论地震发生机制

地震发生的物理机理和过程是还没有认识清楚的问题. 此前人们将浅源地震归因于弹性回跳,根据这一观点和岩石实验结果计算得到的地震能量与实际观测结果有很大矛盾,被称之为“热流佯谬”. 中源和深源地震发生在地幔区域,其成因也没有合理的解释. 考虑到地壳和地幔是离散集合态物质体系及其慢动力学运动行为的基本特点,本文根据物理学原理,特别是近年凝聚态物理发展出来的相关新观念,并依据已有观测事实,从新的视角探究地震发生的物理机制. 1) 关于地壳岩石层中的应力分布:在不考虑构造力时,依据万物皆流的流变学原理,原始地壳岩石在自重压强长时间作用下,纵向和横向应力相同,没有差应力. 大地构造力推动岩块滞滑移动挤压断层泥,施加于其他岩块,逐渐传递和积累. 这种附加的横向构造力与原始岩石中应力叠加,形成地壳岩石层中的实时应力. 由于断层泥属于颗粒物质体系,具有与岩石不同的力学特征,其弹性模量比岩石小得多,且随压强而增大,导致构造作用力随深度非线性增大. 给出了地壳中构造应力分布及其变化规律. 2) 关于地壳岩石层强度:地壳岩石的自重会使岩石发生弹性–塑性转变. 通过对弹性–塑性转变深度的计算,并根据实际情况分析,给出了地壳岩石弹性、部分塑性和完全塑性三个区域的典型深度范围. 在部分塑性区,塑性体比例达到约10%以上时,发生塑性连通,这时岩石剪切强度由塑性特征决定. 塑性滑移的等效摩擦系数比脆性破裂小一个数量级以上,致使塑性滑移时岩石剪切强度比脆性破裂小得多. 同时,随深度增大,有多种因素使得岩石剪切屈服强度减小. 另一方面,地震是大范围岩石破坏,破坏必然沿薄弱路径发生. 因此,浅源地震岩石的实际破坏强度必定比通常观测到的岩石剪切强度值低. 给出了地壳岩石平均强度和实际破坏强度典型值随深度的分布规律. 3) 关于地震发生的条件和机制:地震发生必定产生体积膨胀,只有突破阻挡才可膨胀. 地震发生的条件是:大地构造力超过岩石破坏强度、断层边界摩擦力以及所受阻挡力之和. 因此,浅源地震是岩石突破阻挡发生的塑性滑移. 在此基础上提出了浅源地震发生的四种可能模式. 深源地震是冲破阻挡发生的大范围岩块流. 浅源地震和深源地震都是堵塞–解堵塞转变,是解堵塞后岩石层块滑移或流动造成的能量释放. 4) 关于地震能量和临震前兆信息:地震能量即为堵塞–解堵塞转变过程释放的动能. 以实例估算表明,地震岩石滑移动能与使岩块剪切破坏和克服周围摩擦阻力所需做的功相一致,不会出现热流佯谬. 同时指出,通过观测地震发生前构造力的积累过程、局域地区地质变迁以及岩石状态变化等所产生的效应,均可能获得有价值的地震前兆信息. 关键词： 地震发生机制 热流佯谬 地壳岩石应力和强度 堵塞–解堵塞转变     

新型负热膨胀氧化物材料的研究

综述了这年来国际上兴起的氧化物ZrW2O8,Y2W3O12等新型负热膨胀材料的研究及其进展。对研究此类负热膨胀氧化物的重要性,其优异的负热膨胀性能以及它的结构特点、机制及可能的应用作了论述。建议我国加大此项课题的研究力度。     

极性分子型电流变液

电流变液在电场作用下软硬连续可调的奇特性质具有广泛和重要的应用价值。传统电流变液是基于颗粒极化产生的相互作用,根据介电理论预测,其剪切屈服强度的上限约为10kPa。电流变液被发明50年来,阻碍其应用的主要原因是剪切强度低。近年来发明的"极性分子型电流变液"是一类新型电流变液,其屈服强度比传统电流变液大一个数量级以上,且与电场强度呈线性关系,这一点和传统电流变液中的平方关系也明显不同。文章作者提出了极性分子在颗粒间强局域电场中的取向并与极化电荷作用的模型,成功地解释了观察到的实验现象。根据这一原理,有可能制备出屈服强度高达MPa的电流变液。     

Polar molecule dominated electrorheological effect

The yield stress of our newly developed electrorheological (ER) fluids consisting of dielectric nano-particles suspended in silicone oil reaches hundreds of kPa, which is orders of magnitude higher than that of conventional ones. We found that the polar molecules adsorbed on the particles play a decisive role in such new ER fluids. To explain this polar molecule dominated ER (PM-ER) effect a model is proposed based on the interaction of polar molecule-charge between the particles, where the local electric field is significantly enhanced and results in the polar molecules aligning in the direction of the electric field. The model can well explain the giant ER effect and a near-linear dependence of the yield stress on the electric field. The main effective factors for achieving high-performance PM-ER fluids are discussed. The PM-ER fluids with the yield stress higher than one MPa can be expected.     

极性分子型电流变液导电机理研究

极性分子型电流变液是一种新型的电流变材料.其介电颗粒上吸附极性分子,极性分子在颗粒间强局域电场作用下发生取向是产生巨电流变效应的关键.通过对Ca—Ti—O(CTO)体系极性分子型电流变液电流密度的测量发现,其导电行为遵从Poole-Frenkel效应的规律,这是极性分子型电流变液的重要特征之一.而500 ℃处理过的CTO粉体不含极性分子,所配制的电流变液无巨电流变效应,其电流密度随外电场强度近似地呈线性关系,显示出传统电流变液特性.     

纳米TiO2颗粒对电流变悬浮液中硅油的挥发增强效应

物理化学性能稳定的二甲基硅油常作为电流变液分散相, 当与纳米量级的介电颗粒混合组成电流变悬浮液时, 在非密闭环境下极易挥发, 时间足够长时, 可完全挥发. 本文通过实验研究了纳米二氧化钛颗粒对二氧化钛和硅油组成的悬浮液中硅油挥发增强现象, 分析表明, 纳米颗粒在电流变悬浮液的硅油气-液界面上形成纳米尺度的凸型曲面, 使液面上蒸气压大大提高, 导致挥发增强. 本文还对颗粒浓度, 环境温度和硅油黏度等对硅油挥发增强效应的影响进行了系统的研究和分析.     

以二氧化钛前驱体为基的电流变液的成分分析和机理研究

制备了二氧化钛前驱体粉体, 它具有优良的巨电流变效应, 但不含一水草酸钙的成分. 通过X射线衍射谱、扫描电子显微镜、电感耦合等离子体光谱仪和热失重-质谱联用仪等一系列实验手段, 对二氧化钛前驱体粉体进行了表征, 发现它是非晶形态的纳米粉体, 其主要成分为TiOC₂O₄·2H₂O和TiO(OH)₂. 由二氧化钛前驱体配置的电流变液具有与钛酸钙前驱体电流变液类似的温度特征, 即 当处理温度超过160℃后, 电流变液的屈服强度会逐渐降低, 至200℃后, 巨电流变效应完全消失. 通过对比分析发现, 伴随上述巨电流变效应消失过程的化学反应是TiOC₂O₄·2H₂O 在加热过程中失去了结晶水. 这些特征在所有钛酸盐系列的电流变液中均可观察到, 因此我们推断TiOC₂O₄·2H₂O是钛酸盐系列巨电流变液中的关键物质. 关键词： 电流变液 钛酸盐 极性分子     

The electric field and frequency responses of giant electrorheological fluids

The giant electrorheological(ER) fluid is based on the principle of a polar molecule dominated electrorheological(PM-ER) effect. The response of the shear stress for PM-ER fluid in alternate electric fields with triangle/square wave forms for different frequencies has been studied. The results show that the shear stress cannot well follow the rapid change of electric field and the average shear stresses of PM-ER fluids decrease with the increasing frequency of the applied field due to the response decay of the shear stress on applied field. The behavior is quite different from that of traditional ER fluids. However, the average shear stress of PM-ER fluid in a square wave electric field of ±E at low frequency can keep at high value. The obtained knowledge must be helpful for the design and operation of PM-ER fluids in the applications.