Ge/Sn合金化对CsPbBr_(3)钙钛矿热载流子弛豫影响的非绝热分子动力学研究

铯基全无机钙钛矿CsPbBr_(3)具有良好的热稳定性,在应用中表现出优越的发光特性,是近年来光电领域的明星材料.CsPbBr_(3)界面的光生载流子过程与其光电性能密切相关.本文采用非绝热分子动力学方法结合含时密度泛函理论,对CsPbBr_(3)及其合金化结构的激发态动力学过程进行了系统研究.研究结果表明,Sn/Ge合金化能够有效缩短退相干时间,减缓电子-空穴复合.CsPb_(0.75)Ge_(0.25)Br_(3)体系的载流子寿命延长至1.6倍,而CsPb_(0.5)Ge_(0.25)Sn_(0.25)Br_(3)体系的载流子寿命延长为原始体系的4.2倍.证明了B位(钙钛矿结构ABX_(3)中的B位)金属阳离子的双原子合金化对CsPbBr_(3)的非辐射电子-空穴复合具有很强的影响.本研究提供了一种能够有效延长钙钛矿载流子寿命,合理优化太阳能电池性能的合金化方案,为未来钙钛矿太阳能电池材料的设计提供了思路.

驱油用表面活性剂及其吸附特性的研究进展

提高原油采收率是实现我国能源稳产增产的重要保障,其中以表面活性剂为主剂的化学驱油技术是一种潜力巨大的提高采收率方法。从驱油用表面活性剂的分类出发,详细介绍了不同种类表面活性剂的物化特征及其驱油特性的优缺点,主要包括广泛使用的阴离子、两性和非离子表面活性剂以及新兴的双子表面活性剂等。随着石油行业需求的不断变化,低成本、高效能、绿色的新型表面活性剂已成为未来发展的主要趋势。在驱油过程中表面活性剂的吸附损耗使得溶液中表面活性剂的有效浓度下降,导致驱油效率大大降低。因此,进一步重点综述了驱油用表面活性剂固液界面吸附特性的研究进展,其中吸附等温线模型主要用于评价恒温条件下表面活性剂在固液界面上的吸附量与吸附平衡后表面活性剂浓度的关系,而吸附动力学模型可用于评估吸附速率与时间的关系,揭示表面活性剂吸附的深层机制。为了更佳全面准确地描述表面活性剂吸附特性,有必要联合使用多种吸附模型,也需要发展新型的模型。

新型热电材料Y_(2)Te_(3)热电性能应变调控研究

具有低晶格热导率的稀土硫族化合物Y_(2)Te_(3)是一种非常有前途的新型热电材料,施加应变是调控热电材料热电性能的有效手段。本文采用第一性原理方法结合半经典玻尔兹曼输运理论,通过施加-4%到4%的应变对Y_(2)Te_(3)材料的热电性能进行应变调控。研究表明,施加压缩应变对Y_(2)Te_(3)材料热电性能的提高优于施加拉伸应变。300 K下p型Y_(2)Te_(3)的最大功率因数由0.4 mW·m^(-1)·K-2提升到1.6 mW·m^(-1)·K-2,n型Y_(2)Te_(3)在压缩应变下最大功率因数由8 mW·m^(-1)·K^(-2)提升到11 mW·m^(-1)·K^(-2)。300 K下p型Y_(2)Te_(3)在应变调控下最大热电优值ZT由0.07提升到0.15,n型Y_(2)Te_(3)在压缩应变下最大热电优值ZT由0.7提升到0.9。因此,n型Y_(2)Te_(3)具有非常优异的热电性能,通过施加应变可以有效调控Y_(2)Te_(3)材料的热电性能,n型Y_(2)Te_(3)具有作为热电材料的巨大潜力。

岩屑分形特征对PDC齿破岩性能影响规律研究

随着油气井钻井工程研究的不断深入,岩屑形貌特征已成为评测岩石可钻性级值与钻头破岩效率的关键考量因素之一。为探究岩屑形貌分形特征对钻头破岩效率的影响规律,结合理论建模和室内试验等研究方法,围绕岩屑粒径分形维数、岩屑最大粒径、地层岩性系数等关键岩屑形貌描述参数,建立了基于岩屑粒径分形特征的PDC齿破岩比功评估模型,并针对常规齿和锥形齿等PDC齿开展破碎硬质花岗岩试验研究,验证该模型评估PDC齿破岩性能的预测精度。利用该理论模型和试验规律,进一步揭示常规齿和锥形齿等类型PDC齿不同出刃高度、布齿角度等破岩工艺参数下岩屑形貌生成特征及破岩能耗变化规律。研究结果发现:切削深度对PDC齿破岩性能影响效果远大于切削角度,随着地层埋深的增大,PDC齿吃入深度减小,PDC齿生成岩屑分形维数逐渐增大,最大岩屑粒径显著减小,且锥形齿生成岩屑平均粒径大于常规齿;同等钻压或破岩能量条件下,锥形齿脆性破碎能力强于常规齿,生成岩屑分形维数和最大粒径均大于常规齿。研究结果可为深层硬岩钻进过程中岩屑录井形貌数据和PDC钻头混合布齿工艺提供理论依据。

可调式脉冲振动工具调节机制与机械设计研究

随着勘探开发向深层超深层发展,钻井工程中所钻地层的复杂程度持续增高,有必要进行脉冲振动提速工具在地层中适应性与降摩减阻方面的研究。为此,通过开展脉冲振动特性参数调控方法的数值模拟,揭示脉冲振动提速工具在井下的自适应调节机制,优化脉冲振动提速工具调控结构设计。研究结果表明:单盘阀与直流道结构搭配的泄流槽分流式调控机构结构简单,流道结构合理且压耗小,适应井下作业环境;单盘阀泄流槽分流式调控机构的脉冲特性参数调节范围与调节程度符合设计要求,叶轮转速为85238 r/min,频率824 Hz,转速与频率的变化幅度在280%300%之间。研究结论可为可调式脉冲振动提速工具结构设计及优化提供理论依据。

旋转液体特性实验测量重力加速度实验误差研究

旋转液体的物理特性研究是新世纪大学生必修实验。学生在实验操作过程中出现的实验误差,直接影响本实验对于重力加速度的测量。本文创新性地进行了不同类型的实验误差下重力加速度测量准确度的理论推导,从而定量地分析了在实验过程中透明屏幕偏离水平位置角度α、激光垂直入射点位置偏移量Δx和激光入射方向偏离垂直方向角度γ等因素对重力加速度测量准确度影响规律。分析结果表明:透明屏幕偏离水平位置5°会引起5.5%的误差;激光垂直入射点向左偏离目标点x 0处5 mm会引起12.5%的误差,激光垂直入射点向右偏离目标点x 0处5 mm会引起11.8%的误差;激光入射方向向左偏离垂直方向5°会引起16.3%的误差,激光入射方向向右偏离垂直方向5°会引起22.9%的误差。该研究可为高校教师指导学生进行旋转液体特性实验时减小重力加速度测量误差提供理论依据。

Bi和Ag掺杂对SnTe热电性能的影响

SnTe的晶体结构和能带结构与中温区性能最好的热电材料PbTe相似,因此作为PbTe的替代品被广泛研究。减小SnTe的轻重价带能量差和扩大带隙是优化SnTe热电性能的有效手段。本文通过Bi和Ag共同掺杂SnTe,使轻重价带能量差有效减小,带隙明显增大,获得了电运输性质提高的Sn_(1-2x)Bi_(x)Ag_(x)Te(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04)样品。掺杂量x=0.03和0.04的Sn_(1-2x)Bi_(x)Ag_(x)Te样品相较于未掺杂的SnTe功率因数均有明显提升,其中,Sn_(0.94)Bi_(0.03)Ag_(0.03)Te样品的最大功率因子为15.34μW·cm^(-1)·K^(-2),与未掺杂的SnTe相比,提升了12.9%。Sn_(0.92)Bi_(0.04)Ag_(0.04)Te样品的最大功率因子为14.53μW·cm^(-1)·K^(-2)。同时,Bi和Ag共掺降低了SnTe的热导率,本研究得到Sn_(0.92)Bi_(0.04)Ag_(0.04)Te样品的总热导率明显低于未掺杂的SnTe,并且所有样品热导率都随温度升高而逐渐降低。在823 K时,Sn_(0.92)Bi_(0.04)Ag_(0.04)Te样品的总热导率降低为3.073 W·m^(-1)·K^(-1),其ZT值提升到了0.387。可见,对于提高SnTe热电性能,Bi和Ag共掺是一种有效策略。

催化裂解法处理多晶硅行业中的氯硅烷高沸物

使用有机胺类催化剂催化裂解多晶硅生产过程中副产的氯硅烷高沸物,考察了反应温度以及催化剂种类对高沸物催化裂解反应的影响并对反应机理进行了分析。结果表明,以N,N-二甲基苯胺为催化剂,反应温度130~135℃,反应时间1.5 h,催化剂用量8%时,单硅烷产物的收率可达79.99%。

储层矿物润湿性的测量方法综述

储集岩的润湿性对孔隙中流体的分布与流动至关重要,关系到油气田提高采收率措施的选择及其实施效果,由于地下油气储层中矿物成分复杂、流体组成多样,目前尚无统一的储层岩石润湿性测量标准,根据油藏的具体条件选择合适的润湿性测量方法对石油开采至关重要。基于此,从物理实验与数值模拟两方面详细讨论了国内外目前使用较广且最新的测量岩石润湿性的方法,针对这些方法的原理、优缺点及适用条件进行总结,并对润湿性测量方法进行了展望。该研究有助于优选适用的润湿性测量方法,可为提高储层中岩石润湿性表征的准确性提供借鉴。

钙钛矿材料:热电领域的潜力之星

硫系和卤化物钙钛矿材料具有优良的热电输运性能,以及易制备、稳定性良好等诸多优点,因而受到了广泛关注。筛选具有热电潜力的钙钛矿材料和提升现有钙钛矿材料的热电性能是目前研究的重点内容。本文回顾了钙钛矿和热电材料的基本理论,描述了材料热电性能的表征参数,综述了具有优良热电潜力的钙钛矿材料的研究进展,包括无机硫系和卤化物钙钛矿材料、有机复合钙钛矿材料以及氧化物钙钛矿材料等,并从电子结构、电输运性质、热输运性质以及热电性能调控方法等方面分析了钙钛矿材料具有优异热电优值和优良热电潜力的原因,展望了钙钛矿材料的热电应用前景。

“石油精神—科学精神”有机融合的“大学物理”课程思政设计

课程思政是思想政治和教育教学工作的有机结合,以此来切实落实立德树人这一根本任务。大学物理课程作为高等学校理工科类学生的一门必修基础课程,其物理思想、研究方法、思维方式等所展现出来的科学精神对于学生专业实践能力的培养具有重要意义。勇于挑战、探索未知是科学精神的精髓也是石油精神的特质,不断探索、艰苦奋斗的石油精神同样包含了人类追求发展进步的渴望。石油是综合性行业,应用了丰富的物理学知识,其发展历程凝结出了以“大庆精神”“铁人精神”“苦干实干”“三老四严”为核心的石油精神,将石油元素融入大学物理课堂,可以使学生更好地理解知识的同时,培养学生的担当精神和爱国情怀。因而将石油精神和科学精神融入课堂中,在培养学生专业能力的同时,还可以塑造健康人格,加强“强国有我”的使命感。

布齿方式对PDC齿破岩特性影响

PDC钻头广泛应用于软到中硬地层,合理的布齿方式有利于提高破岩效率。针对不同PDC钻头布齿方式,设计PDC齿破岩试验方案,通过切削力变化特征、岩屑分布特征、切削槽形貌以及岩石微观破碎特征等探究PDC齿破岩特性与破岩机制。结果表明:合理的切削齿出露高度和布齿密度有利于降低破岩比能,提高破岩效率;切削深度影响切削槽表面的微裂纹分布和切削槽底部微裂纹层的厚度,且该裂纹损伤区产生的边界效应能够有效促进岩石破碎。

页岩干酪根平均分子结构模型的构建方法

页岩中的主要有机成分是干酪根。一个真实的干酪根分子结构模型是利用分子动力学研究页岩有机质微观性质的基础。前人多建立二维干酪根模型,对三维干酪根结构模型的建立较少。因此,很有必要介绍一种建立页岩干酪根的三维分子结构模型的详细步骤。笔者等基于构建出的南堡页岩干酪根的二维分子结构模型,利用分子动力学模拟的手段,根据干酪根的密度.

活性浴中惰性粒子形状对有效作用力的影响

活性物质是典型的非平衡态系统,其组成单元能够利用自身存储的能量或者周围环境的能量实现自驱动.在活性系统中,物体间的受力情况直接影响其结构和动力学行为,因此深入了解物体间的有效作用力是理解活性物质一切复杂现象的基础.本文通过光镊显微镜实验分别研究了活性大肠杆菌溶液中惰性球形聚苯乙烯胶体粒子间和板状粒子间的有效作用力,发现球形粒子间有效作用力的性质一直是短程排斥力,而板状粒子间的有效作用力则为长程吸引力,这说明惰性粒子间的有效作用力受粒子形状的影响.惰性粒子间的有效作用力主要来源于两部分的贡献,即细菌-惰性粒子间的直接碰撞,以及细菌运动产生的流场.在实验上通过对比粒子之间、粒子外侧细菌的浓度和取向有序性发现,球形粒子间的有效排斥力主要来源于细菌-粒子的直接碰撞,而板状粒子间的长程吸引力则主要源于细菌流场的贡献.本文通过光镊显微镜实验证明了惰性粒子间的有效作用力与惰性粒子的几何构型有关,为调控活性物质中的动态自组装提供了实验支撑.

利用分子动力学模拟研究页岩吸附能力的影响因素及微观机理的综述

页岩气主要以吸附态和游离态赋存于页岩孔隙中,其吸附态难以开采,因此探究影响页岩吸附能力的影响因素对我国的页岩气勘探和开发具有重要意义。目前,在页岩储层润湿性和孔渗等方面,利用分子动力学模拟技术研究影响页岩吸附能力的机理还不够深入,需进一步完善。本文介绍研究页岩吸附能力的3种主要手段及其优缺点,分析前人利用分子动力学模拟的手段研究页岩吸附能力的参数和表征方法,并揭示不同的影响因素对页岩吸附能力的影响微观机理。温度、压力和流体特征为外在影响因素,而孔隙结构、有机质类型、有机质成熟度和黏土矿物类型等为内在影响因素,有机质类型、成熟度和黏土矿物类型等因素在分子模拟中可用不同页岩基质表面来体现。本文主要阐述利用分子模拟技术,从分子尺度研究页岩吸附能力的表征手段和影响因素并揭示其吸附机理,弥补了其他研究手段的不足,为页岩“甜点”优选以及提高我国未来油气勘探效率提供了理论基础。

超高温条件下花岗岩力学性质演化规律模拟研究

为提高深层干热岩破碎效率,以干热岩地层常见岩性-花岗岩为研究对象,提出超高温条件下花岗岩力学性质演化规律研究。鉴于室内实验方法的局限性,主要采用数值模拟和理论计算等研究方法,建立了高温花岗岩巴西圆盘劈裂数值模型,探究了硬质花岗岩在温度-压力联合作用下岩石应力场分布特征与扰动机制。研究发现:在单轴径向压缩载荷下,高温花岗岩各向应力分布受到显著扰动,岩石沿横轴拉伸应力、两端载荷施加位置附近压缩应力和剪切应力均显著减小,导致裂纹越容易扩展。温度越高,岩石损伤越明显,其岩石抗拉强度越低。研究结果揭示了温度作用下花岗岩力学性质演化规律,可为深层干热岩资源的高效开发提供理论依据。

新型重力储能的原理效率及其选材选址分析

近年来,我国把非化石能源放在能源发展优先位置,坚持绿色发展导向,优先发展可再生能源。随着信息化时代的发展,我国工业用电量飞速增长,在这样的背景下,单一使用绿色能源作为电力的供给端,难以稳定持续地满足高峰期和低谷期的电力需求。电力储能技术是目前解决这一矛盾的重要手段,其中重力储能技术由于其绿色环保、能量转化效率高、前期成本低、对地形水源要求低等优点,已成为新型储能方式的重要研究方向。目前已有的重力储能形式有三种,包括塔吊形式、依托山体形式、依托废弃矿井形式等;重力储能技术在国内仍处于起步阶段,很多的技术和理论研究尚不完善,如重力储能系统的原理及安全环保问题、能量转换效率问题、电站选址问题、重块选材问题、适用性问题等。本文基于国内外的储能环境,对三种重力储能形式的原理及工作模式进行了分析。在此基础上,将三种储能模式的效率等参数进行了对比分析,最后从材料强度、使用寿命和地层稳定性等角度出发,针对重力储能系统的选材及电站选址提出了考虑因素及建议,为我国重力储能领域提供了理论支撑,填补了储能技术在储能原理及选材选址方面的空白。

支撑我国“风光”大规模发展的关键金属稀缺性评估与循环策略模拟

为评估支撑我国“风光”大规模发展的金属稀缺程度,构建了金属稀缺度评估模型,并对大规模“风光”发展所需的12种金属开展评估,运用金属末端循环回收模型对稀缺性强的关键金属开展金属循环回收模拟。结果显示:从金属稀缺角度看,支撑“风光”大规模发展所需的6种关键金属为铜、镍、镝、碲、锌、银,且碲、铜、镍的重要性更高“;风光”大规模发展路径的不确定性影响金属供需平衡和稀缺性,“风电主导”型路径较“光伏主导”型路径将引发更大的金属累积供应压力;金属循环再生策略将在中长期发挥作用,且对镝和银的效果更显著,金属回收率绝对值提高20%~30%,将使得金属矿产累积供应压力缓解5%~16%。研究表明,我国现有金属矿产供应能力难以支撑大规模“风光”发展的设施建设需求,金属循环回收策略对缓解金属稀缺具有一定的作用,但仅凭单一策略难以系统解决金属矿产供应制约问题。建议针对金属稀缺性与供应安全挑战构建应对策略组合时,应综合考虑金属矿产差异性、能源发展路径不确定性和金属供应规律演变3方面影响。