2024年, 第43卷, 第05期　
刊出日期：2024-10-25

  

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  芳纶纳米纤维/碳纳米管复合气凝胶传感器的制备及其性能

  杨光, 金钊, 闫静

  天津工业大学学报. 2024, 43(05): 1-7.

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  针对导电气凝胶结构稳定性差导致传感性能不佳的问题，提出以去质子化方法制备芳纶纳米纤维（ANFs），并与改性碳纳米管（CNTs）进行共混，得到具有高压缩回弹性、高灵敏度的复合气凝胶传感器，并对其热学性能、力学性能和传感性能进行表征。实验结果表明：ANFs与CNTs之间混合均匀，并通过氢键连接形成了稳定的内部网状结构，气凝胶能承受50%的压缩比，并在100次的压缩循环后，完全恢复到初始状态；更重要的是，复合气凝胶在压缩循环中展现出稳定的电信号输出以及0.1 kPa的超低检测极限，因而在柔性应变传感器领域具有较大的应用潜力。
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  PET复合纤维的制备及其隔热性能

  韩娜, 陈永昌, 沙乾坤, 陈冲, 杨田, 张兴祥

  天津工业大学学报. 2024, 43(05): 8-15+23.

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  为改善聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维的保温隔热性能，使用熔融纺丝工艺制备具有保温隔热性能的PET/二氧化硅气凝胶（SA）/气相SiO₂（FS）复合纤维，并用NaOH溶液对纤维进行碱处理，以在纤维表面形成孔隙；采用SEM、XRD、TG、DSC和导热系数仪等表征技术对复合纤维进行了表征，探究了碱处理时间对纤维表面形貌、拉伸强度、导热系数等物化性质的影响。结果表明：碱处理之后的PET/SA/FS复合纤维表面出现孔隙，断裂强度降低24.5%；热导率从纯PET纤维的0.089 4 W/（m·K）最低降低到PET/SA/FS复合纤维的0.040 0 W/（m·K），降低了55.3%，从而显著提高了纤维的保温隔热性能。
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  两性离子中间层调控的纳滤膜制备及其脱盐性能

  王晓磊, 余姜涛, 王齐, 孔志云, 魏俊富

  天津工业大学学报. 2024, 43(05): 16-23.

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  为了打破纳滤膜的渗透性-选择性上限，制备兼具高渗透通量和高截留性能的薄层复合纳滤膜，首先在水解聚丙烯腈（HPAN）基膜表面沉积聚多巴胺/聚甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱（PDA/PSBMA）中间层，然后利用哌嗪（PIP）和均苯三甲酰氯（TMC）进行界面聚合，制备聚酰胺（PA）层；对膜的化学结构、形貌和表面特性进行表征，研究纳滤膜的性能。结果表明：中间层亲水且带负电，对膜孔未造成严重堵塞，优化了界面聚合反应界面；聚酰胺层的厚度仅为65 nm左右，聚酰胺层内部及其与支撑层之间存在大量通道，使纳滤膜纯水渗透性高达21.82 L/（m²·h·bar）(1 bar=100 kPa)；纳滤膜对盐的截留顺序为Na₂SO₄（98.87%）>MgSO₄（96.92%）>MgCl₂（50.14%）>NaCl（30.60%）,Na₂SO₄截留率基本不受操作压力和盐浓度的影响，NaCl和Na₂SO₄的分离因子为61.42；此外，纳滤膜具有良好的抗污染性和长期稳定性，在海水淡化、饮用水净化等领域具有应用潜力。
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  MG@ZIF7-MIP的制备及对水环境中双酚A的电化学传感检测

  李颖, 张永超, 霍苗苗, 高仲

  天津工业大学学报. 2024, 43(05): 24-30.

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  为了解决常规双酚A检测分析方法无选择性、需要标准样品、预处理过程复杂等缺陷，以磁性石墨烯（MG）为基底、ZnO作为Zn源在MG表面原位生长ZIF-7，合成了高效导电复合膜MG@ZIF-7；选择MG@ZIF-7为载体、内分泌干扰物双酚A(BPA)为模板分子、丙烯酰为功能单体、二乙烯基苯为交联剂，采用表面分子印迹技术成功制备了分子印迹杂化膜（MG@ZIF7-MIP），并通过TEM、XRD、XPS、FT-IR等测试手段对其进行了分析表征；构建了以MG@ZIF7-MIP修饰电极为工作电极的分子印迹电化学传感器，对水环境中内分泌干扰物BPA进行选择性检测。结果表明：MG@ZIF7-MIP修饰电极对BPA的线性响应范围为0.001～0.100μmol/L(R=0.976 3)，响应平衡时间为4 min，检测限为9.84 ng/L(S/N=3)，建立了一种快速响应、实用性强、高灵敏检测双酚A的分析方法。
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  铕修饰硅纳米颗粒可视化检测铜离子

  王文一, 张学文, 闫旭焕, 杨秀颖, 赵晨楠, 田佳伟

  天津工业大学学报. 2024, 43(05): 31-37.

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  为了实现对水中铜离子(Cu²⁺)的检测，设计开发了比率荧光探针铕修饰硅纳米颗粒（Eu-DPA@SiNPs）。在探针中，SiNPs作为参比信号，Eu³⁺为响应信号，而2,6-吡啶二羧酸（DPA）作为“天线”敏化Eu³⁺。采用透射电子显微镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射图谱（XRD）、紫外可见吸收光谱（UV-Vis）对探针进行形貌和结构的表征，用荧光光谱测试其检测性能。结果表明：当DPA与Eu³⁺的摩尔比为0.5∶1时，探针具有最大淬灭效率；探针为均匀分散的球形颗粒，平均直径为26.15 nm；探针中加入Cu²⁺后，10 s即反应完全，在0.2～13.0μmol/L范围呈现良好的线性关系，检出限（LOD）为0.41μmol/L，远低于美国环境保护署所规定的饮用水中Cu²⁺含量最大允许限值，并成功将探针应用到实际水样中检测Cu²⁺；进一步制备了荧光检测试纸，实现了对Cu²⁺的便携、可视化和半定量检测。
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  MOF-808@ANFs气凝胶的制备及其对CEES的催化降解

  石磊, 刘红岩, 姜楠, 宋俊, 庄旭品

  天津工业大学学报. 2024, 43(05): 38-44.

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  为实现对芥子气模拟物去污，开发柔性防护织物。利用磷酸处理对芳纶纳米纤维（ANFs）表面改性，利用水热法实现MOF-808在ANFs表面的原位生长，利用冰模板技术制备MOF-808@ANF气凝胶材料，研究MOF-808的负载量对其结构和对芥子气模拟物2-氯乙基乙基硫醚（CEES）降解性能的影响。结果表明：MOF-808负载量可达125.56%，比表面可达408.267 m²/g,MOF-808@ANF气凝胶对CEES具有良好的降解效果，24 h内降解率可达到90.97%，半衰期为30.11 min；同时具有良好的结构稳定性和隔热性能。
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  Pt/COF-LZU1花状催化剂的制备及其对染料的催化性能

  刘巍, 孙佩芸, 计雅佳, 赵晶, 代昭, 魏俊富

  天津工业大学学报. 2024, 43(05): 45-50.

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  为了净化染料废水，采用简单的室温合成法和原位还原法相结合，制备了具有高活性和高稳定性的Pt/COF-LZU1花状催化剂，对催化剂的形貌和化学结构进行表征，并以亚甲基蓝（MB）为模型污染物研究了催化剂的催化降解性能。结果表明：该方法操作简便，可通过调控冰醋酸（HAc）浓度可以控制COF的形貌和尺寸。当HAc浓度为17.5 mol/L时，可以制备出形态良好、尺寸均匀的花状COF-LZU1载体，并且能够均匀负载铂纳米粒子；在中性条件下，Pt/COF-LZU1花状催化剂在150 min内对MB的脱色率达到90.05%，总有机碳（TOC）去除率为89.93%，速率常数为0.015 85 min^-1；此外，催化剂具有良好的稳定性和可重用性，在5个反应循环中表现出稳定的催化效率，在环境修复等领域具有应用潜力。
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  超声在线监测不饱和聚酯树脂固化过程及其动力学行为

  李建新, 黄港, 高中琦, 张恒宁, 陶博然

  天津工业大学学报. 2024, 43(05): 51-58.

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  为探索不饱和聚酯树脂（UPR）固化体系在不同温度下的超声振幅变化规律，采用超声波穿透技术对UPR固化过程进行在线监测，获得声速、储能模量、松弛时间、凝胶时间等动力学参数变化规律，并得到固化反应动力学方程。结果表明：温度越高，声速与储能模量变化越快，且最终数值也越大，而固化松弛时间与凝胶时间随温度增加而缩短；此外，超声法与差示扫描量热法（DSC）得到的固化度曲线变化高度一致，通过2种方法所得到的反应活化能分别为38.14 kJ/mol和45.3 kJ/mol；最终，通过DSC法确定了UPR固化反应动力学级数为0.92。总之，超声法与DSC法2种方法相互结合，不仅证明了超声结果的准确性，也为UPR固化过程提供一种精准的在线监控技术和量化方法，从而为UPR生产过程提供理论指导。
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  肺水肿三维电阻抗断层成像方法

  王琦, 毕旭, 赵晓赟, 李秀艳, 段晓杰, 汪剑鸣

  天津工业大学学报. 2024, 43(05): 59-65.

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  为了对肺水肿过程进行连续可视化监测，实时监测肺水肿动态特征，提出了一种基于Split-Bregman算法的3D-TV正则化三维EIT成像方法。将3D-TV正则化方法与传统的共轭梯度（conjugate gradient, CG）算法和总变差正则化（total variation, TV）算法重建图像的相对误差（relative error, RE）、相关系数（correlation coefficient, CC）和结构相似度（structural similarity index measurement, SSIM）进行对比与评价；并将3D-TV正则化方法应用于大鼠肺水肿实验，监测大鼠肺水肿的整个过程并进行分析。结果表明：与传统TV算法相比，3D-TV正则化方法使三维EIT成像的RE降低了9.1%,CC提高了9.1%,SSIM提高了7.7%，说明3D-TV正则化方法更适合三维EIT图像重建，并且可以对大鼠肺水肿的整个过程进行监测和成像。
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  单向单线电能传输系统的电磁安全性

  李阳, 胡涛成, 翟宇洁, 汪学亮, 黄文鑫, 娄志刚

  天津工业大学学报. 2024, 43(05): 66-74.

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  为解决单向单线电能传输系统的电磁安全性问题，首先搭建了单向单线电能传输系统和含有重要器官的人体模型；其次根据国内电磁场限值标准仿真研究了系统周围电磁场强度的限值范围，并探究了系统不同位置处的电磁场对体内重要器官的电场强度、磁场强度、电流密度和比吸收率（SAR值）最大值的影响程度；最后通过三维电磁场测量装置探测了单向单线电能传输实验系统周围的电磁场分布，得出了系统的限值距离，并与仿真限值距离进行了对比分析。结果表明：发射端和接收端的电磁场强度高于单导线周围的电磁场强度，右肾在发射端、接收端、单线处的的磁场强度分别为0.86、0.81和0.18 A/m；发射端和接收端对体内重要器官的影响程度明显大于单导线。实验与仿真所得的电磁场强度限值距离具有良好的一致性，证明了系统电磁安全性研究的正确性。
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  基于无束缚生理信号检测的睡眠监测系统设计

  郭翠娟, 习玮, 徐伟

  天津工业大学学报. 2024, 43(05): 75-81+88.

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  为了实现基于无束缚生理信号检测的睡眠监测，针对现有检测方法多为有束缚的不足，基于心冲击图（BCG）能量信号进行J波检测并使用时域幅度二值化算法，设计了基于非接触式心冲击与呼吸信号检测的睡眠监测系统。首先根据心冲击信号（BCG）频率低、沿脊柱方向强度大的特点，选取高灵敏度的压电传感器实现体动信号采集；其次对原始压电传感器信号进行去噪、放大，并根据BCG和呼吸信号的特征频率范围使用数字带通滤波提取J波能量信号和呼吸信号，再计算单位时间J波与呼吸波波峰数，推算出心率值和呼吸率值；最后通过睡眠分期算法进行数据分析，实现睡眠质量评估。对100名受试者进行对比试验，结果表明：本系统心率和呼吸率检测准确度分别高达95.6%和96.0%以上，验证了基于无束缚生理信号检测的可行性。
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  一种基于相控阵列天线的超高频射频识别相对定位方法

  史伟光, 刘鹏辉

  天津工业大学学报. 2024, 43(05): 82-88.

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  针对已有相对定位方法存在环境依赖程度大、定位精度低等问题，提出一种基于相控阵天线的超高频（UHF）射频识别（RFID）相对定位方法，该方法通过调节相控阵天线的激励参数来改变天线的辐射方向，以获取目标标签的收信场强轮廓，有效降低了系统对环境和场地的依赖程度；同时，提出一种基于轮廓陡峭程度的相对位置估计方法，该方法首先利用轮廓最高点的时间戳信息将目标标签分为两组，然后计算每一组标签的整体轮廓陡峭程度进而估计其相对位置。仿真结果表明：相比于传统相对定位方法，所提相对定位方法能够有效提高定位精度，降低排序偏差；在信噪比为20～30 dB时，性能提高了7.7%～21.6%。上述结果证实了本文方法的有效性。