功能化应用

功能化应用（精选12篇）

功能化应用 篇1

离子液体是在室温或室温附近呈液体, 由有机阳离子和无机阴离子或有机阴离子构成的[1]。离子液体具有可调性, 根据不同需要改变其阴阳离子结构可以达到设计者的目的。离子液体被称为“设计者的溶剂”[2]。

本文综述了迄今见诸报道的多种功能化离子液体, 分类总结了各种离子液体的合成及性质, 简要地介绍了其在有机合成中的应用。

1 功能化离子液体的制备

阴阳离子中引入一个或多个官能团或阴阳离子本省具有特定的结构而具有某种特殊功能, 或在反应中作为溶剂或催化剂, 即被称为功能化离子液体[3]。将卤化物、有机酸卤化物、卤代醇、卤化羧酸及其衍生物和催化剂等功能团键合到的阳阴离子上, 可以合成不同功能化的离子液体[4]。

在研究Beckman重排反应的过程中Li D等[5]以烷基咪唑和卤代羧酸反应, 在经离子交换合成了羧酸型离子液体[Bac Im]BF4。将其负载于硅胶的纳米孔中可作为高效脱肟的催化剂。

2 功能化离子液体的性质

功能化离子液体具有普通离子液体的通性。例如:液态温度范围宽, 蒸气压极低, 溶解能力强, 酸性可调, 对人和环境低毒, 可循环使用等。

3 功能化离子液体在有机合成中的应用

功能化离子液体在有机反应中作为反应介质或催化剂, 可以改变反应机理, 使催化剂的活性、稳定性更好、选择性、转化率更高。

3.1 阳离子的功能化

3.1.1 磺酸基功能化

顾彦龙等[6]合成功能化酸性离子液体1-甲基-3- (4-磺酸基丁基) 咪唑三氟甲基磺酸盐, 将其作为催化剂, 用于烯烃的低聚反应, 转化率达到68%-99%。

Xiaofei Liu等[7]合成了双咪唑双磺酸基溴盐, 并将其应用于贝克曼重排反应中, 反应产率较高。反应式见 (1)

3.1.2 氨基功能化

氨基功能团化的离子液体可用于混合气体中CO2的分离、气体纯化和CO2的固定工作Bates等[8]合成了1-丁基-3- (3-氨基丙基) 咪唑四氟硼酸盐。并将其用于吸收CO2。反应式见

S.V.Dzyuba等[9]合成了1, 3-二氨基丙基咪唑溴盐。反应式见 (3) 。Rong Tan等[10]对其进一步研究, 将其应用于多烯的立体催化。

3.1.3 酰胺功能化

Xu D Q等[11]合成了酰胺功能化的离子液体3- (N, N-二乙基氨甲酰基甲基) -1-甲基咪唑四氟硼酸盐。杨文龙等[12]对其进行近一步研究, 将其应用在在缩醛 (酮) 化反应中, 获得了比传统离子液体1-正己烷-3-甲基咪唑, 产率收率高。

3.1.4 羟基功能化

徐欣明[13]等报道了羟基功能化离子液体氯化1- (2-羟乙基) -3-甲基咪唑盐, 可以作为芳香醛和活泼亚甲基化合物进行的Knoeve nagel缩合反应的催化剂, 以82%~97%的产率生成相应的E式烯烃。

3.1.5 酯基功能化

朱立业[14]等合成了酯基功能化离子液体1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐, 并采用核磁共振、红外光谱、元素分析对其进行了结构表征, 对功能化离子液体的基本物化性质、黏温性、吸湿性、溶解性、熔点及热稳定性等进行了研究。反应式见 (4) 。

3.1.6 氰基功能化

ZHAO Dong-bin[15]等制备了氰功能化吡啶系离子液体[Pd Cl2 (C3CNPy) 2][X], 作为钯催化的两相Suzuki和Stille偶联反应的固定化催化剂, 表现出了良好的催化活性, 反应条件温和, 产品收率高。反应式见 (5) 。

3.1.7 手性离子液体

Sanzhong Luo[16]等以脯氨酸为原料合成了不对称的金属有机催化剂, 并将其应用于环己酮的不对称加成反应中, 产率达到99%。反应式见 (6)

3.2 阴离子功能化

功能化的阴离子主要有OH-、CF3SO3-、F3CO2S-N-SO2CF3-、CH3CH (BF3) CH2CN-和CN-等。例如Taojiang*[17]等报道了功能化离子液体[Bmim]OH, 胺吸收CO2的反应中, 作为催化剂和溶剂, 可以较好的吸收。再如, Yanqiang Zhang[18]等合成了双氨基磷酸盐离子液体[a P4443]-[Gly], 并用于吸收CO2。

4 结论

功能化离子液体在有机合成中得到了广泛应用, 并展示了诸多独特的优点。可以预见, 随着研究的不断深入, 功能化离子液体在有机合成领域中的应用将会得到进一步扩大。

摘要：综述了功能化离子液体的制备、性质及其在有机合成中的应用。功能化离子液体是通过将不同类型的官能团引入到普通离子液体的离子结构上得到的。分别从阴阳离子两方面概述了不同功能化离子液体作为反应介质或催化剂在各种有机反应中的应用。

关键词：功能化离子液体,制备,性质,有机合成,应用

功能化应用 篇2

为了切实加强我校各种教育技术装备管理，充分发挥课程资源在深入推进课程改革和实施素质教育中的作用，提升我校教育技术装备工作管理，确保教育技术装备为学校教育教学服务的条件保障机制，促进我校教育技术装备建设工作健康、可持续发展，全面提高教育教学质量，根据教育体育局有关要求，结合我校教育发展实际，特制定本实施方案。

一、指导思想

为进一步加强学校各功能室的管理与使用，提高我校教育教学质量，树立“闲置就是浪费”的观念，制定多项措施，促进我校管理水平的提高。紧紧围绕新课程改革，引导广大教师立足课堂，兼顾课外，健全制度、落实常规、强化服务，抓好教育技术装备的“管”和“用”，有效发挥教育技术装备的作用，使现代教育技术装备成为实现“减负增效”的有效手段，充分发挥课程资源在深入推进课程改革和全面实施素质教育中的作用。提升教师的教育技术装备应用能力和教育技术装备的使用效益，从而促进教育教学质量的全面提高。

二、工作目标

以提高教育技术装备整体管理应用水平为目标，以开展教育技术装备使用效益为主要内容，以建立科学的管理机制和加强日常应用为途径，努力创设有利于教育技术装备管理和应用的制度环境，实现教育技术装备持续、快速发展，全面推动信息技术的普及与运用，以数字化校园的建设为契机，创设我校教育特色品牌。

1、健全机构，确保人员到位，促进管理上水平。

2、实现现代教育技术设备“堂堂用”，提高教师业务水平和课堂教学效果，全面提高教育教学质量。

3、全面开展实验教学和实践活动，提高学生动手实践能力。

4、全面进行图书室建设，充分发挥图书在学校教育教学中的应有作用。

三、具体措施

（一）健全机构 确保规范化、科学管理化

1、成立领导小组

我校成立由校长负责的教育技术装备管理机构，明确各种教育技术装备管理人员的职责，建立健全教育技术装备管理的各项制度，负责学校信息技术教育的研究与教师培训、制定信息技术装备的发展规划、使用与维护管理、固定资产登记管理、设备使用情况管理等。为了更好的进行教育技术设备的管理，特成立老湖镇中心小学教育技术装备管理领导小组：

组

长：李传峰 副组长：孟辉

组

员：张青海 靳庆国 赵丽 梁雪莲 刘庠振

2、专人管理，职责明确，确保实效（1）具体分工： 录课室：孙向武 数学科学仪器室：刘庠振 体育器材室：靳庆国 音乐器材室：徐灵芝 舞蹈室：孟辉 图书室：赵丽 综合实践活动室：陈慧 活动室：刘庠振 阅览室：董红 心理咨询室：梁雪莲

2（2）健全制度，管理到位 第一：保证制度健全，责任明确

学校实验室、音乐教室、计算机网络教室、多媒体教室、图书室的各项管理制度，做到齐全规范，入框上墙，使管理人员、学科教师和学生有章可循。各室负责人明确各自的职责，对各项规章制度要做到了如指掌，加强责任心，将教育技术装备的破损率减到最低，最大地发挥教育装备在教育教学中的作用。各室负责人还应加强学习与创新，提高管理水平。

第二：做到账物相符。

严格按照制度进行仪器器材、设施设备、图书的目录建账。各功能室做到仪器器材总账、明细账、低值易耗品账“三账”齐全、准确；账面与实物相符，总账与分账相符，橱签与实物、与账面相符，低值易耗品账物相符率不低于90%，主要仪器设备完好率达90%以上。

（3）各室负责人要做到日常管理要科学、规范。

第一：摆放仪器要全部入橱，定柜、定层、定位，分类存放，仪器存放科学、规范、安全、美观。实验室化学试剂、药品要妥善保管。定期保养和维修仪器设备，确保仪器设备处于正常完好状态。各室如有仪器破损，能维修的应自行或请人维修，不能维修的应及时填写教学仪器设备报损报告单。

第二：日常教学仪器器材设备要做到实物有登录、使用有记载，借用有登记，损坏又赔偿，对不足的仪器器材有计划地补充。寒暑假期间各室不开放，学校器物一般不外借，如确需在寒暑假借用学校器物或外借学校器物，须经过学校领导批准方可。

第三：管理人员经常清扫各功能室，保持各室室内干净卫生，安全通风，仪器排放有序，规范，并做好用电、防盗、防火等安全工作。学校网络、计算机定期进行网络维修、软件更新、病毒查杀等工作。

（二）有效运作，促进装备应用常态化

教育质量是立校之本。教育的改革和形势的发展，要求我们运用现代教育技术来提高教育教学质量，教育技术装备是实现现代教育技术的保证和条件，装备的最终目的就是运用。因此，我们要立足校情，有效运作，提高教育装备的应用率。

1、做好培训工作，促使教师用好装备。

采用集中与分散的培训方式，对管理人员与全体教师进行相关的培训。采用“请进来，走出去”的方式，重视实验教师、图书管理员、网管人员和器材管理人员的培训工作。发挥好学校骨干教师和电教管理员的作用，全面开展以校本培训为主，以提升教师的整合水平为目的，以转变教师理念为根本，以基于信息技术环境和教学资源的教学设计为重点，以培训和实践相结合为主要手段的信息技术与学科课程整合的教师全员培训。管理人员和教师的培训讲求实际、实用和实效，为教师用好教育装备作好准备。

2、发挥教育技术设备作用，提高课堂教学效率

结合学校的专用教室、仪器器材的实际情况，我们各功能室开放作统一安排。

图书室、阅览室每周一下午第三节课和每周五下午第二节课为开放时间，按照学校安排表各年级学生凭借书证轮流借阅图书，保证每学期生均借书册数不少于8册。各年级在开学初期由语文教研组长推荐适合学生阅读的书目，由学生课外完成阅读；结合学校开展的“经典诗文诵读活动”，多项举措保证学生课外阅读量达课标要求。

为了有效推进信息技术与学科课程结合，充分发挥信息技术的优势，增强教与学效果。鼓励教师积极制作课件和教具，撰写教育技术运用和实践论文，使现代教育成为实现“减负增效”的有效手段，提高课堂教学效率。

（三）总结提高，确保实效。

各功能室管理人员每月要进行一次自查，发现存在的问题与不足，根据自己管理的功能室设备使用标准和要求进行认真彻底的整改。

每学期结束前，学校要组织人员对教育技术装备的管理应用情况进行一次全面检查。我校还要要建立教育技术装备管理、提高教育技术装备应用水平运行的长效机制，逐步实现教育技术装备管理应用常态化、规范化和科学化。

老湖镇中心小学

多功能的优势应用 篇3

大家熟知的佳能公司最近举办了一次面向用户的大规模打印输出设备新品试用活动，旨在将佳能新产品的品质更直接有效的呈现在各行各业的用户面前。山间屋公司通过积极争取获得了试用佳能iC MF4412多功能一体机的机会。山间屋公司为何对佳能iC MF4412情有独钟?用户试用的过程与结果如何?通过实地采访我们得到了全部答案。

“通过试用佳能iC MF4412。我们明确了自身需求”

来到山间屋公司，我们受到了公司相关负责人赵女士的接待。简单介绍之后，我们询问了山间屋选择佳能iCMF4412的原因。赵女士的回答颇具代表性，她说“作为中小企业，在选择办公打印产品时，最关心的是性价比，其次是售后服务问题。而我们了解到佳能iCMF4412属于佳能新品中的经济基础型产品，而且功能丰富，这符合我们的需求。”由此可以看到，准确产品细分的确有助于用户按需选择产品。

接着我们对山间屋原有办公输出设备进行了了解，经赵女士介绍公司目前共有4台单功能打印机，4台复印传真双功能设备，以及3台单功能扫描仪分布在不同的办公室，对于一个30余人的中小企业来说打印输出设备的数量和种类都不可谓少数。“已经拥有如此多的办公设备，为何还有意添置佳能iC MF4412呢?”我们不禁发出疑问。“其实可以说一直以来我们对自己的需求把握得不是十分准确。过去，我们是缺什么功能就添什么设备，时间一长设备的种类与数量越来越多，管理应用起来压力大、麻烦也多，耗费了一定的人力财力。”赵女士的话语中吐露出了几分为难。的确，在一个办公室的办公桌上我们看到了一台打印机、一台复印传真机以及一台扫描仪，有限的桌面空间所剩无几。反观前台办公文员胡小姐的桌面上，佳能iC MF4412只占用了方寸面积即实现了办公所需全部功能。办公文员胡小姐告诉我们“本来我的桌面上也是摆了三种设备十分拥挤，现在换成佳能iC MF4412办起公来感觉豁然开朗。”回到与赵女士的谈话，她坦言“我们也是在切身应用了佳能iC MF4412后才真正感受到，我们需要的不仅仅是高性价比，还有一体式带来的多功能和易管理。可以说通过试用佳能iC MF4412，我们明确了自身需求。”正如赵女士亲身所感，佳能iC MF4412体现出的办公设备集约化应用优势与简单化管理属性也恰恰是千千万万中小型企业的需求所在。

响应迅速，功能实用

采访中我们了解到，佳能iC MF4412在山间屋试用的近一个月时间里，有人力资源、行政、技术、营销等部门共20余人共同使用。“这期间没发生过故障，相比将来我们经常出现卡纸的打印设备更稳定。而留给我们最深印象的是佳能iCMF4412的响应速度与复印效果。”赵女士与我们分享了她们的使用经验。“其实我们对佳能iC MF4412每分钟23页的打印复印速度与6秒的首页输出速度没有太清晰的概念，真实应用中的感受就是响应速度明显快于原有设备。因为办公人员分别在不同房间办公，所以我们是通过局域网共享应用。多数同事都反映佳能iC MF4412的响应十分迅速，往往是十几秒的时间，人还没走到机器旁佳能iC MF4412就已经开始工作甚至输出完毕了。”对于佳能iC MF4412的复印表现赵女士还与我们进行了探讨“复印功能我们以前都是通过复印传真双功能一体机来实现，所以复印效果不尽人意，勉强使用。佳能iCMF4412是功能更为完备的一体机，但复印的图文、图标都十分清晰，这让我们外行人有些不懂了。”对此我们从佳能iCMF4412最高600×600dpi的复印分辨率、机器构造及精密度控制，甚至是原装耗材的优势等方面进行了解释。另外，佳能iC MF4412支持推式扫描，即从输出设备端直接扫描至PC。“这对于并非每个办公室都具有扫描仪的我们来说有帮助，至少可以减少在办公室之间往返走动的时间，让办公更加高效。”

在山间屋的日常办公中，经常输出的内容有办公文档、技术研发资料(新产品开发报告立项书)、内部通知及会议纪要，还会不时地输出用于申请国家项目及与其他公司做销售推荐的项目书。月平均用纸在12至15包(A4，500页/包)左右，有项目时用纸量会更大。佳能iCMF4412恰好在山间屋试用近一个月了，如此可观的输出负荷并没有压垮它，相反客观验证出了它的稳定品质。

办公文员胡小姐对佳能iC MF4412的身份证复印(ID卡复印)功能赞赏有加，她说“在我们公司，无论是人员面试或入职，还是工作人员外出办公都经常需要复印身份证。由于操作不熟练，经常出现有人将身份证复印重合、翻纸时放错方向等现象。所以基本都是我代劳，虽说事情小但是的确有些繁琐。现在有了佳能iC MF4412的身份证复印功能，我不仅能通过仅翻动一次身份证便完成操作，还能同时选择复印的份数，真是很方便。”其实我们已经多次见到过此功能给用户带来方便的真实案例，只是许多产品功能设计不完善，致使部分产品提供此功能却不能同时实现多份输出。由山间屋的应用案例可以看到，佳能iC MF4412的身份证复印功能设计全面，功能易用。

纳米金刚石的表面功能化及其应用 篇4

纳米金刚石是指粒径在100nm以下的金刚石颗粒,也称为超分散金刚石。纳米金刚石因其独特的力学、物理和化学性质一直是前沿研究的热点[1,2]。超硬、优良的导热性和化学稳定性、无毒、环境友好等优异性能使纳米金刚石在润滑油添加剂、抗磨损表面涂层、复合材料、生物医学影像、药物传递和其他医学领域有着广阔的应用前景[2,3]。

高纯度纳米金刚石颗粒具有近乎完整的晶体结构和可忽略不计的非金刚石碳。透射电子显微镜观察表明,纳米金刚石颗粒是一个多面体,其内部是由sp3碳构成金刚石核,外部是石墨壳或者带有悬键(终端为官能团)的无定形碳[1]。由于具有较大的比表面积,表面自由能高,纳米金刚石往往处于热力学不稳定状态。再者,纳米颗粒表面原子存在悬挂键,在制备和后处理过程中,硬团聚和软团聚会使纳米金刚石粒度明显增大。事实上,纳米金刚石的团聚十分严重。例如,超分散金刚石颗粒的尺度为4～5nm,但多形成微米级的聚集体[4,5]。团聚使纳米金刚石丧失其作为纳米颗粒的一些优良物性,制约着其在许多重要领域的技术应用。毋庸置疑,团聚一直是困扰纳米金刚石应用的主要问题,严重制约着纳米材料的功效。

1 纳米金刚石的结构及其稳定性

常温常压下,石墨是碳的最稳定结构,而金刚石则是亚稳结构。尽管这两种结构之间的平均能量差仅为0.02eV/原子,但要将石墨转化为金刚石则需要在高温高压且(或者)催化条件下才能实现[1]。在纳米尺度,碳相图就需要包括除温度和压强外的第3个参量,即团簇尺度。这是由于系统的吉布斯自由能依赖于表面能,从而导致碳相图发生变化[6]。人们对具有纳米尺度的各种碳结构的稳定性进行了大量的理论和计算研究。对结构模型的研究表明,当颗粒尺度为3～6nm时,四面体碳氢化合物的稳定性要远好于多环芳烃。已有研究确认,表面形貌对纳米金刚石的稳定性起着十分重要的作用,因为它影响着表面重构和sp2碳的形成。裸露的、非功能化的立方颗粒表面与块体金刚石表面结构相似。对于各种形状的团簇,从八面体到立方八面体,再到球体,其表面结构呈现从sp3碳向sp2碳的过渡。表面碳的石墨化有助于提升纳米颗粒的稳定性。研究表明,对于各种形状的、尺度较大的团簇,若其表面石墨化成分小于76%,它呈金刚石结构可能是稳定的,因为它有一个薄的(单层或双层)石墨壳[7]。一般而言,只有纳米金刚石的终端连有官能团或者重组为sp2碳结构,才能稳定sp3团簇的表面。可见,除了碳纳米颗粒的大小和形状外,其稳定性还取决于表面的终端基团[8,9]。因此,纳米金刚石表面嫁接终端基团,特别是表面功能化对于其技术应用具有重要意义。

2 纳米金刚石的表面功能化

尽管纳米金刚石直径在4～5μm,但商业化销售的纳米金刚石悬浮液中的聚集体尺度远非如此。目前,这些较大尺度的聚集体已能够应用到色谱学和药物传输领域。但如果要更好地利用纳米金刚石的优异性能,发挥其特殊功效,就必须有效地解除纳米金刚石的团聚,将其分散为单纳米颗粒[1,10,11]。

近年来,国内外研究人员对纳米金刚石在不同介质中的分散问题进行了探索。据报道[5],Chiganova等用饱和AlCl3水溶液加热处理纳米金刚石,制得的悬浮液中纳米金刚石的二次粒度约为数百纳米。Agibalova等在水溶液中超声分散纳米金刚石,得到的悬浮液中聚集体的平均粒径在300nm左右。这显然是不理想的。许向阳等[12]将纳米金刚石在水相介质中分散,得到的纳米金刚石聚集体粒径均在100nm以下,其中25.7nm的颗粒占83.5%。但文潮等[5]指出,这种在水相介质中分散的方法效率太低,不便于工业化应用。Ozawa等[13]提出了把聚集体与陶瓷微珠(ZrO2或SiO2)一起研磨,或者利用陶瓷微珠辅助进行超声分散,从而制备单纳米颗粒胶体溶液的方法。借此方法,他们得到了直径为4～5nm的纳米金刚石的颗粒。这种方法的缺点是微珠材料易造成污染,并且在纳米金刚石表面产生石墨层,还需要去除无定型碳和金属等杂质。Aleksenskiy A E等[14]的研究揭示,在空气中经过充分的净化和氧化,再经过过滤,可以得到稳定的、直径为4～5nm的颗粒水溶胶。Pentecost A等[15]研究发现,干法研磨也可以解除纳米金刚石的团聚,得到的颗粒直径为5～20nm。这种方法成本低、产量大,而且研磨介质便宜(如水溶性盐和糖),并且不会引入其他杂质污染。Liang Y J等[16]的研究表明,纳米金刚石包覆硼烷伴随超声处理,会使纳米金刚石聚集体的尺度显著减小,在其表面石墨化后,随之进行表面功能化,能够制得粒径为20nm左右的纳米颗粒。

纳米金刚石有着与碳纳米管以及其他石墨纳米颗粒截然不同的特征,其表面能够嫁接许多性质不同的官能团,进而得到结构和性质多样的纳米金刚石表面,但这并不影响它内部核体的性质[17]。目前对于这些官能团如何与其周围环境相互作用,以及怎样降低诸如二次团聚之类的负面影响仍然是尚待研究探索的关键问题[1,18]。

实际上,解除纳米金刚石的团聚与对其进行表面功能化可以同步进行。通过酯化反应或硅烷化过程在超分散金刚石表面嫁接烷基链等,再与其他分子、高分子耦合,即纳米金刚石表面功能化,可以有效地解除超分散金刚石的团聚,并使之在有机溶剂中稳定、防止再聚集和沉淀[19,20,21,22,23]。因此,解除纳米金刚石团聚、并在其表面嫁接各种官能团且进行有效调控是对纳米金刚石进行深入研究和广泛应用的有效途径[1]。目前商业化纳米金刚石粉末可以提供多种多样的官能团,以用于共价结合达到进一步功能化的目的。更令人欣慰的是,利用空气或臭氧净化制得的羧基化纳米金刚石更便于达到这一目的,因为可以利用羧基官能团丰富的化学性质[1]。例如,在高于700℃、氢气气氛条件下进行微波等离子体化学气相沉积处理,就能够有效地减少羧基官能团含量,并完全除去表面的氧,最终得到氢化纳米金刚石[18]。卤素退火和光化学氯解,也可以制得表面带有C-F、C-Cl的纳米颗粒,且表面具有很好的活性。这类纳米金刚石已经用于许多湿化学反应中。当然,还可以制得表面带有烷基、氨基、氨基酸等官能团的纳米金刚石颗粒[24]。Lukehart等[19]用原子转移自由基聚合方法,制得具有高度溶液分散性的纳米金刚石/高分子刷。Osswald等[20]报道了一种简单、环境友好的方法,他们通过空气氧化去除纳米金刚石中的sp2碳,在得到的纳米金刚石中,sp3碳的含量高达96%。透射电子显微镜和傅里叶变换红外光谱研究表明,这些高纯度的、粒径5nm的金刚石颗粒被含氧官能团包覆着。这些纳米颗粒的表面功能不仅可以通过后续处理调控,而且在空气氧化过程不需要有毒的化学品或催化剂等,因而打开了纳米金刚石技术应用的大门。Kruger等[21]报道了小尺度纳米金刚石聚集体的有机功能化方法,通过嫁接硅烷连接物等将氨基酸耦合到金刚石表面,形成小的肽链。Wang等[22]发现,在有机溶剂中,芳香碳基化(Arylcarbonylation)使爆轰纳米金刚石的分散度和稳定性显著改善。Chang等[23]报道了一种使纳米金刚石表面改性,且在水或有机溶剂中分散的简捷方法。该方法的特点是先将纳米金刚石的表面石墨化,随后快速地在其表面嫁接功能性低聚物,如-C(C=O)OCH3、-COOH、-NH2等。Hsin等[3]报道了将爆炸纳米金刚石解团聚和表面功能化一次实现的方法,通过湿法搅拌和介质研磨过程,将各种高分子链(如Polymethyl methacrylate等)嫁接到解除团聚的纳米金刚石颗粒上。

3 纳米金刚石的应用

纳米金刚石有许多优良性质,它不仅继承着大块金刚石的优异性能,在纳米颗粒的状态下继续发挥作用,而且展现出许多块体材料不曾有的特征,具有诱人的应用价值。本文重点介绍以下几个方面的应用。

3.1 纳米颗粒在润滑油添加剂中的应用

纳米金刚石具有高硬度和稳定性,很早就被考虑作为润滑油添加剂使用。最初有人认为,纳米金刚石在润滑液中起到“滚珠轴承”作用。Chou等[25]指出,这并非是一个普遍规律,因为在不同的机械或机构中,存在着不同的润滑机制。例如,润滑油中的纳米金刚石嵌入到碳钢表面层可以减少摩擦和磨损;不同的是,铝合金的磨损机制则是由纳米金刚石悬浮液的粘度主导的。据报道,添加含有爆轰烟灰(金刚石)的润滑油,可以使燃料消耗降低约5%,并且延长发动机工作持续时间[26]。他们推测,这是由于纳米金刚石磨掉了滑动表面上的粗糙物,从而降低了摩擦,而烟灰中的石墨起到润滑作用。然而,这种推测并未得到广泛佐证。Ivanov等[27]报道,高纯度的纳米金刚石能够独自改善摩擦性能,无论是单独分散,还是与聚四氟乙烯或者与金属纳米颗粒一起分散在油脂或润滑油中,都能起到这种作用。最近,Hsin等[3]报道,将适当浓度的纳米金刚石嫁接高分子复合颗粒分散添加到润滑油中,能够有效地改善润滑油的摩擦学性能,极大地减小摩擦系数(达75%)、降低磨损率(达99%),并具有很好的负载容量。由于纳米金刚石-高分子复合颗粒与润滑油的相容性好于纳米金刚石,因而高分子嫁接到纳米金刚石表面有效地改善了纳米金刚石添加剂的耐久性和润滑性。这一进展极有可能改变润滑油的内在品质,具有非常重要的科学意义和应用价值。

3.2 纳米复合材料及其应用

金刚石具有优良的力学性能和热学性能,而纳米金刚石更具有很好的表面化学活性,因而纳米金刚石是一种极好的复合材料填充物。另外,纳米金刚石核体具有稳定的化学性质、生物相容性且无毒,因而非常适合作为生物和医学材料。添加纳米金刚石后,聚合物的机械强度、耐磨性和导热性往往都有显著的改善。Behler等[28]在聚合物中加入含有大密度纳米金刚石的电喷纳米纤维,再制成透明薄膜。测试结果显示,含有20%纳米金刚石的聚酰胺薄膜的力学性能大为改善,其杨氏模量提高到4倍,硬度提高到2倍。这类薄膜能为各种表面提供紫外线防护、抗划痕等,极为适合应用于需要力学、热学和介电性质均优良的领域。Mochalin等[29]将乙二胺的氨基共价连接到纳米金刚石表面的羧基上,使纳米金刚石获得具有反应活性的氨基官能团,并将这种胺化纳米金刚石再与环氧树脂反应制成复合材料,其中纳米金刚石颗粒以共价形式结合在聚合物骨架中。这种复合材料的硬度提升3倍、杨氏模量提高50%、蠕变显著降低。最具吸引力的也许是Neitzel等[30]的研究成果,当聚合物渗入到多孔纳米金刚石构成的骨架中并结合后,材料的力学性能大大提高。他们研制的纳米金刚石-环氧聚合物复合材料的杨氏模量提高到470%,硬度提升到300%,抗划痕和导热性也有显著改善。该类复合材料的性能还有很大的改善空间,当纳米金刚石与陶瓷、金属、聚合物等基体材料形成较强的共价界面时,这种效果就可能实现[29]。毫无疑问,这类纳米复合材料在生物组织工程和再生医学两个领域也有着潜在的应用前景,尤其是修复受损组织[31]。因此,在纳米金刚石的研究中,纳米复合材料的研究发展较快,其作用不可低估。

3.3 荧光效应及其在医学影像领域的应用

在纳米金刚石的光学性质中,荧光性质是其最具特色的性质之一。由于纳米金刚石中存在氮原子,当其最近邻格点形成空位时,就形成了氮-空位(NV)中心。NV中心包括两种类型:中性的NV0中心和带负电的NV-中心。这两种NV中心具有不同的发射光谱。值得特别关注的是NV-中心,因为它有一个特殊的自旋基态,其自旋量子数S=1。在光激励条件下,这个自旋基态能转变为自旋极化态,因而通过电子顺磁共振就可以对这个自旋基态进行操控。再者,它具有很长的自旋相干时间。这种荧光NV中心及其性质在高分辨磁感应、荧光共振能量转移及生物医学影像领域有着潜在的应用价值[1,32]。研究表明,由梯恩梯(TNT)和黑索金(RDX)混合物爆轰制备得到的粒径约为5nm的纳米金刚石中存在NV中心,已经观察到其发出的间隙光[33]。由梯恩梯、黑索金及石墨混合物制备的粒径较大的纳米金刚石(>20nm)中也能检测到从NV中心发出的稳定荧光[34]。纳米金刚石嫁接或者吸附荧光物质也构成了纳米金刚石荧光颗粒[35]。这类荧光纳米颗粒能够在各种pH值的细胞间隔中穿行,即使经过较长一段持续时间,也不会降解其表面耦合的荧光物质,或者改变细胞的生物活性[36]。最近,Mochalin等[37]在带有羧基(-COOH)的纳米金刚石表面共价连接十八胺,得到能够发出高亮度蓝色荧光的纳米金刚石。Chang等[33,38]指出,由于荧光纳米金刚石具有生物相容性,无毒,表面化学性质丰富,再结合其半导体量子点的小尺度、高光学稳定性和明亮的多色荧光优势,有可能引发有机体内影像领域的变革。

4 结语

关于纳米金刚石的研究方兴未艾,前景广阔、挑战诸多。许多基本问题尚待探索,更多的应用领域尚待开拓。潜在的应用价值将会继续推动人们对纳米金刚石进行深入研究,更好地了解其结构和特性。这不仅有利于更有效地设计和调控其性质,也有助于改善制备技术、提高产量。正如Mochalin等[1]最近指出的那样,人们将会继续寻找制备纳米金刚石的新方法,纳米金刚石的产量极可能超过富勒烯和其他碳纳米材料,其供应量的增加和成本的降低将促使其应用于更多新领域。

word自动更正功能应用 篇5

word自动更正功能应用

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DV机夜视功能的应用 篇6

我们来看看DV机是怎样来实现夜视功能的。

常见的DV机的夜视功能的实现可以分成两类。松下和JVC的夜视功能基本属于一种类型：它们是采用延长CCD的曝光时间的方式。通过技术的改进，其快门时间最慢可达1／2秒。较长时间的曝光，使得光线在CCD上产生的电荷逐步在积累，同时配合数码摄像机的电路进行高增益运算来加大片子的亮度，目前可以在亮度1 lx的条件下成功拍摄。它的优点是其亮度提升均匀，在画面中没有明显的某一部分偏黑或偏亮的现象，在拍摄距离上也基本不受限制，色彩还原准确，但缺点也比较明显：一是由于CCD的曝光时间延长，拍摄的画面是不连续的，而且会产生画面拖尾的现象。虽然在拍摄静止物体时效果不错，但在动作较大的情况下无法正常拍摄。二是为完成“夜视”功能，拍摄周围至少应该有1lx的光线，不能是全黑的环境。三是加大增益的同时画面中的噪声也被放大了，在亮度低的环境下所拍片子的画面颗粒比较粗。

索尼数码摄像机的“夜视功能”的实现方法属于另一类“红外线夜摄”。人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为0.62～0.76μm；紫光的波长范围为0.38～0.46μm。比紫光波长更短的光叫紫外线，比红光波长更长的光叫红外线，人的肉眼是看不到红外线的。因为数码摄像机用的CCD能感应所有光线,这就造成所拍摄的影像和我们肉眼能看到的可见光所产生的影像有一些不同。为了解决这个问题，索尼的数码摄像机在镜头和CCD之间加装了一个红外滤光镜，其作用就是阻挡红外线进入CCD,让CCD只能感应到可见光，这样就使数码摄像机拍摄到的影像和我们肉眼看到的影像相一致了。 但在夜视状态下，数码摄像机会发出肉眼看不到的红外光线去照亮被拍摄的物体，然后关掉红外滤光镜，不再阻挡红外线进入CCD，红外线经物体反射后进入镜头进行成像，这时我们所看到的是由红外线反射所成的影像，而不是可见光反射所成的影像，即此时可拍摄到黑暗环境下肉眼看不到的影像。 这种方法优点是：能够在全黑环境下进行拍摄，甚至连肉眼也不能分辨清楚的物体，现在也可以清晰地拍摄下来。缺点是无法进行彩色的还原，拍摄出来的画面是单色的，影像会变绿。另外它的拍摄距离是有一定限制的，全黑环境下一般只能拍摄2～3米，因为如果数码摄像机发出的红外线到达不了要拍摄的物体，那么当然就什么也拍不到了。

功能化应用 篇7

关键词：配电网,智能化,应用场景,功能,技术解决方案

0 引言

智能配电网在全世界配电网的实际应用中已经成为现实,而且为了铺平欧洲(或者某一天乃至全世界)迈向低碳和可再生能源的未来之路,智能配电网将来还会成为一种强制性的安装方式。智能配电网将有助于减少配电网的供电成本,使得整个能源供应系统进入到可再生的未来。

CIRED2013智能电网工作组在研究过程中[1],建成了一个数据库,汇总了欧洲约15个国家的50多个智能电网项目。多数项目为国家或国际项目,一些为跨国合作,甚至欧盟范围内的合作项目。由于欧洲的智能电网项目数量巨大[2],且每个月都会有新项目投运,汇总工作的基本思路是尽可能多地分析项目,从中概括出欧洲配电网智能化的应用场景的种类及其相应的解决方案,并说明每种应用场景的典型功能。文献 [3~9]列出了一些应用案例的负责单位、项目名称及其应用情况介绍的网址。本系列讲座的上一篇介绍了欧洲配电网智能化的主要驱动力和主要需求[10],讲座二将重点介绍欧洲配电网智能化的各种应用场景,分别为:分布式可再生能源的集成、配电自动化、高级测量基础设施、储能、微电网、需求响应和发电管理、分布式能源管理系统和虚拟电厂、电动汽车。

一般而言,科学研究为新技术开辟了道路,新技术的兴起又对科学研究提出了新的要求。技术建立在理论研究和实验研究的基础上。虽然电力系统的基本数值分析理论研究、计算机应用已经有几十年的历史,但是面对可再生能源的接入、新元件的接入还必须进行相应的理论研究,仍须采用近代科学研究的合理结构。也就是说,理论研究必须逻辑结构合理、无自我矛盾,实验必须是可控的、可重现的。在理论、实验发展的基础上,通过理论、实验、技术3个子系统的循环,才能形成可推广的技术方案。欧洲智能电网研究项目,一般都按照理论研究、技术研发、试点项目、实践推广的内容分别展开,从而获得了有推广价值的创新性成果。讲座二描述了8种配电网智能化应用场合及其技术解决方案,并说明了每种应用场景的典型功能。每个应用场景描述了客户或终端用户使用该解决方案所完成的任务。这里对于每种应用场景,首先给出了在当前网络发展和分布式能源接入形势下所面临的问题,明确地规定应用的范围和边界条件,然后确定解决方案要达到什么目标,然后列出了实现这些目标的技术解决方案所必须具备的功能、并分析了由此所带来的益处,最后还给出了可能使用解决方案的相关客户或用户。CIRED2013智能配电网研究报告描述智能化应用场景的方法就采用这种研究思路,共包括5个步骤,见图1。

1 分布式可再生能源的集成

1.1 识别问题

在现代配电网中接入波动性的可再生能源(RES)和分布式资源(DER),会给电网规划和运行带来许多挑战。一是电压越限问题,由于大量的分布式电源接入中低压电网,将引起电网中的潮流变化,从而也将影响电网的电压水平,可能使得电压超出电网稳态运行的上下限。二是容量过载问题,现在的一些配电网中,例如德国南部的配电网,其DER的发电容量已经远远超出电网允许的负载水平限值。由于在设计时电网元件的容量选择并没有考虑到较高功率的潮流反送到电网的情况,电缆、架空线和配电变压器的过载是一个严重的问题,由此会导致加强电网和确保供电安全性的投资需求增大。

1.2 确定目标

智能配电网的解决方案和技术目标是限制DER发电对网络元件的影响,从而确保电网的安全运行,同时提高电网对DER的接纳能力。DER在接入配电网时应该达到以下目标:

1)通过电网的智能运行以及对主动设备、负荷和发电的控制,使得加强电网的投资最小化。

2)确保供电质量,使得客户不会由于RES对供电质量的冲击而受影响。

3)促使电力市场接入电网。如果RES不具有灵活性,就不应该承担市场风险。电力市场需要适应电网的约束条件和拓扑结构。

1.3 主要功能

智能配电网技术解决方案的主要功能包括:

1)改变电网结构和运行模式,例如通过采用开环甚至闭环结构代替简单的辐射结构,通过提高电网选定区域的中压电压或必要时在适当位置增加中压变电站。

2)采用需求侧管理、可控发电机、电动汽车或分布式储能设备来平衡本地负荷和发电功率,以及控制与中高压电网之间的功率交换。配电能量管理系统(DEMS)可以协助管理DER、负荷和储能,DEMS在配电网中的部署将不断增加。

3)控制可再生能源(DG)的发电功率。在保证电网稳定性的情况下,削减其发电功率就是强制性的责任。

4)通过安装主动元件以替代被动元件,来控制配电网电压。主动元件包括有电源换流器、可调配电变压器、中压电力电子设备、升压变压器、储能设备等,提高它们可以实现对无功功率的主动控制。

5) 在正常情 况下,DSO将根据市 场谈判控 制RES。在异常或紧急情况下,DSO应该完全控制RES。

6)在多数案例下,应用信息通信技术(ICT),包括集中或分散的智能化和决策算法。

1.4 预期收益及其相关利益者

为了保证电网稳定性,通过主动元件影响有功 / 无功潮流,可以减少甚至彻底消除设备过载和电压越限的情况。因此,可以大大减少电网扩容和改造的投资需求。

相关利益者包括配电企业 /DSO、客户、电网所有者和市场。

2 配电自动化

2.1 描述问题

为满足将传统的被动配电网转变为现代的主动配电网的需求,配电网面临巨大压力和挑战,尤其是DER的不断接入以及中低压电网对电能质量和可靠性的要求不断提高,都正在影响这一趋势的发展。不断增长的成本压力使得运行和维护的要求更严苛。

由于智能配电网的各种功能,如智能表计、需求侧管理、需求响应、DER接入以及即插式电动汽车(PEVs),配电系统自动化对整个电力系统运行的高效和可靠越来越重要。

对配变站及环网单元(RMUs)的自动化、监测、保护提出了更多的新要求。这些要求中的大多数可以由一致且灵活的系统解决方案支撑,这类方案可适应不同的应用规模。

2.2 确定目标

通过配电自动化,企业可以实现的主要目标是:

1)对其配电系统的灵活控制,可用于提高供电的效率、可靠性和质量。

2)通过在电网中部署符合IEC标准的遥控功能,实现对网络状态的监控以及测量值的通信,从而提高网络的可观性和可控性。

3)可以提高故障或扰动的诊断和清除能力,以及提高采取措施恢复停电客户的供电能力。

2.3 主要功能

1)现场设备的实时监控;可以提高广域状态感知的相量测量装置(PMUs)和其他传感器。

2)网络元件和主动元件的引入及其控制,如可调配电变压器、重合器、发电单元的换流器、负荷等。

3)二次设备和控制中心之间的双向通信通道。

4)采用带后台设备以及信息系统(如量测或保护设备)的现场设备。

配电自动化和配电管理的预期收益包括可靠性的提高、峰荷和设备负载水平的削减,以及管理分布式RES或电动汽车的能力提高等。所有这些收益将转化为停电时间的减少以及停电客户数量的最小化。

2.4 预期收益及其相关利益者

配电自动化和配电管理的预期收益包括:提高可靠性,削减峰值负荷和设备负载水平,以及提高管理分布式可再生能源或电动汽车的能力。所有这些收益将转化为减少的停电时间以及最小化停电客户数量。

相关利益者包括配电企业、电网运营商和客户。

3 高级量测基础设施

3.1 描述问题

配电公司注重研究开发先进量测基础设施(AMI),如,智能电能表和量测数据管理,以便实施需求侧管理、客户需求侧响应,分布式发电的集中控制,以及作为实施动态电价解决方案的主要机制。其中包括通信硬件和软件以及相关的系统数据管理软件,这些生成一个在智能电能表和使用的商业系统之间的双向电网,保证信息可以收集和分布到客户和其他方,如竞争的零售供应商或企业本身。AMI为客户提供动态的电价,可以帮助公用事业实现削减必须减小的负荷。

AMI使得配电网运营商能够优化关键的过程,为其客户(供电商以及消费者)提供新的服务和数据。

3.2 确定目标

在这样的框架条件下,配电运营商为确保经济上的成功以及未来电网的扩展,必须优化现有网络的运行过程以及拓展新的业务领域。智能表计和高级量测数据管理系统提供了实现其目标的理想条件。将配电网的量测和管理组合成一个系统,该系统将针对能源市场开放的特殊需求进行明确的开发。

安装智能电能表和高级量测数据管理系统应实现达到以下目标:

1)自动的客户处理过程(计费,电价变更,数据采集等)。

2)实施各种电价模型和采集输出 / 输入的无功电量数据。

3)记录各种一次设备(如各段线路和变压器)的利用率,以便优化维修的时间间隔,优化线路损耗(如通过改变开 / 断点),获取电网扩展规划的附加数据。

4)通过获取和诊断误差信息,最小化DG的停机时间。

5)有利于在配电网中接入小型DG,可满足自动化和计费的要求。

6)在供电点(电能表处)记录和文档化对客户的供电情况,可作为电网规划的依据;支持故障管理和清除电网中的故障事件。

3.3 主要功能

作为高级量测数据管理的完整解决方案,必须将所必需的硬件和软件结合,主要包括以下功能:

1)获取用于费率和特殊合同客户的电能消费的所有数据。

2)对客户负荷远控和切换的可能性(如果在服务合同中已经达成协定)。

3)对供电质量进行记录和文档化(计量电压偏差、短期失效、长期失效、电能质量等)。

4)建成对不同企业计量(供气、小区供热和供水)以及其他服务(家庭自动化)的开放平台。

5)记录终端设备(如电能表)未经授权的用电和操作。

6)配变站、RMUs和配电网基础设施的遥控。

7)直接连接到低压电网上的单相和三相电能表;有功 / 无功的电量和功率的测量(消费和生产);多电价和双电价结构同时运行的能力;负荷曲线;最大需求登记;功率控制管理,可远程修改最大需求阀值和开合电源;需求侧管理;事件记录和报警管理;防窃电检测;供电服务记录。

8)链接到室内设备通信的局域通信接口。

3.4 预期收益及其相关利益者

安装智能电能表和高级量测数据管理系统,应实现以下功能:

1)客户自动化处理过程(计费、电价变更、数据采集等)。

2)实施多电价模型和采集输出 / 输入的无功电量数据。

3)记录各种一次设备如每段线路和变压器的利用率,以便在开展电网扩展规划时,优化维修间隔,最小化线路损耗(如通过移动开 / 断点),获取扩展规划的附加数据。

4)通过获取故障水平和诊断故障最小化停机时间。

5)在配电网中集成小型、分散的发电厂,用于计费和自动化的目的。

6)在供电位置(电能表)记录和文档化客户的供电情况,可用于提供依据以及用于电网规划。

7)支持故障管理和清除电网中的故障事件。

相关利益者包括网络运营商、客户、发电商和能源交易商。

4 储能

4.1 描述问题

大规模RES的应用给电网稳定性带来了新挑战,由于其发电波动性以及各种预测误差,造成了需求与发电之间的不平衡问题。配电网运营商面临的挑战是:提供足够的平衡功率以确保持续的高质量供电。

在工业用户电网中,实现节能的过程和减少能源消耗的成本十分重要。发电成本一部分取决于某个时间段内的最大负荷,超过协议的最大负荷就会产生较高的发电成本。此外,短期的供电中断可能会干扰工业生产过程,甚至可能导致生产工厂完全失效,这将对财务产生明显的影响。

4.2 确定目标

应用储能装置于配电系统应该达到下列目标:

1)参与电量和功率的一次控制市场。

2)储能在一些辅助服务(如负荷转移、本地电压控制和一次调频控制)中用作发电机。

3)影响配电网的有功潮流和电压性能,使得加强电网基础设施所需的投资最小化。

4)协助从公共电网中断开后的孤网运行和工业用户电网的暂时性孤岛运行。

5)提升供电可靠性和安全性。

6)削减暂时性的峰荷。

4.3 主要功能

不同的储能设备可以安装在中压网和低压网中,主要包括以下功能:

1)改变有功潮流,限制设备的负载水平。

2)提供无功支撑和电压控制。

3)平衡负荷和发电,以实现电网之间功率交换达到预测值,或使得微电网能够孤网运行。

4)参与电量和功率的一次控制市场。

5)作为虚拟电厂(VPP)和配电能源管理系统(DEMS)的重要组成部分。

6)储能具有黑启动能力。

7)电动汽车可以用作储能及发电机。V2G(电动汽车接入电网)方案中,除了充电之外,也可集中控制向电网释放功率;电动汽车具有负荷转移和一次调频的能力。

4.4 预期收益及其相关利益者

储能系统是可持续和可靠的能源供应的一种解决方案。可以实现将高渗透率的波动性可再生能源接入到电网中,使微电网和工业用户孤岛实现自给自足的供电,或者为工业、建筑和基础设施提供可靠的备用电力。

相关利益者包括企业 /DSO、客户和能源交易商。

5 微电网

5.1 描述问题

微电网的定义:具有高渗透率的分布式能源电源(RES,主要指风电和光伏发电)、可以实现孤岛运行模式和与公用电网并列运行模式的电网。微电网包括低压电网和中压电网。

在微电网中,发电单元的容量一般为千瓦至兆瓦级别。安装的同步发电机一般为柴油动力发电,通常与储能设备一起安装。

5.2 确定目标

在具有自主控制的微电网系统中,每个部分或每个元件能够实现一定的控制目标,而不需要与其他的系统元件建立专门的通信连接。实现微电网的目标包括:独立于(弱联系的)公用电网的电网运行;不具备公用电网连接情况下或农村区域的的孤网运行;使得供电成本最小化,尤其在偏远地区或孤岛情况下;较少对化石燃料如柴油或燃气的依赖性;减少CO2排放。

5.3 主要功能

微电网通常分为4种类型:电力企业微电网、工业微电网、军用微电网、院校微电网。主要包括以下功能:

1)微电网有两种运行模式:孤网运行和并网运行。

2)具有大量可再生能源资源的国家和各州可将大量RES接入其电力系统中。

3)发电波动性和脱网可能性是微电网的主要挑战,它们会影响潮流、短路水平、系统动态特性,保护协调性、系统可靠性以及在大量换流器接入电网后的谐波问题。发电波动性可以由储能设备来平衡。此外,通信可提高系统可靠性。

4)在大系统停电后,微电网可与大系统快速隔离,以确保自身的可靠供电;作为主要电源的柴油发电机通常可以直接黑启动,因此也可以加快供电恢复。

5.4 预期收益及其相关利益者

对于较难接入公共电网的区域或需要减少对化石能源依赖的区域,微电网可提供能源的接入。当接入弱联系或者较低可靠性的公共电网时,在电网发生扰动或停电时,微电网可以从中隔离出来,因此,微电网可以极大地提高供电可靠性和安全性。站在政治和环境角度上看,绿色区域 / 绿色孤岛同样也增加了对旅游者的吸引力。

自主控制和分布式结构可以改善可用性,但是由于需要在系统优化运行和独立元件优化运行之间有所权衡,能源 / 电源的效率可能会降低。

相关利益者包括:不接入电力企业电网的孤岛和区域的DSO、工业客户和系统运营商、军队和院校电网。

6 需求响应和发电管理

6.1 描述问题

需求响应(DR)被定义为:终端客户应对随时间变化的电价,而改变正常用电消费模式的行为响应。此外,DR也可定义为:在市场电价较高或者系统可靠性降低的情况下,用于引起用电量降低的激励机制。DR包括有计划地修改终端客户用电消费模式的政策,该政策是:改变用电时间、改变瞬时需求水平,或者总负荷水平。

对于发电、企业、工业、商业和居民用户,削减或转移用电或发电的主要情况包括:

1)在峰荷时段和DER最大发电的时段。

2)发电和用电需求的平衡。

3)网络拥塞或高负载水平情况下。

4)电力可靠性处于风险之中。

5)参与能源市场,或者减少能源成本。

在参与者为大型工业或商业客户的情况下,可通过控制自身的消费从而节约能源消耗成本,或者客户可以有选择性地允许电力企业使用他们的部分负荷作为可控负荷,从而获得更为优惠的电价。发电方可暂时降低出力。

6.2 确定目标

需求侧管理的主要目标是:通常鼓励客户在峰荷期间使用较少的能源,或者将电能使用转移到非高峰时段(如晚上和周末)。峰荷需求管理不一定会减少总能源消耗量,但是可望减少电网或电厂的投资需求。

需求侧响应可用于优化发电和负荷的平衡,例如在大量波动性RES和大量不可控DER接入的情况下。需求响应的目标包括:减少能源成本;减少设备载荷水平;减少改造电网的投资需求;提高电能质量;提高供电可靠性;提高供电安全性;提高系统效率。

6.3 主要功能

可应用的技术和解决方案,主要功能如下:

1)分布式储能设备用于平衡本地负荷和发电,也可控制所连接的高中压电网之间功率交换。

2)使用可控的家用智能电器。

3)基于动态电价信号的需求侧响应。

配电系统将持续增加部署用于管理DER的分布式能量管 理系统(DEMS)( 包括可控 的发电厂 和VPP)。客户的需求侧响应可选择以下功能:

1)人工:客户观察电价(如显示的电价),做出转移电能消费的决策。

2)自动:通过技术信号以及基于与供电方的协议,自动转移电能消费。例如:当电价达到一定水平时,客户可以决定其电能消费转移到另一时间段。

此外,在有远程控制需求的多数场合中,必须应用ICT。

6.4 预期收益及其相关利益者

DR的目标在于:电网受约束时允许客户对电价或数量信号进行响应,以及能源成本较高时减少电量消耗。

通过(部分地)影响负荷和发电,在输电系统层级以及配电层级以及局部区域,可以由DSO平衡发电和负荷。因此在负荷较高和可再生发电较大的情况下,可削减潮流以达到以下目的,如:

1)降低设备载荷水平。

2)降低电压偏差。

3)提高配电网需求预测水平。

4)降低损耗和提高运行的持续性。

5)降低系统扩容和电网投资的需求。

需求侧响应和发电管理(以及需求侧管理)可带来的收益包括:

1)客户侧:提高认知度、节约电量和电力;提高个性化负荷和灵活负荷合同的参与度和经济效益。

2)供电侧:为客户提供新产品和新服务;提高平衡和增值的机会。

3)电网侧:优化电网新设备的使用和投资,减轻各方面的压力;提高电网性能。

4)发电侧:降低对峰荷电厂投资的需求;减少RES接入后所需的备用容量;投资组合多样化。

相关利益者包括企业 / 运营商、客户和能源交易商。

7 分布式能源管理系统和虚拟电厂

7.1 描述问题

随着能源市场的自由化,分布式电源、供热和供冷变得越来越重要,而这些能源生产靠近客户,具有其经济和生态效益。

为了整合不同燃料、不同地点和不同业主的发电站及其技术和经济的协同效益,可以把分布式能源资源整合为VPPs,这将会产生一个接口界面(现在尚不存在),从而提供多种辅助服务(如平衡功率和频率控制),同时作为大型集中式发电厂的一种替代方案,可以提高在储备市场中的竞争力。RES和DER用于取代常规电厂的能源,但不能取代后者的容量,因为它们对于系统运营商来说是不可观测的,因此也是不可控的(由于其随机性)。如果这种特性持续下去,将带来容量越限、资产利用率低、系统整体效率低,甚至会增加社会需要支付的发电成本。

7.2 确定目标

1)VPP概念的提出,是通过为系统元件之间提供合适的接口,提高系统运营商和其他市场参与者对DER的可观性和可控性。

2)VPP是小型和极小型分散式发电单元的集合,这些发电单元可由高级能源管理系统(允许预测、计划和控制其输出电量)进行监视和控制。

3)一般来说,为了提高整个能源系统的整体效率,这些发电单元可以供、热供冷以及供电。它们也可以基于可再生电源。

4)VVP的一些方法包括储能单元和需求侧接入,可以使制定调度计划时获得最高收益,同时在大量可再生电源的情况下维持调度计划。

5)DSO的任务是设置基础设施,从而为生产商、消费者、“产消者”、能源供应商和其他服务提供商提供更先进的工具管理他们的电网,以满足开放的市场要求。

6)RES的市场接入和RES在系统安全性中的参与包括DG/RES提供的(部分)辅助服务。

7.3 主要功能

虚拟电厂的运行需要包括以下技术装备及主要功能:

1)1套能源管理系统,可监控、计划和优化“分散的发电单元”的运行。

2)1套负荷和可再生能源发电单元的预测系统,包括RES的天气预报 [ 短期预测(小时到7天)]。

3)1套能量数据管理系统,可收集和保存优化和预测所需的数据,例如,发电曲线和负荷分布曲线,以及客户合同的数据。

4)1套对分散的发电单元进行管理的、强大和双向通信的能源管理系统。

5)DSO需要预先获知DG预测、启停计划和调度计划,可以预先对网络进行分段和调整调节设置点。系统运营商(TSO)控制DG所接入的配电网的有功。DSO应控制配电系统的电压设置点和无功调度(主动控制电压、功率因数、Q)。

6)增加电网改造的需求,以适应新的DG接入。

7.4 预期收益及其相关利益者

虚拟电厂的收益主要有:增加配电网运营商对DG的可观性;改进RES的预测精度,从而降低用于平衡负荷和发电的成本;由于考虑了整合不同的小型可控能源和不可控能源的发电 / 负荷预测,提高了VPP的可控性;为DER提供了新的商业领域并改进了市场准入性。

相关利益者包括企业 / 运行人员、DER所有者和能源交易商。

8 电动汽车

8.1 描述问题

在未来,预期电动汽车和混合动力汽车 [ 如电力汽车(BEVs)和即插式混合动力汽车(PHEVs)] 将逐步取代内燃机汽车。目前额定充电功率还较低,但是快速充电和家用充电的概念表明,当为大量电动汽车充电时,接入功率和负荷将显著增加。因此,电动汽车会对现在的配电网产生较大的影响,现有配电网的设计并没有考虑大量负荷的接入。

不断增加的负荷导致配电网中的元件过载以及产生较大的电压降,将会对电能质量和附近的客户产生负面影响。因此,有必要提高电网扩展和改造的投资以加强配电网。

8.2 确定目标

智能电网解决方案和技术的目标在于:增加可以接入现有配电网的电动汽车的数量;减少电网改造投资;确保足够的电能质量。

8.3 主要功能

除了改变系统结构和扩展网络之外,大量智能策略可用于影响电动汽车充电过程。以下为一些主要功能:

1)在过载情况下限制充电功率。

2)基于企业外部的电价信号进行充电。

3)控制充电过程以满足DER发电情况下的需求。

4)电动汽车并网(V2G):电动汽车可与电网通信和与电力企业(销售需求响应的相关服务)通信,通过对电网放电或必要时限制电动汽车的充电功率。电动汽车也具有负荷转移和一次调频的能力。

电动汽车的接入与市场的互操作性、投资回收周期、以及配电实时运行相关。在上述应用情况中,都必须采用ICT。

8.4 预期收益及其相关利益者

通过控制电动汽车的充电过程,可以减轻电网元件过载情况。因此可以显著减少电网扩容和改造的投资需求。另外,通过采用V2G功能,EVs可至少部分实现类似于储能设备的功能,主动参与能源市场或平衡负荷和发电。

DSO和市场可以将EV用作一些辅助服务(如负荷转移、本地电压控制和一次调频)中的储能设备和发电机。

相关利益者包括企业 / 运行人员、EV所有权者和能源交易商。

9 结语

功能化应用 篇8

1 石墨烯的发现

石墨烯的发现过程有一定的戏剧性, 在偶然的试验过程中, 物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫发现, 将石墨用透明胶带粘贴后, 撕下来的石墨层厚度, 只有几十个原子, 通过一次次的实践, 最终其得到了石墨烯, 一种超薄高导材料[1]。

2 制作方法

制作石墨烯的方法有很多, 以下主要讲述几种方法。

2.1 运用机械进行抽离

此方法是运用其他离子在定向时, 在相关设备里对石墨进行高温加热, 将其表面刻印出一定的面积, 将其压在涂有类似感光剂等对光敏感液体的底座上, 经过烧制后, 用透明胶带粘贴掉多余的石墨后, 将底座上的其他石墨片浸泡在化学液体中, 运用超声波进行清洗, 得到厚度较小的石墨片。此方法可以得到只有几层叠加石墨烯, 但操作过程复杂, 无法将石墨烯进行批量生产。

2.2 氧化制出

此方法先将石墨通过化学物质使其表面物质与氧结合失去电子活性, 得到含有羰基等有机原子团的石墨氧化物, 得到氧化物的过程可以扩大石墨层之间的距离, 之后通过其他具体剥离方式将其分离开后, 可得到石墨烯氧化物, 再对氧化物作进一步还原, 从而制作出石墨烯。使用此方法可以批量生产只有一层的石墨烯片, 可进一步应用在实际生产中。

2.3 运用化合物合成

此种方法是运用具有一定量的具有完整结构的多层石墨烯, 通过化合物将其与其他物质进行化学作用, 从而合成出石墨烯纳米带。此种方法生产过程较简单, 可在一定情况下使用其制出石墨烯。

2.4 化学气体沉积

此种方法是先将石墨烯制成颗粒状, 此颗粒是经过通过高温分解其他化学物质后产生热量后, 将其放置在高温平面降温使石墨原子沉淀制出, 而后用化学方法对颗粒状石墨烯进行腐蚀过程, 去除粘在石墨烯表面上的其他物质得到石墨烯片。此方法可以制作出较大面积的石墨烯片, 且质量很高, 可以应用在实际生产中制作石墨烯[2]。

3 具备的性能

3.1 水溶性

由于石墨烯是单层碳元素构造, 其六角形的分子结构相比较于其他形势稳定, 可以对石墨烯表面进行包裹。此方法可以在不破坏石墨烯结构的前提下对其进行应用, 运用石墨烯与其他物质具有较强的键力这一原理, 通过化学物质的作用, 将石墨烯分散在水中无法形成晶体, 使其可以有进一步的应用。

3.2 与其他物质掺杂作用

将F4-TCNQ分子进行低温蒸发后, 得到其与石墨烯掺杂后的物质, 用对光辨识度高的设备进行操作, 可以发现在石墨烯上的电子, 从而转移到与其掺杂的其他分子上, 证明了石墨烯可以通过与其他分子掺杂后, 可以导电, 这一实验得到了石墨烯的又一特性。通过进一步测试, 研究发现, 石墨烯在溶剂中分散后可以将其携带的电子转移到溶剂中, 且由于石墨烯与其他物质作用后, 甚至在水中也可以很好地分散到各个角落。

4 实际应用方式

4.1 制作电极

由于石墨烯具有良好的导电性, 并且可以对其进行氧化, 目前已经在制作电极材料中得到应用。将石墨烯氧化物通过一定方法附着在金电极表面, 可以形成由石墨烯包围的电极, 实验表明, 石墨烯可以将电子转移到其他物质中, 应用后的石墨烯对氧分子和过氧化氢化合物有良好的催化作用, 通过对石墨烯进行过电设置可以使这两种物质进行化学还原反映。通过这种特性, 石墨烯可以为许多电极覆膜并制成新型传感器。

4.2 绿色化学电容器

目前国家加大对绿色环保材料的开发, 将各种装置的可持续化。电容器通常是指电池、电平等储蓄电的装置, 这些装置在使用后, 被当作垃圾随意丢弃, 会释放出大量有毒化学物质, 危害环境。由石墨烯构成的新型化学电容器具有环保特效, 并且可以增加电容器输出的最大功率、受电快、充电迅速[3]。

4.3 作为载体

石墨烯由于其构成的稳定性, 可以与易于发生化学反应的物质结合, 增加被结合物质的稳定性, 如催化剂等。催化剂由于自身化学结构相对松散, 在运输、传导过程中易与其他物质发生作用, 与石墨烯掺杂后, 可以增加其传输过程的安全度。

5 结束语

笔者希望, 通过本文对石墨烯制作方法及其功能和用途的介绍, 可以更好地将石墨烯的化学运用与实际生产生活相结合, 使企业经营效益提升, 促进化学制造业及其相关产业劳动效率提高, 进而推动国家经济向前发展。

摘要：石墨烯作为新兴化学材料的一种, 其发现推进了人类化学及其相关产业从硅时代迈入碳时代进程。已知的石墨烯, 是一种只有一层的碳原子晶体, 具有较大的开发潜力。在化学中, 石墨烯具有的功能、如何制备及应用, 是本文将要探讨的主要问题。

关键词：石墨烯,化学应用,碳材料

参考文献

[1]黄海平, 朱俊杰.新型碳材料——石墨烯的制备及其在电化学中的应用[J].分析化学, 2011, (7) :963-971.

[2]李松, 颜红侠, 张梦萌, 等.石墨烯的功能化及其在聚合物改性中的应用研究[J].材料开发与应用, 2013, (6) :86-94.

功能化应用 篇9

石墨烯属单层片状二维材料, 由碳原子构成、以SP2 杂化轨道所构成的呈蜂巢晶格六角型的平面薄膜[1]。石墨烯由英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆与康斯坦丁·诺沃消格夫于2004 年从试验中首次成功分离, 至此该材料的单独存在得以证实。二维石墨烯、一维碳纳米管、零维富勒烯三者共同构成碳纳米材料的家族骨干, 且三者之间形式上可进行转化。石墨烯其独特结构与优异性能使其应用前景极为广阔。因此, 对其制备方法、功能化技术及其在化学应用加以分析意义重大。

1 石墨烯的制备分析

目前石墨烯制备方法主要包括化学气相沉积法、溶剂剥离法、氧化还原法、微机械剥离法、外延生长法、电弧法、有机合成法、电化学法等, 具体如下所述。

1.1 化学气相沉积法 (CVD)

所谓CVD法, 指的是反应物质于气态条件下产生化学反应, 进而在加热固态基体表生成固态物质, 从而实现固体材料的制成的工艺技术[2]。目前, 以CVD法进行石墨烯制备时通过将碳氢化合物等含碳气体通入以镍为基片、管状的简易沉积炉中, 通过高温将含碳气体分解为碳原子使其沉积于镍的表面, 进而形成石墨烯, 再通过轻微化学刻蚀来使镍片与石墨烯薄膜分离, 从而获得石墨烯薄膜。该薄膜处于透光率为80% 的状态下时其导电率便高达1.1×106S/m。通过CVD法可制备出大面积高质量石墨烯, 但单晶镍价格则过于昂贵, 该方法可满足高质量、规模化石墨烯的制备要求, 但工艺复杂, 成本高, 使得该方法的广泛应用受到限制。

1.2 溶剂剥离法

该方法通过将少量石墨散于溶剂中, 配制成低浓度分散液, 而后使用超声波破坏石墨层间存在的范德华力, 经过上述操作溶剂便可成功插入石墨层并进行逐层剥离, 至此石墨烯制备完成。通过运用溶剂剥离法能够制备出优质石墨烯, 且操作过程中不会损坏石墨烯的表面。这就为石墨烯广泛应用于微电子学、多功能复合材料等诸多领域成为可能。但该方法也存在一定缺陷, 比如, 产率不高, 这就使得其广泛应用于商业领域受到较大限制。

1.3 氧化还原法

该方法由于制备成本较低且可进行规模化制备等优势而成为当前制备石墨烯最受欢迎的方法。该方法还可用于稳定石墨烯悬浮液的制定, 有效对石墨烯难以分散这一问题加以解决。所谓氧化- 还原法, 其实质为使天然石墨、强酸及强氧化性等物质产生反应并生成氧化石墨, 而后经超声分散即可完成氧化石墨烯的制备。待制备出氧化石墨烯后加入还原剂以去除, 将其表面的含氧基团如羧基与环氧基还原去除, 至此便成功制备出石墨烯。此方法自提出后, 因其简单易行的制备工艺已成为实验室中制备石墨烯最常用、最简便的方法。但此方法也存在缺陷, 比如, 若七元环、五元环等拓扑存在缺陷, 抑或OH基团结构存在缺陷等则会使得石墨烯部分的电学性能遭到破坏, 限制其应用。

1.4 微机械剥离法

Geim等于2004 年首次使用微机械剥离法从高定向热裂解石墨中剥离出单层石墨烯, 并对其二维晶体结构存在原因进行了揭示。Meyer等于2007 年发现, 单层石墨烯其表面存在一定高度褶皱, 褶皱程度与石墨烯层数呈反比例。出现上述现象的原因可能是单层石墨烯降低表面能而由二维形貌转向三维形貌, 由此推测, 其表面褶皱极可能是二维石墨烯存在必不可缺的条件, 然而二维石墨烯其表面存在的褶皱在其性能中的影响仍有待研究。通过微机械剥离法能够制备出高质石墨烯, 但也存在产率低、成本不足等缺陷, 因此不符合工业化、规模化的生产要求[3]。

1.5 电化学法

该方法通过将2 个高纯石墨棒平行插入含离子液体水溶液中, 将电压控制于10V-20V, 半小时后阳极石墨棒便遭到腐蚀, 而离子液体中的阳离子于阴极被还原并构成自由基, 此类自由基与石墨烯片中存在的 π 电子相结合, 至此离子液体功能化的石墨烯片形成, 而后将电解槽中黑色沉淀物以无水乙醇加以洗涤, 并于60 摄氏度下干燥2 个小时便可获得石墨烯, 但此方法制备所得的石墨烯其片层较单原子层厚度更大。

1.6 电弧法

电弧法也可用于制备石墨烯, 但需保持大电流、氢气氛围与高电压, 使2个石墨电极尽量靠拢, 当其靠拢到某种程度就会产生电弧放电。此时阴极附近可以收集到诸如CNTs、碳物质等, 而石墨烯则可在反应室内壁获得。

2 功能化分析

石墨烯材料其功能化主要包括共价键合功能化与非共价键合功能化, 前者实现功能化的过程中会对其内部结构产生影响, 而后者则是以不改变石墨烯内部结构为基础的前提下实现功能化。

2.1 共价键合

石墨烯材料, 尤其是经氧化处理后其含有大量活性基团, 如环氧基、羧基等, 对此类活性基团加以合理应用, 当其余分子产生化学反应时便可对石墨烯进行功能化处理。相关研究指出, 通过对石墨烯材料羧基分子与聚乙烯醇分子酯化反应加以利用, 可使石墨烯具备聚乙烯醇的典型功能化特点。经功能化处理后的石墨烯材料其相对于各种有机溶剂所具备的分散性能更得以显著提高。

2.2 非共价键合

不同于共价键合, 非共价键合主要具有以下特点:通过对物理吸附技术活聚合物包覆技术加以利用, 以不改变石墨烯自身分子结构为前提来实现对其功能化处理。相关研究表明, 可通过对经氧化处理的石墨烯表面使用聚苯乙烯磺酸钠来加以修饰, 晶格化学还原来对石墨烯实施功能化处理[4]。处理后的材料同聚苯乙烯磺酸钠二者间的非共价键作用较为明确, 从而有效防止了石墨烯片出现规模性的聚集反应, 实现对其应用性能的有效巩固。

3 化学应用

3.1 透明电极

氧化铟锡为工业上已商业化的透明薄膜材料, 但铟元素含量有限、价格昂贵且毒性较大, 其应用因此受到限制。石墨烯由于维度低, 且低密度条件下能够形成渗透电导网络等突出优势而被公认为是替代氧化铟锡的最佳材料。此外, 石墨烯其制备工艺较为简单、成本不高, 这也为其商业化提供了极大的可能性。Mullen研究组利用浸渍涂布法将石墨烯薄膜制成太阳能电池的正极, 该电极对太阳能电池能量的转化率达0.26%。该研究组于2009 年以乙炔为碳源与还原气, 通过高温还原法制备出电导率为1425S/cm的石墨烯, 从而使石墨烯成为导电玻璃成为可能。

3.2 超级电容器

此电容器为高效储存与能量传递体系, 功率密度大、使用寿命长、容量大、经济环保为其主要优点, 已被广泛用于各类电源供应场所[5]。不同于多孔碳材料电极, 石墨烯的比表面积与电导率均较高, 其无需对孔的分布产生依赖, 这也使之成为潜力最大的电极材料。相关研究通过以石墨烯做电极材料, 制备出功率密度达10Wh/kg的超级电容器, 其能量密度达18.5Wh/kg, 其最大比电容达205F/g, 在经1200 次的循环充放电测试之后其比电容仍为90%, 循环寿命较长。

3.3 能源存储

材料氢气吸附量与其比表面积呈正相关, 石墨烯质量轻、化学稳定性高、表面积大等优点使之成为氢材料储存的最佳候选材料。希腊学者便设计出新型的3D碳材料, 其孔径尺寸具有可调性, 该材料被成为石墨烯柱。若将锂原子掺杂于该材料中, 其储氢量可高达6.1%wt。还有学者将钙原子掺杂于石墨烯中, 并通过第一性原理等方法计算出此时石墨烯的储氢量高达8.4%wt。他们还发现, 氢分子的键在室温下吸氢/ 放氢均能适合, 而钙原子则会留于石墨烯表面, 可循环使用。

3.4 复合材料

由于石墨烯其化学、物理机机械性能具有独特性, 这就为开发复合材料提供了可能性, 诸如多功能聚合物、高强度多孔陶瓷、新型导电高分子等复合材料的进一步成功开发也存在极大的可能性。Fan等学者通过对石墨烯高表面积及高电子迁移率性能的有效利用, 成功制备出聚苯胺石墨烯复合物, 此复合物以石墨烯为支撑, 其比电容高达1046F/g, 远高于纯聚苯胺的115F/g。可见加入石墨烯后的复合材料其功能性更为多元化, 也使该领域更为丰富的复合材料的成功制备极具可能性。

4 总结

石墨烯为当前最薄且最坚硬的碳质材料, 已广泛应用于化学、生物等诸多领域。但其真正实现产业化还需进一步研究, 本文就石墨烯制备、功能化以及其在化学中的应用进行了初步探讨, 以期为其进一步深入研究提供可用借鉴。

参考文献

[1]张伟娜, 何伟, 张新荔.石墨烯的制备方法及其应用特性[J].化工新型材料, 2010, 38 (04) :16-18.

[2]徐林建, 熊兴泉.机械力化学在石墨烯材料原位制备中的应用[J].化学工程, 2014, 42 (06) :19-21.

[3]吕鹏, 冯奕钰, 张学全等.功能化石墨烯的应用研究新进展[J].中国科学, 2010, 40 (11) :1247.

[4]赵冬梅, 李振伟, 刘领弟等.石墨烯/碳纳米管复合材料的制备及应用进展[J].化学学报, 2014 (02) :195-197.

功能化应用 篇10

关键词：石墨烯,制备,功能化,化学,应用

碳材料的作用价值体现在其既可以形成具有较高硬度优势的金刚石, 同时也可以在一定的技术手段干预下形成具有较高软度优势的石墨材料。2004年, 有关研究工作小组首次通过机械剥离的方式获取了全新的二维结构平面下原子晶体———石墨烯。石墨烯的问世使得碳材料结构得到了进一步充实。随着现代科学研究技术的发展, 石墨烯材料的制备更加多元化、功能化, 实现模式也更加丰富, 对于促进化学领域的发展有重要价值。本文即针对该问题做详细分析与探讨。

1 石墨烯的制备分析

1.1 机械剥离制备技术

机械剥离制备技术是最早发现石墨烯材料的技术方法。此种技术方法的操作原理在于:利用氧等离子束在高取向热解石墨材料表面进行槽面的刻蚀处理, 具体刻蚀尺寸标准为20.0um~2.0mm (宽度) , 5.0um (深度) 。将经过处理后的高取向热解石墨压制在Si O2/Si基底基础之上, 通过焙烧的方式, 对多余的石墨片进行反复的剥离。经过以上处理后, 将石墨薄片完全浸润于丙酮溶液当中, 通过超声清洗的方式, 依赖于显微镜挑选镜下检出单原子层特点的石墨烯材料。但此种技术下的生产效率较低, 并不适用于石墨烯材料的规模化生产。

1.2 电化学技术

有关研究人员通过电化学氧化石墨棒的方式, 实现了对石墨烯的制备。具体的操作方法为:将具有高纯度的石墨棒插入含有较高离子液体的水溶液当中, 水溶液控制电压标准为10.0~20.0V单位, 持续反应时间为30.0min。通过阳极石墨板腐蚀的方式, 在氧化还原条件下形成自由基, 使离子液体中的阳离子能够直接与石墨烯片中的π电子产生结合反应, 期间还可实现对石墨烯片的离子液体功能化处理。最后将电解槽体中的沉淀物加以去除, 通过高温干燥处理的方式形成石墨烯材料。此种技术下的操作步骤简单, 生产效率高, 具有应用潜力。

2 石墨烯的功能化分析

2.1 共价键合功能化技术

对于石墨烯材料, 特别是经过氧化处理后的石墨烯材料当中含有大量的活性基团 (主要包括羧基、环氧基以及羟基这几种类型) 。通过对活性基团的合理应用, 在与分子进行化学反应的条件下, 实现对石墨烯的功能化处理。有关研究显示:利用石墨烯材料中, 聚乙烯醇分子与羧基分子的酯化反应, 使获取的石墨烯能够具有典型的聚乙烯醇功能化特点。在经过功能化处理后, 石墨烯材料相对于各类有机溶剂的分散性得到了显著的提升。

2.2 非共价键合功能化技术

相对于前面所提到的共价键合功能化技术而言, 非共价键合功能化技术的主要特点:通过应用聚合物包覆技术或者是物理吸附技术的方式, 在不对石墨烯材料自身分子结构产生影响的前提条件下, 实现功能化处理。有关研究中显示:可以在经过氧化处理的石墨烯材料表面应用聚苯乙烯磺酸钠进行修饰处理, 通过化学还原的方式, 实现对石墨烯材料的功能化处理。经过处理后的石墨烯材料与聚苯乙烯磺酸钠之间的非共价键作用相对明确, 避免了石墨烯片的规模性聚集反应, 从而达到了巩固石墨烯材料应用性能的重要目的。

3 石墨烯在化学中的应用分析

3.1 石墨烯在化学电源中的应用

从化学领域绿色化转型的角度上来说, 储能装置绿色化转型的关键在于实现对二次电池以及超级电容器的合理应用, 这也正是化学领域中, 电源发展的主流方向之一。有关研究中指出:石墨烯材料可以作用于对锂电子二次电池负极材料的制备过程当中, 对于提高电池自身比容量而言有重要价值。同时, 在制备期间还可通过应用部分碳材料的方式, 使石墨烯材料的层间距得到合理的改善。以此种方式制备形成的电源能够合理改善其在Ti O2表面的嵌入性能以及脱出性能, 较传统的锂电子二次电池而言, 即便在高充放电倍率条件下, 仍然能够维持比容量的显著优势。

3.2 石墨烯在太阳能电池中的应用

在当前技术条件支持下, 在对太阳能电池电极材料进行制备的过程当中, 选择的材料多为烟锡氧化物以及相关延伸材料。虽然此类材料具有良好的电导率以及光透射率, 但资源比较稀缺, 存在一定的应用局限性。新研发的石墨烯材料很大程度上可以替代此类材料。相关的研究中, 操作人员直接在石英材料表面旋涂石墨烯氧化物材料, 通过热氧化还原的方式, 提高材料电导率 (其取值可以达到102S·cm-1单位以上) , 且透光有效率范围较大。按照同样方式形成的石墨烯材料还可制备形成透明导电膜, 适用于染料敏化太阳电池。

4 结语

在现代科学技术快速发展的背景之下, 石墨烯的制备技术以及功能化技术可以说取得了相当显著的发展与进步。但为了促进石墨烯材料自身性能与优势的充分发挥, 使石墨烯在化学领域中的应用价值得到进一步的凸显, 还需要在制备技术以及功能化实现技术等方面多做努力。相信未来在实现石墨烯材料制备的规模化以及功能化有效性的基础之上, 石墨烯在化学领域中的应用范围将更加广阔, 发展潜力将更加巨大。

参考文献

数控机床检测功能的应用研究 篇11

【关键词】形位公差 检测 数控机床 寻边器

【中图分类号】TG547 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）03-0072-02

寻边器在数控加工中，为了精确确定被加工工件的中心位置的一种检测工具。三坐标测量机是测量和获得尺寸数据的最有效的方法之一，因为它可以代替多种表面测量工具及昂贵的组合量规，并把复杂的测量任务所需时间从小时减到分钟，并快速准确地评价尺寸数据，为操作者提供关于生产过程状况的有用信息。数控机床和三坐标测量机均是机电一体化的自动化机械，数控机床是将被加工对象进行数字化处理，然后利用数字信息进行控制，再加工出合格产品。而三坐标测量机则是在已加工好的产品上，利用测头与工件型面接触测得一系列点的坐标值，进而计算出尺寸、形位误差值的测量设备，数控机床与三坐标测量机均是利用坐标轴的移动实现自身功能。基于这一共同点，该方法在不改变数控机床CNC控制系统的条件下，通过在机床外附加控制盒等其它装置组成测量系统，借由宏程序实现在数控机床上测量工件尺寸及形位公差等多项功能。

1 测量系统的硬件部分

1.1 测头

寻边器上测头的基本功能是触发和瞄准。测头分为机械式、光电式、电气式三种。测头性能的好坏，决定着测量方式的难易、测量精度的高低。这次选用我国生产的应用极为广泛的硬线连接光电式测头，属于接触式测头，为通用型球头测头，球头直径为6mm，8mm，10mm，常用的是6mm。能测定高度、槽宽、孔径和轮廓形状等。

R1=R1+1

A2： R[R1]=$AA_IM[X]

R1=R1+1

M0

A3： R[R1]=$AA_IM[Y] R1=R1+1

A4： R[R1]=$AA_IM[Y]

R1=R1+1

A5：

R15=（R1+R2）/2 R16=（R3+R4）/2$P_UIFR[1，X，TR]=R15 将工件中心点坐标输入到机床内指定的零点偏置区

$P_UIFR[1，Y，TR]=R16

R14=2*SQRT（POT（R1-R15）+POT（R3-R16））+6

R17=ABS（R2-R1）-6 R18=ABS（R4-R3）-6；

数值“6” 代表寻边器上测头的直径。

3 数据处理的过程及理论依据

3.1.1该系统的工作原理是利用摄像头捕捉数控机床屏幕上显示有坐标值的图像画面，再对捕捉到的图像进行处理，识别出坐标数值，间接得到被测点坐标，并在此基础上求得尺寸、形位误差值，以完成数据采集与数据处理，实现精密测量的功能。[ 2 ]

将摄像头拍到的图形文件转化为计算机可识别的文本信息，需要通过字符识别技术完成。由于需识别的字符种类少，该检测系统采用模板匹配法及特征提取法，借助高级编程实现。其中，特征提取即提取字符特征模式作为区分字符的特征量。具体方法是利用细化骨架的方法提取字符骨架，然后利用穿线法获得单个字符的特征。系统开始检测时，先学习机床屏幕上的显示字体，建立标准模板；再将单独的字符划分成A ×B 个像素（ Pixels），并把字符的一些特征像素与标准模板做比较，如果两者趋近程度达90%以上，就可认为该标准模板上的字符为所需识别的字符，最后逐一将要识别的这些字符进行判断分类和确认，即可得到识别结果。将其录入计算机，待数据处理时取用。

3.1.2 假设坐标轴上有两点P1（ x1，y1 ） 、 P2（ x2，y2 ），线段P1P2中点的坐标为P（ x，y）。根据两点间的距离公式：

a （3）

设待测公差项目是孔轴线的直线度，公差为小于0.005mm。

先将孔沿轴向划分为N 个截面（本例取N = 4），测得每一截面上孔内表面上任意三个点的坐标（见表1），根据数学定理：不在同一条直线上的三点确定一个圆，可求得各截面圆对应的孔中心坐标，将此N 个孔中心的坐标xi 、 yi 代入式公式（1），拟合最小二乘直线y = ax + b，再将各圆心点的坐标代入公式（3），可求出各个孔的中心点到该直线的距离；误差值为2dmax。

表1 孔内4个截面上任意三点的坐标值

第一点坐标 第二点坐标 第三点坐标图 3-2

4.

为了保证测量的综合精度，用户应当定期对测头的精度指标的自检既可在专门的计量部门进行，也可由操作者在机床上进行。操作者在机床上检查测头复位精度的具体操作如下第一步，将测头按装在机床主轴上，在工作台上固定一只块规第二步，手动控制机床主轴移动，使测针上的测球与块规量面实现精确接触的坐标；第三步，反复精确接触几次，比较同一点的坐标值考值”。如果需要检查测针在其它方向上的复位精度，只需将测头旋转一个角度由于上述检查的结果中包含了机床的重复定位误差值。在实际应用过程中，只要此参考值能够满足实际工作中的具体要求即可。

结束语

数控编程的关键是掌握机床各坐标系和编程时所涉及到各个点的具体含意及相应选择，正确区分和掌握数控机床中“点”的概念和作用是正确、安全使用数控机床的前提，本文中对数控编程中的几个关键点进行了详尽的论述，弄清楚了它们的概念和彼此之间的联系。只要我们善于分析比较，挖掘数控机床中各“点”的异同点，并在实践中加以区分，总结积累优化使用的经验，那么一定会使数控机床的“点”在使用数控技术的提高中发挥巨大的作用。

参考文献

[1]姜明得，杨福泉. 公差配合与技术测量 [M ]. 长沙：湖南科学技术出版社，1997.

[2]陈蔚芳. 现代数控技术 [M]. 北京：科学出版社，20005.

质量功能展开应用研究 篇12

本文参照QFD在国内外其他行业的应用实例,借用其展开方法和计算规则,在建筑施工中质量波动较大的混凝土分项工程的施工过程进行尝试。采用质量屋的形式,通过一系列矩阵表,量化分析混凝土的质量要求与采取不同工程措施的质量保证率。在特定条件下,为采用自密实混凝土施工工艺提供决策依据。

1 工程限定条件

北京某工程南端的A座写字楼,地下五层,基底标高-26.000m,建筑面积28 159.82 m2,型钢混凝土结构,型钢柱最大截面为900mm×1300 mm(图1,2)。型钢梁为工字形截面(图3),中圈柱(筒)连通为1300～1460 mm厚墙。

工程有如下特点。

(1)型钢方柱柱外侧100mm厚混凝土中:纵筋40;箍筋25,间距100mm。梁柱和墙柱等交接部位钢筋密集,振捣棒难以插入。

(2)地下五层钢柱柱脚钢板与混凝土基础底板间,只有50 mm的空隙,设计要求该空隙从柱内后浇混凝土灌实。

(3)钢柱下部距楼层标高300mm处,预留直径105 mm的圆孔。设计要求钢柱内部的混凝土,从柱外侧沿预留孔向柱内持续浇筑。

(4)层高在4.1～5.2m之间。型钢柱外侧间隙小,柱、梁结点钢筋密,墙体密布梅花形拉结筋。无法实施串筒作业。

(5)地下五层部分墙体厚达1.46 m。

(6)距此工程西侧不足30m为一栋14层住宅楼,施工可能存在扰民问题。

(7)为配合建设方招商要求,现场在一个月时间内完成了地下五层结构的全部施工。为此,施工现场形成钢结构安装、钢筋模板施工、混凝土浇筑,三层施工面立体交叉作业的非常规施工情况。

2 模型建立与数据分析

2.1 影响混凝土成型质量的主要因素

在施工现场,影响混凝土成型质量的因素主要有6个方面:

(1)混凝土制备;

(2)模板系统;

(3)施工环境条件;

(4)现场入模混凝土浇筑顺序;

(5)振捣作用与施工人员的操作水平;

(6)施工成本。

以上因素对于不同的施工项目,其重要程度是不同的。本文中确定的因素重要程度(权重),是按照本工程各种限定条件所制定的。通过QFD分析矩阵,综合考评各因素在两种不同的混凝土施工工艺中,对混凝土施工质量影响程度。

2.2 混凝土施工常见质量问题

混凝土内部结构的施工质量须注意的问题包括:

(1)混凝土结构实体强度等级必须符合设计要求;

(2)混凝土浇筑质量好,整体性好,无冷缝;

(3)振捣密实,混凝土烂根、蜂窝、狗洞和钢筋外露等外观缺陷。

混凝土脱模后的观感质量问题包括:混凝土表面开裂、气泡、色差和阳角脱落残缺不全等。

2.3 因素重要程度(权重)的确定

重要度权重系数是根据混凝土施工常见质量问题对混凝土施工质量所产生的影响所决定。施工工艺质量保证水平权数是根据工艺可靠性的经验和施工工艺中所存在的施工风险所确定。工程改进措施影响程度中的预计改进效果系数根据工艺改进后施工质量的可控性和可靠性综合评定而成。

3 质量功能展开

3.1 绘制质量屋

绘制质量屋采用自密实混凝土与普通混凝土的对比(图4)。

3.2 质量屋结构要素及影响因素权重系数的确定

(1)屋顶。影响因素相关矩阵(表达对混凝土质量有影响的诸因素相互之间的关系,用于进行专项控制分析)。

(2)天花板。影响因素(对混凝土质量有影响的诸因素)。

◎强正相关○正相关×负相关#强负相关

(3)左墙。规范标准及品质要求(对混凝土分项工程)。

(4)房间。关系矩阵,各影响因素对应规范标准及品质要求的关系度等级,图4中采用1,3,5,7,9五个关系等级权数:

1为该交点所对应的技术措施对规范标准及品质要求有微弱的影响;

3为该交点所对应的技术措施对规范标准及品质要求有一定的影响;

5,7,9为该交点所对应的技术措施对规范标准及品质要求有较为密切的关系。

(5)右墙。工艺比较,工艺与相对应的规范标准及品质要求的保证水平,采用1,2,3,4,5五个等级来反映正常施工状态下的保证水平:

1为该交点所对应的施工工艺对规范标准及品质要求有重要缺陷(需另作结构补强或其他处理);

2为该交点所对应的施工工艺对规范标准及品质要求有缺陷(经修补可达到合格水平);

3为该交点所对应的施工工艺对规范标准及品质要求可达到合格水平;

4 为该交点所对应的施工工艺对规范标准及品质要求可达到优良水平;

5为该交点所对应的施工工艺对规范标准及品质要求可达到行业领先水平。

(6)地板。对混凝土质量有影响的诸因素的工程控制措施。

(7)地下室。质量保证率。

(8)重要度K1。该项规范标准及品质要求对分项工程质量的重要程度,本表取1,2,3,4,5五个等级:

1为不影响分项工程质量实质性质量的要求;

2为对分项工程质量实质性质量的影响较小;

3为对分项工程质量实质性质量的影响较大;

4为重要的、影响结构耐久性及使用功能的性能要求;

5 为基本的、涉及结构安全的、特别重要的要求。

(9)工程改进措施影响程度hi影响因素的工程控制措施关系等级权数与各项规范标准及品质要求重要度K1乘积的代数和。

(10)质量改进项目及预计改进效果系数[对应于(5)]。

质量保证率Ti=∑hi×预计改进效果系数/5∑hj。

3.3质量因素分析结论

应用质量屋进行质量功能展开及各项指数计算,找出了质量隐患和显著的影响因素,即混凝土配合比设计和混凝土浇筑顺序;估计后果的危害程度,并确定主要控制因素:混凝土配合比设计、混凝土浇筑顺序、施工人员操作水平,确定了较高水平的控制指标。通过对使用普通混凝土(质量保证水平0.4)和自密实混凝土(质量保证水平0.84)的评价,容易确认使用自密实混凝土浇筑工艺的必要性。

4结束语

本文所尝试采用的质量功能展开是以一个特定工程限制条件为例所进行的方法。对自密实混凝土施工质量的可控性和可靠性进行的分析,求出的采用普通混凝土与自密实混凝土各自的质量保证水平及所采取的工程措施对混凝土质量影响的显著程度,都是在此工程限定条件下确定的。各项权重系数的确定与工程具体情况密切相关,而非定值。本文的分析结论不具有一般的普遍意义,更不说明自密实混凝土性能就必然优于普通混凝土。本文仅能证明质量功能展开作为质量分析工具,可以用于定量评价施工方法的质量可控性和可靠性,并将其用于确定关键的控制项目。

摘要：质量功能展开是一种利用矩阵,将产品各项经济技术指标对产品质量的影响进行量化分析,从而将市场对产品的质量需求转化为相关的技术要求和管理要求的方法。通过对北京某建筑工程质量波动较大的混凝土分项工程的施工过程进行质量功能展开,采用质量屋的形式,量化分析混凝土的质量要求与采取不同工程措施的质量保证率,为在特定条件下,采用自密实混凝土施工工艺提供决策依据。

关键词：质量功能展开,矩阵,质量屋,量化分析,质量保证率,自密实混凝土

参考文献

[1]IS09000标准统计技术应用指导丛书(八)[M].

[2]肖诗唐,王毓芳.领导层对统计技术应用的筹划[M].北京:中国计量出版社.