分离富集循环肿瘤细胞的三维介电泳微流控芯片研究

进入人体外周血的肿瘤细胞称为循环肿瘤细胞（CTCs）,它是恶性肿瘤转移早期精准检测重要指标之一。基于介电泳原理进行了分离富集CTCs微流控芯片设计及性能研究,利用CTCs和白细胞受到的介电泳力差异及运动轨迹不同,实现CTCs分离富集。根据COMSOL软件仿真细胞运动轨迹,优化芯片结构,确定电极间距和通道高度。湿法刻蚀和激光烧蚀技术制作了芯片实物,以人结肠癌细胞SW480和人白细胞混合液为研究对象,进行了芯片分离富集CTCs实验。在电压为5 Vrms、频率为60 kHz时,三维介电泳微流控芯片对人结肠癌细胞SW480的最大分离通量达到1.2 mL/h,分离效率在90%左右。研究成果对于CTCs分离、分选以及检测等方面具有重要参考价值。     

具有真实感的常用机构实时三维运动仿真微机系统

论述了如何在Ｗｉｎｄｏｗｓ９５（ＷｉｎｄｏｗｓＮＴ）环境下，通过ＶｉｓｕａｌＣ＋＋调用ＯｐｅｎＧＬ图形库中的函数，开发出能实时处理具有真实感的三维图形的软件系统。将该系统与机械运动学理论相结合，根据常用机构几何参数建立数学模型后，对其进行参数化三维造型，实现常用机构三维实体的自动生成和实时三维动画处理，最后形成具有真实感的实时三维常用机构运动仿真微机系统。     

介电材料间歇微波热过程三维模拟研究

微波能作为清洁可再生能源,应用在介电材料热过程时与传统加热方式相比具有高效、均匀、快速等优势.文中建立了基于多物理场耦合的理论三维数学模型,描述了含水介电材料间歇微波热过程.随着间歇微波热处理的进行,介电材料内的平均电场模增加,电场强度分布均匀性变好;平均温度增加,温度分布均匀性先变差然后趋于稳定;平均含水率减小,含水率分布均匀性变差,但含水率变异系数极低,因此,介电材料内水分分布均匀.此外,随着环境相对湿度或压力的增加,介电材料内部平均电场模减小,电场强度分布均匀性变差;平均温度增加,温度分布均匀性变好;平均含水率增加,含水率分布均匀性变好.比较环境相对湿度和压力对模拟结果的影响可知,环境压力对介电材料内电场强度和含水率的影响更为显著.     

切屑形成过程的仿真

利用切屑空间运行轨迹的数学模型，在研究OpenGL变换矩阵及与切屑形成过程的各坐标系对应关系的基础上，实现了切屑形过程的动态仿真。为实现槽型优选和切屑折断预报奠定了基础。     

新型三维（3,3）碳纳米管聚合体

本文研究了单壁（3,3）碳纳米管束在高压下的结构演变过程。在静水压40 GPa下,（3,3）碳纳米管束会直接聚合形成一种新型六方三维碳纳米管聚合体（命名为六方3D-（3,3）碳）。卸除压力后,它能保持其结构不变,成为一种新型半导体性的超硬碳。该研究为压缩碳纳米管合成新型碳提供了理论依据。     

高温退火降低碳纳米管接触电阻的实验研究

将碳纳米管有效地集成到微纳器件上实现组装是碳纳米管在众多领域得以应用的先决条件,组装后较高的接触电阻成为影响碳纳米管器件性能的重要因素,为了降低碳纳米管与电极之间的接触电阻,采用高温退火法对组装后的碳纳米管进行处理.首先,通过介电电泳法组装碳纳米管;其次,利用正交试验设计和方差分析研究高温退火过程中退火温度、保温时间和升温速率对降低碳纳米管接触电阻的影响,并获得了降低接触电阻的最优参数组合;最后,对退火前后碳纳米管的I-V特性进行测量、分析.结果表明:高温退火可以简单、高效地降低碳纳米管的接触电阻,退火温度是影响降阻效果的主要因素,退火处理后接触电阻的下降幅度最高可达91.59%,组装的碳纳米管退火前后的I-V特性曲线均呈现良好的线性.     

基于OpenGL的纤维缠绕的三维运动仿真

介绍了用OpenGL实现三维运动仿真的基本思路及步骤，并以复合材料制品纤维缠绕过程动态仿真为例，说明了其实现方法。     

基于OpenGL和AutoCAD机器人运动三维仿真系统的设计

提出利用AutoCAD强大的三维建模功能对机器人和其工作环境进行建模利用OpenGL卓越的泻染功能对机器人的杆件和工作场影进行渲染,形成真实感较强的三维仿真环境,完成对机器人各种运动功能的三维仿真,并给了实现的流程图和仿真效果。该方法建模简单,真实感强,且在场景中加入新的被操作物体十分方便。这种方法对其它动态过程的三维仿真也是一定的借鉴意义。     

碳纳米管中氢等离子体的介电特性及微波吸收机理研究

运用双流体理论和唯象模型,导出了碳纳米管中氢等离子体的复介电常数和微波吸收系数,构建了铁催化高压歧化生成的碳纳米管中氢等离子体的微波吸收模型,从理论上证明了铁催化高压歧化生成的碳纳米管氢等离子体中的带电粒子对微波产生的碰撞吸收是其主要微波吸收机理,揭示了铁催化高压歧化生成的碳纳米管对2.45 GHz的微波产生强烈吸收的物理机制.     

实验室用连铸机系统的三维建模和运动仿真

目前,对于实验室用连铸机系统的研究还不多。采用SolidWorks软件及其应用插件COSMOSmotion分别对实验室用连铸机系统的结晶器、二冷区以及传动机构进行了三维建模和运动仿真,得到了结晶器和二冷区装配体的三维模型图及其爆炸图,以及齿轮传动机构装配体及其在运动时的力、角位移和力矩分别随时间的变化曲线,凸轮传动机构装配体及其在运动时的质心加速度、力及平动动量分别随时间的变化曲线,采用SolidWorks中的一个设计分析插件Simulation对滑轴零件进行了有限元分析,得到了滑轴零件的应力图和位移图。研究为实验室用连铸机系统的设计和使用提供了重要的参考依据。     

Molecular dynamics simulation of the test of single-walled carbon nanotubes under tensile loading

Molecular dynamics (MD) simulations were performed to do the test of sin-gle-walled carbon nanotubes (SWCNT) under tensile loading with the use of Bren-ner potential to describe the interactions of atoms in SWCNTs. The Young’s modulus and tensile strength for SWCNTs were calculated and the values found are 4.2 TPa and 1.40―1.77 TPa, respectively. During the simulation, it was found that if the SWCNTs are unloaded prior to the maximum stress, the stress-strain curve for unloading process overlaps with the loading one, showing that the SWCNT’s de-formation up to its fracture point is completely elastic. The MD simulation also demonstrates the fracture process for several types of SWCNT and the breaking mechanisms for SWCNTs were analyzed based on the energy and structure be-havior.     

多壁纳米碳管环的成环机理研究

利用连续介质模型和弹性能理论,分析了多壁纳米碳管环的形成过程.发现弯曲纳米碳管成形自由能为零的条件决定了多壁纳米碳管环的形成;并存在使直纳米碳管变弯的阈值条件,纳米碳管环是诸多弯曲构型中的一种稳定构型.此模型导出的多壁纳米碳管环半径与实测值符合.说明了连续介质弹性能理论在原子尺度下仍能使用及多壁纳米碳管环的形成是一个成形自由能为零的自组织过程.     

基于Flow-3D软件的消能池三维水流数值模拟

基于Flow-3D软件,采用RNG k-ε三维水流数学模型、VOF方法和单相流体模拟消能池水流流动,应用GMRES方法求解离散方程.根据设计提出的闸下三级消能池方案,不仅验证了水闸的泄流能力,还计算了消能工况水流条件下消能池的水流情况,并且结合水工模型试验具体分析了消能池中的水流流态、流速分布、水面线和消能率等水力特性.结果显示计算的泄流能力、水流流态与模型试验的非常接近,流速和水面线的吻合度也很高.计算结果还提供了Fr值、紊动能分布图和流速矢量图,比较全面地反映了三级消能池的水流和消能情况,同时也表明该软件模型具有可行性与实用性.     

Separation of nanocolloids driven by dielectrophoresis: A molecular dynamics simulation

The nonequilibrium molecular dynamics (MD) method was used to model the nanocolloids and the solvent particles. By introducing a non-uniform electric field, colloids were polarized to have opposite polarities. Separation of colloids driven by dielectrophoresis (DEP) could be seen clearly under a strong electric field at low temperatures. Analyzing the ratio of DEP velocities of colloids to thermal velocities of neutral solvent particles showed that when the ratio was correspondingly big, collision between colloids and solvent particles would be intense, making the DEP velocity of colloids fluctuate frequently. By changing the electric field strength, it was found that the enhancement of electric field strength would quicken the separation of colloids. But when the electric field strength increased to a certain degree, the separation motion would be slow because of the strong friction resistance of the solvent particles to the colloids. Moreover, studying the separation reason of colloids based on the potential energy showed that after colloids were polarized, the attractive potential energy among the colloids would be weaker than before, while the increase of temperature would reduce the attractive potential energy and increase the repulsive potential energy, which accorded with the DLVO theory. Supported by the National Hi-Tech Research and Derelopment Program of China (“863” Project) (Grant No. 2006AA04Z351) and the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 50675033, 30770553)     

多壁纳米碳管的压力储氢研究

采用催化热解法制备了多壁纳米碳管，并对其进行酸化、灼烧、掺杂等一系列预处理后，在室温及氢气的压力分别为9，12MPa的条件下研究了多壁纳米碳管的储氢性能。通过对纳米碳管的不同处理可以提高纳米碳管储氢容量，掺杂金属锂后，纳米碳管的储氢量增加最大。     

碳纳米管的电学性质

依据碳纳米管中电子-声子相互作用的原理,采用哈密顿量、量子化理论推导了二聚化对应能隙和相变温度,在紧束缚近似、量子理论和能带理论的基础上,利用周期性边界条件对碳纳米管Π电子进行了分析,讨论了碳纳米管的导电性,预测了室温下碳纳米管碳管中载流子输运方向.     

Development of supercapacitors based on carbon nanotubes

Block-type electrodes made of carbon nanotubes were fabricated by different processes. The volumetric specific capacitance based on such electrodes reached 107 F/cm3, which proves carbon nanotubes to be ideal candidate materials for supercapacitors. The composite electrodes consisting of carbon nanotubes and RuO2 ·xH2O were developed by the deposition of RuO2 on the surface of carbon nanotubes. Supercapacitors based on the composite electrodes show much higher specific capacitance than those based on pure carbon nanotube ones. A specific capacitance of 600 F/g can be achieved when the weight percent of RuO2· xH2O in the composite electrodes reaches 75% . In addition , supercapacitors based on the composite electrodes show both high energy density and high power density characteristics.     

溢流堰水流的三维模拟

工程上溢流堰的过流能力以及堰面压强分布的确定多采用水工模型试验.利用三维的流动数学模型、k-ε模型封闭紊流、VOF方法追踪自由表面,对过堰流动进行了数值模拟.与模型试验结果对比表明,数值模拟方法是可行的.     

黄茅海水域三维水动力数值模拟

基于k-kl紊流模型,联合第三代海浪模式SWAN,建立了波流共同作用下的三维水动力数值模式,并应用到黄茅海水动力数值模拟研究中.考虑到实际河口和海底地形,通过平面和垂向三维坐标变换,在空间完全交错的网格系统上离散化控制方程组,采用内外模式分裂技术求解.数值模拟结果表明:计算值与实测值符合良好,模型较好的复演了黄茅海水域的三维水动力状况,可用于进一步的研究.     

碳纳米管结构的模拟计算

碳纳米管具有着奇异的物理和化学性质，这与其几何结构是密切相关的.为了生动形象地揭示其结构，用分子静力学方法对碳纳米管结构进行了模拟计算.首先从二维石墨片晶体坐标出发，通过坐标变换，得到碳纳米管上碳原子的三维坐标.在此基础上给出了扶手椅型、锯齿型和螺旋型三种单壁碳纳米管的三维立体结构.利用单壁碳纳米管的模拟结果，对多壁碳纳米管和管束的构型进行了组合模拟.模拟效果形象、逼真，为碳纳米管的性能和应用的模拟计算提供了必要的基础.