硅基材料在钻井液中的应用及研究进展

在钻井工程领域,硅基材料因其出色的物理化学特性展现巨大的应用潜力,尤其在深井、特深井的高温、高压、高盐等恶劣环境下的井下作业中。本文综述了含硅类处理剂的分类及其在钻井液中的研究现状,阐述了由无机硅酸盐、纳米二氧化硅、有机硅、复合硅作为主要成分的硅基处理剂在加强井壁稳定性、控制钻孔恶性漏失以及改善钻井液综合性能等方面的具体应用。同时,本文还探讨了硅基材料在未来油气矿产勘探开发应用中面临的技术挑战和研究方向。这对于进一步优化硅基材料技术,使其应用于复杂地层钻井工程具有重要意义。

基于粉煤灰空心微珠的硅基材料制备及其电化学性能研究

与传统石墨负极材料相比,硅具有高理论比容量、低嵌锂电位、储量丰富、环境友好等优点,已成为新一代锂离子电池负极材料的研究热点。以粉煤灰空心微珠为前驱体,利用镁热还原法制备了高结晶度硅基材料,并研究了其结构形貌和电化学性能,结果表明:粉煤灰空心微珠通过镁热还原法成功制备出了具有优异电化学性能的硅基材料,首次放电比容量可达2932.8 mAh/g,充电比容量达2336.6 mAh/g,首圈库仑效率为79.7%。该研究成果可为粉煤灰的高值利用和锂离子电池硅基负极材料的制备提供新思路。

利用ICP光谱仪测定硅基材料中镁含量的方法

文章主要对硅基复合材料中镁含量的检测方法进行了研究,其检测目的是准确地检测出在制备硅基复合材料过程中镁的含量,从而对最终产物中的硅酸镁含量进行控制。在实验过程中建立了用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)测定硅酸镁-碳包覆氧化亚硅复合材料中镁含量的方法,最终验证其检出限为0.004 mg/L,检测结果的相对标准偏差均小于5%,线性相关系数达到0.999以上,该方法满足镁含量的测定。

碳还原法制备棒状硅基材料及其在锂浆料电池中的应用

以聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)为结构导向剂,正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,柠檬酸为碳源,采用水热法得到凝胶状二氧化硅/碳前驱体,采用旋转蒸发方式去除溶剂,通过高温热处理,得到棒状硅氧基碳负极活性材料,提高浆料体系无紧密束缚环境下硅碳材料的性能。借助X射线衍射(XRD)仪、无机元素分析(EA)仪、比表面积及孔隙度分析仪和扫描电子显微镜(SEM)对棒状硅基材料进行结构和形貌表征。结果表明,合成的棒状硅基材料首尾相连,形成莲藕链束,长度约为1~3μm,直径约为200 nm,孔径为6.9 nm,比表面积为282 m^(2)/g。与管长>5μm,比表面积900 m^(2)/g,直径1~2 nm的单壁碳纳米管导电剂在电解液体系中形成长程、短程互补的多级网络,加上大量介孔的存在,有利于保持浆料悬浮稳定性。用世伟洛克电池进行电化学性能测试,电化学测试结果表明首次放电比容量为1300 mAh/g,充电比容量为726 mAh/g,首效为55.8%,在0.05 C下,循环50次充电比容量从726 mAh/g变为557 mAh/g,比容量保持率为76.7%。本工作在用P123为结构导向剂制备二氧化硅的过程中,引入碳源,得到同时具有碳包覆和碳还原二氧化硅的硅基材料,避免使用镁热还原二氧化硅,再碳包覆带来的复杂工艺流程。

集成电路用硅基材料分离纯化技术的应用研究进展

硅基材料是集成电路制程中的关键材料之一,广泛应用于外延、化学气相沉积、离子注入、掺杂、刻蚀、清洗、掩蔽膜生成等工艺。硅基材料的纯度直接影响着集成电路的性能、集成度、成品率。文章阐述了在集成电路用硅基材料中应用较多的分离纯化技术的原理与应用进展,包括吸附精馏、络合精馏、亚沸精馏、减压精馏、光氯化、循环过滤等,比对了各种分离纯化技术的优缺点,并对硅基材料提纯的前景进行了分析和展望。

非水体系模板法合成新颖形貌氮化硅基材料

以乙腈为溶剂,十八胺为模板剂通过非氧化物溶胶-凝胶过程合成了新颖形貌的氮化硅基材料.通过X射线衍射(XRD),透射电子显微镜(TEM),扫描电子显微镜(SEM),N2吸附-脱附和电子能谱(EDS)对样品进行了表征.结果显示,材料呈现出由薄膜组成的花瓣状和树叶状新颖形貌,且具有很高的比表面积和孔径分布很窄的纳米孔,同时证明了在非水体系中表面活性剂也存在自组装现象,从而可以作为模板剂来合成具有特殊介观结构和形貌的材料.

硅基材料烧蚀模型研究

对冲压发动机燃烧室所使用的硅基热防护材料 ,用以往的单纯因二氧化硅液态层被气动吹除减薄的模型进行烧蚀计算 ,计算结果和实际偏差很大。我们根据硅基热防护材料的实际特性 ,在原有的液态层模型的基础上 ,考虑了夹杂碳化层对熔融态硅基的补强作用 ,提出了既有液态层吹除也有化学反应烧蚀的新模型 ,即考虑了热解、熔融和碳化、气动吹除结合化学反应烧蚀的多因素过程。并根据硅基热防护材料的烧蚀特点 ,根据发动机模型的试验结果 ,初步总结出了液态层粘附力的经验公式。从物理概念上分析可以看出该模型基本符合实际情况 ;从多种工况计算结果可看出 ,新模型和经验公式是比较合理的。

掺Eu^(3+)硅基材料的发光性质

通过溶胶 凝胶技术制备了掺Eu3 + 的硅基材料并测试了其三维荧光光谱、激发光谱和发射光谱 ,结果显示 :最佳激发波长为 35 0nm ,最强荧光波长为 6 10nm ;在 35 0nm光激发下的发射光谱显示Eu3 + 的特征发射光谱 ,产生 4条谱带 ,分别是 5 77nm ( 5D0 7F0 ) ,5 88nm ( 5D0 7F1) ,5 96nm( 5D0 7F1)和 6 10nm ( 5D0 7F2 )。

苯基磺酸官能化中孔硅基材料的制备及催化性能研究

通过溶胶-凝胶法制得了苯基聚硅氧烷,进一步磺化制备了苯基磺酸官能化的中孔硅基催化材料,并通过BET,SEM和固体核磁技术对其进行了表征.BET结果表明,该催化剂比表面积为722m2/g,平均孔径为9.06nm,孔容0.59mL/g.CCPMASNMR和SiCPMASNMR表征显示磺酸基键合于苯环间位,苯基以共价方式进入无机-有机杂化硅1329基材料的内部结构.该固体酸的活性中心磺酸基在表面呈均匀分布,在芳族羧酸和取代酚的直接酯化反应中表现出优异的催化性能.

空心球状介孔硅基材料负载茂金属催化剂及催化乙烯聚合的研究

以HO(CH2CH2O)20(CH2CH2(CH3)O)70(CH2CH2O)20H三嵌段共聚物、2,2,4-三甲基戊烷和四甲氧基硅烷为主要原料合成了空心球状介孔硅基材料(MS);利用MS负载甲基铝氧烷和茂金属双(正丁基环戊二烯基)二氯化锆制备了催化剂MS-Bu;采用XRD、TEM、SEM、EDS、ICP和N2吸附-脱附等方法对试样进行了表征,并评价了MS-Bu催化乙烯聚合时的活性。表征结果显示,MS和MS-Bu呈空心球状,其晶体结构均为六方对称晶系;MS和MS-Bu的N2吸附-脱附等温线均为Ⅳ型,孔分布窄且均匀。活性评价结果表明,MS-Bu催化乙烯均聚、乙烯与1-己烯共聚时的活性很高,分别为6 122,5 998 g/g。

掺Tb^(3+)硅基材料的发光性质

采用溶胶 -凝胶技术制备了掺 Tb3+ 的硅基材料并测试了其三维荧光光谱、激发光谱和发射光谱 ,结果显示 :最佳激发波长为 2 40 nm ,最强荧光波长为 5 40 nm ,在 5 40 nm光下的激发光谱峰为 2 40 nm ,在 2 40 nm光激发下的发射光谱显示 Tb3+ 的特征发射光谱 ,产生 4条谱带 ,分别是 492 nm (5 D4- 7F6 )、5 42 nm (5 D4- 7F5 )、5 93nm(5 D4- 7F4)及 6 14nm(5 D4- 7F3)

硅基材料烧蚀产物对高温气体流场辐射影响

高温气体流场辐射特性在高超声速飞行器目标探测、识别和气动热环境预测等方面具有重要应用。基于带辐射模型,考虑硅基防热材料热化学烧蚀产物的可见光和红外辐射机制,建立了烧蚀产物光谱参数的计算方法,发展了高温气体烧蚀流场辐射特性计算软件。高温气体烧蚀流场的数值模拟结果,利用所发展的辐射计算软件,计算分析了自由飞弹道靶实验模型及高超声速钝头体流场的辐射特性,重点研究了各种烧蚀产物的影响。研究表明:烧蚀产物对流场红外辐射特性具有重要影响。

具有高水热稳定性有机-无机杂化中孔硅基材料的合成

以Y型沸石前驱体和不同的有机硅氧烷为硅源,合成了多种具有高水热稳定性的有机官能化中孔硅基材料,这些材料在100℃纯水中处理150 h后,能同时保持中孔结构和孔道表面上有机组分的稳定.Y型沸石前驱体可用廉价的反应物制备,提供了一条制备具有高水热稳定性有机官能化中孔硅基材料的低成本合成路线.

苯基磺酸官能化中孔硅基材料催化环己酮Aldol缩合反应

Mesoporous silica functionalized with phenylsulfonic acid is prepared by sol-gel technique to form a precursor bearing phenyl groups followed by sulfonation.The characterization of nitrogen adsorption-desorption indicates that the specific area of the material is 722 m2/g,the average pore size is 9.06 nm and pore volume is 0.59 cm3/g.The material is examined as acid catalyst in aldol condensation reaction of cyclohexanone.The results show that the material featured higher catalytic performance than those of conventional concentrated sulfuric acid and p-toluene sulfonic acid,and it is found that the main factors which determine the catalytic activity of the mesoporous silica functionalized with phenylsulfonic acid involve its acid center,surface property,and porosity structure.

半导体硅及硅基材料研究中的几个问题

叙述了大直径硅单晶生长,计算机数值模拟以及绝缘体上硅(SOI)、锗硅(SiGe)和应变硅等硅基材料的研究进展,讨论了硅中缺陷演化、杂质特性、缺陷工程和表面与界面质量控制,展望了后摩尔时代半导体硅及硅基材料的发展前景。

低密度硅基材料烧蚀机理分析与工程计算

从低密度硅基材料烧蚀机理分析这一角度出发,阐述载人飞船返回舱大面积防热结构的设计思想,并给出了经过地面试验检验的计算结果。论述的主要内容:(1)分析了神州一号返回条件下,材料的烧蚀机理;(2)优化出影响材料的烧蚀性能的主要参数;(3)指导了烧蚀材料的研制,对烧蚀材料有明确的性能要求;(4)确定了防热结构在载人飞船返回条件下,大面积防热结构的厚度。此分析用于载人飞船飞船的研制,并为飞行试验所验证。

纳米集成电路用大直径硅及硅基材料研究进展

本文叙述了大直径硅单晶生长、杂质缺陷行为、表面质量控制及硅基材料的研究现状,讨论了应变硅与绝缘体上硅(SOI)相结合的发展趋势,展望了纳米集成电路用大直径硅及硅基材料的技术经济前景.

基于硅基材料应用课程的教学改革

半导体材料对整个电子信息产业的发展起着重要的支撑作用,而半导体材料中98%是硅,因此,让学生更好地学习硅基材料应用课程对于推动电子信息产业的发展具有重要意义。本文对硅基材料应用课程的教学内容、教学方法、实验教学等方面提出了探索性的改革思路和实践情况,以期教学能紧跟学科发展方向,调动学生的学习热性,培养创新能力,提高专业素养,为国家的研究型和应用技术型人才培养目标做出积极贡献。

利用共溅射方法实现硅基材料上的纳米Ge的可见光发射

利用共溅射方法实现硅基材料上的纳米Ｇｅ的可见光发射元光，宋航，金亿鑫，张宝林，周天明，宁永强，蒋红，李树伟（中国科学院长春物理研究所，长春１３００２１）如何实现硅基材料的发光，一直是很受重视的一个研究方向．以往是通过硅基外延生长直接带隙材料或锗硅超晶...

铜包覆多孔硅基材料p-Si@Cu(x)的制备与性能

在球形SiO_2颗粒表面包覆适量的CuO,经还原得到铜包覆的多孔硅复合材料[p-Si@Cu(x)].利用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和比表面积分析等手段对样品的组成、物相结构、微观形貌和孔结构进行分析,并初步研究了材料的循环性能和倍率性能.结果表明,铜包覆量x=0.05时,在100 mA/g电流密度下,样品的首次放电容量为3596.9 mA·h/g,首次充电容量为2590.7 mA·h/g,首次库仑效率为72.03%;在1C倍率下可逆容量为1004.9 mA·h/g,0.1C倍率下循环100周后的可逆容量仍为1706.5mA·h/g,容量保持率为76.1%.