铁基层状双氢氧化物催化剂的应用研究进展

铁基层状双氢氧化物催化剂是一种新型的二维层状纳米催化剂,其具有金属离子可调性的特点,研究过程中可以根据实际需要设计合成多种铁基层状双氢氧化物催化剂,如Ni-Fe-LDH、Co-Fe-LDH、Cu-Fe-LDH、Mg-Fe-LDH、Mn-Fe-LDH、Zn-Fe-LDH,此外,还可以通过掺其他金属离子构建三金属铁基层状双氢氧化物催化剂以进一步优化双金属铁基层状双氢氧化物催化剂的性能。铁基层状双氢氧化物催化剂还具有制备工艺简单、经济环保、催化活性高、选择性好、可循环利用等优点,因而备受研究者的青睐,在化工领域具有良好的应用前景。作者系统综述了近年来国内外铁基层状双氢氧化物催化剂的应用研究进展,可为其相关理论及应用研究提供参考。

各向异性层状千枚岩渗透率及有效孔隙率试验研究

采用岩石全自动三轴伺服仪和气体渗透装置,对一种致密的各向异性层状千枚岩开展了气体渗透率及有效孔隙率试验,研究常规三轴压缩和围压循环加卸载2种应力路径下,气体渗透率、有效孔隙率随层理倾角及偏应力的演化规律。结果表明:围压相同时,岩样的初始气体渗透率k0随着层理倾角β的增大呈“W”型变化,在β=45°时取最大值;在围压循环加卸载过程中,气体渗透率先随围压的加载而减小,后随围压的卸载而增大,卸载时的气体渗透率小于加载时的渗透率;层状千枚岩有效孔隙率和气体渗透率呈指数关系;平行于层理方向的气体渗透率远大于垂直于层理方向的气体渗透率;岩样有效孔隙率和气体渗透率随偏应力变化经历初始压密阶段、线弹性阶段和塑性变形阶段,随着偏应力的增大,岩样有效孔隙率和气体渗透率先减小,接着保持稳定,最后快速增大,并在岩样应力-应变曲线斜率接近于0时达到最大值。

台内滩型薄层状白云岩储集层特征及主控因素——以四川盆地高石梯—磨溪地区中二叠统栖霞组为例

通过对四川盆地高石梯—磨溪地区中二叠统栖霞组台内滩分布及白云岩储集层特征的研究,分析储集层发育控制因素,建立“台内滩型薄层状白云岩储集层”成储模式。研究表明:栖霞组自下而上为海退旋回,栖一段发育低能开阔海亚相,栖二段海平面下降演化为台内滩及滩间海,台内滩主要分布于栖二段两个次级变浅旋回近顶部。栖霞组主要的储集层岩性为薄层状裂缝-孔洞型白云岩,其次为孔洞型白云岩,缝洞中常见鞍状白云石半充填,晶间孔、残余溶蚀孔洞叠加裂缝形成了有效的孔渗网络。基于沉积及成岩特征耦合分析,系统建立了“沉积前微古地貌控滩、沉积期滩体控制白云岩展布、准同生白云石化有利于孔渗网格保存,晚期热液作用有效改善储集物性”的成储模式。栖霞组沉积前的“一级高带”微古地貌控制栖二段沉积期高石梯地区台内滩的大面积发育;滩相是早期云化的基础条件,台内滩与白云岩储集层分布范围的吻合程度较高;滩相颗粒灰岩受两期白云石化叠加改造,准同生期白云石化有助于原生孔隙和次生溶孔保存,埋藏期热液沿峨眉山玄武岩事件伴生的裂缝进入早期白云岩体,使其重结晶为中—粗晶白云岩,晶间孔叠加顺缝热液溶蚀的残余孔洞,形成了台内滩型薄层状优质白云岩储集层。该成储模式的建立可为四川盆地二叠系气藏的可持续开发提供地质理论支撑。

Ruddlesden-Popper层状钙钛矿Bi_(8)Ba_(4)Mn_(8)O_(28)的电子结构与磁性的第一性原理

采用基于密度泛函理论的投影平面波方法,对Ruddlesden-Popper(RP)层状钙钛矿结构Bi_(8)Ba_(4)Mn_(8)O_(28)的电子结构和磁学性质进行了自旋极化计算。由于A位Ba的替位掺杂,造成MnO6八面体发生显著旋转、倾斜等畸变,会对电子结构与磁性产生较大影响,对此进行了充分的讨论。考虑在位库伦作用修正的广义梯度近似(GGA+U)的计算表明,Bi_(8)Ba_(4)Mn_(8)O_(28)基态为铁磁半金属,其半金属能隙3.07 eV,晶胞总磁矩为31μB。Bi_(8)Ba_(4)Mn_(8)O_(28)的晶胞磁矩主要来自Mn原子磁矩的贡献,而Bi、Ba与O原子磁矩相对较小;而半金属性则主要源于Mn 3d自旋向上与自旋向下电子间存在较大的交换劈裂所致。使晶胞承受均匀变形,当其晶格常数在-10%~14%较大范围变化时,半金属性均可得到保持,且其晶胞总磁矩可始终稳定于31μB。

双参数层状地基中水平动荷载和扭转振动组合作用下受荷桩受力变形分析

为了更准确地分析桩顶在承受水平动荷载H(t)和扭转振动T(t)组合荷载作用下的受力变形特性,基于Pasternak模型,考虑多向荷载间的相互作用,建立层状地基中H(t)-T(t)受荷桩简化分析模型。利用有限杆单元法推导出桩身内力位移数值解,并与已有相关理论解、模型试验和有限元模拟结果进行对比验证。参数分析表明:(1)与Winkler模型计算结果相比,考虑土体剪切效应后,桩顶水平位移和桩身最大弯矩分别减小了11.8%和10.5%。(2)增大外荷载无量纲频率可减小桩身水平位移和弯矩,但同时会减小H(t)-T(t)耦合刚度。(3)在层状地基中,表层土对桩身内力位移的影响最大,且存在临界影响深度,表层硬土的临界影响厚度是表层软土临界影响厚度的3.5~6.5倍。(4)采用杆单元模型可减少单元划分数量和计算时间,有效提高计算效率。

层状岩石不排气三轴压缩力学特性试验研究

为研究地下隧洞开挖过程中围压和孔隙气压对层状千枚岩力学特性及变形参数的影响,以氩气作为渗透介质,开展层状千枚岩不排气三轴压缩试验,分析层状千枚岩在不同围压和孔压下应力-应变关系、峰值强度、变形特性及破坏形式随层理倾角的演化特征。引入基于层理倾角的各向异性度公式,探讨围压和孔压对层状千枚岩各向异性的影响。结果表明:不排气条件下,当孔压减小或围压增大时,层状千枚岩峰值强度逐渐增大;岩石峰值强度σc、弹性模量及变形模量随层理倾角的增大呈“U”型变化;层理倾角在30°~60°之间,层状千枚岩存在层理弱面,破坏形式主要为沿层理面剪切滑移破坏;层状千枚岩在平行层理方向受围压、孔压影响较大,呈现明显各向异性特征。

富锂层状氧化物正极材料的微观结构调控及其性能研究

通过调整富锂层状氧化物正极材料的元素组成,实现对其体相结构内的类Li_(2)MnO_(3)相晶畴分散度的调控。通过结合高功率X射线衍射和球差电镜证明了Li_(1.08)Ni_(0.225)Co_(0.225)Mn_(0.450)O_(2)材料具有高度分散的类Li 2MnO_(3)相晶畴,同时原位微分电化学质谱测试证明了具有高度分散的类Li_(2)MnO_(3)相晶畴的富锂层状氧化物正极材料可以成功抑制晶格氧的释放。电化学测试表明:微观结构的调控虽然可以提高材料的首次库伦效率和平均放电电压,但同时也降低了晶格氧的活性,减少了放电比容量。在循环过程中晶格氧稳定性的提高减轻了结构的退化程度,富锂层状氧化物正极材料表现出更优异的循环稳定性和更缓慢的电压衰减。此外,晶格氧稳定性的提高还改善了材料的热稳定性。

杉木层状压缩的形成及其密度分布特征

实木层状压缩技术是以实体木材的定向定位压缩为目标,以最小的材积损耗,最大限度地提高木材力学性能的一种新型木材压缩方法。通过水热分布调控以及外力加载的协同作用,在调控压缩层的形成位置、厚度和多层压缩的基础上,分析压缩木材密度分布特征,研究层状压缩技术对于人工林杉木(Cunninghamia lanceolata)的适用性及其层状压缩形成的特点。结果表明:预热时间控制在0.5~30 min之间时,获得压缩层位置不同的层状压缩杉木。随着预热时间的增加,压缩层由表层逐渐向中心(厚度方向)移动,压缩层密度达到0.583 g/cm^(3)及以上;通过调控压缩量,获得压缩层厚度为3.00~8.07 mm的4种厚度的表层压缩杉木,压缩层密度提高率比木材整体密度提高率平均高28.7%;将表层压缩和中心层压缩工艺并用,实现形成3个压缩层的多层压缩。扫描电镜观察结果表明,无论压缩层形成于表层还是中心层,压缩层与未压缩层界线出现在早材区域或早晚材交界处,压缩层的早材细胞发生细胞壁屈曲变形,至细胞腔几乎完全消失,而晚材细胞壁及细胞腔仅发生微变形或不变形。依据压缩前后木材密度分布曲线及特征值计算结果,杉木压缩层部位的早材密度提高率最大值可以达到210.6%。

二维层状盆地地震动附加放大特征研究:SV波入射

发展了一种基于谱元法和多次透射边界的平面SV波入射下二维复杂场地波动数值模拟方法。基于该方法,模拟分析了31条地震波输入下二维典型层状沉积盆地中的各场点相比其对应的一维土层模型的模拟地震动的附加放大特征,分析了放大系数对于输入地震波的敏感性。结果表明,该方法具有较高精度和良好的高频稳定性。不同地震波输入下,盆地地面运动及其放大特征存在较大差别。水平分量上平均反应谱放大系数的较大值(最大1.2左右)集中在盆地边缘区域及周期等于0.5倍~0.7倍自振周期附近,垂直分量上较大放大系数(最大0.9左右)紧邻盆地角点且周期为0.3倍自振周期处。同时,盆地对不同周期地震动的放大特征,以及不同位置点的谱放大系数随周期的变化规律均表现出明显不同,相对短周期地震动的盆地边缘效应最为强烈,而相对长周期地震动的放大作用明显减弱。此外,盆地边缘区域的放大系数对输入波最为敏感,不同地震波输入下放大系数值在较大范围内变化;而盆地中间区域的放大系数对输入波不敏感,其值的变化范围相对较小。

穿越层状多孔介质的非达西渗流特征研究

穿越层状多孔介质的非达西渗流多见于人类活动影响下的土壤-地下水系统中。采用自行开发设计的室内渗流实验装置,设置不同粒径的单层多孔介质和相应粒径组合的双层多孔介质,从水力坡降与渗流流速关系、非达西渗流参数和临界雷诺数等方面,探讨了平均粒径、粗细颗粒界面对穿越层状多孔介质非达西渗流特征的影响规律。结果表明:当水流穿越层状多孔介质时,粗细颗粒界面对非达西流渗流特征具有重要影响;作为判断达西流态到非达西流态转换的临界雷诺数,其在单层多孔介质中随多孔介质平均粒径的增大而减小,而当水流穿越层状多孔介质时,临界雷诺数不仅随平均粒径的增大而增大,而且随粗/细颗粒粒径差的减小而增大;受粗细颗粒界面的影响,单层多孔介质中临界雷诺数均低于粗颗粒层与单层多孔介质相同相应粒径组合的双层多孔介质;通过引入非线性分量指数发现,粗细颗粒界面对水流惯性力分量的影响具有一定抑制作用,其抑制性影响程度与粗细颗粒差别大小呈负相关。研究结果对研究穿越层状岩土体的非达西渗流问题具有较好的指导意义。

典型层状硅酸盐矿物分子模拟研究进展

层状硅酸盐矿物性质特殊,在矿物浮选、矿物材料应用等领域的研究都备受关注。分子模拟作为一种高效分析预测手段,能从微观角度理解层状硅酸盐矿物的性质。综述了滑石、蛇纹石、蒙脱石、高岭石、云母等5种典型层状硅酸盐矿物的分子模拟研究现状,主要包括层间水化作用、矿物吸附浮选药剂及其他污染物,旨在进一步认识层状硅酸盐矿物并更好地分离与利用层状硅酸盐矿物。

有机层状硅酸盐改善油基钻井液沉降稳定性室内评价

基于油基钻井液有机土有机改性剂阳离子受高温易分解脱附,引起钻井液性能变差、加重材料沉降等问题,利用六水合氯化镁和十六烷基三甲氧基硅烷等为原料,合成了一种适用于柴油基钻井液体系的有机土(有机层状硅酸盐),用于改善油基钻井液的沉降稳定性;通过傅里叶红外光谱、X-射线衍射以及室内钻井液沉降实验进行结构表征和沉降稳定性评价。结果表明:该有机硅酸盐材料具备2∶1层状硅酸盐结构和以Si—C共价键连接的不对称链状有机官能团结构,且300℃无明显热分解;相比于大庆油田常用油基钻井液,该有机层状硅酸盐提高了油基钻井液的动切力、动塑比和储能模量,明显改善了1.4~2.0 g·cm^(-3)密度范围、150℃以下老化温度油基钻井液的悬浮性能和沉降稳定性能。

多因素耦合效应对层状千枚岩动力特性的影响

为了研究不同长径比和倾角下应变率对层状千枚岩动力特性的影响,选用4种倾角(α=0°,30°,60°,90°)两种长度(L=25,50 mm)的层状千枚岩为研究对象,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置进行不同冲击气压(p=0.150,0.175,0.200,0.225和0.250 MPa)的动态压缩试验.研究了两种长径比层状千枚岩不同应变率下动力特性的影响,分析了层状千枚岩层理倾角、长径比和应变率之间的耦合效应对层状千枚岩强度特征的影响关系.结果表明:动态压缩下两种不同长径比层状千枚岩动态抗压强度随层理倾角增加呈现先减小后增大趋势,动态峰值强度和峰值应变均随应变率增大而增大,层状千枚岩动态抗压强度与应变率呈幂函数关系;动态峰值强度关于倾角α和长径比L/D呈二元函数关系,在α=60°时,层状千枚岩动态抗压强度的长径比效应最为显著,在L/D=1时,倾角效应最为显著;不同倾角下,峰值应变在0°倾角下长径比效应最为显著,在90°倾角下长径比效应最弱;动态冲击下层状千枚岩动态抗压强度和峰值应变的应变率效应均强于长径比效应.

层状岩石逆倾向与顺倾向剪切破坏特征的差异性研究

层状岩石层理效应的研究对深部岩体稳定性分析具有重要意义,而天然层状岩石逆倾向与顺倾向剪切力学行为差异性仍认识不清。为此,开展了0°≤ψ≤180°(ψ为剪切面顺时针旋转至层理面的滑动倾向角)的页岩全角度剪切试验,详细地研究了逆倾向与顺倾向下剪切力学特性和破坏模式的差异性,并结合离散元模拟进行了补充分析与验证。研究结果表明:顺层面剪切时抗剪强度取得最小值,ψ=30°时取得最大值,90°与135°时取得局部极大值,逆倾向抗剪强度相对更高,ψ>30°时随滑动倾向角增加抗剪强度总体呈减小趋势;根据不同滑动倾向角下剪切力学行为的差异性,按滑动倾向角将层状岩石分为三组,即层面张拉与基质剪切组(15°~60°)、基质剪切组(75°~120°)、基质与层面剪切组(135°~180°);基质剪切组在剪切应力-位移曲线峰前均存在应力降现象,层面张拉与基质剪切组在峰后呈“阶梯”状应力降低;张拉破坏与剪切破坏同时存在且以剪切破坏为主;顺层面剪切时层面的剪切裂纹数目占优,ψ=90°时基质体的剪切裂纹数目最多,ψ=30°时层面的张拉裂纹数目最多,其次是基质体的剪切裂纹,ψ=150°时以层面、基质体的剪切裂纹为主。研究揭示了层状岩石逆倾向与顺倾向剪切的各向异性特征及差异性根源,可为各向异性力学模型完善、灾变机制及围岩稳定性分析提供科学依据。

烧结温度对Ti(C,N)-HfN/Ti(C,N)-WC层状陶瓷微观组织和力学性能的影响

以Ti(C,N)为基体相,HfN和WC为不同层的增强相,金属Ni和Mo为粘结相,采用交替铺层法制备素坯,并利用真空热压烧结技术制备Ti(C,N)-HfN/Ti(C,N)-WC层状陶瓷,研究了烧结温度对层状陶瓷微观组织和力学性能的影响。结果表明:随着烧结温度的升高,材料中的晶粒逐渐长大,在烧结温度为1350℃和1400℃时,材料的晶粒较小但分布不均匀,且存在较多的微缺陷;在烧结温度为1450℃和1500℃时,材料中的晶粒相对均匀(粒径~1μm),微缺陷较少;在烧结温度达到1550℃时,材料中出现了大量粗大晶粒(粒径~2μm)。随着烧结温度的升高,层状陶瓷的抗弯强度、维氏硬度和断裂韧度均先增大后减小。在1450℃下所制备的Ti(C,N)-HfN/Ti(C,N)-WC层状陶瓷具有较好的综合力学性能,其抗弯强度、维氏硬度和断裂韧度分别为(1263.6±17.1)MPa、(18.5±0.3)GPa和(8.2±0.1)MPa·m1/2。此外,Ti(C,N)-HfN/Ti(C,N)-WC层状陶瓷在断裂时表现为穿晶与沿晶并存的断裂模式。

P2型层状氧化物正极的人工界面层构筑及储钠性能

P2型Na_(2/3)Ni_(1/3)Mn_(2/3)O_(2)(P2-NNMO)工作电压高、安全性好、成本低,是有潜力的钠离子电池正极材料。针对P2-NNMO正极钠不足和P2-NNMO正极与电解液的界面问题,通过化学预钠化法(P2-NNMO正极和联苯钠的自发反应),构造了一种富含无机物的人工界面层,可使外源性的钠嵌入氧化物正极层间。结果表明:预钠化形成的人工界面层含有的NaF,可有效缓解正极材料被有机溶剂侵蚀及过渡金属的溶出;同时人工界面层也改善了钠离子的扩散动力学。改性后的正极(P2-NNMO@CEI)在电压为2~4 V、电流密度为20 mA/g的条件下,放电比容量为95.1 mA·h/g、首次库伦效率为88.5%;在50 mA/g下循环280次后容量保持率为84.2%。该研究为层状氧化物正极表面改性提供了一种有效方法,也为电极材料的界面设计提供了新的思路和方向。

水平层状碳质页岩地层高速铁路大断面隧道基底变形机理研究

我国西部、西南部地区在建及建成的高速铁路隧道常发生仰拱隆起病害,严重威胁着隧道施工进度及运营安全。依托兴山东隧道典型的水平层状碳质页岩地层,开展仰拱基底隆起机理研究,对仰拱基底以下的围岩进行模型简化,应用构件试验定性分析、数值模拟定量计算的方法,揭示了不同层厚、层间黏聚力以及材料强度对层状岩体破坏模式的影响,分析导致水平层状围岩隧道底鼓的原因,并提出相应的底鼓控制处置技术。研究结果表明:(1)层厚的减小降低了层状复合岩体抵抗变形和破坏的能力,主要表现为弹性阶段的缩短和变形速率的加快;层间黏结强度的降低破坏了层状复合岩体的整体性,导致层状岩体加速进入单一岩层受力阶段,但对极限承载力劣化效应不明显;(2)岩体本身材料强度降低极大地降低了层状复合岩层的承载能力,使得破坏过程显著加快,影响程度和范围进一步加深,结合数值模拟结果进一步证明了岩体本身强度在层状岩体的变形和破坏当中占据主导位置;(3)列车振动的疲劳损伤、地下水聚集的弱化作用以及围岩的长期力学性能均将影响隧道仰拱的稳定性,变形控制效果排序为:加深仰拱>基底注浆>仰拱锚杆。

溶蚀作用下层状灰岩力学模型研究

【目的】层状灰岩的不同层面会表现出不同的力学特性,为了研究溶蚀作用下不同层面倾角的层状灰岩力学特性影响规律,确立溶蚀作用下横观各向同性应变软化模型对溶蚀作用下层状灰岩力学特性进行描述。【方法】首先,采用横观各向同性应变软化模型来描述无溶蚀作用下层状灰岩平行和垂直层面的力学特性,并结合对0°、30°、60°和90°四个层面倾角的层状灰岩单轴压缩试验结果的整理分析,得到无溶蚀作用下平行和垂直层面的层状灰岩核心参数,即弹性模量、黏聚力和内摩擦角等;然后,基于溶蚀作用下层状灰岩力学发生改变机制分析,确定溶蚀作用下层状灰岩的塑性力学模型;最后,结合溶蚀作用下层状灰岩单轴压缩力学试验结果,采用FLAC—强度折减法联合求解确定溶蚀作用下层状灰岩力学模型中力学参数(弹性模量、黏聚力)随溶蚀作用的变化规律。【结果】结果显示,溶蚀等效时间和卸载应变(裂纹发育程度处卸载应变)对不同层面倾角层状灰岩力学特性影响不同,溶蚀等效时间对层面倾角为0°的层状灰岩参数影响最大,卸载应变对层面倾角30°时的层状灰岩参数影响最大。表现为溶蚀等效时间对基质黏聚力c2的影响大于层面黏聚力c1,卸载应变对c1影响大于对c2的影响。【结论】结果表明,横观各向同性应变软化模型能较准确地获取层状灰岩不同层面倾角力学强度参数与溶蚀作用之间的变化关系式,较好地表征溶蚀作用下不同层面倾角层状灰岩力学特性,可为岩溶地下洞室围岩稳定性分析提供理论基础。

层状复合夹煤岩石组合体试样强度试验与破坏特征研究

针对巷道复合夹煤组合结构顶板易冒落问题,以某矿取芯和钻孔窥视探测获得的巷道层状复合夹煤顶板结构组合类型为实验背景,对砂质泥岩、中砂岩以及煤厚度为20、30、40 mm不同结构组合类型的复合试件进行了单轴压缩试验,研究了复合夹煤岩石组合体的力学特性与破坏特征。试验结果表明:复合夹煤岩石组合体的抗压强度均小于单一岩石,中砂岩夹煤厚度为30mm时抗压强度达到单一中砂岩抗压强度的85.95%,抗压强度随着煤厚变薄而下降;砂质泥岩夹煤厚度为20 mm时仅为单一砂质泥岩抗压强度的32.5%,随着夹煤厚度增加抗压强度也增大,夹煤厚度超过30mm后抗压强度增大不明显。复合夹煤岩石组合体整体呈X状共轭斜面剪切破坏、单斜面剪切破坏、部分拉伸破坏,随着复合夹煤岩石组合类型不同呈现不同的破坏特征等。

二维层状α⁃In_(2)Se_(3)(2H)铁电材料的各向异性光响应

采用机械剥离法制备了2H相α⁃In_(2)Se_(3)[α⁃In_(2)Se_(3)(2H)]纳米片。通过X射线衍射(X⁃ray diffraction,XRD)、拉曼光谱、球差电镜和压电力显微镜对纳米片的结构和铁电性能进行详细表征,确定纳米片为具有特殊结构的α⁃In_(2)Se_(3)(2H)铁电材料。进一步在SiO_(2)/Si基片上成功构造了基于α⁃In_(2)Se_(3)(2H)铁电的平面四端器件,详细研究其在各个方向的光响应。结果表明,具有本征结构的α⁃In_(2)Se_(3)(2H)在相互垂直方向均没有光响应。在器件两端分别施加电压后,α⁃In_(2)Se_(3)(2H)器件在相互垂直方向均出现了明显的光响应,尤其在接近于易极化轴方向施加电压后,α⁃In_(2)Se_(3)(2H)器件出现了各向异性光响应。