远离平衡相边界的柯石英形成机制及板块折返假说的物理基础

本文从热力学、物理学、物质结构和高压高温相变的角度对板块俯冲—折返假说的物理基础进行了分析讨论。在实际不均匀固体地球高压高温热力学体系中,地表柯石英超高压变质的非平衡态形成模式比平衡态形成模式有更大的普遍性、多样性;"静态流体地球"模型和静岩压力与深度换算公式,对其中的非平衡态体系,和地表中可能存在的局域准静水压平衡态体系,都不适用。把压力直接换算成地球深度,断言地表矿物柯石英就是产生于上地幔的稳定相的结论,以及回避俯冲原动力,把地表柯石英和金刚石超高压变质物的存在与深俯冲之间划上恒等号,缺乏科学根据。实际不均匀固体地球是一个天然的高压高温体系,为了保存高压高温相柯石英,岩石圈内板块折返冷却速率应与实验室中所进行的保压淬火临界速率具有可比性。从实验室的高压高温相变规律看,如此极端缓慢的板块折返抬升冷却速率很难保持住柯石英。有关影响折返过程保存柯石英的四个重要因素还存在很多矛盾问题。物质中原子扩散和化学反应时间通常落在μs^m s范围,而建立平衡时间在m in^102h之间。在由超高压变质岩的同位素定年法和扩散动力学冷却速率法所得构造变质过程的时间内,己有极其充足的时间在几十千米的有限尺度中,进行扩散反应、产物变质,乃至于建立同位素平衡。由于波速异常成因存在的多解性,板块俯冲—折返通道(轨迹),不应仅由地震层析波速异常图来确定。板块俯冲与折返运动的变化应遵循能量和质量守恒定律,在P—T—t轨迹(通道)中应留下数量较多的俯冲—折返过程陆壳岩石、地幔物质的一次相变或二次相变等产物。回顾板块俯冲—折返假说本身的发展过程,最关键的一步,是忽视了固体地球物质的成分、应力等局部不均匀性所造成的局部高压微区和其它非平衡热力学因素影响等事实,沿用传统的静流体模型及其压力—深度换算公式。从物理基础看,板块深俯冲快折返的"壮观地质事件"的猜想,尚需更多更科学的证据去证实。

硝酸盐-柠檬酸法制备Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)及其性能研究

采用硝酸盐-柠檬酸法制备了Ce0.8Sm0.2O1.9（简称SDC）纳米粉体．XRD分析表明，不同温度下焙烧所合成的SDC均属于立方萤石结构，晶粒平均粒径在5．4-24．3nm，TEM结果显示SDC纳米粉成球形，晶粒尺寸分布均匀．粒度分布测试结果显示．此方法制备的SDC粉体活性较高，存在明显的团聚现象．TGA-DSC结果显示在400℃基本完成干凝胶的分解．800℃焙烧2h的粉体的烧结曲线显示自641．1℃开始烧结收缩，在1300℃烧结2h坯体收缩11．7％．1400℃烧结10h的SDC固体电解质在600℃和800℃电导率分别为0．0201和0．197S·cm^-1，离子导电活化能为104．2kJ·mol^-1，在氢气气氛下总电导率约为空气气氛的2倍．

用于燃料电池的氧化锆薄膜制备方法进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)具有高效率、低污染等优点,氧化钇稳定氧化锆(YSZ)是目前用于SOFC的最成功的电解质材料,为了减小高温运行带来的困难,应用中需将YSZ制成薄膜。综述了制备YSZ 薄膜的各种方法,其中包括化学气相沉积(CVD)、电化学气相沉积(EVD)、溶胶-凝胶法(Sol-gel)和喷雾热解法等化学方法;物理气相沉积技术(PVD)和喷涂技术等物理方法;以及电泳沉积法(EPD)、注浆成型法和离心浇铸法等陶瓷成型方法,介绍了近年来采用上述方法制备的YSZ膜的性能及其用于SOFC电池研究取得的实验结果,最后评述了这些方法各自的特点。

一种非板块深俯冲快折返的柯石英形成新机制——评析“石英—柯石英相变研究中若干问题讨论”一文

本文分析评论了嵇少丞等(2010)发表的"石英—柯石英相变研究中若干问题讨论"一文。指出他们对柯石英非俯冲折返新机制的一些误解,对某些热力学、物理学概念,及其在地学问题中的解释理解的不同。分析了机械球磨的作用机制;论证了机械球磨作用本质与构造挤压剪切作用本质的同一性。分析了岩石糜棱岩化过程的两个阶段;讨论了地震波形成柯石英机制的可能性。围绕比较标准问题,论证了高能机械球磨(预处理)能大大降低α-石英转变成柯石英的压力、温度和合成时间,促进柯石英的形成。用小尺度不均匀局域高压微区模型解释了人工合成柯石英的规律性、南极洲天然矿物的行为,柯石英的寄生矿物、岩石——锆石、榴辉岩包裹体、非包裹体的形成。列举事例澄清了"球磨引进的Fe杂质提高柯石英形成压力迟缓合成"的说法;讨论了第二相存在对石英—柯石英转变的影响和"应变禁区"边界区的应力梯度相变驱动力可以形成柯石英问题。指出了机械球磨石英原料预处理和静高压合成柯石英后处理两步法,是一种实验室研究柯石英形成规律的有效物理方法;小尺度不均匀局域高压微区模型和无需板块深俯冲快折返的柯石英形成机制,是一种有希望的柯石英形成新机制。

双层干压制备阳极支撑的氧化锆薄膜燃料电池

采用一种既简单又经济的双层干压法,NiO-YSZ阳极基底上制备致密的氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)固体电解质薄膜,经1400!共烧结后,得到厚度约60"130mm的YSZ薄膜。薄膜的厚度可以通过调整YSZ粉体质量来控制。测试了NiO-YSZ支撑体材料和YSZ的干压坯体烧结曲线,以确定烧结收缩率。对薄膜进行的X-射线衍射(XRD)测量结果表明,薄膜为YSZ的立方萤石结构,NiO与YSZ在烧结条件下未发生反应。以此方法制备的不同厚度的YSZ薄膜为电解质,NiO-YSZ金属陶瓷为阳极,La0.7Sr0.3MnO(LSM)阴极制成固体氧化物燃料电池(SOFC)单电池,对单电池的放电性能及其在工作条件下的阻抗谱进行了测试。电池的开路电压始终在1V左右,900!最大电流密度达1.3A·cm#2。分别在800!和900!时得到了175mW·cm#2和300mW·cm#2的最大比功率。

Pr_(1-x)Sr_xAlO_(3-δ)的合成及其作为固体氧化物燃料电池阴极的性能研究

采用固相反应法合成了一系列样品Pr1-xSrxAlO3-δ(x=0,0.05,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5).XRD结果表明,Sr在A位上的固溶度约为20%;利用交流阻抗法测量了样品的电导率,结果表明,电导率随着Sr掺入量的增加而增大,Pr0.8Sr0.2AlO3-δ的电导率最大,在850℃达到0.02S/cm;离子迁移数的测试结果说明,Pr1-xSrxAlO3-δ为离子电子混合导体;考察了它们作为固体氧化物燃料电池(SOFCs)阴极的性能,极化曲线和阻抗的测试结果表明,阴极性能随着Sr掺入量的增加而提高;阴极稳定性测试结果表明,在测量时间范围内,阴极过电位随时间缓慢下降.

微米粉体制备阳极支撑的YSZ薄膜

采用微米级YSZ(摩尔分数8%Y2O3稳定的ZrO2)粉体在NiO/YSZ阳极支撑体上成功地制备了致密的电解质薄膜。对微米级YSZ粉体进行球磨处理,分析和讨论了球磨对YSZ粉体及薄膜性能的影响。用浆料旋涂法制得45μm厚的致密薄膜,电池700℃时开路电压(OCV)达到1.13V。以氢气为燃料,以静态环境空气为氧化气体,单电池在700、750、800℃的最大比功率分别为221、364、528mW/cm2。电池阻抗谱结果表明电池的性能主要由电极决定。