页岩气开采中的若干力学前沿问题

页岩气的开采涉及破裂和收集输运两个关键过程.如何实现2000,m以下、复杂地应力作用下、多相复杂介质组分的页岩层内网状裂纹的形成,同时将孔洞、缝隙中的游离、吸附气体进行高效收集,涉及到诸多的核心力学问题.这一工程过程涵盖了力学前沿研究的诸多领域:介质和裂纹从纳米尺度到千米尺度的空间跨越,游离、吸附气体输运过程中微秒以下的时间尺度事件到历经数年开采的时间尺度跨越,不同尺度上流体固体的相互作用,以及压裂过程中通过监测信息反演内部破坏状态等.针对近年来我们国家页岩气勘探开发工作所取得的成就及后续发展中面临的前沿力学问题,在综合介绍页岩气藏的基本特征和开发技术的基础上,以页岩气开采中的若干力学前沿问题为主线,从页岩力学性质及其表征方法、页岩气藏实验模拟技术、页岩气微观流动机制及流固耦合特征、水力压裂过程数值模拟方法、水力压裂过程微地震监测技术、高效环保的无水压裂技术等6个方面的最新研究进展进行了总结和展望,结合页岩气藏开发的工程实践, 深入探究了其中力学关键问题,以期对从事页岩气领域的开发和研究的从业人员提供理论基础, 同时,该方面的内容对力学学科、尤其是岩土力学领域的科研工作也具有重要指导价值.      

Solar hard X-rays and gamma-rays

We briefly introduce our recent work on the spectral evolution of energetic protons, the beam property of accelerated electrons, the gamma-ray flare classification, the temporal features of the annihilation line, the hard X-ray delayed events, the hydrodynamic process, and the continuum emission in solar flares.     

一种新型三端口可调带通滤波器的结构设计及分析

研制了一种基于DWDM角度调谐薄膜滤光片的新型三端口可调带通光学滤波器,它由三个单芯光纤准直器和一片特别设计的角度调谐窄带多腔薄膜滤光片组成.通过一台步进电机控制滤光片的入射角度实现了可调谐滤波,同时对于剩余波长信号没有影响继续传输.对该三端口可调滤波器进行了理论计算和实验研究,并对该器件的串扰特性进行了详细分析与计算.实验中得到的相邻信道隔离度接近30 dB,可调谐范围大于26 nm,与理论设计较为一致.     

水电解制氢非贵金属催化剂的研究进展

氢能作为零碳排放能源是被公认的最清洁能源之一,如何有效可持续地产氢是未来人类步入氢能经济首先要解决的问题。电解水技术基于电化学分解水的原理,利用可再生电能或太阳能驱动水分解为氢气和氧气,被认为是最有前途和可持续性的产氢途径。然而,无论是光解水还是电解水,均需要高活性、高稳定性的非贵金属氢析出和氧析出催化剂以使水电解反应经济节能。本文介绍了我们研究所近三年在水电解方面的研究进展,其中着重介绍了：（ⅰ）氢析出催化剂,包括利用低温磷化过渡金属（氢）氧化物的方法制备过渡金属磷化物,同时过渡金属硫化物、硒化物以及碳化物等均被成功合成并被应用为有效的阴极析氢催化剂;（ⅱ）氧析出催化剂,主要包括金属磷化物、硫化物、氧化物/氢氧化物等;（ⅲ）双功能催化剂,主要包括过渡金属磷化物、硒化物、硫化物等。最后,总结展望了发展水电解非贵金属催化剂所面临的挑战与未来发展方向。     

基于薄膜滤光片的新型可重构光分插复用器

研制了一种基于窄带薄膜滤光片的可重构的光分插复用器(ROADM).它由三个单芯光纤准直器、一对三端口光环形器、一对全反射镜和一片特别设计的角度调谐窄带多腔薄膜滤光片组成.通过步进电机的推动调制角度调谐滤光片的倾斜入射角度,从而实现了可选择波长上下路.对该可重构的光分插复用器进行了实验研究,并对该器件的串扰特性进行了详细的分析与计算.实验中得到的上下路信道隔离度大于34 dB,可调谐范围大于26nm,与理论计算结构相符.该种新型的ROADM具有结构简单、可调谐范围大、隔离度高、低偏振相关损耗、成本低等特点,可广泛应用于各种密集波分复用(DWDM)光网络.     

Production rates of cosmogenic nuclei on the lunar surface

A physical model for Geant4-based simulation of the galactic cosmic ray (GCR) particles' interaction with the lunar surface matter has been developed to investigate the production rates of cosmogenic nuclei. In this model the GCRs, mainly very high energy protons and α particles, bombard the surface of the Moon and produce many secondary particles, such as protons and neutrons. The energies of protons and neutrons at different depths are recorded and saved as ROOT files, and the analytical expressions for the differential proton and neutron fluxes are obtained through the best-fit procedure using ROOT software. To test the validity of this model, we calculate the production rates of the long-lived nuclei ¹⁰Be and ²⁶Al in the Apollo 15 long drill core by combining the above differential fluxes and the newly evaluated spallation reaction cross sections. Our numerical results show that the theoretical production rates agree quite well with the measured data, which means that this model works well. Therefore, it can be expected that this model can be used to investigate the cosmogenic nuclei in future lunar samples returned by the Chinese lunar exploration program and can be extended to study other objects, such as meteorites and the Earth's atmosphere.     

两个基于呋喃-3-酮配体的钯(Ⅱ)化合物的合成、晶体结构和光谱性质

合成了2个钯（Ⅱ）化合物Pd（L¹）₂（1）和Pd（L²）₂（2）,（L¹=（Z）-4-（（对甲苯胺基）亚甲基）-2,2,5,5-四甲基二氢呋喃-3（2H）-酮,L²=（Z）-4-（（对甲苯胺基）亚甲基）-2,2,5,5-四甲基二氢呋喃-3（2H）-酮）,并利用元素分析,红外光谱,核磁共振氢谱,紫外光谱和X射线单晶衍射等手段对其结构进行了表征。X射线单晶衍射表明,化合物1和2中包含多种弱相互作用。在化合物1中,呋喃环上氧原子和苯环上的甲基氢原子之间形成氢键,氢键桥联分子形成了一条平行于c轴方向的一维链结构,一维链之间通过C-H…H-C和C-H…C弱相互作用形成了三维超分子结构。在化合物2中,分子之间通过C-H…H-C和C-H…C弱相互作用形成了一个二维层状结构。     

两个基于呋喃-3-酮配体的钯(Ⅱ)化合物的合成、晶体结构和光谱性质

合成了2个钯（Ⅱ）化合物Pd（L¹）₂（1）和Pd（L²）₂（2）,（L¹=（Z）-4-（（对甲苯胺基）亚甲基）-2,2,5,5-四甲基二氢呋喃-3（2H）-酮,L²=（Z）-4-（（邻甲苯胺基）亚甲基）-2,2,5,5-四甲基二氢呋喃-3（2H）-酮）,并利用元素分析,红外光谱,核磁共振氢谱,紫外光谱和X射线单晶衍射等手段对其结构进行了表征。X射线单晶衍射表明,化合物1和2中包含多种弱相互作用。在化合物1中,呋喃环上氧原子和苯环上的甲基氢原子之间形成氢键,氢键桥联分子形成了一条平行于c轴方向的一维链结构,一维链之间通过C-H…H-C和C-H…C弱相互作用形成了三维超分子结构。在化合物2中,分子之间通过C-H…H-C和C-H…C弱相互作用形成了一个二维层状结构。     

新型吡唑并[1,5-a]嘧啶-氮芥衍生物的设计、合成及抗肿瘤活性研究

吡唑并嘧啶是一类具有广泛生物活性的杂环结构母体,同时,氮芥类药物被广泛应用于临床治疗癌症。本文基于药物设计的拼合原理,以简单易得的原料制备取代吡唑并[1,5-a]嘧啶中间体,通过将其与苯胺氮芥组分进行拼接,合成了一系列新型吡唑并[1,5-a]嘧啶-氮芥化合物,并评估了目标化合物对五种不同肿瘤细胞（HepG2,SH-SY5Y,A549,MCF-7和DU145）的抗增殖活性。结果表明,化合物9a～9g 对A549,HepG2和SH-SY5Y肿瘤细胞表现出很好的抑制活性,其中化合物9b的抑制活性分别为7.44,3.69和0.84 μmol/L,活性高于参考药物索拉菲尼和美法仑。     

MoP-NC纳米球负载Pt纳米粒子用于高效甲醇电解

实现绿色甲醇电解制氢需要高效的双功能催化剂。本文采用热处理结合乙二醇还原法成功制备了MoP-NC纳米球负载的超细Pt纳米粒子(平均粒径为2.53 nm)复合催化剂(Pt/MoP-NC)用于高效甲醇电解制氢。MoP-NC纳米球不仅能提高Pt纳米粒子的分散性并且增强Pt的抗中毒能力。电化学测试表明Pt/MoP-NC催化剂在酸性甲醇氧化反应(MOR)和析氢反应(HER)中具有较高的催化性能;其中,MOR的正向扫描峰值电流密度为90.7 mA∙cm⁻²,是商业Pt/C催化剂的3.2倍,在10 mA∙cm⁻²的电流密度下,HER的过电位低至30 mV,与商业Pt/C接近。由Pt/MoP-NC||Pt/MoP-NC组装的两电极电解槽驱动10 mA∙cm⁻²的电流密度仅需要0.67 V的电压,比相同条件下电解水的电压低1.02 V,大大降低了能量输入。Pt/MoP-NC的高催化性能主要来源于Pt活性中心与相邻层状多孔球形结构的MoP-NC载体之间电子效应及配体效应引起的抗一氧化碳中毒能力的提升和含氧物种的容易生成。