考察了AuNPs在HDT电聚合膜上的覆盖度
和纳米增敏效应。比较研究了羊抗人免疫球蛋白G (anti-hIgG)的吸附,及后续的与人免疫球蛋白G
(hIgG)的免疫反应。与常规HDT自组装单层修饰电极相比,基于HDT电聚合膜的修饰电极可更有效地
固定抗体、性能更稳定、制备时间更短。新型硫醇聚合膜材料有望作为硫醇自组装单层的有益补
充而在生物传感研究中广泛应用。
 6.基于化学氧化聚合法制备了免疫PBNCs:PDA-PtNPs-anti-
hIgG复合物,该复合物免疫亲合性高并可高效催化H202电还原,籍此研制了高敏三明治型安培免疫
传感器。该传感器可检测低至0.018 ngmL-1的hIgG,具有良好的重现性、稳定性、再生性和特异性
,可用于临床人血清样品中目标物检测。
 7.基于化学氧化法制备了PDA-PtNPs-GOx纳米复合物
,然后借助葡萄糖存在下酶生H2O2生化还原HAuCl4,在纳米复合物表面原位生成AuNPs用于高效吸附
固定抗体及酶标GOx,制得GOxads/anti-hIgG/AuNPs/PDA-PtNPs-GOx生物纳米复合物,籍此研制了高
敏三明治型电化学免疫传感器。该法优势在于能在该生物纳米复合物表面和内部均高效固定GOx酶
标,有效地提高了酶标的负载量及活性。以醌／氢醌为媒介体,实现了超敏免疫信号的输出,所制免
疫传感器可检测低至2 pg mL-1的hIgG。
 8.将AuNPs/PDA-PtNPs-GOx纳米复合物滴干修饰于金
电极表面,共价固定巯基化适体以特异结合凝血酶,以GOx标记物的催化电流为信号输出,研制了“
信号衰减”型电化学适体传感器。凝血酶与适体结合后产生传质阻力,可显著抑制标记酶的催化反
应速度,降低酶生H2O2氧化电流。所制适体传感器可检测低至0.1 nmolL-1的凝血酶。
 9.结
合磁分离／富集技术,提出了以适体缠绕的单壁碳纳米管(SWCNTs)为放大平台的新型三明治型适体
安培传感器。以凝血酶适体Ⅰ修饰的磁性纳米粒子、凝血酶、凝血酶适体Ⅱ缠绕的SWCNTs构建三
明治型复合物,借助磁场将其分离并富集至磁性金电极上,通过亚甲基蓝分子对SWCNTs上缠绕的适
体Ⅱ的位置取代作用,成功分离得到亚甲基蓝/SWCNTs修饰的金电极。以亚甲基蓝的脉冲伏安峰电
流为分析信号,所制适体传感器可检测低至3 pmol L-1的凝血酶,优于其它类似传感器。
学位年度:2010

InAsSb红外光电薄膜制备和表征与单元器件研究

题名:InAsSb红外光电薄膜制备和表征与单元器件研究
作者:刘晓明
学位授予单位:哈尔滨工业大学
关键词:分子束外延;;InAsSb;;InAsSb/InSb超晶格;;光学性能;;电学性能;;光电性能
摘要:

 InAsxSb1-x薄膜以其结构稳定、高载流子迁移率、小介电常数等优点在中长波红外探测领域具有潜在的应用前景。但由于缺乏晶格匹配的衬底,生长高质量InAsSb薄膜仍是个难点,而且人们希望InAsSb的红外探测截止波长能够更长一些。基于以上背景,本文主要研究了GaAs衬底上分子束外延InAsSb薄膜的工艺以Rare earth magnets及所制备薄膜的结构和性能,设计和制备了以InAsSb/InSb应变超晶格为探测层的光伏型单元器件,并对其光电性能进行了研究。

 以InSb外延层做为InAsSb薄膜的缓冲层,研究了生长温度、V/III束流比、低温形核层厚度等对InSb缓冲层质量的影响。得到优化生长工艺为:先以衬底温度345℃,生长速率0.2μm/h, V/III束流比为1.5,生长厚度65nm的InSb低温形核层,再以生长速率1.2μm/h,衬底温度为390℃-415℃,V/III束流比为3.6,生长所需厚度的InSb层。低温形核层为43nm时,InSb外延层以二维成核方式生长,而低温缓冲层厚度为65nm、87nm以及无低温形核层时,InSb外延层以台阶流动方式生长。

 研究了工艺参数对InAsSb薄膜Sb组分、晶体质量及性能的影响,特别是不同缓冲层对中等Sb含量的InAsSb薄膜晶体质量及性能的影响。结果表明不同As(As2和As4)气氛下,生长温度和As/Sb束流比对InAsSb薄膜组分和质量的影响不同:在As4气氛下,改变温度和As4/Sb4束流比对Sb组分的影响较小,且当温度高于420℃时,薄膜质量显著下降;在As2气氛下生长温度和As2/Sb4束流比均对Sb组分产生较大影响,且生长温度为450℃时仍可得到晶体质量较好的InAsSb薄膜。

 通过Hall测试研究了磁场和温度对InAsSb薄膜电学性能的影响。结果表明霍尔系数和磁阻随磁场强度的变化规律以及迁移率随温度的变化规律均与理论吻合的很好。用优化后的工艺生长的InAsSb薄膜具有非常优秀的电学性能:室温掺杂浓度为3.5×1018cm~(-3)时, 300K的霍尔迁移率为19000cm2/V·s,77K的霍尔迁移率达到27500 cm2/V·s;未掺杂时,InAsSb薄膜为弱p型,300K的霍尔迁移率为34000cm2/V·s。

 通过红外傅里叶变换研究了InAs1-xSbx薄膜的光学性能。当Sb含量大于0.7时InAsSb薄膜的带隙随Sb组分的变化规律基本符合现有经典公式。中等Sb含量(x=0.53)的InAsSb薄膜的带隙明显大于经典公式计算的带隙值。

 设计并制备了InAsSb/InSb超晶格为探测层的p-i-n红外光电二极管。双晶X射线衍射和高分辨透射电镜研究结果表明,InAsSb/InSb超晶格具有非常高的晶体质量。光电测试结果显示二极管有很好的光电性能:77K时在2.7-3.5μm,4-12μm和15-25μm处均有响应,其中4-10μm处的响应非常强,与本征跃迁对应。随温度http://www.chinamagnets.biz/faq.php的升高2.7-3.5μm和15-25μm的响应很快就消失了,而随温度的继续升高,噪声明显增强,最终使10-12μm处的响应也淹没在噪声中。本征响应的最高工作温度可达260K。
学位年度:2010

月球资源探测小型质谱仪关键技术研究

题名:月球资源探测小型质谱仪关键技术研究
作者:赵占锋
学位授予单位:哈尔滨工业大学
关键词:探月质谱仪;;CIT离子阱设计;;频率合成;;微弱信号放大
摘要:

 质谱技术是一种靠获得未知物的分子量信息和分子结构信息对物质进行鉴别的方法,是和分析化学领域中的光谱技术、核磁共振并列的一种重要谱学方法。大型质谱仪目前已经广泛应用于食品安全、生命科学、药物、化工、军事和国防等各种微量或痕量物质检测领域。随着人类航天技术的发展,该技术又被小型化后装备到地外星球探测器上,目前小型质谱仪是国外航天探测的标配仪器。随着我国综合Rare earth magnets国力的提高,载人航天、探月工程等项目的逐步实施,对质谱仪的小型化技术提出了迫切的需求。论文以“月球资源探测小型质谱仪”项目为背景,对质谱仪的小型化关键技术进行研究。

 首先,对离子阱质谱仪进行了理论研究,从离子能量角度、赝势两个角度解释了怎样才能提高仪器灵敏度的问题。在此基础上针对离子阱分析小质量分子很困难的问题进行研究,发现离子阱内的非谐振势对二十以下小质量离子的影响是导致该问题的根本原因,而离子阱尺寸偏小是导致非谐振势很大的重要原因,从而提出了离子阱的设计思路:适当增大离子阱尺寸、提高射频频率。

 其次,讨论了离子阱优化设计的基本原则。在保证信号灵敏度的前提下保证体积小、低功耗、低质量。并利用该准则结合前期的实验结果,对CIT离子阱进行优化设计。针对离子阱尺寸参数较多,而仿真又非常耗时的特点,结合cooks教授优化理论和实际工程需要,得出仅对参数z_o进行优化设计的结论,从而大大减少优化参数,节省了计算时间。在优化准则上,众多文献根据由经验得到的“高极场占四极场-10%”作为离子阱设计的优化准则,理由是可以提高系统分辨力。针对具体实验结果,和分析物质分子量偏小的特点,本文提出了高极场最小的优化准则。最后,结合目前实际工艺水平,给出了实用的优化方法。

 之后,针对传统商业质谱仪的电路体积、功耗比较大,重量较高的问题,结合小型质谱仪的性能指标,采用各种替代技术方案,在电路设计上,降低其体积、功耗和质量并保证其高可靠性,主要包括:利用磁环变压器损耗小的特点,对商业质谱仪的空心变压器进行替代,在功耗和体积上达到令人满意的效果;采用频率合成技术产生任意参数可调的射频调幅小信号,取带功耗较大的NI卡生成信号的方案;同时针对频率合成的压缩技术进行研究,在理论上提出了新的压缩方法,并在FPGA中实现,解决了目前没有航天级频率合成芯片的问题;在实验的基础上,对微弱电流放大电路进行优化设计,将其体积和功http://www.chinamagnets.biz/faq.php耗减小;通过合理的优化设计,将质谱仪的整个控制系统综合到一块电路板上,实现了数据采集、数据传输、信号产生、功率放大等功能,使得系统控制电路的体积、功耗和重量大大减小。

 最后,对实验平台进行了构建。利用本文设计的离子阱和电路结合相关设备,在该平台上进行水杨酸甲酯、甲烷、氢气、氦气以及氢气和氦气的混合气进行测量,并解释了相关实验现象。针对前面相关理论中讨论的赝势大小和q_z对仪器灵敏度影响问题,用氦气进行了验证,为工程应用提供了较好的实验参数。
学位年度:2010

光纤陀螺光路偏振特性及温度性能研究

题名:光纤陀螺光路偏振特性及温度性能研究
作者:张琛
学位授予单位:哈尔滨工程大学
关键词:惯性系统;;光纤陀螺;;偏振误差;;热应力;;有限元法
摘要:

 光纤陀螺是光纤传感领域最重要的成就之一,经过上世纪末至今的不断研制,已经在惯性技术领域确立了“优先选择”的地位。光纤陀螺研制过程中,一项关键技术就是光路偏振误差的抑制,而这与光器件的双折射特性是紧密相关的。尤其在温度等环境因素变化的影响下,光路中的偏振误差变得更为严重和复杂。因Rare earth magnets此,必须对光纤陀螺光路的偏振特性及温度性能进行深入研究,并改进设计,以达到抑制偏振误差的目的。课题针对光纤陀螺光路的偏振特性和双折射效应,以及光纤线圈受到的环境温度影响进行了研究,主要工作如下:

 1、研究了光纤陀螺光路的互易性检测原理。利用光场的统计特性分析了关联感生的陀螺输出光谱变化,由此得出干涉仪对光源和光路偏振稳定性的严格依赖。采用邦加球法分析了光路中双折射与偏振耦合的关系,推导了陀螺的强度型和振幅型偏振误差。分析了克尔效应、法拉第磁光效应、背向反射和瑞利散射等寄生误差效应对偏振态的影响和受偏振的制约关系。

 2、根据矩阵光学原理,建立了光纤陀螺光路的偏振传输模型和干涉输出模型,以该模型为基础,详细分析了光源偏振度、线圈中的偏振耦合与陀螺偏振误差的关系。以输入低偏振度消偏光思想为指导,提出将Lyot消偏器引入到陀螺光路中,改进了现有的单轴SLD光源光纤陀螺的光路结构,通过实验测试验证了新结构的先进性。

 3、建立了基于有限元算法的熊猫型保偏光纤平面应力模型,模拟计算了保偏光纤固化成型过程中产生的变形、应力以及双折射的分布情况,分析了纤芯双折射受温度的影响;利用复变函数法得到的准解析解对模型进行了数值验证,证明了该模型算法是可靠的。

 4、建立了光纤线圈的局部截面模型,通过有限元瞬态热分析方法研究了固胶处理对光纤线圈的影响。结果显示,固胶处理后的光纤线圈存在着一个与胶粘剂参数有关的温度区域,在此区域内光纤线圈对温度变化的敏感性降至最低。通过实验方法验证了该模型的正确性。

 5、提出了通过检测光纤线圈中偏振态滤波特征值来测试线圈的温度性能,建立了基于温度激励响应机理的光纤线圈温度性能测评系统,制定了详细的测试指标。通过实际测试验证了方案的有效性。

 6、建立了光纤线圈的整http://www.chinamagnets.biz/faq.php体截面模型,利用有限元法模拟计算了温度微扰情况下的光纤线圈的温度场和应力干扰双折射的变化。提出了基于聚氨酯泡沫材料的线圈隔热处理方案和基于LY12硬铝合金材料的线圈导热处理方案。实验结果表明,改进方案使光纤陀螺在温度扰动时的稳定性得到了显著提高。
学位年度:2010

置氢Ti–6Al–4V合金室温变形行为及改性机理研究

题名:置氢Ti–6Al–4V合金室温变形行为及改性机理研究
作者:袁宝国
学位授予单位:哈尔滨工业大学
关键词:Ti–6Al–4V合金;;热氢处理技术;;微观组织;;力学性能;;改性机理
摘要:

 钛及其合金具有比强度高、高温性能好以及防腐蚀能力强等一系列优异特性,在航空航天、船舶、海洋等领域得到了广泛的应用,是一种理想的金属结构材料。然而,大部分钛合金在室温下塑性低,冷成形容易开裂,限制了钛合金的冷态工艺性。由于室温塑性成形所生产的零件机械性能好、精度高、表面质量好、生产Rare earth magnets效率高,是制造钛合金零件的最经济手段。所以,有必要进一步开展钛合金室温塑性成形技术的基础研究工作,尽快实现钛合金室温塑性成形技术的应用。钛合金热氢处理技术可以改善钛合金的力学性能,但是氢对钛合金室温塑性变形行为的影响及其机理一直缺乏系统的研究,本文主要针对这个问题进行了深入研究。

 利用光学金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等材料分析设备研究了氢含量对Ti–6Al–4V合金微观组织的影响,并对置氢Ti–6Al–4V合金室温压缩变形过程中微观组织的演变进行了研究。结果表明:置氢后,Ti–6Al–4V合金中发现马氏体和氢化物等相。随着氢含量的增加,β相、α''马氏体以及氢化物等相的含量逐渐增加,且氢化物优先沿晶界或相界析出。氢促进了位错的增殖。

 利用INSTRON–5569型材料试验机对合金进行了室温拉伸试验,研究了氢含量对Ti–6Al–4V合金室温拉伸性能的影响。结果表明:置氢后,合金的室温拉伸性能逐渐恶化,表明置氢不利于钛合金的拉伸变形。为了揭示氢对Ti–6Al–4V合金拉伸断裂行为的影响及机理,本文利用原位拉伸试验对合金拉伸变形过程中裂纹的萌生、扩展及断裂的全过程进行实时观察和录像,并利用有限元模拟技术对合金的拉伸过程进行了模拟,分析了拉伸变形过程中合金的应力应变分布规律。

 利用ZWICK/Z100型材料试验机对合金进行了室温静态压缩试验,并利用电磁成形机对合金进行了高速压缩试验,系统研究了氢含量和应变速率对合金室温压缩性能的影响。结果表明:Ti–6Al–4V合金无论是在静态下压缩变形,还是在高速率下压缩变形,合适的氢含量对Ti–6Al–4V合金的压缩性能均存在有益的影响,可以显著提高合金的极限变形率(极限变形率的最大增幅达56.3%),降低对成形设备及模具的要求。

 揭示了置氢钛合金室温塑性变形的改性机理,并建立了理论模型。氢对钛合金室温拉伸和压缩性能的不同影响规律是由合金的氢含量及其受力状态决定的。氢含量的影响可分为由固溶态氢和氢致相变引起的影响。拉应力会加速晶界处裂纹的萌生和扩展,并促进晶间变形。随着氢含量的增加,晶界或相界处氢化物的含量逐渐增加,导致晶界或相界逐渐变弱,使其力学性能逐渐恶化。而压应力可以抑制或削弱裂纹的萌生和扩展,减少合金的晶间变形。当氢含量较低时,固溶态氢和氢化物对压缩性能影响较小,影响压缩性能的主要因素是晶内变形,塑性β相含量的增加导致合金的塑性提高http://www.chinamagnets.biz/faq.php。随着氢含量的增加,氢化物的含量逐渐增加,并聚集于晶界处,导致晶间变形的作用逐渐增加,使合金的塑性下降,此时脆性的氢化物相对合金的压缩性能所起的作用逐渐增强。

 根据热重试验结果制定了置氢Ti–6Al–4V合金的除氢规范,对置氢Ti–6Al–4V合金进行了真空除氢处理,并对除氢合金的微观组织及室温力学性能等进行了研究。结果表明:除氢过程中,置氢Ti–6Al–4V合金中亚稳定相发生分解,转变为稳定的α相和β相,固溶氢及氢化物中的氢完全从合金中逸出,导致组织细化,但是晶粒形貌没有恢复,导致合金的室温力学性能有所恢复,但没有完全恢复。

 利用M–200型摩擦磨损试验机于室温大气中对合金进行干滑动摩擦磨损试验,以研究氢对Ti–6Al–4V合金摩擦磨损性能的影响。利用SEM及其EDS等材料分析方法对磨损试验后的销试样及对磨盘的微观形貌和成分进行了观察和分析,以揭示合金的磨损机理。结果表明:置氢后,合金的磨损率变大。除氢合金的磨损率低于相应的置氢合金的磨损率,但仍高于未置氢合金的磨损率。合金的磨损率是由合金的性质(主要是合金的硬度以及热传导率)决定的。未置氢合金主要呈现氧化磨损特征,置氢合金的磨损以磨粒磨损为主,除氢合金的磨损机理主要是氧化磨损和磨粒磨损。结果表明当除氢合金应用于摩擦磨损领域时,仍需进行表面处理,以提高其抗磨性。

 根据本文的试验结果,制定了置氢Ti–6Al–4V合金的最佳室温塑性成形条件。当利用热氢处理技术使Ti–6Al–4V合金室温塑性成形时,应选择在压应力的作用下塑性成形的方法,而不是拉应力。在本文的试验条件下,当置氢Ti–6Al–4V合金在静态下室温压缩成形时,合金的最佳氢含量为0.6wt.%~0.8wt.%。当利用磁脉冲成形等高速率成形方法时,合金的最佳氢含量为0.1wt.%,放电电压为1.1kV。
学位年度:2010