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超高分子量的环形刷子聚合物
hxgwzu 2011-5-21 11:27
超高分子量的环形刷子聚合物
在材料科学领域,控制聚合物的结构形态以达到某种预设的性质或特征,一直是一个重要的研究目标。 一支来自美国GIT(the California Institute of Technology)的,由Robert H. Grubbs教授领衔的研究团队,挑战了这一难题,成功合成了一种大环有机纳米结构。论文在线发表在2011年5月的 Angew. Chem. Int. Ed. 期刊上(2009年IF=11.848)。 他们从各种各样的大单体(macromonomers)出发,利用一种能够促进环扩张转位聚合(ring expansion metathesis polymerization,REMP)的钌基催化剂(如下图),制备出了超高分子量的环形刷子聚合物(cyclic brush polymers,CBPs)。产物用静态LS及GPC-LS作了表征,同时用AFM技术进行了成像测定,表明直径大约有100-180 nm大小。 Reference : Synthesis and Direct Imaging of Ultrahigh Molecular Weight Cyclic Brush Polymers , Yan Xia, Andrew J. Boydston, Robert H. Grubbs, Angew. Chem. Int. Ed. 2011 . DOI: 10.1002/anie.201101860
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[转载]聚合物化学水凝胶:用于直接硼氢化物燃料电池的电极粘结剂
林凡 2011-3-11 17:07
Journal of Power Sources Article in Press, Accepted Manuscript - Note to users doi:10.1016/j.jpowsour.2011.03.004 | How to Cite or Link Using DOI Copyright 2011 Published by Elsevier B.V. Permissions Reprints High Performance Polymer Chemical Hydrogel-based Electrode Binder Materials for Direct Borohydride Fuel Cells Nurul A. Choudhury a , Jia Ma a , Yogeshwar Sahai , a , and Rudolph G. Buchheit a a Department of Materials Science and Engineering, The Ohio State University, 2041 College Road. Columbus, OH 43210, USA Received 30 December 2010; revised 2 March 2011; accepted 2 March 2011. Available online 10 March 2011. Abstract Novel, cost-effective, high-performance, and environment-friendly electrode binders, comprising polyvinyl alcohol chemical hydrogel (PCH) and chitosan chemical hydrogel (CCH), are reported for direct borohydride fuel cells (DBFCs). PCH and CCH binders-based electrodes have been fabricated using a novel, simple, cost-effective, time-effective, and environmentally benign technique. Morphologies and electrochemical performance in DBFCs of the chemical hydrogel binder-based electrodes have been compared with those of Nafion binder-based electrodes. Relationships between the performance of binders in DBFCs with structural features of the polymers and the polymer-based chemical hydrogels are discussed. The CCH binder exhibited better performance than a Nafion binder whereas the PCH binder exhibited comparable performance to Nafion in DBFCs operating at elevated cell temperatures. The better performance of CCH binder at higher operating cell temperatures has been ascribed to the hydrophilic nature and water retention characteristics of chitosan. DBFCs employing CCH binder-based electrodes and a Nafion-117 membrane as an electrolyte exhibited a maximum peak power density of about 589 mW cm−2 at 70°C. Keywords: Polyvinyl alcohol chemical hydrogel; Chitosan chemical hydrogel; Glutaraldehyde; Nafion; Electrode binder; Direct borohydride fuel cell
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[转载]均一疏水涂层: 控制聚合物电解质燃料电池气体扩散层的氧化
林凡 2011-2-20 17:47
Journal of Power Sources Article in Press, Accepted Manuscript - Note to users doi:10.1016/j.jpowsour.2011.01.099 | How to Cite or Link Using DOI Copyright 2011 Published by Elsevier B.V. Permissions Reprints Controlling gas diffusion layer oxidation by homogeneous hydrophobic coating for polymer electrolyte fuel cells Yusuke Hiramitsu , a , , Hitoshi Sato a , , Kenji Kobayashi a , and Michio Hori a , a Fuel Cell Research Center, Daido University, 10-3 Takiharu-cho, Minami-ku, Nagoya 457-8530, Japan Received 21 June 2010; revised 10 January 2011; accepted 31 January 2011. Available online 17 February 2011. Abstract Reduced production costs and enhanced durability are necessary for practical application of polymer electrolyte fuel cells. There has been a great deal of concern about degradation of the gas diffusion layer located outside the membrane electrode assembly. However, very few studies have been carried out on the degradation process, and no suitable methods for improving the durability of the cell have been found. In this work, the influence on the cell performance and factors involved in the degradation of the gas diffusion layer has been clarified through power generation tests. Long-term power generation tests on single cells for 6000h were carried out under high humidity conditions with homogeneous and inhomogeneous hydrophobic coating gas diffusion layers. The results showed that the increase in the diffusion overvoltage from the gas diffusion layer could be controlled by the use of a homogeneous coating. Post analyses indicated that this occurred by controlling oxidation of the carbon fiber. Keywords: Polymer electrolyte fuel cell (PEFC); Water management; Water flooding; Gas diffusion layer (GDL); Durability; Long-term performance
个人分类: 燃料电池|1343 次阅读|0 个评论
[转载]高温聚合物膜燃料电池中铂碳阴极催化剂比较研究
林凡 2011-2-18 17:37
Journal of Power Sources Article in Press, Accepted Manuscript - Note to users doi:10.1016/j.jpowsour.2011.02.028 | How to Cite or Link Using DOI Copyright 2011 Published by Elsevier B.V. Permissions Reprints A comparative study of Pt/C cathodes in Sn0.9In0.1P2O7 and H3PO4 ionomers for high-temperature PEMFCs Y.C. Jin a , M. Okada a and T. Hibino , a , a Graduate School of Environmental Studies, Nagoya University, Nagoya, Aichi 464-8601, Japan Received 20 December 2010; revised 24 January 2011; accepted 7 February 2011. Available online 16 February 2011. Abstract New Pt/C cathodes with many reaction sites for the oxygen reduction reaction as well as high tolerance to Pt corrosion have been designed for high-temperature proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs), wherein a composite mixture of Sn0.9In0.1P2O7 (SIPO) and sulfonated polystyrene-b-poly(ethylene/butylene)-b-polystyrene (sSEBS) functioned as an ionomer. The microstructure of the Pt-SIPO-sSEBS/C cathode was characterized by homogeneous distribution of the ionomer over the catalyst layer and close contact between the ionomer and the Pt/C powder. As a result, the activation and concentration overpotentials of the Pt-SIPO-sSEBS/C cathode between 100 and 200°C were lower than those of an H3PO4-impregnated Pt/C cathode, which suggests that the present ionomer can avoid poisoning of Pt by phosphate anions and the limitation of gas diffusion through the catalyst layer. Moreover, agglomeration of Pt in the Pt-SIPO-sSEBS/C cathode was not observed during a durability test at 150°C for 6days, although it was significant in the Pt-H3PO4/C cathode. Therefore, it is concluded that the Pt-SIPO-sSEBS/C electrode is a very promising cathode candidate for high-temperature PEMFCs. Keywords: Cathode; High-temperature operation; Sn0.9In0.1P2O7; Sulfonated polystyrene-b-poly(ethylene/butylene)-b-polystyrene
个人分类: 燃料电池|1161 次阅读|0 个评论
[转载]原位金属离子污染对聚合物电解质膜燃料电池性能的影响
林凡 2011-2-7 23:28
Journal of Power Sources Article in Press, Accepted Manuscript - Note to users doi:10.1016/j.jpowsour.2011.01.086 | How to Cite or Link Using DOI Copyright 2011 Published by Elsevier B.V. Permissions Reprints In-Situ Metal Ion Contamination and the Effects on PEM Fuel Cell Performance Mark Sulek , a , , Jim Adams a , Steve Kaberline a , Mark Ricketts a and James R. Waldecker a a Ford Motor Company, Research and Advanced Engineering, 2101 Village Road, Dearborn, MI 48121 Received 3 December 2010; revised 21 January 2011; accepted 27 January 2011. Available online 2 February 2011. Abstract Automotive fuel cell technology has made considerable progress, and hydrogen fuel cell vehicles are regarded as a possible long-term solution to reduce carbon dioxide emissions, reduce fossil fuel dependency and increase energy efficiency. Even though great strides have been made, durability is still an issue. One key challenge is controlling MEA contamination. Metal ion contamination within the membrane and the effects on fuel cell performance were investigated. Given the possible benefits of using stainless steel or aluminum for balance-of-plant components or bipolar plates, cations of Al, Fe, Ni and Cr were studied. Membranes were immersed in metal sulfide solutions of varying concentration and then assembled into fuel cell MEAs tested in-situ. The ranking of the four transition metals tested in terms of the greatest reduction in fuel cell performance was: Al3+ Fe2+Ni2+, Cr3+. For iron-contaminated membranes, no change in cell performance was detected until the membrane conductivity loss was greater than approximately 15%. Keywords: PEM fuel cells; metal contamination; membrane degradation; metal ions; membrane contamination
个人分类: 燃料电池|1383 次阅读|0 个评论
化学流变技术在聚合物链结构调控中的应用
jlxt33 2010-9-24 10:50
前言:以下的报告是研讨会上,上海交通大学的周持兴教授的大会报告,将片子拍下来,不是很全,发布在这里,仅供交流和学生课外参考学习的资料。若对此发布有异议,请提出,加以改正;若因引用或使用其中内容引起争论,由使用者负责。 ==================================
个人分类: 侃侃科学|3859 次阅读|0 个评论
高分子聚合物的动力学
热度 3 jixuanhou 2010-7-30 09:55
高分子聚合物的动力学 侯吉旋 Introduction What is the soft condensed matter? F = U - TS 体系的自由能分为两部分, U 和 S 。 U 起主要贡献的体系,就是传统意义上的硬物质,而熵起主导作用的体系就是我们所说的软物质。 从自由能公式里就可以看得出,软物质对于温度 T 非常敏感。 对于钢铁做的弹簧,要拉开一定距离需要一定的力 F ,当我们把弹簧放在火上烤一烤,要拉开同样距离的话, F 几乎不怎么变化。但是如果把弹簧换成橡胶,那就完全不一样了,因为橡胶属于软物质。 高分子聚合物能带来什么有趣的事? Non-Newtonian fluids elastic recoil 怎样研究高分子聚合物? 物理学家研究一个体系,无非就是给体系一个变化,看体系的反应。 例如压一压物体,看物体形变了多少;在物体两端加个电压,看物体内部产生多大电流;给物体加热一些,看看物体需要吸收多大的能量,等等。 研究高分子熔体也是一样,加上一个瞬间剪切,看切应力是如何变化的。 stress relaxation modulus G ( t ) G ( t ) can also be determined by applying a constant strain, g s and observing stress relaxation over time: G ( t )= s (t)/ g s 研究高分子聚合物难在哪里? 由于链与链之间不能相互穿透,这就行成了一种拓扑约束。数学上,对拓扑约束的描述是非常复杂的。 Reptation Theory 所幸的是,大约四十年前,Reptation理论诞生了,这个理论也促使法国科学家de Gennes获得了诺贝尔物理学奖。 Rouse Model-- 单链 Reptation-- 多链 然而Rouse理论和Reptation理论并不能完全解释高分子熔体中所有现象。当高分子链很短的时候可以用Rouse理论来解释,当高分子链及其长的时候可以用Reptation理论来解释。 然而处于中间的一大部分的区域无法得到很好的解释。 这个时候我们不能仅仅考虑Reptation这一个机理,还需要考虑另外两个很很重要的机理长度涨落(CLF)和限制脱落(CR)。 为了检验现有的一些管子理论,我们做了大量的计算机模拟。 我们发现现有的管子理论都不能给出完全符合计算机模拟数据的结果 。 n We present an extensive set of simulation results for the stress relaxation in bead-spring polymer melts. n We have performed parameter-free tests of several different tube models. Whats wrong with our theories???? 当所有的管子理论都不能给出完美的结果的时候,我们开始对其中的某一理论进行修正。 A possible explanation is a double-counting of the effect of short- wavelength (p Z) modes in Likhtman and McLeishs theory. we have removed from the CLF part of (t) the contribution of modes with a relaxation time shorter than entanglement time. n 注: 本博文中部分图片来自网络。 We repaired LM theory so that it shows excellent agreement with simulation data!
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我对聚合物科学期刊IF预测的总结
yujoak 2010-6-18 14:38
在2009-10-13 时曾发表博文一篇:聚合物科学期刊2009年IF预测 (http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=262032 )。现在2009年SCI的IF新鲜出炉,可以对当时的预测打个分了。 PPS 还在狂涨,也许能上 20 ; J APS 可能会跌到 PR 之下,甚至跌出前五; 前半句 J ,后半句 L Soft Matter 有物理背景, Biomacromolecules 沾了生物的光, IF 均增长较快 J ,而且 Biomacromolecules 与 Macromolecules 更接近了 Polymer 和 Macromolecules 、 JPSA 、 MRC 差距缩小。 K ,四种期刊的IF均在增长,Polymer与Macromolecules和JPSA的差距缩小,与MRC的差距略有增加, 而 JAPS 的 IF 也会有所回升。 J 成绩还不错哈!
个人分类: 学术相关|6328 次阅读|1 个评论
2009年聚合物科学期刊的影响因子
热度 1 yujoak 2010-6-18 14:23
今天上科学网,从头条获悉2009年的SCI期刊的影响因子已经出来。赶紧上JCR,把polymer science学科下的IF整理下,供大家参考。 2009年,polymer science科学下共提供了76种期刊的影响因子,比2008年的多了三种,分别是 EXPRESS POLYM LETT (IF 1.452,为电子期刊,印刷版仅提供给几家图书馆), Polimeros(IF 0.333,巴西), J RUBBER RES (IF 0.146,马来西亚)。 在76种期刊中,IF>10的有一种(2008年有1种),IF>4.0有8种(6),IF>3.0有13种(11),IF>2.0有24种(18),IF>1.0有42种(34)。 2008年IF在2.0以上期刊的大多数,IF在2009年有所增加。而IF在2.0以下的期刊,2009年的IF有涨有跌。看来,学术期刊也有赢着通吃的趋势。 期刊 2009 IF 2008 IF PROG POLYM SCI 23.753 16.819 POLYM REV 5.612 4.829 SOFT MATTER 4.869 4.586 ADV POLYM SCI 4.600 6.802 MACROMOLECULES 4.539 4.407 BIOMACROMOLECULES 4.502 4.146 MACROMOL RAPID COMM 4.263 3.907 PLASMA PROCESS POLYM 4.037 2.921 J POLYM SCI POL CHEM 3.971 3.821 POLYMER 3.573 3.331 J MEMBRANE SCI 3.203 3.247 CARBOHYD POLYM 3.167 2.644 MACROMOL BIOSCI 3.108 3.298 J BIOACT COMPAT POL 2.800 1.896 MACROMOL CHEM PHYS 2.570 2.202 J BIOMAT SCI-POLYM E 2.505 2.158 REACT FUNCT POLYM 2.461 2.039 MACROMOL RES 2.369 1.787 EUR POLYM J 2.310 2.143 CELLULOSE 2.156 1.844 POLYM DEGRAD STABIL 2.154 2.320 POLYM INT 2.137 2.029 COLLOID POLYM SCI 2.057 1.736 EUR PHYS J E 2.019 1.943 SYNTHETIC MET 1.901 1.962 MACROMOL MATER ENG 1.742 1.925 J INORG ORGANOMET P 1.691 1.443 MACROMOL THEOR SIMUL 1.683 1.912 POLYM TEST 1.667 1.736 J POLYM SCI POL PHYS 1.586 1.586 J POLYM ENVIRON 1.571 1.129 POLYM ADVAN TECHNOL 1.532 2.017 MACROMOL REACT ENG 1.488 1.041 EXPRESS POLYM LETT 1.452 - POLYM J 1.386 1.456 J POLYM RES 1.364 1.032 POLYM ENG SCI 1.248 1.245 J APPL POLYM SCI 1.203 1.187 POLYM COMPOSITE 1.194 1.054 POLYM BULL 1.014 1.127 HIGH PERFORM POLYM 0.988 0.860 KOREA-AUST RHEOL J 0.965 0.759 IRAN POLYM J 0.932 1.072 J MACROMOL SCI A 0.792 0.720 J PHOTOPOLYM SCI TEC 0.780 1.140 INT J POLYM ANAL CH 0.775 0.824 ADV POLYM TECH 0.769 0.979 J REINF PLAST COMP 0.763 0.573 CELL POLYM 0.727 0.567 J MACROMOL SCI B 0.716 0.963 J CELL PLAST 0.706 0.623 POLYM SCI SER A+ 0.688 0.543 J ELASTOM PLAST 0.658 0.658 E-POLYMERS 0.644 0.661 INT POLYM PROC 0.637 0.521 RUBBER CHEM TECHNOL 0.635 0.631 FIBER POLYM 0.531 0.577 J VINYL ADDIT TECHN 0.530 0.317 CHINESE J POLYM SCI 0.526 0.644 DES MONOMERS POLYM 0.500 0.517 J POLYM ENG 0.486 0.360 POLYM POLYM COMPOS 0.470 0.355 POLYM-KOREA 0.464 0.610 ACTA POLYM SIN 0.437 0.565 KGK-KAUT GUMMI KUNST 0.422 0.291 POLYM-PLAST TECHNOL 0.420 0.456 J POLYM MATER 0.394 0.303 NIHON REOROJI GAKK 0.357 0.528 MECH COMPOS MATER 0.342 0.453 POLIMEROS 0.333 - SEN-I GAKKAISHI 0.301 0.182 POLYM SCI SER C+ 0.293 0.189 POLYM SCI SER B+ 0.290 0.272 PLAST RUBBER COMPOS 0.257 0.443 KOBUNSHI RONBUNSHU 0.183 0.170 J RUBBER RES 0.146 - (本表数据均来自Journal Citation Report )
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SCI收录的聚合物科学期刊(5)-期刊影响力
yujoak 2009-10-26 13:11
如果在聚合物SCI收录期刊中选一份最重要的,绝大多数行内人士会选Macromolecules,再选一份的话,大多数会选Polymer。这是我和我周围的同事的共同看法,但我无法给出定量的比例,而且对于第三,意见相当不统一。我所说的行内人士是指受过专业训练,对国内外专业期刊有所了解的人士,不一定需要是内行。 若按影响因子排序,上述两份期刊分别位于本学科的第5和第9位,不算突出。聚合物学科的最高IF为Progress of Polymer Science的16.819,与化学类的期刊一起排序,仅次于Chemical Reviews的23.592、Nature Materials的23.132和Chemical Society Reviews的17.419。 那如何判断一份期刊的重要性,即其影响力?新版的JCR提供了两个新的因子特征因子(可参见赵星的特征因子(Eigenfactor)的背景及部分性质http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=254646)和论文影响分值(Article Influence Score)。作为指标,前者反映的是期刊的总体,后者则为期刊的单篇。其中,特征因子的性质符合了一般人对期刊影响力的理解,也就是期刊发表越多越好的论文,被越多越好的期刊引用,则期刊的影响力越高。 2008年,聚合物SCI收录期刊的特征因子的前10名分别为: MACROMOLECULES 0.18737 POLYMER 0.11639 J APPL POLYM SCI 0.06692 BIOMACROMOLECULES 0.06279 J POLYM SCI POL CHEM 0.05014 J MEMBRANE SCI 0.04664 MACROMOL RAPID COMM 0.03454 SYNTHETIC MET 0.03070 EUR POLYM J 0.02843 PROG POLYM SCI 0.02789 上述三种高IF的期刊和化学类特征因子较高的三份期刊的特征因子为: J AM CHEM SOC 0.95176 ANGEW CHEM INT EDIT 0.51386 J PHYS CHEM B 0.43856 CHEM REV 0.20288 NAT MATER 0.18554 CHEM SOC REV 0.05403 综述类期刊的特征因子均不如本学科发表研究论文的期刊,而且综合类期刊的特征因子较高。这也不难理解,综述类期刊发表的论文涉及的是热门领域,而高水平研究论文的期刊关注更多的是前沿领域。现在Macromolecules和Polymer也发表邀请的Perspective和Feature Articles。 值的注意的是,JAPS位列聚合物期刊特征因子的第3名。这个例子说明了,如果短时期内很难提高稿件质量,那么在保证一定的水平的前提下多发表论文,广泛覆盖本学科的各个领域,同样可以提高期刊的影响力。
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聚合物科学期刊2009年IF预测
yujoak 2009-10-13 09:31
受王志明老师博文(纳米期刊投稿指南:2009影响因子排行预测 http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=259290 )的启发,估算聚合物科学几份期刊2009年的引用情况: 期刊名 截止 2009-10-10 更新时的 IF 2008 年 IF PROGRESS IN POLYMER SCIENCE 16.49 16.819 ADVANCES IN POLYMER SCIENCE 2.86 6.802 Polymer Reviews 3.53 4.829 Soft Matter 3.51 4.586 MACROMOLECULES 3.08 4.407 BIOMACROMOLECULES 3.15 4.146 MACROMOLECULAR RAPID COMMUNICATIONS 2.77 3.907 JOURNAL OF POLYMER SCIENCE PART A-POLYMER CHEMISTRY 2.59 3.821 POLYMER 2.49 3.331 JOURNAL OF POLYMER SCIENCE PART B-POLYMER PHYSICS 1.25 1.586 POLYMER ENGINEERING AND SCIENCE 0.75 1.245 JOURNAL OF APPLIED POLYMER SCIENCE 0.85 1.187 PPS还在狂涨,也许能上20;APS可能会跌到PR之下,甚至跌出前五;Soft Matter有物理背景,Biomacromolecules沾了生物的光,IF均增长较快。Polymer和Macromolecules、JPSA、MRC差距缩小。而JAPS的IF也会有所回升。
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SCI收录的聚合物科学期刊(4)-h指数
yujoak 2009-9-16 16:40
截止2009年9月11日的更新,统计2002~2008年间被收录的论文,有19种聚合物科学期刊的h指数在30以上。H指数最高的两种期刊为Macromolecules和Polymer,分别为94和76,而且比较单篇引用超过100次或是50次的论文的篇数,这两种期刊均位居前列,明显高于其它期刊;其中单篇引用50次以上的论文总数更是超过其他期刊的总和。处于第三位的PPS的h指数为66,有40篇论文的引用次数超过100次,最高的一篇为1266次(Ray SS, Okamoto M. Polymer/layered silicate nanocomposites: a review from preparation to processing. Prog Polym Sci, 2003, 28(11): 1539-1641.),也是2002~2008年间聚合物科学期刊被收录的论文中最高的一篇。可以比较Science在2002年发表的水稻基因组序列的论文(by 于军等),引用次数为1132次。 期刊 最高引用次数 (至 2009/9/11 ) h 指数 引用 100 篇数 引用 50 篇数 2008 年 IF MACROMOLECULES 323 94 79 490 4.407 POLYMER 440 76 37 196 3.331 PROG POLYM SCI 1266 66 40 94 16.819 BIOMACROMOLECULES 486 62 18 100 4.146 J MEMBRANE SCI 358 56 17 70 3.247 J POLYM SCI POL CHEM 365 55 15 73 3.821 MACROMOL RAPID COMM 239 50 11 53 3.907 J POLYM SCI POL PHYS 241 45 7 40 1.586 J APPL POLYM SCI 210 43 5 23 1.187 EUR POLYM J 142 41 4 25 2.143 SYNTHETIC MET 173 40 6 25 1.962 POLYM DEGRAD STABIL 116 39 1 19 2.320 ADV POLYM SCI 123 37 7 25 6.802 CARBOHYD POLYM 134 37 1 20 2.644 MACROMOL CHEM PHYS 115 34 4 13 2.202 EUR PHYS J E 189 34 1 19 1.943 POLYM ENG SCI 67 32 0 4 1.245 POLYM INT 150 31 1 8 2.029 SOFT MATTER 131 30 1 6 4.586 如果说篇均引用次数反映的是期刊单篇论文的平均期刊,h指数则可以说反映了期刊高端论文(仅指引用情况)的总体引用水平。如图1所示,除了两种综述性期刊(Progress in Polymer Science 和Advances in Polymer Science)外,这两个指标有较好的相关性。也就是说,单篇引用指标高的期刊,出现高引用次数论文的几率相对较高。而综述性期刊的单篇引用情况要大大高于同学科其他期刊。 图2表明,除Polymer Reviews外,篇均引用次数与影响因子有很好的相关性。这是因为这两个指标本质上都是反映了单篇论文的引用情况,只不过反映的是不同长短的时间段。
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SCI收录的聚合物科学期刊(3)-引用情况
yujoak 2009-9-9 15:13
对于2008年聚合物科学学科被收录的73种期刊,仅考虑2002~2008年间这些期刊被收录文章在此期间的引用情况,引用次数超过10000次的有14种期刊,其中Macromolecules最多,次数超过120000次。19种期刊的引用次数接近或超过5000次。Macromolecules的引用次数超过了73种期刊的总引用次数的1/5,达24%,前8位期刊的引用总数占总引用数的67%。 2002~2008年间被收录文章在此期间的篇均引用次数接近或超过10的有6种,分别为Progress in Polymer Science(47.92)、Advances In Polymer Science(17.07)、Macromolecules(12.99)、Biomacromolecules(10.74)、Polymer(9.91)和Macromolecular Rapid Communications(9.88)。另外篇均引用次数较高的还有:Journal of Polymer Science Part A-Polymer Chemistry(8.50)、Journal of Membrane Science(7.95)、European Physical Journal E(7.40)、Macromolecular Bioscience(7.16)。排前两位的均为发表综述性文章的期刊,Polymer Reviews由于收录较晚,篇均引用还不多(3.21),但若算上其前身Journal of Macromolecular Science-Polymer Reviews,则篇均引用上升为7.13。 每种期刊都有或多或少的自引,适当的自引不可避免,也是必要的。据称(www.lib.szu.edu.cn/board/uploadfiles/09031304.pps),80%的JCR Science Edition中列出的期刊的自引率都低于20%。聚合物科学的73种期刊中,在2008年被引用次数中自引率超过20%的有11种,占15%。最高的为Macromol React Eng(43%),来自韩国的两种期刊Polym-Korea(韩文,42%)和Macromol Res(英文,40%)位列第2和第3。中文期刊Acta Polym Sin次之为39%,另一份来自中国大陆的英文期刊Chinese J Polym Sci并不高,为18%。但算上另一种本国期刊的交叉引用,Polym-Korea的韩国期刊自引率为44%,Macromol Res为42%,而Acta Polym Sin的中国期刊自引率达46%,Chinese J Polym Sci为35%。因此,来自中国大陆的期刊不论是篇均引用还是他引率上,还需要进一步的提高。当然,非英文期刊面临的难度更大。 值的一提的是,Journal of Applied Polymer Science的总引用次数位列三甲,但篇均引用次数却不高。JAPS期刊的风格似乎是通过多登文章来提高期刊的影响力,至少在总引用次数上,该策略是成功的。除了18%的自引外,2008年被多达900多种期刊所引用,与Macromolecules相当,略高于Polymer,其中不乏Chem Rev、Chem Soc Rev、Adv Mater、J Am Chem Soc、Angew Chem Int Edit等重要期刊。 期刊名 2002~2008年引用总数 2002~2008年文章总数 篇均被引次数 Macromolecules 123430 9501 12.99 Polymer 65671 6630 9.91 Journal of Applied Polymer Science 45505 12593 3.61 Journal of Polymer Science Part A-Polymer Chemistry 34528 4060 8.50 Journal of Membrane Science 30040 3777 7.95 Biomacromolecules 28580 2660 10.74 Synthetic Metals 18117 3075 5.89 Macromolecular Rapid Communications 16973 1718 9.88 European Polymer Journal 15030 2639 5.70 Polymer Degradation and Stability 13186 1972 6.69 Journal of Polymer Science Part B-Polymer Physics 12822 2260 5.67 Progress in Polymer Science 12316 257 47.92 Macromolecular Chemistry and Physics 11247 1747 6.44 Carbohydrate Polymers 10764 1800 5.98 Polymer International 7999 1564 5.11 European Physical Journal E 7453 1007 7.40 Polymer Engineering and Science 6350 1532 4.14 Colloid and Polymer Science 5387 1288 4.18 Macromolecular Bioscience 4998 698 7.16 Advances in Polymer Science 4626 271 17.07 Polymer Reviews 218 68 3.21 Acta Polymerica Sinica(中) 1948 1344 1.45 Chinese Journal of Polymer Science (英) 965 588 1.64 Polymer-Korea (韩) 736 624 1.18 Macromolecular Research (英) 2199 640 3.44
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SCI收录的聚合物科学期刊(2)-收录情况
yujoak 2009-9-2 13:31
具有2008年影响因子的73种高分子科学学科期刊中,在2004~2008年间,累计被收录文章(review、paper、letter三种文章类型)接近或超过1000篇的有17种(见下表),这17种期刊的文章收录总数均占当年聚合物科学相关期刊的总文章收录数的2/3。收录数接近或超过5000篇的有JOURNAL OF APPLIED POLYMER SCIENCE(JAPS,9397篇)、MACROMOLECULES(6737)和POLYMER(4832)。每年聚合物科学相关期刊的总文章收录数与前17位期刊的总收录数随年度有相似的变化规律(图为2002~2007年数据)。从2002年到2003年有较大增幅,分别为11%和15%。从2003~2005年,2007年的数据看,文章收录数有稳定而平缓的增长,2007年与2003年相比,累计增加4%。但在2006年时,有一个较大的增长,分别比前一年增加8%和11%,究其原因,JAPS净增加1312篇,对此有很大贡献。 期刊名 2008 2007 2006 2005 2004 总数 Journal of Applied Polymer Science 2050 2071 2454 1142 1680 9397 Macromolecules 1370 1280 1306 1415 1366 6737 Polymer 658 840 992 1376 966 4832 Journal of Polymer Science Part A-Polymer Chemistry 753 571 650 619 614 3207 Journal of Membrane Science 799 537 801 479 413 3029 Biomacromolecules 450 534 484 444 330 2242 European Polymer Journal 452 529 371 352 327 2031 Journal of Polymer Science Part B-Polymer Physics 264 316 334 345 415 1674 Synthetic Metals 171 173 221 644 378 1587 Polymer Degradation and Stability 282 262 403 269 261 1477 Macromolecular Rapid Communications 256 291 300 292 287 1426 Carbohydrate Polymers 378 315 277 227 203 1400 Macromolecular Chemistry and Physics 239 254 222 256 259 1230 Polymer Engineering and Science 291 250 207 179 239 1166 Polymer International 169 197 188 234 305 1093 Acta Polymerica Sinica 200 210 215 188 183 996 Colloid and Polymer Science 194 172 177 176 213 932 在SCI数据库的聚合物科学期刊被收录的文章中,中国作者的工作占了很大的比重。例如,2004年有14.8%的文章的通讯作者为来自中国的科学家,高于美国的14.5%和日本的10.7%。(Sombatsompop N, Markpin T, Buranathiti T, et al. Scientometrics, 2007, 71: 283.)另外,值的一提的是,在收录数前17位的期刊中,来自中国的ACTA POLYMERICA SINICA是惟一一种发表非英语语言文章的期刊。这同样反映了中国科研人员在高分子研究中的实力,可以毫不怀疑的说中国是高分子研究的大国。
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SCI收录的聚合物科学期刊(1)-学科分布
yujoak 2009-8-31 17:02
从2008年JCR数据库检索,在polymer science学科下共有73种期刊,比2007年减少Journal of Macromolecular Science-Polymer Reviews和Polimery-W两种期刊,前者已于2006年改名为Polymer Reviews,增加Soft Matter一种期刊。 收录的期刊中,有三种是专门发表综述的期刊,它们是:Advances in Polymer Science、Polymer Reviews(2006年由Journal of Macromolecular Science-Polymer Reviews改为现名)、Progress in Polymer Science。它们的影响因子位于所有高分子科学期刊的前三位。 这73种期刊中有34种期刊同时还属于别的学科(见下表),其中19种期刊还属于材料科学学科(Materials Science),分属于综合、表征和测试、纺织、复合材料和生物材料等;8种期刊分属于化学学科(Chemistry)的有机化学、应用化学和物理化学;9种期刊分属于工程学科(Engineering)的化学工程、生物工程和环境工程;3种期刊还属于力学学科(Mechanics);3种分属于物理学学科(Physics)的凝聚态物理、流体和等离子体及应用物理;2种属于生物化学和分子生物学学科(Biochemistry Molecular Biology);1种属于生物技术和应用微生物学学科(Biotechnology Applied Microbiology)。这些充分说明了聚合物科学与其他学科的强的交叉能力,兼具基础研究和应用研究的特点。 材料 化学 工程 物理 力学 生物 生物技术 SOFT MATTER BIOMACROMOLECULES MACROMOLECULAR BIOSCIENCE JOURNAL OF MEMBRANE SCIENCE PLASMA PROCESSES AND POLYMERS CARBOHYDRATE POLYMERS JOURNAL OF BIOMATERIALS SCIENCE-POLYMER EDITION REACTIVE FUNCTIONAL POLYMERS SYNTHETIC METALS EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL E MACROMOLECULAR MATERIALS AND ENGINEERING JOURNAL OF BIOACTIVE AND COMPATIBLE POLYMERS CELLULOSE COLLOID AND POLYMER SCIENCE POLYMER TESTING POLYMER ENGINEERING AND SCIENCE JOURNAL OF POLYMERS AND THE ENVIRONMENT POLYMER COMPOSITES MACROMOLECULAR REACTION ENGINEERING ADVANCES IN POLYMER TECHNOLOGY KOREA-AUSTRALIA RHEOLOGY JOURNAL JOURNAL OF ELASTOMERS AND PLASTICS JOURNAL OF CELLULAR PLASTICS FIBERS AND POLYMERS JOURNAL OF REINFORCED PLASTICS AND COMPOSITES CELLULAR POLYMERS NIHON REOROJI GAKKAISHI INTERNATIONAL POLYMER PROCESSING MECHANICS OF COMPOSITE MATERIALS PLASTICS RUBBER AND COMPOSITES POLYMERS POLYMER COMPOSITES JOURNAL OF VINYL ADDITIVE TECHNOLOGY KGK-KAUTSCHUK GUMMI KUNSTSTOFFE SEN-I GAKKAISHI
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【报告】柔性电子异质结构热-机械翘曲分析
yahuang 2009-8-28 21:27
2009年8月24-26日参加了中国力学学会学术大会2009的柔性电子器件力学的专题研讨会,与会者有美国西北大学黄永刚教授,清华大学冯雪副教授、以及来自华中科技大学、浙江大学、西安交通大学、宁波大学等高校的年轻教授,我本人做了柔性电子异质结构热-机械翘曲分析的报告。摘要如下: 柔性电子是建立在柔性和可延性基板基础上的新兴电子技术,与传统电子最根本区别在于以柔性基板取代传统的刚性基板,具有良好的柔性和延展性,在使用过程中要经得起反复的拉伸、卷曲和折叠,从而对材料的力学性能、创新性的结构设计和高效高精制造技术提出了挑战。当柔性电子的性能可相当于传统脆性半导体所建立的微电子时,由于其高移动性、透明、轻质和柔性等特点,必将促使许多新的应用,例如,柔性显示器、太阳能电池、机敏皮肤、可穿着电子、健康检测、分布式传感器/作动器等,在国防、能源、医疗、军事、信息等领域具有重要应用价值。 本文研究了弯曲/延展电子的温度效应,通过揭示制造和使用中的三个关键温度(室内温度、沉积温度和工作温度)对结构的应力、应变、波长等影响加以展现,可用于可靠性结构设计和热翘曲行为分析等。首先,介绍了可伸缩柔性电子的制备过程,以及本文中采用力、热混合作用产生预应力制备方法的特点。其次,根据无机薄膜和有机基板界面处的应变连续性建立分析模型,研究了无机材料和温变有机材料混合结构在整体翘曲情况下,基板弹性模量温度效应对薄膜-基板结构柔性电子中的应力/应变的影响,以及薄膜-基板结构的整体翘曲行为。发现了由温度和外部载荷共同作用诱导的几何非线性,从结果中可以发现温度对应变的变化曲线存在极点,但是单独在温度或力作用下不会产生非线性现象。并对温度进行敏感度分析,可发现关键参数k对结构应力应变的影响。由于极点的存在,通过调节参数k弥补有机基本和无机薄膜热膨胀系数失配引起的内部应力变化,可从理论上消除工作温度变化引起的内部应力变化,极大的提高周期性温度载荷作用下结构的可靠性,如周期性温度作用下的太阳能电池、卫星天线系统。然后针对薄膜-基板结构的局部翘曲行为,研究了温度对含温变材料的结构临界应变、波长和波幅的影响规律,可预测不同温度下的结构翘曲波长、波幅等。分析了温度作用下结构的临界应变,并得到临界翘曲工作温度与室温、沉积温度,以及基板厚度关系。并将临界应变与实际温度作用下薄膜的应变进行比较,得到临界工作温度(由工作温度直接产生翘曲)。最后,通过计算了薄膜的峰值应变,及其与温度的映射规律,得到伸缩电子制备中的最大允许预应变,这通常是薄膜极限应变的几十倍。通过近似理论结果与有限元仿真结果进行比较分析,得到了温度对翘曲结构的影响规律。 本文为分析温度对柔性电子的影响提供了一个基本方法,包括关键温度,临界翘曲温度,温变材料结构的临界应变、波长和波幅等,有助于柔性/伸缩电子的制备,如光刻的套准精度,结构可靠性和热管理,以及橡胶基板制备进行优化(包括耦联浓度(cross-linker concentration),烘烤温度和时间等),以及伸缩电子的翘曲行为的预测和微结构控制等。
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【评论】柔性电子制造:学科交叉与交叉学科
yahuang 2009-6-28 16:53
在人们的印象中,有机材料,如塑料等,都是很好的绝缘体,很少有人会想到塑料也能导电。然而,现代化学的发展使得公众对有机导体这个名词开始关注起来。不过自从进入有机电子领域之后,发现了广阔的天空,真正的一个交叉学科,柔性电子制造的关键包括制造工艺、基板和材料等,其核心是微纳米图案化(Micro- and Nanopatterning)制造,涉及机械、材料、物理、化学、电子等多学科交叉研究。以前写申请书,总希望表达一种交叉学科的概念,经常说涉及材料力学、多体力学、机械、控制等,其实自己也觉得有些牵强,这些学科本身并无太多界定,在国外往往也是糅杂在一起的。 近年来,由于对导电高分子的研究有了新突破,有机材料从传统的绝缘体变成可导电的半导体, 柔性电子 (Flexible Electronics)便应运而生。柔性电子技术有可能带来一场电子技术革命,引起全世界的广泛关注并得到了迅速发展。美国《科学》杂志将有机电子技术进展列为2000年世界十大科技成果之一,与人类基因组草图、科隆技术等重大发现并列。美国科学家艾伦黑格、艾伦马克迪尔米德和日本科学家白川英树由于他们在导电聚合物领域的开创性工作获得2000年诺贝尔化学奖。 柔性电子 是一种技术的通称,目前由于处于起步阶段而称谓不一,又称为塑料电子(Plastic Electronics)、印刷电子(Printed Electronics)、有机电子(Organic Electronics),聚合体电子(Polymer Electronics)等,目前还没有统一明确的定义,可概括为将有机/无机材料电子器件制作在柔性/可延性塑料和薄金属基板上的新兴电子技术,以其独特的柔性/延展性以及高效、低成本制造工艺,在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景,如柔性电子显示器、有机发光二极管OLED、印刷RFID、薄膜太阳能电池板、电子报纸、电子皮肤/人工肌肉 (如图1所示)。 与传统IC技术一样,制造工艺和装备也是柔性电子技术发展的主要驱动力。柔性电子制造技术水平指标包括芯片特征尺寸和基板面积大小,其关键是如何在更大幅面的基板上以更低的成本制造出特征尺寸更小的柔性电子器件。 目前电子产业基本上都是属于传统的半导体产业,制造用到的设备相当庞大,且费用高昂,制造效率低;整个柔性电子的概念是希望能够把传统半导体产品、组件及线路用印刷的方式来替代。主要从三方面来看柔性电子与传统电子电路不同之处:(1)应用前景,一旦将很柔软的基材应用在设计方面或把线路做成无形的或可折迭的东西,那就跟传统的硬式基材有很大的不同;(2)制造成本,采用卷到卷印刷工艺,并且在材料的使用上也可避免像光刻技术浪费95%以上材料的问题,而采用印刷方式印制上去的面积则等同于使用的面积,其使用率在90% 以上,以长期发展角度来看,印刷方式会比传统光刻技术的成本低很多;硅CMOS晶元一般造价为10$/cm2,复合半导体甚至更贵,柔性电子实现的理想造价为0.1$/cm2,从造价就可以看出柔性电子的巨大优势 。(3)投资角度,传统的半导体厂动不动就要数十亿甚至上百亿的投资,但印刷的方式就像传统的印刷只要投资数千万就可把基本的规模建立起来。要强调的是印刷所要用的油墨跟传统的印刷不一样,需要特别研制,开发初期成本由于量少也比较高,但批量生产后成本就会变得较低廉了。 同时, 柔性电子 整合电子电路、电子组件、材料、平面显示、纳米技术等领域技术外,同时横跨半导体、封测、材料、化工、印刷电路板、显示面板等产业,可协助传统产业,如塑料、印刷、化工、金属材料等产业的转型,提升产业附加价值,因此柔性电子技术将为产业结构和人类生活带来革命性的变化。 人们有理由相信:随着有机电子学研究的深入,有机电子器件制备工艺的完善,一个新的时代有机电子时代必将到来。 了解有机电子,可以看看: 一次偶然开启了有机电子之门 , 有机电子学 。 不过这方面的文章也比较多。
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自相似——大自然的艺术
eloa 2008-10-29 12:19
andrewsun 发表于2008-10-29 星期三 0:00 Why is geometry often described as cold and dry? One reason lies in its inability to describe the shape of a cloud, a mountain, a coastline or a tree. Clouds are not spheres, mountains are not cones, coastlines are not circles, and bark is not smooth, nor does lightning travel in a straight line. 为什么几何学常被认为是冷酷、枯燥?其中一个原因就是它无法描述云彩、山峦、海岸、树木我们美丽的大自然。云朵不是一些球形,山峦不是一些圆锥,岛屿不是一些圆形,树皮是不光滑的,闪电也不沿一条直线。 B. Mandelbrot Koch曲线 自相似性是指每一任意小的局部的形状都与整体相同,例如,Koch曲线就是一个自相似性的图形。 在自然界中,许多自发生长的结构都具有自相似性。以下是一些自然界的自相似结构: 树叶 青苔 蜂蜜的结晶 树冠 这些自相似的形状,在数学上叫做分形。 分形行走于维度之间 回到文章第一段提到的Koch曲线,它是怎样画出来的呢?首先画一段长度为1的线段,然后擦掉中间的一部分,改成一个等边三角形,其边长和它两边擦剩下的线段长度相等,得到四条线段。然后再对这四条线段做同样的事情,无止境地做下去这就是Koch曲线。 Koch曲线的长度是多少呢?数学家量曲线长度的办法是逼近法,如下图所示: 我们先用逼近法量一个半径为1圆的周长。最粗略的近似是它的内接三角形的周长,然后是内接四边形、内接五边形内接N边形。把这些N边形的周长画在坐标图中,可见当N增大时,N边形的周长越来越逼近一个确定值。当N无穷大时,这个N边形的面积就等于圆的周长:2。 现在采用逼近法量一下Koch曲线的长度: 我们重走一次画Koch曲线的过程来逼近最后Koch曲线的长度。还记得Koch曲线怎么画吗?第一次画的是长度为1的线段,显然,Koch的长度 是大于1的。第二次画的折线,长度是多少呢?中间的等边三角形边长是1/3,因此折线的总长是4/3。显然,Koch的长度比4/3要大。第三次,画的折 线长度是16/9,即(4/3) 2 ,读者可以自己算一下。这仍然小于Koch的长度。第四次,(4/3) 3 =64/27,还是不够长第N次,长度是(4/3) N 。 很显然,不管我们画的折线有多少折,Koch曲线总是比折线长度要大的。我们希望,当N为无穷大时,折线的长度能至少能逼近一个确定的值,而它就是 Koch的长度。我们把折线长度随N不断增大的趋势画在坐标图上看看很不幸,随着N不断增大,折线的长度不是逼近一个确定值,而是趋于无穷大。例如, 当我们画到第128折线时(N=128),它的长度已经是(4/3) 128 1光年!而Koch曲线肯定要比这条折线大。由于Koch曲线是无限自相似下去的,因此它的长度是无穷大的。 您有本事在距离为1的两点间画一条无穷长的曲线吗?只准用有限面积的纸! 也许您说:可以!我就把这张纸涂满! 是啊,如果一条曲线绕弯绕得厉害,它最后是能占个面积的。我们不是常说,点动成线,线动成面,面动成体吗?如果你把一张有限面积的纸图满,您画的线所占的面积就是这张纸的面积。就让我们从1维上升到2维试试,看看Koch曲线占多大的面积。 我们还是采用逼近法,第一次,先画这个Koch曲线的外接三角形。它的底是1,高是就是第一次折线画的等边三角形的高,为根号3除以6,因此面积是 根号3除以12(记为A)。Koch曲线占的面积显然比这它的外接三角形要小。于是我们做第一次逼近,把Koch分成四个相似的部分,画四个外接三角形。 它们的边长是是原来大三角形的1/3,所以面积是(1/9)A,四个加起来就是(4/9)A,Koch曲线占的面积还要比这个小。第二次逼近,画了16个 三角形,它们的面积是原来大三角形的1/81,所以总的面积是(16/81)A,或(4/9) 2 A第N次画的所有三角形的面积就应该是(4/9) N A,但是Koch曲线占的面积还要比这个小。我们把第N次画的三角形总面积列在坐标图上,看看随着N的增大,面积会不会逼近于一个最小正值很不幸,随着N的增大,面积刷的一下就跌到零了。第100次画的三角形面积只有原来的610 -36 !由于Koch曲线是无限自相似下去的,因此它所占的面积为零。 如果请您用1段长度为无穷的线来涂满一块面积为0的形状,您能做到吗? 于是我们发现,Koch曲线是一个很奇怪的形状:当它是线,长度无穷;当它是面,面积为零。作为一维物体,Koch曲线太密了,作为二维对 象,Koch曲线又太疏了。事实上,Koch曲线是高于1维,低于2维的。它的维数在1与2之间,是一个非整数!非整数维度,是分形的一个重要特点。 幂律隐藏的异次元 Koch曲线的维度到底是多少呢?要说清楚这个问题,我们必须重新定义一下维度的概念。先来看看我们所熟悉的整数维的世界。 在一维世界里有一条线段,它的长度为1,我们用一个边长为1的正方形把它盖起来。如果用边长为0.5的正方形,要把这条线段盖起来就需要两个。如果 用边长为1/3的正方形,就得用3个。依此类推,如果要用边长为r的正方形,就要用N个,才能把长度为1的线段盖住。很显然N=1/r,或者写成N=r -1 。 还算简单吧,现在我们看2维世界,一个边长为1的正方形,要用多少个边长为r的正方形来覆盖呢?答案是r -2 。对于正方体,是r -3 。 粗略地说,如果一个几何图形总是可以用N=r -d 个边长为r的正方形(体)来覆盖,那这个几何图形就是d维的。N=r -d 是一个幂函数。因此,这一规律叫做幂律(power law) 如果盖不严,或者有多余的空间怎么办?我们来看如何覆盖一个三角形,发现有的小正方形就要盖住一些多余的空间了。看一下一个边长为1的三角形要用多少个边长为r的正方形来覆盖: N(1) = 1 N(1/2) = 3 = 1 + 2 N(1/4) = 10 = 1 + 2 + 3 + 4 N(1/8) = 36 = 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 N((1/2) n ) = 1 + 2 + 3 + + 2 n 可见,N=(1+r^(-n))*r^(-n)/2。我们把lgN与lg(1/r)的关系作图,发现,随着r的减小,图形趋于一条与y=2x平行的 直线,斜率是2。因此,虽然在一开始,d=-lgN/lgr不是一个定值,但是当r也就是小正方形的边长非常小的时候,d就等于2。在数学上的表 达就是极限lim r-0 (-lgN/lgr)存在且等于2。 为什么当正方形边长较大的时候有所偏离呢?原因就是有些正方形覆盖了多余的面积。当正方形边长减小的时候,这部分多覆盖了的面积也就小了。可以想象,如果正方形的边长无穷小,这部分多覆盖的面积就没了,所有正方形正好覆盖了那个大三角形。 所以,准确的维度定议应该是,当r非常小时,如果需要N=r -d 个边长为r的正方形覆盖一个几何图案,那这个几何图案就是d维的。在数学上,我们可以用极限来定义,图形的维数d=lim r-0 (-lgN/lgr)。这就是计盒维数(box counting dimension),又叫做Minkowski-Bouligand维数。 现在我们可以拿正方形来覆盖一下Koch曲线,它是多少维的(d=?)。 可见,N=3*4^n。d=lim r-0 (-lgN/lgr),所以我们拿lgN对lg(1/r)作图,得到的是一条直线,它的斜率是lg4/lg3,这个数大约等于1.26。因此Koch曲线是1.26维的。 下图是一个Gasket另一个著名的分形。它的维数是lg3/lg2,约等于1.58。因此Gasket是1.58维的。 随机分形偶然性背后的必然 这堆乱七八糟的正方形图案是不是自相似的? 如果试图在里面找到什么局部能跟整体相似,那必然是徒劳无功的。然而,如果我们换一个角度,统计一下不同大小的正方形数量,我们会发现: 一个边长为1/2的正方形(红) 3个边长为1/4的正方形(绿) 9个边长为1/8的正方形(深蓝) 27个边长为16/1的正方形(浅蓝) 可见,边长为r的正方形个数N之间呈幂律关系N=lg3*r -(lg3/lg2) 。同时,我们可以看到,取左下角四分之一的 区域,正方形个数呈相同的统计规律,再取左下角八分之一的区域,相面的统计规律仍然成立。这就是说,这堆乍看起来乱七八糟的正方形图案,在统计分布上是自 相似的,它是一个随机分形。它的任一局部的某项统计分布性质都与整体相似。它的维数是lg3/lg2,约等于1.58。 自然界中的很多看似无序的随机过程都属于随机分形。 细菌繁殖图案(养料稀少下) 人基因序列分布 揉皱的纸团中所含的空隙大小分布是自相似的 斑马的条纹的面积分布 聚合物分形的专家 聚合物是由很多结构单元首尾相接而形成的长链分子。没有高分子,自然界不会存在生命。因为蛋白质是聚合物、遗传物质DNA和RNA是聚合物、植物的 纤维素是聚合物。在我们的生活中,所有塑料、橡胶和纺织品都是聚合物,纸和木材来源于植物的纤维素,因此也是聚合物。其实聚合物分子本身就存在着很多随机 分形的行为。 无规线团 生活中,很少见到一条很长很软的东西自己处于伸直的状态,它们总是以这样或那样的形式弯曲起来。准确地说,一根长线恰好呈伸直的样子,不是不可能, 只是机率非常地低。不信,你可以拿一根毛线(要长一点的),让从一定高度自由地落到地上。不断重复,看看重复几次这根线团掉地上之后是直的。如果不考虑重 力和摩擦力,一根软的长线呈伸直状态的机率就更小了,基本可以说如果你不去拉它的话,它几乎不可能是伸直的。聚合物分子都是长链分子,跟它的直径相比,它 的长度可达几十到几百万倍。因此,聚合物分子链总是呈无规卷曲的状态,科学家形象地把它称作无规线团。 怎么描述无规线团呢?最常用的办法是把规线团看作盲人行走的轨迹。一个盲人自由地行走,每一步的方向都是随机选择,没有目的性的。但是他为了不走回 头路,每一走一步都在地上做了个记号。此后凡遇到了记号,他就再随机换个方向。当然了,这样做记号他还是会走回头方向的,只是起码他不会踩在他之前踩过的 地方罢了。他做的记号,实际上就成为了他行走的轨迹。不过,为了与聚合物分子链的真实情况相对应,这个盲人是在三维空间里自由飞行! 我们看一下盲人行走的轨迹,就会发现他总不会无限度的往远处走,走远了总会兜回来一点儿。我们关心盲人在一定步数之后能比原来走多远。由于盲人每次 走的路线都不一样,所以我们等盲人每走一定的步数之后就把它纠回到原点重走,折腾他个上千次。把每次走出的轨迹的首末距离取个平均数,我们就会发现,这个 平均距离R与盲人所走的步数n之间呈幂律关系R=k*n 0.6 。在每条轨迹中任取一段相同步数的局部,来计算平均首末距离平均数与所取步数间的关系都是一样的,这说明,盲人行走的轨计在统计上具有自相似性。聚合物分子链的无规线团就是盲人行走的轨迹,它是一个随机分形。 扩散置限 现在我们为盲人设立一个固定目标,盲人在空间里自由行走时,只要碰到了那个目标,就可以原地不动了,否则就必须无止境地寻寻觅觅。现在,我们再找来 好多盲人,一起放到空间里去乱跑,谁找到目标就站着不动,如果找不到目标,如果能找到已经站着不懂的盲人,那也可以就近站立了。这样的话,以目标为中心就 会向外排着好多站着不懂的盲人。这些盲人排成的图案是怎样的呢?科学家们把这样形成的图案叫做扩散置限聚集(diffusion limited aggregation)。 对于这堆盲人排成的图案,我们关心人数的空间分布。在这个图案中随便划一个半径为r的区域,人数N与所划区域的半径r呈幂律关系N=k*r 2.5 ,无论在哪里划多大的区域,都有这样的规律,因此,扩散置限聚集的图案是自相似的。聚合物薄膜的结晶形貌就是一个扩散置限聚集图案。 渝渗从蛋花汤到蒸水蛋 聚合物的第三个分形好戏是聚合物凝胶。聚合物凝胶在生活中到处可见煮熟的鸡蛋白就是一个最好的例子。鸡蛋有很多种做法,除了把鸡蛋整个煮熟之外,还可以打散,加点水,蒸个葱花水蛋。水加多了,这水蛋就会变得稀稀拉拉的了,水太多的话甚于成不了形,最终变成蛋花汤了。 聚合物凝胶化基本上可以理解为蒸水蛋的过程,经过研究发现,在聚合物从溶液形成凝胶的过程中,聚合物先是局部形成聚集体(cluster)(图中红 色部分),处于聚集体溶液(cluster sol)的状态,就好像一锅蛋花汤;这样的聚集体不断生长、合并;最终,当最大的聚集体接触到了容器的各个边界之后(图中绿色部分),体系就失去流动 性,形成了凝胶,变成一碗蒸水蛋了。这时,体系里还有其他较小的聚集体存在,它们继续增长,陆续与最大的取集体合并,直到最后所有能反应的聚合物都耗 尽为止。如果聚合物浓度太稀,聚集体还没充分生长,可反应的聚合物就耗尽了,那就没机会形成跨越反应器的统一网络了,反应就只停留在了聚集体溶液也就 是蛋花汤的水平。因此,形成凝胶的关键是点是最大的聚集体增大到能连接容器边界的那一点,称为临界点。 这一蛋花汤-蒸水蛋的比方,科学上称为渝渗(percolation)模型。在渝渗模型里,我们关心的是聚集体的尺寸分布。如果我们按尺寸大小给聚集体分组,然后数一下每组的聚集体个数,就会发现尺寸为s的聚体集个数N的关系在临界点的时候呈幂律关系N=k*s 2.2 。 这说明,在蛋花汤变成蒸水蛋的临界点时,汤里蛋花尺寸的分布是自相似的,属于随机分形。为什么只有在临界点的时候才是分形呢?离开了临界点,蛋花 尺寸的分布就偏离幂律了:在临界点之前,小蛋花数量太多了,而在临界点之后,大蛋团的数量太多了,因此恰好在临界点时,大大小小的蛋花分布刚好符合幂律关系。 转载原创文章请注明,转载自: 科学松鼠会 本文链接: http://songshuhui.net/archives/3331.html
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