网络首发
纤维素纳米晶/聚乙二醇湿敏变色薄膜的制备及性能
范松柏;吴玉婷;潘志娟;纤维素纳米晶（CNC）作为一种可再生纳米材料，凭借其高比表面积、丰富的羟基活性位点及可调控的吸湿特性，在湿度传感领域展现出独特优势。本研究采用硫酸水解法制备CNC，并通过自组装的方式制备CNC薄膜，系统探究了水解时间、自组装温度条件及超声处理参数对CNC产率及其形貌与结构的影响。为进一步提升和改善薄膜的湿度响应性和力学性能，引入不同比例的聚乙二醇（PEG）制备了CNC/PEG复合薄膜，利用傅里叶变换红外光谱和X射线衍射表征其化学结构与结晶行为，探究了CNC/PEG薄膜的力学性能及湿敏变色性能。结果表明，当水解时间为60 min时CNC产率最高可达19.8%，优化超声处理（功率120 W，时间7 min）可有效提升CNC的分散性能，改善CNC薄膜的湿敏变色效果；当PEG添加量为40%时，CNC/PEG复合薄膜的拉伸强度达16.2 MPa，湿度响应灵敏。该研究为基于天然高分子的绿色湿度传感器开发提供了理论依据与技术参考。
基于DEHMA的熔喷材料抗菌改性及性能研究
朱霞;曾倩茹;管可汗;徐海波;陈光富;张海峰;为解决熔喷空气过滤材料捕获有害微生物后仍存在二次污染风险的问题，本研究以聚丙烯（PP）熔喷材料为基材，通过化学接枝法先后将季铵盐类抗菌剂2-二甲基-2-十六烷基-1-甲基丙烯氧乙基溴化铵（DEHMA）、丙烯酸（AA）及银离子整理到其表面，制备了PP-DEHMA-AA与PP-DEHMA-AA-Ag两种抗菌材料。通过扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）及X射线光电子能谱（XPS）等多种表征手段证实了DEHMA与银离子的成功接枝。表征结果显示：接枝改性后，材料表面形貌出现明显颗粒，且EDS谱图中发现了DEHMA特有的Br元素及Ag元素。然而，该改性过程并未显著改变PP熔喷材料的晶体结构，其特征衍射峰仍保持在14.1°、17.9°和22.0°处。抗菌性能测试表明，改性材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有优异的抗菌效果，其中PP-DEHMA-AA对两种细菌的抗菌率分别为98.95%和99.15%；PP-DEHMA-AA-Ag的抗菌率进一步提升至99.43%和99.69%，且对金黄色葡萄球菌显示出更快的杀菌速率。这种增强效应归因于DEHMA的阳离子特性与银离子的多重抗菌机制的协同作用：DEHMA通过静电作用破坏细菌细胞膜结构，而银离子能够渗透细胞内部，破坏酶活性。本研究为开发高效抗菌空气过滤材料提供了可行路径。
片状羰基铁聚酯纤维增强复合材料制备及吸波性能研究
金欣怡;郭楠楠;冯进刚;何恒鑫;朱立成;庞添文;顾闻彦;片状羰基铁(Flake carbonyl iron powder， CIP)是一种典型的磁性损耗型吸波剂，但是其高密度的特点影响了材料的应用。本文将其与涤纶纤维材料(polyester， PET)复合，制备并考查了这种纤维吸波复合材料(CIP/PET/PU)的性能。首先，将两种不同尺寸的CIP，分别以不同浓度分散到水性聚氨酯(Waterborne polyurethane， PU)溶液中形成浸渍液；其次，将纤维材料没入浸渍液中，得到CIP/PET/PU。通过对CIP/PET/PU的微观形貌、吸波性能和力学性能的测试分析，发现在CIP/PET/PU正面和反面的微观形貌存在差异，横截面中CIP呈现从反面密集到正面稀疏的梯度分布特征，且尺寸较大的CIP更容易在材料反面形成致密的结构。CIP/PET/PU反面吸波性能显著优于正面，在采用较大尺寸CIP且m(CIP):m(PU)为1.5时，CIP/PET/PU在18 GHz处达到最低反射损耗-25 dB，即使在m(CIP):m(PU)为1.5×10-1的低填充量下仍存在有效吸收。CIP/PET/PU与未添加CIP的复合材料力学性能相比，呈现出不同的变化规律。尺寸较小的CIP在m(CIP): m(PU)为1.5×10-2时，形成的CIP/PET/PU的力学性能与未添加CIP的略高或者接近；而当CIP尺寸较大且m(CIP):m(PU)为1.5时，CIP/PET/PU的力学性能略优于未添加CIP的复合材料，而其他样品都显示出较差的力学性能。
自适应吸附磁轮系统优化设计研究 Study on Optimal Design of Adaptive Adsorption Magnetic Wheel System
周硕;李露;针对磁吸附爬壁机器人壁面适应性弱、越障能力不足的问题，提出一种内置可旋转永磁体阵列的自适应吸附磁轮系统。该系统通过可动联轴器结构，实现了自适应与主动调节两种吸附模式，可自主通过外直角壁面并主动完成内直角过渡。该系统采用模块化设计理念，可扩展出多种构型，适应多样化作业任务。基于静磁场理论，对比了三种永磁体阵列的充磁方案，确定Halbach阵列具有最优磁场性能。进一步以永磁体数量与圆弧度数为变量进行参数化优化，最终优选由5块永磁体构成、圆弧度为95°的阵列。样机测试表明，该系统在平直、内直角及外直角壁面的吸附力分别达56、34.3与29.5 N，与仿真结果一致。基于该系统构建的两轮机器人平稳实现内外直角壁面过渡，并在钢梁桥巡检中得到实际验证，证明了该系统的有效性与工程实用性。
基于改进海鸥算法的综合能源系统经济优化
屈玥含;李媛;刘晓琳;徐志凡;面对不可再生能源日益枯竭和环境持续恶化的双重压力，能源行业的紧张局势不断升级，提高综合能源系统的能源利用率尤为重要。为应对多个能源设备间复杂的耦合关系带来的挑战，本文构建了一种集成电、热、气、冷四种能源形式的综合能源系统模型，该模型充分考虑了功率平衡、供能设备以及储能设备等多重因素，使用加权和方法构建以系统总成本最小化为目标函数。针对优化问题的复杂性，提出了一种改进海鸥优化算法用于求解目标函数，算法主要通过引入Logistic-Tent混沌映射初始化海鸥种群，以增强初始解的均匀性；在并行搜索阶段融合莱维飞行策略，避免陷入局部最优；采用Sigmoid函数动态更新收敛因子B，在迭代过程中自适应协调全局探索与局部开发能力，提升算法搜索效率。为验证所提模型与算法的有效性，进行了仿真实验，结果表明，基于改进海鸥优化算法的综合能源系统调度模型可以提供更为经济的运行方案，相较于传统海鸥算法优化的模型，系统综合总成本降低了8.66%，执行效率提高了60.13%。
纳米材料对水泥基材料裂纹调控研究进展
高远;徐进东;胡钧翔;王思瑶;张邵峰;许家婧;尹乾;水泥基材料在工程中广泛应用，但其固有的脆性易导致裂缝产生，严重影响结构的耐久性与安全性。传统裂缝控制方法存在诸多局限，而纳米材料的出现为水泥基材料的裂纹调控提供了新的技术路径。本文系统综述了零维（如纳米SiO?）、一维（如碳纳米管）和二维（如石墨烯及其衍生物）纳米材料在水泥基材料中的增韧阻裂机制与研究进展。研究表明，纳米材料通过填充孔隙、促进水化、桥接微裂纹等多重作用，显著提升材料的断裂韧性、断裂能及裂纹扩展稳定性。纳米SiO?可优化界面过渡区并加速水化；碳纳米管凭借桥联效应在低掺量下显著延缓裂纹扩展；石墨烯及其衍生物则通过二维片层结构实现高效阻裂，展现出“低掺高效”的优势。此外，纳米材料与纤维、矿物掺合料的协同效应进一步增强了复合材料的损伤容限。未来研究应聚焦于纳米分散技术、多尺度模拟、极端环境耐久性及自感应-自修复一体化系统，以推动纳米改性水泥基材料向智能化、实用化方向发展。本文聚焦于不同纳米材料对水泥基材料断裂性能影响规律，为该领域的理性设计与工程应用提供更全面的参考。
柔性氧化铝基纳米纤维膜的制备及结构调控研究
张梦娇;李文哲;王文强;张瀚闻;傅秋霞;葛建龙;单浩如;氧化铝(Al2O3)纳米纤维作为一种性能优异的高温隔热材料，在航空航天、消防救援等领域具有广阔的应用前景。然而，Al2O3纤维在高温晶型转变过程中易发生晶粒快速生长，导致纤维脆化开裂，限制其实际应用。元素掺杂是抑制晶粒过度生长、改善Al2O3基纤维膜高温柔性失效问题的有效途径。本文结合溶胶-凝胶法与静电纺丝技术，通过引入Zr、Si掺杂元素，成功制备出具有良好柔性的二维Al2O3基纳米纤维膜。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等手段，系统研究了掺杂元素种类、掺杂比例及煅烧温度对纤维形貌与晶体结构的影响，并对纤维膜的拉伸强度、弯曲性能等力学性能进行了系统表征。结果表明，引入Zr元素掺杂可使纤维晶粒尺寸显著降低，同时提升其柔韧性。但该纤维膜在1400 ℃高温煅烧后，会出现晶粒粗化现象，并导致柔韧性显著下降。当掺杂元素为Si、铝硅摩尔比为6:1时，所得Al2O3-SiO2纳米纤维膜形貌均匀，晶体结构为稳定的莫来石相。该纤维膜在1400 ℃煅烧后仍保持良好的柔性；经1000 ℃煅烧后，其拉伸强度达1.03 MPa，500次弯折循环后弯曲刚度仍保持在70 mN，室温导热系数较低(0.0299 W·m-1·K-1)，表现出优异的综合性能。
生物质电催化剂在电催化析氢反应中的研究进展
冯娅桐;王萍;氢能因其储量丰富、制备工艺成熟及环境友好性而被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。然而，贵金属基析氢催化剂的高成本与资源稀缺性严重制约了其大规模应用。近年来，研究发现以碳材料为基底负载过渡金属有望实现高效电催化析氢。此类材料不仅来源广泛、成本低廉、环境兼容性好，更可通过组成与结构调控进一步提升其催化活性与稳定性。本文系统综述了生物质衍生碳材料的多种合成路径，包括热解法、水热碳化法以及其他新兴的制备技术，详细探讨了杂原子掺杂(N、P)与金属负载等改性策略对HER性能的影响机制，并重点分析了不同催化剂在酸性与碱性电解液中的电化学行为。研究表明，通过合理设计可调控碳载体孔隙结构、电子电导率及活性位点密度，部分生物质碳基催化剂在10 mA/cm2电流密度下过电位低于50 mV，Tafel斜率接近贵金属基准，展现出优异的催化性能与应用前景。最后，文章综述了该类材料在电解水系统中的实际应用进展，并对未来规模化合成与电极集成所面临的挑战作出展望，以期为低成本、高性能电催化剂的设计开发提供理论参考与技术路径。
纤维基碳气凝胶的制备工艺研究进展
黄智杰;于彩娇;单浩如;刘其霞;陈天烨;葛建龙;碳气凝胶凭借其高比表面积、超高孔隙率、低密度等特性而受到广泛关注。随着纤维材料研究和纳米技术的发展，采用纤维材料制备的纤维基碳气凝胶材料表现出更好的抗拉、抗压与耐疲劳等性能，丰富了碳气凝胶材料的制备途径和功能化发展。依据纤维基碳气凝胶材料的制备方法对其进行分类，综述了直接碳化法纤维基碳气凝胶、溶胶-凝胶法纤维基碳气凝胶、静电纺丝法碳气凝胶及三维(3D)打印纤维基碳气凝胶的制备原理方法及研究进展。分析了多种制备方法的影响因素及其对材料功能化应用的调控作用。最后对纤维基碳气凝胶材料的发展方向进行展望，基于绿色科研发展理念，提出制备过程效率化、产品绿色化、多领域交叉功能复合化的研究思路。
基于混合CNN-LSTM模型的心电图心律异常分类方法
鞠小林;周鑫;王皓晨;高瞻;心血管疾病是威胁人群健康的主要死因之一，心电图（electrocardiogram，ECG）作为非侵入性检查手段，在早期筛查和随访中具有重要意义。然而，多导联ECG信号易受工频干扰、基线漂移和肌电伪迹等噪声影响，个体差异显著，临床数据还存在类别不均衡及不同数据库采集条件不一致等问题，导致现有自动分析方法在鲁棒性和泛化能力方面仍显不足。为此，本文提出一种双分支ECG智能诊断框架。该框架包括基于MIT-BIH心律失常数据库的心律检测分支和基于PTB-XL十二导联数据库的疾病分类分支：前者构建融合卷积神经网络（convolutional neural networks，CNN）、长短期记忆网络（long short-term memory，LSTM）与注意力机制的CLA模型，实现心搏级心律失常检测和异常位置标注；后者在预处理后采用主成分分析（principal component analysis，PCA）降维，并将特征输入改进的MLP+模型结合重采样策略，实现多类心血管疾病分类。两分支在各自任务上独立训练与评估，其输出可在临床中从节律与疾病两方面提供互补信息。实验结果表明，该框架在MIT-BIH心律失常检测和PTB-XL疾病分类任务中均取得较高的准确率（98.97%和89.97%）和加权F1值，具有良好的噪声鲁棒性和应用前景。