水滑石阻燃剂热相变行为及其热力学分析

水滑石(LDH)具有阻燃、消烟、填充和热稳定性等功能, 是无机阻燃剂的新品种, 以尿素为沉淀剂制备Mg/Al摩尔比为4的镁铝水滑石(MgAl-LDH)阻燃剂。通过X射线衍射光谱(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和热重-差示扫描量热法(TG-DSC)等表征手段, 以及结合去卷积及曲线拟合分析, 研究了MgAl-LDH阻燃剂的热分解行为, 探求其热相变规律, 特别是热解相变过程中层板羟基(—OH)的存在形式和层间碳酸根(CO2-3)的配位变化, 并从热力学角度对其热分解过程进行了分析讨论。XRD表征发现, 随着温度的升高, LDH阻燃剂主体层板结构发生晶相转变, 500 ℃时层间CO2-3基本脱除生成镁铝双金属混合氧化物(Mg—Al—O), 600 ℃有杂相MgAl2O4尖晶石晶相生成。基于FT-IR和TG-DSC表征和曲线拟合分析, 发现LDH阻燃剂主体层板—OH存在［Al—OH—Al］, ［Al—OH—Mg］和［Mg—OH—Mg］三种形式, 各结构单元中的—OH析出难易程度有所不同, ［Mg—OH—Mg］最难析出, ［Al—OH—Mg］次之, 而［Al—OH—Al］较易;层间CO2-3亦有三种配位方式, 即桥联配位、单齿配位和双齿配位。从热力学角度对MgAl-LDH阻燃剂的热力学性质进行了估算, 得到了Mg8Al2(OH)20CO3晶体的吉布斯自由能(ΔrGθT)随温度变化的明确表达式。当温度(T)高于228.65 ℃时, 吉布斯自由能(ΔrGθT)小于零, MgAl-LDH发生分解, 层板中—OH析出过程是自发进行的。该结果与TG-DSC实验结果接近, 表明热力学估算所得吉布斯自由能(ΔrGθT)与温度(T)的关系是可靠的。     

水溶液中硫酸根离子的拉曼光谱定量分析

拉曼光谱因其具有无损、非接触以及原位的技术优势被广泛应用于科学研究领域。但是,当前拉曼光谱主要应用于定性研究,即根据拉曼波数偏移进行物质分子的鉴别,相比之下,拉曼光谱定量分析则明显不足。因此,有必要进一步开展拉曼光谱定量方面的研究。根据拉曼光谱原理分析可知,拉曼光谱定量研究应当根据相对强度比进行,也就是在定量化过程中需要选择一个参考系,可以分为内标法和外标法。拉曼光谱定量可以根据被测分子与该参考系的拉曼强度比值进行,通过这个方法可以消除测试条件的影响。对水溶液而言,可将液态水的OH伸缩振动作为内标,进行拉曼光谱定量分析。本文研究了Na₂SO₄-H₂O,K₂SO₄-H₂O以及NaCl-Na₂SO₄-H₂O体系的拉曼光谱特征。通过将水分子的OH伸缩振动（2 750~3 900 cm-1附近）拟合为两个高斯谱峰,并以I_SO2-4/I_W为参数来确定溶液中的硫酸根离子浓度,其中I_SO2-4为硫酸根离子的特征峰强度,I_W为水的两个高斯谱峰强度之和。实验结果表明,水溶液中SO2-₄浓度与拉曼强度比I_SO2-4/I_W之间有较好的线性关系,其中,R2=0.997 73,符合定量要求。据此,本文应用拉曼光谱定量分析,建立了一种相对快速、准确测量水溶液中SO2-₄浓度的方法。     

多基色混合白光LED显色性优化研究

为优化多基色混合白光LED的显色性,得到色彩生动的白光LED照明效果,以评价饱和红色的特殊显色指数R₉为研究对象,通过多基色光源混合白光LED的光谱功率分布的高斯数学模型,选取峰值波长λ_m、半波宽Δλ和幅值A为基色光源光谱功率分布的主要参量,并以“蓝光芯片+YAG黄色荧光粉”和“红、绿和蓝基色LED”为分析模型分别进行二基色和三基色混合白光LED显色性研究,讨论两种基色混合情况下三个参量对混色白光LED的显色性R₉贡献。结果表明：为使多基色混合白光LED的显色性更好,首先确定光源S1的峰值波长λ_m1、半波宽Δλ₁及幅值A₁;然后设定其他基色光源幅值A_i以求此条件下峰值波长λ_mi和半波长Δλ_i取值范围;最后在求得的峰值波长λ_mi和半波长Δλ_i取值范围,反求基色光源的最佳幅值A_iopt,从而使多基色混合白光LED的显色性达到最佳效果。该方法对分析基色混合白光LED的显色性具有理论参考价值。     

In situ DRIFTS研究NO在Cu-ZSM-5上的表面吸附及选择性催化还原

Cu-ZSM-5分子筛催化剂选择性催化还原NO具有较好的低温活性,在613 K时NO还原成N2的转化率达70.6%。原位漫反射红外光谱(In situ DRIFTS)是研究催化剂表面吸附物种及催化机理的重要方法,应用该方法在298～773 K范围原位考察了以C₃H₆为还原剂及富O₂ 条件下,NO在Cu-ZSM-5催化剂上的表面吸附及选择性催化还原。认为NO在Cu-ZSM-5催化剂上还原为N₂的过程中,NO以一系列NO_x吸附态形式与丙稀的活化物种(C_xH_y或C_xH_iyO_z)反应,生成有机中间体,再进一步反应,最终生成N₂。有机中间体存在一个明显的从有机胺物种到腈(或—CN)再到有机氮氧物种(R—NO₂或R—ONO)的过程,催化剂表面形成有机中间物种是关键步骤,Cu的作用是促进NO_x形成,O₂ 的作用是促进C₃H₆活化,并且是有效产生有机-氮氧化物不可缺少的条件。     

852.3 nm激光线共振激发Cs蒸气的荧光光谱

研究了Cs蒸气被单模半导体激光器的852.3 nm线激发产生的荧光光谱。由Cs,Cs₂的荧光及其强度确定了在受激Cs-Cs₂系统中的若干碰撞和辐射过程。高位态原子线是由Cs(6P_3/2)+ Cs(6P_3/2)到Cs(6D,8S)的碰撞能量合并形成的,Cs₂(B 1∏_u)带则由Cs(6P)+Cs₂(X 1Σ+_g)碰撞转移产生。通过激发转移、能量碰撞合并和Cs₂-Cs碰撞传能研究了6 2P原子的精细结构混合,得到了6P_3/2→6P_1/2碰撞转移速率系数是(5.2±2.1)×10-11 cm3·s-1,给出了过程Cs₂(B 1∏_u)+Cs(6S)→Cs₂(X 1Σ+_g)+Cs(6P_1/2)的速率系数是(1.0±0.4)×10-9 cm3·s-1。     

Normal coordinate in harmonic crystal obtained by virtue of the classical correspondence of the invariant eigen-operator

Noticing that the equation frac d²O_ndt²={H_c,{H_c,O_n}} =λO_n with double-Poisson bracket, where O_n is normal coordinate, H_c is classical Hamiltonian, is the classical correspondence of the invariant eigen-operator equation (2004 Phys. Lett. A. 321 75), we can find normal coordinates in harmonic crystal by virtue of the invariant eigen-operator method.     

氯柱硼镁石在硼酸溶液中溶解转化的Raman光谱

利用Raman光谱对氯柱硼镁石在30 ℃时,4.5%的硼酸水溶液中溶解相转化过程进行了研究。研究结果表明相转化产物为库水硼镁石(2MgO·3B₂O₃·15H₂O)。根据Raman光谱位移对溶液中各种聚硼酸根B(OH)-₄,B₂O(OH)2-₆,B₃O₃(OH)-₄等阴离子的Raman峰进行了归属以及它们间的相互作用分别进行了讨论分析。提出了溶液中硼氧配阴离子的存在形式及其相互作用机理和我国青藏高原盐湖区库水硼镁石形成的地球化学成盐条件和机理。     

聚合硫酸铁钛混凝剂的制备及红外、紫外-可见光谱分析

复合混凝剂由于其具有优异的混凝性能而受到越来越广泛的关注,但与钛离子络合的铁基复合混凝剂的制备和表征还鲜有报道。研究以Ti(SO₄)₂为配合物,PO3-₄为稳定剂和络合剂制备了聚合硫酸铁复合混凝剂钛(PFTS)。主要利用红外光谱(FTIR)、紫外-可见光谱(UV/VIS)表征分析了PFTS在不同Ti/Fe,P/Fe,OH/Fe物料配比下对化学基团,分子结构变化的影响。结果表明,Ti4+和PO3-₄的加入,不是以单一离子形态存在,而是生成了诸如Ti—O,—Fe—P—Fe—和—Ti—P—Ti—等有助于增大聚合物分子量的基团键,而一定比例的Ti/Fe和P/Fe配比有助于物料单体相互络合生成诸如—Fe—P—Ti—的基团键和Fe₆(OH)6+₁₂,[Fe_x(OH)_y]₂H₂PO(6x-2y-1)+₄等类型的中聚体结构,此比例在P/Fe为0.2—0.3,Ti/Fe为1∶8比较恰当。过高的P/Fe比,Ti/Fe比和OH/Fe会生成TiO₂,Ti₃(PO₄)₄和FePO₄沉淀或高聚体络合物,不利于混凝性能的发挥。     

绿松石的激光拉曼光谱研究

对湖北、安徽地区绿松石进行了激光拉曼光谱测试分析。结果表明,绿松石中H₂O,OH-及PO3-₄的基团振动是导致其激光拉曼光谱形成的主要原因。3 510～3 440 cm-1的谱峰是由ν(OH)伸缩振动所致,其中ν(OH)振动导致的强拉曼特征谱峰在3 470 cm-1附近,ν(H₂O)伸缩振动致拉曼谱峰位于3 290～3 070 cm-1附近的较为宽缓的弱谱峰处;由ν₃(PO₄)伸缩振动致强拉曼特征谱峰在1 200～1 030 cm-1之间,其中ν₃(PO₄)振动导致的强拉曼特征谱峰在1 039 cm-1附近,ν₄(PO₄)弯曲振动位于650～540 cm-1范围,ν₂(PO₄)的弯曲振动谱峰位于500～410 cm-1处;不同产地、不同结晶类型的绿松石表现出的拉曼谱峰特征基本一致。     

二元溶液中基频拉曼散射系数随浓度变化对费米共振的影响

在二硫化碳(CS₂)和苯(C₆H₆)的二元溶液中,随着相对体积浓度而变化,C₆H₆的基频ν_１(992 cm-1) 的拉曼散射系数随浓度减小而增加,而CS₂的基频ν₁(656 cm-1)的拉曼散射系数则随浓度增加而增加。文章测量了这二元溶液相对不同体积浓度的拉曼光谱。结果表明,尽管CS₂和C₆H₆的基频ν₁的强度都随着浓度变化而发生较大变化,但C₆H₆的基频ν₁对其参与的ν₁+ν₆～ν₈费米共振几乎没有影响,而CS₂的基频ν₁强度的变化不仅对ν₁～2ν₂费米共振产生较大影响,还使基频ν₂发生变化。文章给出了实验结果,并用Bertran费米共振理论和群论给予了解释。     

Grüneisen γ通用函数及完全物态方程

在分析Grüneisen γ近似函数的适用范围和热力学γ高压演化特性的基础上, 根据Grüneisen γ系数的物理性质和变化特点, 利用数学分析的方法建立了Grüneisen γ通用函数γ_n(v). 将γ_n(v)代入热力学函数γ(v, T), γ(v, T)即成为全压力区连续可导的函数, 并由γ(v, T)直接导出了等熵温度函数T_S(v); 再根据等熵温度与Hügoniot 温度的函数关系获得了Hügoniot温度方程的解析函数T_H(v), 从而使Hügoniot方程成为完全物态方程. 对几种金属做了检验, 由等温方程推算Hügoniot方程, 或者由Hügoniot方程推算等温方程, 其结果都与实验符合得很好.     

新雪的热红外偏振特性研究

积雪直接影响地表能量平衡和气候变化,与人类生产、生活息息相关,运用热红外偏振技术对新雪的发射光谱特性进行研究,可为热红外遥感监测雪的热辐射偏振特性定量研究提供基础,对加深对全球变暖理解及制定相应对策等具有重要意义。研究结果表明：波段对新雪热红外偏振特性影响很大,其偏振辐亮度(L)表现为：L_CH1>L_CH3>L_CH4>L_CH2,偏振亮温(T)表现为：T_CH4>T_CH1>T_CH2>T_CH3,在探测角50°偏振角90°处出现最大值而在探测角30°偏振角75°处存在最小值,利用CH₃偏振亮温数据分析新雪热辐射偏振特性效果更优。探测角对新雪的偏振亮温影响极其显著,表现为：T₁₀203005040,偏振度(P)表现为：P₀>P₃₀>P₄₀>P₂₀>P₁₀>P₅₀。偏振角对新雪亮温影响呈线性关系,在0~135°范围,每单位偏振角偏振亮温增加约0.003 ℃,这为新雪偏振亮温预测提供可能,在研究探测角对新雪偏振亮温影响时可忽略波段造成的差异。相对方位角对新雪的热辐射偏振特性影响不显著,这主要是由物质表面粗糙程度与组织结构差异导致,利用热红外偏振度对新雪的理化特性监测具有重要作用。     

陶寺、殷墟白灰面的红外光谱研究

采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)对天然石灰石、模拟白灰面以及采自陶寺遗址和殷墟遗址的白灰面进行了分析检测,以探明陶寺和殷墟遗址白灰面所用原料。结果显示,人工烧制石灰碳化后所形成的方解石,其ν₂/ν₄比值高达6.31,明显高于天然石灰石中的方解石,从而表明人工烧制石灰碳化所形成的方解石较之天然石灰石中的方解石具有较高的晶体无序度;随着研磨程度的增加,天然石灰石中的方解石和人工烧制石灰碳化形成的方解石,其ν₂和ν₄值逐渐减小,人工烧制石灰碳化形成方解石的ν₂-ν₄特征趋势线斜率较高,从而为考古出土人工烧制石灰的判定提供了一种简便、有效的方法。根据此判别方法,陶寺和殷墟遗址的白灰面很可能是采用人工烧制石灰所制备的,表明中国古代先民在距今4300多年的新石器时代晚期已掌握了石灰烧制技术。     

高温高压下文石和方解石的拉曼光谱研究

利用金刚石压腔结合拉曼光谱分析技术,研究了文石在18～388 ℃,71～2 014 MPa,以及方解石在19～351 ℃,96～1 823 MPa条件下的拉曼光谱特征,并得到文石和方解石的拉曼位移与温度、 压力三者之间的关系式。研究结果表明,文石和方解石的拉曼位移随温度压力的变化规律相似,都随压力升高向高频移动,除文石的704 cm-1外均随温度升高向低频移动。二者的晶格振动ν_i/T值均大于[CO₃]基团内振动的值,说明CaO₆八面体的热膨胀性大于[CO₃]基团的热膨胀性。二者的对称伸缩振动ν/T及ν/P值不同,由于该振动拉曼位移和C—O键的键长有关,方解石的C—O键的热膨胀性比文石小而可压缩性比文石大。另外升温升压过程中文石和方解石可以相互转化,伴随该过程发生的[CO₃]基团旋转变形等动力学因素也可以造成二者ν_i/T和ν_i/P值差异。     

标准线性固体材料中球面应力波传播特征研究

基于标准线性固体模型, 结合球面波波动方程, 给出了球面应力波的粒子速度v、粒子位移u、径向应力σ_r、切向应力σ_θ、径向应变ε_r、切向应变ε_θ、折合速度势、折合位移势在Laplace域的理论解. 采用基于Crump算法的Laplace数值逆变换方法分析了上述物理量的传播特征. Laplace数值反演结果表明, 线黏弹性材料对强间断球面应力波的初始响应为纯弹性响应, 强间断在传播过程中包含了几何衰减和本构黏性衰减, 应力、应变、粒子速度的衰减特性和粒子位移、应力、应变、折合位移势等物理量的稳态值同黏弹性球面波的理论预测一致. 折合速度势和折合位移势的峰值随波传播距离的增加逐渐衰减, 这与理想弹性理论给出的折合速度势和折合位移势不随传播距离变化的结论不同. 折合位移势的稳态值与介质的静态剪切模量成反比, 与稳态空腔压力成正比, 与空腔半径的三次方成正比.     

辽东湾海冰反射特性

海冰反照率是研究海冰表面特性、海冰分布、海冰厚度和极地气候的重要光学量之一。将卫星于不同位置所测量到的海冰双向反射率准确地转化为相应的反照率的值,对于获得大规模海冰的时空特性是非常重要的。研究了辽东湾海冰反照率与海冰双向反射分布函数之间的相关关系。结果表明：(1)反照率与海冰组分密切相关,海冰表层颗粒物浓度越高,反照率α(λ)的值越小,气泡的含量越高,α(λ)越大;(2)当仪器探头天顶角θ为0°时,所测量的双向反射因子R_f与反照率α(λ)的值是相似的;随着θ的增大,R_f的值逐渐增大,且与探头方位角的相关性逐渐增强;当θ的值等于太阳天顶角63°时,R_f的值最大,且与探头方位角的相关性最强;(3)不同类型的冰具有不同的各向异性反射因子。     

常温和0.1～1 400 MPa条件下黄铜矿的拉曼光谱研究

实验利用金刚石压腔装置研究了常温和0.1～1 400 MPa范围内黄铜矿A₁振动模式的原位拉曼光谱特征。结果显示在实验条件范围内,该拉曼振动峰的强度和形态保持稳定,表明晶格内Cu-S和Fe-S间的相互作用没有发生质变。实验发现黄铜矿该拉曼振动的波数随着压力升高连续向高频方向移动,两者的线性关系为：ν₂₉₀＝0.031 2p+290.60(0.1≤p<58.8 MPa)和ν₂₉₀＝0.005 72p+292.10(58.8≤p<1 400 MPa)dν/dp。常温下58.8 MPa是黄铜矿该拉曼波数随压力变化率的一个突变点,低于和高于该压力时分别为31.2和5.72 cm-1·GPa-1,显著的差异表明黄铜矿的结构可能发生了某种改变。     

有机硼酸盐插层Zn/Al-LDH的红外和拉曼光谱特征

研究了碳酸根和硼酸根的二元锌铝水滑石的X射线衍射,拉曼和红外光谱特征。采用一步水热共沉淀法,分别制得结晶良好的层间为碳酸根和硼酸根的二元锌铝水滑石。X射线衍射分析显示,硼酸根插层后水滑石（003）特征衍射峰向小角度移动,峰型尖锐,水滑石通道高度从0.28 nm增加至0.42 nm;红外光谱和拉曼光谱特征表明,硼酸根插层后,碳酸根的红外和拉曼特征峰消失。层间硼酸根以B₃O₃(OH)-₄,B₄O₅(OH)2-₄和B(OH)-₄三种形式存在。随层间离子的不同,与羟基相关的红外光谱和拉曼光谱峰位均有所改变。研究结果表明以硼酸三正丁酯为插层剂,可获得单一相、纯度较高的硼酸根型锌铝水滑石,拉曼光谱可准确探测水滑石层间阴离子变化对其结构和性能的影响。     

高温高压下NaCl-CaCl2-H2O体系Raman光谱的定量研究

三元体系NaCl-CaCl₂-H₂O是一种重要的天然水-盐体系。然而,研究人员在过去只研究了低温下该体系的相变,但在高温高压条件下拉曼位移和物理参数之间的定量关系却并没有被报道。利用利用热液金刚石压腔(HDAC)和石英压标,对高温高压下三元体系NaCl-CaCl₂-H₂O的拉曼光谱特征进行了系统的研究,并获得了水的O—H伸缩振动谱带的拉曼位移、溶质质量分数和压力之间的定量关系。其中盐的质量分数相等(NaCl与CaCl₂),分别为4.0 mass％,8.0 mass％和12.0 mass％。实验结果表明,当盐的质量分数和体系的压力保持不变时,O—H伸缩振动的标准拉曼位移差(Δν_(O—H))伴随着温度的升高而增大。当温度和压力恒定时,Δν_(O—H)随盐的质量分数的增加而增大。对于这个三元体系,其Δν_(O—H)与压力近似为线性关系,且不同盐度条件下的关系斜率相近。Δν_(O—H)与温度(T)、压力(P)、溶质质量分数(M)之间的定量关系为P＝-31.892Δν_(O—H)+10.131T+222.816M-3 183.567,其中该方程的有效PTM范围为200 MPa≤P≤1 700 MPa, 273 K≤T≤539 K 以及M≤12 mass%。该公式可以用来作为地质压力计,用于研究等盐度条件下在NaCl-CaCl₂-H₂O体系流体包裹体。该方法作为一种直观的地质探测技术,具有潜在的应用价值。