硼的地球化学特征及富集成矿机制

硼是一种关键的非金属战略矿产资源,广泛应用于化工、冶金、建材、纺织和核技术等领域,其在新兴战略产业中的重要性日益凸显。本文综述了硼的地球化学特性、同位素分馏行为及全球主要硼矿的分布与成因机制。硼在自然界中的分布存在显著差异,地壳中的含量明显高于地幔。在不同地质过程中,硼元素经历了分异作用,导致不同岩石单元的硼同位素发生分馏。硼在地壳中的超常富集过程会形成硼酸盐矿物,这些矿物的形成条件(包括温度、压力和氧逸度)对于硼矿床成因研究具有重要意义。本文探讨了几种主要硼矿床的矿物组成及其成因机制,包括火山沉积型、现代盐湖型、海相蒸发盐型、矽卡岩型和沉积-变质型矿床。此外,中国的硼矿类型也十分丰富,其中最重要且储量最大的硼矿床为辽吉地区的沉积-变质型和青海-西藏地区的盐湖型硼矿床。文中详细介绍了这两类硼矿床的矿物组合特征、产状、年代及成矿模式,并对未来研究中存在的关键科学问题进行了梳理。

硼基金属复合物的点火和燃烧特性研究进展

综述了近几年国内外硼基金属复合物点火和燃烧特性的最新研究进展,重点归纳了二元硼基金属复合物、三元硼基金属复合物和纳米硼基金属复合物的点火和燃烧研究现状,并对比了其优缺点,其中对二元硼基金属复合物的研究较为丰富,对三元硼基金属复合物的研究大多集中于制备方向,关于点火和燃烧特性研究较少,对纳米基金属复合物的点火燃烧机理尚不清楚。指出了硼基金属复合物未来的研究方向:(1)对于制备工艺较简单的二元硼基金属复合物,下一步应具体研究其工艺对产物性能的影响;(2)利用分子动力学和有限元分析的方法对其燃烧机理进一步分析;(3)关于纳米硼基金属复合物可考虑建立一种稳定悬浮液进一步探究其点火和燃烧机制。附参考文献71篇。

硼、硼氮及硼磷纳米材料研究进展

硼纳米材料有硬度和熔点高、密度低的特点,在高温器件、轻质增强填料等领域应用广泛。种类繁多的硼纳米材料可以成为与其他现有纳米材料、分子、原子或离子结合的基底材料,以设计和创造具有特定功能和特性的新材料。首先介绍了硼纳米材料的研究进展,包括硼团簇、硼纳米线、硼纳米管、硼纳米带和硼纳米片;其次,以硼氮和硼磷材料为例,综述了两种二元含硼纳米材料的研究进展;最后,展望了硼、硼氮及硼磷纳米材料的未来研究方向,为该领域的研究提供启发。

从高钙富硼老卤中提硼研究

以青海某高钙富硼老卤为研究对象开展了提硼研究。结果表明,合适的萃取条件为:磺化煤油为稀释剂、异辛醇用量50%、萃取相比1.0、萃取混合时间15 min;合适的反萃条件为:反萃剂为pH=1的稀盐酸、反萃相比1.5、反萃混合时间15 min。以此条件在5级混合澄清槽中完成了连续逆流萃取—反萃运转试验,连续运转45 h,硼萃取率为95.49%,硼与钾、钠、钙、镁的分离效果较好;硼反萃率为99.59%,反萃液中硼含量达17.17 g/L。采用“溶剂萃取—反萃—高温蒸发—低温冷却结晶—重溶—冷却结晶—过滤洗涤—干燥”工艺高效分离提取硼,硼总回收率为92.33%,制备出的硼酸产品达国家标准(GB/T 538—2018)要求。

辽东硼成矿带研究进展

辽东地区是我国重要的硼矿资源产地,赋存硼矿的胶-辽-吉带古元古时期处于活动陆缘环境。辽东硼矿成因为沉积变质再造矿床,硼物质源于蚀变洋壳、俯冲沉积物、蛇纹石化地幔楔等俯冲洋壳系统的富硼地体,在洋壳向克拉通俯冲过程中,硼质在弧前释放进入岛弧火山系统参与热液循环,通过海底热泉等热液方式汇集于火山盆地形成含水硼酸盐初始矿层并被随后的火山沉积覆盖保存。在区域变质变形过程中,含水硼酸盐脱水重结晶并就位于变形构造形成的有利部位富集成矿。辽东硼同位素组成特征反应了对源区储库重硼的继承性,因此,用于探讨矿床成矿地质环境更具意义,而非用于海相和非海相沉积简单的对比。同产于含硼岩系中的含铜硫铁矿矿床沉积时间稍晚于硼矿床,两者空间上呈错位产出,据此可辅助找矿预测工作。区域上虎皮峪-红石砬子-清河复式背斜是辽河旋回多幕变形作用叠加形成的,宏观上控制含硼岩系硼矿床的空间分布。通过总结以往工作,建立了辽东硼矿床成矿模式和找矿模型,分析了找矿方向,特别指出的是,部分盖县岩组地层出露地区,深部具有寻找隐伏硼矿的探索空间,未来找矿前景可期。

40CrNiMo钢棱角位交流电场辅助粉末渗硼层的组织与性能

以Al_(2)O_(3)为填充剂和活性炭为添加剂的改性粉末为渗硼剂,采用40CrNiMo钢为基体,在75 V/100 Hz交流电场作用下于630、650、700、750和850℃进行电场增强辅助固体渗硼。采用X射线衍射仪、扫描电镜和硬度计对渗硼后的样品进行显微分析及性能测试。结果表明:交流电场对渗硼过程有明显的促进作用,即便在较低的渗硼温度(750、700和650℃)下也可以在40CrNiMo钢试样的平面及棱角区域形成单一的Fe_(2)B相渗硼层;850℃时,渗硼层的棱角部位出现了少量的FeB相。温度过高(如850℃)及过高的电场辅助渗硼电流(如700℃渗硼时的2.38 A电流),会使渗硼层表面形成疏松表层,不利于致密渗硼层的形成;750℃渗硼4 h后的渗硼层具有最高的致密性和渗层硬度,其渗层厚度和表层区域硬度分别为120μm和1700 HV0.05。

熔盐辅助合成硼化铪工艺研究

这是一篇冶金工程领域的论文。以氧化铪和碳化硼为原料,采用氯化钠为熔盐介质,通过硼/碳热还原法合成了纯度较高的硼化铪粉体。研究了反应温度、保温时间等合成工艺参数以及原料配比对材料晶相组成和显微结构的影响。结果表明,以氯化钠为熔盐介质时,氧化铪在1300℃的合成温度下开始转化为硼化铪,其温度远低于传统的硼化铪合成所需温度。在硼过量20%,反应温度和保温时间分别为1400℃和2 h所制备的硼化铪粉体纯度较高,X射线衍射中可以明显观察到硼化铪结晶峰,且在扫描电镜中可以观察到紧密团聚形貌的硼化铪。

辽宁翁泉沟硼铁矿的选矿工艺矿物学研究

采用X射线衍射、镜下鉴定、扫描电镜、矿物参数自动分析系统、化学成分分析等研究了辽宁翁泉沟硼铁矿的化学成分、矿物组成及含量、主要矿物产出形式等,查明了各目的矿物之间的嵌布关系等特性,以及影响选矿效果的主要矿物学因素,并提出了相应的选矿方法。

氮化硼化学成分标准物质研制

研制3种氮化硼化学成分标准物质。以硼酸和三聚氰胺为原料,采用湿化学法合成固体前驱物,分别在空气和氮气气氛下高温热处理,制得质量分数为95%~99%的氮化硼候选物。随机抽取12瓶分装好的样品进行均匀性检验,组内和组间无显著性系统差异,样品均匀性良好。采用直线拟合法进行短期稳定性和长期稳定性检验,拟合直线斜率均小于临界值,样品稳定性良好。通过8家实验室采用两种不同原理的方法进行协作定值,统计评定出标准值和不确定度,定值组分包括总氮、总硼、氧化硼、铁、钙、钠,其中总氮质量分数为53.8%~55.9%,总硼质量分数为41.8%~43.7%,氧化硼质量分数为0.105%~2.37%,基本覆盖了常规氮化硼的纯度范围。该系列标准物质能够满足氮化硼相关产品的测量质量控制和测试需求。

硼基复合材料在肿瘤诊疗中的研究进展

在世界卫生组织(WHO)宣布硼(B)是人类“可能的必需元素”之后,硼基复合材料成为生物医学领域新的研究热点.研究结果表明:硼及其衍生物在多方面呈现抗癌特性,包括放射性治疗、联合治疗、调节细胞信号表达和生化过程等.此外,美国食品药品监督管理局(FDA)批准的5种含硼药物极大地影响了硼及其衍生物在药物化学、化学生物学、药物输送、生物材料探索、药理改进和营养方面的应用.文章综述了多种类型的硼基材料以及它们在制药和肿瘤治疗方面的潜在应用,有助于含硼化合物的进一步开拓和创新.

掺硼浓度与沉积气压对Ti/BDD微观结构和电化学氧化性能影响规律研究

探究在热丝化学气相沉积生长硼掺杂金刚石的过程中,掺硼浓度与沉积气压对钛基硼掺杂金刚石薄膜的微观结构与电化学氧化性能的影响,并以四环素作为模拟污染物进行电化学氧化降解实验。使用扫描电子显微镜、拉曼光谱、紫外分光光度计以及电化学工作站对电极表面形貌、成分以及电化学性能进行表征。结果表明:随着掺硼浓度与沉积气压的增大,金刚石薄膜表面晶粒明显细化,生长速率下降;然而随着沉积气压的升高,金刚石的晶粒质量逐渐降低,但硼原子掺杂则会提高金刚石晶粒质量;在高掺硼浓度和低沉积气压的条件下,金刚石薄膜表面的硼原子浓度更高;高掺硼浓度和低沉积气压下所生成的较大晶粒尺寸和更高硼原子浓度的硼掺杂金刚石电极具有更优越的电化学性能、更高的降解效率以及更低的降解能耗。

改性高浓度硼酸溶液对蛇纹石屏蔽混凝土力学性能与中子屏蔽性能的影响

蛇纹石屏蔽混凝土是一种长期应用于高温条件下仍能保持高结晶水含量的中子屏蔽材料,但其密实度低,缺乏有效吸收热中子的硼元素。作为硼元素的来源,硼酸是生产屏蔽混凝土的有效材料,但在以水泥为主的水化体系中,硼酸的掺入会抑制水泥水化过程,导致材料强度及耐久性劣化。本研究通过改性高浓度硼酸溶液,诱导水泥浆体中游离硼酸盐生成高硼含量与结晶水含量的戈硼钙石,增加体系中硼元素含量的同时解除硼酸对水泥水化的抑制作用,研究改性高浓度硼酸溶液对蛇纹石屏蔽混凝土工作性能、力学性能、高温残余抗压强度、微观结构与屏蔽性能的影响。结果表明:掺加改性高浓度硼酸溶液对蛇纹石屏蔽混凝土的凝结时间、常温力学性能、高温残余抗压强度均无不良影响。掺加改性高浓度硼酸溶液后,蛇纹石屏蔽混凝土在400℃高温残余抗压强度提高了43.5%,常温下半值层降低了31.7%,350℃保温至恒重后半值层降低了21.4%,对中子射线的屏蔽能力增强。

铅硼聚乙烯复合材料的制备及辐射屏蔽机制

为了有效保护人员和设备免受辐射危害,同时扩大材料的应用范围,研究铅硼聚乙烯复合材料的制备及辐射屏蔽机制。预处理并修饰含硼化合物,将其与铅砂及聚乙烯混合,制备出铅硼聚乙烯复合材料。选取Cs辐射源,利用蒙特卡罗中子-光子输运程序作为验证屏蔽机制的模拟程序,构建复合材料模型与Cs辐射源模型,计算中子屏蔽系数,考虑复合材料的密度与厚度,模拟不同射线能量之下,辐射X射线的屏蔽性。实验结果显示:中子系数降低时,增加所制备复合材料的密度,屏蔽热中子系数出现升高现象;复合材料密度为5.9 g/cm^(3)、厚度为4.5 cm时,能够满足辐射屏蔽机制需求。

含有氮化硼势垒层的三明治结构聚合物基复合介质储能特性研究

聚合物基高温储能介质因其较高的功率密度及优异的充放电效率被广泛应用在电气和电子等领域。该文选用不同粒径的氮化硼纳米片(BNNSs)作为填料,掺杂到聚醚酰亚胺(PEI)中构建势垒层,添加在纯PEI两侧制备拥有三明治结构的复合薄膜,探究粒径大小在不同温度/填充体积分数下对复合薄膜的介电性能及储能性能的影响。研究发现,构建BNNSs势垒层的三明治结构复合薄膜显著抑制了介质的高温电导,提高了充放电效率,且较小粒径BNNSs填充势垒层能更有效地提高击穿场强和储能密度,其中掺杂200 nm粒径BNNSs体积分数为5%的复合薄膜在常温下的储能密度可达5.65J/cm^(3),充放电效率高达96%,即使在150℃下,储能密度和充放电效率也可分别达到2.52 J/cm^(3)和95%。通过随机击穿模型阐明了粒径大小及三明治势垒层结构对击穿性能的提升机制。该文提出的含有势垒层的三明治复合结构为高温下复合薄膜储能特性优化提供了新的策略。

氨硼烷制备的高宽厚比氮化硼纳米片及其形成机理

受限于商业氮化硼(BN)晶体尺寸及BN独特的层间相互作用,传统的剥离法难以实现高宽厚比(>5000)氮化硼纳米片(BNNSs)的制备。以氨硼烷为前驱体,经烧结和分离得到了高宽厚比的BNNSs。通过FTIR,TG,TEM,XRD等手段对BNNSs的组成结构及形成机理进行表征。结果表明:当温度超过80℃时,氨硼烷之间开始交联脱氢,氢气释放使得在交联过程中形成泡沫结构,并最终在1000℃完成无机化,得到含有BNNSs的BN泡沫,其中的膜结构即为BNNSs。所制备的BNNSs为六方晶型结构,厚度约为1.5 nm,宽度约30μm,宽厚比达到20000。将高宽厚比的BNNSs与聚乙烯醇(PVA)复合制备成复合膜,其导热及力学性能相较于小宽厚比BNNSs所制备的复合膜有显著提升,充分说明了高宽厚比BNNSs在BN基复合材料领域的应用优势。

氮化硼包覆碳化硅纤维表面CVD法生长碳纳米管研究

目的通过调节化学气相沉积(CVD)的工艺参数,实现碳纳米管(CNTs)在氮化硼(BN)包覆的碳化硅纤维(SiCf)表面的可控生长。方法通过控制单一变量,采用扫描电子显微镜、热重分析、X射线光电子能谱等表征手段,系统地研究了CVD工艺参数和BN表面改性对CNTs形貌、长度、含量的影响。结果通过改变CVD工艺参数,实现了对CNTs形貌、长度、含量的调节与控制,获得了CNTs和BN协同改性的SiC纤维(SiC@BN-CNTs)。其中,SiC@BN-OH在反应温度为700℃、反应时间为20 min等参数下具有最大的CNTs产率(质量分数为10.6%),且形貌良好、含量较高。结论浸渍催化剂和缩短碳源与载体的距离对生长CNTs有积极影响,增加了CNTs的长度和生长密度;通过调节反应温度和时间能够实现对CNTs长度、含量的精确控制,从而获得高质量、高结晶度的CNTs;在反应器中,气体和催化剂的含量相互影响,在制备过程中需要考虑气体和催化剂的比例,按比例同时增加气体和催化剂的流入速率能够获得更好的结果。BN表面羟基化改性处理增强了BN对催化剂的吸附,促进了催化剂颗粒的分散,提高了CNTs的产率。

含氟材料助燃硼粉研究进展

系统综述了含氟材料助燃硼粉的研究进展,并分析了助燃机制。研究表明,不论无机含氟材料、有机含氟材料还是自组装含氟材料,对硼粉燃烧都有一定的助燃效果。但是,不同含氟材料对硼粉的助燃效果有很大差异,新兴的自组装含氟材料结构规整,可能极具应用价值,值得深入研究。分析表明,含氟材料的助燃机制为氟自由基或含氟基团的自由基的催化作用,该发现对材料的应用场景具有重要参考意义。综合大量文献研究,作者首次提出,氢含量低、易于热解且热解时易产生氟原子及含氟烷烃、含氟烯烃的自由基的材料,对硼粉会具有更好的助燃效果。研究结果预计对火炸药行业从业者会有重要的参考价值。

氨硼烷催化水解制氢综合实验设计

根据物理化学实验教学的需求,设计了氨硼烷催化水解制氢综合探索性实验。采用化学还原法制备了新型镍硼纳米催化剂,将其用于氨硼烷水解催化反应,考察催化剂用量和温度对反应速率的影响,并根据阿雷尼乌斯公式测定反应的活化能。通过探索性操作完成整个实验流程,学生不仅可以掌握催化剂的化学还原法制备技术,还可以强化和巩固利用化学动力学知识分析处理实验数据的能力。

羟基化氮化硼改性PLA纳米纤维膜的制备及性能研究

为拓展生物基可降解PLA纳米纤维膜在空气过滤等医疗卫生领域的应用范围,通过机械剥离与功能化改性方法制备羟基化氮化硼(BNO)二维纳米片,并采用静电纺丝工艺制备羟基化氮化硼纳米片改性聚乳酸(PLA/BNO)纳米纤维膜。探讨BNO纳米片的引入对PLA纳米纤维膜的微观结构与形貌、导热性能、力学性能以及空气过滤性能的影响。结果表明:与纯PLA纳米纤维膜相比,PLA/BNO纳米纤维膜的拉伸力学性能以及导热性能显著提高。当纺丝液中BNO纳米片质量分数为0.7%时,风速为0.01 m/s时,PLA/BNO纳米纤维膜的过滤效率为99.97%,品质因子达到最大值0.262 Pa^(-1),阻力压降最小为31 Pa,PLA/BNO纳米纤维膜的拉伸断裂强度以及导热系数较纯PLA纳米纤维膜分别提高27.39%和26.62%。

镓硼共掺对6英寸VGF法锗单晶电阻率均匀性的影响

由于杂质分凝效应,镓掺杂垂直梯度凝固(VGF)法锗单晶的电阻率分布不均匀,理论上利用镓和硼分凝系数的差异,镓硼共掺工艺可以提升锗单晶电阻率均匀性。采用镓硼共掺工艺制备了6英寸(1英寸≈2.54 cm)VGF法锗单晶,对比分析了掺杂工艺对锗单晶电阻率均匀性的影响。当镓和硼杂质浓度分别为5.13×10^(18)cm^(-3)和0.67×10^(18)cm^(-3)时,在等径0~40 mm范围内轴向电阻率不均匀性为4.92%,等径0 mm和40 mm处径向电阻率不均匀性分别为1.63%和0.45%,与镓杂质浓度为5.13×10^(18)cm^(-3)的镓掺杂工艺相比,锗单晶头部的电阻率均匀性明显提升。当硼杂质浓度提高到1.89×10^(18)cm^(-3)时,镓硼共掺锗单晶头部电阻率均匀性变差。结果表明,适量硼掺杂的镓硼共掺工艺可以提升锗单晶头部电阻率均匀性。