等离子体技术在材料领域中的应用研究进展

详述了等离子体在材料领域的应用研究进展,在材料表面处理方面可实现材料的表面粗糙化、表面清洁、表面化学基团引入和表面亲水性调变等,在催化材料制备方面可用于催化剂的还原、氧化、掺杂、刻蚀以及特殊化合物的合成等。还分析了等离子体技术在材料制备领域具备诸多优势,但仍然面临一些挑战,如等离子体处理具有时效性、处理量小、等离子体发生作用机制不清晰、工程放大困难等。因此,需要从等离子体反应机理及工程技术两个层面进行更深入研究,以期该技术在材料领域获得更广泛的应用。     

Sm2(Zr1-xTix)2O7陶瓷材料的结构及热物理性能

目的研究氧化物TiO_2 B位掺杂对Sm_2Zr2O_7陶瓷材料的结构及热物理性能的影响。方法以Sm_2O_3、ZrO_2、TiO_2为原料,通过高温固相合成法制备用过渡金属氧化物TiO_2掺杂Sm_2Zr2O_7的Sm_2(Zr_(1-x)Ti_x)_2O_7(x=0,0.2,0.4,x为摩尔分数)陶瓷材料。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)研究陶瓷材料的物相结构以及显微形貌,利用阿基米德原理测定陶瓷材料的体积密度。根据Neumann-Kopp定律计算材料热容,采用高温热膨胀仪及激光导热仪对材料的热膨胀性能和热导率进行表征。结果 Sm_2(Zr_(1-x)Ti_x)_2O_7体系陶瓷材料为立方烧绿石结构,显微结构致密,晶界清晰。Sm_2Zr2O_7掺杂小离子半径Ti~(4+)使其热膨胀系数有所提高,热扩散系数降低,并在高温下表现出类似于玻璃的超低热导率。800℃时,Sm_2Zr_(1.6)Ti_(0.4)O_7的热导率为1.29 W/(m·K),平均热膨胀系数达到10.6×10~(-6) K~(-1)。结论由于基质原子与取代原子之间的原子量差随Ti掺杂量的增加而逐渐降低,其热导率随Ti掺杂量增加而升高。     

实验室加速腐蚀环境下7050-T7451厚板疲劳性能研究

目的研究两种应力集中系数7050厚板铝合金材料在腐蚀环境下的腐蚀疲劳性能。方法开展7050厚板铝合金材料在3.5%NaCl盐水和油箱积水两种环境下的腐蚀疲劳实验,采用三参数式进行S-N曲线拟合分析不同应力集中系数、不同腐蚀环境对7050厚板铝合金材料疲劳性能的影响。结果腐蚀环境和应力集中系数都会对7050厚板铝合金材料的疲劳性能有影响,3.5%NaCl盐水和油箱积水两种腐蚀环境相较于应力集中系数对于降低材料疲劳性能的影响更大。结论减少7050厚板铝合金应力集中系数,加强7050厚板铝合金材料腐蚀防护对于提高材料抗疲劳性能有显著作用。     

浅层淹水条件下不同施肥处理对黑土温室气体排放的影响

以东北黑土区长期耕作土壤为对象,通过室内培养试验研究了浅层淹水条件下不同施肥处理对黑土温室气体排放的影响.结果表明,浅层淹水条件下,与不施肥对照处理相比,单施氮肥处理对土壤CO₂排放没有显著影响,氮肥配施猪粪或者秸秆则显著促进了CO₂的排放,使得CO₂排放速率提高了一个数量级,氮肥配施秸秆处理的CO₂排放量最高.浅层淹水条件下,与不施肥对照处理相比,施用氮肥显著促进了土壤N₂O的排放.而与单施氮肥处理相比,氮肥配施猪粪和秸秆则显著抑制了N₂O的排放,表现为土壤对N₂O的微量吸收,氮肥配施秸秆处理的N₂O吸收量相对较高.浅层淹水条件下施用氮肥抑制了土壤CH₄的排放,而与单施氮肥处理相比,氮肥配施猪粪或者秸秆则促进了土壤CH₄的排放.     

云南某一矿产资源开发利用的环境辐射影响研究

为了解云南西南部一锗矿开采和冶炼对环境的辐射影响,在矿区及其外围环境开展了航空和地面联合调查测量,在重点地区和热点区域开展详细调查.研究结果显示,原矿石、冶炼废渣放射性活度大于1Bq/g,中间产品核素活度达到10⁴Bq/kg;企业排放废水总α>1Bq/L,总β>1Bq/L.矿产开发利用对周围环境影响明显,局部区域受污染农田土壤、地表水系局部地段放射性水平明显高于正常背景值,在受污染区域生长的农作物放射性水平较高.室内氡浓度年平均值与全国水平比较总体上明显偏高,且研究区域居民受照剂量高于全国平均水平.     

不同改良材料对紫色土吸附Cu2+的影响

为了探究不同改良材料添加对紫色土吸附Cu~(2+)的影响,将活性炭(C)、麦饭石(M)、硅藻土(D)、膨润土(B)和活性硅酸钙(S)5种改良材料分别以1%和2%(质量比)添加到紫色土(P)中,形成P-C_(1%)和P-C_(2%)(紫色土+1%和2%活性炭,下同)、P-M_(1%)和P-M_(2%)、P-D_(1%)和P-D_(2%)、P-B_(1%)和P-B_(2%)、P-S_(1%)和P-S_(2%)10种混合土样(P为对照)。批处理法研究不同混合土样对Cu~(2+)的等温吸附和热力学特征,并对比不同温度、pH和离子强度下的吸附差异。结果表明:(1)各供试混合土样对Cu~(2+)的吸附符合Langmuir等温吸附模型,且最大吸附量q_m在65.02～131.34 mmol/kg之间。相同添加比例下,Cu~(2+)的吸附量均呈现出P-BP-DP-CP-SP-M的趋势,且2%添加时效果更佳。(2)温度从20℃增加至40℃时,除P-C以外,其余混合土样对Cu~(2+)的吸附量均随温度的升高而增加。热力学参数表明各混合土样对Cu~(2+)的吸附是一个自发、吸热和熵增的过程。(3)pH在3～5范围内,各供试混合土样对Cu~(2+)的吸附量均随pH的升高而增大(P-S除外)。随着离子强度的增加,各混合土样对Cu~(2+)的吸附量均表现出先增大后减少的趋势,以0.10 mol/L时最大。     

核级管道非标支架的力学分析与优化设计

目的基于核级管道支架的力学分析,针对性地提出非标支架优化设计方案。方法核电站中管道支架为确保管道系统的安全运行发挥着至关重要的作用。针对工况复杂、要求严苛、承载恶劣的管道支架,为满足其支撑与抗震功能,通常采用非标设计。深入研究非标支架的力学计算和评定方法。通过有限元计算评定结果,发现支架设计中不满足规范要求项,提出非标支架优化设计方案。结果首先针对支架整体结构刚度和稳定性不足,采取增加斜支撑与增强约束等结构性修改措施,进而确定增强支撑钢梁强度的优化方案,解决应力超过规范许用限值问题,最后对于问题集中的管道连接区域,提出局部支撑构件重新设计方案。结论该优化方案可为核级管道非标支架设计提供借鉴和指导,以满足核电标准规范和设计要求。     

C/C-SiC-ZrB2复合材料表面SiC/ZrB2-SiC/SiC涂层的制备及抗氧化烧蚀性能研究

目的研究C/C-SiC-ZrB_2复合材料表面SiC/ZrB_2-SiC/SiC涂层的制备、抗氧化烧蚀性能与机理。方法选择ZrB_2和SiC改性的C/C复合材料为基体,通过包埋-刷涂法在C/C-SiC-ZrB_2复合材料表面制备了SiC/ZrB_2-SiC/SiC多重抗氧化涂层,并对复合材料的微结构、抗氧化烧蚀性能与机理进行分析和研究。结果制备了一种三层结构的SiC/ZrB_2-SiC/SiC超高温陶瓷复合涂层,获得了风洞考核试验下的复合材料微结构变化、线烧蚀率等试验数据,并得到了C/C-SiC-ZrB_2复合材料的氧化烧蚀机理。结论 SiC/ZrB_2-SiC/SiC涂层对C/C-SiC-ZrB_2复合材料的抗氧化和耐烧蚀性能具有明显提升,有效提高了C/C-SiC-ZrB_2复合材料的综合热防护性能。     

直管道电场指纹法有效检测区范围的数值模拟

目的确定电场指纹法应用于直管道时的有效检测区大小。方法采用COMSOL多物理场数值模拟的方法,研究直管道模型在电场指纹检测时的电场分布特征,并探讨电流输入方式、电源电极尺寸、管道尺寸等因素对有效检测区的影响。结果双路电流输入方式能够获得更大的有效检测区,可提高电流利用率及检测效率。有效检测区大小受电源电极尺寸、管道壁厚变化的影响极小,受管道公称直径影响较大。有效检测区与电源电极的最小间距固定,约为管道公称直径的1.5倍。结论确定了电场指纹法应用于直管道时有效检测区的大小,为电场指纹法的管道检测规范的制定提供了科学依据。     

Anaerobic co-digestion of municipal biomass wastes and waste activated sludge：Dynamic model and material balances

The organic matter degradation process during anaerobic co-digestion of municipal biomass waste （MBW） and waste-activated sludge （WAS） under different organic loading rates （OLRs） was investigated in bench-scale and pilot-scale semi-continuous stirred tank reactors. To better understand the degradation process of MBW and WAS co-digestion and provide theoretical guidance for engineering application, anaerobic digestion model No. 1 was revised for the co-digestion of MBW and WAS. The results showed that the degradation of organic matter could be characterized into three different fractions, including readily hydrolyzable organics, easily degradable particulate organics, and recalcitrant particle organics. Hydrolysis was the rate-limiting step under lower OLRs, and methanogenesisis was the rate-limiting step for an OLR of 8.0 kg volatile solid （VS）/（m^3·day）. The hydrolytic parameters of carbohydrate, protein, and lipids were 0.104, 0.083, and 0.084 kg chemical oxygen demand （COD）/（kg COD·hr）, respectively, and the reaction rate parameters of lipid fermentation were 1 and 1.25 kg COD/（kg COD.hr） for OLRs of 4.0 and 6.0 kg VS/（m^3·day）. A revised model was used to simulate methane yield, and the results fit well with the experimental data. Material balance data were acquired based on the revised model, which showed that 58.50% of total COD was converted to methane.