东北师范大学 10-6 电容和电容器
东北师范大学 13-3 交流电路的矢量图解法
1 2 ) C 1 (18103 4.5106 ) 2 .
(10 102 )2 . 16 10 2 . .
电路中电流的峰值为 I U
Z
50 16 10 .
2
A 0.31 A
6
和 U R同方向。电容器电压比电流落后/2,可以得 y 到旋转矢量U C 的方向。 UR I U C 的长度由UC=IZC求得 O x
电阻两端电压与电流同相位,矢量图中矢量 I
由图知电流超前于电压 的相
位,并且
UC ZC 1 arctan arctan arctan 1.2 UR R RC
UC
U
所以=50,表示电流超前于电压50的相位。
7
2
二、并联电路(parallel circuit) 电阻R和电容C并联后接在电压 u(t)=U0cost 两端组成交流电路。
u ~CR Nhomakorabea各元件瞬时电压u(t)相同,总电流 i(t)=iR(t)+iC (t) 。 I xy平面上画矢量 U ,电阻电压与电 y IC U 流同相位,沿 U 方向画 I R ,电容电 IR 流比电压超前/2相位,I C 垂直于U x O U U IR IC = = U C R ZC 3
4
由以上的讨论可以看到: (1) 交流电路中电流、电压瞬时值满足与直流电路 相同的规律,但峰值或有效值一般情况下不能写成 同样形式,这是由于交流电简谐量之间存在相位差; (2) 求解交流电路的中心问题,在一般情况下是确 定电路的阻抗和相位差; (3) 引入阻抗后,电路上电流、电压峰值或有效值 与阻抗之间可以写成类似欧姆定律的关系,但因存 在相位差,瞬时值与阻抗之间不能写成此形式。
电容容值的读法
各类电容容值的读法东北师范大学伍春霖各类电容容值的读法伍春霖(东北师范大学,长春)摘要:电容容量的大小就是表示能贮存电能的大小,电容对交流信号的阻碍作用称为容抗,它与交流信号的频率和电容量有关。
但是由于分类方法不一样,它的读法存在着一定的差异。
关键词:法拉(F)毫法(mF)、微法(uF)、纳法(nF)、皮法(pF)。
(其中:1法拉=103毫法=106微法=109纳法=1012皮法)我们常用的电容有:1、电解电容:多数在1µF以上,直接用数字表示。
如:4.7µF、100µF、220µF等等。
这种电容的两极有正负之分,长脚是正极。
2、瓷片电容:多数在1µF以下,直接用数字表示。
如:10、22、0.047、0.1等等,这里要注意的是单位。
凡用整数表示的,单位默认pF;凡用小数表示的,单位默认µF。
如以上例子中,分别是10P、22P、0.047µF、0.1µF等。
现在国际上流行另一种类似色环电阻的表示方法(单位默认pF):如:“473”即47000pF=0.047µF “103”即10000pF=0.01µF等等,“XXX”第一、二个数字是有效数字,第三个数字代表后面添加0的个数。
这种表示法已经相当普遍。
1、直标法直接标注法把耐压值直接印在电容器上3.2符号表示法采用一个数字和一个字母组合而成。
数字表示10的幂指数,字母表示数值,单位是V(伏)。
代表6.3*10=63V 2F代表3.15*100=315V 3A代表1.0*1000=1000V 1K代表8.0*10=80V 数字最大为4,如4Z代表90000V。
电容器耐压值2、文字符号法用数字和文字符号有规律的组合来表示容量。
如p10表示0.1pF,1p0表示1pF,6P8表示6.8pF, 2u2表示2.2uF.3、色标法用色环或色点表示电容器的主要参数。
原位水热合成SrTiO3/TiO2复合纳米纤维及光催化性能
腐蚀等优点 , 在降解废水和空气中有机污染物方面具有广阔的应用前景.因而 , 有关 T i 半导体光催 O 化的研究受到了越来越多的关注 娟 , J 科研工作者对其催化机理及制备方法 已进行 了广泛研究 , 并取
得 了一定进展.然而 , 由于受到激发波长等因素的限制 , 将其完全应用于工业化过程还存在许多困难. TO 禁带较宽[ i 锐钛矿 E = . V; 四方 晶系; 间群 为 o9 1 / m ) , 3 2e 属 空 4(4 a d ] 其响应 的激发 波长为 1 37 5a 属于紫外光区域 , 8 . m, 太阳光利用率低 ; 其次是光生电子和空穴复合几率高 , 量子效率低 . 因此 , 通过贵金属沉积、 离子掺杂 、 染料敏化及半导体复合等方法对 TO 光催化剂进行改性 , i 不仅可 以使光生载流子在不同能级半导体之间转移, 而且还能有效分离载流子 , 延长载流子寿命 , 增加量子 效率 , 高光 催化 活性 ¨ J 提 .
李跃 军‘ ,曹铁 平 , 王长华 邵 长路 ,
( .东北 师范大学 先进 光电子功 能材料研究 中心 ,长春 10 2 ; 1 30 4
2 .白城师范学 院化学 系,白城 170 ) 30 0 摘 要 以利用静 电纺丝技术制备 的 TO i 纳米纤维为模板和反应物 , 原位水 热合成 了具有异质结构 的 STO/ ri, TO i:复合 纳米 纤维 .采用 x射线衍射 ( R 、扫描电子显微镜 ( E 、 X D) S M) 能量散射光谱 ( D ) 高分辨透射 电 ES、 子显微镜 ( R E 和 x射线光电子能谱 ( P ) H T M) X S 等测 试手段 对样 品的结构 和形 貌进行 了表征 .用 罗丹 明 B ( B 模 拟有 机污染 物进行 了光催化 降解实验 .结果表明 , ri R) STO 纳米立方体均匀地生长在 TO 纳米纤维 表 i: 面, 得到 了异质结构复合光催化剂 , 其与纯 TO 纳米 纤维 相比光催化活性 明显提高 , i。 且易于分离 、 回收和再 利用 , 循环使用 5次 , B的降解 率仍 保持在 9 % 以上.初步探讨 了 STO / i: R 7 ri TO 异质结 的生长机制和光催 化
苏忠民教授简历
苏忠民教授简历学院:化学学院姓名:苏忠民性别:男出生年月:1960年4月一、主要学习工作经历1978年9月—1983年7月,东北师大化学系本科学生1986年9月—1989年6月,东北师大化学系硕士研究生1994年9月—1997年6月,东北师大化学系博士研究生1998年4月—2000年4月,吉林大学理论化学研究所博士后1985年5月—1988年10月,东北师大化学系助教1988年10月—1992年12月,东北师大化学系讲师1992年12月—1994年9月,东北师大化学系物理化学专业副教授1994年9月—现在,东北师大化学系物理化学专业教授1998年10月—现在,东北师大化学系博士生指导教师2000年6月—现在,东北师大化学学院教授委员会教授1998年4月—现在,东北师大化学学院,功能材料化学研究所所长1999年1月—1999年10月,东北师大校长助理1999年10月—2003年12月,东北师大校长助理兼科技处处长2003年11月—现在,东北师大研究生院院长(副校级)2004年2月—现在,东北师范大学学位评定委员会副主席2006年3月—现在,东北师范大学自然科学学术委员会委员2007年3月—现在,东北师范大学自然科学学术委员会副主任2007年1月—现在,东北师范大学化学学院教育部长江学者特聘教授(无机化学专业)2008年1月—2010年12月,东北师范大学化学学院2007度教育部“长江学者和创新团队发展计划”创新团队负责人1995年11月—1997年11月,香港大学化学系访问学者2006年6月—现在,吉林省第六届化学会副理事长2006年11月—现在,中国化学会第二十七届理事会理事2006年11月—现在,第三届吉林省学位委员会委员2005年7月—现在,吉林省高校科研与学位管理学会,吉林省研究生教育与学位管理专业委员会理事长2005年7月—现在,香港大学内地校友联谊社第五届理事会理事2005年12月—2006年10月,长春市南关区第十五届人民代表大会代表2006年10月—现在,长春市南关区第十六届人民代表大会代表2008年1月—2012年12月,《科学通报》编辑委员会委员2009年1月—2014年12月,国务院学位委员会第六届学科评议组化学组成员2009年1月—2011年12月,长春市科学技术协会常委二、主要研究方向或领域(一) 功能材料化学的理论和实验研究1.有机分子/聚合物的导电性质研究(1) 合成表征聚并苯半导体导电材料并进行改性研究,其可作为电极材料用于制作二次电池和双电层电容器,性能指标达到国际先进水平,并曾小批量投放市场。
东北师范大学物理学院
东北师范大学物理学院物理实验课程体系规划(待审议稿)东北师范大学物理实验教学中心2014年7月目录1.分级实验课程体系概况 (1)2.一级(基础物理实验1) (3)3.二级(基础物理实验2) (6)4.三级(综合物理实验) (9)5.四级(近代物理实验) (16)6.五级(探索物理实验) (19)7.其他相关配套改革设想 (25)II1.分级实验课程体系概况122.一级(基础物理实验1)开设学期:一年级下学期课程性质:必修学分:1.5学分开课对象:全校理工科学生3453.二级(基础物理实验2)开设学期:二年级上学期课程性质:必修学分:2学分开课对象:全校理工科学生6784.三级(综合物理实验)开设学期:二年级下学期课程性质:必修学分:2学分开课对象:物理专业学生91011121314155.四级(近代物理实验)1617186.五级(探索物理实验)开设学期:三年级下学期课程性质:基地班必选学分:1.5学分开课对象:物理专业学生1920212223247.其他相关配套改革设想1.实验教学过程建设在预习——实验——结果处理——报告批阅——评价各个实验环节中:(1)强化预习环节,采用网络和开设预习实验室两种方法,为提高学生的预习效果创造条件;(2)在实验环节中,教师主要作用在于引导,实验讲解时间尽量短,只讲解实验注意事项,更多的实验时间留给学生,鼓励学生在实验中发现问题、分析问题和解决问题。
(3)在结果处理环节,不提供标准答案,以当堂讨论的方式研讨实验结果。
(4)实验报告注重评价学生对实验理解的深度和广度。
(5)在评价环节,采用多样化的评价方式,如实验操作、口头报告、竞赛获奖、答辩、科技论文等。
(6)以上各环节均按不同比例影响学生的最终成绩,如预习效果、实验过程中的实验习惯和动手能力、讨论环节的参与程度、报告的书写和评价环节的表现等。
2. 在实验题目建设25(1)实验题目选取要遵循每级题目的建设目标要求。
2011年《电声技术》总目次
0 — 6 参 量 阵扬 声 器 的反 射 特 性 研 究 61 / 正. 匡 杨 军 0 — 9 多波 束 声发 射 系统 的 实现 /曹 洁 , 鸣 . 6 1 吴 杨 军
0 — 2 电动 式耳 机 非 线 性 研 究 6 2 /张 爱 平 . 沈 勇
0 — O 声 频 工 程检 测 的 “ 区”待 续 ) 11 误 ( 0 — 6 高清 体 育 实 况 直播 的环 绕 声制 作 1 1
0 — 4 大 庆教府 文 化 中 心 大剧 场 录音 室声 学设 计 20 0 — 7 Z型 轻 铜 龙 骨 在 纸 面石 膏板 墙 体 中的 应 用 2 0 / 小艳 。 旭 光 , 薛 王 燕 翔
0 — 2 台湾 卫 武 营 艺 术 中心 音 乐厅 11 5 1 :0声 学 模 型 测 试
0 — 7 浅 析楼 板 重 质撞 击测 试 及 其 相 关 标 准 5 1
/ 小艳 , 薛 王旭 光 , 相 栋 , 晓 文 朱 陈 0 — 4 贵 州 省 体 育馆 扩 声 系统 升 级 改 造 工 程 解 析 / 长岭 60 黄 0 — 7 简 析 济 南奥 林 匹 克体 育 中 心体 育场 扩 声 系统 ( 续 ) 60 待 f 砖 莓 0 — 1 东北 师 范 大 学体 育馆 扩 声 系统 介 绍 61 / 玉明 陈
0 — 3 线 阵 列扬 声 器 系统 的 几 个 要 点 52
0 — 8 一 款 双 1 52 2i n线 阵列 音 箱 的 设 计
/ 以真 王
/曾 山
0 — 3 一 种 新 型柱 体 式线 阵列 扬 声 器 53
/ 平 . 庆 庆 李 邱
0 — 4 广 州 天 河体 育馆 建声 、 声 系统 测 试 分 析 70 电
《电容器的电容》教学设计
科教论坛科技风2019年11月DOX10.19392/ki.1671-7341.201931069《电容器的电容》教学设计林书缘姜虎军延边大学理学院吉林延吉133000摘要:在新课程理念下,以电容器的电容为例,基于教学背景的分析,构建了以核心素养为标准的教学目标,促进学生核心素养的提升。
关键词:电容器;核心素养;实验探究―、教学背景分析(一)课程标准分析1&课程标准对本节的要求观察常见电容器,了解电容器的电容,观察电容器的充、放电现象。
能举例说明电容器的应用。
⑴例查阅资料,了解电容器在照相机闪光灯电路中的作用。
2&核心素养分析物理观念:可以说出电容器的构造,可以列举生活中常见的电容器;观察电容器的充放电过程;能描述容器的定义式及其物理意义。
科学思维:养成通过类比和比值定义法得到电容物理意义的思维能力。
科学探究:在定量探究电荷量和电势差的关系时,运用平分电量法设计实验,培养学生探究能力和归纳总结能力。
科学态度与责任:培养追求真理的精神;通过探究实验,培养学生自主学习的精神和实事求是的科学态度。
(二)教材分析1.表层结构呈现方式。
在本节课,教材按照“电容器的构造一一实验得到充放电过程中能量的转化一一引出电荷量Q与电势差U的关系一一电容的概念一一类比水容器得出电容的物理意义”来编排,一步一步排列有序,联系紧密,符合学生的思维逻辑结构%2.深层结构(1)内容分析。
“电容器的电容”选自人教版高中物理选修3-1第一章第八节。
是学生们学习了“静电场”之后的一节介绍电子元件的课程,该部分内容是对静电场知识的延伸,也是对静电场知识的巩固。
教材编写基于学生的思维发展为基础,引导学生一步一步认识电容器,了解生活中电容器的应用,从而达到教学目标。
(2)内容结构。
本节内容从电容器的构造到了解电容器的 工作原理,从而引岀电容器的充放电过程,接着定量探究电荷量Q与电势差U之间的关系,顺利引出电容的概念,最后得出电容的物理意义。
东北师范大学22春“公共课”《数字电路与数字逻辑》期末考试高频考点版(带答案)试卷号:5
东北师范大学22春“公共课”《数字电路与数字逻辑》期末考试高频考点版(带答案)一.综合考核(共50题)1.如逻辑变量A、B、C及其推理关系f,用逻辑代数表示出来为:逻辑函数F关于逻辑变量A、B、C的推理关系f的表达式记为()。
A.F=f(A,B,C)B.f=F(A,B,C)C.f=f(A,B,C)参考答案:A2.寄存器按照功能不同,可分为以下哪两类?()A.计数器B.基本寄存器C.移位寄存器D.数码寄存器参考答案:BC3.当温度升高时,二极管的反向饱和电流将()。
A.增大B.不变C.减小D.改变参考答案:AD4.一位8421BCD码计数器至少需要()个触发器。
A.3B.4C.5D.105.PLD编程连接点有哪几种形式?()A.固定连接B.不固定连接C.编程连接D.不连接参考答案:ACD6.二进制译码器相当于是一个最小项发生器,便于实现组合逻辑电路。
()A.错误B.正确参考答案:B7.RAM中的信息,当电源断掉后又接通,则原存的信息不会改变。
()A.错误B.正确参考答案:A8.逻辑函数的表示方法中具有唯一性的是真值表,表达式。
()A.错误B.正确参考答案:B9.ADC0801~0805芯片具有三态输出锁存器,可以直接驱动数据总线,因此可与微处理器进行接口并且非常简单。
()A.错误参考答案:B10.将十进制数的整数化为N进制整数的方法是乘N取余法。
()A.错误B.正确参考答案:A11.环形计数器如果不作自启动修改,则总有孤立状态存在。
()A.错误B.正确参考答案:B12.编码与译码是互逆的过程。
()A.错误B.正确参考答案:B13.单稳态触发器具有()功能。
A.定时B.延时C.整形D.译码参考答案:ABC14.一般门电路的为1-5,最多不超过()。
A.6D.9参考答案:C15.555定时器电路是一种()。
A.单极型中规模集成电路B.双极型中规模集成电路C.单极型大规模集成电路D.双极型大规模集成电路参考答案:B16.PLSI器件的实现功能的核心部分是()。
用示波器作为交流电桥平衡指示器的研究——以电感电桥为例
Science &Technology Vision 科技视界交流电桥主要用来测量电容器的电容量和线圈的电感量,它是电感、电容测量中精确的测量仪器。
测量的前提是实现电桥的平衡,可以看出平衡的准确调处对于实际测量具有重要意义。
1实验原理交流电桥的电路形式与直流电桥相同,并且都是采用比较法进行测量。
其电路如图1所示。
交流电桥的交流信号为Us;指零器G 采用高灵敏度的交流毫伏表或交流检流计等;桥臂中各元件不都是电阻,它们也可以是电容、电感或RLC 的组合回路等。
图11.1利用交流电表作为平衡指示器按照交流电桥平衡条件,B、D 两B、D 点电压幅度相等,相位一致。
即:Z 1Z 3=Z 2Z 4在此种条件下,I G =01.2利用示波器作为平衡指示器在不同的电路连接形式下,做到示波器两条信号线全部接地,即做到将CH1与CH2信号分别接在BC、CD 两端,在此时可以采用两种方法进行观测,后续试验均采用李萨如图形法观测,即法②。
①观察B、D 两点电位,调节电桥,使Ubc、Ubd 的波形基本重合,此时相位、振幅虽有稍小差异,但已接近重合。
②将示波器转换为X-Y 模式,将Ubc、Ubd 分别加在示波管X、Y 偏转板上,从X-Y 两个方向进行合成,显示“ADD 档”曲线。
不平衡时合成图线为椭圆,平衡时为与X 轴或Y 轴成45度的直线。
2实验过程2.1示波器法将标准电感L2定为0.1H,选取电感值约为10mH 的待测线圈Lx。
将示波器CH1信号与CH2信号分别接于AB 与BC 两端。
将信号发生器频率定在1000Hz,电源电压自2V 至10V 依次变化,待调节至平衡时记录电阻阻值,并计算处于此时的Lx 值。
2.2交流电表法将标准电感L2定为0.1H,Lx 为示波器法中所用到的同一待测线圈。
将交流电表置于BD 间,采用15mV 档。
将信号发生器频率定在1000Hz,电源电压自2V 至10V 依次变化,待调节至平衡时记录电阻阻值以及此时电表指示的数值,并计算出此时的Lx 值。
偶极矩的测定
C空' C 空Cd
(2-16)
第二步,电容池盛标准物质,测定出 C标'
C标' C标 Cd
(2-17)
因C空与C标间有如下关系(近似将 C空 Co )
C标
C空
(18)
将(2-16)、(2-17)和(2-18)三式联立求解,可得:
Cd
C'
标空
C标'
标 1
(19)
习惯上用摩尔折射度来表示高频区测得的极化度,而此时,
P转向=0,P原子=0,则
R2
P电子
n2 n2
1 2
M
(9)
n溶 n1(1 X 2 )
(10)
同样,从(9)式可以推导得无限稀释时,溶质的摩尔折射度 的公式:
lim P电子
R2
X2 0
R2
n12 n12
1 2
M2
M1 1
6n12 M 1 (n12 2)2 1
(11)
上述(10)、(11)式中,n溶 是溶液的折射率,是溶剂的折射率, γ是与n溶-X2直线斜率有关的常数。
(3) 偶极矩的测定 考虑到原子极化度通常只有电子极化度的5%~15%,而且 P转 向又比P原子大得多,故常常忽视原子极化度。
从(2)、(3)、(7)和(11)式可得
P2
R2
4 N
9
2
如果外电场是交变场,极性分子的极化情况则与交变场的频率 有关。当处于频率小于1010s-1的低频电场或静电场中,极性分 子所产生的摩尔极化度P是转向极化、电子极化和原子极化的 总和。
P P转向 P电子 P原子
(3)
当频率增加到1012~1014的中频(红外频率)时,电子的交变 周期小于分子偶极矩的松弛时间,极性分子的转向运动跟不 上电场的变化,即极性分子来不及沿电场方向定向,故 P转向 =0,此时极性分子的摩尔极化度等于摩尔诱导极化度P诱导。 当交变电场的频率进一步增加到>1015秒-1的高频(可见光和紫 外频率) 时,极向分子的转向运动和分子骨架变形都跟不上电 场的变化,此时极性分子的摩尔极化度P等于电子极化度 P 电 子。
碳点的设计合成、结构调控及应用
Vol.42 2021年2月No.2 349~365[综合评述]CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES高等学校化学学报碳点的设计合成、结构调控及应用孙海珠1,2,杨国夺2,杨柏1(1.吉林大学化学学院,超分子结构与材料国家重点实验室,长春130012;2.东北师范大学化学学院,动力电池国家⁃地方联合工程实验室,长春130024)摘要碳点是一类环境友好且性能独特的纳米粒子,在光电转换、生物医学、催化及储能等领域的研究日益活跃.碳点主要分为碳量子点(CQDs)、石墨烯量子点(GQDs)和碳化聚合物点(CPDs),其中CPDs作为一种新型碳点,具有合成原料广泛、碳化程度及共轭结构可调且材料相容性好等优点.本文综合评述了近年来碳点尤其是CPDs的合成方法;阐述了通过选择前驱体分子、控制反应条件及掺杂原子等手段实现对其碳化和共轭程度、晶格和能级结构的调控,从而建立碳点及其杂化与复合材料微纳结构与性能之间的关系;最后,介绍了碳点在生物标记与成像、光(电)催化、光电转换及储能等领域的应用,并对碳点领域的发展前景进行了展望.关键词碳化聚合物点;构效关系;碳点中图分类号O634文献标志码A当前,随着能源危机和环境污染等问题的日益加剧,新能源材料的发展和利用成为实现能源可持续发展的有效途径之一.在众多环境友好材料中,碳点由于具有合成原料来源广泛、低毒及低成本等优势而受到了科研人员的关注.早在2004年荧光碳点就被人们通过物理方法从碳材料中提取出来[1,2],但当时无论是产率还是荧光效率都很低,并未引起人们广泛关注.随后,人们发展了自上而下和自下而上等多种化学方法,获得了结构和性能各异的碳点,不仅降低了碳点的制备成本,提升了产率,碳点的各种独特性能也不断凸显出来,使其不仅可应用于生物医学、检测与传感等领域,而且在能源转化和存储方面也展现出巨大发展潜力[3].根据结构、性能和制备方法的不同,碳点主要分为碳量子点(CQDs)、石墨烯量子点(GQDs)和碳化聚合物点(CPDs)(图1).其中,碳量子点通常是横向和纵向尺寸相似的三维多层石墨结构,既可通过自上而下的物理方法制备,也可由具有高度对称结构的平面分子采用自下而上的化学法合成[4];石墨烯量子点以单层或小于5层的石墨烯为碳核,边缘键连化学基团,主要以石墨为原料通过自上而下的化学过程剥离切割得到[5,6];CPDs一般为球形,其内部是高度交联或具有轻度碳化的网状结构,外部为亲水聚合物链或功能基团,通常以小分子或聚合物为原料,采用自下而上的化学法,经历聚合、交联和碳化等化学过程来制备.CPDs这种特殊的结构既可继承原料自身的分子特性,又可体现由聚合和碳化带来的高分子链及量子点特性;既赋予其良好的溶液分散性及与其它功能材料的相容性,又具有稳定性好及毒性低等性质,在实现功能强化与集成方面具有一定优势.我国在碳点领域的研究具有显著优势,在多个研究方向处于国际领先地位.2010年,Pan等[5]采用水热法以氧化石墨为原料制备了具有蓝色荧光发射的石墨烯量子点.自2011年以来,本课题组发展了一系列合成碳点的新方法:以氧化石墨为原料,通过一步溶剂热法制备具有强绿色荧光发射的石墨烯量子点[6];以小分子柠檬酸和乙二胺为原料,采用一步水热法高效制备具有高量子效率的碳化聚合物doi:10.7503/cjcu20200659收稿日期:2020-09-07.网络出版日期:2020-12-28.基金项目:国家自然科学基金(批准号:22035001,51433003,21774041,21574018)、中央高校基本科研业务费专项资金(批准号: 2412019ZD002)和国家重点研发计划项目(批准号:2016YFB0401701)资助.联系人简介:杨柏,男,博士,教授,主要从事碳化聚合物点功能材料研究.E-mail:*****************.cnVol.42高等学校化学学报点[7],并验证了该方法的普适性,将制备CPDs 的前驱体拓展到很多含有多功能团的有机小分子单体、侧基含有功能基团的聚合物分子及生物质原料[8,9].此外,本课题组还详细阐述了“交联聚合”和“脱水碳化”过程对碳点微纳结构形成及其性质调控的意义[10,11];进一步从前驱体分子设计、合成方法及合成条件控制出发,制备了不同结构和发光性能的CPDs ,深入探索了能级调控方法和相关发光机理[12~18].这些研究为进一步将CPDs 与其它无机和聚合物材料相结合构筑复合与杂化体系,并实现其在光(电)催化、光电转换与储能等领域的应用奠定了良好基础[19~26].国内外多个研究团队在碳点相关研究方向也取得了很多突破性进展[27~36].Wei 等[28]发展了一种行之有效的控制碳点结晶程度的方法,他们采用离子热法在温和条件下合成了波长可调的核壳碳点.在该体系中,热解促进剂ZnCl 2的使用除了加快前体脱氢热解,同时还催化诱导高度结晶碳核的生成,获得了独特的硬核-软壳的碳点结构,该碳点在光生超氧自由基上展现出优异的性能.对碳点表面进行氨基化修饰可以窄化其发射,从而提升色纯度.Yuan 等[29]通过这种途径成功制备出一种半峰宽为35nm 、发射峰位为433nm 的深蓝色碳点,基于该碳点构筑的LED 器件最大亮度达到5240cd/m 2,外量子效率超过4%.Miao 等[32]采用热聚合法,以柠檬酸与尿素为原料,通过改变投料比与合成温度等反应条件实现了对碳点石墨化程度及表面官能团数量的调控,获得了发射峰位覆盖430~630nm 的多色碳点.Liu 等[33]开创性地实现了低成本、环境友好、无金属的碳点与氮化碳的复合,该材料展现了理想的全解水性能.Fu 等[34]将单晶金纳米粒子表面活性剂原位转化成氮掺杂的碳点,不仅减少了表面活性剂对纳米催化剂活性和选择性的负面影响,而且提高了使二氧化碳在超低电位下转化为一氧化碳的催化活性.Wei 等[36]以“碳点-水凝胶”为前驱体,利用碳点表面的氮磷官能团,制备了具有丰富“富电子区域”的多孔炭材料,并将其应用于混合超级电容器,在不同系统中均显示出较高的比能量密度(高达62.8~90.1W ·h/kg )等.这些研究不仅展现了碳点的优异性能,而且极大推动了该领域的发展.本文综合评述了本课题组近年来在碳点领域尤其是碳化聚合物点(CPDs )的合成方法、结构、性能及应用方面的探索性研究进展.1碳点的设计合成自2011年以来,本课题组建立了一系列合成荧光碳点基元的新方法,实现了低成本、低能耗及低污染合成碳点.以氧化石墨为原料,通过一步溶剂热法制备石墨烯量子点,原料简单,易于批量生产,制备的石墨烯量子点可发出很强的荧光,且无需进一步化学修饰即可溶于水[6,37~39].本课题组[40]还将聚乙烯醇、多糖及聚乙烯亚胺等具有可脱水缩合基团的线性聚合物进行适度脱水碳化制备了荧光聚合物Fig.1Three types of carbon dots(CDs)[4]Copyright 2020,Tsinghua University Press.350No.2孙海珠等:碳点的设计合成、结构调控及应用点,该聚合物点核具有单一发光中心,而表面丰富的化学基团可进一步修饰改性.2013年,本课题组[7]发展了水热交联聚合及碳化的碳点合成方法,选择富含羧基和氨基的小分子柠檬酸和乙二胺作为碳源,所得碳点荧光量子产率实现了突破,达到80%以上(图2).这种采用自下而上的方法制备的新型碳点被称为碳化聚合物点,以便更好地反映此类碳点不同碳化程度时的结构特征[10,11].本课题组对上述交联聚合和碳化反应过程的系统研究证实了该方法具有普适性,很多含有可脱水缩合的小分子(如柠檬酸、丝氨醇和葡萄糖)和高分子前驱体(如聚丙烯酸、聚乙烯亚胺、聚乙烯醇和聚噻吩等)均可通过水热交联缩聚和碳化反应过程获得CPDs.利用多巴胺和邻苯二胺分子间规则的脱水碳化,本课题组[8]实现了碳基内核共轭尺寸的可控生长,打破了CPDs 发光主要位于蓝光和绿光波段的局限,实现了荧光量子产率达26%的近红外发光(709nm ).该工作主要是通过增加单体共轭组分来提高CPDs 共轭程度,从而降低能级,延长了发射波长.瞬态吸收光谱表明其碳核和表面态的协同作用是发射近红外荧光的关键因素.此外,本课题组[13]以聚丙烯酸和乙二胺为原料,采用简单的一步水热法获得了具有室温磷光(RTP )性能的CPDs.其中,酰胺和酰亚胺结构为CPDs 中RTP 的发光来源,交联和聚合有利于抑制非辐射跃迁,产生辐射跃迁;耦合发光单元C =O 键长长,共轭程度小,有利于系间窜越.因此该CPDs 的特殊结构为三线态的形成提供了极其有利的条件,从而产生室温磷光.该方法无需引入过渡金属或外加辅助基质,是一种绿色、简便、高效实现室温磷光的新方法.同时,CPDs 也作为一类新型的室温磷光材料被报道,为开发新型无金属室温磷光材料提供了新思路.此外,采用药物分子也可以合成CPDs.以药物甲硝唑分子作为原料,可以成功制备水溶性好、低毒、亮度高且具有选择性抑菌作用的CPDs [41].本课题组对上述碳点的发光机理进行了深入研究,发现通过自下而上缩合碳化生成的纳米粒子有时会生成具有荧光性能的小分子发色团.人们通常忽略了小分子发色团对荧光的贡献.实际上,某些共轭的小分子发色团具有很高的荧光量子产率,被称为分子态荧光中心.本课题组[16]总结了具有分子态荧光机理的碳纳米点,探讨了其中生成的小分子发色团、聚合物团簇及碳核;从化学结构和荧光性质的关系出发,以柠檬酸-乙二胺制备的碳点为模型,通过分离提纯,发现了1,2,3,5-四氢-5-羰基-咪唑并[1,2-a ]吡啶-7-羧酸(IPCA )荧光分子,确定其为此类碳点分子态荧光的来源.IPCA 具有高荧光量子产率和低生物毒性,通过简单的化学修饰可以得到光稳定性更好的荧光材料.此外,本课题组[17]通过研究非共轭聚合物碳点中基团结构和聚合物链结构与荧光增强的关系,发现它们通常含有潜在的发光基团(亚发色团),如C =O ,C =N 和N =O 等,这些发光基团经过化学交联或物理固定之后,荧光被大大增强,这种现象被称为交联增强发射(CEE )效应.该效应具有普适性,因此对于研究者理解和发展此类材料具有指导意义.CPDs 中的CEE 效应包括共价键CEE 、刚性聚集CEE 和超分子作用CEE (图3).此类材料具有优异的荧光性能、可加工性及可修饰性,在生物成像及药物运载等方面具有应用价值;其本身为研究非共轭聚合物的荧光性能提供了重要的理论依据.CEE 效应已被看作是CPDs 高荧光量子产率的重要影响因素之一.针对石墨烯量子点(GQDs )的荧光机理,本课题组通过系列研究确定了GQDs 中的蓝绿光区的边缘态发光机理[18],并在此基础上详细总结分析了石墨烯量子点(GQDs )、碳纳米点(CNDs )及CPDs 的荧光机理[4],认为其包括来自碳核的量子尺寸效应和共轭π结构Fig.2Synthetic route of CPDs by using citric acid and ethylenediamine [7]Copyright 2013,John Wiley &Sons,Inc.351Vol.42高等学校化学学报发光、碳结构和边缘基团杂化的边缘态发光、碳点表面或内部键连的分子态发光及交联增强发射效应.CPDs 还可以通过水相加成共聚和碳化反应过程来获得.水相加成聚合是本课题组建立的以水热反应和无皂乳液聚合为基础合成CPDs 的新方法[12](图4).2018年,本课题组以含不饱和键及酰胺基团的丙烯酰胺作为前驱体,选择过硫酸钾或偶氮二异丁腈分别作为引发剂,采用水相加成聚合法制备了CPDs ,验证了这一方法的可行性.在使用该方法制备CPDs 的过程中,所采用的前驱体分子需具有不饱和键及功能侧基,如丙烯酰胺、N ,N -二甲基丙烯酰胺和丙烯酸等,在引发剂的作用下,反应单体形成聚合物团簇,并且侧链官能团发生脱水及交联缩聚成核,促进外部亲水和内部疏水结构的形成.随着反应程度的提高,聚合物团簇进一步碳化,最终形成CPDs.最近,一种基于磁热的新方法被开发出来用于大规模制备荧光碳点[42].该方法采用磁热反应器,仅需一步热解前驱体小分子,在很短时间内(约3min )即可获得大量荧光碳点.进一步通过原子掺杂对碳点发光颜色进行调控,在1h 内可以制备85g 碳点.该反应的产率为60%,比传统方法提高了约160倍.产率提升主要源于磁热反应器能量高、升温速度快、温度稳定性好及受热均匀的特点,从而加快了能量传递.这种非接触式反应过程不仅安全高效,而且对推动碳点的产业化发展具有重要意义.Fig.3Representation of the covalent⁃bond,supramolecular⁃interaction,or/and rigidity⁃aggregatedcrosslink⁃enhanced emission(CEE)effect in non⁃conjugated polymer dots or polymers [17]Copyright 2015,John Wiley &Sons,Inc.Fig.4Schematic diagram of the nucleation and reaction process in aqueous addition andpolymerization method [12]Copyright 2018,John Wiley &Sons,Inc.352No.2孙海珠等:碳点的设计合成、结构调控及应用2碳点的结构与性能调控2.1碳化程度与表面修饰CPDs 的碳化程度、表面基团结构及壳层聚合物链结构对碳点的反应活性位点和稳定性都会产生一定影响.通过选择前驱体分子和改变反应温度可以实现对碳核结晶度和碳化程度的调控.采用生物分子的水热缩合来改变CPDs 的内部结构,实现从非晶态到结晶态的转变,可以获得具有高结晶性的CPDs ,发光量子效率高达89%且显示室温铁磁性.通过第一性原理计算验证了CPDs 中室温铁磁性来源于CPDs 中的石墨氮.这些结果证实了石墨氮和结晶度对于增强CPDs 的光致发光和室温铁磁性至关重要(表1和图5)[23].此外,Yoo 等[43]通过改变石墨烯量子点氧化程度,即氧化碳与sp 2碳的比例来控制单重态-三重态能量分裂(ΔEST ),将RTP 的余辉调整为热激活延迟荧光,并将其应用于二维码识别和图片防伪中.该方法为通过简便的分子操控ΔEST 提供了新策略.另外,还可以对前驱体分子活性基团进行设计来调控碳点表面的推电子和吸电子特性,所制备的CPDs 可作为阳极界面修饰层与阴极界面修饰层,实现对功函的调控,提升所构筑的光电器件性能[25].Zhang 等[44]发现,碳点的表面官能团种类会影响碳点的能级结构,当表面为供电子基团时所修饰电极的功函将降低,当表面为吸电子基团时所修饰电极的功函将增加,并以氨基(供电子)和羧基(吸电子)基团为例进行了说明.Han 等[45]对碳点表面采用阳离子进行修饰,获得一种阳离子碳点探针,该碳点可与活细胞中的双链DNA (dsDNA )和单链RNA (dsDNA )结合,用于荧光光谱区分,从而实时监测DNA 和RNA 的定位和运动.Table 1Effect of different reaction temperautures on the properties of CPDs CPDs *CPDs100CPDs200CPDs300Morphology Annular polymer dots Amorphous spherical dotsGraphilic carbongenic dots PL peak/nm 489437434PLQY 6.6%46.7%89.6%*CPDs100,CPDs200and CPDs300refer to the CPDs prepared under 100,200and 300℃,respectively.Fig.5High⁃resolution XPS of N 1s (A —C)and Raman spectra(D)of CPDs,field⁃dependent mag⁃netization(M ⁃H curve)at 5K(red line)and 300K(black line)for CPDs300(E)and schemeshowing different bonding configurations of nitrogen in N⁃doped graphene(F)[23](A)CPDs100;(B)CPDs200;(C)CPDs300;(E)the inset is the magnified view of the low⁃field region.Copyright 2018,John Wiley &Sons,Inc.353Vol.42高等学校化学学报2.2共轭程度通常,采用含有苯环等具有共轭结构的前驱体分子,通过改变实验条件如反应温度和pH 值等可以实现对碳核共轭程度的控制.以邻苯二胺和硝酸为原料,通过水热法可以制备出具有共轭结构的CPDs (图6)[9].采用拉曼光谱可以对CPDs 的共轭程度进行分析;通过对高分辨XPS 分峰测定sp 2和sp 3碳元素的比例也可以确定其共轭程度;此外,还可以通过测试荧光峰位和荧光寿命等性质辅助确定其共轭程度.将所得CPDs 制备成器件,使用空间限制电流法(SCLC )测试载流子迁移率,即可以建立前驱体结构-共轭程度-载流子迁移率之间的关系.Tepliakov 等[46]通过建立简单、准确的碳点发光中心半解析模型深入研究了碳核中的sp 2与sp 3碳的比例,用来解析碳点的发光机理.在该模型中,他们将碳点描述为具有sp 3杂化非晶碳芯的聚合物结构,其中包含部分sp 2杂化碳原子的小区域.结果表明,电子的离域作用随着域杂化因子的增加而增加,导致电子带隙的线性变窄,并伴随着光学跃迁速率的增加.该工作也说明共轭结构对于调控碳点发光性质的重要性.2.3掺杂、复合与组装通过选择不同杂原子进行掺杂,并对掺杂的量进行控制,可以实现对碳点能级结构及发光范围等的调控.在合成CPDs 过程中,引入不同含量或种类的杂原子掺杂剂,如乙二胺、尿素、吡啶衍生物、硫脲、硫化钠、噻吩衍生物、对苯二硼酸、苯硼酸及磷酸等,得到不同掺杂态,包括不同原子的掺杂、同种原子的不同掺杂类型、同种掺杂类型但不同掺杂量的CPDs 等.Yang 等[17]通过元素分析和红外光谱研究了CPDs 中掺杂原子的种类和含量(图7);利用XPS可以进一步确定同种原子的不同掺杂类型Fig.6Sythesis route of CPDs with conjugated strucutre [9]Copyright 2018,John Wiley &Sons,Inc.Fig.7Characterizations of carbonized polymerized dots [13](A)Corresponding photographs at different delay time after UV irradiation;(B)RTP decay spectra;(C)UV⁃Vis absorption spectra;(D)FTIR spectra;(E)XPS survey spectra.Copyright 2018,John Wiley &Sons,Inc.354No.2孙海珠等:碳点的设计合成、结构调控及应用(图5,吡啶氮、吡咯氮或石墨化氮等),通常掺杂会使峰位红移,带隙变窄(图7).杂原子掺杂也是提升纳米催化剂活性的有效方法之一.Song 等[47]发现N 掺杂碳点负载磷化钼纳米颗粒复合材料具有优异的电催化性质.通过实验与理论计算相结合,表明N 掺杂改变了反应位点周围的电子排布,促进了中间产物的吸附.随着N 含量的增加,碳原子之间键长改变,进一步激活相邻的碳原子进行分离.缺陷的引入增加了反应位点附近悬挂键的数量,降低了位点的配位数,改变了其电催化活性.Gomes 等[48]制备了碘掺杂的生物质碳点与还原氧化石墨烯复合材料(rGO/CDs ).在保持rGO/CDs 独特的3D 结构前提下进行碘掺杂,不仅提升了rGO/CDs 的导电性,还提供了准电容,并使相邻的碳原子极化以利于氧气分子的吸附,通过削弱O―O 键合强度而有利于氧气还原反应,该材料在催化与能源存储领域具有潜在应用前景.Choi 等[49]将石墨烯水凝胶和硼掺杂石墨烯量子点复合,所得材料在碱性介质中的稳定性与商用Pt/C 或Ir/C 电催化剂相当.其优异的催化性能来源于氧化石墨烯在水热条件下形成三维气凝胶结构,使葡萄糖与硼酸形成的硼掺杂石墨烯量子点均匀地分布在石墨烯表面.在该反应过程中,葡萄糖的作用非常重要,在缺少葡萄糖的条件下不能形成硼掺杂的石墨烯量子点.将碳点与金属纳米粒子和半导体纳米晶等进行组装,获得不同的微纳结构,也可以实现对碳点性能的提升.碳点丰富的金属结合位点、多种配体环境和优异的电子给体/受体性质为调节催化剂的局部电子结构和活性提供了更多的可能性;另外,碳点适合用作载体材料来提高催化剂的导电性和稳定性.将碳点与钴纳米粒子复合制备电催化剂[N -C@Co NPs ,图8(A )],对钴纳米粒子的形貌和界面进行调控可使其在酸性和碱性介质中均表现出优异的析氢活性(10mA/cm 2时的过电位分别为137和134mV ),在碱性介质中表现出优异的析氧活性(10mA/cm 2时的过电位为353mV ).这样的催化活性超过了之前报道的大多数钴基电催化剂,并可与许多优秀的非贵金属电催化剂相媲美[20].此外,用碳点修饰电子传输层对于提升钙钛矿基太阳能电池的性能也取得了较好的效果[图8(B )~(D )][44].3碳点的应用3.1生物医学领域近年来,红光碳点凭借其背景光干扰小、组织穿透性强及对生物体伤害小等特性而备受青睐.本Fig.8Composition,hybrid and properties of carbon dots [44](A)Schematic illustration of the preparation of N⁃C@Co NPs electrocatalysts [20];(B)cross⁃sectional SEM image of the MAPbI 3solar cell;(C)current density versus voltage of the MAPbI 3solar cells with and without CDs;(D)incident photon⁃to⁃currentefficiency(IPCE)spectra of MAPbI 3solar cells with(blue symbols)and without(black symbols)the CDs layer.(A)Copyright 2019,American Chemical Society;(B —D)Copyright 2020,John Wiley &Sons,Inc.355Vol.42高等学校化学学报课题组[9]选择邻苯二胺作为前驱体,通过一步水热法成功制备了生物相容性好、半峰宽窄且发光效率高的红光CPDs ,并详细探究了其在活体成像中的应用.研究结果表明,所制备的CPDs 可以通过肝胆系统排出体外.该发现不仅是对CPDs 在体内代谢过程的重要补充,而且对其在生物医学及临床分析中的应用也具有重要指导意义.令人惊喜的是,该CPDs 还可以通过血脑屏障,说明CPDs 在脑部疾病的诊断治疗方面具有重要应用价值.深红光/近红外光碳点(发射波长>660nm )发射的光能量低、光散射弱且穿透性强,具有成像对比度好及空间分辨率高等优势,因而受到研究者们的广泛关注.但目前深红光/近红外光碳点往往存在荧光量子效率低、半峰宽较宽、生物相容性差且需要蓝绿光激发等缺点,达不到成像的要求.本课题组[8]设计制备了一种高荧光量子产率的近红外聚合物碳点,其具有很强的双光子荧光性质,使激发光和发射光波长红移,更容易穿透活体组织,避免细胞自发荧光的影响,对生物活体标记的发展具有重要意义(图9).Liu 等[50]以红豆杉树叶为原料,采用溶剂热法制备了半峰宽约为20nm 、发射波长在673nm 的深红光CPDs (图10).在良溶剂中,CPDs 在413nm 和660nm 激发光激发下,量子产率分别高达59%和31%.他们通过热分析和流变仪的黏度测定等手段,在一定程度上揭示了CPDs 的聚合物特性.该工作证实了CPDs 具有较低的细胞毒性和良好的生物安全性,在体内经过肾脏及肝胆双通道的代谢途径;而Fig.9Bio⁃imaging applications of CPDs with NIR emissions [8](A)Scheme of the prepraration CPDs;(B —D)TEM,HRTEM and fast Fourier transform image of CPDs,respectively.Copyright 2017,John Wiley &Sons,Inc.Fig.10Preparation and polymer charaterizaions of CPDs with deep⁃red emission [50](A)Synthetic route;(B)DSC curves;(C)In vivo imaging of supine nude mice with intravenous injection of CPDs;(D)two⁃photon bioimaging of CPDs;(E)viscosity analysis.Copyright 2020,John Wiley &Sons,Inc.356No.2孙海珠等:碳点的设计合成、结构调控及应用其深红光发射在双光子生物成像中大大提高了成像的穿透深度和对比度.开发新的探针来监测活细胞pH 值的变化对鉴定细胞活力和测试抗癌药效率具有重要意义.本课题组[51]以柠檬酸和邻苯二胺为原料制备了一种适用于极端pH 值的新型CPDs (CA/oPD -CPDs ).共存的亲水基团和疏水基团使CA/oPD -CPDs 在中性条件下倾向于聚集,此时荧光强度显著降低.但在酸性和碱性条件下分散良好,发光较强.这种特性使它们能够选择性地照亮细胞中的溶酶体.此外,作为生物成像剂,CA/oPD -CPDs 在激光照射下可以在胞浆中持续记录细胞凋亡过程中胞内pH 值的变化.在活细胞中经2h 激光照射后,CA/oPD -CPDs 表现出持续的荧光增强,为长期跟踪单细胞奠定了基础(图11).此外,最近的研究结果表明,碳点还可以作为有效的抗磁性MRI 造影剂.Zhang 等[52]利用封装有碳点的脂质体去标记人类胶质瘤细胞并将其植入小鼠大脑,发现被碳点标记的细胞能够被清楚地区分出来.这一研究结果表明碳点将有望用于深部组织的活体成像.3.2电催化和光催化领域将碳点与二氧化钛、类石墨氮化碳或多种过渡金属基纳米材料复合,通过优化比例、温度、时间及溶剂等反应条件调控界面接触性质,得到复合催化剂,可利用各组分之间的协同催化过程提升性能.高效稳定的钌基全裂解水电催化剂的合成具有重要意义,但设计难度较大.本课题组[53]采用金属钴和碳点分别对Ru 的本体和表面电子结构进行修饰,开发了一种高效的RuCo@CDs 电催化剂[图12(A )].该电催化剂在全pH 值范围内展现出优异的析氢和析氧电催化活性和稳定性.实验结果和密度泛函理Fig.11Applications of CPDs in lysosomes imaging,pH monitoring in cells and PL enhancement [51]Copyright 2020,ElsevierInc.Fig.12Application of CPDs in electrocatalyst [53](A)Schematic illustration of the synthesis and structure of the RuCo@CD catalyst;(B —E)theory simulations on the properties.Copyright 2020,Royal Society of Chemistry.357。
中波开源网络分析仪的改造及天调网络实验板的设计与实现
28Internet Technology互联网+技术Multisim 仿真分析软件模拟在1.5KΩ负载下的100nF、200nF、500nF 和0.1uF 耦合信号大小变化情况,并没有明显变化。
在网络分析仪原理图中,3个SA612AD 双平衡混频器的8脚Vcc 供电滤波电路由100nF、100pF 电容和4.7uH 电感组成。
经过分析,发现该滤波电路对中波频率的滤除不太干净。
因此,使用Multisim 仿真分析软件模拟了该滤波电路,在仿真中发现500KHz-3MHz 频率范围内的干扰无法有效滤除。
为了解决这个问题,设计了在该滤波电路中增加一个容量为10uF 的滤波电容C3,这样就可以有效滤除500KHz-6MHz 频率范围内的干扰。
做好以上准备后,开始改造网络分析仪。
增加了TX 头到U7(SA612AD)双平衡混频器1、2脚的线路板连线,并使用覆铜加固,以提高信号传输质量。
还加强了3个SA612AD 双平衡混频器和模拟电路的信号屏蔽,通过在8脚供电滤波电路的100nF 电容上增加5-10uF 电容来实现。
除此之外,还对C45、C46进行了处理,将其焊接在C46焊盘上,并在C46焊盘上焊接了5-10uF 电容。
同样的方式处理了U7(C36、C37)和U9(C54、C55)的滤波电容。
此外,将R36、R39、R42、R44、R47、R48、R49拆卸,并通过打磨焊盘之间的绝缘层,并使用含银焊锡加固,以增加横截面面积,然后将所有电阻重新焊接。
在通电测试中检查网络分析仪是否正常工作,并给3个SA612AD 和模拟电路加装信号屏蔽装置。
经过软件和硬件方面的改造,改进效果如图所示。
重新校准后,在中波发射台区进行测试,抗干扰能力得到明显改善。
一、引言网络技术和通信领域的发展在现代社会中扮演着重要的角色,使得人们在跨越时空的同时,能够互相交流和分享信息。
然而,网络的优化和维护对于确保其稳定性和效率至关重要。
本文旨在探讨网络分析仪的改造和网络试验板的设计,以提高网络调整和设计的能力。
东北师范大学物化实验报告
(三)电镀效率的测定原理
根据法拉弟定律,在电镀镍时,通过电镀槽的电量若为l F(96500 C),则应得镍镀层0.5 mol(58.69/2 g)。而实际上沉积的镍不到0.5 mol,这是由于在电镀过程中,阴极上进行的 - - 反应不只是Ni2++2e = Ni,还有2H++2e = H2副反应的存在,使得用于沉积金属的电流只是 通过总电流的一部分,而其余部分消耗在副反应上,所以电流效率达不到100%。电流效率 计算公式( II-13-3 )如下:
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(网络教育)
实
验
报
告
学习中心:西安奥鹏教育 专业名称:
化ห้องสมุดไป่ตู้学
课程名称: 物理化学 学 姓 号:11095272406001 名:
余乐
2013
年
8 月 26
日
报
课程名称:物理化学
告
正
文
实验日期: 2013 年 7 月 4 日 开始时间: 9 时 30 分; 实验题目:金属的腐蚀 同 组 者:黎鹏
四、实验步骤
(一)具体操作方法
1. 配制电镀溶液(已配好) 2. 梯形槽实验 将铜阴极和镍阳极均用金相砂纸打磨光亮,用水冲洗干净。在267 mL梯形槽中注入一 定量的普通镀镍溶液,装上阳极、阴极试片,接通电源,控制电流在1A,电镀5 min后,取出 阴极片用水冲洗,观察其外观,并将试片各区域的镀层外观按下述符号记录下来。
5 实验结果与讨论
5.1 实验结果
图 1-1 金属在 0.5mol/L H2SO4 及 0.5mol/L H2SO4+0.5mol/LNaCl 中的开路电位
图 1-2 金属在 0.5mol/LH2SO4 及 0.5mol/L H2SO4+0.5mol/LNaCl 中的阳极极化曲线
二硫化钼-碳复合材料用作钠离子电容电池负极材料
二硫化钼-碳复合材料用作钠离子电容电池负极材料赵立平;孟未帅;王宏宇;齐力【摘要】采用水热方法合成了二硫化钼-碳复合材料(MoS2-c).使用X射线衍射,扫描电子显微镜,透射电子显微镜,氮气吸-脱附和热重分析等手段对材料进行了物性表征.研究了MoS2-C储钠机理,将其用作有机系钠离子电容电池负极材料,组装了MoS2-C/AC电容电池,研究了电容电池的电化学性能.测试结果显示电容电池具有较高比能量和比功率,也表现出了较好的循环稳定性,经1000次循环后容量保持率高达96%.%A molybdenum disulfide-carbon composite (MoS2-C) was prepared by a hydrothermal method.Xray diffraction (XRD),scanning electron microscopy (SEM),transmission electron microscopy (TEM),thermogravimetric analysis (TGA),and N2 adsorption-desorption tests were employed to characterize the physical properties of the composite.The charge storage mechanism of the MoS2-C was also investigated.The MoS2-C can be used as the negative electrode for supercapatteries using Na+-based organic electrolytes.A supercapattery of MoS2-C/AC (activated carbon) was constructed and its electrochemical performance wasstudied.The fabricated supercapattery exhibited relatively high energy density and power density.It also showed high cycle stability,displaying a 96% capacity retention after 1000 cycles.【期刊名称】《物理化学学报》【年(卷),期】2017(033)004【总页数】8页(P787-794)【关键词】二硫化钼;活性炭;钠离子;负极材料;电容电池【作者】赵立平;孟未帅;王宏宇;齐力【作者单位】辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,辽宁抚顺113001;东北师范大学化学学院,长春130024;辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,辽宁抚顺113001;中国科学院长春应用化学研究所,电分析国家重点实验室,长春130022;中国科学院长春应用化学研究所,电分析国家重点实验室,长春130022【正文语种】中文【中图分类】O646锂离子电池已经成功地商业化很多年,很多优秀的锂离子电池电极材料1-3和电解液4-6被报道出来。
非平行板电容器电容计算的修正
非平行板电容器电容计算的修正
赵林明;刘影;刘博;宋辉武;赵曰峰;刘宏刚
【期刊名称】《大学物理》
【年(卷),期】2014(033)007
【摘要】在计算非平行板电容器的电场和电容时,以往文献大多忽略分布在电容器外部的电荷.本文将电容器外部电荷纳入计算过程,用三种方法得到更加准确的非平行板电容器电容,较其他文献新增了修正项.
【总页数】4页(P17-19,41)
【作者】赵林明;刘影;刘博;宋辉武;赵曰峰;刘宏刚
【作者单位】东北师范大学物理学院,吉林长春130024;东北师范大学物理学院,吉林长春130024;东北师范大学物理学院,吉林长春130024;东北师范大学物理学院,吉林长春130024;东北师范大学物理学院,吉林长春130024;东北师范大学物理学院,吉林长春130024
【正文语种】中文
【中图分类】O412
【相关文献】
1.非平行板电容器电场和电容计算的再研究 [J], 郑民伟
2.计及边缘效应的非平行板电容器的电容计算 [J], 江昌龙
3.非平行板电容器电场和电容的进一步计算 [J], 郑民伟
4.非平行板电容器电容和电场的两种计算方法之讨论 [J], 李建青;马争争;田旭
5.用电容器的电阻和电容特性公式计算非平行板电容器的电容 [J], 葛松华;唐亚明
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利用微元法求电容器电容
利用微元法求电容器电容
张丽;张健
【期刊名称】《长春师范学院学报(自然科学版)》
【年(卷),期】2009(028)005
【摘要】本文利用微元法简洁地求出几种常见电容器的电容,同时给出椭圆柱形电容器电容的计算公式,它恰好是圆柱形电容器电容计算公式的推广.
【总页数】2页(P15-16)
【作者】张丽;张健
【作者单位】空军航空大学飞行基础训练基地基础部,吉林长春,130022;空军航空大学飞行基础训练基地基础部,吉林长春,130022
【正文语种】中文
【中图分类】O441.1
【相关文献】
1.用复变反三角函数变换求共焦点椭圆柱形电容器的电势及电容 [J], 孙春峰
2.利用CB81电容器对35kV终端变电站耦合电容器带电测试 [J], 赵大光
3.用平行板电容器电容公式求非平行板电容器电容 [J], 黄绍书;王金霞
4.利用微元法求电容器电容 [J], 张丽;张健;
5.微元法的应用——利用质心求水压力 [J], 沙婵娟;
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电容容值的读法
各类电容容值的读法东北师范大学伍春霖各类电容容值的读法伍春霖(东北师范大学,长春)摘要:电容容量的大小就是表示能贮存电能的大小,电容对交流信号的阻碍作用称为容抗,它与交流信号的频率和电容量有关。
但是由于分类方法不一样,它的读法存在着一定的差异。
关键词:法拉(F)毫法(mF)、微法(uF)、纳法(nF)、皮法(pF)。
(其中:1法拉=103毫法=106微法=109纳法=1012皮法)我们常用的电容有:1、电解电容:多数在1µF以上,直接用数字表示。
如:4.7µF、100µF、220µF等等。
这种电容的两极有正负之分,长脚是正极。
2、瓷片电容:多数在1µF以下,直接用数字表示。
如:10、22、0.047、0.1等等,这里要注意的是单位。
凡用整数表示的,单位默认pF;凡用小数表示的,单位默认µF。
如以上例子中,分别是10P、22P、0.047µF、0.1µF等。
现在国际上流行另一种类似色环电阻的表示方法(单位默认pF):如:“473”即47000pF=0.047µF “103”即10000pF=0.01µF等等,“XXX”第一、二个数字是有效数字,第三个数字代表后面添加0的个数。
这种表示法已经相当普遍。
1、直标法直接标注法把耐压值直接印在电容器上3.2符号表示法采用一个数字和一个字母组合而成。
数字表示10的幂指数,字母表示数值,单位是V(伏)。
代表6.3*10=63V 2F代表3.15*100=315V 3A代表1.0*1000=1000V 1K代表8.0*10=80V 数字最大为4,如4Z代表90000V。
电容器耐压值2、文字符号法用数字和文字符号有规律的组合来表示容量。
如p10表示0.1pF,1p0表示1pF,6P8表示6.8pF, 2u2表示2.2uF.3、色标法用色环或色点表示电容器的主要参数。
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1F(法拉) 10 μF(微法) 10 pF(皮法)
6 12
1
二、电容器(capacitor) 在周围没有其它带电导体影响时,由两个导体 组成的导体体系,称为电容器。 如图所示,用导体空腔B把导体A 包围起来,B以外的导体和电场都 不会影响导体A以及A、B之间的电 场。可以证明,导体A、B之间的电 势差VAVB 与导体A所带电量成正 比,而与外界因素无关。 电容器的 电容定义为
C1
C Ci
i
VA
C2
Cn
VB
等效
VA
C
VB
令 U VA VB
q1 C1U
q2 C2U
qn CnU
q1 q2 qn C U
C C1 C2 Cn
6
2. 串联电容器的电容
1 1 C i Ci
等效
VA C1
C2
C3
Cn V B
§10-6 电容和电容器
一、孤立导体的电容(capacity) q 定义:孤立导体的电容 C U 孤立导体的电容只决定于导体自身的性状,而 与所带电荷和电势无关,它反映了孤立导体储存 电荷和电能的能力。 Q 例如,半径为R,带电量为Q的孤立 V 4 0 R 导体球,其电势表示为 Q 孤立导体球的电容为 C 4 0 R V 电容的单位: 称作F (法拉) 或记为 C / V (库仑/伏特 )。
VA C VB
令 U VA VB
U U1 U 2 U n
q q C1 , C2 , , Cn q U1 U2 Un
q q C U U1 U 2 U n
1 1 1 1 C C1 C2 Cn 1 1 7 C i Ci
Q Q 1 1 dr ( ) 2 RA 4 π r 4π 0 RA RB 0
Q C U AB
4π 0 RA RB C RA RB
4
3. 圆柱形电容器(同轴电缆) 两个长为 l 的圆柱体,圆柱面上带有等量异号的 电荷,其间距离 RBRA<< l ,线电荷密度为λ=Q/l 。
Q E 2π 0 r 2π 0lr
RB U AB E dl dr AB RA 2 π 0 RB ln 2π 0 RA
RA
RB
2π 0l Q C U AB ln( RB / RA )
5
四、电容器的联接 1. 并联电容器的电容
E
Q S 平行板电容器的电容与极板的面积S成正比,
3
与两极板之间的距离d成反比。
2. 同心球形电容器 两个同心金属球壳带有等量异号电荷 电量为Q,两球壳之间的场强为
RB RA
+Q
Q E 4π 0 r 2
RA r RB
-Q
两球壳间的电势差为
U AB
B
A
RB E dl
RB
RA
+Q
-Q
QA q C VA VB U AB
2
三、电容的计算 1. 平行板电容器 平行板电容器面积为S ,板间距为d 且 S d
2
Qd U AB E dl Ed A 0S 0S Q C U AB d
B
0 Q E 0 0S
例1 两根距离为d 的平行无限长直导线带等量异号 电荷, 构成电容器,设导线半径a<<d,求单位长度 d 的电容。 x
解 如图建立坐标系, 1 坐标轴上x处的场强可 E ( ) 2 π 0 x d x 由高斯定理求出 两导线间的电势差为
O
x
a
方向沿x轴正方向,式中是正电导线单位长度所带电量。
d a 1 1 1 d a d U AB E dx a ( )dx ln ln 2 π 0 x d x π 0 a π 0 a π 0 由此可算得单 C 位长度的电容为 U AB ln( d / a )
d a a
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