室温控制范文

室温控制范文（精选8篇）

室温控制 第1篇

传统的温、湿度闭环控制通常采用开关控制或PID控制,前者实现简单但精度差,后者精度高,但需建立数学模型,参数整定要求较高[1,2],而在温湿度非线性复杂变化的环境下,不易精确建模[1]。模糊控制理论是能够模拟人脑智能,随环境变化的自适应控制技术,适合于非线性系统和难以用数学模型精确描述的复杂系统。进一步可以采用神经网络与模糊推理结合的控制新模式。

1 环境实验室温湿度监控系统结构

环境实验室温、湿度监测控制机构见图1。温、湿度传感器测得的信号经过调理,输入到模糊控制算法模块,产生决策信号控制驱动件(加热器、制冷器、加湿器、除湿器),保持环境实验室温、湿度恒定在设定值。

2 控制系统模糊控制机理

典型的模糊逻辑控制由模糊化、模糊推理和清晰化三部分组成。下面以温度控制为例来具体说明。依据传统模糊控制模型,本设计中温度模糊控制系统原理如图2所示[4]。

模糊控制器选用双输入单输出控制方式,以温度误差e和误差变化率ec作为输入变量,以u作为输出变量。模糊子集为E=EC=U={NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB}={负大,负中,负小,零,正小,正中,正大},其论域为[5]:e=ec=u=[-3,3]={-3,-2,-1,0,1,2,3}。隶属度函数采用三角分布函数,如图3所示。

根据控制系统的输入/输出特性,以消除温度偏差为控制目标,制订控制规则如表1所示。

由模糊规则进行推理可以得出模糊控制器语言规则的输入输出关系,其关系是一个非线性的关系曲面。当偏差较大时,控制量的变化应尽力使偏差迅速减小;当偏差较小时,除了要消除偏差外,还要考虑系统的稳定性,防止系统出现过冲,甚至引起系统振荡。

由隶属度函数及规则表,使用Mamdani推理方法和面积重心法进行清晰化,可得到控制查询表。

对应输出量U实际意义如表3所示。

注:√表示启动;表示不启动

工作机理:依照模糊控制查询表建立的二维常数数组,将输入偏差E和偏差变化率EC量化到其基础变量论域,作为数组的行和列实时检索该查询表,得到实时输出U,依照输出量U的实际意义控制加热器或制冷器,从而驱使温度稳定在设定值。

3 控制系统程序设计

采用ST语言进行程序设计,包括主程序、模糊控制算法、中断服务程序、操作命令与报警程序,其中模糊控制算法程序流程图如图4所示。

4 应用效果

外部环境温度从16 ℃降温到-20 ℃,应用效果如图5所示,从开始到基本稳定(与设定值相差±1 ℃)用时510 s,系统稳定后波动范围在±0.8 ℃以内。收敛速度、系统稳定性与量化因子、比例因子有关,合理选择量化因子、比例因子,在收敛速度与稳定性之间取得平衡。

5 结 语

本设计采用基于模糊控制理论的控制策略,实现了环境实验室的温度、湿度的可靠测量和控制,具有精度高、稳定性好、收敛速度快等优点,与传统开关控制系统相比,具有精度、速度、稳定优势;与基于预测的模糊控制方式[6]、双模糊控制策略[7]、参数自学习模糊控制[8]策略相比减少了运算复杂度。

对于温、湿度具有明显耦合效应的环境,可以采用温、湿度解耦合运算后[9],再分别进行控制。

摘要：环境实验室温度、湿度变化具有非线性、大滞后、精度要求高、建立数学模型复杂等特点,传统控制方式具有精度不够或模型复杂等限制。根据系统需求,通过温度及湿度传感器采集数据,基于模糊控制理论,通过制定规则,选取参数因子,经过模糊控制算法运算,得到合理的控制量,通过控制量驱动控制装置,使温度、湿度趋向设定值。本设计与传统控制方式相比在收敛速度、控制精度、系统稳定性等方面具有明显的改善。

关键词：模糊控制,温度,湿度,监控系统

参考文献

[1]刘振全,王朝玉.基于单片机的冬枣保鲜库温、湿度监控系统[J].天津轻工业学院学报,2003,18(3):39-42.

[2]邓荣.基于AT89S52单片机的啤酒发酵温度控制系统[J].国外电子测量技术,2007,26(11):59-61.

[3]鞠训光,于洪珍.基于神经网络-模糊推理构建弹药贮存温度湿度监控系统[J].空军工程大学学报,2005,6(6):34-37.

[4]南新元,陈志军,程志江.基于模糊PID控制的电锅炉温度过程控制系统[J].自动化仪表,2008,29(5):5-8.

[5]马秀坤,马学军.基于PC-Based的温度智能控制系统研究[J].微计算机信息,2007,23(7):55-56.

[6]陆锦军.基于预测的模糊温度控制系统的设计[J].自动化仪表,2005,26(9):31-33.

[7]訾斌,段宝岩,黄进.基于模糊控制器的LNB温度控制系统[J].计算机工程,2007,33(1):230-232,235.

[8]黄浩,申群泰.基于参数自调整的真空烧结炉温度模糊控制系统[J].应用科技,2005,32(11):48-50.

室温宜变，食温要恒 第2篇

怎样才能提高人们对环境变化的适应能力从而避免现代居室病症呢？医疗气象学家通过实验，得出一个比较有效的办法，就是在居室内保持一种“气象变化”，以“多变”应对“突变”，从而锻炼人的抗变能力。

具体调节室温的方法主要有两种（这两种方法也可同时或交替使用）：一是工具调节。冬季常用的调节工具有空调、管道暖气、取暖器、加湿器等。当然，刚开始进行这种调节时，整个居室的温度变化幅度应控制在3～5℃，半个月后，幅度可逐渐提高到6～10℃。温度变化也不要太突然，而是要平稳地提高或降低（每次调节以1～2℃为宜）。二是自然调节。要关注天气预报和天气实况，通过开闭门窗（包括控制门窗的开闭程度），让室内外空气进行程度不同的交流，从而调节室内气温。例如，冬季室内气温比室外气温要高，开启门窗可以起到降低室温的作用。

冬季最适宜的居室温度是17～23℃，这其实也是较适宜的居室“变温”的范围。在此基础上，为了更好地适应室外气候，居室“变温”的范围也可扩大为15～25℃。

在一定的范围内改变室内温度对健康有益，但这一“健康规则”完全不适用食品温度，也就是说，人们在饮食时，各种食品的温度最好能保持恒定一致（常温），不可变化太大，否则对健康不利。比如在夏季，如果一次食用温度异常低的冷饮过多，会刺激口腔和食道黏膜，反射性地引起头部血管痉挛，最初表现为舌头上腭和头顶发麻，之后随着血管扩张会发生搏动性头痛（如太阳穴跳痛等），这就是通常说的“冰激凌性头痛”。

寒冷时节，人们一般不会吃冷饮，但有的人在吃热腾腾的火锅时，喜欢大口喝冰镇啤酒，也有人吃完火锅后，喜欢吃一些冷饮和冰果盘，以求暂时的爽快，体验所谓“冰火两重天”的刺激。这种吃法是非常错误的，因为火锅里的食物温度太高，冰镇啤酒的温度又太低，人的肠胃受不了这样的忽热忽冷。尤其是在吃了大量火锅食品后，胃已经负担沉重，这时候的胃功能应该是集中精力加强胃部血液循环，从而更好地混合、磨碎食物，也因此需要分泌大量消化液，以利后面的小肠消化。如果此时胃里突然进入一些寒冷食品，会导致胃部血管收缩，蠕动减弱，消化液分泌减少，消化酶活性下降。消化功能强的人还勉强可以忍受，而消化功能差的人则根本扛不住这种刺激，结果就会出现消化不良、胃胀、胃痛、腹胀、腹泻等各种不良后果。

此外，一边大量吃肥牛、肥羊肉，一边大量喝冰镇啤酒还容易带来胰腺炎的危险，胰腺炎可是最威胁人体生命的病症之一。

【责任编辑】张田勘

室温控制 第3篇

1.1 试样制备

试样的代表性是拉伸试验准确性的前提, 试样制备不能影响其力学性能。GB/T228.1-2010规定了薄板、薄带、线材、棒材、型材、扁材、管材的试样类型, 力学性能试验的取样位置及试样制备按GB/T2975-1998的规定进行, 对试样的取材、形状、尺寸、加工精度等都有规定。

1.2 仪器设备要求

GB/T228.1-2010标准对试验机提出了更高的要求, 必须对试验机进行试验力检定、引伸计和位移的标定;进行拉伸试验的试验机零位调整就不只是试验力的零位调整、引伸计和位移的零位调整也同样重要。

1.2.1 试验机试验力的检定和零位控制

对试验机的要求:试验力的检定必须符合1级精度或优于1级精度的要求。试验载荷的零位控制:在试验机开机预热20～30min后, 先把试样夹持到试验机的上夹具夹紧, 就要进行试验力的“清零”, 如果等试样上夹具和下夹具都夹紧后才开始“清零”是不对的, 由于夹具在夹紧试样时会产生一个初始力, 把初始力清零就会直接影响试验力的结果。

1.2.2 引伸计的标定和零位控制

对引伸计的标定:必须将引伸计的线端连接到测量系统中, 将引伸计装夹到变形标准器上, 调整测量系统平衡后, 转动标准校准器的刻度盘使精密螺杆移动, 进行标定。可见, 引伸计的标定是一个精密的操作, 而不能采用游标卡尺来标定, 也不能把引伸计拿去送检。

引伸计的零位控制:对于需使用引伸计的试验, 试样在上、下夹具都夹紧后, 必须对产生的初始力进行消除, 然后把引伸计用橡皮筋绑在试样上, 使两刀刃垂直接触试样, 并使引伸计的垫片紧密卡在两力臂与标距杆之间后才开始“清零”, 取下垫片, 保证力臂与标距杆之间保持0.5mm的间隙, 这样, 引伸计夹持的标距才是在试样自由状态下的原始标距, 然后才能进入试验。

1.2.3 位移的标定和零位控制

位移清零后必须保持零位值不变。有的试验机在位移清零后会向一个方向飘移, 位移零位可以通过位移控制器来调整, 若仍然不能解决问题, 可能是位移的中位出了偏移, 必须请计量部门或厂家来标定, 保证位移零位的稳定性。否则, 位移控制的试验就会有偏差。

1.3 速率选择与控制

GB/T228.1-2010标准的速率控制方法有三种:方法A (应变速率控制和横梁位移控制) 与方法B (应力控制) , 采用不同速率控制方法对试验结果会有直接的影响。为此, 笔者对同一根钢筋截取9支试样, 3支采用速率为20MPa/s的应力控制;3支采用30MPa/s的应力控制;3支在弹性阶段和屈服阶段采用速率为3mm/min的横梁位移控制, 屈服后采用60mm/min的速率分别进行拉伸试验, 试验结果如表1。

由表1可知, 不同速率控制方法和同一控制方法不同速率大小测得的下屈服强度和抗拉强度都存在着差异, 因此, 拉伸试验速率控制方法和速率大小影响着试验结果的准确性, 对于不同性质的材料应选择合适的控制方法进行试验, 速率的控制必须符合相应标准的规定。

1.4 夹持要求

不同形状的试样必须选择与之相匹配的夹具;夹具必须有足够的夹持力夹紧试样;试样的夹持必须保持垂直方向, 不能倾斜, 可以制作一个垂直直角附件, 装夹时比靠试样看是否处于垂直方向, 也可以单手捏着试样的一端让试样处于自由垂直状态, 看是否与夹具面垂直;试样夹持部分至少要为夹具面长度的3/4;所有的这些要求都是为了防止试样在拉伸过程中发生打滑, 以求获得准确的试验数据。

1.5 试验打滑的数据处理

进行拉伸试验总免不了会出现打滑, 对试验结果有影响的拉伸试验, 在进行拉伸试验时必须对拉伸试验曲线图做到全过程的跟踪, 对于试验过程中出现的打滑点必须记住, 并做好试验后数据的处理。比如拉伸试验要求测定下屈服强度和抗拉强度等指标, 打滑点对抗拉强度的测定没影响, 但对下屈服强度的测定就会影响很大, 若计算机把打滑点当作了下屈服强度, 试验后就必须对试验数据进行处理, 即把拉伸试验曲线图形放大, 一定要确认计算机把打滑点错当成了下屈服强度后才能去掉打滑点, 再从曲线图形上的屈服阶段中重新找到不计初始瞬时效应后的最低点作为下屈服强度, 并在检验报告中对进行处理的数据予以说明。

2 结语

笔者着重分析探讨了试样制备, 仪器设备要求, 速率选择与控制、夹持要求、试验打滑的数据处理等因素对拉伸试验结果的影响, 其他的如温度、量具、数据修约等也会影响试验结果的准确性。因此, 试验人员在检验工作中必须严格按照标准的要求, 规范操作, 对检测过程的各个影响因素环节进行全面的控制, 才能获得准确的试验数据, 把检测工作做好。

摘要：为提高金属材料拉伸试验结果的准确性, 本文笔者着重从试样制备, 仪器设备要求, 速率选择与控制、夹持要求、试验打滑数据的处理等因素对拉伸试验结果的影响进行分析探讨, 并提出相应的控制要求。

关键词：金属材料,拉伸试验,影响因素,控制

参考文献

[1]GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法, 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局[S].2011.

办公建筑自然室温影响因素的研究 第4篇

1 办公楼模型建立

1.1 北京市办公楼模型

建立一个位于北京市三层办公楼, 每层办公楼中间有2m宽走廊, 窗为外窗, 门为内门。文章中只考虑建筑室内与室外的通风。运用BIM软件进行建模, 渲染, 如建筑模型, 图1。

1.2 设定参数

模拟时间选定位夏季, 选取典型设计日7月4日的14:00作为时间条件, 中午为一天当中室外温度较高的时刻, 使模拟结果更加明显。人员散热量按照办公楼打字员活动强度, 60W潜热忽略不计。

2 正交试验表

文章采用Dest模拟和正交试验法来研究在自然通风条件下室内的自然室温随窗墙比 (A 0.1、0.4、0.6) 、建筑长宽比 (B 1、2、3) 、朝向 (C南、东、西) 外遮阳系数、外墙 (D37-5、37-3、37-4) 、屋顶 (E加气保温、参考屋面、加气125mm) 、玻璃 (F普通玻璃、标准外窗、Low-e玻璃) 、人员 (G0.05、0.10.0.15人/次) 、灯光设备 (H 70、80、85W) 、遮阳板 (J 500mm、1000mm、1500mm) 十个因素的变化趋势, 以及各因素对办公建筑自然室温显著性影响, 通过所得数据的对比与挑选, 得出这十个要素最优搭配方案。

文中运作正交试验方法与Dest软件模拟相结合, 选用了L27 (310) 型的正交表[1], 不考虑因素之间的交互作用。

注:K1表示的的是列A、B、C、D、E、F、G、H、I、J中各列水平数1对应自然室温之和, K2是各列水平数2对应之和, K3是各列水平数3对应之和。极差R (A) =Max (A) -Min (A) 。

对这27个方案进行数据处理, 试验结果分析。根据正交法原理, 极差越大, 因素对于建筑物自然室温影响就越大, 可以得出10种因素影响建筑物自然室温的主次顺序为:A→C→D→G→I→H→B→F→E→J, 对建筑物自然室温影响最大的是窗墙比, 其次是朝向、外墙、人员密度、内遮阳、灯光设备、长宽比、玻璃类型、屋顶、遮阳板长度[2]。

各因素变化时自然室温随之改变的变化图, 如图2, 自然室温随窗墙比的增加而升高, 在建筑设计时, 应尽量选取较小的窗墙比。建筑朝向而言, 南向建筑物自然室温比东、西向要低, 西向最高, 所以在北京地区建筑物朝向应选择坐北朝南。

文章以夏季自然室温为研究对象, 夏季室内自然室温越低, 室内环境就越舒适。可得房间2中可选出最优搭配方案为A1B2C1D3E2F1G3H1I2J1, 其自然室温模拟可得31.33℃, 为建筑设计方案中自然室温最低的温度值。

3 自然室温条件下的空调冷负荷计算

空调冷负荷是指为维持室内环境要求的温度和湿度, 单位时间内需从室内空气中移除的热量。在目前的空调系统设计中, 由于冷负荷计算普遍偏大, 造成空调冷机容量严重过剩, 产生了惊人的浪费。空调房间的能耗对于不同建筑和不同应用存在一定的差异, 但对于固定的房间, 是基本固定的。文章通过Dest模拟得出各个房间逐时的自然室温, 得到了较准确的室内逐时温度值, 通过理论分析可得出相应时刻被控房间内所需真实的冷量。文章由于房间设定人数较少, 忽略潜热。根据热力学公式

式中:Qs-室内温度由自然室温降低到是室内空调设定温度值所需要移除的热量;Cp-1标准大气压下空气的比热容, 查表可得2.893k J/ (kg·K) ;m-房间室内空气质量, kg, m=ρv;△t-自然室温与室内设定空调温度的差值, K。

文章根据实验, 选取了三个设计方案进行空调冷负荷计算, 夏季空调冷负荷所得值如图3所示。

从图3可以看出, 在这三种方案中, 自然室温最小的方案计算得出空调冷负荷也最小, 自然室温最大的方案得出的空调冷负荷最大。最优的方案所选的设计因素为最小窗墙比、长宽比为2、朝南、外墙37-4、参考屋顶、普通玻璃、人员密度0.15、灯光设备最小、窗帘遮阳系数0.6W/ (m2·℃) 、外遮阳板500mm。

5结束语

文章研究了建筑的自然室温与10个建筑设计因素之间的关系, 通过改变各个因素的水平, 得到了不同水平下的计算方案, 由Dest模拟生成所选方案的夏季逐时自然室温, 以及逐时自然室温所对应的夏季空调设计冷负荷。并且利用正交实验法确定了10个因素对室内自然室温影响的主次顺序, 并且可以找到自然室温的10个影响因素的最佳搭配水平和最差搭配水平;通过Dest模拟获得自然室温随各个因素三水平的变化曲线, 更直观的指导设计师选取结构材料。通过方案之间的对比可看出当夏季冷负荷为最小值时, 夏季的自然室温同样也达到了最小。

参考文献

[1]赵选民.实验设计方法[M].北京:北京科技出版社社, 2006.

室温反应合成ZnSe粉体工艺研究 第5篇

ZnSe属于宽禁带直接跃迁型半导体,是引人注目的蓝色发光[1,2,3]、红外探测[4]、光伏探测[5]、辐射探测[6]和非线性光学材料[7,8]。ZnSe粉体可用于制备微纳米功能结构,如自组装结构[9]、核壳体[10]、表面功能修饰体[11]等。目前,ZnSe微纳米粉体的制备方法主要有气相法[12]、水热/溶剂热法[13]、微波软化学方法[14]、高能球磨固相反应法[15,16]等,这些方法有各自的优点,但也存在加热、气体保护以及辐射等不利因素。

室温固相反应法在粉体材料制备领域有着广泛的应用,其工艺简单、环境友好,而且又不需要复杂的设备,现已制备出如ZnS、CdS等微纳米粉体[17,18]。但是,由于缺少空气中稳定的可溶性硒源,固相合成硒化物通常是在保护性气氛下进行的,如氮气和氩气等。本实验研究了室温、非保护性气氛下即大气环境下在三乙醇胺(TEA)中利用硼氢化钾(KBH4)的固相还原反应制备ZnSe粉体的结果。

1 实验

1.1 试剂

七水硫酸锌(ZnSO47H2O)、三乙醇胺(TEA)、硼氢化钾(KBH4)、氢氧化钠(NaOH)和无水乙醇等均为分析纯试剂,购于国药集团化学试剂陕西有限公司。单质硒(Se,粉体)为高纯试剂(4N),购于天津科密欧化学试剂有限公司。

1.2 实验过程

1.2.1 固相还原-中间体分解法

在玛瑙研钵中将2mmol的ZnSO47H2O研成粉末;再加入2mmol的Se粉,研磨约5min;然后加入约20mL的TEA,研磨约5min;最后加入适量的KBH4,研磨,有大量气泡溢出;继续研磨约5min后混合物由灰黑色变为暗褐色,再研磨10min后变为灰绿色;再继续研磨约30min,得到橙黄色的悬浊液,仍有气体溢出;静置约8h后,气体溢出逐渐停止。将橙黄色悬浊液转移到小烧杯中,用去离子水/无水乙醇超声清洗、离心分离,再重复清洗与分离操作2次,得到橙黄色膏状沉淀物中间体。

将中间体转移到表面皿中,室温空气中搅拌、自然风干,获得橙红色粉末,研磨后得橙黄色样品A。

1.2.2 固相还原-碱中和法

工艺Ⅰ:在玛瑙研钵中将2mmol的ZnSO47H2O和8mmol的NaOH研成白色膏状物;其它步骤同1.2.1,重复清洗、分离样品3次,得到橙黄色沉淀物,于60℃烘干。研磨烘干物,得橙黄色样品B。

工艺Ⅱ:向1.2.1中研磨、静置后的橙黄色TEA悬浊液中加入适量的NaOH溶液,有白色粘稠物质生成,研磨直至白色物质消失,得到橙黄色的悬浊液体。样品清洗、分离操作同上,得到橙黄色的沉淀物,于60℃烘干。研磨烘干物,得黄绿色样品C。

1.2.3 固相二次还原法

研磨碱中和工艺Ⅱ所制产物,加入适量的KBH4和TEA继续研磨约45min,静置直至无气泡溢出。清洗、分离等操作同上,得黄绿色样品D。

1.3 分析测试

采用Nicolet Nexus 670型和Equinox55型傅里叶变换红外光谱仪测试室温红外透过光谱,其中中间体采用涂片法,以乙醇、丙酮(KBr窗片)和水(BaF2窗片)为溶剂;粉体采用KBr压片法。

采用UV-3150型紫外-可见-近红外光谱仪测试电子吸收光谱。采用VarioEL Ⅲ元素分析仪测定有机元素C、H和N的含量;采用IRIS Advantage型全谱直读等离子体发射光谱仪(简称ICP)测定样品中Zn和Se含量,用量0.25g。

采用Bruker AXS D8-Advance型和Philips X′Pert Prox型X射线衍射仪测试晶体结构,2θ测量范围10~80°,用连续扫描方式收集数据。采用Hitachi H-600型高分辨透射电子显微镜(HRTEM)测试形貌与结构。

采用TGA/SDTA-851型傅里叶红外热重分析联用仪进行热重分析测试,Ar流速60mL/min,称样量4mg左右,样品池为刚玉坩埚。

采用Hitachi F-4500荧光光谱仪测试室温荧光光谱。荧光发光采用150W的氙灯为光源,激发波长为300nm,激发光和发射光的狭缝宽度均为10nm。

2 结果与讨论

2.1 结构与形貌

图1为所制样品的XRD图谱。图1(a)为样品A(中间体分解工艺)的X射线衍射图谱,在2θ为27°和48°处出现2个峰包,表明样品的结晶度比较低。仔细观察谱线,在2θ约为23°和30°处可见微弱的Se单质衍射峰(JCPDS卡号:65-1876)。

图1(b)为样品B(碱中和工艺Ⅰ)的X射线衍射图谱,3个强峰分别对应闪锌矿结构ZnSe的(111)、(220)和(311)晶面衍射峰。图1(b)中2θ为38°附近没有明显的纤锌矿结构ZnSe的特征衍射峰,初步判断所制样品B为闪锌矿结构ZnSe(JCPDS卡号:37-1463)。图1(b)中衍射峰形较锐利,表明样品结晶度较高;没有明显的杂质衍射峰,表明样品纯度较高。

图1(c)为样品C(碱中和工艺Ⅱ)的X射线衍射图谱,谱线整体峰形锐利,无明显宽化现象,经标定为闪锌矿结构的ZnSe。但图1(c)中星号所示处出现杂峰,表明样品C中仍含有少量的Se。

图1(d)为样品D(二次还原工艺)的X射线衍射图谱,谱线峰形锐利,无杂峰,经标定全部为闪锌矿结构的ZnSe。

图2为样品B的透射电镜图。如图2(a)所示,粉体颗粒发生了团聚。图2(b)为高分辨二维晶格图像,其中0.328nm和0.203nm分别与闪锌矿结构ZnSe的(111)和(220)面间距相对应。图2(c)为选区电子衍射花样,经标定衍射环分别对应闪锌矿结构ZnSe的(111)、(220)和(311)晶面衍射峰。HRTEM和SEAD结果与XRD测试结果一致,可确认样品B为闪锌矿结构的ZnSe。

2.2 固相反应合成机理

2.2.1 KBH4的还原反应

KBH4是强还原剂,与H2O、TEA和Se均可能发生反应,因此合成体系中存在如下反应:

KBH4+2H2OKBO2+4H2(g) (1)

KBH4+N(CH2CH2OH)3KBO2+

N(CH2CH3)2CH2CH2OH+2H2(g) (2)

KBH4+SeKHSe+BH3(g) (3)

2.2.2 固相反应合成

(1)中间体分解工艺

采用元素分析、ICP分析、红外光谱和紫外-可见光谱研究了所制中间体。元素分析结果中C、H和N元素的含量在1%左右,表明中间体为典型的无机物。分别以乙醇、丙酮和水为溶剂,测试了中间体的红外光谱,结果全为溶剂的特征谱。紫外-可见光谱中,除了溶剂和ZnSe的吸收峰之外,未发现锌与有机物成键的特征吸收峰。这些结果都表明中间体由无机化合物组成。综合实验分析结果认为,中间体主要为ZnSe、Zn(HSe)2和H2O等无机物,制备过程主要涉及如下反应:

Zn2++2HSe-Zn(HSe)2 (4)

Zn(HSe)2ZnSe+Se+H2(g) (5)

由式(5)可知, ZnSe的合成速率不仅取决于KBH4的还原反应速率,还与Zn(HSe)2的分解速率有关。合成中出现暗褐色与式(5)析出的红色无定形单质Se有关。合成中不断地有ZnSe生成,同时析出的Se不断地被还原,最终形成中间体混合物。ICP分析结果可间接反映中间体中各成分的含量。ICP分析结果显示,中间体中Se和Zn的质量比为1.206,该数据与理论值1.208吻合,且表明中间体中还存在未知的锌化合物;而分解后的产物中Se和Zn的质量比为1.448,表明产物中有过量的Se杂质,同时也说明分解过程中有挥发性的锌化合物生成。由ICP数据可知,中间体中ZnSe与Zn(HSe)2的物质的量比约为4∶1。

(2)碱中和工艺

为了尽可能去除杂质Se,对实验方案进行了调整。对于碱中和工艺Ⅰ,合成反应如下:

ZnSO4+2NaOHNa2SO4+Zn(OH)2 (6)

Zn(OH)2+2KHSeZnSe+K2Se+2H2O (7)

Zn(OH)2+K2SeZnSe+2KOH (8)

尽管样品B的XRD峰宽化现象减弱, HRTEM和SEAD结果均表明样品为闪锌矿ZnSe,但是样品在测试后的保存过程中,颜色逐渐由橙黄色变为黑褐色。为此,对样品进行热重分析测试,结果如图3所示。图3中720℃对应于Zn3N2的分解温度[19],450~720℃之间的增重是由于N扩散引起的,180~340℃之间的失重则对应于Se的挥发,表明黑褐色样品中含有单质Se。分析认为,Se主要来源于产物中残存的Zn(HSe)2,而Zn(HSe)2的生成则与TEA消耗掉部分OH-反应有关。所以对碱中和工艺Ⅰ进行了调整,即采用碱中和工艺Ⅱ进行合成。

碱中和工艺Ⅱ中,改变碱的加入顺序,即向TEA的悬浊液中加入NaOH溶液,目的是使HSe-转化为Se2-,提高ZnSe的合成效率,反应如下:

Zn(HSe)2+2NaOHNa2Se+ZnSe+2H2O (9)

Zn2++Na2SeZnSe+2Na+ (10)

图1中样品C的XRD衍射峰形锐利,宽化现象明显减弱,反映出该样品的结晶程度很高。而XRD谱中出现了强度微弱的杂质峰,表明样品C中仍含少量的Se。

(3)二次还原工艺

为了进一步提高样品的纯度,采用KBH4将C同类样品中的Se还原为可溶的HSe-,然后再通过洗涤处理去除。XRD测试结果显示(图1(d)),样品全部为ZnSe多晶粉体,且结晶度也得到了提高。

2.3 ZnSe粉体荧光性能

图4为样品D的室温荧光光谱。图4中470nm附近的发射峰对应于ZnSe的禁带宽度, 500nm处的峰包则主要是由杂质元素引起的发射,如试剂中引入的Cu杂质等[20]。

3 结论

(1)室内自然环境下在TEA中利用KBH4的还原反应,由单质Se和ZnSO47H2O制备了橙黄色中间体。元素分析、ICP分析、红外光谱和紫外-可见光谱分析结果表明,中间体由无机化合物组成。

(2)采用固相还原-中间体分解法、碱中和法以及二次还原法,分别制备了初级、纯化和单相闪锌矿结构的ZnSe粉体,初级和纯化ZnSe样品中含有少量杂质Se。

(3)室温荧光测试结果显示单相ZnSe样品在470nm和500nm附近具有强的荧光发射。

摘要：室内自然环境下在三乙醇胺(Triethanolamine,TEA)中利用硼氢化钾(KBH4)固相还原单质硒(Se),获得了稳定的硒氢酸根离子(HSe-)。在TEA中通过HSe-与ZnSO4.7H2O反应制备了橙黄色中间体。有机元素分析、全谱直读等离子体发射光谱(ICP)分析、红外光谱和紫外-可见光谱等测试结果表明,中间体由无机化合物组成。采用中间体分解、碱中和和二次还原工艺分别获得了初级、纯化和单相的ZnSe粉体。XRD和HRTEM测试结果表明,所制ZnSe粉体具有闪锌矿结构。室温荧光光谱测试结果显示样品在470nm和500nm具有强的荧光发射。

室温控制 第6篇

一、磁流体制冷的基本原理

纳米磁性液体又称磁流体, 是一种对磁场敏感, 可流动的液体磁性材料。它由3个部分组成:磁性微粒、基液 (也称载液) 、表面活性剂。与真的溶液不同, 它是把纳米数量级 (10纳米左右) 的磁性微粒包裹一层长链的表面活性剂, 均匀分散在基液中形成的一种稳定的胶体溶液, 即使在重力、离心力、磁力作用下也不发生分离。图1为磁流体组成示意图。

无外加磁场时, 顺磁性物质的磁离子的排列是杂乱无章的。然而, 顺磁性物质消耗功被磁化后, 磁离子按一定的顺序与磁场平行地规则排列, 使磁矩有序化, 磁熵减小, 温度上升, 并向周围介质放热。如果接着在绝热条件下去除外界作用, 则使得磁有序减小, 磁熵增大, 温度降低, 并向周围介质吸收热量。这种磁性微粒系统在磁场的施加与去除过程中所呈现的热现象称为可逆磁热效应, 又称磁热效应。把这两个吸热和放热过程, 用一个循环连接起来, 就可使磁性材料不断从一端吸热而在另一端放热, 从而达到制冷的目的。这就是顺磁性材料绝热去磁在低温区获得磁制冷的原理。在高温区, 是利用铁磁材料在居里温度附近等温去磁, 以获得大的磁熵变进行制冷的。磁流体作为一种具有流体特性的磁性材料, 便是通过这个原理来实现制冷。

二、室温磁流体制冷循环

常见的磁制冷循环有Carnot循环、Stirling循环、Brayton循环以及Ericsson循环。然而, 当温度高于20K甚至接近室温时, 磁性材料的晶格熵无法忽视, 因而室温磁流体制冷一般采用Ericsson循环和Brayton循环。

1.Ericsson循环。Ericsson循环用两个等磁场过程连接等温排热和等温吸热过程, 因而也常被称为等磁场循环。以图2的循环制冷机实现Ericsson循环的4个过程如下:

(1) 等温磁化过程Ⅰ将外加磁场由H1增大到H2, 这时磁性工质产生的热量向蓄冷流体排出, 上部的蓄冷流体温度上升。

(2) 等磁场过程Ⅱ外加磁场H2维持不变, 磁性工质和电磁体一起向下移动, 磁性工质向下移动过程中, 不断地向蓄冷液排放热量, 温度从T1变化到T2。

(3) 等温去磁过程Ⅲ保持磁性工质和电磁体静止不动, 将磁场从H2降到H1, 磁性工质从下部的蓄冷液吸收热量。

(4) 等磁场过程Ⅳ维持H1不变, 将磁性工质和电磁体一起向上移动, 磁性工质从下部的蓄冷液吸收热量。

2.Brayton循环。Brayton循环式由2个等磁场过程和2个绝热过程组成。图3为实现Brayton循环的制冷机工作原理图。其制冷过程如下。

(1) 等磁场过程Ⅰ纳米磁性液体从热交换器中吸收热量, 温度升高到Th。

(2) 绝热过程Ⅱ纳米磁性液体等熵进入磁场, 温度升高到Th+Δt。

(3) 等磁场过程Ⅲ在磁场的作用下, 纳米磁性液体被冷却, 温度降低到Tε+Δt1。

(4) 绝热过程Ⅳ纳米磁性液体等熵离开磁场, 温度降低到Tc-Δt2。

三、影响磁流体制冷效果的因素

影响室温磁流体制冷性能的因素主要有磁热效应和磁场强度。不同的磁性微粒物理性质不同, 其原子磁矩往往有很大差别, 这导致所制备成的磁流体的热效应也不同, 因此选择恰当的材料是一个关键问题。目前受到较多关注的有镧系稀土金属Gd、Si、Ge等。

磁性微粒在一定磁化强度下的磁化强度与微粒的直径有关。当单位体积内磁性微粒的质量一定时, 磁性微粒的直径越小, 则磁性微粒的磁化强度越大, 而磁性流体的饱和磁化强度x2与磁性微粒的磁化强度I、微粒的直径d及表面活性剂的厚度δ满足关系式:

式中ε为比例系数, 一般地, ε=0.52左右, r为磁性微粒半径。

磁流体中磁性微粒的直径为纳米级, 远小于固态磁工质粉末。由以上关系得, 磁流体比传统的磁制冷技术所使用的固态磁性材料具有更大的磁热效应。同时, 磁流体中纳米微粒不仅能通过磁矩转动实现磁化, 而且更容易通过微粒的机械转动来实现磁化, 从而放大磁热效应。

磁流体的磁热效应也与表面活性剂有关。由于纳米粒子体积极小, 表面效应非常显著, 当用表面活性剂进行表面处理后, 表面活性剂分子与磁性微粒表面层的离子发生化学键合, 产生了强烈的表面各向异性场, 从而造成了磁性微粒磁各向异性常数的增加, 提高了磁热效应。用不同的表面活性剂处理, 对磁热效应的提高程度不同。由此可见, 选择适当的表面活性剂非常重要。

根据Rosensweig的理论预测以及相关实验的研究, 磁热效应与交变磁场的强度的平方成正比。实验还发现, 当磁场梯度方向与温度梯度方向一致时, 外加磁场强化了磁流体的热磁对流过程, 且当磁场梯度方向、温度梯度方向以及重力方向三者相同时, 磁流体的热磁对流强度最剧烈。可见, 要提高磁流体的热效应, 合离布置磁场梯度方向也是一种有明显效果的方法。

四、磁流体制冷技术发展需要解决的问题

磁流体制冷技术研究取得了较大进展的同时也面临着许多问题, 因而要进一步加强对室温磁流体制冷材料及技术的研究和开发。

1.国内对纳米磁性液体的磁制冷机理和制冷性能的理论和实验研究较少。对于制冷性能与磁性液体浓度、磁性颗粒大小、外加磁场强度等参数之间的关系, 磁性材料内部的局域自旋、纳米磁性颗粒特有的机械转动磁化与磁熵变化之间的关系的认识尚需进一步加强。

2.磁流体的磁化强度随着磁性微粒含量的增加而增加。为了获得高磁化强度的磁性流体, 磁性微粒的含量都较高, 使得磁性流体的黏度要比其基液的黏度大得多, 这势必会增大管道内部的粘性阻力。因此需要寻找合适的磁性材料, 制备出具有高磁热效应、低表观粘度的纳米磁性液体。

3.由于磁流体的价格较高, 而磁流体的费用占据磁流体制冷系统的主要部分, 造成系统的初投资较高, 限制了磁流体制冷技术的发展。因此需要提高磁流体制备技术, 降低磁流体成本。

五、前景展望

提高室温硫化硅橡胶耐油性初探 第7篇

硅橡胶是一种直链状的高分子量的聚硅氧烷, 分子量一般在15万以上, 它的结构形式与硅油类似。按照其硫化方法不同, 硅橡胶可分为高温硫化 (热硫化) 硅橡胶和室温硫化 (包括低温硫化) 硅橡胶两大类。室温硫化硅橡胶一般分子量较低 (3~6万) , 在一定条件下, 这些官能团可发生反应, 从而形成高分子量的交联结构。

1、耐油性较差

在航空航天工业、汽车工业、机械制造、石油开采、炼油及其他工业生产中, 需要大量在燃油、润滑油、液压油等油类中使用的橡胶制品。而在橡胶制品的使用过程中, 油类能够渗透到橡胶内部, 产生分子之间相互扩散, 使硫化胶的网状结构发生变化, 从而导致橡胶的强度和其他力学性能降低。因此, 在国民经济的各个行业中都需要大量耐油性良好的橡胶材料。研制和开发耐油性橡胶, 尤其是在高温高寒等恶劣环境下的耐油橡胶, 一直是橡胶研究领域的重点

2、如何提高耐油性

通过改善固化剂、结构化控制剂、添加耐油助剂能有效提高RTV的耐油性

二、实验

1、主要原料与设备

二甲基硅油:100-1000m Pa.s;α, ω-端羟基聚二甲基硅氧烷;气相白炭黑N-20:;六甲基二硅氮烷:99%四乙氧基硅烷;二月桂酸二丁基锡:18%;硅微粉CG-05;耐油添加助剂捏合机;三辊研磨机;真空干燥箱:真空干燥箱;真空泵

2、胶料制备略

3、性能测试

将剪下来的胶片称重后放入二甲苯中浸泡, 经过一定时间后取出擦干称重, 根据重量增加程度来判断其耐油性。

三、结果与讨论

1、不同分子量α, ω-二羟基聚二甲基硅氧烷对耐油性能的影响

表1列出了不同分子量α, ω-二羟基聚二甲基硅氧烷性能的影响, 为更直观, 我们用更常用粘度来替代分子量。粘度越高, 分子量越大。

从表1的数据不难看出, 随着α, ω-二羟基聚二甲基硅氧烷分子量的提高, 其耐油性有所降低。究其原因, 应该是高分子量的α, ω-二羟基聚二甲基硅氧烷羟基数量较少, 因而交联点也较少的原因。

表1不同分子量α, ω-端基聚二甲基硅氧烷对耐油性能的影响

2、不同分子量二甲基硅油对胶料性能的影响

表2列出了不同分子量二甲基硅油对胶料性能的影响, 在粘度100-1000mpa.s的范围内, 硅油对耐油性能几乎没有影响, 这也可以进一步证明了我们在2.1中的推断。

3、耐油助剂对耐油性的影响

表3列出了添加耐油助剂对硅橡胶耐油性能的影响。耐油助剂仅添加2%即有比较明显的效果, 耐油助剂添加量越大, 耐油性能提高尤其是对前期耐油性能的提高也越大。另外, 通过与表1的比对也能看出, 以耐油助剂来提高耐油性能比通过降低α, ω-二羟基聚二甲基硅氧烷的分子量来提高耐油性更为有效。

4、耐油硅橡胶的实际应用

我们将该耐油剂加入到一种双组份室温硫化硅橡胶中, 并以该硅橡胶制成模具, 与“空白模具”做了对比, 实践证明, 在发生同等溶胀的情形下, 加入耐油助剂的模具寿命可以增加约10%。

四、结论

通过降低基料α, ω-二羟基聚二甲基硅氧烷的分子量能对RTV的耐油性有所改善。而添加耐油助剂对提高耐油性的效果更为明显, 尤其是前期, 随着耐油助剂添加量的增加耐油性能也随之增大。在以室温硫化硅橡胶快速制模行业, 添加耐油助剂的硅橡胶模具不易变形, 有更长的使用寿命。

参考文献

[1]幸松民、王一路:《有机硅合成工艺及产品应用》北京:化学工业出版社, [M]2000

[2]孙幼红:《气相法白炭黑表面处理的新方法》, 有机硅材料, [J]2003。3

室温控制 第8篇

关键词：离子液体,性质,熔剂

室温离子液体,又称“设计者溶剂”,一般是由无机阴离子和有机阳离子组合而成,通常在室温或者低于100℃的温度下呈液态,由于其独有的特点,即液态范围宽、溶解范围广、蒸气压低、稳定性好、具有酸碱可调性、可循环使用等性质,已经在有机合成、分离、脱硫等领域等到广泛的应用。

1 黏度

黏度是离子液体的一个很重要的性质,与传统有机溶剂相比,离子液体的黏度通常要高出1~3个数量级,这成为离子液体应用方面的一个不利因素。

1.1 温度的影响

Tokuda等[1]测定了 [C8mim][(CF3SO2)2N]、[C6mim][(CF3SO2)2N]、[bmim][(CF3SO2)2N]、[mmim][(CF3SO2)2N]、[emim][(CF3SO2)2N] 等5种离子液体温度与黏度的关系,指出这5种离子液体黏度与温度的关系符合VFT方程,即η=η0= exp[B/(T-T0)],其中(m Pas),B(K) 和T0(K) 都是常数。龙昌玉等[2]利用硅酸镧镓微天平监测溴代1-甲基-3-正己辛基咪唑的黏度随温度的关系,结果表明,溴代1-甲基-3-正己辛基咪唑的黏度和黏度 - 温度系数均随温度升高呈指数下降。任楠楠等[3]测定19种离子液体在375~345K范围内黏度随温度的关系,实验表明,离子液体的黏度随温度升高先是急剧减小,然后趋于平缓,黏度大的离子液体对温度的敏感程度更大,并按曲线η=A+A1T1+A2T2 +A3T3+A4T4 进行拟合,R2>0.99。总的来看,离子液体的黏度随温度升高呈现下降趋势,且此方法在操作过程中最容易实现。

1.2 氢键的影响

Fannin等[4]比较不同组成的氯代铝酸盐类离子液体的黏度,经过红外光谱、X射线光谱、核磁共振谱证实,Al Cl3< 0.5时,随着阳离子中氢原子与碱性氯离子之间形成氢键强度的增强,体系黏度逐渐增大。kim等[5]在常温下测定 [C1,CH2CH2OCH2(CF3)CHF2mo] [NTf2](970c P) > [(2o5) Cmo][NTf2](223c P),[C2F3mim] [NTf2](248c P) > [C2mim][NTf2](38.6c P),说明离子液体的氟化增大了氢键作用,使离子液体的黏度增加。总的来看,离子液体的黏度随氢键的强度呈现上升趋势,一般可以通过加入Al Cl4-、Al2Cl7^{等离子使负电荷分散导致氢键较弱,降低体系黏度。}

1.3 范德华作用的影响

Bonhote等[6]比较含 [Bmim]+的疏水离子液体的黏度,从CF3COO-离子到n-C3F7COO-离子,离子液体的黏度都有明显的增加,表明较强的范德华力导致了离子液体较高的黏度。Wasse rscheid等人[7]对一系列液体的黏度进行了探究,分析得知,以 [NTf2] 为阴离子的离子液体黏度随着咪唑环上取代基碳原子个数增加也相应地增加,以 [Bmim] 为阳离子的4种离子液体黏度顺序为 [NTf2] < [OTf]< [C3F7COO] < [ONf],黏度顺序与范德华力顺序相一致。总而言之,范德华作用(体现在阴阳离子的大小、形状、极性、侧链自由度等)对黏度产生显著的影响,主要表现为:阳离子相同时,随着碳链长度的增加,离子液体的黏度增加;阴离子相同时,阳离子为六元环比五元环时黏度大,非芳香性阳离子大于芳香性阳离子,侧链上有 -OH、-SR、-COOH、CN和 -F等基团时,黏度增加,有 -OR取代基时,黏度减少,同时 [DCA]-< [NTf2]-< [Tf O]-< [BF4]-< [PF6]- < [OAc]-,另外,咪唑C(2) 位置的甲基化也会使黏度增加[8]。

1.4 杂质的影响

Seddon等[9]在2000年就已经报道离子液体中加入少量的水可以降低其黏度。根据Widegern等[10] 的报道,当 [BF4]-、[Et SO4]-等阴离子的离子液体的水含量分别是350×10-6、700×10-6时,黏度会比干燥离子液体的降低3%~6%。赵大川等[11]汇总了1983~2010年发表在专业期刊上62种离子液体黏度的原始数据,得出,当离子液体水含量低于10-3时,黏度变化不大,当大于10-2时,黏度产生显著变化,随着卤素离子含量的增大,离子液体的黏度增大。总而言之,水和其它杂质(主要是卤素)的存在对离子液体黏度有很大影响,一般情况,可以通过加入少量的水或除去卤素杂质的方式降低离子液体黏度。

1.5 压力的影响

Yaws等[12]在1999年报道,当增加离子液体压力时,离子液体会不易流动,黏度增加,并以咪唑类离子液为例,当在高压状态下,离子液体的黏度有明显增加。赵大川等对文献提到的 [C4mim][BF4]、[C4mim][NTf2]、[C4mim][PF6]、[C6mim][PF6]、[C8mim][BF4] 等5种离子液体压力与黏度关系进行分析,发现高压时黏度变化较大,并拟合得η=C0+C1exp[P/b)]曲线,且R2> 0.99。总而言之,离子液体使用一般在常压下,若压力增加太多,体系黏度会有明显增加,不利于分离。

2 熔点

熔点决定了离子液体使用温度下限,是界定、研究离子液体及其使用过程的一个重要参考指标,是决定离子液体实际应用和商业化进程的主要因素之一。

2.1 H-π 键作用

Bonhote等[13]报道离子液体 [Pmim][Cl] 熔点为87℃,而 [PMmim][Cl] 的熔点却高达188℃,这可能是由于2号位甲基的引入引起了环结构的变化所导致。蒋栋等[14]提出咪唑环2位的H与另一个咪唑环之间存在H-π键,当2位上的H被烷基取代后,这种H-π键被断裂,消除了阳离子间的相互接触,增加了阴阳离子间的相互接触,使熔点上升,且H-π键的断裂与烷基的长度关系不大。总而言之,其它条件不变的情况下,在咪唑离子液体2号位上引入取代基(如烷基)将导致其熔点显著升高。

2.2 对称性作用

Welton等[15]在1999年报道了低温离子液体必须具备低的对称性。Ngo等[16]报道离子液体对称性降低时,阻碍离子晶体的紧密堆积,使离子晶体晶格能下降,熔点下降,例如 [emim] [Al Cl4] 的熔点大于 [emim][Al Cl3Br] 的熔点。Huang等[17]在咪唑阳离子上引入含苯环的侧链时,熔点上升幅度较大,特别是当苯环直接与咪唑环相连形成共轭体系并处于一个平面时,上升幅度更大。一般来讲,离子液体对称性对熔点有着较大影响,阴阳离子的对称性越好(或者形成共轭体系)时其熔点越高。如离子液体 [emim]Cl熔点为124.5℃,而离子液体 [bmim]Cl的熔点仅为65℃。

2.3 诱导作用

Huddleston等[18]提出在咪唑环1或3位侧链的第一个碳上引入1个F原子,熔点上升约10℃,而引入 -CN后,熔点与侧链为直链丙基相比上升50~100℃ ;第二个碳上引入1个F原子,熔点上升约18℃ , 而引入 -CN后,熔点与侧链为直链的丁基相比上升10~40℃ ;第三个碳上引入1个F原子,熔点上升约15℃,而引入 -CN后,熔点与侧链为直链戊基相比变化很小,可以忽略不计。在侧链中引入酯基、羧基、氧原子等吸电子基团,熔点都会有所上升,主要是由于吸电子诱导作用,使咪唑环上的正电荷更加集中和增大,使阴阳离子间的相互作用加强,熔点上升。

2.4 离子大小作用

在离子液体中,有机阳离子的大小对其熔点大小起着决定性作用。一般来说,固定阴离子,对阳离子而言,阳离子体积越大,取代链的增长,其熔点越小;固定阳离子,拥有体积较大、配位较弱阴离子的离子液体的熔点越低。如 [emim]Cl、[emim]PF6、[einim]CF3SO3的熔点依次降低;对咪唑基离子液体而言,取代基的碳数相同时,支链越多,熔点越低。例如,对于 [bmim]PF6,1号位的丁基为n-butyl、sbutyl、t-butyl时,其熔点依次降低[19]。

另外,离子液体的熔点不是由一个因素决定,例如,笔者研究了1- 烷基 -3- 甲基咪唑四氟硼酸盐的熔点与烷基侧链中碳数的关系,由于 [mmim]BF4的对称性,其熔点较大,随着烷基侧链碳数的增加,分子的不对称性增大,熔点也相应地下降;但当碳数增加到一定程度 ( > 10) 时,分子间的色散力增强及双层结构的形成,又导致离子液体的熔点升高。

3 展望