南大洋碳循环研究进展

本文介绍了南大洋碳循环的国内外研究动态及最新研究进展,包括南大洋的初级生产力水平,DOC、POC贮库,有机碳的输出通量及其深海沉积通量,讨论了限制南大洋初级生产力的最新研究进展。南大洋初级生产力总体水平较低,但在陆架区、海冰边缘区（MIZ）以及极锋等特殊的水文区域有较高的生物生产力。南极的生产力限制主要认为是Fe限制,但在[Si(OH)4]的浓度梯度（极锋附近的[Si(OH)4]剧烈变化带,其浓度以0.25-0.56uM/km速度向南发展）以北的南大洋（[Si(OH)4]浓度为1-15uM),形成Si限制。对极锋区浮游植物水华的观测表明,极锋区的浮游植物是受一系列过程的调节,包括：光、捕食、硅酸盐和Fe,这样,只包含一种机制的模式将是不充分的。南大洋POC、DOC贮库在春夏季增长极快,但夏季POC输出通量一直很小,直到秋季才突然增大。南大洋的叶绿素、初级生产速率、POC贮量以及有机碳的输出通量在时间上解耦合,反映了南大洋生态系统的特殊性。另一方面,由于存在许多锋结构及锋面系统,并且有广大的季节海冰区存在,南大洋包含有许多功能各异的亚系统,这些亚系统在碳循环中的作用各不相同,造成了南大洋碳循环的复杂性。今后的研究仍然需要更深入地了解南大洋碳循环的机制,以及南大洋碳循环在全球变化过程中的影响及反馈。     

河流水沙条件对水质评价的影响

世界上许多河流具有高泥沙含量特征,我国河流的高泥沙含量特征尤为显著.河流水沙条件包括悬浮泥沙的含量、粒径和组成以及溶解性有机质的含量和组成等参数.河流中的许多污染物倾向于与泥沙和有机质结合,泥沙和有机质的存在不仅影响了污染物的迁移转化过程,同时还影响了污染物的生态环境风险.本文归纳总结了河流水沙条件特征及其对耗氧性有机污染物和有毒有机污染物迁移转化的影响,详细阐述了河流水沙条件对耗氧性有机物和有毒有机物污染评价的影响,指出由于化学氧化剂能氧化泥沙中在自然条件下耗氧过程极为缓慢的天然有机质,现有的化学需氧量可能高估水体耗氧性有机物的污染;又由于与泥沙结合的有毒有机污染物部分具有生物有效性,现有的基于有毒有机污染物溶解态浓度的水质评价方法可能低估水体有毒有机物的污染.并提出怎样考虑水沙条件影响对现有水质评价方法进行改进的思路,为完善水质评价方法提供参考,对于“碳中和”目标的实现也具有重要的意义.     

水中Cr(Ⅵ)在改性生物质吸附剂表面还原转化的电子供体

为揭示生物吸附过程中Cr(Ⅵ)的还原转化机理,以改性玉米秸秆(corn stalk based anion exchanger, CS-AE)为模型吸附剂,通过XPS、13C-NMR和FT-IR等手段表征吸附Cr(Ⅵ)前后的材料表面组成和结构,并结合对吸附溶液中总有机碳(TOC)、总氮(TN)、硝态氮(NO3--N)等产物分析,探讨Cr(Ⅵ)还原的电子供体及可能反应路径.通过批吸附实验证实了CS-AE吸附去除Cr(Ⅵ)过程中存在Cr(Ⅵ)还原转化现象,在实验条件下10%～35%被吸附Cr(Ⅵ)还原转化为Cr(Ⅲ),且大部分( 65%)Cr(Ⅲ)产物被固定在CS-AE表面.XPS表征中Cr 2p3/2谱图分析证明了Cr(Ⅲ)的大量存在,且N 1s、C 1s和O 1s谱图分析发现CS-AE与Cr(Ⅵ)反应后表面含氮物质特别是季铵基相对含量降低.13C-NMR和FT-IR表征也进一步地说明了吸附Cr(Ⅵ)后CS-AE表面季铵基减少,羧基结构有所增加,表明了季铵基是Cr(Ⅵ)还原转化的主要电子供体基团.吸附反应后溶液中TOC、TN和NO3--N含量随Cr(Ⅵ)初始浓度增加而增加,与Cr(Ⅲ)生成量呈正相关关系,可以确认CS-AE表面季铵基被Cr(Ⅵ)氧化,主要反应路径为季铵基经过碳-氮键氧化断裂,形成有机胺进入溶液,且部分有机胺被Cr(Ⅵ)进一步氧化为硝酸盐.     

基于QuEChERS和GC-ECD法检测鱼体中17种有机氯农药和多氯联苯残留

采用改进的Qu ECh ERS方法,建立鱼样品中有机氯和多氯联苯17种持久性有机污染物残留的气相色谱-电子捕获检测器(GC-ECD)分析方法。样品采用乙腈提取,经N-丙基乙二胺(PSA):C18(1∶1,m/m)填料净化,17种持久性有机污染物在0.5~200μg/kg浓度范围具有较好的线性,相关系数大于0.9941,检出限(信噪比S/N为3:1)为0.01~0.2μg/kg,定量限(信噪比S/N为10∶1)为0.05~0.5μg/kg,回收率在51.9%~112.9%范围内,相对标准偏差小于17.8%。     

微结构对中碳马氏体钢纳米硬度分布的影响

利用纳米力学探针对传统的淬火-回火中碳马氏体钢的微观硬度分布进行了评价. 在1000 mN载荷下, 硬度的标准偏差与平均值之比为15.4%, 而在9.8 N下的维氏硬度该比值为1.5%. 结合电子背散射分析和扫描电子显微镜观察表明, 纳米硬度值的分散并非主要来源于马氏体板条的晶体取向, 而是由于在亚微米尺度上微结构(如渗碳体的分布)的不均匀造成的. 对具有不同取向的钨单晶(001), (101)和(111)的纳米力学探针测量表明, 晶体取向造成的纳米硬度值分散性很小. 对另一种具有相同化学成分但经过热轧变形导致渗碳体分布更加细小而均匀的马氏体钢的纳米力学探针测量表明, 其纳米硬度值分散性比传统的马氏体钢要小得多. 这两个结果都进一步佐证了上述结论.     

微波等离子体增强化学气相沉积方法制备碳氮纳米管及其结构表征

利用微波等离子体增强化学气相沉积方法 ,在多孔二氧化硅基底上制备了大面积取向一致的碳氮纳米管薄膜 .采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和能量散射X射线能谱仪分别进行了纳米管的形貌、结构和成分的研究 .结果表明这种纳米管的直径一般为 10 0nm ,长度可达 2 0 μm ,为纳米钟的线性聚合物 .纳米管的成分中同时均匀含有C ,N两种元素 .进一步的X射线光电子能谱结果证明了C与N之间以成键结合 .这预示着一种新的C1-xNx(x =0 .16± 0 .0 1)相出现在纳米管结构中 .     

中原油田周边土壤中PAHs的污染特征及评价

2006年12月和2007年7月两次采集中原油田周边土壤样品,测定了16种优先监控的PAHs的污染状况.从区域分布上看,土壤样品中PAHs的含量随着与油泥堆积地距离的增大急剧降低.从季节上看,7月份采集的土壤样品中PAHs的含量显著低于12月份采集的土壤样品中PAHs的含量.两次采集的土壤样品中PAHs的组分特征和荧蒽/芘的比值的分析结果表明,在靠近油泥堆积地的土壤中,PAHs主要来源于石油源,且随着与油泥堆积地距离的增大,石油源的作用逐渐减少,燃烧源的作用逐渐增大,到达一定距离后,燃烧源和石油源共同作用一起成为土壤中PAHs的主要来源.内梅罗综合指数分析评价结果表明,7月份土壤受到PAHs的污染明显轻于12月份.但是,总体而言中原油田周边土壤属于较高生态风险区.     

人体颈椎黄韧带中二羟焦磷酸钙和碳羟磷灰石的矿物学成因探讨

从晶体形貌、矿物物相和化学成分等角度表征颈椎黄韧带钙化,并结合病理学探讨其病因、形成机制和钙化进程.研究对2例颈椎黄韧带钙化样品进行了显微红外、拉曼、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和同步辐射X射线衍射(XRD)测试,结果表明,钙化物有柱状、粒状、絮状和球状4种形态;柱状和粒状钙化呈单晶体,晶形较好、边界明显,为三斜晶系二羟焦磷酸钙;絮状和球状钙化呈纳米多晶集合体,主要由B型取代的碳羟磷灰石组成.显微红外和拉曼测试显示在钙化集合体中,二羟焦磷酸钙和碳羟磷灰石2种物相分布不均匀,由中央到外围呈现碳羟磷灰石不断减少,二羟焦磷酸钙不断增多的含量变化趋势.通过对钙化物晶体、集合体形貌、物相及不同物相分布关系的分析,本文认为,颈椎黄韧带的钙化初期,首先形成柱状和粒状二羟焦磷酸钙晶体;钙化后期,钙化集合体发生二羟焦磷酸钙的分解和碳羟磷灰石晶体的沉积,前者为后者提供物质来源;碳羟磷灰石沉积过程中,先由纳米级钙化物形成絮状钙化,后形成球状钙化.     

相变材料微胶囊悬浮液在矩形小通道内流动特性实验

对相变材料微胶囊(MEPCM)-水悬浮液在矩形小通道内的层流流动摩擦阻力特性进行了实验研究. 实验中使用的MEPCM颗粒平均粒径为4.97 mm, 与蒸馏水混合制备成质量浓度为0~20%的各种悬浮液. 实验对MEPCM质量浓度对悬浮液在小通道内流动的摩擦因子以及压降的影响进行了研究. 悬浮液流动的Reynolds数范围是200~2000, 以实现小通道内层流和转捩流动. 实验发现, MEPCM质量浓度为0和5%的悬浮液的实验数据与连续性牛顿流体的充分发展流动的理论值符合的很好; 对于MEPCM质量浓度高于10%的悬浮液, 它们的流动摩擦因子以及压降明显高于牛顿流体的层流理论值.     

基于黏土颗粒含量的泥石流容重计算

泥石流的黏粒含量对泥石流容重(γC)有很大的影响. 通过对我国西南地区45条典型的沟道泥石流容重与黏粒含量关系的统计分析, 基于黏粒含量, 使用多项式对泥石流容重进行计算, 取得良好的结果, 所建立的广义多项式模式和针对黏性泥石流的对数模式可应用于无法观测的泥石流沟的泥石流容重计算. 计算结果与实际观测分析的误差较小, 这说明该模式具有很强的针对性. 通过分析确定泥石流黏粒含量与容重的关系是黏粒含量影响泥石流的形成、运动和悬浮颗粒粒径的结果, 其机理清楚可靠. 通过泥石流黏粒含量与容重的关系趋势线分析发现黏粒含量很少(3%以下)时, 形成的泥石流通常为稀性泥石流, 泥石流体的容重随黏粒含量的减少而减小, 这种泥石流随着黏粒含量的降低向水石流或者夹沙水流的状态发展. 黏粒含量在3%～18%之间时, 容易形成黏性泥石流, 黏粒含量在5%～10%时泥石流的容重随黏粒含量的增加而增加, 黏粒含量在10%～18%时泥石流的容重随黏粒含量的增加而减小. 黏粒含量超过18%时, 容易形成泥流, 这时候形成的泥流的容重与低黏粒含量时形成的稀性泥石流随黏粒含量的变化趋势相反, 性质方面也有很大差别, 黏粒含量在7%～11%之间时候形成的泥石流的容重平均值最大. 特别地, 对于黏性泥石流, 模拟出的对数容重计算公式, 适用于黏粒含量3%～18%的泥石流体, 该方程容重计算值最大可达2.32 (t/m3). 这与目前泥石流容重的最大观测值相符.     

前驱体中Bi含量对Bi_(3.4)Ce_(0.6)Ti_3O_(12)薄膜结构和性能的影响

分别配制了Bi含量为90,100和110mole%的前驱体,在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备Bi3.4Ce0.6Ti3O12薄膜,研究前驱体中Bi含量对其微观结构和铁电性能的影响.前驱体中Bi含量增加可以有效地改善薄膜的结晶性能和表面形貌.对Pt/Bi3.4Ce0.6Ti3O12/Pt电容结构进行电学性能测量,发现Bi过量10%的前驱体制备的Bi3.4Ce0.6Ti3O12薄膜具有较好的性能:室温下,在测试频率1kHz时,其介电常数为172,介电损耗为0.033;在测试电场为600kV/cm时,其剩余极化值(2Pr)和矫顽电场(2Ec)分别达到67.1μC/cm2和299.7kV/cm;同时还表现出良好的抗疲劳特性和绝缘性能.     

油酸功能化金属有机框架纳米片的摩擦学性能研究

利用对苯二甲酸与乙酸铜为原料,采用超声辅助自组装合成了铜基金属有机框架(Cu-MOF)纳米片,之后通过超声处理将油酸分子修饰于Cu-MOF表面,得到Cu-MOF@OA纳米片.相比于Cu-MOF纳米片, Cu-MOF@OA纳米片在保持片状结构的同时,其尺寸进一步减小,同时也使团聚问题得到了极大改善,在基础油500 N中表现出良好的分散稳定性.摩擦学试验表明,在1.0 wt.%的添加浓度下, Cu-MOF@OA展现出最佳的摩擦学性能,其摩擦系数降低至基础油的3/5,磨损体积降低至基础油的1/6.最后,利用扫描电子显微镜(SEM)与X射线光电子能谱(XPS)对Cu-MOF@OA纳米片润滑后的磨痕进行形貌和特征元素的表征,探究其润滑机制.结果表明,摩擦过程中在负载和剪切应力的共同作用下, Cu-MOF@OA纳米片、基础油以及铁基底三者之间发生了复杂的摩擦化学反应,形成了由含氮物质、含碳物质与铁氧化物组成的摩擦膜,降低了摩擦磨损.     

有机发光二极管中多种微观机制共存的有机磁效应

为了探究有机发光二极管(OLEDs)中三重态激子参与的多种机制共同作用下磁场效应的变化规律,揭示复杂环境下OLEDs的性能变化规律,本文在具有较高三重态激子能量的磷光材料m CP中掺入单重态与三重态激子能量共振(ES≈2ET)的荧光染料Rubrene,制备了Rubrene掺杂型的OLEDs.实验发现,掺杂器件的电致发光磁场效应(MEL)表现出了复杂变化,且MEL的低场(B≤5 m T)和高场(5 m T≤B≤500 m T)部分随着掺杂浓度的改变都发生了明显的变化.这些MEL曲线可归结为掺杂体系内超精细相互作用、单重态激子裂变和三重态-三重态激子淬灭三种微观过程共同作用的结果;而不直接产生荧光的三重态激子,可以通过一些自旋混合过程,改变单重态激子的比例,从而对器件发光产生重要影响.器件的工作温度和注入电流密度对磁场效应的影响进一步证实了本研究组的观点.     

Fe-Mn-Si 形状记忆合金fcc(γ)→hcp(ε)马氏体相变的临界驱动力

应用周国治提出的新溶液模型计算所得的Fe Mn Si中γ和ε相的Gibbs自由能 ,并考虑了Si的影响 ,重新导出了γ和ε相随温度变化的热力学参量 .用最小均方根方法将实验值拟合得到合金γ相的Neel温度与组分浓度 (摩尔分数 )的关系式 :TγN=6 7xFe 5 40xMn xFexMn[76 1 6 89(xFe-xMn) ]- 85 0xSi.计算得到不同组分Fe Mn Si合金马氏体相变的临界驱动力ΔGγ→εc ,即合金在Ms 温度γ和ε相的自由能差 ,例如 ,Fe 2 7.0Mn 6 .0Si合金的ΔGγ→εc =- 1 0 0 .99J/mol,Fe 2 6 .9Mn 3.37Si的ΔGγ→εc =- 1 2 2 .1 1J/mol.ΔGγ→εc 与组分的依赖关系符合低层错能合金中fcc(γ)→hcp(ε)马氏体相变的临界驱动力表达式 ,即ΔGγ→εC =A·γ B ,其中γ是层错能 (SFE) ,A和B为与材料相关的常数 .     

大洋钻探计划管理机制及启示

国际大科学计划和大科学工程是一个国家综合实力和科技创新竞争力的重要体现。牵头组织大科学计划对于我国增强科技创新实力、提升国际话语权具有积极深远意义。鉴于我国目前在国际大科学计划设计布局及管理中经验不足的现状,选取包括深海钻探计划(DSDP,1968—1983年)、大洋钻探计划(ODP,1985—2003)、综合大洋钻探计划(IODP,2003—2013)、国际大洋发现计划(IODP,2013—2023)四个阶段在内的大洋钻探计划为例,分别从计划的演化过程、管理机制、经费来源、成果管理及共享制度等角度进行分析,提出任务驱动、协同管理、多渠道经费筹集、研究权益划分、细化共享、重视人才队伍建设、加强监督评估等具体建议。     

镍铬合金烤瓷全冠腐蚀性分析

对不同两地加工厂生产的镍铬合金烤瓷熔附金属全冠(porcelain-fused-to-metal crown,PFM冠)进行了为期一年的体外腐蚀性对比研究、分析该产品应用近30年来烤瓷全冠中镍的析出量及其市场的规范化程度.将两厂家生产的镍铬PFM冠样品共40个,随机分为4组(10天组、1月组、6月组、12月组),分别浸泡于ISO/TR10271标准(37℃,pH 6.8)配制的人工唾液中,于10天、1月、6月、12月用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)测定浸提液中析出的镍离子浓度,同步采用X射线能量散谱仪(EDS)、正置式金相显微镜分析、观察样品元素构成及金相显微组织结构.结果显示两厂样品的镍离子析出量在一年组差异具有统计学意义(F=9.360,P=0.000).能谱分析显示两厂样品主要成分都为Ni、Cr、Mo,但含量不同;其金相结构均为树枝状共晶结构,但B厂样品较A厂夹杂物多,枝晶粗、排列紊乱、晶间相多.一年内两厂的镍铬合金烤瓷冠在抗腐蚀性能方面存在差异性,远期效果有待进一步观察.     

利用有机发光磁效应研究深蓝色激基复合物的发光机理

2013年Jankus等人在Advanced Materials上报道了NPB与TPBi共混的深蓝色激基复合物的发光机理,根据瞬态光谱的实验结果,他们认为器件中室温下较高的量子效率是由三重态激子的湮灭(TTA)导致的,而不是由热辅助引起的三重态激子T_1向单重态激子S_1的转变结果(即反向系间窜越,RISC).最近的研究表明,有机发光二极管(OLEDs)中的磁效应(magneto-electroluminescence,MEL)可作为研究其发光机理的有效手段,对TTA和RISC都有灵敏的指纹响应.本文制备了结构相同的OLEDs,测量了器件的MEL曲线,发现室温下该器件内部既没有发生TTA,也没有发生RISC过程,仅在低温20K且在大电流工作下才能出现TTA过程,采用更低功函数的阴极、对器件阳极进行臭氧O_3处理、甚至呈量级增大器件的注入电流,以有利于TTA过程的实现,但仍未观察到TTA,器件的磁电导实验结果及其理论模拟表明,该体系内部可能发生了三重态激子与空穴极化子的相互作用T_1(↑↑)+P~+(↓)→S_1(↑↓)+P~+(↑),即TPI(triplet-polaron interaction)过程,本研究对理解NPB与TPBi共混器件的发光机制有较好的参考价值.     

反应动力学参数变化对MOVPE生长GaN的反应路径模拟的影响

在金属有机化学气相外延(MOVPE)生长GaN薄膜的反应-输运过程数值模拟中,反应动力学参数(活化能和指前因子)的选取存在很大的不确定性,从而导致不同的气相反应路径和生长速率.本文对前人采用的反应动力学参数的偏差做了归纳总结,讨论了偏差的来源.在此基础上,本文对垂直转盘式MOVPE反应器生长GaN的反应-输运过程进行数值模拟研究.模拟改变不同的反应动力学参数组合,包括加合物的生成和可逆分解的指前因子、加合物不可逆分解生成氨基物的活化能和指前因子以及三聚物生成的指前因子.通过分析主要含Ga物质的摩尔浓度和对应的生长速率的变化,研究上述反应动力学参数变化对GaN生长反应路径的模拟结果的影响.研究的主要结论如下:(1)不同的指前因子和活化能导致不同的反应路径和生长速率的差异,而热解路径比起加合路径能够更有效地提高生长速率.(2)在不考虑三聚物反应时,预测的生长速率值都与实验值接近.原因在于,输运限制的生长速率取决于含Ga粒子的输运速率,不同的反应路径对含Ga粒子的影响此消彼长,但到达衬底的含Ga粒子的总量变化不大,这也很好地解释了不同文献采用不同的动力学参数模拟都与实验基本吻合的原因.(3)改变三聚物反应的指前因子发现,由于热泳力对大分子的排斥作用,三聚物对生长的贡献很小,生成的三聚物越多,与实验的误差越大.模拟结果澄清了前人在模拟MOVPE生长GaN的反应-输运过程中存在的一些问题,并加深了对GaN生长机理的了解.     

微轧制下高碳马氏体钢的超延展性与尺度效应

高碳淬火钢难以在室温下发生塑性变形,人们曾将此现象归因于成分(碳含量过高)和组织(马氏体塑性差),未考虑几何尺寸的影响.为此,本研究在室温下对厚度为400?m的9Si Cr淬火马氏体钢进行微轧制实验,发现微轧制下实验钢的塑性良好,延展率达200%以上,且硬度比淬火态提高了39%.本文对此新发现进行了研究.首先,负辊缝轧制使横向压应力增大,同时由于单位体积的接触表面积变大,而引起纵向压应力和垂直方向压应力同时增大,因而静水压力增加.这些因素有利于抑制轧件边裂、头部劈裂以及轧件内部缺陷生成和扩展,致使塑性改善.这一现象可以用传统理论进行解释,属于第一类尺度效应.其次,由于位错和孔洞一旦到达试样表面就会释放和消失,所以轧件的比表面积越大对提高塑性越有利.因此,比表面积充分大的薄轧件已不能视为均匀连续、各向同性的理想材料,其表面效应属于第二类尺度效应.实验结果表明:长期以来认为高碳马氏体组织塑性差的认识在薄轧件轧制中受到挑战,需要同时考虑两种尺度效应,才能深入认识其力学表现和物理本质.     

梁带村遗址M27出土铜铁复合器的制作技术

陕西韩城梁带村遗址第27号墓(M27)是梁带村两周墓地发现的唯一带有两墓道的大型墓葬, 是陕西地区建国以来发掘的未被盗掘的规模最大的周代墓葬. 墓葬保存完好, 随葬品丰富, 为研究墓葬的年代、墓主身份等级以及诸侯封国史提供了相当珍贵的实物资料. 尤其是该墓出土铁刃铜削和铁刃铜戈两件铁器是自河南三门峡虢国墓地及山西曲沃曲村遗址出土西周末~春秋早期铁器后的中原地区又一批年代最早的铁器, 具有重要学术意义. 本文利用金相组织观察和电子探针分析, 判定两件标本的铁质部分系采用块炼渗碳钢锻打而成, 然后通过铸接将铜质部分与铁质相结合, 加速器质谱碳十四测年为春秋早期. 根据梁带村遗址、三门峡虢国墓地与曲沃曲村遗址的地望, 本文提出等黄河中游的豫陕晋交界地区可能是我国中原冶铁技术起源地, 值得今后的考古学研究中注意.