荷电膜参数的介电谱解析和实时监测方法的探索研究

在本项目执行的三年（2010.1-2012.12）期限中，除了为解决在实施过程中遇到的新问题，对计划书中研究内容的比例有所调整之外，其它都是按照原计划实施的。在本项目执行的过程中，在学术期刊上发表论文23篇，参加国际会议发表论文2篇，国内邀请报告3次，会议论文15篇，超出了计划和预期的成果。主要进展如下： 1. 在荷电膜/溶液介电模型和电参数计算方法上，建立了描述分离膜的有效分离层中对离子极化的介电模型，通过修正理论公式，成功地计算了与膜孔结构和电性质相关的物理参数；利用解析高频介电谱获得的膜/液体系内各组成相的介电常数，完成了离子的溶剂化能的计算，从而揭示了离子在纳滤膜中的透过时受到作用力等主要影响因素。 2. 利用荷电膜的传递模型，导出了在不同类型电解质中膜体积电荷密度与离子分布系数之间的关系式；建立了膜体积电荷密度和传递参数之间的关系，为判断膜的离子选择性和截留率提供了一个新的依据。 3. 通过模拟难溶盐对纳滤膜的污染过程并对其介电谱进行解析，建立了介电参数和膜内各层电参数以及结构参数的定量关系，证明了介电谱作为一种监测膜内部或表面污染层信息方法的可行性，为介电谱实时监测膜污染过程的可行性奠定了基础。 4. 在聚电解质溶液的构象和相互作用的研究上，从相互作用角度探讨了支链对分子构象和柔性的影响；计算得到了反映分子尺寸和分子柔性的参数，并为标度论和对离子凝聚理论研究聚电解质溶液提供了实验实例。 5.通过对疏水/亲水性离子液体参与构筑的胶束和微乳液的介电谱研究，利用标度关系揭示了该类体系中的柔性、介观有序性、微观极化机制等软物质特征，阐述了微乳液中的渗滤、离子迁移、微观结构和相互作用等物理化学性质。 6. 在对胶体粒子的介电性和流变性关系的研究结果中发现，两者间的依存性取决于粒子浓度和晶型，该结果对有效选择电流变液的分散相提供了一定的实验依据。 综上，迄今为止已在学术期刊正式发表的研究论文基本上概括了原申请书以及进展报告中调整说明的研究内容，取得的进展有些是预期的。另外，还有一些是超出预期的。还有一些研究工作，包括实验数据的处理、论文的写作和投稿论文的修改正在进行中，这些研究结果将在今后的1-3年内体现出来。 2100433B

对荷电膜基础研究中的关键问题，即膜结构和电参数以及传递分离机制进行深入研究。重点在：（1）利用介电谱解析获得的数据以及胶体体系中的柱状模型对荷电膜在工作状态下的厚度、孔径、以及膜表面和孔内的电参数进行计算，以弄清荷电膜的分离机制；（2）考虑介电排斥和位阻效应，修改原有的模型，并将测量和解析介电谱获得的实际参数引入到新模型中以计算传递参数，从而更贴近实际状态地表征传递分离机制；通过计算机模拟验证模型介电解析的结果，以证实建立的解析法在利用这些传递参数表征膜的传递分离机理时的可信性；（3）在前两个工作的基础上，利用实验和解析获得的膜相和孔内部实际的介电常数以及孔径等参数，对模拟的纳滤膜污染过程中的各种电参数和传递参数进行监测，以获取膜的离子透过性和渗透量的信息；（4）建立膜相、孔内溶液相介电常数和电导率与膜的动电参数和传递参数之间的定量关系，探索对膜分离过程进行实时介电监测技术的可行性。

对干铁电体而言，在显示位移相变与有序一无序相变的体系中，动态介电常数对与时间有关的外电场的响应为共振型，其特征色散频率处于远红外区域。而对于弛豫性材料，其色散频率处干微波或射频范围。介电谱对研究材料介电常数的频率特性，及相变特性有重要意义 。

迄今对结构健康监测和振动控制的研究基本是分别进行，缺乏对建筑结构监测与振动控制实时结合进行研究。然而，将结构监测系统和振动控制系统分开，在实际应用这两种系统时，不仅不经济，更重要的是会导致结构在受到未知荷载、发生损伤时无法对结构实时有效进行振动控制。本项目针对现有研究的不足和实际结构监测与控制的需求，尤其是若干需解决的问题。研究：1）结构未知荷载辨识与振动控制实时结合；2）结构被动控制/隔震控制力的实时辨识；3）小型结构突发损伤诊断与主动/半主动振动控制实时结合；4）大型结构突发损伤分散诊断与分散主动/半主动振动控制实时结合，提出有效对结构荷载与结构损伤监测与主动/被动振动控制实时相结合的理论方法，达到实时对建筑结构进行监测与有效振动控制结合的目的。实时地将结构监测与振动控制相结合进行研究，是本项目最显著的特色与创新，提出的方法不仅在理论上具有学术创新，且具有实际应用价值与前景。