含水合物沉积物多相渗流特性研究进展

天然气水合物作为一种储量大、无污染的清洁能源近些年受到了广泛关注. 近20年来,中国进行了较大范围的陆海域天然气水合物储层勘探与储量预测.2017年,中国地质调查局牵头对南海神狐海域的天然气水合物进行了基于降压渗流原理的试验性开采.国内外已进行的水合物试采工程面临着气体产量低、出砂较多等问题,其最主要的原因之一是开发过程中沉积物内复杂多相渗流机理尚不明晰.本文综述了平行毛细管模型、Kozeny模型等广泛应用于天然气水合物开发渗流分析的理论模型,对比分析了水合物开发多尺度渗流过程模拟方法,简述了国内外含水合物沉积物渗透率测试、渗流过程中沉积物物性演变以及水合物开采室内模拟等方面的渗流实验进展,总结了矿场尺度的天然气水合物储层开采过程中产气数值模拟手段,展望了多相渗流模型、储层原位含水合物样品室内测试及结构与物性演化、矿场尺度数值模拟与水平井压裂技术等应用研究的未来方向与挑战.      

含水合物沉积物多相渗流特性研究进展

天然气水合物作为一种储量大、无污染的清洁能源近些年受到了广泛关注.近20年来,中国进行了较大范围的陆海域天然气水合物储层勘探与储量预测. 2017年,中国地质调查局牵头对南海神狐海域的天然气水合物进行了基于降压渗流原理的试验性开采.国内外已进行的水合物试采工程面临着气体产量低、出砂较多等问题,其最主要的原因之一是开发过程中沉积物内复杂多相渗流机理尚不明晰.本文综述了平行毛细管模型、Kozeny模型等广泛应用于天然气水合物开发渗流分析的理论模型,对比分析了水合物开发多尺度渗流过程模拟方法,简述了国内外含水合物沉积物渗透率测试、渗流过程中沉积物物性演变以及水合物开采室内模拟等方面的渗流实验进展,总结了矿场尺度的天然气水合物储层开采过程中产气数值模拟手段,展望了多相渗流模型、储层原位含水合物样品室内测试及结构与物性演化、矿场尺度数值模拟与水平井压裂技术等应用研究的未来方向与挑战.     

实验优化设计Sr_2MgSi_2O_7:Eu~(2+),Dy~(3+)的合成及长余辉特性

为了得到最长有效余辉时间的Sr_2MgSi_2O_7:Eu~(2+),Dy~(3+)荧光粉,应用二次通用旋转组合设计对实验进行全程优化,建立了稀土离子掺杂浓度Eu~(2+),Dy~(3+)和有效余辉时间的二元二次回归方程模型,应用遗传算法计算得到有效余辉时间的理论最大值.采用高温固相法合成了最优掺杂浓度Sr_2MgSi_2O_7:0.5mol%Eu~(2+),1.0mol%Dy~(3+)的荧光粉,在370nm激发下观察到了465nm的特征发射,这归因于Eu~(2+)的4f65d1—4f7跃迁.测量了最优荧光粉的热释发光特性,计算得到了陷阱深度为0.688eV,讨论了长余辉发光的特性.     

粒径和浓度对YAG∶Ce荧光膜复合材料及pc-WLED发光性能的影响

采用高温压膜工艺,以YAG∶Ce黄色荧光材料和硅胶为原料制备出YAG∶Ce荧光膜复合材料,并与蓝光LED复合封装出pc-WLED.基于Mie理论、荧光光谱仪、快速光谱辐射计和光谱分布测量仪分别对不同荧光材料粒径和浓度制备的膜材料和pc-WLED的光色参数进行了计算测试,并对影响机理进行了相应分析.在相同浓度下,随着粒径减小,膜材料中激发光子平均自由程降低、散射系数升高,被吸收和转换的几率提高,引起膜材料发射强度、pc-WLED发光效率和光色均匀度均相应提高,同浓度下粒径最优值为8.7μm;在相同粒径下,膜材料发射强度、pc-WLED发光效率和光色均匀度与浓度成正比关系;基于发光效率、光色均匀度、色温和荧光材料用量等因素交叉综合评价,当浓度为4%,粒径为8.7μm时为最优参数,pc-WLED色温为5 514K,发光效率为136.8lm/W(@300mA,6.6V),光色均匀度为0.759,色坐标x=0.332 2,y=0.359 6,色点位于黑体辐射曲线附近,在不同电流下,pcWLED光通量和发光效率满足线性变化,即光通量:y=0.6816x+63.121,R2=0.995 7,发光效率:y=-0.062 8x+155.2,R2=0.991 6.该膜材料在pc-WLED中的应用是可行的,同时所获得的相关规律对于实际应用具有一定的参考作用.     

Experimental optimum design and luminescence properties of NaY(Gd)(MoO_4)_2:Er~(3+)phosphors

Three-factor orthogonal design(OD) of Er~(3+)/Gd~(3+)/T(calcination temperature) is used to optimize the luminescent intensity of Na Y(Gd)(MoO_4)_2:Er~(3+)phosphor.Firstly,the uniform design(UD) is introduced to explore the doping concentration range of Er~(3+)/Gd~(3+).Then OD and range analysis are performed based on the results of UD to obtain the primary and secondary sequence and the best combination of Er~(3+),Gd~(3+),and T within the experimental range.The optimum sample is prepared by the high temperature solid state method.Photoluminescence excitation and emission spectra of the optimum sample are detected.The intense green emissions(530 nm and 550 nm) are observed which originate from Er~(3+)~2H_(11/2)→~4I_(15/2)and~4S_(3/2)→~4I_(15/2),respectively.Thermal effect is investigated in the optimum NaY(Gd~(3+))(MoO_4)_2:Er~(3+)phosphors,and the green emission intensity decreases as temperature increases.     

Y_2O_3∶Eu~(3+)纳米球的可控合成及尺寸效应所影响的发光性质

采用均匀沉淀法,通过改变稀土离子与尿素的量比成功合成了粒径分别为80,55,40 nm的Y_2O_3∶Eu~(3+)纳米球样品。通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)和发光光谱对不同尺寸纳米球的晶体结构、微观形貌和发光性质做了分析,对Y_2O_3∶Eu~(3+)纳米球的生长过程进行了研究。根据Judd-Ofelt理论,利用Eu~(3+)的发射光谱和荧光衰减等数据,计算了5D0→7FJ能级的辐射跃迁速率和荧光分支比,计算得到Y_2O_3基质材料的折射率为1.80以及不同粒径样品的光学跃迁强度参数。最后分析了5D0能级荧光发射与温度之间的依赖关系,结果证明了荧光温度猝灭行为符合Crossover过程,并通过阿伦尼乌斯公式非线性拟合获得了激活能,粒径为80,55,40 nm的Y_2O_3∶Eu~(3+)纳米球样品的活化能分别为0.201,0.193,0.200 eV。     

BaY_2ZnO_5:Tm~(3+)/Yb~(3+)荧光粉的试验优化设计合成及发光性质研究

为了获得BaY_2ZnO_5:Tm~(3+)/Yb~(3+)荧光粉材料的最大蓝色上转换发光强度,采用正交试验设计与二次通用旋转组合设计相结合的两步连续优化法对Tm~(3+)和Yb~(3+)掺杂浓度进行全局优化,得到该体系最强蓝光发射下的离子掺杂最佳浓度.采用高温固相反应法合成出蓝色上转换发光强度最强的BaY_2ZnO_5:Tm~(3+)/Yb~(3+)荧光粉材料,并对样品的晶体结构和上转换发光性质进行了研究.980nm红外光激发下,测量了最优样品在不同激发电流下的上转换发射光谱,由强度制约关系确定样品的蓝色上转换发光为三光子过程.测量了最优样品温度相关的上转换发射光谱,发现样品的蓝色上转换发光强度随着样品温度的升高而持续减弱,即发生了温度猝灭现象,计算得激活能约为0.602eV.     

微波辅助水热法反应参数对NaYF4:Dy3+晶相、形貌、发光性能的影响

采用微波辅助水热法快速制备了可重复性良好的NaYF_4:Dy~(3+)样品,研究了一系列反应参数对NaYF_4:Dy~(3+)晶相、形貌、发光性能的影响。结果表明微波水热反应时间长短并未对产物的晶相、形貌、光谱性能产生明显的影响。Dy~(3+)掺杂浓度的增加并未改变样品晶相、形貌和尺寸,但发光强度发生改变,发光强度的变化趋势为先增大后减小,当Dy~(3+)掺杂浓度(物质的量分数)为1%时发光强度最强。根据具体的理论依据获得的电多极相互作用指数为6,表明Dy~(3+)之间的相互作用为电偶极-电偶极相互作用。研究了表面活性剂的种类与量对NaYF_4:Dy~(3+)晶相的影响。当使用柠檬酸钠和CTAB作为表面活性剂时,可制备得到六方相NaYF_4:Dy~(3+)。增加柠檬酸钠和CTAB的量,样品晶相未发生改变。使用EDTA-2Na作为表面活性剂时,随着EDTA-2Na量的不断增加发生从六方相到立方相晶相的转变。3种表面活性剂使用量不断增加后样品均出现尺寸减小现象。合成的一系列NaYF_4:Dy~(3+)荧光粉均在350nm紫外光激发下,出现Dy~(3+)特征峰。蓝光发射中心为479 nm,对应于Dy~(3+)的4F9/2→6H15/2跃迁;绿光发射中心为572nm,对应于Dy~(3+)的4F9/2→6H13/2跃迁,样品可实现蓝、绿发光。