射频溅射ZrO_2薄膜的摩擦学特性

利用磁控射频反应溅射方法制备了 ＺｒＯ２薄膜。分析了工艺对薄膜结构的影响，结构与摩擦学特征的关系。研究表明，氧分压和基片温度是影响薄膜结构，从而影响其摩擦学特性的关键因素。     

掺杂与应力对ZrO2薄膜电子结构和光学性质的影响

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法系统地研究了掺杂和应力对ZrO_2薄膜的电子结构与光学性质的影响.本文首先研究了Hf原子替代掺杂对ZrO_2薄膜物性的影响,研究结果表明,Hf原子掺杂减小了ZrO_2薄膜的带隙和态密度大小,可在一定程度上降低其表面缺陷电荷和漏电流.掺杂Hf原子后介电峰和吸收峰的值明显下降,同时介电峰和吸收峰的波形均出现了窄化现象,半高宽显著减小.本文也着重研究了不同应力下四方晶相ZrO_2薄膜物理性质变化及规律.研究发现压应力显著调控了ZrO_2薄膜的带隙以及价带顶和导带底附近的能带结构.施加应力后吸收峰的吸收范围和强度均显著增大,峰值对应的光子能量蓝移则表明对紫外光的吸收随着应力的增加有所增强.在低能量红外和可见光区域,施加压应力后ZrO_2薄膜的折射率变大,但在紫外线区域,压应力使ZrO_2薄膜的折射率呈现出先增大后减小的波动特性.上述研究结果为ZrO_2薄膜材料的设计与应用提供了理论依据.     

锆酸锂的合成及其吸收CO2性能研究

以纳米级四方相ZrO2(t)为反应物,采用高温固相法合成了在高温下可直接吸收CO2的Li2ZrO3材料。用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线粉末衍射仪(XRD)分别分析了所合成材料的表面与结构特征,使用热重分析仪(TG)研究了Li2ZrO3材料吸收CO2的性能。实验结果表明,吸收温度影响材料吸收CO2的性能,500℃下Li2ZrO3材料具有最佳的CO2吸收性能。此外,CO2气体流量、Li2ZrO3材料样品重量以及升温速率均影响材料吸收CO2的性能。     

锆酸锂的合成及其吸收CO2性能研究

以纳米级四方相ZrO₂(t)为反应物,采用高温固相法合成了在高温下可直接吸收CO₂的Li₂ZrO₃材料。用扫描电子显微镜（SEM）、X-射线粉末衍射仪（XRD）分别分析了所合成材料的表面与结构特征,使用热重分析仪（TG）研究了Li₂ZrO₃材料吸收CO₂的性能。实验结果表明,吸收温度影响材料吸收CO₂的性能,500℃下Li₂ZrO₃材料具有最佳的CO₂吸收性能。此外,CO₂气体流量、Li₂ZrO₃材料样品重量以及升温速率均影响材料吸收CO₂的性能。     

ZrO_2/Al_2O_3复合载体镍基催化剂CO甲烷化反应本征动力学

采用固定床反应器,研究了复合载体镍基催化剂上的CO甲烷化反应。在温度为250~440℃,压力为0.1~2.5 MPa,原料气配比(nH2/nCO)为1.0~4.5的情况下,考察了操作条件对复合载体镍基催化剂甲烷化反应的影响。实验结果表明:CO转化率、CH4的选择性均随着反应温度、反应压力的升高而增加;当反应温度达到340℃时,CO转化率最高;当nH2/nCO=3.0时,具有较高的CO转化率和CH4的选择性。通过正交法设计实验,测定了甲烷化反应动力学数据。以双曲型动力学方程建立了以各组分逸度表示的CH4和CO2反应动力学模型,并用最大继承法对参数进行估值,获得动力学参数。残差分析及统计检验表明动力学模型是适宜的。     

辣木在不同CO2体积分数下的光合作用

辣木是一种经济价值高的热带植物,前期已成功在韶关引种.在此基础上,研究了辣木在不同CO2体积分数下的光合速率的变化,结果表明：辣木在不同CO2体积分数（3 250~400 L/L）下的净光合速率不同,当叶室CO2体积分数在700~450 L/L时,净光合速率最大,继续增加CO2体积分数,辣木叶片的净光合速率会降低,体积分数越高降低幅度越大,在高CO2体积分数时净光合速率会下降为负值.胞间CO2体积分数随着叶室CO2体积分数的增加而增加,气孔导度和蒸腾速率随CO2体积分数增加的变化不大.     

CO与HO2或NO2反应机理的计算研究

用密度泛函DFT（B3LYP）方法和MP2从头算方法,在6-311G（d,p）,6-311＋＋G（d,p）基组水平上研究了CO＋HO2-C02＋OH,CO＋NO2-CO2＋NO2个反应的过渡态结构和反应机理,沿IRC分析指出反应均为协同完成的一步反应．同时计算了2个反应的活化位垒和反应焓变,并与实验估计值进行了比较．对CO与H02的反应采用MP2／6—311＋＋G（d,p）方法,计算所得反应位垒为100．98kJ／mol,与实验估计值93．60kJ／mol基本接近,对CO与N02的反应采用B3LYP／6—311＋＋G（d,p）方法,计算所得反应位垒为115．99kJ／mol,比实验估计值141．51kJ／mol低25．52kJ／mol．计算同时表明2个反应均为放热反应．     

Cu/γ-Al_2O_3复合材料界面稳定性的第一性原理计算

用第一性原理研究Cu/γ-Al_2O_3复合材料的界面稳定性。通过计算低指数面的Cu与γ-Al_2O_3界面的分离功,得到最稳定的结合界面,并与相应的高分辨透射电镜的分析结果进行对比。对比结果表明:Cu(011)/γ-Al_2O_3(110)的分离功最大,最容易形成稳定的结合界面,第一性原理的模拟计算结果与试验结果能够很好地吻合。     

掺杂元素在CuYO2作用机理的第一性原理研究

利用P型透明导电氧化物CuYO2实现全透明光电材料是目前深入研究的热点,其中的关键问题是如何通过掺杂改善CuYO2的性能。文中利用基于第一性原理的广义梯度近似方法研究Ⅱ族和Ⅳ族掺杂元素在CuYO2的作用机理。结果表明,Ⅱ族元素对Y原子的替位掺杂能改善材料CuYO2的P型导电性能,其中Mg元素的掺杂还不会引起材料内部的晶格变化,Ⅳ族元素的掺杂对CuYO2材料的导电性能改善作用不大。文中从微观角度分析CuYO2材料的掺杂机理,其结果将对设计理想的P型和N型透明导电材料CuYO2有着重要的指导意义。     

不同CO2浓度下正硅酸锂吸附动力学行为研究

使用热重分析天平研究了500-650℃,含有10%-100%CO2的N2气氛中自制正硅酸锂(Li4Si O4)吸附CO2动力学行为.利用Factsage软件计算不同CO2分压下吸附平衡温度.使用分段Avrami-Erofeev模型研究吸附动力学.结果表明,CO2浓度对快反应阶段产物晶核生成和成长速率有明显促进作用,而对离子扩散控制阶段没有影响;快反应阶段n值与反应温度以及CO2浓度呈正相关,而离子扩散控制阶段n值是常数.快反应阶段和离子扩散控制阶段Ea分别是5.91×104和13.6×104J/mol;所求得的分段Avrami-Erofeev模型能够用于吸附强化甲烷水蒸汽重整制氢体系的模拟计算当中.     

酸性气体CO2的膜分离技术研究进展

气体膜分离法正发展成为分离酸性气体的一项重要技术。介绍了其基本原理,国内外开发的新型膜材料及性能的研究进展,指出了发展前景。     

CO2驱不同阶段采出气分离工艺模拟研究及回注效果评价

CO2-EOR（enhanced oil recovery）采出气目前多采用回注或管输的方式进行处理,而由于CO2含量较高且不同阶段波动较大,往往不满足管输的要求。本文基于Aspen HYSYS软件设计并优化了混合胺溶液法和低温分离法的CO2分离工艺流程,针对现场实例优选了工艺参数并对CO2分离效果进行了评价,另外对比了不同采出气成分的回注效果。结果表明：对于CO2驱开发早期采出气（CO2含量30%左右）,醇胺吸收法具有良好的分离效果;而随着开发中后期采出气中CO2含量增加,结合低温分离法是更为经济有效的分离方式。此外,提纯后的CO2回注的混相效果明显优于采出气直接回注。     

X60钢在不同温度下的CO2腐蚀行为

为了研究腐蚀因素与腐蚀速率的关系，通过在NACE溶液（5％NaCl＋0.5％CH3COOH）中进行饱和CO2浸泡腐蚀实验，利用失重法、电子显微镜（SEM）和数码相机等方法研究了X60管线钢在30、60和90℃温度条件下的腐蚀行为，研究结果表明，X60钢在90℃条件下的腐蚀速率比在30和60℃条件下高一个数量级，为12.8858mm／a,在30℃时，试样表面无明显点蚀特征，在60℃条件下试样表面仅仅出现点蚀，其余部分平整，而在90℃条件下试样表面不仅出现严重的台地腐蚀而且出现线蚀槽，腐蚀严重。在60℃条件下，点蚀周围富集Cl-，说明Cl-在坑内富集，是引起点蚀成核的主要原因。     

O2/CO2气氛下NOx前驱物的转化机理

从化学反应动力学角度,基于实验数据选择了最佳基元反应模型,采用CHEMKIN软件包研究了O2/CO2气氛及空气气氛下甲烷火焰中NOx前驱物的转化机理,探讨了多种影响因素对NOx前驱物转化过程的影响规律,比较了2种气氛下NOx前驱物转化机理的异同,考察了重要基元反应在2种气氛下生成率的区别以及高体积分数CO2气氛对主要基元反应的影响,得到了不同气氛下NOx前驱物的转化历程,从微观反应动力学的角度解释了2种气氛下NOx前驱物转化行为的差异.结果表明NOx前驱物HCN和NH3在2种气氛下的反应历程是不相同的.其中:O2/CO2气氛富燃条件下NOx前驱物的主要转化历程为HCN→NCO→N2O→N2,NH3→NH2→N2;O2/CO2气氛贫燃条件下NOx前驱物的主要反应历程为HCN→NCO→N2O→N2,NH3→NH2→NNH→N2.     

CO2环境介质下16Mn钢的高温高压腐蚀性能

利用高温高压釜,通过失重法、SEM、XRD以及电子探针微观结构分析等方法,对16Mn钢在3种不同高温条件下以及1 MPa分压的饱和CO2环境介质中的腐蚀性能进行研究.结果表明,在60、90、120℃下,16Mn钢发生严重的CO2腐蚀,表现出高的腐蚀速率,且伴有不同程度的点蚀、条状腐蚀特征.随着温度的升高,腐蚀速率呈下降再上升的趋势,90℃时最小,各温度下表面都生成了Fe3C为主的腐蚀产物膜。研究发现,Cl-为点蚀的"激发剂",并且在点蚀坑内富集,导致局部Cl-浓度差不同,形成电偶腐蚀,促进点蚀发生;腐蚀过程显示CO2腐蚀的局部腐蚀特征是各种因素相互作用的结果.     

CO2注入增产煤层气的作用机理

针对CO2注入增产煤层气问题,在分析CO2注入增产煤层气的作用机理基础上,利用已有试验资料分析了煤级、压力、温度和湿度等因素对CO2注入增产煤层气技术的影响.研究表明:温度对注入效果影响不大,而湿度增加能极大的抑制CO2吸附,从而影响CO2注入增产效果.为了取得较好的CO2注入增产效果,煤级应较高,注入煤层埋置深度宜为400～600 m和1100 m～1500 m之间,煤岩的渗透率宜在0.5×10-3μm2～5×10-3μm2之间,且煤岩断裂构造不发育.     

组分含量对CuO-ZnO-ZrO2催化CO氧化性能的影响

采用共沉淀法制备CuO-ZnO-ZrO_2催化剂,考察CuO质量分数及ZnO…ZrO_2质量比对CuO-ZnO-ZrO_2催化剂结构及物化性能的影响.采用X射线衍射(XRD)、比表面及孔径分析(BET)、氢气程序升温还原(H2-TPR)、X射线光电子能谱(XPS)等方法表征CuO-ZnO-ZrO_2催化剂.结果表明:当CuO质量分数为70%,ZnO…ZrO_2质量比为1…1时,CuO-ZnO-ZrO_2催化剂具有较大的比表面积和孔容积,较好的分散度,较小的晶粒尺寸,以及较好的氧化还原性能,在催化CO氧化反应中表现出较优的活性,在常压、373K反应温度下,CO转化率达到75%,并且连续反应22h,稳定性能良好.     

第一性原理研究Pmmm-Al2Ti的结构、电子性质和热传输性质

运用第一原理方法和粒子群优化算法预测了一个新的Al_2Ti亚稳相,其具有正交结构和Pmmm空间群,并满足动力学和弹性稳定性要求.电子结构分析发现Al-Ti共价键、Al的sp2杂化和金属键共同存在于Pmmm-Al_2Ti中,这将有助于增强其高温强度.与r-Al_2Ti和h-Al_2Ti相比,Pmmm-Al_2Ti的延性较好.Pmmm-Al_2Ti呈现出明显的力学各向异性,其杨氏模量最大值出现在[110]晶轴方向.室温下Pmmm-Al_2Ti的晶格热导率呈现各向异性,沿[100]晶轴方向的晶格热导率比[010]和[001]方向的晶格热导率分别高2.6和1.4倍.此外,还发现声光耦合对于Pmmm-Al_2Ti的热导率有重要作用.该研究有助于进一步增加对TiAl亚稳相的结构、电子性质、力学性质和热传输性质的认识.     

四方ZrO_2弹性常数、电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似平面波超软赝势法,计算了四方ZrO2的弹性常数、电子结构和光学性质.计算得到的晶格常数和弹性常数均与实验值相符;计算结果表明四方ZrO2的晶体结构是稳定的,四方ZrO2属于间接带隙氧化物,禁带宽度为4.06 eV.经带隙校正后,计算得到四方ZrO2在(100)和(001)方向上的光学线性响应函数随光子能量的变化关系,包括复介电函数、复折射率、反射光谱、吸收光谱、损失函数和光电导谱;计算得到其静态介电常数在(100)和(001)方向上分别为4.83和4.30;折射率分别为2.20和2.07;计算结果表明了四方ZrO2在(100)和(001)方向上具有光学各向异性,这为四方ZrO2的应用提供了理论依据.     

掺杂对涂层超导体CeO2缓冲层薄膜临界厚度影响的理论计算

采用第一性原理平面波赝势法计算了稀土元素掺杂超导带材缓冲层CeO2的晶体结构、电子能带、态密度和弹性常数,研究掺杂使CeO2缓冲层临界厚度增加的规律及其机理.在计算范围内,发现掺杂以后的晶胞体积V和弹性常数E^＊的变化主要取决于系统的电子数增加,拟合得到了弹性常数E^＊和系统电子数增量Δne之间的变化关系.分析表明,掺入Sm,Gd和Dy可以使Ce1-xRExO2缓冲层薄膜的临界厚度分别提高22%,43%和33%.