等离子增强磁控溅射Ti–Si–C–N基纳米复合膜层耐冲蚀性能研究

介绍了等离子增强磁控溅射(PEMS)技术,系统研究了其制备的Ti–Si–C–N纳米复合膜层。首先讨论该技术工作原理,并描述了膜层的制备工艺过程。通过SEM、XRD、EDS、纳米压痕、微米压痕及冲蚀试验等研究了膜层性能,发现膜层为纳米复合结构,以非晶SiCxNy为基质内含4.7～30nm的TiC0.3N0.7纳米晶。膜层硬度高达40GPa,同时研究了Si含量的影响。膜层表现出的耐冲蚀性比基体材料高100倍以上,其韧性对耐冲蚀性影响很大。讨论了溅射工艺参数对膜层微观组织结构、纳米硬度、附着力及耐冲蚀性方面的影响,同时研究了多层膜层。此类膜层有望应用于气轮压缩机及固定式涡轮的严重固体颗粒冲蚀(SPE)和液滴浸蚀(LDE)的防护。

氮含量对Ti-B-C-N薄膜微观结构和性能的影响

采用反应磁控溅射法在高速钢基体上制备氮原子分数分别为10.8%,15.6%,28.1%,36.4%的Ti-B-C-N薄膜,研究了氮含量对薄膜微观结构、硬度和摩擦磨损性能的影响。结果表明:Ti-B-C-N薄膜均由α-Fe和Ti(C,N)纳米晶组成,具有Ti(C,N)纳米晶镶嵌在非晶基体相中的纳米复合结构;随着氮含量增加,非晶相含量增加,Ti(C,N)纳米晶的含量和晶粒尺寸减小;随着氮含量增加,Ti-B-C-N薄膜的显微硬度增大,摩擦因数和磨损率均减小,表面磨痕变浅,磨损机制由剥落和微观犁削转变为微观抛光。

陆地高分辨率水文—生物地球化学过程CNMM-DNDC三维模型的研发及应用进展

CNMM-DNDC模型是本文作者团队研发的陆地高分辨率水文—生物地球化学过程三维模型。本文系统介绍了建模背景和理念、核心过程和模型特点、模拟功能和观测验证、多尺度区域或流域初步应用以及未来发展展望。自2018年刊发首个版本以来,该模型经过了多方面科学过程改进和模拟功能扩展,在元素化学反应、物质相变和机械迁移等基本物理、化学、生物过程层面,完成了对陆地表层系统碳氮磷水循环全耦合的精细刻画。迄今开展的观测验证表明,CNMM-DNDC模型基本普适于不同生物气候带(从热带到寒区多年冻土地带)的流域或区域长时间序列“三高”(时间、空间和过程高分辨率)综合模拟,实现对陆地生态系统的碳、氮、磷、水三维运移、水土流失、水力驱动溶解态和颗粒态碳氮磷横向迁移、碳氮温室气体和污染气体排放、生态系统生产力、水分蒸散发和水分能量平衡等众多可持续发展目标表征变量的预测。该模型广泛推广应用于多尺度区域或流域的复杂过程虚拟科学试验研究和服务于面向生态环境建设与减污降碳的优化调控决策,可望为协同落实联合国多个可持续发展目标提供先进的数值模拟技术支撑。

莫来石-Ti(C,N)复合材料的制备及其力学性能研究

以TiO_(2)粉、石墨粉、Al/Si/Al_(2)O_(3)复合粉体为原料,在氮气气氛下经1400℃~1600℃保温2 h,采用碳热还原氮化法制备得到莫来石-Ti(C,N)复合材料,研究了烧成温度对复合材料物相组成、微观结构与力学性能的影响。结果表明:经1400℃热处理后,试样的物相组成为Ti(C,N)、SiO_(2)和硅线石。随热处理温度升高至1450℃~1600℃,硅线石消失的同时,试样出现了短柱状莫来石,并与无定形SiO_(2)紧密连接,形成有效的化学结合。当烧成温度为1500℃时,大量开口气孔随颗粒重排、界面移动而消失,材料颗粒间结合较为紧密,气孔数量明显减少,该烧成温度下试样具有最佳综合性能,其体积密度、弹性模量、抗折强度和维氏硬度分别为(3.48±0.02) g·cm-3、(138.5±0.1) GPa、(158.0±0.03) MPa和(21.01±0.01) GPa。

Y_(2)O_(3)对氧化物结合Ti(C,N)复合材料性能的影响

为探究稀土氧化物对Ti(C,N)复合材料性能的影响,以TiO_(2)粉、石墨粉和Si粉为原料,Y_(2)O_(3)粉为烧结助剂,采用碳热还原氮化法经1600℃高温烧成制备氧化物结合Ti(C,N)材料。研究Y_(2)O_(3)添加量(加入质量分数分别为1%、2%、4%)对Ti(C,N)复合材料物相组成、显微形貌及物理性能的影响。结果表明,高温烧后试样的主物相均为Ti(C,N)、Ti_(3)O_(5)、α-石英及Y_(2)Si_(2)O_(7)。随Y_(2)O_(3)添加量的增大,试样中液相生成量增多,使Ti(C,N)晶粒粗化,Y_(2)Si_(2)O_(7)物相分布不均匀,试样的力学性能受损。当Y_(2)O_(3)添加量(w)为1%时,Ti(C,N)晶粒的平均尺寸约为0.76μm,复合材料具有较高致密度及优异的力学性能,其显气孔率、常温抗折强度和弹性模量分别为0.8%、242.2 MPa和230.3 GPa。

指数有界双连续n阶α次积分C半群的扰动

利用经典算子半群理论中的研究方法,在指数有界双连续α次积分C半群的基础上,讨论了指数有界双连续n阶α次积分C半群的扰动定理。设A为次生成元的指数有界双连续n阶α次积分C半群{T(t)}_(t≥0),B为界线性算子,A、B、C可交换,则在一定条件下,C^(-1)(A+B)C_(B)生成双连续n阶α次积分C半群{T_(B)(t)}_(t≥0),并给出T_(B)(t)的表达式,从而推广了n阶α次积分C半群相关的扰动定理。

(Cr,La)_(2)(C,N)添加对Ti(C,N)基金属陶瓷结构与性能的影响

在开放体系下采用高温碳管炉制备了(Cr,La)_(2)(C,N)粉末,并将其作为添加剂制备Ti(C,N)基金属陶瓷。利用X射线衍射仪、扫描电镜、万能力学试验机及维氏硬度计等设备研究了(Cr,La)_(2)(C,N)添加对Ti(C,N)基金属陶瓷微观组织和力学性能的影响。结果表明,(Cr,La)_(2)(C,N)的添加能够有效细化Ti(C,N)基金属陶瓷的硬质相晶粒,其中Cr、La元素主要固溶于粘结相,La元素促进了硬质相的溶解–析出过程,金属陶瓷的抗弯强度、硬度以及断裂韧性等力学性能得到明显改善。当添加(Cr,La)_(2)(C,N)的质量分数为5.0%时,Ti(C,N)基金属陶瓷的综合力学性能达到最佳,抗弯强度为2002 MPa,维氏硬度为1643 MPa,断裂韧性为11.22 MPa·m^(1/2)。

指数有界n阶α次积分C群的紧性

利用指数有界n阶α次积分C群及其次生成元的定义,并借助经典算子理论的研究方法,给出了指数有界n阶α次积分C群紧的定义,从而推导出指数有界n阶α次积分C群的紧性的一些性质。

干旱胁迫对白枪杆幼苗生长生物量及C、N、P化学计量特征的影响

【目的】研究不同干旱胁迫程度对白枪杆幼苗生长、生物量积累与分配,以及不同器官C、N、P积累与分配,探究白枪杆对不同干旱环境的适应性。【方法】以1 a生白枪杆幼苗实生苗为试验材料,研究干旱胁迫处理分别是对照(CK)、轻度干旱胁迫(LS)、中度干旱胁迫(MS)和重度干旱胁迫(SS)对白枪杆幼苗生长、生物量的积累量与分配、根冠比、各器官C、N、P含量及化学计量特征的分析和各器官C、N、P的积累和分配规律等指标测定。【结果】随干旱胁迫程度的上升,白枪杆幼苗的苗高和地径的增长量显著降低(P<0.05)。叶片、茎和根的生物量及总生物量、叶片生物量占比降低,茎和根生物量占比和根冠比降低。白枪杆幼苗C、N和P的积累量随干旱胁迫程度的上升呈下降趋势;与适宜的水分处理相比,白枪杆幼苗各器官的C∶N均呈先下降后上升的趋势,叶片和根的C∶P呈先下降后上升的趋势;白枪杆幼苗各器官N∶P低于14,表明生长主要受N限制。【结论】白枪杆幼苗生长及生物量和C、N、P含量及化学计量特征对不同干旱胁迫程度的响应有差异,主要表现在随干旱胁迫程度的上升,白枪杆幼苗的苗高、地径增长量呈下降趋势,生物量的分配也倾向于地下部分,干旱胁迫处理下不利于白枪杆幼苗的生长,生物量的积累减少,C、N和P的积累量降低。

天坑森林植物叶-凋落物-土壤C、N、P生态化学计量特征

为探究广西乐业大石围天坑森林群落的C、N、P养分循环特征,比较了天坑内外森林群落的植物叶片-凋落物-土壤C、N、P含量及其化学计量比,采用相关性分析和冗余分析等统计方法研究其内在联系和相互影响。结果表明,与天坑外部森林相比,天坑内部森林植物叶片和凋落物呈现出C低N、P高,土壤为C、N低P高的格局。植物叶片C:N、C:P与凋落物C、N:P显著正相关,植物叶片C与土壤P显著负相关;天坑外部森林的植物叶片N、N:P与土壤N:P显著负相关,植物叶片C:N与土壤C、C:N显著正相关,说明天坑森林内部凋落物的C、P养分可能主要来源于植物叶片,而天坑外部森林的植物叶片C、N主要来自土壤。土壤C:N:P对植物叶、凋落物的C:N:P变化的解释率分别为90.7%和50.6%,其中土壤P对植物叶和凋落物的C:N:P计量特征变化的解释度最高,坑内生境植物对P含量变化更为敏感、坑外植物对于N含量变化更为敏感,表明天坑内部森林可能是P素受限位点、天坑外部森林是N素受限位点。喀斯特天坑内部森林和外部森林植物叶-凋落物-土壤的C:N:P的差异和联系,体现了天坑内外森林群落的养分循环特征和植物群落的适应性。

高强韧可重构C―N键交联弹性体的制备与性能

首先以双(甲苯磺酰氧基)丙烷(BTP)为交联剂使丁苯吡橡胶(VPR)交联,生成基于对甲苯磺酸吡啶鎓盐的C―N键交联丁苯吡橡胶(VPR-BTP),然后引入铜离子(Cu2+),制得基于C―N键和Cu2+-吡啶配位键的双重动态键交联弹性体VPR-BTP-Cu。通过红外光谱、X射线光电子能谱仪、动态热机械分析仪、透射电镜等研究了Cu2+含量对VPR-BTP-Cu的结构与性能的影响。结果表明:BTP能够有效交联VPR,VPR-BTP-Cu具有良好的重构能力;同时,Cu2+的引入大幅提高了VPR-BTP的力学性能;当Cu2+的质量分数为9%时,VPR-BRP-Cu的强度和韧性分别比VPR-BTP提高了6.6和6.3倍。此外,VPR-BTP-Cu表现出可重构形状记忆功能。

磺胺甲恶唑对新型后置缺氧反硝化工艺处理低C/N废水的影响

磺胺甲恶唑(SMX)是废水内高频检出的新污染物,SMX的环境影响行为备受关注,然而SMX对新型后置反硝化工艺处理城镇低C/N废水的影响至今鲜有报道。本工作在中温条件下考察了SMX对新型后置缺氧反硝化工艺处理低C/N废水的影响,并通过分析SMX暴露条件下新工艺胞内和胞外聚合物的变化规律揭示SMX对新工艺的影响机制。结果表明低于0.5 mg/L SMX对新工艺内污染物去除影响不明显,而超过1.0 mg/L降低了新工艺脱氮除磷效率,4.0 mg/L SMX组别内,COD、总氮(TN)和磷酸盐(SOP)去除效率分别下降至71.3%~75.5%、59.6%~63.4%和71.3%~73.6%。机制分析表明高浓度SMX降低了胞内聚合物PHA的生物合成而刺激了糖原质代谢。SMX暴露浓度越高,PHA生物合成下降越显著,而糖原质代谢越强烈。研究结果为新型后置缺氧工艺处理含SMX废水提供了一定的数据支撑。

MOFs衍生多孔TiO_(2)/C、N掺杂Fe_(2)O_(3)复合材料的制备及其光催化性能

将TiO_(2)加入NH_(2)-MIL-101(Fe)前驱体中,采用溶剂热法制备TiO_(2)/NH_(2)-MIL-101(Fe),进一步经高温热处理得到TiO_(2)/C、N掺杂Fe_(2)O_(3)复合材料(TiO_(2)/C、N-Fe_(2)O_(3))。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光电子能谱(XPS)、紫外-可见分光漫反射(UV-Vis DRS)和荧光光谱(PL)等方法对所得样品的晶体结构、形貌特征、组成及光谱特性进行表征。在模拟太阳光照射下对罗丹明B(RhB)溶液进行降解,评价其光催化活性。结果表明,C、N均匀掺杂在Fe_(2)O_(3)中,TiO_(2)复合C、N掺杂Fe_(2)O_(3)后禁带宽度减小,模拟太阳光照射2.5 h后,在0.1 g/L TiO_(2)/C、N-Fe_(2)O_(3)复合材料的光催化作用下,10 mg/L罗丹明B的去除率达到95%,速率常速为0.0192 min^(-1),效果较TiO_(2)和C、N-Fe_(2)O_(3)有明显提高。所得复合材料稳定性好、可重复利用。MOFs衍生多孔C、N掺杂Fe_(2)O_(3)与TiO_(2)的复合缩短了带隙,强化了空穴与电子的分离从而提高可见光催化活性。

藻-菌颗粒污泥处理低C/N生活污水的研究

在光暗交替、零曝气条件下建立两组不同进水C/N(chemical oxygen demand,COD/total nitrogen,TN)(R_(1):10.0,R 2:5.6)的序批式反应器并运行了70 d,研究微藻-细菌颗粒污泥(microalgal-bacterial granular sludge,MBGS)在低C/N进水条件下的污染物去除效果、颗粒组成及稳定性的变化。研究发现,R^(1)组颗粒形态稳定,结构紧密,而R^(2)组颗粒形态出现差异化,结构略松散。R^(2)的COD去除率无显著变化,并且有更好的NH_(4)^(+)-N去除效果(94.68±7.24)%,但其PO_(4)^(3-)-P的去除效果不佳(50.69±13.64)%。通过元素分析进一步发现低C/N条件使MBGS中细菌的比例增加36%,并证明低C/N生活污水中的COD和PO_(4)^(3-)-P主要依靠MBGS的同化作用去除,NH_(4)^(+)-N主要被细菌的硝化作用转化。此外,低C/N组中蛋白质含量显著增加,并分泌更多的松散结合EPS(loosely bound EPS,LB-EPS)来提高颗粒稳定性。

Fe/N/C材料在质子交换膜燃料电池中阴极催化剂的研究进展

从ORR反应的机理出发,结合Fe/N/C材料的制备方式,从活性位点角度分析了Fe/N/C材料高效氧还原电催化的机制,并针对在高性能Fe/N/C材料开发过程中存在的各种稳定性问题进行阐述。对于Fe/N/C催化剂在燃料电池中的应用前景提出建议和展望,为今后Fe/N/C材料的发展提供了参考。

C/N配施对旱作谷子根系形态分布及土壤养分的影响

为明确不同C/N配比对谷子的根系形态分布及土壤养分的影响,研究以晋谷21号为研究对象,设置5个处理分别为C115 g/m^(2)生物炭、C220 g/m^(2)生物炭、C325 g/m^(2)生物炭,N13 g/m^(2)氮肥、N29 g/m^(2)氮肥交互的处理。结果表明:拔节期C2N2谷子根系长度、根系总表面积、根系体积增幅分别为134.06%、293.40%、500.00%;成熟期C2N2土壤铵态氮、硝态氮、速效磷、速效钾、有机碳增幅分别为149.64%、139.00%、10.53%、20.83%和136.00%,综上所述,C2N2配比能显著促进晋谷21根系的生长发育,调控土壤养分,存在最佳的配比。

水曲柳叶片功能性状及C、N、P化学计量对海拔的响应

【目的】水曲柳是小陇山主要珍贵的用材树种,探讨其叶片性状对小生境变化的适应性,可为深入研究影响该树种的主要环境因子提供理论基础。【方法】以黑河保护区天然水曲柳为研究对象,分析4个海拔梯度(1268,1529,1741,1926 m)间14种叶片功能性状和叶片营养元素含量的差异显著性及其相关性。【结果】(1)随海拔升高,叶片厚度、干物质含量和叶绿素含量逐渐增大,并分别在海拔1741 m、1926 m、1741 m处达到最大,比叶面积、最大净光合速率、蒸腾速率、叶C和N含量则逐渐减少,除叶C含量外均在海拔1268 m达到最大。叶面积、气孔导度和叶C∶N随着海拔升高呈先增后降的趋势,胞间CO_(2)浓度、C∶P和N∶P呈先降后升的趋势。(2)海拔平均每上升200 m,叶片功能性状和C∶N平均增加1.13%~30.72%,比叶面积、最大净光合速率和C、N含量减小2.22%~15.75%。(3)各海拔叶N∶P为4.36~6.89,与最大净光合速率呈极显著正相关。最大净光合速率与比叶面积、C和N含量、C∶P和N∶P呈极显著正相关,与叶片厚度、干物质含量和叶绿素含量呈极显著负相关,比叶面积与干物质含量呈极显著负相关,与C和N含量和C∶P呈极显著正相关。【结论】海拔显著影响水曲柳叶片功能性状及元素含量,海拔1700 m以下有利于叶的发育和养分的积累。

不同C/N对高氮废水高效脱氮处理的影响

考察低C/N(质量比,0.03、0.17、0.27、0.33)对高氮废水脱氮过程及污染物降解的影响,同时结合高通量测序,探讨系统中微生物多样性和菌群结构。结果表明,低C/N条件下高氮废水仍能实现脱氮,当C/N为0.33时,总氮去除率达到83.01%,该条件下出现较高的亚硝酸盐氮积累现象,最高达到316.09 mg/L。高通量测序结果表明,特吕珀菌属(Truepera,相对丰度31.33%)、水微菌属(Aquamicrobium,相对丰度6.42%)等是C/N为0.33时系统能够维持较高脱氮效率的原因。在低C/N条件下对高氮废水进行高效脱氮处理是可行性的。

Mon(n=2-13)和MonC(n=1-12)团簇的几何结构和电子结构

结合遗传算法和CALYPSO软件,采用密度泛函理论,对Mon(n=2-13)及MonC(n=1-12)团簇基态的几何结构与电子结构展开详细研究.通过计算其基态结构的平均键长、平均结合能、二阶差分能、分裂能和前线轨道能级,对基态结构的稳定性随总原子数变化的关系展开了研究.计算结果表明,Mon团簇基态结构的稳定性可通过掺杂单个C原子而提高.综合团簇的二阶差分能、分裂能可知,n=6,9时Mon团簇的稳定性较高,n=4,7,10时MonC团簇的稳定性较高.

压制压力对纳米Ti(C,N)基金属陶瓷微观组织和力学性能的影响研究

采用不同的压制压力制备纳米Ti(C,N)基金属陶瓷生坯,研究低压烧结后金属陶瓷的微观组织、收缩性和力学性能。结果表明:当压制压力过低时,粉末排列不紧密,金属陶瓷组织不均匀;当压制压力过高时,金属陶瓷组织发生分层,孔隙度和缺陷增加。当压制压力为180 MPa时,得到的纳米Ti(C,N)基金属陶瓷最为致密,其相对密度为97.06%,收缩系数为1.23,孔隙率最低,为A02B00C00;同时,该金属陶瓷具有最优异的综合力学性能,其中维氏硬度为1680 HV_(30),抗弯强度为1650 MPa,断裂韧性为8.8 MPa·m^(1/2)。