摘要：质子交换膜燃料电池的商业化有望在不久的将来实现更清洁的能源社会.然而,氧还原反应缓慢的反应动力学和苛刻的条件对质子交换膜燃料电池的寿命和成本产生了巨大的挑战.之前大多数铂基催化剂的设计都将重点更多地放在提高活性上.随着质子交换膜燃料电池的商业化,寿命问题也受到了更多的关注.对整个生命周期中结构演变进行深入地了解,有助于优化铂基催化剂的活性和寿命.原位电子显微表征以及其他原位技术的发展推动了对演变机理的揭示.本文着重介绍了铂基催化剂在结构演变方面的最新进展,具体包括催化剂合成、后处理以及电催化过程中的结构演变.本文所涉及的结构演变主要包含四组,分别是溶解与浸出、奥斯瓦尔德熟化与合并、偏析以及相变.此外,本文还列出了未来铂基氧还原电催化剂结构演变研究面临的一些挑战.铂溶解是铂基催化剂失效的主要原因之一.甫尔拜图显示了铂热力学稳定相的转化关系,但是实际溶解过程中受到复杂的动力学因素影响.铂溶解机理主要包括铂的直接电溶解和铂氧化物的化学溶解.在电化学老化过程中,铂的溶解往往伴随着晶面的粗化.铂溶解受到很多因素(包括尺寸、晶面以及微量的杂质等)的影响.合金化能够提高铂基催化剂的活性,但同时伴随着合金元素快速浸出的问题,这种现象在三电极体系以及实际燃料电池运行过程中都非常显著.核壳催化剂能够进一步提高铂的活性和利用率,但需要对核进行保护.利用脱合金可以制备具有更大电化学活性面积的催化剂,对燃料电池大功率运行时的性能更加有利.奥斯瓦尔德熟化和合并导致铂基催化剂的长大,在电催化以及热处理过程中导致催化剂性能的损失.燃料电池实际工况中碳腐蚀会加速合并,因此耐腐蚀的载体能够有效提高催化剂的稳定性.富过渡金属元素的低铂催化剂在热处理中更容易发生合并.然而不利的催化剂熟化和合并也提供了无表面活性剂合成高性能铂基催化剂的有效途径.在晶体生长、后处理以及电催化过程中都会发生元素偏析,通过控制热处理的气氛,可以实现元素分布的控制.偏析的晶体脱合金后可以方便地得到纳米框架.从无序合金到金属间化合物的转变能够同时提高催化剂的活性和稳定性,受到了广泛的关注.但是有序化转变需要较高的温度,往往会造成严重的烧结.相比高温直接转变,低温扩散预处理能够降低有序化转变温度,但是会造成催化剂球化.对于未来铂基氧还原电催化剂结构演变的研究,仍存在挑战.首先,更深入地了解结构演化需要具有更高时空分辨率甚至达到原子尺度的先进原位表征技术.其次,液相光电子能谱的开发可能是研究电催化过程中表面羟基/氧化物演化的一种具有前景的方法.此外,还需要努力建立结构演化过程中性能和结构之间的实时对应关系,从而区分出最优的中间结构.随后的挑战是保持催化剂的最佳结构.此外,还需要进一步探索更全面的避免不利演变和促进有利演变的策略.

摘要：随着摩尔定律的发展,在半导体器件、电池和生物医药器件尺度减小,结构精细,元器件的功率密度提高的趋势下,其对热界面材料的性能要求逐渐提高。微纳结构设计对材料的工作效率和使用寿命有很大影响。因此科研人员使用新的合成方案,结构设计,模拟及测量方法来改进热界面材料并提高电子器件的耐用持久性。本文综述了热界面材料的研究现状,分类总结了现有的几种热界面材料,如单一类型的热界面材料、含金属的热界面材料、无机-聚合物复合热界面材料等,详细介绍了应用电声耦合机理阐述微米纳米尺度复合材料热输运的进展,包括金属-金属界面、金属-非金属界面晶格振动、电子-声子耦合机制对微观热导率的影响,以及这些理论在钙钛矿电池、热界面材料设计和制备过程中的应用,以及测量界面热导率的设备和方法,如时域热反射测量系统、3ω法等,并展望了其未来发展方向。

摘要：传统腹腔镜手术器械手柄容易造成医生手部不适。增大接触面积和改变手部受力部位可提高手柄舒适度。利用逆向工程技术,获取人体手掌肌肉曲面特征,设计一款新型手柄。通过点云偏差分析,验证逆向工程设计的手柄曲面基本符合手掌曲面变化,偏差平均值为0.63mm。运用有限元分析方法,验证手部受力区域主要集中于大、小鱼际处。设计腹腔镜手术模拟实验,采用问卷调查与表面肌电信号检测的方法进行可用性评价。新手柄在主观评价上优于比对手柄,且存在显著性差异(P<0.05)。使用新手柄时肌肉疲劳度轻于比对手柄,但无显著性差异。

摘要：目的腹腔镜手术器械的运动分析是器械设计的重要指标,手术器械通过切口进入腹腔能到达的空间很大,然而器械实际操作中的运动幅度是有限的。本文测量模拟腹腔镜手术时器械的插入深度、偏转角度等参数,获得器械的实际运动空间。方法在腹腔镜手术训练系统上设置转移任务和缝合任务。采用双目视觉系统Micron Tracker捕捉每把器械上的标记点,获得标记点坐标以及相应的器械尖端坐标。通过数据处理,建立以操作平台为基准的坐标系,计算出器械的插入深度、偏转角度,最后获得器械运动空间的数学表达式。结果转移任务中左右器械运动空间基本对称,器械的插入深度约为154~240 mm,上下摆动的角度约为29°,左右摆动的角度约为30°。缝合任务中左右器械运动空间差距较大,右器械的摆动角度（上下45°,左右52.2°）明显比左器械大（上下27.7°,左右34.7°）。缝合任务中器械的运动空间比转移任务大。结论腹腔镜手术中器械的实际运动空间比器械所能到达的空间小。器械的实际运动空间受操作任务、插入点位置、左-右手等因素影响。本研究可用于传统腹腔镜手术的器械运动分析,也可为不同切口下器械的运动空间分析提供参考,并为新手术入路下的器械设计提供思路。

摘要：腹腔镜手术医师在临床手术前需要大量重复的技能训练,为了提高医师的训练效率,该文设计了一种客观腹腔镜训练的系统,能将任意实际曲线反映到程序里作为原定曲线,通过该系统实现实时纠正切割路径。通过分组实验,对比志愿者在有无使用纠偏系统下的偏移量大小和训练次数,完成对纠偏系统的有效性评价。实验表明,该纠偏系统能有效减少培训者在训练过程中的偏移量以及有效缩短培训时间,提高培训效率,节约成本。

摘要：目的基于腹腔镜模拟手术训练缺乏有效的训练系统的问题,本文采用双目视觉系统设计了一种腹腔镜模拟手术三维纠偏系统,以达到将原设定切割路径呈现在程序界面,同时实时显示手术刀尖端切割路径,并实现纠正切割路径。方法在Visual Studio 2010软件平台上对Micron Tracker进行二次开发,调用Micron Tracker函数库进行Marker点的识别,采用拉格朗日拟合算法拟合出原定路径,通过逐一调用器械尖端坐标画出器械尖端走过的轨迹。结果使用纠偏系统的A组志愿者和不使用纠偏系统的B组志愿者之间的偏移量比较得出:A组的25次实验整体X轴和Y轴正负平均偏移量均小于B组的偏移量;A、B两组第1次和第5次实验相比,正负平均偏移量均显著减少(PF-crit)。结论本研究设计的纠偏系统能有效减少培训者在培训过程中的偏移量及培训时间,提高培训效率。