空調(diào)用納米有機(jī)復(fù)合相變蓄冷材料制備與熱物性

武衛(wèi)東，唐恒博，苗朋柯，張華

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空調(diào)用納米有機(jī)復(fù)合相變蓄冷材料制備與熱物性

武衛(wèi)東，唐恒博，苗朋柯，張華

（上海理工大學(xué)制冷與低溫工程研究所，上海 200093）

針對(duì)目前空調(diào)用有機(jī)相變蓄冷材料熱導(dǎo)率低的問題，將具有高導(dǎo)熱性的納米材料（MWNTs、Al2O3、Fe2O3）添加到所開發(fā)制備的二元復(fù)合有機(jī)蓄冷材料（質(zhì)量比73.7:26.3的辛酸/肉豆蔻醇）中，從納米材料的種類和濃度兩方面，研究其對(duì)復(fù)合有機(jī)蓄冷材料熱物性的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：對(duì)于MWNTs、Al2O3、Fe2O33種納米材料，當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別小于0.3%、0.4%、0.8%時(shí)，對(duì)應(yīng)納米復(fù)合材料熱導(dǎo)率隨納米材料濃度的增加幅度較為明顯；與原二元復(fù)合有機(jī)相變蓄冷材料相比，添加0.3%的MWNTs，熱導(dǎo)率提高26.3%；添加0.4%的Al2O3，熱導(dǎo)率提高13.1%；添加0.8%的Fe2O3，熱導(dǎo)率提高32.1%；當(dāng)在一定納米材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)（如0.7%）下，加入納米顆粒的復(fù)合材料導(dǎo)熱性能效果依次為Fe2O3>MWNTs>Al2O3。不同納米粒子的添加對(duì)原蓄冷材料的相變溫度和相變潛熱影響很小，相變溫度變化波動(dòng)最大為0.4℃，相變潛熱變化波動(dòng)范圍最大為1.4%。

有機(jī)相變材料；空調(diào)蓄冷；納米材料；熱物性；強(qiáng)化傳熱；熱傳導(dǎo)；制備

引 言

空調(diào)蓄冷技術(shù)可以提高我國的能源利用水平，緩解電力資源緊張，有利于節(jié)能減排，協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和能源的綜合發(fā)展[1]?？照{(diào)蓄冷技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，蓄冷材料是關(guān)鍵，有機(jī)相變材料在空調(diào)蓄冷系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越受到重視，已成為國際研究的熱點(diǎn)[2]；有機(jī)相變材料具有相變溫度合適、相變潛熱較大及良好的物理/化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，但同時(shí)存在熱導(dǎo)率小的弊端，熱導(dǎo)率只有無機(jī)類相變材料的20%～30%，這會(huì)大大延長(zhǎng)相變材料的蓄/放熱時(shí)間，不利于熱量的儲(chǔ)存和釋放，影響蓄冷效率[3]。

目前，提高相變材料熱導(dǎo)率的方法有很多，其中應(yīng)用比較多、相對(duì)可靠的方法主要有3類：① 添加熱導(dǎo)率高的金屬或其化合物：Siegel[4]發(fā)現(xiàn)高熱導(dǎo)率粒子能夠提高相變儲(chǔ)能材料的傳熱效率；Ettouney等[5]發(fā)現(xiàn)金屬球的添加能夠使石蠟的傳熱系數(shù)提高15%；Eman等[6]研究發(fā)現(xiàn)鋁粉的添加使石蠟的蓄冷時(shí)間縮短將近60%；Zeng等[7]發(fā)現(xiàn)當(dāng)加入62.3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）銀納米線的十四烷的熱導(dǎo)率為純十四烷的4.56倍；② 在有機(jī)相變材料中添加碳類材料：Elgafy等[8]發(fā)現(xiàn)碳納米纖維的添加使得石蠟的熱導(dǎo)率有很大提升；Karaipekli等[9]研究發(fā)現(xiàn)在復(fù)合材料中添加10%的膨脹石墨后，熱導(dǎo)率提高了近58%；Sari等[10]將癸酸中加入10%的膨脹石墨后，復(fù)合相變材料的熱導(dǎo)率增加了約64%；③宏觀和微觀包覆相變材料[11]：Ozonur等[12]研究發(fā)現(xiàn)制備的膠囊粒徑約為1 mm，微膠囊相變材料在22～34℃的范圍內(nèi)幾何形狀、熱物性不發(fā)生變化。

隨著納米材料的不斷發(fā)展，為蓄冷材料熱導(dǎo)率的提高提供了新的思路。研究表明，當(dāng)材料的粒徑達(dá)到納米級(jí)別時(shí)，具有很大的比表面積和很強(qiáng)的界面相互作用[13]，在一定程度上可以提高材料的導(dǎo)熱性能，提高蓄能系統(tǒng)儲(chǔ)/放熱效率等[14-16]?？偨Y(jié)前人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在相變材料中添加碳類材料、金屬或其化合物和微膠囊化等對(duì)熱導(dǎo)率都有一定的提高，但金屬及其氧化物對(duì)相變材料具有選擇性，且易發(fā)生沉淀；微膠囊化的密封性較差，部分制備膠囊壁的材料會(huì)釋放有害氣體；在國內(nèi)外相關(guān)研究中選用的納米材料雖然可以提高熱導(dǎo)率，但也存在價(jià)格高的缺點(diǎn)。本文主要目的是選用價(jià)格相對(duì)低廉的納米材料（MWNTs、Fe2O3、Al2O3），采用兩步法將納米材料添加到本課題組已研制的二元復(fù)合有機(jī)相變材料（質(zhì)量比73.7:26.3的辛酸/肉豆蔻醇）[17]中制備成納米復(fù)合蓄冷材料，以提高其導(dǎo)熱性能，并從納米材料的種類和濃度兩方面，具體研究納米添加材料對(duì)復(fù)合蓄冷材料熱物性的影響，為納米有機(jī)復(fù)合相變材料在空調(diào)蓄冷領(lǐng)域的推廣應(yīng)用提供一定參考。

1 納米復(fù)合蓄冷材料的制備

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

所需實(shí)驗(yàn)材料如表1所示。圖1為納米材料MWNTs、Al2O3、Fe2O3的掃描電鏡照片。

表1 主要材料Table 1 Main materials

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)所用的儀器如表2所示。

表2 實(shí)驗(yàn)儀器Table 2 Experiment instrument

1.3 樣品的制備

作者在之前的研究中，以相變潛熱較大、相變溫度為0～40℃、互溶性良好和價(jià)格低廉為原則，選取了壬酸、辛酸、癸酸、月桂酸、癸醇、月桂醇和肉豆蔻醇7種有機(jī)物質(zhì)，進(jìn)行兩兩二元混合，根據(jù)熱力學(xué)第二定律和相平衡理論，首先預(yù)測(cè)了不同比例混合材料中的相變溫度和相變潛熱，并配制了不同比例的混合材料共49個(gè)樣品，通過測(cè)試各組材料樣品的DSC熔化曲線和凝固曲線，得到其相變溫度、相變潛熱等熱物性參數(shù)，最終篩選出了熱物性能較優(yōu)且適合空調(diào)領(lǐng)域的二元復(fù)合材料（質(zhì)量比為73.7:26.3的辛酸/肉豆蔻醇）[17]，作為本實(shí)驗(yàn)的復(fù)合蓄冷材料。為了方便下文對(duì)樣品描述，簡(jiǎn)稱此二元混合蓄冷材料為OM，其具體參數(shù)如表3所示。

表3 蓄冷材料OM熱物性的測(cè)量值Table 3 Thermal properties for organic phase change material OM

本實(shí)驗(yàn)利用化學(xué)分散（加入分散劑）和物理分散（超聲波分散）相結(jié)合的方法[18-20]，通過兩步法將所選擇的不同的納米粉體分別添加到液態(tài)的蓄冷材料中，形成納米材料懸浮液，隨后添加分散劑，并進(jìn)行超聲波分散，獲取穩(wěn)定性好、分散均勻的納米復(fù)合材料。

實(shí)驗(yàn)樣品制備流程如下：

（1）利用高精度電子天平稱取一定質(zhì)量的相變材料OM于試管中，將其置于溫度為60℃恒溫槽中備用；

（2）稱取一定量的納米粒子（MWNTs、Al2O3、Fe2O3）和分散劑（SDBS），先將納米粒子倒入充分熔化、均勻混合的相變材料OM試管中，再把分散劑倒入相變材料OM試管中，攪拌均勻；

（3）設(shè)置超聲波清洗器的參數(shù)，其中功率設(shè)定為150 W，時(shí)間為90 min，溫度設(shè)定為80℃；

（4）待超聲波清洗器水浴溫度達(dá)到80℃時(shí)，將添加有納米粒子和分散劑的樣品試管固定在超聲波清洗器中，進(jìn)行超聲波分散處理；

（5）超聲波分散后，將制備好的樣品試管取出，待用。

2 納米復(fù)合蓄冷材料的熱物性分析

2.1 納米材料的種類和濃度對(duì)復(fù)合材料熱導(dǎo)率的影響

為了研究納米材料種類和濃度對(duì)復(fù)合材料熱導(dǎo)率的影響規(guī)律，依據(jù)樣品的制備流程，根據(jù)之前研究結(jié)果[17]，選取分散最佳的分散劑、合適的分散劑與納米材料質(zhì)量比、最優(yōu)的超聲分散時(shí)間，制備出納米材料不同、濃度不同的復(fù)合材料，如表4所示。采用熱常數(shù)分析儀（瑞典Hot Disk公司生產(chǎn)的Hot Disk熱性能測(cè)量?jī)x），利用瞬態(tài)平面熱源法，對(duì)樣品的熱導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)樣品測(cè)試3次，求其平均值和方差，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2～圖4所示。圖中的縱坐標(biāo)表示樣品材料的熱導(dǎo)率，橫坐標(biāo)表示納米材料的濃度，每個(gè)樣品點(diǎn)為所測(cè)數(shù)值的平均值，其方差均小于5%，說明實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。

表4 不同納米材料濃度的復(fù)合材料樣品Table 4 Nano-organic composite PCM samples with different concentration

從圖2可以看出，對(duì)于OM+MWNTs復(fù)合材料，MWNTs的濃度低于0.3%時(shí)，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率曲線變化很陡，熱導(dǎo)率增長(zhǎng)較快；濃度大于0.3%時(shí)，熱導(dǎo)率增長(zhǎng)變慢，逐漸趨近于穩(wěn)定。MWNTs的濃度為0.3%時(shí)，復(fù)合材料樣品的熱導(dǎo)率為0.2196 W·m-1·K-1，相對(duì)于純OM蓄冷材料（熱導(dǎo)率為0.1739 W·m-1·K-1），熱導(dǎo)率提高了26.3%。

從圖3可以看出，對(duì)于OM+Al2O3復(fù)合材料，在Al2O3的濃度低于0.4%時(shí)，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率曲線變化較陡，熱導(dǎo)率增長(zhǎng)較快；濃度大于0.4%時(shí)，熱導(dǎo)率增長(zhǎng)變慢，逐漸趨近于穩(wěn)定。Al2O3的濃度為0.4%時(shí)，復(fù)合材料樣品的熱導(dǎo)率為0.1967 W·m-1·K-1，熱導(dǎo)率提高了13.1%。

從圖4可以看出，對(duì)于Fe2O3復(fù)合材料，在Fe2O3的濃度低于0.8%時(shí)，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率曲線變化較陡，熱導(dǎo)率增長(zhǎng)較快，濃度大于0.8%時(shí)，熱導(dǎo)率基本趨近于穩(wěn)定；Fe2O3的濃度為0.8%時(shí)，復(fù)合材料樣品的熱導(dǎo)率為0.2297 W·m-1·K-1，熱導(dǎo)率提高了32.1%。

從上述結(jié)果得知，3種納米材料的添加都可以提高復(fù)合材料的熱導(dǎo)率，但不同納米材料的添加對(duì)復(fù)合材料熱導(dǎo)率提高的程度不同。對(duì)于MWNTs、Al2O3、Fe2O3納米材料，當(dāng)其濃度分別小于0.3%、0.4%、0.8%時(shí)，對(duì)應(yīng)納米復(fù)合材料熱導(dǎo)率隨納米材料濃度的增加幅度較為明顯；同時(shí)，對(duì)應(yīng)不同納米濃度范圍下，各種納米復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能增強(qiáng)效果有所不同，如0.4%時(shí)，3種納米復(fù)合材料的熱導(dǎo)率大小依次是：MWNTs>Al2O3>Fe2O3；而如0.7%時(shí)，3種納米復(fù)合材料的熱導(dǎo)率大小依次是：Fe2O3>MWNTs>Al2O3。分析添加納米粒子可以明顯增強(qiáng)有機(jī)復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能，其主要可能的機(jī)理有以下幾個(gè)方面[21]：① 納米粒子的熱導(dǎo)率遠(yuǎn)大于有機(jī)材料，增強(qiáng)了混合物內(nèi)部的能量傳遞；② 納米粒子受布朗力等力的作用，納米粒子的布朗擴(kuò)散等微運(yùn)動(dòng)使得粒子與有機(jī)材料間有微對(duì)流現(xiàn)象存在，這種微對(duì)流增強(qiáng)了粒子與液體間的能量傳遞；③ 納米粒子在做無規(guī)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，粒子所攜帶的能量也發(fā)生了遷移，從而大大增強(qiáng)了復(fù)合材料內(nèi)部的能量傳遞過程。

從圖2～圖4也可以看出復(fù)合材料的熱導(dǎo)率隨著納米粒子的質(zhì)量濃度增加到一定程度后并非一直明顯增大，而是逐漸趨近于平緩。分析原因，可能是當(dāng)納米粉體濃度過高時(shí)，體系的穩(wěn)定性下降，抑制納米粒子在有機(jī)材料中的運(yùn)動(dòng)，容易形成團(tuán)聚和沉淀現(xiàn)象，從而抑制了復(fù)合材料熱導(dǎo)率的繼續(xù)提高。這說明并不是納米粒子添加得越多越好。

2.2 納米材料及分散劑的添加對(duì)復(fù)合材料熱性能的影響

為了研究納米材料及分散劑的添加對(duì)復(fù)合材料熱性能的影響規(guī)律，選取0.3%的MWNTs、0.4%的Al2O3、0.8%的Fe2O3的3種不同納米復(fù)合材料樣品和純OM（表5），利用DSC儀器對(duì)樣品的相變潛熱、相變溫度等性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。

表5 所需測(cè)量的復(fù)合材料樣品Table 5 Nano-organic composite PCM samples

圖5、圖6分別為測(cè)量樣品的DSC熔化曲線和凝固曲線，其中縱坐標(biāo)是試樣與參比物的熱流差，橫坐標(biāo)表示溫度，吸熱效應(yīng)（即熔化過程）用凸起的峰值來表征（熱焓增加），放熱效應(yīng)（即凝固過程）用反向的峰值表征（熱焓減少）。由圖5、圖6可以看出，純相變蓄冷材料OM和添加納米材料及分散劑的樣品的熔化曲線和凝固曲線形狀基本相同，熔化和凝固曲線都有一個(gè)波峰，說明材料的熔化特性和凝固特性沒有發(fā)生明顯變化，混合材料的熱物性比較穩(wěn)定。

表6為不同納米材料復(fù)合材料的熱性能參數(shù)測(cè)量值，可以看出添加有納米材料和分散劑樣品的相變潛熱和相變溫度都要低于純蓄冷材料OM，但變化很小，相變溫度變化波動(dòng)最大為0.4℃，相變潛熱變化波動(dòng)范圍最大為1.4%。分析原因：由于納米材料和分散劑的添加降低了純蓄冷材料OM的百分比含量，所以復(fù)合材料的相變潛熱必然降低。而復(fù)合材料相變溫度降低，可能是由于納米材料起到了成核劑的效果，減弱了蓄冷材料整體穩(wěn)定性；也有可能是分散劑與蓄冷材料充分混合，改變了蓄冷材料的熱物性能。

表6 添加不同納米材料的復(fù)合材料熱性能參數(shù)Table 6 Thermal properties of different nano-organic composite PCMs

整體來講，納米材料和分散劑的添加雖然降低了蓄冷材料的相變潛熱和相變溫度，但其變化很小，蓄冷材料依然保持著高的相變潛熱和合適的相變溫度。

2.3 納米復(fù)合蓄冷材料穩(wěn)定性

納米復(fù)合蓄冷材料穩(wěn)定性有3個(gè)方面的含義：動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性、聚集（分散）穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性[22]。動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性是指在重力場(chǎng)或其他外場(chǎng)的作用下，較小納米顆粒的強(qiáng)烈布朗運(yùn)動(dòng)，抵御重力等引起的沉降特性；聚集穩(wěn)定性是指體系的分散度是否隨時(shí)間而變；而熱穩(wěn)定性是指蓄冷材料經(jīng)歷若干次熔化和凝固循環(huán)后的熱性能變化情況，或承受冷熱循環(huán)而無性能退化的次數(shù)。良好的穩(wěn)定性是納米復(fù)合蓄冷材料在空調(diào)領(lǐng)域應(yīng)用的前提。

本實(shí)驗(yàn)制備了與實(shí)驗(yàn)樣品相同的對(duì)比樣品，對(duì)上述制備的3種納米復(fù)合蓄冷材料密封，放置于室溫中靜置60 d，觀察樣品（圖7）。結(jié)果顯示：樣品和初始放置基本一樣，呈液體狀態(tài)，納米材料分散均勻，沒有明顯分層，說明本納米復(fù)合相變蓄冷材料（經(jīng)過分散條件的調(diào)控）實(shí)現(xiàn)了良好的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性和聚集（分散）穩(wěn)定性。由于納米復(fù)合蓄冷材料的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性和聚集穩(wěn)定性主要是借助分散劑產(chǎn)生的空間位阻、靜電位阻效應(yīng)等來抵御重力、團(tuán)聚等引起的沉降并維持納米顆粒在流體中的均勻分散，基于60 d后觀察的結(jié)果可以預(yù)見這些物理穩(wěn)定性同樣能在更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)繼續(xù)保持，從而為適應(yīng)在空調(diào)領(lǐng)域的真正應(yīng)用提供了條件。

對(duì)于復(fù)合相變蓄冷材料的熱穩(wěn)定性，也是相變材料研究中非常重要的內(nèi)容。本實(shí)驗(yàn)中，利用低溫恒溫槽對(duì)蓄冷材料進(jìn)行了數(shù)十次凝固和熔化循環(huán)的重復(fù)實(shí)驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)蓄冷材料熱性能的改變。由于該實(shí)驗(yàn)過程均為人為控制，重復(fù)實(shí)驗(yàn)歷經(jīng)時(shí)間較長(zhǎng)，操作煩瑣，精度也較難控制。為此，作者設(shè)計(jì)了專門的蓄冷材料凝固和熔化循環(huán)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，并配備合適的自動(dòng)控制系統(tǒng)，將在隨后的研究中進(jìn)行系統(tǒng)的納米復(fù)合有機(jī)相變材料的熱性能或耐久性能實(shí)驗(yàn)，為所研究材料的實(shí)際應(yīng)用提供更有價(jià)值的參考。

3 結(jié) 論

（1）3種納米材料的添加（MWNTs、Fe2O3、Al2O3）都可以提高有機(jī)復(fù)合材料OM（質(zhì)量比73.7:26.3的辛酸/肉豆蔻醇）的熱導(dǎo)率，在一定納米材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)（如0.7%）下，加入納米顆粒的復(fù)合材料導(dǎo)熱性能效果依次為Fe2O3>MWNTs>Al2O3。

（2）在超聲功率150 W、超聲時(shí)間90 min、分散劑添加適量的情況下：對(duì)于MWNTs、Al2O3、Fe2O33種納米材料，當(dāng)其濃度分別小于0.3%、0.4%、0.8%時(shí)，對(duì)應(yīng)納米復(fù)合材料熱導(dǎo)率隨納米材料濃度的增加幅度較為明顯；相比純有機(jī)復(fù)合蓄冷材料OM，添加的MWNTs的濃度為0.3%時(shí)，復(fù)合材料樣品的熱導(dǎo)率為0.2196 W·m-1·K-1，提高幅度為26.3%；Al2O3的濃度為0.4%時(shí)，復(fù)合材料樣品的熱導(dǎo)率為0.1967 W·m-1·K-1，提高幅度為13.1%；Fe2O3的濃度為0.4%時(shí)，復(fù)合材料樣品的熱導(dǎo)率為0.2297 W·m-1·K-1，提高幅度為32.1%。

（3）通過DSC差示掃描量熱儀對(duì)樣品的熱物性進(jìn)行研究和分析，結(jié)果顯示：不同納米粒子的添加對(duì)蓄冷材料OM的相變溫度和相變潛熱影響很小，相變溫度變化波動(dòng)最大為0.4℃，相變潛熱變化波動(dòng)范圍最大為1.4%，說明添加納米粒子的復(fù)合蓄冷材料依然保持著高的相變潛熱和合適的相變溫度。

（4）采用價(jià)格相對(duì)低廉的納米材料與二元有機(jī)相變材料OM結(jié)合，可制備出熱導(dǎo)率較高、相變溫度合適、相變潛熱較大的空調(diào)用納米復(fù)合蓄冷材料，對(duì)于有機(jī)相變蓄冷材料在空調(diào)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用具有重要的意義。

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Preparation and thermal properties of nano-organic composite phase change materials for cool storage in air-conditioning

WU Weidong, TANG Hengbo, MIAO Pengke, ZHANG Hua

Institute of Refrigeration and Cryogenic EngineeringUniversity of Shanghai for Science and TechnologyShanghaiChina

One of the greatest challenges in the application of organic phase change materials (PCMs) is to increase their thermal conductivity while maintaining high phase change enthalpy. To prepare nano-organic composite PCMs for air-conditioning cool storage, nanomaterials with high thermal conductivity, including multi-walled carbon nano-tubes (MWNTs), Al2O3and Fe2O3, were respectively added into the organic composite PCMs of caprylic acid/myristyl alcohol (with mass ratio of 73.7 to 26.3), developed previously in this study. The thermal properties of nano-organic composite PCMs were analyzed by measuring their thermal conductivity coefficient. The kinds and concentrations of nano-materials are key influencing factors. The experiments showed that heat conductivities increased obviously when mass fractions of MWNTs, Al2O3and Fe2O3nanomaterials were less than 0.3%, 0.4% and 0.8%, respectively. Compared with the original PCMs, heat conductivity increased by 26.3% when mass fraction of MWNTs was0.3%; heat conductivity increased by 13.1% when mass fraction of Al2O3was 0.4%; the heat conductivity increased by 32.1% when mass fraction of Fe2O3was 0.8%. The thermal conductivity enhancement effects were in the order of Fe2O3,MWNTs and Al2O3at a specific mass fraction (.., 0.7%) of nanomaterials. The nano-organic composite PCMs prepared had a limited influence on phase change temperature and phase change enthalpy of the original PCMs, fluctuation of phase change temperature was less than 0.4℃, and the greatest fluctuation range of phase change enthalpy was 1.4%.

organic phase change materials; cool storage in air-conditioning; nanomaterials; thermal properties; heat transfer enhancement; heat conduction; preparation

2014-08-20.

Dr. WU Weidong, usstwwd@163.com

10.11949/j.issn.0438-1157.20141252

TK 02

A

0438—1157（2015）03—1208—07

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（50606027）；上海市自然科學(xué)基金項(xiàng)目（14ZR1429000）。

2014-08-20收到初稿，2014-12-08收到修改稿。

聯(lián)系人及第一作者：武衛(wèi)東（1973—），男，副教授。

supported by National Natural Science Foundation of China(50606027) and the Natural Science Foundation of Shanghai (14ZR1429000).