荷電膜參數(shù)的介電譜解析和實時監(jiān)測方法的探索研究

在本項目執(zhí)行的三年（2010.1-2012.12）期限中，除了為解決在實施過程中遇到的新問題，對計劃書中研究內(nèi)容的比例有所調(diào)整之外，其它都是按照原計劃實施的。在本項目執(zhí)行的過程中，在學術(shù)期刊上發(fā)表論文23篇，參加國際會議發(fā)表論文2篇，國內(nèi)邀請報告3次，會議論文15篇，超出了計劃和預期的成果。主要進展如下： 1. 在荷電膜/溶液介電模型和電參數(shù)計算方法上，建立了描述分離膜的有效分離層中對離子極化的介電模型，通過修正理論公式，成功地計算了與膜孔結(jié)構(gòu)和電性質(zhì)相關(guān)的物理參數(shù)；利用解析高頻介電譜獲得的膜/液體系內(nèi)各組成相的介電常數(shù)，完成了離子的溶劑化能的計算，從而揭示了離子在納濾膜中的透過時受到作用力等主要影響因素。 2. 利用荷電膜的傳遞模型，導出了在不同類型電解質(zhì)中膜體積電荷密度與離子分布系數(shù)之間的關(guān)系式；建立了膜體積電荷密度和傳遞參數(shù)之間的關(guān)系，為判斷膜的離子選擇性和截留率提供了一個新的依據(jù)。 3. 通過模擬難溶鹽對納濾膜的污染過程并對其介電譜進行解析，建立了介電參數(shù)和膜內(nèi)各層電參數(shù)以及結(jié)構(gòu)參數(shù)的定量關(guān)系，證明了介電譜作為一種監(jiān)測膜內(nèi)部或表面污染層信息方法的可行性，為介電譜實時監(jiān)測膜污染過程的可行性奠定了基礎(chǔ)。 4. 在聚電解質(zhì)溶液的構(gòu)象和相互作用的研究上，從相互作用角度探討了支鏈對分子構(gòu)象和柔性的影響；計算得到了反映分子尺寸和分子柔性的參數(shù)，并為標度論和對離子凝聚理論研究聚電解質(zhì)溶液提供了實驗實例。 5.通過對疏水/親水性離子液體參與構(gòu)筑的膠束和微乳液的介電譜研究，利用標度關(guān)系揭示了該類體系中的柔性、介觀有序性、微觀極化機制等軟物質(zhì)特征，闡述了微乳液中的滲濾、離子遷移、微觀結(jié)構(gòu)和相互作用等物理化學性質(zhì)。 6. 在對膠體粒子的介電性和流變性關(guān)系的研究結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，兩者間的依存性取決于粒子濃度和晶型，該結(jié)果對有效選擇電流變液的分散相提供了一定的實驗依據(jù)。 綜上，迄今為止已在學術(shù)期刊正式發(fā)表的研究論文基本上概括了原申請書以及進展報告中調(diào)整說明的研究內(nèi)容，取得的進展有些是預期的。另外，還有一些是超出預期的。還有一些研究工作，包括實驗數(shù)據(jù)的處理、論文的寫作和投稿論文的修改正在進行中，這些研究結(jié)果將在今后的1-3年內(nèi)體現(xiàn)出來。 2100433B

對荷電膜基礎(chǔ)研究中的關(guān)鍵問題，即膜結(jié)構(gòu)和電參數(shù)以及傳遞分離機制進行深入研究。重點在：（1）利用介電譜解析獲得的數(shù)據(jù)以及膠體體系中的柱狀模型對荷電膜在工作狀態(tài)下的厚度、孔徑、以及膜表面和孔內(nèi)的電參數(shù)進行計算，以弄清荷電膜的分離機制；（2）考慮介電排斥和位阻效應，修改原有的模型，并將測量和解析介電譜獲得的實際參數(shù)引入到新模型中以計算傳遞參數(shù)，從而更貼近實際狀態(tài)地表征傳遞分離機制；通過計算機模擬驗證模型介電解析的結(jié)果，以證實建立的解析法在利用這些傳遞參數(shù)表征膜的傳遞分離機理時的可信性；（3）在前兩個工作的基礎(chǔ)上，利用實驗和解析獲得的膜相和孔內(nèi)部實際的介電常數(shù)以及孔徑等參數(shù)，對模擬的納濾膜污染過程中的各種電參數(shù)和傳遞參數(shù)進行監(jiān)測，以獲取膜的離子透過性和滲透量的信息；（4）建立膜相、孔內(nèi)溶液相介電常數(shù)和電導率與膜的動電參數(shù)和傳遞參數(shù)之間的定量關(guān)系，探索對膜分離過程進行實時介電監(jiān)測技術(shù)的可行性。

對干鐵電體而言，在顯示位移相變與有序一無序相變的體系中，動態(tài)介電常數(shù)對與時間有關(guān)的外電場的響應為共振型，其特征色散頻率處于遠紅外區(qū)域。而對于弛豫性材料，其色散頻率處干微波或射頻范圍。介電譜對研究材料介電常數(shù)的頻率特性，及相變特性有重要意義 。

迄今對結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和振動控制的研究基本是分別進行，缺乏對建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測與振動控制實時結(jié)合進行研究。然而，將結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)和振動控制系統(tǒng)分開，在實際應用這兩種系統(tǒng)時，不僅不經(jīng)濟，更重要的是會導致結(jié)構(gòu)在受到未知荷載、發(fā)生損傷時無法對結(jié)構(gòu)實時有效進行振動控制。本項目針對現(xiàn)有研究的不足和實際結(jié)構(gòu)監(jiān)測與控制的需求，尤其是若干需解決的問題。研究：1）結(jié)構(gòu)未知荷載辨識與振動控制實時結(jié)合；2）結(jié)構(gòu)被動控制/隔震控制力的實時辨識；3）小型結(jié)構(gòu)突發(fā)損傷診斷與主動/半主動振動控制實時結(jié)合；4）大型結(jié)構(gòu)突發(fā)損傷分散診斷與分散主動/半主動振動控制實時結(jié)合，提出有效對結(jié)構(gòu)荷載與結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測與主動/被動振動控制實時相結(jié)合的理論方法，達到實時對建筑結(jié)構(gòu)進行監(jiān)測與有效振動控制結(jié)合的目的。實時地將結(jié)構(gòu)監(jiān)測與振動控制相結(jié)合進行研究，是本項目最顯著的特色與創(chuàng)新，提出的方法不僅在理論上具有學術(shù)創(chuàng)新，且具有實際應用價值與前景。