关键词： 纳米技术   重金属废水   环境影响   催化氧化  

摘要： 本文综述了基于纳米技术的重金属废水处理及其对环境的影响研究。重金属废水由于其高毒性和生物富集性对生态系统和人类健康构成潜在威胁，传统处理方法在复杂废水和高浓度污染物处理方面存在局限性。纳米技术由于其高效的吸附和催化特性，在提高处理效率和降低能源消耗方面显示出显著优势。但是，纳米技术在处理过程中也面临稳定性、再生性和环境安全性等挑战，需要通过进一步研究和技术创新来解决。

关键词： 纳米技术   原位透射电镜   亚稳相   微观结构演变   金属间化合物   力学性能  

摘要： 纳米材料之间的可靠性连接对于纳米器件的性能,稳定性和使用寿命至关重要,而纳米焊料在其中扮演着非常重要的角色。无铅锡基纳米焊料由于其良好的导电性和热传导性以及优良的机械性能而具有巨大的应用潜力和市场前景,但纯锡在纳米焊料领域的研究仍显薄弱,尤其是缺乏相关的机理研究。此外,锡铜金属间化合物在磁性材料、储能材料、高温超导体、催化剂和先进材料等领域具有广泛的应用前景,所以对锡铜金属间化合物的形成过程以及金属间化合物不同界面的力学性能的探究可以为理解合金的微观结构和性能之间的关系和合金设计提供实验支持。透射电镜原位技术具有高分辨率、实时动态观测和原位操作等特点,在揭示材料物理机制方面具有独特的优势。本文利用透射电镜原位技术,对纳米锡片在热场作用下结构演变及锡铜热、力学行为进行了原位电镜研究。本论文主要研究成果与结论如下: 1.通过原位透射电镜技术,在原子尺度上深入探究了纯锡纳米片在不同加热速率下的微观结构演变行为。实验结果表明,纯锡纳米片在热场作用下会形成纳米球,这一转变不受升温速率的影响。进一步观察发现,在熔化扩散后的保温过程中,纳米球的边缘和内部区域在再结晶时,其晶向会不断发生变化,这一不稳定的晶向特征揭示了纯锡在作为焊料应用时存在的问题。以纯锡和铜的界面为样本,通过加热实验研究了两者之间的相互作用。实验结果显示,纯锡纳米片与铜之间并未形成可靠的金属间化合物,而是形成锡纳米球。结合比表面积和润湿角的理论分析,进一步证实了纯锡与其他金属的焊接性能不佳,从而限制了其在电子元件等领域作为焊料的应用。 2.利用原位透射电镜技术,实时、动态地观察了锡薄片在加热过程中生成锡的亚稳相的行为。通过高分辨率的HAADF-STEM和HRTEM图像分析,在加热保温阶段观察到了锡表面明显的氧富集现象。采用EELS-Mapping技术,并结合HAADF-STEM和ABF-STEM图像,从氧强度的角度进行了深入分析,结果一致表明锡表面存在显著的氧富集。结合i DPC数据,从另一个晶带轴方向对氧富集区域进行了观察,并证实了该区域生成了新的亚稳相。为了深入探索这一亚稳相的形成机制,进行了理论计算,模拟了类氧化锡的晶体结构,并从形成能的角度分析了该亚稳相存在的可能性。理论计算结果显示,该亚稳相的形成能在合理范围内,进一步支持了实验观察的结果。最后,利用电子局域密度函数（ELF）分析结果表明,锡原子与氧原子之间是通过共价键相互连接的。 3.采用透射电镜技术,对离位制备的锡铜样品中的关键金属间化合物Cu6Sn5进行了详细的形貌、元素成分及晶体结构表征分析。为模拟实际应用中锡铜材料的原位反应过程,采用直流磁控溅射技术制备了锡铜样品,并在原位透射电镜的实时观测下进行了加热实验。当温度升至200℃时,观察到锡层开始熔化并逐渐向铜层扩散,最终覆盖在铜层之上。在此温度条件下,锡与铜充分反应,形成了金属间化合物Cu6Sn5。完成加热实验后,将样品降至室温,并再次利用透射电镜对金属间化合物Cu6Sn5的元素成分和晶体结构进行了表征分析。所得结果与前期离位样品的表征结果相互验证。 4.针对管式炉离位制备的锡铜样品中的金属间化合物界面,进行了系统的原位力学实验分析。首先采用纳米压痕技术,对锡铜样品中不同界面的力学性能进行了详细测试。结果表明,在相同时间、相同大小的载荷应力作用下,硬度较低的锡界面展现出最长的位移,而硬度较高的铜界面则位移最短。在原位透射电镜的辅助下,对两组具有不同长宽厚比例的界面样品进行了原位力学实验。实验数据显示,长宽厚比例的变化并未对样品的力学性能产生显著影响,从而确认了金属间化合物界面材料自身的硬度是主导其力学性能的关键因素。通过对实验结果的综合分析,界面硬度的排序为Cu-Cu3Sn>Cu3Sn-Cu6Sn5>Cu6Sn5-Sn,即随着界面硬度的增加,使界面发生弹性形变所需的外力逐渐减小。 本文的研究有助于深入理解纳米锡片在热场作用下的微观结构演变行为以及锡和铜扩散生成金属间化合物的动态机制,对进一步完善锡铜合金的扩散机制具有指导意义。此外,该工作对于其他体系的锡基焊料合金的设计和制备具有参考价值。

关键词： 纳米技术   二氧化硅纳米颗粒   尺寸可控   成像应用  

摘要： 随着纳米技术的蓬勃发展,纳米材料在各个领域的应用日益广泛。其中,纳米颗粒作为一种重要的纳米材料,在科学研究和工程实践中扮演着关键的角色。纳米颗粒通常指的是尺寸在纳米级别的微小颗粒,其尺寸范围介于1到100 nm之间。纳米颗粒的尺寸成为研究和应用的一个关键焦点,这一极小的尺寸使得纳米颗粒在物理、化学和生物学方面表现出与宏观材料截然不同的特性和行为,因此在生物医学领域的应用备受关注。在众多纳米颗粒中,二氧化硅纳米颗粒（Si NPs）以其独特的性质和广泛的应用备受关注。首先,Si NPs具有可控性强、制备工艺简单等优点,同时也是一种生物相容性高且无毒的材料。其次,Si NPs具有优异的化学稳定性和表面活性,功能化的Si NPs指的是在Si NPs的表面或内部引入不同的功能性基团或材料,以赋予其特定的性质和功能,可以实现Si NPs对生物的定向识别检测、生物成像和药物递送及治疗等功能,在生物医学领域具有广泛的应用前景。基于这一研究方向,本论文主要开展了以下三个工作: 1、二氧化硅纳米颗粒的制备与尺寸调控的研究 通过改变水的量、正硅酸四乙酯（TEOS）的量、氨水的量、包壳次数、小分子化合物、聚合物和聚合物水溶液浓度等因素,对基于环己烷/曲拉通X-100/正丁醇/水组成的反向微乳液体系制备的Si NPs的尺寸和形貌进行了实验研究。结果显示,制备的Si NPs基本呈球形,而水的量是影响其粒径的主要因素。增加水的体积会导致纳米颗粒粒径减小。此外,在相同条件下,TEOS的量和氨水的量也在一定范围内影响纳米颗粒的粒径大小。增加包壳次数可能会导致部分纳米颗粒粒径增大,这是因为颗粒在TEOS和氨水连续添加过程中经历了多轮凝胶化和成核过程,导致尺寸不规则变化。然而,不同分子量的小分子化合物以及聚合物水溶液对纳米颗粒的尺寸变化影响不大。水在反应中起主导作用,而不同的化合物和聚合物只需能有效溶解于水中,即可包裹在纳米颗粒内部。但高浓度的聚合物水溶液可能会引起颗粒的堆积,因为它增强了颗粒之间的吸引力或凝聚力。 2、功能化荧光二氧化硅纳米颗粒的制备与成像应用 在基于前述研究的基础上,我们成功制备了具有一定尺寸且包裹荧光染料的Si NPs,并对其进行了表征。结果显示,荧光染料在Si NPs中仍然保留了其在溶液中的荧光特性,并且这种保留是相对稳定的。此外,Si NPs作为载体,有效地保护了荧光染料免受光照的影响,减少了其荧光强度的降解,提高了其光稳定性。进一步的实验研究表明,这种新型纳米颗粒在荧光活体生物成像中具有良好的成像效果。 3、功能化磁性二氧化硅纳米颗粒的合成与成像应用 在基于前述研究的基础上,我们制备了聚合物Poly-Gd-DTPA和Poly-Gd-NTA,进一步的我们成功制备了一定尺寸且包裹聚合物Poly-Gd-DTPA和Poly-Gd-NTA的Si NPs Poly-Gd-DTPA-Si O2和Poly-Gd-NTA-Si O2,与磁共振成像（MRI）临床常用的造影剂钆喷酸葡胺注射液一起稀释不同浓度梯度的样品,对其进行了MRI信号测试对比。通过观察MRI的T1加权图像,我们得知聚合物中含有Gd金属离子的配体具有明显的信号增强效果。然而,将这些聚合物包裹在Si NPs中后,其信号增强效果并不显著。可能是因为其密度增加,可能会减少水分子与磁性物质的接触,从而减弱了信号效果。进一步的分析还涵盖了四甲基哌啶氧化物及其制备的Si NPs的磁共振信号强度对比,同样得出了相似的结论。故当前该体系下所制备的Si NPs并不适宜用作包裹磁性物质的MRI T1造影剂。

关键词： 纳米技术   可湿性粉剂   酸响应释放   嘧菌酯   灰霉菌  

摘要： 保障粮食安全是头等大事。研发与施用纳米农药将有助于推进藏粮于地、藏粮于技。纳米农药是利用纳米材料与制备技术,将原药、载体与辅剂进行有效高效配伍创制的农药制剂产品。目前应用最广泛的纳米农药是指装载纳米材料或者掺杂纳米材料的农药,这类纳米农药通常具有提高原药有效组分性能、靶向运输、保护农药和控制释放等功能。对比传统农药,纳米农药具有更小的粒径,就意味着在作物的叶片上可以分布的更加均匀,药效更显著。此外,农药的纳米载体可以促进农药的有效成分流向目标生物,从而提高农药的生物利用度。这些优点在实际应用中可以弥补传统农药用量大、效率低的缺点。因此,在未来纳米农药将得到更加广泛的应用。 本研究结合番茄灰霉菌在侵染初期会分泌草酸增强致病性的特征和ZIF-8在酸性条件下迅速崩解,在中性条件下缓慢释放的特点,研发出酸响应纳米农药释放载体:ZIF-8/BC,并制备得到纳米嘧菌酯可湿性粉剂:AZOX-ZIF-8/BC。研究成果如下: (1)通过浸渍法将AZOX负载在ZIF-8/BC,制备得到:AZOX-ZIF-8/BC。通过HPLC测得DLC为19.83%,EE为8.27%。 (2)通过对AZOX-ZIF-8/BC进行表征,发现生长在BC上的ZIF-8颗粒为菱形正十二面体,粒径为145 nm;纳米载体ZIF-8/BC可以吸附AZOX,并且利用载体本身的微孔结构,可以有效提高AZOX的热储稳定性。 (3)通过对AZOX释放行为的探究,发现在酸性(pH=4.8)条件下有更好的释放效果,为76.70%,而中性(pH=7.0)和弱碱性(p H=8.2)条件下释放速率明显减缓;同时,AZOX的释放符合Korsmeyer-Peppas模型,主要受到菲克扩散(n≤4.5)的影响。 (4)通过体外抑菌试验,发现AZOX-ZIF-8/BC在5～40 mg/L范围内的抑菌活性分别比对照组高出41.15%、43.13%、20.84%和51.37%;表明载体ZIF-8/BC的存在能有效提高AZOX的防治效果,抑制菌丝生长和侵入。 (5)通过盆栽试验,发现AZOX-ZIF-8/BC在300 mg/L时可以达到良好的防治效果,而对照组需要400 mg/L。通过对AZOX-ZIF-8/BC主要性能指标进行检测,达到良好效果。 以上结果表明,AZOX-ZIF-8/BC不仅对番茄灰霉菌具有良好的防治效果,而且纳米载体ZIF-8/BC实现AZOX的在中性条件下缓慢释放,在酸性条件下大量释放。该技术具有成本低、效率高、环境友好等优势,可以提高农药利用率,展示广阔的应用前景。

关键词： 纤维素纳米纤维   低温等离子体   纳米技术   活性包装   智能包装  

摘要： 纤维素是地球上最丰富的生物聚合物,可以从农业废弃物如菠萝皮中提取。直径为纳米尺度的纤维素纳米纤维（Cellulose nanofibers,CNF）具有独特的性质,可用于食品包装材料的填料或基材。然而,传统的CNF制备方法存在高能耗、高化学试剂消耗和废水污染等瓶颈问题,阻碍了CNF的进一步发展。低温等离子体（Cold plasma,CP）作为一种新型绿色加工技术,已逐渐应用于生物大分子的预处理或改性方面。因此,本研究对菠萝皮废弃物进行再利用,围绕菠萝皮纤维素展开系列研究。提出CP技术融合芬顿氧化构建高级氧化环境的创新策略,用于有效解构纤维素,实现CNF的绿色高效制备。进一步利用CNF独特的性能,结合纳米技术,创制出三种类型的新型CNF生物基升级食品包装材料,即“高性能包装”、“活性包装”和“智能包装”,并将其应用于以水果为代表的食品贮藏与保鲜领域,为推动CNF生物基食品包装材料的升级和绿色发展提供新的思路和研究方案。主要研究结果如下: （1）提出了一种CP技术融合芬顿氧化预处理纤维素制备CNF的创新策略。通过研究Fe2+辅助CP的氧化效果及预处理后纤维素的聚集态结构变化,揭示了Fe2+辅助CP在解构纤维素制备CNF过程中的关键作用机理。结果表明,随着CP处理时间的延长,产生的过氧化氢（H2O2）含量显著增加,H2O2与Fe2+之间发生的芬顿氧化反应进一步产生更多具有强氧化性的羟基自由基（HO·）,从而形成更强的氧化环境。纤维素通过预吸附Fe2+,随后进行60 min的CP处理,再通过超声作用可以纳米原纤化成CNF,形成相互交织的网络结构。Fe2+辅助CP的处理显著降低了纤维素的聚合度（DP）,羧基含量的增加增强了原纤维间的静电排斥力。此外,预处理纤维素的表面呈现出粗糙、孔洞和断裂特征。其分子间氢键含量和平均微晶尺寸(Dhkl)也显著降低。因此,经过Fe2+辅助CP的处理后,纤维素的结构被有效弱化,在机械作用下更容易制备成CNF。 （2）解析了Fe2+辅助CP预处理纤维素制备的CNF的结构与性能特征。结果表明,Fe2+辅助CP产生的高能量和活性粒子对纤维素的解构起到了关键作用,使所得CNF呈现出更均匀分散的网状结构,此外,CNF的羧基含量和分子内氢键含量增加。特别是在60 k V的工作电压下,这种效果尤为显著。进一步将CNF自组装成膜的形式从侧面评价其机械性能,结果显示,经Fe2+辅助CP预处理制备的CNF膜具有更高的拉伸强度和断裂伸长率,具有作为填料或基底材料用于食品包装的潜力。与传统的酶预处理方法相比,Fe2+辅助CP的预处理方法在时间效率和性能提升方面都具有明显优势。综合考虑CNF的结构和性能,最终确定在60 k V的工作电压下进行Fe2+辅助CP预处理纤维素,以获得性能最优的CNF。 （3）构建了一种高性能疏水的全绿色CNF复合包装膜。以菠萝皮纤维素为基质,采用绿色离子液体作为溶剂,加入巴西棕榈蜡作为疏水剂,菠萝皮CNF作为增强相。结果表明,通过添加巴西棕榈蜡并经退火处理后,原本亲水的纤维素基膜表面转变为疏水性,水接触角提高至100°以上。此外,该膜还表现出抗紫外光和抗氧化能力。CNF的加入与纤维素结合形成双重网络结构,进一步改善了纤维素纳米复合膜的屏障性能、机械性能以及热稳定性等。纤维素纳米复合膜可以有效延缓樱桃圣女果的采后变质,维持其硬度和重量等贮藏品质。此外,纤维素纳米复合膜在使用结束后,能够在土壤中30天内自然降解。 （4）创制了一种具有类氧化酶活性的抗菌CNF复合包装材料。将纤维素化学与人工酶相结合,在菠萝皮CNF上原位生长具有更大比表面积的超薄钴锰纳米片（Co Mn-NS）。结果表明,Co Mn-NS在CNF上生长良好,所得CNF@Co Mn-NS表现出优异的类氧化酶性质。在CNF@Co Mn-NS的咪唑盐框架内,钴和锰以多种氧化价态存在,能够实现活跃的氧化还原循环,产生单线态氧（1O2）和超氧阴离子（·O2-）等活性氧物质（ROS）。CNF@Co Mn-NS对金黄色葡萄球菌（***）和大肠杆菌（***）两种食源性致病菌的灭活率分别达到74.14%和54.87%。CNF@Co Mn-NS对小鼠成纤维细胞没有表现出细胞毒性。将CNF@Co Mn-NS进一步自组装成了具有柔韧性、稳定性和抗菌性能的CNF@Co Mn-NS纸,可以有效保护库尔勒梨和皇冠梨的伤口免受微生物引起的腐烂。证明了使用可再生和可降解的CNF结合人工酶构建食品抗菌活性包装材料的潜力。 （5）开发了一种能够监测食品鲜度的智能响应型CNF复合标签。将纤维素化学与传感器相结合,利用1,2,4-三氨基苯二盐酸盐和Na OH为前驱体合成的具有良好p H敏感性的碳点（CDs）基光学传感器嵌入到菠萝皮CNF中。结果表明,CDs表面的

关键词： 太阳能天窗玻璃   光电转换效率   汽车能源   可再生能源   纳米技术   电动汽车  

摘要： 本文详细介绍了一项前沿电动汽车创新研发项目——可透光太阳能储能天窗玻璃研发。该项目致力于开发一种全新的太阳能天窗玻璃，以提高汽车对太阳能的使用效率。在当今全球新能源汽车市场竞争日趋激烈的背景下，产品创新能力的不断提升成为行业持续发展的核心驱动力。太阳能天窗玻璃的横空出世，恰好迎合了这一发展趋势，它将太阳能发电技术与现代汽车制造工艺巧妙结合，不仅突破了传统车窗的基本功能界限，还以其绿色环保、节能高效的特性为新能源汽车增添了新的价值内涵。本文介绍了一种新型可透光太阳能天窗玻璃的研发过程，该产品在保证车内光线充足的前提下，实现了高效的光电转换，为汽车提供了额外的能源供应。

关键词： 建筑幕墙   防火材料   纳米技术  

摘要： 为解决建筑幕墙在防火性能方面的挑战，本文对建筑幕墙防火材料进行了研究，提出基于技术规格和环境适应性的材料选择策略，并展望了纳米技术、环境友好型材料及智能防火材料的未来研发方向，以期为相关人员提供参考。

关键词： 电化学免疫传感器   纳米技术   幽门螺旋杆菌四价表位疫苗   空泡细胞毒素A  

摘要： 幽门螺旋杆菌（***）是一种革兰氏阴性螺旋状致病菌,可通过口-口或粪-口迅速传播。这种病原体是导致各种胃肠疾病的主要病因,被认为是比乙型和丙型肝炎病毒导致癌症更多的病原体,这使得***成为世界范围内最主要的感染性致癌物之一。***感染病人临床表现与***菌株基因型毒力因子类型相关,包括细胞毒素相关蛋白A（Cag A）、空泡细胞毒素A（VacA）、尿素酶（Ure）和黏附素等。研究表明,Cag A和VacA是导致胃部疾病的两个重要毒力因子,可诱导上皮细胞损伤和慢性炎症,最终可能导致胃癌。 开发合适的诊断方法对胃癌早诊断、早治疗以及对患者预后尤为重要。目前临床常用的幽门螺旋杆菌检测方法各有其优缺点,大部分只能诊断是否存在感染,不能实现分型诊断。基于上述原因,本文首先构建了幽门螺旋杆菌FVp E电化学免疫传感器,用于高效、灵敏地测定幽门螺旋杆菌,用于诊断是否存在感染;然后构建了幽门螺旋杆菌VacA抗原传感器,用于确定幽门螺旋杆菌感染分型;最后构建幽门螺旋杆菌VacA抗体传感器,用于诊断是否为幽门螺旋杆菌现症感染。 （1）基于石墨相氮化碳（g-C3N4）、离子液体（IL）、壳聚糖（CS）材料的优势,成功制备了基于壳聚糖-离子液体（CS-IL）/g-C3N4复合材料修饰的玻碳微球离子液体糊电极的无标记FVp E抗原电化学免疫传感器（BSA/FVp E/CS-IL/g-C3N4/GCILPE）,可用于多克隆兔源幽门螺旋杆菌抗体（anti-Hp）的高灵敏定量检测。CS-IL/g-C3N4复合材料不仅能够增强电流响应值,而且能为幽门螺旋杆菌四价表位疫苗（FVp E）的固定提供良好的生物相容性平台,从而改善了免疫传感器的灵敏度和稳定性。通过电化学技术:循环伏安法（CV）、电化学阻抗谱（EIS）和扫描电子显微镜（SEM）监测了免疫传感器的构建过程;通过差分脉冲伏安法（DPV）对实验条件进行了优化,建立了检测anti-Hp的新方法,其线性范围为0.05～5 ng m L-1,检测限为0.01 ng m L-1。和其他传感器相比,设计的免疫传感器具有较好的检测性能。此外,该免疫传感器的重现性和稳定性良好,可以实现对人体血清样品中的anti-Hp的灵敏检测,从而诊断是否存在幽门螺旋杆菌感染。 （2）成功制备了基于石墨烯负载银修饰的碳离子液体糊电极的无标记VacA抗原（VacA Ag）电化学免疫传感器（BSA/VacA Ag/Ag-GO/CILPE）。石墨烯负载银/离子液体（Ag-GO/IL）纳米复合材料可以增强VacA Ag的固定能力,提高疫传感器的响应信号,从而达到特异性捕获VacA抗体（VacA Ab）的目的。通过DPV、EIS、SEM和透射电镜（TEM）监测了免疫传感器的制备步骤。采用构建的免疫传感器对VacA Ab进行了选择性识别,建立的方法检测VacA Ab的线性范围为0.01～1 ng m L-1,检测限为5 pg m L-1。构建的传感器具有良好的特异性、重现性和稳定性,可以对人体血清样品中的VacA Ab进行分析测定,从而实现对幽门螺旋杆菌感染的分型诊断。 （3）为构建无标记VacA Ab电化学免疫传感器,我们制备了基于铜纳米线/离子液体纳米复合材料（Cu NWs/IL）的生物相容性平台。Cu NWs/IL复合物作为VacA Ab的固定材料,不仅明显改善了修饰电极的有效表面积、增加了抗体的固定量,而且显著提高了电子传输能力。通过扫描电镜和电化学技术分别研究了免疫传感器制备过程中的表面形貌变化情况和电化学性能;通过DPV研究了构建的电化学免疫传感器对VacA Ag的检测性能,VacA Ag的响应信号及其浓度在0.01～1 ng m L-1的范围内成线性关系,检测限达到了1 pg m L-1。构建的免疫传感器可以用于检测人体粪便样品中的VacA Ag,可以进一步诊断是否为幽门螺旋杆菌现症感染。

关键词： 风力叶片   数值模拟   风电场   纳米技术   纳米陶瓷涂层  

摘要： 由于人们越来越关注化石燃料的不利影响和有害后果,包括人类、动物、植物、气候和其他关键环境因素,风能在世界范围内经历了重大发展和创新。不同发达国家和发展中国家通过采用实用规模的可再生能源(RE)项目和更可持续、更清洁和更绿色的替代燃料资源来应对这些严重的生态问题。风能是其中一个可再生能源种类。美国、中国、约旦、德国等国家建立了几个兆瓦/吉瓦规模的风电场,以满足人们对电力日益增长的需求。然而,风力涡轮机的功能及其相应的屈服功率会受到一些环境条件和运行环境的影响。例如,风速、温度、压力值和风荷载/风力在影响风力涡轮机的效率和整体电力方面起着关键作用。同时,总电能可能主要受到某些环境条件的影响,例如风力叶片表面的粗糙度。在某些情况下,当雪、灰尘、昆虫或污染物质沉淀在风力叶片表面,会发生更大的摩擦,导致更大的阻力,并显著降低风力叶片灵活旋转的能力,从而导致整体电力水平下降。研究人员报告说,风力叶片持续暴露在有问题的运行条件和复杂的天气条件下,可能导致更大的性能衰退,导致昂贵的操作和维护(O&M)需求。例如,它们可能会受到大雨或灰尘的影响,这可能会在一到两年内导致其表面粗糙度急剧恶化。另一方面,一些风电场可能需要几年时间才能出现相同的退化和侵蚀问题,具体取决于每个风电场的气候特征。在这种情况下,许多学者强烈建议在风力叶片表面涂敷涂层,以帮助缓解具有挑战性和有害的操作条件,这些条件可能导致风力叶片的性能和产生清洁电力的能力迅速下降。 本文旨在确定在风力叶片表面实施保护性纳米陶瓷涂层的益处,以帮助保护其表面免受下雪、非常寒冷的冬天或非常炎热的天气恶劣等天气条件影响,避免其发生劣化和机械退化,从而影响风力叶片的机械性能。反过来,整体产生的清洁电力也会受到影响。本论文探讨了一个Al-Tafila风电场(TWF)可再生能源项目,该项目为本研究中涉及的数值分析提供了案例。此外,这项工作旨在最大限度地减少在风力涡轮机上花费的运维成本。据该风电场综合管理部门的工程师、高级官员和顾问称,该项目面临着一系列具有挑战性的问题和困难,这些问题限制了Al-Tafila省风力发电的最终清洁发电量。 本论文主要依靠两种数据分析方法来完成必要的研究目标,包括有限元分析(FEA)和计算流体动力学(CFD)。有限元分析可以为风力涡轮机叶片提供完整的数值分析和数学建模与模拟。尽管如此,由于模拟程序涉及空气(风)的空气动力学运动以及阻力和摩擦力的研究,因此还需要使用第二种数据分析技术参与这项工作。基于上述FEA和CFD方法的讨论,在进行3D建模和数学模拟之前,必须将机身划分为具有确定(有限)形状的小单元,这些单元可以灵活地进行分析和研究,并具有更好的适应不同类型空气动力载荷和控制风速的能力,同时适应于面向风力叶片几何复杂性的重大挑战。采用FEA方法,通过主动划分网格,将风力发电机叶片的整个结构划分为321.1万个部分来代表可以有效仿真和探索的最小单元,以便开展风力发电机叶片的数值研究。此外,后一种单元数与CFD网格划分过程有关。参考计算机辅助工程(CAE)实现的网格划分程序,单元数达到25,896。这些小单元具有多边形形状,可以在其上施加空气动力载荷,而不会在考虑形状的几何复杂性时遇到形状设计问题。为了更好地阐明和有效理解纳米技术对风力叶片涂层的关键贡献、益处和增强作用,本文对使用氧化铝涂层前后风力叶片的力学性能进行了比较分析。同时,明确讨论并阐明了当使用纳米材料的涂层技术应用于风力叶片表面时的空气动力学性能以及气压和阻力趋势。 基于这三种研究方法,本研究对维斯塔斯V112-3.0 MW风力叶片进行了分析模拟,结果表明,应用纳米复合涂层(如氧化铝)可以降低Von Mises、弹性应变和总变形率,从而提高风力叶片的力学性能和耐久性,最终产生清洁的电力。表面的灰尘(或受污染的氧化铝层)也会大大降低风力叶片的空气动力学性能,阻力和压力的显着增加就证明了这一点。反过来,这将大大降低风力涡轮机的年发电功率。此外,ANSYS数值仿真证实,无论表面粗糙度如何,都可以通过提高三个风叶片扫掠区域的风速来增加压力和阻力。此外,研究发现,整体使用氧化铝纳米涂层有助于延长使用寿命,提高可用性,并提高在恶劣工作条件、恶劣操作环境和大气条件下的耐腐蚀性、和耐磨性。除了这些发现之外,从ANSYS数值工作中得出的结论包括,由于风力叶片表面的风压最小化,通过氧化铝涂层覆盖风力叶片可以最大限度地减少最大阻力。然而,当这种清洁的表面被灰尘覆盖时,阻力和压力可能会显着升高,导致风力涡轮机的整体性能和清洁发电量的下降。基于这些发现,强烈建议监测风力叶片的清洁程度,以帮助始终保持其表面清洁。由此,可以避免有效率的降低或电气和机械劣化。 在这些关键结果的基础上,从ANSYS仿真工作的结果中可以看出,使用纳米涂层之后

关键词： 纳米技术   纳米物理学   纳米材料学   纳米化学   分子运动   尺度空间   医学诊疗   全新技术  

摘要： 纳米技术是指在1~100nm尺度空间内研究电子、原子、分子运动规律及特性的全新技术学科,自20世纪90年代开始勃兴。随着纳米技术的高速发展,交叉衍生了一系列新的学科,如纳米物理学、纳米化学、纳米材料学等。