星际空间中的碳尘埃

碳是宇宙中仅次于氢、氦、氧的第4丰富的元素.在恒星演化晚期形成的碳元素,进入星际空间以后,以离子、原子、分子以及固体尘埃微粒的多种形式存在.含碳有机复杂分子是生命起源的基本物质.碳质尘埃是星际尘埃的主要成分之一,其红外光谱是探测各种天体环境物理和化学条件的重要指针.碳质尘埃如石墨、纳米金刚石、多环芳香烃、富勒烯、氢化非结晶碳等尘埃微粒是星际尘埃的重要研究对象,在星际空间广泛存在,它们是星际消光2175?驼峰、星际红外辐射谱带、星际弥散吸收带等光谱特征的最可能载体.本文主要介绍星际碳质尘埃的天文观测及其物理化学特性.近年来,石墨烯、碳纳米管逐渐进入人们的视野,本文亦将讨论与此相关的天文观测和理论模型的最新进展.     

星际C60

C60的发现起源于人们对星际尘埃的探索,肇始于1985年由Kroto等人首次在实验室合成,25年后最终于2010年在星际空间被探测到．近几年天文工作者在多种星周、星际环境观测到C60．本文综述了与天文观测和理论密切相关的C60的有关物理性质;介绍了C60在星际空间中的观测特性;最后讨论了C60在星际空间的形成与激发机制．     

演化晚期中小质量恒星星周包层的红外谱特征

星周包层中的分子与一般的星际尘埃成分相比,有机物的类型更丰富,无机物的种类也有所不同．研究星周包层中丰富多样的红外谱特征能够揭示尘埃的组成、丰度以及星周包层的物理化学状态．在演化晚期恒星的星周包层中的富碳、富氧以及同时具有富碳和富氧物质的混合环境中,红外谱特征以及它们的载体各有特色．富碳天体的光谱显现出有机物的系列特征,暗示了这个阶段星周包层中有着丰富的有机物形成;位于21和30μm的两个特征是还未得到证认的强发射特征,分别因为其稀少和强辐射能量而引起人们的广泛关注．在富氧天体中,最丰富的是在9．7和18μm出现的谱特征,一般归于无定形硅酸盐尘埃颗粒;红外空间天文台的发射导致了大约50条窄带特征的发现,它们被认为来自结晶硅酸盐颗粒镁橄榄石（Mg2SiO4）和顽辉石（MgSiO3）．此外,在13,16．8,19．5和31．8μm出现了一系列似乎具有相关性的特征,也归于氧化物载体．还有少数天体同时具有富碳和富氧的光谱特征,比如,富碳源却含有硅酸盐特征,虽然有人提出双星模型作为可能的解释,但目前对于这种现象的产生还没有统一的认识．     

彗星的反常尘埃彗尾

从地球上观测到的彗尾一般是在彗核的背太阳一侧延展,但也观测到几颗彗星在某些特殊情况却呈现出从彗核朝向太阳一侧延展的扇形或长钉形的反常彗尾或向日彗尾.反常彗尾是彗核抛出的大尘粒组成的尘埃彗尾,由于受太阳辐射压斥力较小而成为其轨道面附近的太空垃圾,这些垃圾会危害空间环境和航天安全,因此,观测和研究反常彗尾对于预防这些大尘粒撞击飞船有重要意义.本文首先介绍了反常彗尾的基本解释和事例,然后阐述了反常彗尾的尘埃彗尾动力学理论及其研究成果.最后简述了我国彗星猎人发现的新彗星C/2007 N3(Lulin),即鹿林彗星及其在2009年1-2月观测到的奇特反常尘埃彗尾情况,并给出了初步处理的一些形态图像和解释,初步测量和估算了反常彗尾长度.     

星际介质中的纳米尘埃

星际尘埃,作为一种在宇宙中普遍存在的重要成分,在天文学研究中起着重要的作用.星际介质中的尘埃其尺寸分布涵盖从几个埃到几个亚微米的范围.对于有这样大的尺寸差异的星际尘埃,尘埃的热辐射机制差别很大.较大的尘埃颗粒,有比较大的吸收和发射截面,因而其吸收光子的速率和发射的速率也比较大,可以从吸收和发射能量的平衡来得出热平衡温度,并用热平衡温度和黑体辐射来计算其光谱.对于大小为纳米尺度或者更小的尘埃,由于其很小的尺寸,这类尘埃的热容量非常小.当这种尘埃吸收一个与其热容量相当或者更大能量光子的时候,尘埃就会经历一个非常明显的温度涨落:尘埃吸收一个紫外光子瞬间,其温度迅速上升,到达顶点后,由于尚没有外来能量的影响(因吸收截面小,吸收光子几率也非常小),尘埃开始通过热辐射降温,直到吸收另一个光子开始新的循环,这就是单光子加热模型(Single-Photon Heating Model).显然,热平衡和单光子加热是两个明显不同的过程.对于单光子加热,由于尘埃颗粒的温度涨落作用,尘埃不会处于一个稳定的平衡温度状态,因而不能用单一温度来描述其热辐射,必须计算出尘埃在温度涨落过程中的温度分布函数,然后计算其辐射谱.本文主要介绍纳米颗粒在星际空间中的存在证据,单光子加热模型,以及处于温度涨落中纳米颗粒的辐射特征.     

运用单颗粒气溶胶质谱技术研究上海大气重金属(Zn,Cu)污染

使用气溶胶飞行时间质谱仪(ATOFMS)对2007年的8月(夏季)和2008年2~3月(冬季)上海大气中的含重金属Zn,Cu颗粒物进行分析.结果表明:冬季的重金属污染比夏季严重,在单位时间内冬季观测到的含铜颗粒物数目是夏季的2倍,夏季没有观测到含锌颗粒物,冬季观测到大量的含锌颗粒物.运用自适应共振理论神经网络算法(ART-2a)对含重金属颗粒物数据进行了质谱分类分析.结果表明,含重金属颗粒物的化学成分都包括大量的有机碳、硫酸盐、硝酸盐和元素碳.夏季含铜颗粒物中同时含有氯.部分颗粒含有两种或多种重金属元素如Pb和Cu,或Pb和Zn和Mn,或Cu和V等.从粒径特征上来看,粒径最小的是含有元素碳的颗粒物,粒径分布最大值在0.4μm,其次是含有有机碳-硫酸盐,硝酸盐,氯的颗粒物,粒径分布最大值在0.5~0.6μm.粒径较大的是多种金属组合的颗粒物,最大值在1μm左右.根据单颗粒质谱特征对含重金属颗粒物进行了源解析:夏季ATOFMS采集的含重金属颗粒物主要来自垃圾焚烧和重油燃烧;冬季ATOFMS采集的含重金属颗粒物主要来自垃圾焚烧和煤炭燃烧以及金属冶炼.     

土卫六Titan大气中多环芳香烃PAH分子

土卫六(Titan)是土星的最大一颗卫星,也是太阳系第二大卫星.它是太阳系唯一一颗拥有浓厚大气层的卫星.其大气层富含氮气(N2,体积比占98%),少量甲烷(CH4,占2%)以及其他微量有机分子(如乙炔C2H2).最近,卡西尼(Cassini)宇宙飞船上的VIMS光谱仪对土卫六的大气层作了光谱观测,探测到源自多环芳香烃(PAH)分子的3.28?m发射特征.PAH是星际介质的重要成分,也常被认为是土卫六上空橘红色的烟雾层(Haze)的重要成分.PAH分子如何在土卫六大气中形成是行星科学的一个难解之谜.本文从星际空间、太阳系的PAH分子研究着手,介绍了Titan的大气中多环芳烃PAH分子的观测特性、化学结构、形成机制及未来趋势.     

无限微热源法合成β-SiC微粉

以工业硅质和碳质原料,在催化剂的作用下,通过无限微热源法一次合成β - SiC微粉.用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、化学分析及激光粒度分析仪等分析测试手段对合成产物进行了表征.结果表明,合成产物晶相为β - SiC,纯度达98％以上,主要为无定形和半自形团聚物,一次粒度在10μm左右,二次粒度D95在62μm左右,D50平均为25 μm.     

活动星系核中的尘埃

尘埃是活动星系核统一模型的基石,该模型认为呈现不同观测特征的活动星系核在物理本质上属于同一类天体,活动星系核外围绕着一个光学厚尘埃环,不同类型的活动星系核只是因观测者视线相对于活动星系核对称轴的取向不同而已.观测表明,活动星系核中尘埃的组成成分及尺寸与银河系星际尘埃有很大的差别.本文介绍活动星系核核周尘埃的消光和红外辐射以及尘埃可能的化学组成和尺寸分布的研究现状.     

河外星际尘埃的亚毫米波发射

本文借助于观测到的大、小麦哲伦云的星际尘埃辐射，估计总星系的冷尘埃辐射对微波背景辐射的影响。结果表明：河外星际冷尘埃辐射强度强烈地依赖于宇宙减速因子，在宇宙背景探测者（ＣＯＢＤ）的观测结果的限制下，在合理的光深范围内，宇宙减速因子趋于１。     

两步包埋法制备C/C复合材料SiC/Cr-Al-Si涂层研究

采用两步包埋法在碳/碳复合材料表面制备了SiC/Cr-Al-Si涂层.采用XRD、SEM和EDS分析了涂层的物相组成、微观结构及断面元素分布,测试了双涂层碳/碳复合材料试样在1 500℃静态空气中的抗氧化性能.结果表明:SiC/Cr-Al-Si涂层主要由SiC、AlCr2Si及Al4Si2C三相组成,厚度约为120μm,无穿透性裂纹;与一步包埋法所得SiC涂层相比,SiC/Cr-Al-Si涂层碳/碳复合材料试样的抗氧化性能有所提高,该涂层试样氧化12 h后的失重不超过5%.两步包埋法所得SiC/Cr-Al-Si涂层表面存在微裂纹,并且包埋过程易于使Cr-Al-Si合金成分扩散到SiC涂层内部,从而无法形成内SiC涂层、外Cr-Al-Si涂层的双层涂层结构,降低了Cr-Al-Si合金涂层对C/C复合材料基体的高温氧化保护效果.     

我国行星际闪烁观测概述

太阳风及日冕物质抛射(CME)是地球空间环境扰动的主要驱动源,监测和研究太阳风对研究日地物理和进行日地空间环境预报具有重要意义.地基行星际闪烁观测为监测和研究太阳风及行星际空间提供了经济有效的手段.同时,行星际闪烁观测为研究激波、CME等现象的传播路径提供了有效途径,具有重大的科研和应用价值.我国行星际闪烁观测研究开始较晚,始于20世纪90年代.本文对我国行星际闪烁观测研究概况进行综述.     

纳米SiC对C/C复合材料石墨化与抗氧化性能的影响规律

本文制备纳米SiC基体改性的SiC-C/C复合材料,利用X射线衍射技术、高分辨率透射电镜等研究SiC对碳材料的石墨化度的影响.纳米SiC能够显著促进碳基体材料的石墨化度,同时通过高分辨率透射电镜在纳米SiC颗粒周围观测到明显的石墨化结构,并且距离SiC越近,碳基体的石墨化程度越高.通过静态氧化实验研究SiC-C/C复合材料的抗氧化性能.结果表明,随着SiC加入量的增加复合材料的抗氧化性显著提高,纳米SiC在高温下生成较为均匀的SiO2保护层,覆盖在碳材料的表面,阻碍氧气与碳材料的接触,并且SiC含量越高,形成的保护层越厚,抗氧化能力越强.     

6066Al/SiCP复合材料的组织特征与阻尼性能

研究了经制粉→混料→真空抽气→热挤压工艺制备的6066Al/SiCp复合材料的组织特征与阻尼性能.复合材料的阻尼特征通过动态机械热分析仪(DMTA)测量,得出了2种不同SiC含量的6066Al/SiCp复合材料及6066Al合金在温度为30～250℃,频率为0.1,1,10和30Hz时的阻尼值.利用扫描电镜、光学显微镜对复合材料组织特征进行了分析,根据组织特征及阻尼数据对复合材料的阻尼机制进行了讨论.结果表明将2～3μm的SiC颗粒加入6066Al中,当SiC含量为7%(体积分数)时,增强的SiC颗粒分布较均匀,与基体结合良好;当SiC含量为12%时,SiC易聚集成团.少量SiC能明显提高6066Al的阻尼能力,尤其是高温阻尼性能;6066Al/SiCp复合材料的高阻尼性能主要是SiC颗粒加入后使位错密度大大增加,基体晶界及基体与SiC颗粒界面的存在使材料在循环载荷下消耗能量所致.     

IRAS／Cirrus7中的尘埃辐射

根据IRAS四个波段的红外辐射流量,并认为尘埃粒子的红外吸收系数对波长的依赖关系为下列形式Q_(abs)∝λ~(-n),导出了IRAS/Cirrus 7中的观测尘埃温度T_d,辐射峰值波长λ_m及尘埃的远红外光学厚度τ_(60μ),τ_(100μ)。与由浸没在银河系总辐射场中的尘埃粒子模型所予言的平衡温度比较,讨论了IRAS/Cirrus 7中尘埃粒子的尺度,成分等性质以及对尘埃粒子加热的能量来源。     

星际弥散吸收带

星际弥散带（diffuse interstellar bands;DIBs）是源自星际空间的数百条吸收谱线的总称．自20世纪20年代首次发现两条DIBs以来,对DIBs的观测和证认已有80多年的历史．迄今为止,共观测到了300多条DIBs,但没有一条DIB的载体（carrier）被完全证认．DIBs的证认被认为是困扰着天文学家80多年的天体物理学的经典难题之一．我们简要回顾了星际弥散带的观测历史,介绍了银河系和河外星系星际弥散带的一些观测特征、星际紫外消光2175A驼峰强度和星际弥散带的相关性、星际弥散带之间的相关性和星际弥散带的分类方法;对星周环境中是否存在弥散吸收带的观测结果也给予了简要的评述;讨论了星际弥散带的载体和起源．     

2003年秋冬季西安大气中有机碳和元素碳的理化特征及其来源解析

2003年9月至2004年2月在西安站点开展了大气PM2.5和PM10中碳气溶胶的连续观测,并采集了三类主要污染来源样品(燃煤,机动车尾气和生物质燃烧)进行对比分析,采用IMPROVE-TOR方法准确地测量了样品的有机碳(OC),元素碳(EC)及其中的8个碳组分含量.西安秋季和冬季大气PM2.5中OC的平均含量ρOC分别为(34.1±18.0),(61.9±33.2)μg·m-3,EC的平均含量ρEC为(11.3±6.9),(12.3±5.3)μg·m-3.OC和EC均主要赋存于PM2.5粒级中.秋季OC和EC的相关性好(R2＞0.90),冬季一般(R2=0.66).总碳气溶胶在秋季PM2.5中占(48.8±10.1)%,在冬季也达到了(45.9±7.5)%.所有观测日的ρOC/ρEC比值均大于2.0,秋季PM2.5中ρOC/ρEC平均为3.3,冬季为5.1,这可能主要与直接排放来源有关.由碳气溶胶的8个碳组分数据,采用绝对主分量分析获得了主要排放来源对总碳的贡献份额,即秋季汽油车尾气占73%,柴油车尾气占23%,生物质燃烧占4%,而冬季燃煤占了44%,汽油车尾气占44%,生物质燃烧占9%,柴油车占3%.     

含有非热离子及尘粒电荷变化的尘埃等离子体中的KP方程

使用约化摄动法得到含有非热离子、尘粒荷电变化的热尘埃等离子体中的KP方程.结果表明,非热离子分布会严重影响尘粒的电荷数.而且,高阶横向扰动的存在使得尘埃声孤波的振幅减小,而宽度增大.同时,该体系中稀疏形孤波和压缩形孤波共存.     

流管几何对低速太阳风alpha粒子丰度的影响

建立了离子回旋共振机制驱动的一维三元(电子、质子、alpha粒子)低速太阳风流管模型,重点分析流管参数对alpha粒子丰度(定义为alpha粒子与质子数密度之比)的影响.流管几何形式与有关观测数据分析及二维太阳风模型的计算结果相一致.与以往研究相符,在太阳附近alpha粒子的丰度先增加(可超过冕底丰度的1~5倍),尔后迅速降至行星际空间中的平均观测数值.alpha粒子丰度极大值αmax在大约1.5~1.7 Rs范围内获得,具体数值主要取决于流管的几何参数包括冕流尖点的高度与相应膨胀因子的极大值:尖点越靠近太阳、极大膨胀因子越大,则αmax越大.但是这两个参数对于行星际空间中alpha粒子的特征影响不大;而合理地改变流管在远处的膨胀因子,可定性解释低年低速太阳风中alpha粒子的平均丰度与太阳风速度正相关的观测现象.     

6066Al/SiC_p复合材料的组织特征与阻尼性能

研究了经制粉→混料→真空抽气→热挤压工艺制备的 6 0 6 6Al SiCp 复合材料的组织特征与阻尼性能 .复合材料的阻尼特征通过动态机械热分析仪 (DMTA)测量 ,得出了 2种不同SiC含量的 6 0 6 6Al SiCp 复合材料及 6 0 6 6Al合金在温度为 30～ 2 5 0℃ ,频率为 0 .1,1,10和 30Hz时的阻尼值 .利用扫描电镜、光学显微镜对复合材料组织特征进行了分析 ,根据组织特征及阻尼数据对复合材料的阻尼机制进行了讨论 .结果表明 :将 2～ 3μm的SiC颗粒加入6 0 6 6Al中 ,当SiC含量为 7% (体积分数 )时 ,增强的SiC颗粒分布较均匀 ,与基体结合良好 ;当SiC含量为 12 %时 ,SiC易聚集成团 .少量SiC能明显提高 6 0 6 6Al的阻尼能力 ,尤其是高温阻尼性能 ;6 0 6 6Al SiCp 复合材料的高阻尼性能主要是SiC颗粒加入后使位错密度大大增加 ,基体晶界及基体与SiC颗粒界面的存在使材料在循环载荷下消耗能量所致 .