气体放电中静电探针表面的污染和清洗

本文讨论了在气体放电中静电探针表面的污染及其对等离子体电子密度，电子温度和空间电位等基本参数测量的影响，提出了一种能有效地清除探针表面污染的方法。     

分子动力学模拟研究方解石表面润湿性反转机理

利用分子动力学模拟技术从分子尺度探究方解石表面润湿性反转机理.首先,研究方解石表面润湿性反转过程;而后,从原油分子-方解石表面与原油分子-原油分子/水分子相互作用两个方面系统揭示方解石表面润湿性反转机理.结果:(1)水分子能够驱离方解石表面弱吸附的非极性分子造成润湿性的改变,但不能驱离强吸附的极性分子使润湿性反转难以实现;(2)原油分子极性越强与方解石表面相互作用越强,极性分子与方解石表面之间主要为静电力,非极性分子与方解石表面之间主要为范德华力;(3)原油分子极性越相近分子之间的相互作用越强,分子极性相差越大分子之间的相互作用越弱.非极性分子之间主要是范德华力,极性分子之间主要是静电力;(4)原油分子在方解石表面和水分子的共同作用下形成乙酸-吡啶-水-甲苯-己烷的稳定吸附序列.本研究为靶向提高采收率技术的设计与应用提供理论基础.     

氯在Ni（110）面上吸附的电子能谱研究

用ＸＰＳ，ＵＰＳ，ＡＥＳ和功函数测量等方面研究了不同温度不氯的吸附和脱附，氯在Ｎｉ（１１０）表面是解离的化学吸附，其初始粘附几率及饱和复盖度都与吸附温度有关。氯吸附的Ｎｉ（１１０）表面即使加热到７００Ｋ都不能导致氯原子向体相渗透。氯在８２３－９２３Ｋ温度范围内的等温脱附动力学是１．５级的脱附，对吸附和脱附机理进行了讨论。     

水驱油藏中原油极性物质对吸附和润湿性影响的分子模拟

为了研究水驱油藏中原油极性物质的吸附机理及其对油藏表面润湿性的影响,构建以石英为代表的砂岩岩石骨架模型,己烷为代表的非极性物质模型和以甲苯、胶质和沥青质为代表的极性物质模型,运用分子模拟方法研究4种原油组分和水分子在砂岩油藏表面竞争吸附过程和润湿状态。结果表明：水与4种原油组分在石英矿物表面竞争吸附时,原油中的非极性物质会比极性物质更加容易脱附。极性物质会随着时间的变化逐渐吸附在矿物表面,非极性的物质会随着时间变化逐渐远离矿物表面。吸附过程中静电力起吸附作用,范德华力起排斥作用。最后结合润湿性实验结果,从机理上解释了不同原油组成对润湿性的影响,即原油组分中极性物质含量越高,胶质沥青质含量越大,岩石表面油湿性越大,且水驱过程中润湿性向亲水方向变化越难。结论对提升水驱油藏采收率影响因素的认识有重要意义。     

层流等离子体射流温度与速度测量

本文分别应用光谱诊断、水冷皮托管及小尺寸杆状热流探针,对自由射入空气中的纯氩层流等离子体射流中心最高温度、滞止压力以及最大热流密度进行了测量,由测量结果导出了层流射流的中心最大速度,得到了射流气体温度和速度的轴向分布及其随工作电流和气流量变化的一些规律,探讨了气体的温度和速度对其向探针表面换热系数的影响。     

探针移动速度对等离子体射流热流密度测量结果的影响

采用自行研制的中心嵌有铜柱感应件的小尺寸杆状热流探针,在低扰动条件下,对射入大气环境的纯氩层流等热离子体射流传向铜探头表面的热流密度进行了动态测量.结果表明,在射流最高温度16500 K、最大轴向速度850 m/s、探针垂直于射流流动方向的移动速度130～260 mm/s的实验参数范围内,随着探针移动速度的提高,测得的热流密度值减小;射流温度和速度越高,探针移动速度对热流密度测量值的影响越大.     

扫描探针声显微镜轻敲模式中相位像的反差机理

根据扫描探针声显微镜(SPAM)轻敲工作模式中探针作周期振动的特点,以及在探针与试样相接触过程中激振力和悬臂探针自由振动的阻尼力很小的假设下,解析求解了探针与试样的碰撞运动方程,得到了最大压痕深度和碰撞时间与探针半径、等效杨氏模量以及界面吸附能等之间的关系式,较直观地说明了SPAM中轻敲模式的相位像反差机理:信号的相位与试样微区的性质、探针振幅、设置点以及试样形貌等有关。并定量预计了纳米金刚石像中的相位差值72.59°,与实验测量平均值73.2°±8.2°一致。同时,合理地解释了实验得到的光学薄膜试样相位像的反差。这些表明SPAM轻敲模式的相位成像是一种纳米分辨率测量材料表面物理性质的成像技术。     

表面粗糙度对玻璃钢材料放气速率影响的试验研究

设计了一套基于压差流量法的试验装置来测量不同表面粗糙度玻璃钢试样的放气速率;采用两种砂纸(100#和500#)打磨而得到两种不同表面粗糙度玻璃钢试样;采用扫描探针显微镜对试样表面粗糙度进行测量,测量了不同表面粗糙度试样在不同温度下的放气速率。试验结果表明:测量室温度越高,玻璃钢试样的放气速率越大;试样的表面粗糙度越大,其放气速率越大。     

原油中声衰减和声速的温度特性的测量

原油是一种混合物。它的一些性质随温度而变，如原油的声衰减和声速都是温度的函数．本文使用一个换能器发射声波，另一个换能器接收声波，在实验室内测得12t－80℃之间的声波幅度值，利用插值算法，求出该温度范围内原油声衰减的温度特性曲线；利用线性拟合算法，求出原油声速的温度特性曲线。结果表明：随着温度的升高，原油的声衰减和声速都呈下降趋势，而且测量结果与换能器的灵敏度无关．     

氩等离子体射流冲击平板壁面处电子温度的测量

本文对空气环境中氩等离子体射流冲击平板条件下冷壁附近的电子温度，采用静电探针方法进行了测量．研究了等离子体温度、速度以及平板至发生器出口距离等参数的影响．实验结果表明，在冷壁面附近，电子温度总是明显高于相应的重粒子温度，从而证明在等离子体射流冲击平板条件下冷壁附近的边界层显著偏离局域热力学平衡（ＬＴＥ）状态．实验结果还表明，探针污染是影响测量结果可靠性的一个重要因素．     

超高真空原子尺度Aux/Si(111)-(7×7)表面吸附的电荷分布测量

原子尺度表面吸附Au原子的物理化学性质对研究纳米器件的制备以及表面催化等起着非常重要的作用.利用调频开尔文探针力显微镜研究了室温下Au在Si(111)-(7×7)表面吸附的电荷分布的特性.首先,利用自制超高真空开尔文探针力显微镜成功得到了原子尺度Au在Si(111)-(7×7)不同吸附位的表面形貌与局域接触电势差(LCPD);其次,通过原子间力谱与电势差分析了Au/Si(111)-(7×7)特定原子位置的原子特性,实现了原子识别;并通过结合差分电荷密度计算解释了Au/Si(111)-(7×7)表面间电荷转移与Au的吸附特性.结果显示,Au原子吸附有单原子和团簇形式.其中,Au团簇以6个原子为一组呈六边形结构吸附于Si(111)-(7×7)的层错半单胞内的3个中心原子位;单个Au原子吸附于非层错半单胞的中心顶戴原子位;同时通过电势差测量得知单个Au原子和Au团簇失去电子呈正电特性.表面差分电荷密度结果显示金在吸附过程中发生电荷转移,失去部分电荷,使得吸附原子位置上的功函数局部减少.在短程力、局域接触势能差和差分电荷密度发生变化的距离范围内,获得了理论和实验之间的合理一致性.     

SPA-PLS的高含水原油近红外光谱含水率分析

准确及时的检测原油含水率对注水策略调整、原油开采能力评估、油井开发寿命预测等均具有重要意义。然而,当前我国大多数油田均已进入高含水的开发中晚期,含水率测量难度大且准确率不高。在此背景下,开展了高含水情况下利用近红外光谱进行原油含水率测量的研究。 首先介绍了目前原油含水率检测的常用方法,分析了它们的优劣。理论上,由于水的近红外光吸收带与原油中C-H键的吸收带有明显区别,根据Lambert-Beer吸收定律和吸光度线性叠加定律可知,不同含水率高含水原油近红外光谱会存在较强响应差异。为此,对高含水原油进行近红外光谱检测,建立原油含水率与近红外光谱响应间的非线性映射模型,可实现高含水原油含水率的精确测量。为了验证该方法的有效性,搭建了近红外光谱数据采集实验装置：采用白炽灯作为光源,经过光路调节成平行光后垂直射入样品池,用近红外光谱仪（海洋光学NIR512）采集光谱用于分析。其中,接收光谱仪带宽为900～1 700 nm,平均分成512个波段。光谱数据利用光谱仪配套软件储存在电脑中。样本采用相同厚度不同比例的油水混合物,样本含水率范围为70%～99%,共采集数据60组,每组重复3次取平均值。得到原始数据后,先进行原始数据预处理,以减少数据采集时来自高频随机噪音及温度不稳定、样本不均匀、基线漂移、光散射等不利因素的影响。分别选用了S-G滤波、一阶导数和S-G滤波+一阶导数作为数据预处理的方法,利用连续投影算法(SPA)对光谱数据进行降维,并利用偏最小二乘法（PLS）和多元线性回归（MLR）进行建模,模型精度通过计算均方根误差值（RMSE）和相关系数（r）来验证。对比发现,使用S-G滤波+一阶导数建立的模型RMSE值最小（RMSE=0.007 0,r=0.998 3）。使用SPA降维后的模型要优于全波段PLS模型（RMSE=0.083 3,r=0.920 6）与MLR模型（RMSE=0.099 9,r=0.967 1）。利用SPA提取出的31个特征波长建立的模型仅占全波段的6.05%,并获得了较好的精度。证明了利用光谱检测高含水原油含水率可行性,并且得到了满意的精度,为高含水原油的含水率检测提供了新的方法, 为进一步利用近红外光进行高含水原油的快速检测与在线监测提供参考。     

入射角和薄片表面特性对激光干涉测温的影响

以激光干涉为理论基础,采用具有不同表面光学特性的单晶硅片和K-8光学玻璃为样品,针对不同的测量条件,研究干涉条纹对比度变化对温度测量的影响.分析了薄片干涉条纹对比度与测量光束直径、入射角、样品表面粗糙度以及表面镀膜之间的相互关系,研究了薄片的横向温度梯度对干涉对比度的影响.实验结果表明,上述各因素对温度测量参量对比度产生的影响具有规律性,并在一定对比度阈值条件下,能够满足精确测温的条件要求.     

大气环境下重复频率激光辐照45#钢反射率变化分析

 通过大气环境中重复频率激光辐照45#钢样品的表面反射率测量以及回收样品的金相分析和表面能谱分析，对表面反射率变化过程进行了研究。理论计算与实验对比表明：激光最初作用于由氧化物和吸附物形成的金属表面膜层，此时有较强的吸收；随后激光起“清洗”、“抛光”作用，然后直接作用于金属原子，反射增强；温度的升高使样品的电阻率增大导致反射率降低，随着温度的升高材料表面开始氧化以及其后的正反馈过程是材料反射系数持续下降的主要原因。     

叶轮出口总温总压测量用单热膜吸气探针的研究

在完整地分析热丝工作关系式的基础上,设计了一种用于周期性动态温度测量的单热膜吸气探针,进行了稳态校准实验和频响检测实验,得到了与理论分析良好一致的探针输出对温度和压力的变化特性,通过严格的标定,可以做到探针测量精度在1％以内。探针的频响至少可达20kHz。用该探针成功测出了一台低压离心风机叶轮出口的温度分布,表明这种探针以其高频响和足够高的灵敏度适用于叶轮机械转子出口温度分布测量。     

温度对GaN(0001)表面生长吸附SrO、BaO和TiO_2影响的理论研究

采用基于第一性原理的从头计算分子动力学方法,模拟了300、400、500、600和700℃下SrO、BaO和TiO_2分子在GaN(0001)表面吸附的动力学过程,研究了温度对原子运动轨迹、吸附能、界面电荷分布、稳定吸附方位和扩散系数的影响.温度不同,O-Ga成键时间不同,SrO分子中的O原子与GaN基底成键的Ga原子不同; TiO_2分子中O原子与GaN表面Ga原子成键的顺序也不同.温度对SrO、BaO和TiO_2分子在GaN(0001)表面的最终吸附形态和吸附方位有显著的影响.温度对不同吸附体系吸附能的影响也不相同;小分子在GaN(0001)基片表面优先吸附的顺序依次为TiO_2、SrO和BaO分子.数据分析显示SrO和BaO分子的最优生长温度是600℃,TiO_2分子的最优生长温度是500℃.     

透明软质薄膜的表面形貌测量

为了实现光刻胶表面形貌的广域、高精度测量,对新一代测量理论及测量方法进行了研究。首先分析了被测物件的特性,根据其柔软、透明的特征提出应用光干涉法和机械探针相结合的方法进行测量,同时阐明了使用此方法进行表面形貌测量的优点,并据此原理搭建了光学多探针表面形貌测量装置,光学测量部分采用白光干涉计,探针部分采用拥有8只球型探头的多点悬臂测量探针。然后应用此装置对标准刻槽试件和半透明光造型薄膜试件进行了测量。测量52 nm的标准刻槽试件时得到了测量误差小于2%,标准偏差小于1 nm的结果,表明本装置可以达到高精度测量表面形貌的目的。通过测量高约400 nm的树脂材料证实了此装置可以克服多重反射的影响测量透明薄膜的表面形貌。     

典型表活剂与稠油在蒙脱石表面吸附行为的分子动力学模拟

为探究蒸汽与表面活性剂复合驱对稠油与黏土矿物表面吸附稳定性的影响，建立表活剂溶液、稠油和蒙脱石的三元吸附体系，采用分子动力学方法阐释稠油与表活剂在蒙脱石表面的微观竞争吸附机理。计算结果表明：非离子型表活剂难以与蒙脱石表面接触，但在高温吸附质环境中具有较强的扩散能力；阳离子型表活剂在较低温度下占据蒙脱石表面吸附位点并使稠油分子脱离蒙脱石；而阴离子表活剂在高温条件下容易使稠油分子远离蒙脱石。高温促使沥青质聚集核离散，从而促进稠油的流动，但会导致部分表活剂更加亲附蒙脱石而造成非必要的损失。本研究为合理调整温度与表活剂的匹配性，为敏感性稠油油藏的开发提供了良好的应用前景及推广意义。     

银氧相互作用对表面非线性光学效应的贡献

本文讨论氧吸附银表面的非线性光学效应,以及在超高真空环境下所作的实验研究。银氧之间的电子交换使得表面二次谐波信号发生变化。由分子氧在银表面吸附动力学过程的二次谐波测量可推测氧的满π轨道向银反馈的电子数多于银向氧π^*反键轨道输运的电子数,测量了氧在银表面的温度解离过程,且能用一简单的理论模型加以解释。 关键词：     

光纤聚合物探针在非均匀电磁场下的银纳米颗粒极化效应

介绍了光纤探针的制作流程及纳米颗粒的吸附方法,利用时域有限差分法对光纤探针的局域非均匀场下银纳米颗粒增强效应进行了数值模拟。首先,分析了不同形状的光纤聚合物探针尖端电场分布情况,为纳米颗粒的极化效应研究提供了参考;其次,模拟与仿真了纳米颗粒的半径、与探针间的距离对单个银纳米颗粒极化效应的影响;最后,以两个银纳米颗粒为例讨论了颗粒相对位置对极化效果的影响,并证明了光纤探针顶端以外的银纳米颗粒对电场的极化效应没有贡献。本文的仿真结果为光纤探针的制备以及其表面银纳米颗粒的吸附提供了理论支持。