3D-printed integrative probeheads for magnetic resonance

射频探头前端作为核磁共振设备的核心部件之一，极大程度的决定着系统实验性能的优劣。探头前端通常由射频线圈、射频电路及样品检测管道等部分组成。现有的射频线圈制作技术主要是通过手工或机械手段按照所需的线圈形状进行绕制。但是，当线圈结构较为复杂、不规则，或体积尺寸较小时，常规绕制方法便难以满足结构设计和制造的精度需求，因此造成线圈性能的劣化，增大检测区域的射频场不均匀性，对核磁共振检测产生负面影响。本研究中，利用3D打印熔融沉积制造或光敏树脂选择性固化技术精确加工出一体化磁共振探头前端，使用常温液态金属填充线圈模型管路形成射频线圈，搭建出稳定的一体化磁共振射频探头。利用高精度3D打印和液态金属灌注技术制备出包含有射频线圈和定制化样品管道结构在内的一体化磁共振射频探头前端，克服了传统磁共振三维微型线圈成型困难、与样品腔匹配程度差等问题，提高了探头的信噪比，为定制化的磁共振检测提供了新思路。 该工作由厦门大学电子科学与技术学院陈忠教授、游学秋副研究员和孙惠军高级工程师共同指导完成，博士研究生谢君尧为论文第一作者。厦门大学电子科学与技术学院黄玉清高级工程师、王忻昌副教授、倪祖荣助理教授、硕士研究生张德超，化学化工学院杨朝勇教授、博士研究生李星锐，萨本栋微米纳米科学技术研究院陈宏教授为合作作者。【Abstract】Magnetic resonance (MR) technology has been widely employed in scientific research, clinical diagnosis and geological survey. However, the fabrication of MR radio frequency probeheads still face difficulties in integration, customization and miniaturization. Here, we utilized 3D printing and liquid metal filling techniques to fabricate integrative radio frequency probeheads for MR experiments. The 3D-printed probehead with micrometer precision generally consists of liquid metal coils, customized sample chambers and radio frequency circuit interfaces. We screened different 3D printing materials and optimized the liquid metals by incorporating metal microparticles. The 3D-printed probeheads are capable of performing both routine and nonconventional MR experiments, including in situ electrochemical analysis, in situ reaction monitoring with continues-flow paramagnetic particles and ions separation, and small-sample MR imaging. Due to the flexibility and accuracy of 3D printing techniques, we can accurately obtain complicated coil geometries at the micrometer scale, shortening the fabrication timescale and extending the application scenarios.The work is supported by the National Natural Science Foundation of China (Grants U1632274, 11761141010, U1805261, 11475142, 22073078, and 61801411), and China Postdoctoral Science Foundation (2017M622075).研究工作得到国家自然科学基金、中国博士后科学基金等项目支持

中国物理海洋学研究70年：发展历程、学术成就概览

本文概略评述新中国成立70年来物理海洋学各分支研究领域的发展历程和若干学术成就。中国物理海洋学研究起步于海浪、潮汐、近海环流与水团,以及以风暴潮为主的海洋气象灾害的研究。随着国力的增强,研究领域不断拓展,涌现了大量具有广泛影响力的研究成果,其中包括:提出了被国际广泛采用的"普遍风浪谱"和"涌浪谱",发展了第三代海浪数值模式;提出了"准调和分析方法"和"潮汐潮流永久预报"等潮汐潮流的分析和预报方法;发现并命名了"棉兰老潜流",揭示了东海黑潮的多核结构及其多尺度变异机理等,系统描述了太平洋西边界流系;提出了印度尼西亚贯穿流的南海分支(或称南海贯穿流);不断完善了中国近海陆架环流系统,在南海环流、黑潮及其分支、台湾暖流、闽浙沿岸流、黄海冷水团环流、黄海暖流、渤海环流,以及陆架波方面均取得了深刻的认识;从大气桥和海洋桥两个方面对太平洋–印度洋–大西洋洋际相互作用进行了系统的总结;发展了浅海水团的研究方法,基本摸清了中国近海水团的分布和消长特征与机制,在大洋和极地水团分布及运动研究方面也做出了重要贡献;阐明了南海中尺度涡的宏观特征和生成机制,揭示了中尺度涡的三维结构,定量评估了其全球物质与能量输运能力;基本摸清了中国近海海洋锋的空间分布和季节变化特征,提出了地形、正压不稳定和斜压不稳定等锋面动力学机制;构建了"南海内波潜标观测网",实现了对内波生成–演变–消亡全过程机理的系统认识;发展了湍流的剪切不稳定理论,提出了海流"边缘不稳定"的概念,开发了海洋湍流模式,提出了湍流混合参数化的新方法等;在海洋内部混合机制和能量来源方面取得了新的认识,并阐述了混合对海洋深层环流、营养物质输运等过程的影响;研发了全球浪–潮–流耦合模式,推出一系列海洋与气候模式;发展了可同化主要海洋观测数据的海洋数据同化系统和用于ENSO预报的耦合同化系统;建立了达到国际水准的非地转(水槽/水池)和地转(旋转平台)物理模型实验平台;发展了ENSO预报的误差分析方法,建立了海洋和气候系统年代际变化的理论体系,揭示了中深层海洋对全球气候变化的响应;初步建成了中国近海海洋观测网;持续开展南北极调查研究;建立了台风、风暴潮、巨浪和海啸的业务化预报系统,为中国气象减灾提供保障;突破了国外的海洋技术封锁,研发了万米水深的深水水听器和海洋光学特性系列测量仪器;建立了溢油、危险化学品漂移扩散等预测模型,为伴随海洋资源开发所带来的风险事故的应急处理和预警预报提供科学支撑。文中引用的大量学术成果文献(每位第一作者优选不超过3篇)显示,经过70年的发展,中国物理海洋学研究培养了一支实力雄厚的科研队伍,这是最宝贵的成果。这支队伍必将成为中国物理海洋学研究攀登新高峰的主力军

Damage to mangroves from extreme cold in early 2008 in southern China

通讯作者Author for correspondence (E-mail: [email protected])2008年初,我国南方19个省经历了50年一遇的持续低温雨雪冰冻天气。极端气候对华南沿海各省的红树林区造成不同程度的危害。2008年3月,在我国南方各省红树林区的10个代表性地点,对这次寒害造成的红树植物伤害程度进行了系统的调查。结果表明:冬季低温对红树林的影响极为显著,特别是在低纬度的海南、广西和广东湛江,由于极端低温正值夜间退潮,对红树林的影响更为显著;在纬度较高的福建,本地红树种类秋茄(Kandelia obovata)、桐花树(Aegiceras corniculatum)和白骨壤(Avicennia marina)及引种的木榄(Bruguiera gymnorrhiza)等,由于长期适应于冬季较低的气温或在种植前经过抗寒锻炼,具有较强的抗寒能力。各地主要红树植物中,广布种秋茄、桐花树和白骨壤最为耐寒,其耐寒性均大于红树科的木榄、海莲(Bruguiera sexangula)和红海榄(Rhizophora stylosa)。海桑(Sonneratia caseolaris)对温度的敏感性最强,抗寒能力最低,因此,即使在其原产地海南也受到较为严重的寒害,在纬度更高的引种地出现大面积受害甚至全部死亡,而从孟加拉国引种的无瓣海桑(Sonneratia apetala)却显示出一定的抗寒能力。同一地点的红树植物幼苗的抗寒能力低于大树。此次寒害也造成了苗圃场的种苗大量死亡,成熟的植株提前落花落果,这势必会影响后继一两年内红树林的自然更新和人工造林。因此,在未来红树林造林或人工引种中,一定要考虑到红树植物的抗寒能力。国家自然科学基金(30671646和30700092);厦门大学“闽江学者”启动基

麦秸分级预处理物料的热解过程研究

利用热重-傅立叶红外研究了麦秸、汽爆麦秸、发酵麦秸的热失重特性及其气体析出行为。三种麦秸的热失重表明,热失重过程主要分四个阶段:干燥阶段(30-150℃)、过渡阶段(150-250℃)、热解阶段(250-600℃)、半焦炭化阶段(600-900℃)。三种麦秸热分解及析出挥发分的机理过程分为两步,热解阶段发生羟基、羧基断裂、解聚,以自由基、转糖苷等机理途径形成含C-O-C基团、醇、醛、酸、酮和CO2、H2O、CH4等气体化合物,而CO的析出稍晚:半焦炭化阶段,主要以自由基机理途径依次析出烃类(包括CH4)、CO2、CO等气体。麦秸经过汽爆、固态发酵分级预处理不仅使热解干气的产率降低,热解可凝气体..

Mega and Microsporogenesis and Development of Female and Male Gamepothytes in Aegiceras corniculatum

用常规石蜡切片法和显微镜观察,对桐花树的胚胎发育早期进行研究,得到以下结果:1)花药由4个花粉囊组成,药壁包括表皮、药室内壁、中层及绒毡层,绒毡层为腺质绒毡层;2)小孢子母细胞减数分裂为同时型,四分体排列方式为四面体型;3)成熟花粉二细胞,有4个萌发孔;4)特立中央胎座,薄珠心,大孢子母细胞减数分裂形成T形排列的4个大孢子,合点端的大孢子具功能,成熟胚囊为七胞八核结构,胚囊发育类型为蓼型;5)花药壁中含单宁细胞团,发育过程中子房内的胎座出现类似于盐腺的结构.Viviparity is the distinct characteristic of some mangrove plants.Most researches focus on its physiology and ecology,but little is known on the early development stage of the embryo.In this paper,the sporogenesis and the development of female and male gamepothytes in Aegiceras corniculatum were studied by the means of paraffin-embed and microscope obesrvation.The results show that:(1) the wall of anther consists of four layers:epidermis,endothecium,middlelayers and tapetum from out to inside,and tapetum cell was secretory type;(2) cytokinesis of microsporocyte meiotic division was simultaneous type,and tetrasporophyte was tetrahedral;(3) mature pollen grain was 2-cell type,and contained four germ pores;(4) the ovule was double integuments,tenuinucellate,and megasporocyte divides into four T-type-allied megaspores by meiotic division.The megaspore near chalazae was the functional one.Embryo sac was Polygonum type.(5) there were groups of tannin-cell in the wall of anther,and secretory structures like the salt gland in the ovarys,showing that mangrove plants have developed some special systems in the reproduce apparatus to adapt themselve to the salt habitat

分级处理秸秆的热解过程

利用热重?傅立叶红外联用分析仪(TG?FTIR)研究了麦秸、汽爆麦秸、发酵麦秸的热失重特性及其气体析出行为.实验表明,热失重过程主要分4个阶段:干燥阶段(30~150℃)、过渡阶段(150~200℃)、热解阶段(200~600℃)、炭化阶段(600~900℃);析出挥发分的机理过程分为2步:热解初始阶段发生脱羟基、脱羧基、脱烷基和解聚反应,析出含C?O?C基团、醇、醛、酸、酮和CO2,CO,H2O,CH4等气体化合物,炭化阶段发生脱烷基、羰基等反应,先后依次析出CH4,CO2,CO等气体.汽爆、固态发酵分级处理麦秸不仅使热解干气的产率降低约20%~30%,热解液的产率增加,而且热解液中羧酸类产量分别减少了30%和50%左右

蒸汽汽爆、固态发酵分级处理对生物质快速热解的影响

为了改善生物质热解油的品质,本文引入了蒸汽汽爆、固态发酵对生物质进行了分级处理并脱除其中半纤维素和纤维素,降低了生物质的羧基和羟基含量。本文目的是研究分级处理改变生物质组分对其快速热解及其热解产品的影响。热解实验结果表明,汽爆、发酵处理使得焦产率增加,油产率略有增加,热解气产率降低;除汽爆处理增加了CO_2外,分级处理对热解气形成的规律影响较小:通过油品的GC/MS分析表明,汽爆、发酵分级处理脱除半纤维素、纤维素后,醋酸降低了36～49%,羟基丙酮减少了25～38.5%,而酚类产物明显增加。油品的热值也由原麦秸的16～17MJ/kg增加到22～24MJ/kg

分级处理秸秆的热解过程

利用热重-傅立叶红外联用分析仪（TG-FTIR）研究了麦秸、汽爆麦秸、发酵麦秸的热失重特性及其气体析出行为．实验表明，热失重过程主要分4个阶段：干燥阶段（30～150℃）、过渡阶段（150～200℃）、热解阶段（200～600℃）、炭化阶段（600～900℃）；析出挥发分的机理过程分为2步：热解初始阶段发生脱羟基、脱羧基、脱烷基和解聚反应，析出含C—O—C基团、醇、醛、酸、酮和CO2，CO，H2O，CH4等气体化合物，炭化阶段发生脱烷基、羰基等反应，先后依次析出CH4，CO2，CO等气体，汽爆、固态发酵分级处理麦秸不仅使热解干气的产率降低约20％～30％，热解液的产率增加，而且热解液中羧酸类产量分别减少了30％和50％左右

脉冲纹影技术及其在超声速燃烧室流场显示中的应用

超声速燃烧室内部流场具有流速快、温度高、背景光辐射强等特点,其流场显示较为困难。为此设计了一套脉冲纹影系统,该系统通过缩短曝光时间来冻结流场;另一方面,利用脉冲火花光源在短曝光时间内脉冲放电能量远高于燃烧室背景辐射能量的特点,有效消除了燃烧室背景辐射的影响。利用该系统对马赫数3.0的超临界煤油燃烧流场结构进行研究,得到了超临界煤油燃烧过程的清晰流场结构图像及其演化过程