荷電膜參數(shù)的介電譜解析和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法的探索研究項(xiàng)目摘要

對(duì)荷電膜基礎(chǔ)研究中的關(guān)鍵問(wèn)題，即膜結(jié)構(gòu)和電參數(shù)以及傳遞分離機(jī)制進(jìn)行深入研究。重點(diǎn)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(duì)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(jìn)行計(jì)算，以弄清荷電膜的分離機(jī)制；（2）考慮介電排斥和位阻效應(yīng)，修改原有的模型，并將測(cè)量和解析介電譜獲得的實(shí)際參數(shù)引入到新模型中以計(jì)算傳遞參數(shù)，從而更貼近實(shí)際狀態(tài)地表征傳遞分離機(jī)制；通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬驗(yàn)證模型介電解析的結(jié)果，以證實(shí)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(jī)理時(shí)的可信性；（3）在前兩個(gè)工作的基礎(chǔ)上，利用實(shí)驗(yàn)和解析獲得的膜相和孔內(nèi)部實(shí)際的介電常數(shù)以及孔徑等參數(shù)，對(duì)模擬的納濾膜污染過(guò)程中的各種電參數(shù)和傳遞參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以獲取膜的離子透過(guò)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(dǎo)率與膜的動(dòng)電參數(shù)和傳遞參數(shù)之間的定量關(guān)系，探索對(duì)膜分離過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)介電監(jiān)測(cè)技術(shù)的可行性。

在本項(xiàng)目執(zhí)行的三年（2010.1-2012.12）期限中，除了為解決在實(shí)施過(guò)程中遇到的新問(wèn)題，對(duì)計(jì)劃書(shū)中研究?jī)?nèi)容的比例有所調(diào)整之外，其它都是按照原計(jì)劃實(shí)施的。在本項(xiàng)目執(zhí)行的過(guò)程中，在學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文23篇，參加國(guó)際會(huì)議發(fā)表論文2篇，國(guó)內(nèi)邀請(qǐng)報(bào)告3次，會(huì)議論文15篇，超出了計(jì)劃和預(yù)期的成果。主要進(jìn)展如下： 1. 在荷電膜/溶液介電模型和電參數(shù)計(jì)算方法上，建立了描述分離膜的有效分離層中對(duì)離子極化的介電模型，通過(guò)修正理論公式，成功地計(jì)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(jì)算，從而揭示了離子在納濾膜中的透過(guò)時(shí)受到作用力等主要影響因素。 2. 利用荷電膜的傳遞模型，導(dǎo)出了在不同類(lèi)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(gè)新的依據(jù)。 3. 通過(guò)模擬難溶鹽對(duì)納濾膜的污染過(guò)程并對(duì)其介電譜進(jìn)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(cè)膜內(nèi)部或表面污染層信息方法的可行性，為介電譜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)膜污染過(guò)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(duì)分子構(gòu)象和柔性的影響；計(jì)算得到了反映分子尺寸和分子柔性的參數(shù)，并為標(biāo)度論和對(duì)離子凝聚理論研究聚電解質(zhì)溶液提供了實(shí)驗(yàn)實(shí)例。 5.通過(guò)對(duì)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(biāo)度關(guān)系揭示了該類(lèi)體系中的柔性、介觀有序性、微觀極化機(jī)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(xué)性質(zhì)。 6. 在對(duì)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(duì)有效選擇電流變液的分散相提供了一定的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。 綜上，迄今為止已在學(xué)術(shù)期刊正式發(fā)表的研究論文基本上概括了原申請(qǐng)書(shū)以及進(jìn)展報(bào)告中調(diào)整說(shuō)明的研究?jī)?nèi)容，取得的進(jìn)展有些是預(yù)期的。另外，還有一些是超出預(yù)期的。還有一些研究工作，包括實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理、論文的寫(xiě)作和投稿論文的修改正在進(jìn)行中，這些研究結(jié)果將在今后的1-3年內(nèi)體現(xiàn)出來(lái)。 2100433B

對(duì)干鐵電體而言，在顯示位移相變與有序一無(wú)序相變的體系中，動(dòng)態(tài)介電常數(shù)對(duì)與時(shí)間有關(guān)的外電場(chǎng)的響應(yīng)為共振型，其特征色散頻率處于遠(yuǎn)紅外區(qū)域。而對(duì)于弛豫性材料，其色散頻率處干微波或射頻范圍。介電譜對(duì)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(duì)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)和振動(dòng)控制的研究基本是分別進(jìn)行，缺乏對(duì)建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)與振動(dòng)控制實(shí)時(shí)結(jié)合進(jìn)行研究。然而，將結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和振動(dòng)控制系統(tǒng)分開(kāi)，在實(shí)際應(yīng)用這兩種系統(tǒng)時(shí)，不僅不經(jīng)濟(jì)，更重要的是會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在受到未知荷載、發(fā)生損傷時(shí)無(wú)法對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)有效進(jìn)行振動(dòng)控制。本項(xiàng)目針對(duì)現(xiàn)有研究的不足和實(shí)際結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)與控制的需求，尤其是若干需解決的問(wèn)題。研究：1）結(jié)構(gòu)未知荷載辨識(shí)與振動(dòng)控制實(shí)時(shí)結(jié)合；2）結(jié)構(gòu)被動(dòng)控制/隔震控制力的實(shí)時(shí)辨識(shí)；3）小型結(jié)構(gòu)突發(fā)損傷診斷與主動(dòng)/半主動(dòng)振動(dòng)控制實(shí)時(shí)結(jié)合；4）大型結(jié)構(gòu)突發(fā)損傷分散診斷與分散主動(dòng)/半主動(dòng)振動(dòng)控制實(shí)時(shí)結(jié)合，提出有效對(duì)結(jié)構(gòu)荷載與結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)與主動(dòng)/被動(dòng)振動(dòng)控制實(shí)時(shí)相結(jié)合的理論方法，達(dá)到實(shí)時(shí)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與有效振動(dòng)控制結(jié)合的目的。實(shí)時(shí)地將結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)與振動(dòng)控制相結(jié)合進(jìn)行研究，是本項(xiàng)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(xué)術(shù)創(chuàng)新，且具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值與前景。