各向异性界面动力学对深胞晶生长形态稳定性的影响

本文采用匹配渐近法和多重变量法,基于深胞晶生长的定常解,在考虑了各向异性界面动力学后,导出胞晶界面扰动振幅变化率满足的色散关系式及界面形态满足的量子化条件,研究在各向异性界面动力学的影响下定向凝固过程中深胞晶生长界面形态的稳定性.结果表明,考虑了各向异性界面动力学的深胞晶体生长的定向凝固系统包含两种整体不稳定机制:整体振荡不稳定机制和低频不稳定机制.通过稳定性分析发现,低阶近似下各向异性界面动力学对整体振荡不稳定机制有着显著影响,随着各向异性界面动力学参数的增大,中性模式产生强振荡的枝晶结构的整体振荡不稳定区域减小.同时,界面动力学各向异性参数对系统整体波动不稳定性的影响随着界面动力学参数的增大而增大.

界面动力学对平界面稳定性的影响

研究了界面动力学因素对平界面稳定性的影响．在界面局部生长速率是界面过冷度和界面动力学的函数条件下，获得了扰动增长速率的显式表达式，结果表明，界面动力学因素对平界面具有稳定作用。

用相场法研究界面动力学各向异性对纯Ni枝晶生长的影响

基于耦合流场的Wheeler模型,对界面各向异性作用下纯镍枝晶生长过程进行模拟,研究了界面动力学各向异性对枝晶形貌及尖端生长行为的影响。结果表明:在仅有界面能各向异性(ε4)时,晶粒以枝晶方式沿<100>方向生长;在仅有界面动力学各向异性(εk)时,晶粒以枝晶方式沿<110>方向生长。界面同时存在ε4、εk时,随着εk的增加,晶粒优先生长方向由<100>过渡到<110>方向,[100]和[-100]方向尖端稳态速度减小,稳态温度升高。当ε4=εk=0.04时,随着凝固时间的推移,晶粒形貌由伞状经类正方形向发达枝晶形貌转变。

界面动力学系数影响枝晶生长的相场模拟

利用相场法对纯金属熔体中的枝晶生长进行了模拟;研究了界面动力学系数取值的影响因素及其取值对枝晶尖端生长速度和尖端半径的影响。结果表明:界面动力学系数的取值由相场和温度场的耦合系数、热扩散系数、界面厚度、界面原子运动时间变量等参数综合决定,随着界面动力学系数的增加,枝晶尖端生长速度减小,尖端半径增大。

界面动力学对微重力下溶液法晶体生长的生长界面和溶解界面稳定性的影响

用一个二维的数学模型研究微重力条件下溶液法晶体生长的晶体生长界面和溶解界面的稳定性以及界面动力学对界面稳定性的影响.研究表明,不管是否考虑界面动力学效应都存在稳定的晶体生长界面和溶解界面,其形状都是上部适当后倾的适当形状的曲面.计算了在各种情况下晶体生长稳定界面和溶解稳定界面的形状.界面动力学使晶体生长稳定界面的倾斜度变小,使溶解稳定界面的倾斜度略微变小.

各向异性界面动力学与各向异性表面张力的相互作用对定向凝固过程中深胞晶生长的影响

通过应用匹配渐近展开法和多变量展开法研究了各向异性界面动力学与各向异性表面张力的相互作用对定向凝固过程中深胞晶生长的影响.结果表明:当各向异性界面动力学与各向异性表面张力的偏好方向之间相差角度为θ_0时,θ_0会对深胞晶生长形态产生影响;当0≤θ_0≤π/4时,随着θ_0的增大,深胞晶的指状界面全长减小,深胞晶根部的深度减小,根部附近界面的曲率减小,而曲率半径增大;当π/4≤θ_0≤π/2时,随着θ_0的增大,深胞晶的指状界面全长增大,深胞晶根部的深度增大,根部附近界面的曲率增大,而曲率半径减小.

界面动力学参数对深胞晶界面形态整体波动不稳定性的影响

研究界面动力学对定向凝固中深胞晶形态稳定性的影响.应用多重变量法和匹配渐近法,通过寻找系统的模式解,导出了胞晶界面扰动振幅的变化率满足的色散关系,得到了界面形态的量子化条件.结果表明,考虑了界面动力学参数的深胞晶生长的定向凝固系统有两种整体不稳定性机制,整体振荡不稳定机制和低频不稳定性.稳定性分析表明,界面稳定性参数ε与胞晶相对参数λ_(0)有关,低阶时界面动力学参数M_(*)越大,中性模式产生强振荡的枝晶结构的整体波动不稳定性的稳定区域越大.

界面动力学对共晶生长过程的影响

在共晶生长理论模型中引入了界面原子附着动力学,考察了各种结构类型相形成共晶时的动力学效应.发现动力学项的引入,扩大了共晶耦合生长的过冷度范围,降低了共晶生长速度,但对片间距的最小值无影响.动力学效应不仅与晶体生长速度有关,同时受相图结构的影响,当共晶组成相在共晶成分时的结晶温度范围增大时,动力学的影响减弱.

微通道内不混溶气液两相二氧化碳界面动力学行为的格子Boltzmann研究

将高精度的二氧化碳状态方程与气液两相流格子Boltzmann方法中的伪势模型耦合,研究微通道内二氧化碳气液两相流动的界面动力学行为,包括二氧化碳气泡和液滴的分裂、合并、变形,以及气液两相二氧化碳在演化过程中的质量交换.研究发现:当分裂和合并行为达到平衡,并且两相之间不发生质量交换时流动达到稳态.稳态时的流型主要依赖于表面张力,惯性力,管道的润湿性,以及初始体积分数.当表面张力较大时,微通道内形成的二氧化碳气泡或液滴会收缩成圆形,此时二氧化碳气泡或液滴会堵塞微通道,形成段塞流;随着表面张力的减小,形成的气泡或液滴不容易收缩,在微通道内更容易发生变形,出现泡状流或环状流.当壁面润湿性为强疏水性时,二氧化碳在微通道中的流动为环状流,其它润湿性下,流型为段塞流.体积分数较小时,二氧化碳两相流动的流型为段塞流,体积分数较大时,流型为环状流.

利用强度调制光电流/光电压谱研究碳点／KOH电解液界面的动力学行为

通过强度调制光电流谱(IMPS)和强度调制光电压谱(IMVS)技术研究在光电分解水制氢体系中碳点光阳极与KOH电解液界面的动力学行为。结果表明,光强在30–90 m W·cm^(-2)范围内,界面的电子传输时间(τ_d)、电子寿命(τ_n)、电子扩散系数(D_n)、电子扩散长度(L_n)均没有变化;当光强增加到110和130 m W·cm^(-2)时,τ_d和τ_n延长,而D_n减小。实验表明,不同于Ti O_2/电解液等界面,碳点光电极/电解液界面中碳点电极存在的缺陷少,因此电子主要以无陷阱限制扩散方式传输为主。且在30–130 m W·cm^(-2)的光强范围内,与τ_d和τ_n相关的载流子收集效率(η_(cc))相近。

基于界面分子动力学的双壳微纳胶囊热湿传递模拟

为了进一步研究双壳微纳相变胶囊掺入建筑石膏中对多孔材料热湿传递的影响,提出了含有相变胶囊的多孔墙体热湿耦合模型.考虑相变微纳胶囊发生相变过程由表及里的特征,利用界面分子动力学中的对势和多体势,给出了胶囊界面模型的热性能参数的计算方法,同时考虑到双壳微纳胶囊外壳亲水性质及石膏孔隙对水分的吸附/解吸的热湿耦合作用,提出了胶囊界面湿参数的模型,对掺与不掺相变微胶囊模型进行了实测模拟,并应用计算机软件对方程进行了求解.结果表明:该模型可用于模拟含有相变胶囊墙体材料的热湿传递过程.

沉积CaCO_3与金属离子界面反应动力学研究

金属离子与沉积碳酸盐之间界面反应动力学模拟实验表明，由于CaCO3快速溶解和溶液pH急剧上升，大部分Pb2+、Zn2+离子与溶液中CO2-3和OH-离子反应生成白铅矿PbCO3、水白铅矿Pb3（OH）2（CO3）2，或Zn（OH）2和水锌矿Zn（OH）6（CO3）2沉淀于体相溶液中，仅有少部分Pb2+、Zn2+通过扩散与CaCO3表面发生离子交换反应。25℃时，Ph2+溶液中以白铝矿沉淀为主，Zn2+溶液中以水锌矿沉淀为主。温度上升，沉淀速率加快的同时，离子交换量也增大。然而，在25℃Ag+吸附实验中，未发现有Ag2CO3沉淀。但温度上升至50℃，溶液中Ag+离子损耗明显增加，但CaCO3对Ag+离子吸附量却减少，这意味着在体相溶液中也可能有Ag2CO3沉淀产生。

济阳坳陷古近系层序界面构建样式、分布特征及其成因动力学分析

受幕式构造运动的控制,济阳坳陷古近系发育多个级次的层序界面,从下到上主要发育Tr、T7、T6’、T6、T4、T2’、T2、T1’、T1等。根据层序界面上下接触组合关系以及层序界面的定义,笔者首次将济阳坳陷古近系层序界面划分为6种成因构建样式:截超型、截平型、平超型、顶超型、平行型和整合型。以地层—岩性圈闭较为发育的T6’和T2’为例,分析了造成层序界面构建样式差异性的动力学因素,认为:断层活动的迁移性与活动时间和活动强度的差异性控制层序界面构建样式的变化;构造沉降中心的迁移性和构造沉降幅度的差异性控制层序界面构建样式的变化。分析这种差异性及其界面动力学变化成因,对于研究济阳坳陷古近系在不同层序界面构建样式上下寻找地层—岩性圈闭具有重要的指导意义。

多元竞争体系下的微界面动力学响应机理研究—以细颗粒泥沙吸附多元重金属离子铅、铜和镉为例

研究微界面动力学响应机理能更好地了解动力学扩散模式的内在机制.通过竞争吸附实验,采用微界面作用模式识别多元重金属离子铅、铜和镉在泥沙颗粒上的扩散模式,探究多元重金属离子的液相浓度和吸附速率变化规律,剖析多元竞争体系下的微界面动力学响应机理.结果显示,10 min前,多元竞争体系下离子的液相浓度和吸附速率变化较大,为快速吸附阶段,与扩散速率较大的膜扩散过程对应.10 min后,离子的液相浓度波动变化,吸附速率变化呈“N型”、“倒N型”、“W型”和“倒W型”特征,吸附解吸交替进行,不同竞争体系离子的液相浓度和吸附速率变化不同,进入孔隙的时间存在差异,此阶段为膜扩散和颗粒内扩散并存,不同竞争体系的离子的颗粒内扩散时间不一致.60 min后,离子的液相浓度较稳定和吸附速率较小,微界面作用趋于稳定,为扩散速率较小的颗粒内扩散阶段.研究结果可为多元竞争体系的微观界面动力学响应机理提供理论支撑.

对电极性能对染料敏化太阳电池动力学过程的影响

借助电化学阻抗谱(EIS)和强度调制光电流谱(IMPS)/强度调制光电压谱(IMVS)技术,采用不同纳米TiO2多孔薄膜对电极研究了染料敏化太阳电池(DSC)内部2个主要电荷输运过程的内在联系,并探讨了载Pt材料对DSC界面动力学过程及电池宏观性能的影响机理.借助等效电路模型分析了基于不同对电极材料电池的填充因子变化原因.结果表明,对电极材料的电极电荷交换过程制约光阳极膜内电子传输,进而影响电池光伏性能;同时对电极催化反应速率主要与催化剂活性、载Pt材料电导率和催化反应面积有关.

脂肪酶GZEL及其C-端截断突变体对磷脂单分子膜的吸附动力学研究

基于单分子层技术研究了禾谷镰孢菌脂肪酶GZEL对不同磷脂单分子膜的吸附动力学。同时,采用截断突变方法分析C-端肽段(编号为269-319的氨基酸)缺失后对脂肪酶GZEL界面吸附动力学参数的影响。研究发现,脂肪酶GZEL对不同磷脂单分子层的吸附动力学参数(吸附常数k_a,解离常数k_d,吸附平衡常数K_(Ads))与磷脂单分子膜的种类及初始表面压力密切相关。尽管如此,相比于野生型GZEL,269-319肽段缺失后导致酶蛋白对不同磷脂单分子膜的吸附常数k_a均显著降低,而解离常数k_d则显著升高,两者共同导致酶蛋白对于磷脂单分子膜的亲和力K_(Ads)显著降低。野生型GZEL对不同磷脂单分子膜的选择性顺序为磷脂酰丝氨酸>磷脂酰胆碱>磷脂酰乙醇胺。而269-319肽段缺失后,酶蛋白对于这三种磷脂单分子膜的亲和力则表现为无显著差异。以上结果表明269-319肽段在脂肪酶GZEL的界面吸附及对磷脂选择性方面均发挥有重要作用。

溶菌酶-蛋白质与奈米钻石／奈米硅土之吸附反应动力学

利用传统荧光光谱法探讨了在pH=7、9、11、13下，各为100nm直径的纳米钻石及纳米硅土（配成0．25μg／μL悬浮液）表面上与用7．0mmol／LPPBS配制成不同浓度溶菌酶-蛋白质之吸附反应．获得了溶菌酶在0-1000mmol／L不同浓度和不MpH值下的吸附反应常数及表面覆盖度．估算得到并讨论不同浓度和不同pH值下附着在纳米颗粒表面上溶菌酶分子的螺旋曲度及构型、每一溶菌酶分子所拥有之表面积大小．两吸附反应系统中，最高的吸附量与最佳的分子构型是在pH=13的环境下．又得到了溶菌酶在约150-250nmol／L的线性覆盖曲区中及4个pH值范围中，可保持最佳活性及构型情况下，每平米纳米钻石及纳米硅土表面积可负载2和10mg，每克纳米钻石及纳米硅土表面可承载溶菌酶130与150mg．在临界浓度下及4个pH值范围中，可配制成最紧密、最大承载的溶菌酶量，每平米纳米钻石及纳米硅土表面积可负载201-55mg，每克纳米钻石及纳米硅土表面可承载810-1680及580-1100mg的溶菌酶．

Cu－Al－Zn－Ni合金中与界面运动有关的内耗

用静电激励法和压电组合振子法测量了Ｃｕ－Ａｌ－Ｚｎ－Ｎｉ合金中与界面粘滞运动有关的内耗行为，导出了与界面粘滞运动有关的内耗公式．得到了形状记忆合金中对记忆效应起重要作用的参数（加粘滞系数、钉扎力常数等）

相场法模拟过冷熔体枝晶生长的界面厚度参数的取值

研究了用相场法模拟纯物质过冷熔体枝晶生长过程中,界面厚度的取值对模拟结果可靠性的影响及影响界面厚度取值的因素;然后,在选取合理界面厚度取值的基础上,计算了不同过冷度下纯镍过冷熔体枝晶生长的速度并与实验进行了比较,研究表明:为了获得可靠的计算结果,界面厚度的取值应足够小;合理的界面厚度的取值由过冷度、各向异性、界面动力学、热扩散系数等参数综合决定;在选取合理界面厚度的基础上,模拟结果与实验吻合,证明界面厚度足够小时可获得可靠的模拟结果,为相场法模拟过冷熔体技晶生长时的界面厚度参数的取值提供了依据。

定向凝固过程中的不规则固液界面形貌

固液界面通常为规则界面,但有时为不规则界面,如倾斜枝晶、退化枝晶和海藻状晶体界面。以琥珀腈为研究对象,用设计的定向凝固实验体系,研究了不同温度梯度和界面生长速度对固液界面形貌的影响。实验结果表明:界面生长速度一定时,增加温度梯度界面由倾斜枝晶逐渐转变为退化枝晶,最终成为海藻状晶体;温度梯度一定时,降低界面生长速度界面会发生类似的变化。温度梯度和界面生长条件在一定范围内变化时,界面可以从一种生长方式变为另一种方式,如可以从海藻状晶体连续地变为倾斜枝晶。在某些条件下,海藻状晶体和倾斜枝晶可能同时出现在界面上,并竞相生长。退化枝晶界面处于动态变化中,二次枝晶臂不断地改变着生长方向。