复合阳离子（精选8篇）
复合阳离子 篇1
1 材料与方法
1.1 材料与动物
1.1.1 试验材料
本试验所用复合碱性阳离子为中谷集团农牧科技有限公司出品,产品成分分析保证值:每千克含钠13.8～14.6g,钾29.0～34.0g,钙1.0～3.0g,磷13.0～15.0g,二氧化硅18.0～19.0g。载体,发酵米糠。水分≤12%。碱性酵母2.7～2.9×1010CFU (个)/g (即每克含270～290亿有益微生物)。
1.1.2 试验动物
试验动物为通辽市三元养殖有限公司提供的杜洛克、长白、约克三元杂交商品猪。选取70日龄杜洛克、长白、约克三元杂交商品猪48头,所选猪只体重相近,公母比例相同,健康无病。
1.2 试验方法
1.2.1 试验时间
试验时间为38d,试验期为保育仔猪下床转入育肥舍开始,预饲期为7d,预饲期后转入试验期。
1.2.2 试验日粮组成及营养水平
参照猪饲养标准(国标,2004年)中育肥前期猪的营养需要配合成粉状全价料,基础日粮不含抗生素。参见表1。
1.2.3 饲养管理
试猪自由采食,自由饮水,猪只免疫按猪场正常免疫程序进行,定期消毒,每天定时观察记录试猪的采食、饮水、排粪、呼吸、活动状况、健康情况、生长发育情况,发现染病猪及时治疗。
1.2.4 试验设计
本试验采用单因素试验设计,将所选48头育肥前期猪随机分成2个组,即试验组和对照组,每个处理组有3个重复,每个重复8头仔猪。每个重复的仔猪体重相近、公母比例相同。试验组为在常规饲料中添加复合碱性阳离子0.05%,对照组为三元公司自配的育肥猪全价配合饲料。
(单位:%)
1.3 试验测定项目及测定方法
在进行代谢试验前空腹,排出肠道内容物。采用全收粪法连续收取3天的粪便,准确记录3天试验猪的采食量。最后一天晚上对试验猪进行绝食代谢,结算3天试验猪采食量。所收集的粪便立即在烘箱内烘干(64℃),回潮24h,进行实验室常规营养成分分析。测定粪中和饲料中的干物质(DM)、粗蛋白(CP)(凯氏定氮法)、粗脂肪(EE)(索氏提取法)、粗纤维(CF)(酸碱法)、粗灰分(ASH)的测定。采用实验室常规分析方法分析(杨胜,1993)。
1.4 数据处理
所得的实验数据应用SPSS软件中单因素方差分析(One-Way ANOVA)结合Duncan法进行多重比较检验处理间差异。所有指标以重复为单位统计,数据均以平均值±标准差表示,P<0.05为差异显著。
2 结果与分析
复合碱性阳离子对育肥前期猪营养物质代谢率的影响,见表2。
从表2可知,育肥前期的营养物质代谢率,试验组EE、ASH代谢率虽然比对照组提高,但差异不显著(P>0.05)。DM代谢率试验组比对照组提高3.61,提高比例为4.51%(P<0.05%),差异显著。CP代谢率试验组比对照提高2.39,提高比例为2.97%(P>0.05),差异不显著。CF代谢率试验组比对照组提高3.87,提高比例为8.68%(P<0.05%),差异显著。
3 讨论
目前,对碱性阳离子对营养代谢率的影响目前在国内外报道比较少,但作为一种新型的绿色添加剂,研究其营养代谢率有重要的意义。复合碱性阳离子加速生物酶的合成,活化蛋白质等生物因子,增强生物细胞组织再生能力,加速养分供给。复合碱性阳离子含有多种有益菌,有利于消化道内优势菌群的建立,抑制有害菌群的繁殖和生长,调节肠道微生态平衡,提高养分充分利用。发酵产物(有机酸、消化酶、氨基酸等)作为营养物质和消化调节因子,提高饲料养分消化率(郑远鹏,2007)。复合碱性阳离子氧化还原电位低,具有还原性,与氢离子结合能力强,可使机体水分子迅速变成六元环型体分子团而活性增强,促进血液循环,提高养分溶解度的同时,促进消化酶与底物高效结合,提高饲料的消化率,促进畜禽生长和代谢废物的排泄。生理学家发现,碱性体质的人新陈代谢活跃,身体所需要的氧及营养成份能快速补充,代谢的废物、有毒成份也能及时地排出体外(李玉萍等,2006)。
在饲料中添加复合碱性阳离子,DM、CF的代谢率都比对照组有所提高,且差异显著。对于指标CP、EE、ASH,试验组均比对照组有所提高,但差异不显著。这说明复合碱性阳离子可以有效地促进日粮中养分的消化分解,而且发酵产物(有机酸、消化酶、氨基酸等)作为营养物质和消化调节因子,可以进一步促进营养物质被机体利用,使更多的营养素得以吸收利用。
4 结论
日粮中添加复合碱性阳离子有提高DM、CP、CF代谢率的趋势,但差异不显著。DM代谢率提高比率4.51%,CF代谢率提高比率8.68%,差异显著,P<0.05。
注:1、表中数据为平均值±标准误差。2、同列角标字母完全不同表示差异显著(P<0.05);若有相同字母表示差异不显著(P>0.05)。
复合阳离子 篇2
基于金纳米粒子(Au NPs)表面等离子体共振原理(SPR)不仅发展了光谱分析,而且报道了TiO_2负载纳米金在可见光区域等离子共振诱导的光电化学及其在光伏电池、可见光催化和表面模板制作等方面的.应用~([1]).然而,将等离子共振诱导下Au/TiO_2复合体系产生的光电流应用于电化学传感器并提高其响应性能尚未见有报道.
作 者：朱安伟 田阳 作者单位：同济大学化学系,上海,200092 刊 名：分析化学 ISTIC SCI PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF ANALYTICAL CHEMISTRY 年，卷(期)：2009 37(z1) 分类号：O65 关键词：★ 退火对ZnO薄膜结构及发光特性的影响
★ 《纳米药物能延长脑神经细胞的寿命》说明文阅读题及答案
★ 可持续消费与新经济
★ 聚丙烯腈纳米纤维毡上生长ZnSe纳米晶的结构及发光特性
★ 活的非可培养状态细菌生物学特性研究进展
★ 直桥与弯桥动力特性对比分析
★ 难熔金属及其化合物与C/C复合材料相互作用研究
★ 信号通路与肿瘤细胞凋亡关系的研究进展
★ 湖南高速公路红粘土工程特性及问题与对策探讨
复合阳离子 篇3
淀粉是一种可再生绿色环保资源, 是由葡萄糖单体构成的天然高分子, 通过改性可加大其絮凝效果[4]。其中阳离子改性淀粉常作为优良的高分子絮凝剂, 是由于其对废水中负电荷物质的亲和性[5], 聚铝和聚铁基复合絮凝剂均可用于污水处理及水质净化, 但铝对人体有害, 故无机部分常选用聚铁基[6]。
1 复合絮凝剂的制备
阳离子改性淀粉 (CS) :向烧杯中加入4m L CHPTMA, 滴入2m L 10mol/L Na OH和12m L蒸馏水在低于10℃下活化反应10min, 再加15g淀粉, 把处理过的药品滴入淀粉中, 搅拌均匀。于50℃下预干燥1h, 粉碎后置于密闭容器中, 85℃下反应得到白色固体粗产品[7]。
聚合硫酸铁 (PFS) :称取10g硫酸亚铁, 加入10m L蒸馏水和2m L浓硫酸, 磁力搅拌30min, 边搅拌边滴加3m L双氧水, 静置, 制得红褐色粘稠状聚合硫酸铁溶液。
聚硅酸铝铁 (PSAF) :称取5.36g硅酸钠, 加入100m L蒸馏水, 搅拌至完全溶解, 稀硫酸调节p H为5~6, 在水浴锅中稍加热, 出现大量絮状物直至溶液呈果冻状, 静置。向其中加入氯化铝2.4g, 搅拌5min后加入氯化铁3.3g, 继续搅拌30min, 放置熟化, 有悬浊液聚硅酸铝铁生成。
聚合硫酸铁-阳离子改性淀粉复合絮凝剂 (PFS+CS) :称取4g PFS, 1g CS和15m L蒸馏水, 先后加入烧杯。用稀硫酸调节p H为1.5。减压过滤, 60℃下烘干制得灰色固体PFS+CS。
聚硅酸铝铁-阳离子改性淀粉复合絮凝剂 (PSAF+CS) :称取8g CS, 加入15m L PSAF, 稀盐酸调节p H为2.0, 在50℃下反应1h, 减压抽滤并烘干, 制得橙黄色固体PSAF+CS。
2 复合絮凝剂的红外光谱 (IR) 表征
对PFS、PSAF、CS、PFS+CS、PSAF+CS进行红外光谱分析, 探讨反应前后物质结构的变化。结果如图1、图2所示。
由图1、图2红外光谱图可看出各物质反应前后的结构变化。其中, 1 000cm-1附近的吸收峰分别是淀粉中的伯醇、仲醇和醚键的特征吸收, 1 658cm-1处的吸收峰是由于O—H键的振动产生, 2 934cm-1处的吸收峰归属于C—H的振动, —OH的伸缩振动产生了3 500cm-1处的吸收峰。其中图1中PFS+CS和图2中PSAF+CS在3 500cm-1左右都较PFS、CS及PSAF、CS的吸收峰有加宽, 这表明在这个波数附近PFS和CS、PSAF和CS的吸收峰发生重叠, 即形成了复合絮凝剂。
3 絮凝效果实验
3.1 CODGr去除实验
采用重铬酸钾滴定法, 使用复合絮凝剂PFS+CS、PSAF+CS对邻苯二甲酸氢钾模拟废水絮凝前后进行CODGr去除实验[8], 相关数据见表1。
由表1可知, 复合絮凝剂可絮凝模拟废水中大部分污染物, 这表明复合絮凝剂对CODGr的去除效果很好, 去除率可达到70%以上。
3.2 重金属去除实验
利用原子吸收分光光度计测定系列Zn2+浓度的标准曲线, 相关数据见表2, 其中A代表样品的吸光度。
将表2数据进行线性拟合, 得到Zn2+浓度-吸光度标准曲线, 其回归方程[A]=0.278 3[C]-0.004 8及相关系数R2=0.998 2。
使用复合絮凝剂对Zn2+模拟废水进行絮凝实验, 作原子吸收处理。絮凝前后的数据如表3所示。
由表3可知, 复合絮凝剂可沉淀废水中Zn2+, 且去除率可达40%以上, 由此表明, 复合絮凝剂对重金属元素离子 (Zn2+) 絮凝效果较好。
4 结论
制备了两种复合絮凝剂PFS+CS和PSAF+CS, 并通过红外光谱表征研究了絮凝剂复合前后的结构变化, 结果表明, 改性淀粉与聚铁基无机组分得到结合, 制得了新型的复合絮凝剂。同时, 对模拟废水进行絮凝效果实验, 其中CODGr去除率可达70%以上, 对重金属离子Zn2+的去除率达40%以上, 说明复合絮凝剂的絮凝效果较好。
参考文献
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[3]刘志远, 李昱辰, 王鹤立, 等.复合絮凝剂的研究进展及应用[J].工业水处理, 2011, 31 (5) :5-8.
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[5]具本植.高取代度阳离子淀粉的制备与应用研究[D].大连:大连理工大学, 2000.
[5]郑怀礼.聚铁基复合絮凝剂的研究[D].重庆:重庆大学, 2003.
[6]卢珍仙.利用玉米淀粉制备高取代度阳离子淀粉的研究[J].化学世界, 2005, 46 (12) :734-736.
[7]姜应新.新型阳离子淀粉的合成及其应用性能研究[D].大连:大连理工大学, 2010.
锂离子电池复合负极材料研究进展 篇4
目前研究比较热门且较为廉价的负极材料体系有硅、锗、锡、锑及其氧化物, 以及3d过渡金属氧化物材料。上述材料虽然储锂机理并不相同[1], 但均面临如下共性技术问题: (1) 嵌脱锂 (即充放电) 过程伴随负极材料体积剧烈变化, 引起材料粉化、涂层 (从集流体表面) 剥落及固体电解质相界面膜的反复破裂与生成, 材料的循环稳定性不高; (2) 材料的Li+迁移率低, 导电性不佳 (尤其是氧化物及硅、锗等半导体材料) , 电化学反应慢, 倍率性能差。
将负极材料尺寸减小到纳米尺度, 可减小充放电循环中Li+迁移距离及材料的相对膨胀率, 是一种有效提升锂离子电池性能的手段。但是, 纳米化也会带来导电率低、表面副反应活性高、团聚倾向大等明显缺点。针对上述材料的诸多问题, 研究者围绕材料微观结构设计与纳米复合两方面展开了大量的研究工作。本研究以纳米复合结构与复合技术为主线, 介绍了近年锂离子电池负极材料研究的代表性成果。
1 锂离子电池负极材料
1.1 碳包覆
在负极材料表面包覆/修饰高稳定性导电材料, 可从以下三方面提升其电化学性能: (1) 提升材料体系的导电性及倍率特性; (2) 防止充放电循环中活性材料粉化或团聚, 提升负极材料的结构稳定性; (3) 调控材料表面特性, 改善活性材料与电解液间形成的SEI膜的性质, 提高库仑效率。目前通常采用的表面包覆/修饰结构以碳包覆、聚合物包覆及无机纳米粒子表面负载/修饰最为典型。
碳材料廉价无毒, 化学性质稳定, 电子/Li+传导性好, 且充放电过程中体积变化小 (8%~12%) 。利用碳材料进行包覆处理对几乎所有电极材料都有电化学性能提升作用[2]。目前研究中, 碳包覆主要采用葡萄糖水热法和有机物热解法两种工艺进行。葡萄糖水热法可直接在液相条件下实现负极材料的均匀碳包覆, 产物中的碳含量可以通过原料配比进行有效调节[3], 适用于水溶液体系制备或在水溶液中具有较好分散性的负极活性材料的表面改性。
对液相还原法制备的100nm大小的Sn纳米粒子, 利用葡萄糖水热法进行碳包覆可形成Sn80% (wt%, 质量分数, 下同) @C (20%) 纳米结构。电化学测试发现, 碳包覆处理虽然降低了材料的首次放/充电容量 (Sn纳米粒子:950 mAh·g-1和760mAh·g-1, Sn@C纳米结构:789mAh·g-1和681mAh·g-1) , 却大幅提升了材料的循环稳定性 (包覆前30次循环容量保持率~9%;包覆后50次循环容量保持率高达98%) 。此工作同时表明, 对于负极材料而言, 单纯降低材料尺寸并不能解决其循环过程中的团聚及容量衰减问题;而包覆处理却可有效缓解上述问题[4]。基于水热技术的碳包覆处理不仅可用于材料的后期改性, 也可融和到材料制备过程中, 从而实现碳包覆负极材料的一步合成。Zhang等利用Na2SnO3·3H2O和葡萄糖前驱体制备了相互交联的SnO2@C纳米球;将该材料用作锂电池负极材料, 在充放电电流密度高达1104mA·g-1时, 储锂容量仍大于600mAh·g-1;经过80和160次循环后, 其容量仍分别保留542和473mA·g-1[5]。
与葡萄糖水热包碳工艺不同, 有机物热解法通过高温惰性气氛下碳化有机物来完成活性材料的碳包覆处理。将聚苯乙烯的二甲基甲酰胺溶液浸润FeOOH粒子, 然后在氮气条件下热处理上述粒子, 即可制备出碳包覆的介孔Fe3O4 (Mesoporous-Fe3O4@C) 结构。该材料中聚苯乙烯热解形成了导电的碳包覆层, 而FeOOH分解生成的介孔Fe3O4为材料嵌锂膨胀提供了空间。0.1C倍率下, 该材料50次循环后可逆电容量仍825.4 mAh·g-1[6]。鉴于铁、碳资源在丰度、价格及生物安全性等方面的明显优势, 该材料体系受到了格外关注。
1.2 聚合物包覆
除碳材料以外, 导电聚合物也是负极材料常用的表面包覆材料之一。相对于碳材料, 聚合物的处理温度更低, 更适于大规模生产[7]。对正极材料进行导电聚合物包覆处理的研究已经取得了很多进展, 如对LiFePO4粒子进行聚合物包覆处理, 可显著改善材料的倍率特性[8,9]。近来, Lee等利用原位聚合技术制备了均匀分散有Ag纳米粒子的聚3, 4-乙撑二氧噻吩 (PE-DOT, 1种导电聚合物) 材料。在该复合体系中, PEDOT作为导电性膨胀缓冲剂, 可有效抑制充放电循环中Ag粒子的团聚, 从而提升材料的结构稳定性, 减小因SEI膜形成而造成的容量损失。因此, 该体系的电化学性能获得了提升 (容量291mAh·g-1, 20次循环以后容量保持209mAh·g-1) [10]。
1.3 纳米粒子表面负载/修饰
铜的电导率比石墨高100倍 (分别为6×105和103S·cm-1) , 且铜常被用作锂电池负极集流体, 在循环过程中不发生电化学反应, 稳定性好。因而, 在负极活性材料表面沉积铜纳米层, 由铜纳米层形成导电网格, 有望有效改善体系的导电性和表面特性, 从而大幅提升其倍率特性、库仑效率等电化学性能。
对于热解丙硅烷 (Si3H8) 获得的含氢非晶硅 (α-Si:H) 材料, Murugesan等利用多元醇还原技术进行铜纳米粒子表面修饰, 获得α-Si:H/Cu复合材料。原位拉曼分析发现, 由α-Si:H和Super-P型碳添加剂制备的负极材料在充放电循环中, 仅观察到电极中Super-P材料的嵌、脱锂过程及SEI膜生成的拉曼信号, 而没有探测到α-Si:H嵌、脱锂过程。而由α-Si:H/Cu复合材料和Super-P材料制备的负极材料, 在充放电过程中可观察到α-Si:H因锂化而引起的拉曼峰明显变化;同时, 充放电过程中Super-P材料和溶剂的拉曼峰基本没有变化。以上结果表明, 铜粒子表面修饰增加了α-Si:H与集流体之间的导电性, 避免了电绝缘引起的“死容量”, 因而提高了α-Si:H的锂化活性, 并抑制了溶剂分解和SEI膜形成, 使得样品的可逆容量增加了约7倍 (从84 mAh·g-1提升到600 mAh·g-1, 电流密度100mA·g-1) [11]。
而Kim M G等[12]采用了另一种更为简单有效的铜表面修饰技术方案, 他们以Sn纳米粒子和Cu (acac) 2为起始原料, 利用两者间自发的置换反应:
制备了总大小10nm的Sn@Cu纳米结构。虽然该材料在低电流密度下 (≤0.6A·g-1) 可逆容量不及Sn@C纳米结构, 但在大电流密度下 (3.6A·g-1) , Sn@Cu体系的可逆容量却高达620mAh·g-1, 比传统的Sn@C体系高约100mAh·g-1, 充分显示了铜表面修饰的技术优势。
1.4 石墨烯复合
石墨烯材料导电率、比表面积高, 分散性、机械强度好, 将纳米级的负极活性材料与石墨烯均匀复合形成的复合电极材料, 是新型锂离子电池负极材料重要的备选体系[13], 该复合体系可以通过直接混合[14]或抽滤工艺[15]获得。
将表面包覆有油胺的Ge纳米粒子与氧化石墨烯分散混合后进行热还原处理, 可以获得Ge@C/RGO复合体系。此体系中, 碳包覆处理可以将Ge纳米粒子限制在碳壳内, 以缓和纳米粒子的团聚倾向;而均匀复合的石墨烯可构成导电网络。与石墨烯进行复合后, 该材料的循环性能和倍率特性得到的显著提升 (Ge@C/RGO复合材料在50mA·g-1电流密度下50次循环后容量约为940mAh·g-1, 而Ge@C复合材料容量低于490 mAh·g-1;当电流密度提高到3600 mA·g-1时, Ge@C/RGO复合材料50次循环后容量为380mAh·g-1, 而Ge@C复合体系对应的容量仅为100mAh·g-1) [16]。
1.5 石墨烯夹层
如前所述, 将负极活性材料与石墨烯进行复合可以大幅提升材料的电化学特性。但对于简单的混合或负载处理, 负极活性材料间的团聚仍不可避免。将纳米级活性材料夹于石墨层之间可以更好地隔离负极材料, 进一步缓和材料的团聚问题。
利用四氰代二甲基苯醌 (TCNQ) 对石墨烯进行表面改性, 可使石墨烯表面带上负电荷, 从而通过静电排斥作用均匀分散在溶剂当中[17];在上述体系中引入SnCl2, Sn2+会与TC-NQ-通过静电作用自组装成石墨烯夹层的Sn-TCNQ, 并从体系当中沉淀出来 (Sn-TCNQ在体系当中不溶) 形成前驱体;对所得前驱体进行退火处理后, 即可获得氮掺杂石墨烯夹层SnO2纳米粒子的复合结构 (TCNQ是石墨烯掺杂氮源) 。电化学测试表明, 该材料在100mA·g-1电流密度时, 可逆容量可达918mA h·g-1 (高于SnO2和石墨烯的理论容量881和548mA h·g-1) ;而当电流密度为1000、2000和5000 mA·g-1时, 材料可逆容量分别为683、619和504 mA h·g-1[18]。上述性能明显高于传统的石墨烯/SnO2复合材料 (1000和2000mA·g-1电流密度时, 可逆容量分别为245和112mA h·g-1) 。
2 结语
复合阳离子 篇5
1 试验部分
1.1 试验材料
吸附剂:凹凸棒土分散液 (ATP) , 江苏南大紫金科技集团有限公司。
染料:阳离子红X-GRL, 属于二氮半青阳离子染料。
1.2 试验仪器
HH-2数显恒温水浴锅, 金坛市杰瑞尔电器有限公司;WT6001电子天平, 常州万傅天平仪器有限公司;D-8401型-50W电动搅拌器, 天津市华兴科学仪器厂;DHG-9076A型电热恒温鼓风干燥箱, 上海精宏实验设备有限公司;SHZ-C型循环水式多用真空泵, 巩仪市英峪予华仪器厂。
1.3 ATP/Fe2+复合催化剂的制备[4]
取适量凹凸棒土浆料置于烧杯中, 在110℃下烘干3 h, 粉碎、研磨, 然后在温度为400℃的马弗炉中煅烧2 h, 即得ATP粉体[32]。称量0.5 g ATP粉体置于500 m L三径烧瓶中, 加入200 m L一定浓度的Fe2+溶液, 调节p H为4.0, 封口以防止水分挥发和O2溶入, 在30℃下搅拌5 h, 抽滤, 并用去离子水洗涤, 催化剂于110℃下烘干。
2 结果与讨论
2.1 制备条件对ATP/Fe2+吸附性能的影响
2.1.1 Fe2+负载时间对吸附性能的影响
负载的Fe2+浓度为1 500 mg/L, 阳离子红X-GRL染料溶液浓度为10 mg/L, 复合催化剂的投加量为0.1 g, p H值为6, 吸附时间5 h, Fe2+负载时间对去除率/吸附量的影响如图1所示。由图1可见, 离子交换过程进行到5~6 h, ATP/Fe2+复合催化剂对阳离子红X-GRL去除率变化不大, 吸附交换过程基本上达到了动态平衡, 但在6 h后, 去除率开始下降。一定的负载时间, 有利于Fe2+在凹凸棒土上均匀分布, 但过多的时间会增加Fe2+在凹凸棒土上非交换型沉积, 从而增加了催化剂在反应过程中脱附。故选择5 h为Fe2+负载时间。
2.1.2 负载Fe2+时的反应温度对吸附性能的影响
负载的Fe2+浓度为1 500 mg/L, 阳离子红X-GRL染料溶液浓度为10 mg/L, 复合催化剂的投加量为0.1 g, p H值为6, 吸附时间5 h, 负载Fe2+时的反应温度对吸附效果的影响如图2所示。从图2可见随着温度的升高, 去除率/吸附量不断上升, 可见升高温度有利于Fe2+负载。故选择80℃为负载的最优条件。
2.1.3 Fe2+溶液浓度对吸附性能的影响
Fe2+溶液浓度对吸附性能的影响图3。由图3可见, 随着负载的Fe2+溶液浓度增大, 去除率/吸附量不断增大, 在1 500 mg·L-1时达到最大。但如果继续增大Fe2+浓度, 会增加Fe2+在凹凸棒土表面和孔道内的非交换型沉积, 从而增加了催化剂在反应过程中脱附。因此选取Fe2+浓度1 500 mg·L-1。
2.2 影响凹凸棒土联用Feton法与阳离子红反应的因数
2.2.1 H2O2的滴加量
阳离子红X-GRL染料溶液浓度为10 mg/L, 复合催化剂的投加量为0.1 g, p H值为6, 吸附时间5 h, H2O2投加量对阳离子红X-GRL的去处率影响如图4所示。由图4可知, 改变H2O2的滴加量, 去除率/吸附量发生了明显的变化。滴加2、4、6、8 Qt H2O2, 阳离子红X-GRL的去除率分别为93.14%、93.40%、96.94%和95.09%。H2O2的浓度上升产生羟基自由基量增加, 故脱色率增大;当H2O2浓度过高时, 将Fe2+氧化成Fe3+, 而使氧化在Fe3+催化下进行, 降低了羟基自由基的产生效率, 故脱色率有所减小。故H2O2合适的投加量为6 Qt。
2.2.2 p H值的影响
阳离子红X-GRL染料溶液浓度为10 mg/L, 复合催化剂的投加量为0.1 g, H2O2投加量为6 Qt, 吸附时间5 h, 不同初始p H值对阳离子红X-GRL的去除率的影响如图5所示。从图5中可以看出, p H值对处理效果有重要影响。
实验结果进一步说明, 利用凹凸棒土作为Fe2+固定化载体, 处理阳离子红X-GRL印染废水, 在废水的p H值由酸性到碱性的转变过程中, 虽然废水的去除效果有一定的降低, 但是仍然保持着较高的去除率, 这充分显示了非均相Fenton反应处理废水适用p H值范围广的优点。
2.2.3 阳离子红X-GRL溶液浓度对吸附的影响
阳离子红X-GRL染料溶液浓度为10 mg/L, 复合催化剂的投加量为0.1 g, H2O2投加量为6 Qt, 吸附时间5 h, 阳离子红X-GRL溶液浓度对吸附效果的影响如图6所示。随着浓度的增加, 去除率不断下降, 吸附量不断上升。当浓度增大时, 反应产生的中间产物的数量也会增加, 中间产物与反应物阳离子红之间产生竞争吸附, 减少了对阳离子红的吸附, 因而导致降解率降低。
2.2.4 吸附时间对复合催化剂吸附性能的影响
阳离子红X-GRL染料溶液浓度为10 mg/L, 复合催化剂的投加量为0.1 g, H2O2投加量为6 Qt, 吸附时间5 h, 吸附反应时间对复合催化剂吸附效果的影响如图7所示。由图7可见, 随着吸附时间的延长, 复合催化剂与阳离子红X-GRL溶液充分接触, 去除率/吸附量不断增加, 直至5 h时达到最大, 这是因为复合催化剂对阳离子红的吸附同时存在着吸附和解吸两个过程, 当吸附时间较短时, 吸附速率大于解吸速率, 故曲线呈上升趋势。随吸附时间的延长, 解吸速率逐渐增大, 吸附效果差, 另外然后随着吸附时间的延长, 负载的Fe2+可能会脱落, 导致吸附率/吸附量下降。
2.2.5 ATP/Fe2+的投加量
阳离子红X-GRL染料溶液浓度为10 mg/L, H2O2投加量为6 Qt, 吸附时间5 h, ATP/Fe2+的投加量对吸附效果的影响如图8所示。从图8可见:随着投加量不断增加, 去除率不断上升。吸附量不断下降。故ATP/Fe2+复合催化剂的合适投加量为0.4g。
3 动力学研究[5]
本文采用准二级动力学方程对吸附过程进行拟合的曲线和结果如表1和图1所示。由表2可知, 准二级动力学方程的相关系数R2在0.999以上, 这说明准二级动力学模型能够更为真实地反映吸附机理。与此同时, 速率常数k2的范围在0.001 5~0.002 8 g· (mg·min) -1, 并随着溶液初始浓度的提高而下降。
4 结论
(1) 凹凸棒土与Fenton法联用处理阳离子红X-GRL有优异的吸附性能。
(2) 制备ATP/Fe2+的合适的条件为:凹凸棒土煅烧温度为400℃;负载铁时间为5 h;负载铁浓度为1 500 mg/L;负载温度为80℃。
(3) ATP/Fe2+复合催化剂对阳离子红X-GRL的吸附动力学符合准二级动力学方程。
参考文献
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复合阳离子 篇6
目前, 对楔状缺损主要是充填治疗, 这没有异议。但是拿什么材料才最适合呢?笔者在分析了楔状缺损充填特点后再来说材料。楔状缺损的充填有4个特点: (1) 多位于前牙, 美观要求较高; (2) 接近龈沟, 隔湿比较困难; (3) 充填材料受弯曲力的牵拉, 易于脱落; (4) 患者的不良习惯难于改变。
针对病因和充填特点, 可以得出结论, 那就是需要材料有以下几个要求: (1) 颜色要与牙齿相匹配; (2) 对隔湿要求不高; (3) 与牙组织的黏接性比较高, 能对抗弯曲的充填材料; (4) 有一定的硬度, 能对抗磨耗。
楔状缺损是人类牙齿常见的牙体损伤, 常引起刺激的酸痛, 严重的引起牙髓炎、根尖炎甚至牙折断。本文对采用流动复合树脂与玻璃离子修复楔状缺损做了一个比较。
1 材料与方法
1.1 材料与设备
流动复合树脂 (美国SM公司) ;自酸蚀粘结剂 (美国SM公司) ;玻璃离子 (美国SM公司) 。
1.2 分组
2005~2006年在本院门诊亲诊的120例楔状缺损伤患者, 无牙髓病变者, 随机分成两组, 经干燥、隔湿, 第1组用玻璃离子充填、修整外形、抛光、涂凡士林;第2组涂自酸蚀粘结剂、光照10 s、流动复合树脂充填光照20 s, 修整外形。
1.3 疗效观察
成功:充填体完好, 边缘超密合、无明显变色、无继发离子、无刺激性酸痛症状、无牙髓及根尖周病变, X片显示正常。
失败:充填体部分或全部脱落, 边缘变色明显, 有继发龋、牙髓刺激症状、牙髓炎、尖周炎症状或X片显示有病变。
2 结果
1年后复查并进行疗效评定, 玻璃离子组成功率为80.1%, 流动复合树脂组成功率为93.1%。见表1。
3 讨论
牙楔状缺损是牙齿唇、颊侧硬组织发生缓慢消耗所致的缺损, 由于这种缺损常呈楔形而得名。它是临床上一种比较常见的非龋性疾病, 好发于中老年人。治疗洞型属Ⅴ类洞, 充填体不直接承受力, 尚无特殊专用充填材料。由于所在位置关系, 牙齿破坏范围清晰可见, 考虑到美容, 前牙均用牙色材料修复。
楔状缺损的发生率较高, 返工率也较高, 原因之一是楔缺损位于牙颈部, 当充填材料反复受到应力作用时, 材料内部发生脆变, 出现微渗漏。此外楔状缺损位于缘平行或下方, 防湿效果差, 充填较为困难, 也易造成充填脱落。
玻璃离子充填失败原因主要有充填的磨损, 此外, 其机械强度低, 调合时粉油分离, 表面粗糙、易着色、耐磨差, 因其价格较为低廉, 故仍是较为常用的临床材料。
流动复合树脂是一种在静态下有一定黏稠度, 其弹性模量与牙颈部组织相似, 在颈部非磨损区应用效果较好, 因其具有聚合高、收缩率低, 有流动性易于填入狭窄区, 能大大减少微渗漏的形成, 同时流动树脂还可以缓慢释放氟离子, 有防龋作用。
不论使用哪一种材料修复, 都必须纠正刷牙方法, 保持口腔卫生状况, 避免在充填的上再形成缺损。
摘要：目的:总结修复楔状缺损的临床方法。方法:收集120例楔状缺损患牙, 随机分成两组, 分别用玻璃离子与流动复合树脂修复, 观察1年的效果。结果:玻璃离子组成功率为80.1%, 流动复合树脂组成功率为93.1%。结论:流动复合树脂是一种较理想的楔状缺损充填材料。
关键词：楔状缺损,玻璃离子,流动复合树脂
参考文献
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复合阳离子 篇7
锂离子电池经过20多年的发展,电池制造工艺已趋于成熟,以商品化的磷酸铁锂或锰酸锂材料为正极、碳材料为负极的锂离子动力电池在能量密度上很难有较大的突破,因此,在开发现有电化学体系潜力的同时,对新体系、新材料的研究将成为高比能量锂离子电池的研究热点。近几年,在研发的新型电池材料中,具有高比容量(其理论放电比容量可达到4200mAh/g)、安全性更高、资源丰富等优点的硅基负极材料受到国内外学者的广泛关注。目前,通常将硅与碳材料进行二元或多元复合,形成硅碳核壳结构或将硅颗粒均匀分散于碳基体获得具有包覆型或嵌入型结构的复合物,解决由于纯硅在锂离子脱嵌过程中产生巨大体积膨胀导致材料结构的破坏,从而避免材料的循环性能大幅度降低。Si/C复合材料的制备方法主要有机械高能球磨法、溶胶-凝胶法、喷雾-热分解法和化学气相沉积法等。苏利伟等[1]以葡萄糖为碳源通过高能球磨法制备了Si/C复合材料,首次充电容量为789.3mAh/g,并具有良好的循环性能。陈宇龙等[2]首次采用介质阻挡放电等离子体辅助高能两步球磨法制备了SiC复合负极材料,其结构为微纳多尺度的硅颗粒均匀分散在微米级的碳基体中,放电容量可达1259mAh/g,循环100周后稳定比容量为396mAh/g。研究发现,石墨层片状结构经过球磨后没有遭到明显的破坏,可能与等离子场在球磨过程中瞬间产生的巨大热 效应致使 非晶碳石 墨化有关。Liu N等[3]以溶胶-凝胶法为主线,首先将硅纳米颗粒分散于正硅酸乙酯溶液中,控制反应条件(氨水浓度、pH值等),在硅颗粒表面生成SiO2,然后采用自组装在SiO2外层表面包覆无定形碳,最后经氢氟酸刻蚀制得在无定形碳层与硅颗粒之间存在预留空间的Si/C复合负极材料,0.1C倍率下,放电比容量达2800mAh/g,循环性能得到明显改善。Jun Lai等[4]以天然鳞片石墨、纳米硅、葡萄糖及十二烷基苯磺酸钠为原料, 采用喷雾干燥结合热分解技术合成出优良的Si/C复合材料,首次放电比容量为602.7mAh/g,20次循环容量保持率为91.58%。
本实验采用球磨-热解工艺制备Si/C复合负极材料,首先对原料微米级硅粉进行球磨纳米化处理,然后将处理后的硅粉与石墨、葡萄糖球磨混合,经过热分解得到Si/C复合负极材料。同时,研究了不同球磨时间对复合负极材料结构和电化学性能的影响,并对电极失效机理进行分析。
1实验
1.1硅碳复合材料的制备
试验用原材料为微米硅(D50=1.5μm)、人造石墨(D50= 18~22μm)和分析纯葡萄糖。具体制备方法包括以下步骤: (1)微米硅粉的纳米化处理。将一定量微米硅倒入装有无水乙醇的烧杯中,搅拌呈悬浊液后倒入球磨罐,球料比为15∶1 (质量比,下同),先以200r/min转速进行球磨,期间不断用乙醇反复冲洗烧杯,使得残余硅粉全部进入球磨罐中,然后将转速调至2800r/min球磨一段时间。最后将筛分的硅粉置于真空烘箱中,在60 ℃真空干燥2h。(2)硅碳材料前驱物的制备。将上述预处理硅粉、人造石墨和葡萄糖按一定比例放入球磨罐,以无水乙醇为分散剂,球料比仍为15∶1,在250r/min转速下,设定不同的球磨时间进行球磨,干燥后待用。(3)高温热解。将制备的前驱物放入充有高纯氮气的管式炉中,600 ℃保温6h,以5 ℃/min速率降温至300 ℃,自然冷却至室温,研磨筛分后,获得一系列硅碳复合材料。
1.2性能表征
采用荷兰Philips X′pert MPD diffractometer XRD衍射仪(20kV,40mA,CuKα)分析硅碳复合材料结构,扫描角度10~90°,步长0.02(°)/s。采用德国蔡司公司的Zeiss supra 40对材料进行微观形貌分析。采用日本HORIBA公司的LA950激光粒度分析仪测试材料颗粒尺寸及粒度分布。
将制备的负极活性物质、导电乙炔黑和粘结剂(羧甲基纤维素钠(CMC)和丁苯橡胶(SBR)混合物,质量比3∶5)按质量比80∶10∶10混合,以去离子水为溶剂,搅拌均匀制成浆料。将浆料均匀涂敷于铜箔基体上,然后将湿电极放入真空干燥箱内,80℃干燥12h。在干燥的真空手套箱中进行模拟电池的组装,模拟电池采用两电极体系,正极为自制的电极,负极为金属锂片,电解液为1mol/L的LiPF6溶于碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲基乙基酯 (EMC)和碳酸二甲酯(DMC) (体积比1∶1∶1)的溶液,隔膜为Celgard 2500隔膜,组装2032型扣式模拟电池,经注液、真空静置、封口后搁置24h。
硅碳负极材料的电化学性能采用恒电流法测试,测试仪器为武汉蓝电CT2001A测试系统,测试电流密度100mA/ g,电压范围0.01~1.5V。充放电制度为静置3min,恒流放电至0.01V;静置3min,恒流充电至1.5V,循环到一定的次数后终止。
2结果与讨论
2.1硅粉经预处理后的粒径及形貌分析
纳米硅与常规尺寸硅材料脱嵌锂的机理不同,纳米硅材料容量损失仅与其脱嵌锂过程中产生的体积可逆膨胀和收缩有关,脱锂时不会发生重结晶和相变[5]。基于此原因,试验对原料微米级硅粉进行了纳米化处理。图1为固定球料比15∶1、转速2800r/min的情况下,采用不同球磨时间得到的纯硅粉粒度分布曲线。由图1可以看出,球磨1h后,硅粉颗粒粒径明显下降,粒度分布变窄;随着球磨时间的延长,硅粉颗粒尺寸不断减小,球磨4h后,硅粉颗粒尺寸达到最小, 粒度分布均匀性最好。继续延长球磨时间,颗粒尺寸反而变大,粒度分布也变宽。随着球磨时间延长,粉体颗粒尺寸继续减小,但随着颗粒表面积的不断增大,表面能升高,表面活性增加使颗粒之间引力增大,易发生团聚现象,使得小颗粒重新变成大颗粒。粉体颗粒中位径(D50)与球磨时间的关系曲线见图2。由图2可以看出,硅粉颗粒 的D50在球磨1h后,由原来的1.5μm减小到400nm左右,4h后达到200nm,随后由于团聚造成颗粒尺寸变大。
图3为球磨前后硅粉的SEM图。由图3可以看出,经过4h球磨处理后,硅粉颗粒大小均匀,颗粒表面光滑,颗粒多为近似球状,表面少棱角,颗粒分散均匀,无明显团聚。
2.2不同球磨时间对硅碳复合材料性能的影响
硅粉通过球磨纳米化后,将其与石墨、葡萄糖进行混合, 以无水乙醇为分散剂,球料比15∶1,转速250r/min,分别球磨1.5h、3h、5h,随后把得到的各种前驱物放入管式炉中600℃热解6h。纳米化的硅粉由于晶粒边界的增多,不仅可以为锂离子的迁移提供更多的通道,而且缩短了锂离子的迁移路程,一定程度上缓解了硅粉容量的大幅度降低。为了更好地改善纯硅材料嵌脱锂时的体积变化,保持电极结构的稳定性,引入石墨、葡萄糖来制备Si/C复合负极材料。一方面利用石墨基体的缓冲效应和高导电性来提高材料的循环性能,另一方面通过葡萄糖的分解,在纳米硅和石墨颗粒表面包覆一层无定形碳,使硅颗粒能够附着在石墨基体上,并与之紧密结合在一起。此外,硅和石墨表面的无定形碳可以阻止活性物质与电解液的直接接触,减少电解液的分解,从而提高材料的首次充放电效率和循环寿命。同时,还可以阻止电极反应过程中纳米硅粉发生二次团聚。
图4为不同球磨时间制备的Si/C复合材料的循环曲线, 球磨时间分别为1.5h、3h、5h。由图4可以看出,通过不同球磨时间获得的前驱物在同样的热分解条件下制备的Si/C复合负极材料电化学性能有明显的差异。球磨1.5h合成的材料放电比 容量 (1335.9 mAh/g)与球磨3h材料 (1340 mAh/g)较接近。经计算,两种材料的首次充放电效率分别为76.1%、75.6%,前者略高于后者,但球磨1.5h得到的材料的循环性能较差,循环11次后,容量大幅度下降。而球磨3h的材料50次循环后,容量保持率可以达到34.2%。在3种材料中,球磨3h合成的材料具有最佳的电化学性能。球磨5h后,材料的电化学性能变差,特别是其放电比容量下降幅度较大,仅为1218.7mAh/g。球磨时间短,可能意味着石墨基体对纳米硅颗粒产生体积膨胀的缓冲作用不够,无法有效抑制充放电过程中电极上部分活性物质与集流体的分离。 球磨时间的延长能够促进各原料的均匀混合,但球磨时间过长也会使石墨颗粒不断细化,其比表面积的不断增加将使固体电解质界面膜(SEI膜)形成过程中消耗的Li+增多,从而产生较多的不可逆容量。
图5为不同球磨时间制备的Si/C复合材料的XRD图。 由图5可以看出,采用不同球磨时间合成的复合材料均出现了Si和C的特征峰,且峰形呈尖锐状,表明硅和石墨颗粒具有较高的结晶度。随着球磨时间的延长,图5中出现WC的特征峰,这是由WC钢球损耗量不断增大造成的。在设定的球磨时间范围内,由于WC量较少,不会对材料的电化学性能造成影响。此外,图5中没有出现SiC的特征峰,说明不同材料存在的电化学性能差异并不是因为球磨生成非活性物质而造成的。
图6为不同球磨时间制备的Si/C复合材料的SEM图。 由图6可以看出,通过较短球磨时间得到的复合材料中石墨表面的硅颗粒分散性不好,很多硅颗粒以团聚体的形式整体分布在石墨表面,这与球磨1.5h后前驱物中硅和石墨没有混合均匀有关。当球磨时间为3h时,硅颗粒的分散性明显提高,硅主要以单个颗粒均匀分散于石墨表面。但是当球磨时间为5h时,石墨的形貌发生了较大的变化,由原来的类球形颗粒破碎成片状,出现较多棱角,使石墨表面直接裸露在电解液中,溶剂分子的共嵌入将对石墨 结构造成 一定的破 坏,因此,石墨容量的降低导致复合材料的电化学容量降低。
2.3循环前后电极形貌分析
图7为Si/C复合材料电极片循环前后的SEM图。图7 (a)中电极表面较为平整,粉体均匀致密。经过数次循环后, 图7(b)中电极表面凹凸不平,被一层多孔状覆盖物包裹着, 难以分辩出粉体颗粒。由于硅在充放电过程中体积变化非常严重,造成硅粉化,甚至剥离,电极表面出现的细裂纹可以证实这一点。裂纹的出现和电极表面的凸起致使电极材料与集流体失去电接触。同时,SEI膜的不断生成也在一定程度上阻碍着Li+的传递,引起电池内阻增加,这些成为材料循环稳定性变差的主要原因。
3结论
(1)经过4h球磨处理后,微米级硅粉颗粒尺寸减小,中位径达到200nm,粉体颗粒分散均匀,无团聚现象。
复合阳离子 篇8
根据设计的频率可控chirp持续激励信号作为辨识输入电压信号, 采用最小二乘法和Marquardt算法分别辨识出IPMC驱动器的整数阶模型和分数阶模型, 通过两种模型和实验数据的频域响应对比可见分数阶模型可以更精确地描述IPMC的非整数阶特性, 且拟合精度更高。然后针对分数阶模型设计了整数阶PI控制器和分数阶PIλDμ控制器。并针对两种控制器所控制IPMC分数阶模型的单位负反馈阶跃响应进行仿真, 给出开环伯德图。通过比较分析可见分数阶控制器的控制效果更好, 其上升时间更短, 超调量更小, 响应时间更快, 且通频带更宽。所以, 分数阶控制的效果好于整数阶控制。
1 人工肌肉 (IPMC) 分数阶建模
1.1 分数阶微积分
近300年来, 分数阶微积分仅仅是数学家们的纯数学理论分析和推导。Liouville等著名数学家一直致力于完善和发展分数阶微积分的理论研究, 从而构建了分数阶微积分理论的基本系统架构。直到19世纪后期, 分数阶微积分理论才开始逐渐在实际工程领域中得到初步应用[7]。到了20世纪, 分数微积分的理论与应用又有了显著的发展。已经被广泛应用于科学研究和工程技术等很多方面, 如神经网络、解微分方程、量子力学、衍射理论、光学系统、光图像处理以及雷达、通信、声纳等领域, 成为跨学科的研究方向[8]。分数阶微积分不仅是更好的建模工具, 而且还可以从数学上精确证明系统的正确性[9]。但其在控制领域中的应用仍然是一个很新的方向。
分数阶微积分的基本算子是aDtα, 其中a和t是操作算子的上限和下限, α是微积分的阶次, 它可以是一个复数。
分数阶的普遍定义为以下两种。
Grünwald-Letnikov定义:
Riemann-Louville定义:
故而, 积分和微分可由aDtα联系起来。
1.2 IPMC分数阶建模
IPMC的驱动特性实验如图1所示。输入激励信号是幅值为1 V, 频率从0.1 Hz连续上升到到5Hz chirp信号, 如图2所示。
IPMC产生的响应信号如图3所示。
根据以上的IPMC的输入输出信号, 使用MTALAB的arx () 函数结合最小二乘法得到IPMC驱动的整数阶传递函数模型
根据以上的IPMC的输入输出信号, 使用折中了泰勒级数法和梯度法的Marquardt算法[10]。其定义如下。
令v>1的实数, 设λ (r-1) 表示上一次迭代后的λ值。设定初始值λ (0) =0.01, Φ (λ (r-1) ) 由下式计算得到:
1) 如Φ (λ (r-1) ) >Φ (r) , 则λ (r) =λ (r-1) /v。
2) 如Φ (λ (r-1) ) <Φ (r) , 通过v来增加λ直到w达到最小值, Φ (λ (r-1) vw) >Φ (r) , 则λ (r) =λ (r-1) vw。
通过这种算法总能获得一个可行的邻值。此外, 还可以得到一个仅由v决定的最大值邻域, 在因数v决定的范围内总能获得一个该邻域中能充分满足要求的泰勒级数最大邻值。应用Marquardt算法辨识出IPMC驱动的分数阶传递函数模型
整数阶模型和分数阶模型以及IPMC实验数据的频响特性曲线的比较如图4所示。结果表明分数阶模型和实验数据的频响特性曲线吻合效果好于整数阶模型和实验数据的频响特性曲线吻合效果。可见分数阶模型可以更精确地描述反应IPMC非整数阶特性, 拟合精度更高。
2 IPMC的控制器设计
PID控制是控制系统中应用最广泛、技术最成熟的控制方法, 由于其结构简单、鲁棒性强而被广泛地应用于冶金、电力和机械等工业过程中。
分数阶控制是对传统整数阶控制理论的一种概括和补充, 使得传统的控制理论更具有可模拟性和鲁棒性, 由此出现了分数阶微积分与PID控制算法相融合的分数阶PIλDμ控制理论[11]。分数阶PIλDμ控制器由I.Podlubny教授提出[12], PID控制器的三个参数KP、KI、KD是分数阶PID控制器可整定的参数, 另外由于引入了分数阶次λ和μ, 整个控制器又多了两个可调参数, 由它控制的分数阶系统比经典的PID控制性能更好[13]。如图5所示, 由于控制器多了两个可调参数, 所以控制器参数的整定范围变大, 控制器能够更灵活地控制受控对象, 可以期望得出更好的控制效果。通过合理地选择参数, 分数阶PID控制器可以提高系统的控制效果。分数阶控制器是古典整数阶控制器的一般化, 对于用分数阶数学模型描述的动态系统也可以取到很好的控制效果[14]。
对于式 (5) 的IPMC分数阶系统应用最小化ITAE算法, 设计出整数阶PI控制器如下
根据系统实际要求确定幅值裕量Am和相位裕量φm, 并由文献[15]提出的方法, 可以得到分数阶控制器的其余参数。设计出的PIλDμ控制器如下:
3 控制效果比较
将GCI (s) 和GCF (s) 分别应用于控制前文提到的IPMC的分数阶系统GF (s) 。分数阶PIλDμ控制器控分数阶系统的simulink框图如图6所示。改变PID模块内容, 就可实现整数阶PI控制器控制分数阶系统的simulink框图。
得到的单位负反馈阶跃响应如图7所示。其中用ICF表示整数阶PI控制器控制分数阶系统, 而FCF表示分数阶控制器PIλDμ控制分数阶系统。
由图7可见, 用分数阶控制器的控制 (FCF) 效果比用整数阶控制器控制 (ICF) 更好。它的上升时间更快, 并且超调量更小。图8显示了用分数阶PIλDμ控制器控制的IPMC分数阶系统 (FCF) 和整数阶PI控制器控制IPMC分数阶系统 (ICF) 的开环伯德图。可见分数阶控制器的控制 (FCF) 比整数阶控制器控制 (ICF) 的效果好, 而且通频带更宽。
由以上分析可见用本文设计的分数阶控制器的控制分数阶系统 (FCF) 比用整数阶控制器控制分数阶系统 (ICF) 效果好, 响应速度更快, 超调量更小, 可用于控制IPMC的形变, 体现出分数阶控制的优越性。
4 结语
根据IPMC的特性, 由频率可控的chirp持续激励信号作为辨识输入信号, 结合最小二乘法和Marquardt算法辨分别识出IPMC驱动器性能的整数阶模型和分数阶模型, 比较两种模型和实验数据的频域响应可见分数阶模型拟合精度更高, 并且更精确地描述反应IPMC非整数阶特性。
然后针对分数阶模型设计了整数阶PI控制器和分数阶PIλDμ控制器。并对两种控制器控制分数阶模型的单位负反馈阶跃响应以及开环响应的伯德图做了比较分析, 可见分数阶控制器的效果跟好, 其上升时间更短, 超调量更小, 响应时间更快。所以, 分数阶控制的效果好于整数阶控制效果, 可用于控制IPMC的形变。