高压熔渗生长法制备金刚石聚晶中碳的转化机制研究

在6 GPa和1500 ℃的压力和温度范围内, 利用高压熔渗生长法制备了纯金刚石聚晶, 深入研究了高温高压下金刚石聚晶生长过程中碳的转化机制. 利用光学显微镜、X-射线衍射、场发射扫描电子显微镜检测, 发现在熔渗过程中金刚石层出现了石墨化现象, 在烧结过程中金刚石颗粒表面形貌发生了变化. 根据实验现象分析, 在制备过程中存在三种碳的转化机制: 1)金属熔渗阶段金刚石颗粒表面石墨化产生石墨; 2)产生的石墨在烧结阶段很快转变为填充空隙的金刚石碳; 3)金刚石直接溶解在金属溶液中, 以金刚石形式在颗粒间析出, 填充空隙. 本文研究碳的转化机制为在高温高压金属溶剂法合成金刚石的条件下(6 GPa和1500 ℃的压力和温度范围内)工业批量化制备无添加剂、无空隙的纯金刚石聚晶提供了重要的理论指导.     

医疗诊断可望改用小剂量X射线

 X射线的发现已有一百多年,但百年前那个实验的情景却鲜活地印在一代又一代人的脑海中.1895年11月8日晚上,德国物理学家威尔姆·康拉德·伦琴在一间暗室中做紫外线辐射物理实验     

FeCl_3对准东煤基多孔碳孔隙结构与石墨化协同调控

多孔碳制备过程中,孔结构的发展和石墨化的演变相互依存,且高的石墨化度往往导致孔隙结构衰减。为同时提高煤基多孔碳孔隙结构与石墨化程度,本文以我国大储量准东煤为原料,通过添加FeCl_3实现孔隙结构与石墨化度的协同调控,探究不同FeCl_3添加量的影响。结果表明:随着FeCl_3添加量增加,煤焦比表面积由346 m~2·g~(-1)增加到574m~2·g~(-1);石墨化程度逐渐增加,I_G/I_(All)由8.774%增加到9.328%。通过分析得出:FeCl_3水解及热解作用产生的铁氧化物与热解、活化过程产生的CO反应原位形成CO_2,对煤焦刻蚀,促进微孔的发展;煤焦中无定型碳与还原性Fe形成Fe_3C中间相,在碳不断"溶解析出"过程实现了催化石墨化的进行;酸洗过程释放了一部分中孔。由此可见,FeCl_3同时起着微孔造孔剂、中孔模板剂及催化石墨化促进剂的作用。     

减速剂与受控链式反应

 重核的裂变开辟了丰富的核能资源。然而裂变却泾渭分明地表现为过程与效果截然迥异的两种方式,且唯有受控裂变以链式反应的方式进行,核能才得以用于生产和科研而造福人类。为此目的,“减速剂”发挥着必不可缺的关键性作用。那么,在这一过程中减速剂到底是如何发挥其作用,而人们又是根据什么原则来选用它的呢? 一、减速剂的作用原理与机制 核弹以极纯的U-235为核燃料,达到“临界体积”（58厘米³,1.083千克）的铀块是借助于俘获宇宙线中源自恒星热核聚变的（或铀块中自发裂变产生的）中子的“点火”而触发快速链式反应的。但反应堆不能使用纯U-235,因其临界体积太小,裂变不能控制,故只能使用天然铀或浓缩铀（分别含0.715％和5％以上的U-235）,以使临界体积极大地增大,才能达到施加控制、实现核能的缓慢释放的目的。     

中微子是超新星生成重元素的新途径

 恒星在漫长的一生中通过其内部的核聚变放出能量,普遍认为恒星内部是碳和较重元素的诞生地。以这种方式生成的最重元素是铁和镍,一般认为更重的元素是通过慢中子俘获反应(s-过程)和/或快中子俘获反应(r-过程)生成的。尽管对这些核合成机制已经有了一段时间的了解,但是一些元素的丰度仍有未解之谜。瑞士巴塞尔大学(UniversitatBasel)的卡拉·弗勒利希(Car-laFrhlich)和达姆施塔特市(Darmstadt)德国重离子研究所(Gesellschaftf櫣rSchwerionenforschung,GSI)的加百利·马丁斯-潘内多(GabrielMart姫nez-Pinedo)与同事们提出     

交联聚乙烯电缆绝缘材料中电树枝的导电特性研究

利用光学显微观察、局部放电测量和共聚焦Raman光谱分析相结合的方法, 研究了交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘材料中两种典型电树枝的导电特性.尽管具有相似的培养条件, 两种电树枝却呈现出完全不同的形态,其中9 kV下典型电树枝为枝-松枝状, 11 kV下为枝状, 而且电树枝生长及局部放电规律呈现出明显的差异.枝-松枝状电树枝主干通道内存在无序石墨碳的沉积, 根据石墨碳G带与D带的相对强度,估算碳层厚度约为8 nm,树枝通道单位长度电阻小于 10 Ω· μm^-1,足以抑制电树枝内局部放电的发展,电树枝呈现出导电型电树枝特征. 枝状电树枝通道内观察到荧光背景,存在材料劣化的产物,但不存在无序石墨碳的聚集, 通道具有明显的非导电特性而不足以抑制电树枝内局部放电的连续作用. 最后提出了XLPE电缆绝缘材料中导电型和非导电型电树枝的单通道生长模型, 利用等效电路理论对XLPE电缆绝缘材料中两种不同导电特性电树枝的生长机理进行了探讨.     

孔脱和他的“孔脱管”实验

 奥古斯特·孔脱(August Kundt)是19世纪德国实验物理学家.他一生主要从事声学、光学和气体动力学等方面的实验研究,为物理学的发展作出了许多重要贡献,创造了许多卓有成效的实验方法.     

2001年诺贝尔物理奖

 根据瑞典皇家科学院10月9日发布的消息,今年的诺贝尔物理奖涉及一种新的物质形态,玻色-爱因斯坦凝聚态。获奖的3位科学家分别是美国科罗拉多州博耳德的实验天体物理联合研究所(ＪＩＬＡ)和国家标准与技术研究所(ＮＩＳＴ)的埃里克·康奈尔(ＥｒｉｃＡ.Ｃｏｒｎｅｌｌ)、美国马萨诸塞州坎布里奇麻省理工学院(ＭＩＴ)的沃尔夫冈·克特勒(ＷｏｌｆｇａｎｇＫｅｔｔｅｒｌｅ)、美国科罗拉多州博耳德的实验天体物理联合研究所和科罗拉多大学的卡尔·韦曼(ＣａｒｌＥ.Ｗｉｅｍａｎ)。他们在碱原子稀薄气体中获得了玻色-爱因斯坦凝聚物,并对这种凝聚物的特性进行了早期的基础研究。     

掺杂质子化石墨相氮化碳增强碳基太阳能电池中钙钛矿的结晶

钙钛矿层的品质极大影响钙钛矿太阳能电池性能. 然而,在溶液法生成多晶钙钛矿膜过程中会不可避免地形成缺陷和陷阱位. 通过在钙钛矿层中嵌入添加物改善钙钛矿晶化,用于减少和钝化缺陷是非常重要的. 本文合成一种环境友好的二维纳米材料质子化石墨相氮化碳(p-g-C₃N₄),并掺杂于碳基钙太阳能电池的钙钛矿层中. 实验证明,在钙钛矿前驱体溶液中添加p-g-C₃N₄不仅能调解碘铅甲胺(MAPbI₃)结晶的成核和生长速率,获得大晶粒尺寸的平滑表面,还能减少钙钛矿层的本征缺陷. 质子化过程在氮化碳表面引入活性基团-NH₂/-NH₃,它们和钙钛矿晶体表面N-H键发生强化学作用,有效地钝化电子陷阱,提高钙钛矿结晶质量. 结果表明,与不掺杂的对照电池(效率为4.48%)和掺杂石墨相氮化碳(g-C₃N₄)电池(效率为5.93%)相比,掺杂质子化石墨相氮化碳(p-g-C₃N₄)的电池获得了6.61%的较高效率. 本工作展示了一种通过掺杂改性添加物改善钙钛矿膜的简单方法,为碳基钙钛矿太阳能电池的低成本制备提供了建议.     

詹特切克生平简介

 威利鲍德·詹特切克(WillibaldJentschke),是位于汉堡附近的德国粒子物理实验室DESY的创立者,欧洲核研究组织(CERN)的前负责人,他过完90岁生日之后,于2002年3月11日逝世。詹特切克1911年生于维也纳,24岁获得核物理学博士学位,他在维也纳一直工作到1951年,然后他到了伊利诺斯州的恩巴拉大学,任回旋加速器实验室的负责人。1955年,当汉堡大学让詹特切克负责实验物理学研究时,他申请基金在德国建立现代的核物理研究设施。     

冷中子技术

一般中子源产生的是快中子.快中子在减速剂中碰撞减速.当能量降到0.025电子伏左右时,中子能量与减速剂分子热运动能量达成热平衡.这时的中子叫做“热中子”.在热中子谱中,一部分中子的能量小于0.005电子伏(波长大于4埃),叫做“冷中子”.当中子能量小于10-4电子伏(波长大于30埃)     

石墨烯：打开二维材料之门——评2010 年诺贝尔物理学奖

 维度是指能够完整描述一个对象所必需的独立参数的个数。例如, 我们所处的空间是三维的, 因为描述这个空间需要“上下、前后、左右”三个独立方向。维度的概念被广泛应用于数学、物理学和哲学等诸多领域中。在材料研究领域, 人们希望得到维度意义完整的材料体系。长期以来, 对于碳材料家族, 只有金刚石和石墨这两种三维结构为人类所知。1985 年, 美国和英国的三位科学家哈瑞·克罗托（Harry Kroto）、理查德·斯莫利（RichardSmalley）和罗伯特·科尔（Robert Curl）率先发现了C₆₀。C₆₀ 是由60 个碳原子组成20 个六边形和12个五边形构成的足球状碳单质, 属于零维结构碳材料。C₆₀ 其实是众多球状和椭球状碳分子大家族中的一员, 我们现在称这个大家族为“富勒烯”。富勒烯的发现第一次从维度概念上丰富了碳材料。1991年, 日本科学家饭岛澄男（Sumio Iijima）试图使用石墨电弧放电法来制备富勒烯, 当他在高分辨透射电子显微镜观察产物时意外地发现了一种管状的碳单质--碳纳米管。碳纳米管的出现再一次将碳材料的维度扩展到一维空间。当零维、一维和三维的碳材料被成功合成后, 揭示已知维度碳单质的性能和应用并探寻碳的二维晶体结构, 成为材料科学领域的两个热点。     

磁性石墨

德国来比锡大学的EsquinaziP教授及其同事们利用质子对石墨样品进行辐射,可使石墨在室温下转变为一种纯碳的、不含金属的、轻型的磁性材料.众所周知,碳元素具有许多值得注意的固体形态:一种是粉末状的石墨,由于它在二维层间只有松散的键约束,因此可用来作为润滑油或铅笔芯;第二种是钻石,由于它在三维空间内都有紧密的约束而成为坚硬的宝石;第三种就是著名的富勒球;其他还有碳纳米管等.所有这些固态碳都具有重要的电性质,但都没有磁性.迄今为止还没有任何一种由纯碳组成的样品具有磁性,当然除了保持温度在绝对零度附近的掺杂的石墨样品.来比…     

新型羟基和醌碳自由基产生的分子机理

羟基自由基（·OH）被公认是生物系统中最具活性的活性氧物种,能导致生物体内DNA等生物大分子氧化损伤. 目前,最被广泛接受的·OH的产生机理是过渡金属离子催化的Fenton反应. 五氯酚(PCP)是一种重要的生物杀灭剂,主要用作木材保护. 采用电子自旋共振二级自旋捕获等分析手段,发现H₂O₂和五氯酚的代谢产物之一四氯苯醌（TCBQ）能通过不依赖于金属离子的途径产生·OH;进一步的研究发现是TCBQ,而非其相应的半醌自由基对·OH的产生极其重要. 基于这些数据和分析,提出以下新型·OH产生分子机理：H₂O₂对TCBQ进行亲核攻击形成不稳定的三氯氢过氧基苯醌中间产物,其可均裂产生·OH. 综合采用电子自旋共振自旋捕获和其他分析方法,第1次检测到一种新型的以碳为中心的醌自由基.     

生物质焦油制备的碳量子点

利用生物质热解副产物焦油为碳前驱体,采用反相微乳液法和P_2O_5碳化法制备了荧光碳量子点。反相微乳液法制备的碳量子点为规则球状结构,粒径均一,平均粒度为4.3 nm,晶面间距为0.25 nm,对应于石墨碳的(100)晶面;P_2O_5碳化法制备的碳量子点为蜂窝状结构,平均粒径为6.8 nm,晶面间距为0.33 nm,对应于石墨碳的(002)晶面。两种方法制备的碳量子点均具备石墨结构特征,碳量子点荧光产率分别为85.3%和24.3%。     

核能应用与核电事故

 德国著名化学家哈恩早年从事放射化学研究,在矿物分离等研究过程中,出人意料地发现了放射性钍Th、锕Ac及镤₉₁²³⁴Pa等;1938年,哈恩、斯特拉斯曼和梅特纳,在费米、伊仑·居里等人用中子轰击铀核的实验基础上,进行了大量的实验与分析,提出了中子打进铀核,引起铀核剧烈振荡,使铀核发生形变,最后分裂成两个原子核.铀核裂变既放出巨大能量,又释放出中子.每一个铀核裂变,将放出200MeV的能量,并且放出2-3个中子,这些中子被另外的铀核分别吸收,又再引起铀核裂变,如此继续下去,形成链式反应.1942年费米利用核裂变的链式反应,建立了世界上第一个可控的链式反应装置--核反应堆,揭开了人类利用原子能的新篇章.原子能首先在军事上应用.1945年美国最先安装了核爆炸装置,制造和爆炸了原子弹,1949年苏联也研制成功原子弹,打破了美国的核垄断,英国于1952年、法国于1960年相继试爆原子弹成功.我国也于1964年成功爆炸了自己研制的第一颗原子弹.     

今日国外物理

 1 德学者命名三种新元素据《科技日报》报道,德国学者彼得·阿尔布鲁斯特尔在达姆斯塔特重离子研究中心(GSI)举行的新元素命名大会上宣布,他与戈德弗里特·明茨贝格领导的科学试验小组,分别于1981年2月4日、1981年2月14日和1981年2月25日合成的三种自然界最重元素(原子序数为107,108和109).被命名为Nielsbohrium(NS)、Hassium(HS)和Meitnerium(MT).他解释命名的原因,以丹麦核物理学家尼尔斯·玻尔命名107元素,以重离子研究中心所在地黑森州命名108元素,以德国女核物理学家利毖·迈特纳尔命名109元素.他们还将跟踪一个镍同位素和一个铅核的聚变,以合成元素110.     

石墨和纳米碳中缺陷和电子密度随温度的变化

测量了石墨和纳米碳在不同温度下的正电子寿命谱,研究了石墨和纳米碳中缺陷和电子密度随温度的变化.结果表明,纳米碳中缺陷的开空间和缺陷浓度分别大于和高于石墨晶体;纳米碳的平均自由电子密度低于石墨晶体.当温度从25K升至295K时,石墨和纳米碳中的平均自由电子密度随温度的升高而下降:石墨晶体中的自由电子密度随温度的升高变化较小;纳米碳的自由电子密度随温度的升高变化较大.随着温度的升高,石墨和纳米碳中的热空位数量增多,而且这些空位可迁移至微孔洞的内表面使微孔洞的开空间增大.     

西博格和超铀元素

 1951年,核物理学家艾·马·麦克米伦和核化学家格·狄·西博格一起,由于在超铀元素方面的卓越发现而共同获得诺贝尔化学奖金。一 西博格生平简介格楞·狄奥多尔·西博格(Glenn Theodore Seaborg)于1912年4月19日生于美国密执安州北部矿山城伊什佩明的一个瑞典移民家里。     

柴油机PM在NTP作用下碳结构演变的拉曼光谱分析

利用激光拉曼光谱对采集的柴油机四种工况下原机与低温等离子体(NTP)处理后的微粒(PM)样品进行定性。依据五带模型对PM样品的拉曼光谱进行分峰拟合,考察了D1 FWHM和D3相对强度R3的变化规律。研究发现,原机PM石墨结构有序性随柴油机负荷的增加而增强,化学异相性减弱;NTP作用后,PM中石墨结构有序性及化学异相性较为稳定,受发动机工况影响较弱,同时样品中碳团簇含量增加。利用化学动力学实验进一步研究PM碳结构演变和化学活性变化之间的关系,有望使拉曼光谱技术成为柴油机PM快速定性的重要手段,为PM的高效脱除提供依据。