皖南牌坊传统灰浆的科技研究

采用FTIR,XRD,SEM等技术,对皖南牌坊上的传统灰浆材料配方进行了初步研究。结果表明,牌坊灰浆样品为石灰掺桐油或糯米而形成的有机-无机复合材料。桐油灰浆强度的形成主要源于灰浆中石灰的碳化反应、桐油与氧气的交联反应和Ca2+与—COO-的配位反应以及由此而形成的致密片层状有机-无机复合结构。糯米淀粉对灰浆碳化过程的调控作用而形成的细密的微观结构是糯米灰浆具有良好性能的微观解释。     

浙江古城墙传统灰浆材料的分析研究

灰浆材料一直是古代建筑类文化遗产研究的重要对象,文保工程中使用传统灰浆的诸多优点已广为人知,在认识传统灰浆的基础上开发新的石灰基粘结保护材料已然成为国际研究热点。随着中国的经济发展,很多古建筑的保护也开始提上日程,然而关于中国传统灰浆材料的研究颇为薄弱。实地调查浙江地区多座古代城墙遗址,采集灰浆样品,利用多功能密度仪、粉末X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、热重-差热分析仪(TG-DSC)和湿化学分析技术,对浙江地区7处古城墙灰浆样品进行了分析检测和研究。结果表明：这些古城墙使用的胶结材料是纯“白灰灰浆”,主要成分是碳酸钙,含量在75%～90%之间,其原料主要是钙质生石灰,个别来自镁质生石灰;其中有4座城墙灰浆添加有糯米成分,说明该地区在明代向灰浆里添加糯米等有机材料是建筑城墙十分普遍的工艺技术;检测发现这些建筑灰浆的密度较低,且数值相差较大,在1.2～1.9 g·cm-3之间,应是环境长期侵蚀的结果。同时,也分析了这些砌筑灰浆的其他物化特征,为下一步古城墙本体保护和保护材料的研发,以及传统灰浆全国范围内的比较研究提供了科学依据。     

汉中山河堰二堰和羊头堰灰浆的分析研究

陕西汉中三堰(山河堰、五门堰、杨填堰)在2017年10月被确认成功申报世界灌溉工程遗产并授牌,其中山河堰是汉中地区最早的灌溉工程。20世纪80年代,在水文考古普查时发现,山河堰砌体以木桩砌石为骨架,使用可能加入桐油、糯米浆的黄泥、沙、石灰搅拌而成的三合土作为填充物。为深入探究山河堰灰浆的成分和科学机理,对山河堰的灰浆样品进行了成分分析,并检测了样品的年代信息。该研究在山河堰二堰东堤和羊头堰取样,利用X射线衍射分析(XRD)、傅里叶变换红外光谱分析(FTIR)、差热分析、扫描电镜、岩相等科技手段,检测分析样品的组成成分。另外,利用碳-14检测对山河堰二堰灰浆进行断代分析。分析结果表明,山河堰二堰东堤石条粘合物经年轮校正后的年代为公元1150年—1226年(南宋时期),山河堰二堰东堤粘合物和夯土以及羊头堰粘合物的无机成分主要为方解石、石英及少量长石。其中,粘合物中石灰的添加量较高,夯土中石灰的添加量较低。红外分析和热分析结果表明,粘合物和夯土中似乎添加了某种有机物,结合文献资料分析该有机物很有可能为糯米浆。热分析结果显示,800℃以上出现的放热峰为水化硅酸钙的特征峰,推测石灰与水发生反应生成水化硅酸钙。水化硅酸钙能在水中或潮湿的环境中更好地硬化,它是水利工程可以保存数千年的主要原因。电镜检测结果显示,样品中尚未被碳化的消石灰(Ca(OH)2)脱水形成羟钙石晶体。另外,灰浆中加入的有机物和灰浆的缓慢碳化都有助于增强灰浆砌体的自我修复能力和抗风化能力,延长水利工程的使用期限。采用各种科学手段对山河堰灰浆进行科学研究,有助于探明水利工程灰浆材料的组成及其科学机理,为山河堰等水利工程遗产的保护修缮奠定科学基础,并可为现代水利工程材料的改良提升提供有益的启示。     

聚酰亚胺薄膜在热解过程中化学结构的变化

用傅里叶变换红外光谱法研究了聚酰亚胺薄膜试样在氮气气氛中自室温在８００℃热解过程中固体残留物的内部结构的转变．根据变带的变化规律，提出了式样在热解碳化首先发生亚酰胺环沿Ｃ－Ｎ键断裂，形成具有共轭腈基及异氰基的苯环化合物。     

碳化铝与水反应合成甲烷水合物的实验研究

 利用自行设计的高压气水合物实验装置,通过碳化铝与水反应成功合成了甲烷水合物。实验结果表明,碳化铝与水反应合成甲烷水合物的方法有效地解决了传统甲烷水合物模拟实验中甲烷气体引入问题;同时,碳化铝与水反应产生的甲烷及沉淀物能较好地模拟海洋环境中水合物形成的自然条件,为实验模拟甲烷水合物研究提供了一种新方法。利用此方法,对甲烷水合物合成与分解温度、压力条件及动力学过程进行了初步研究。     

中国古建筑石灰灰浆的光谱分析技术

石灰是中国古代最早使用的重要胶凝材料,广泛应用于房屋、墓葬、城墙、堤坝等古代建筑工程中。古人还在石灰灰浆中添加糯米浆、动物血液、植物汁液、红糖、桐油、纸筋、秸草等有机材料以增进其性能。此外,中国古代还使用石灰、粘土和砂石组成现在称为"三合土"的混合石灰材料以构筑墓葬、城墙和水利工程等建筑墙体。在古建筑遗址的修复和保护工作中,本着"修旧如旧"的原则,必须对古建筑修建所采用的原材料和施工工艺进行分析研究,从而为修复工作提供科学可靠的依据。本文综述了在对中国古代建筑石灰灰浆的分析中所采用的光谱分析技术,包括拉曼光谱、红外光谱、X射线衍射和X射线荧光光谱,以及扫描电子显微镜、热重分析等其它一些分析技术,讨论了各种分析技术的用途、优势和劣势。     

C60简介

 科学家在研究碳原子簇的过程中意外地发现了一个崭新的有机分子,C₆₀。它单一地由碳元素组成,60个C位于由20个正六角环和12个正五角环围成的三十二体的顶角上.相邻的C原子之间以共轭双键结合,近似球状结构的笼内笼外都存在π电子云.这样一个三维空间的芳香族分子及其诸多的衍生物为碳化学打开了一个新天地,同时给固体物理学提供一个新领域,还将为材料科学带来新的机会.     

W过渡层结合界面对金刚石薄膜在WC-6%Co上的附着力的影响

 在微波等离子体化学气相沉积装置中,采用负偏压形核等方法,研究两种不同的W过渡层/基体结合界面对金刚石薄膜与WC-6%Co附着力的影响。采用氢等离子体脱碳、磁控溅射镀W、高偏压碳化等方法,在YG6衬底表面形成化学反应型界面,W膜在碳化时和基体WC连为一体,极大地增加了W膜与基体的附着力,明显优于直接镀钨、碳化形成的物理吸附界面。在高负偏压下碳化,能提高表面粗糙度,增加膜与基体机械钳合,而负偏压形核增加核密度,从而增加膜与基体的接触面积,结果极大地提高了金刚石薄膜的附着力。     

不对称钴纳米环磁特性及涡旋态控制的蒙特卡罗模拟

利用Monte Carlo模拟方法研究不同外加磁场方向对不对称钴纳米环磁特性的影响.主要研究磁化反转过程中畴壁运动可控制机制、磁滞回线及涡旋态的形成.模拟结果表明:①不同的外加磁场方向对不对称钴纳米环在磁化反转过程中畴壁的运动和涡旋态的形成及稳定性有较大的影响;②可利用畴壁能的变化及外加磁场的方向控制纳米环畴壁的运动;③磁化反转过程中涡旋态的形成及稳定性存在明显的尺寸效应.     

溶液液滴蒸发变干的环状沉积

液体蒸发驱动的颗粒自组装现象在许多的工业技术中有重要应用. 本文利用显微镜观测含有颗粒物质的液滴变干后留在固体表面的颗粒形成的环状沉积图案. 采用微米粒径的SiO₂小球水溶液液滴蒸发变干模拟咖啡环的形成过程, 结果发现液滴蒸发过程中接触线的钉扎是环状沉积的必要条件. 在液滴蒸发过程中颗粒随着补偿流不断的向液滴边缘移动, 聚集在接触线处形成环. 液滴蒸发变干后残留在液滴内部的颗粒数随颗粒质量分数的增加而增加, 可以达到单层的颗粒排列. 而玻璃衬底上的颗粒环在颗粒质量分数很小时, 形成单层排列, 且一排一排地生长. 蒸发过程中颗粒环由于液滴边缘的尺寸限制向液滴中心缓慢移动. 这会导致液滴中不同大小颗粒的分离. 关键词： 液滴 接触线 蒸发 颗粒     

陶寺、殷墟白灰面的红外光谱研究

采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)对天然石灰石、模拟白灰面以及采自陶寺遗址和殷墟遗址的白灰面进行了分析检测,以探明陶寺和殷墟遗址白灰面所用原料。结果显示,人工烧制石灰碳化后所形成的方解石,其ν₂/ν₄比值高达6.31,明显高于天然石灰石中的方解石,从而表明人工烧制石灰碳化所形成的方解石较之天然石灰石中的方解石具有较高的晶体无序度;随着研磨程度的增加,天然石灰石中的方解石和人工烧制石灰碳化形成的方解石,其ν₂和ν₄值逐渐减小,人工烧制石灰碳化形成方解石的ν₂-ν₄特征趋势线斜率较高,从而为考古出土人工烧制石灰的判定提供了一种简便、有效的方法。根据此判别方法,陶寺和殷墟遗址的白灰面很可能是采用人工烧制石灰所制备的,表明中国古代先民在距今4300多年的新石器时代晚期已掌握了石灰烧制技术。     

介质阻挡放电蜂窝斑图形成过程的光谱研究

采用光谱法, 研究了氩气/空气混合气体介质阻挡放电中蜂窝斑图形成过程中等离子体参量的变化。实验发现,随着电压的增加,放电经历六边形点阵斑图及疏密点同心圆环斑图后,形成了蜂窝斑图。利用氮分子第二正带系(C3Π_u→B3Π_g)的发射谱线、氩原子763.26 nm(2P₆→1S₅)与772.13 nm(2P₂→1S₃)两条谱线强度比法和氩原子696.57 nm(2P₂→1S₅)谱线的展宽,分别研究了上述三种斑图的分子振动温度、电子激发温度和电子密度。结果发现：蜂窝斑图的分子振动温度和电子激发温度均高于六边形点阵斑图相应的温度,但其电子密度却比后者的电子密度低。实验还通过电容法,测量了放电斑图的放电功率,发现蜂窝斑图的放电功率远远高于六边形点阵斑图的放电功率。工作结果对于研究介质阻挡放电自组织斑图的形成机制具有重要意义。     

不同时空结构的四边形放电斑图等离子体参量研究

采用发射光谱法,研究了不同时空结构四边形斑图的等离子体参量。实验发现,在低气压区和高气压区,四边形斑图表现出不同的时空结构。利用N₂分子第二正带系的六条谱线强度计算了分子振动温度;利用第一负带系N+₂(391.4 nm)与第二正带系N₂(394.1 nm)谱线强度比,研究了电子能量的变化;利用Ar原子696.54 nm谱线的展宽和频移来反映电子密度;利用Ar原子特征谱线强度比法计算了电子激发温度。结果表明：低气压区四边形斑图的分子振动温度、电子激发温度和电子平均能量均大于高气压区四边形斑图,而电子密度小于高气压区四边形的电子密度。     

氮肥施用量和形态对玉米苗期叶绿素含量的影响

氮肥的施用量和形态对植物的影响很大。实验借助于一种新型光谱仪SPAD-502叶绿素仪,研究了不同氮肥水平和氮肥形态对苗期玉米叶片叶绿素含量的影响。结果表明,每公顷施用0,100和200 kgN时,SPAD值在43.3～43.7之间,差异不显著;每公顷施用400 kgN时最后一片展开叶的叶绿素含量显著高于对照和每公顷施用100和200 kgN的处理,估计可能与肥料中其他成分有关,但原因尚需进一步研究。通过不同形态氮肥试验,表明氨态氮处理的叶片叶绿素含量显著高于硝态氮处理,可能的原因是: (1)氨态氮易于吸收,施用初期效果快;(2)氨态氮中微量元素比较高。     

矿物掺合料作为砂浆细集料的水化产物与光谱性能研究

粉煤灰、锂渣和钢渣作为工业废渣,等质量替代水泥时其利用率往往较低,为了大量地使用这些工业废渣。采用X射线单晶衍射仪、同步热分析仪、傅里叶红外光谱仪和电镜扫描分析方法,研究了锂渣、粉煤灰和钢渣替代细集料后砂浆的水化产物、光谱特性、微观形貌,并探讨了砂浆抗折/抗压强度随替代率(0%,30%,50%,70%和100%)增长的变化规律。研究结果表明：四种浆体的水化产物主要为CSH凝胶、Ca(OH)₂、少量的AFt和未水化的颗粒(Al₂O₃,SiO₂),其中水泥-锂渣浆体、水泥-粉煤灰浆体、水泥-钢渣浆体中的未水化颗粒还含有一定的Li₂O·Al₂O₃·SiO₂,Ca_1.56SiO_3.5·xH₂O和RO phas。四种浆体以3 467,3 438,2 923,2 348,1 638,1 429,1 111,1 000,768,696和462 cm-1为特征峰,但其峰强有所不同,其活性也不同,参与二次水化反应的程度也不同,因此,水泥-钢渣浆体中Ca(OH)₂的含量明显高于水泥-粉煤灰浆体和水泥-锂渣浆体的现象;但不管是矿物掺合料替代水泥还是细集料,都在浆体中发挥着火山灰活性和填充作用。含三种100%矿物掺合料砂浆的抗折强度和抗压强度均高于纯水泥砂浆,分别(锂渣、粉煤灰和钢渣)约高37.77%/51.88%,14.71%/11.70%,91.95%/34.88%,但其达到峰值的掺量不同。因此,采用矿物掺合料替代细集料是可行的,能大幅度提高工业废渣在混凝土行业中的使用,且能达到节能减排的效果。     

基于养护龄期的煅烧煤矸石细集料砂浆X射线衍射及扫描电镜分析

采用X射线衍射法(XRD)和环境扫描电镜(SEM)分析方法,研究了不同煅烧温度下煤矸石细集料的活性,针对活性最高的700 ℃高温煅烧煤矸石细集料砂浆的水化产物、微观结构和强度进行了探讨,并分析了砂浆强度随养护龄期(3,7,14,28,60和90 d)增长的变化规律。试验研究表明：煤矸石细集料随着煅烧温度的升高,其活性逐步增加,当煅烧温度达到700 ℃左右时,煤矸石细集料的活性达到最高,当煅烧温度继续升高时,活性呈下降趋势。经过700 ℃高温煅烧的煤矸石细集料具有明显的火山灰活性,其活性组分SiO₂和Al₂O₃能与水泥水化产物发生一定程度的二次水化反应,通过对不同养护龄期的活性最高的700 ℃高温煅烧煤矸石细集料砂浆XRD和SEM分析可知,随着养护龄期的增长,二次水化反应将更加充分,而且水化产物的数量也逐步增多,与早龄期的水泥砂浆相比,生成物相更为稳定的水化产物填充在砂浆的微观孔隙中,能够进一步改善砂浆的微观结构,增强砂浆的界面性能,使砂浆内部结构更加均匀,煅烧的煤矸石细集料和水泥砂浆更趋为一个坚固连续的整体,水泥硬化砂浆的后期强度有较大增幅,活性最高的700 ℃高温煅烧煤矸石细集料火山灰效应明显。     

中能重离子碰撞中集体流标度性质研究

利用同位旋相关的量子分子动力学模型模拟了40Ca+40Ca,50Ca+40Ca,64Cu+64Cu和197Au+197Au等多个碰撞系统中快度轻碎片集体流标度的性质。发现,中能区不同碰撞系统横向动量相关的椭圆流存在对碎片核子数的标度,且存在v4/v22标度,对不同碎片该比值都近似为常数0.5。同时探讨了碰撞能量、碰撞参数、核状态方程对标度律的影响,发现这些标度行为不敏感于以上物理量,可能是核碎片形成机制(组合机制)的必然结果。     

CVD法SiC纤维表面碳涂层结构的拉曼光谱研究

采用激光拉曼光谱仪和扫描电子显微镜对以C₂H₂+H₂和C₂H₂+C₃H₈+Ar为反应气体,通过直流加热化学气相沉积工艺在SiC纤维表面制备的碳涂层的微观结构及断口形貌进行了研究。结果表明,两种碳涂层的拉曼光谱中1 350,1 400～1 500和1 600 cm-1附近均观察到D,D”和G特征峰的存在。碳涂层具有类似石墨的片层结构,结构中微晶的排列显示出一定的无序性,并含有少量非晶态碳。随着沉积温度的升高,微晶尺寸有所增加,结构中的均匀性和有序度也得到改善。断口观察发现,采用C₂H₂+H₂制备的碳涂层平整、致密;而由C₂H₂+C₃H₈+Ar得到的碳涂层呈曲折的层片状。分析表明,这主要与结构中的有序度和均匀性有关。