钕铁硼高压物态方程的理论计算

根据混合物体积相加原理，由已知单质组分铁和钕（摩尔比分别为72.32%和26.68%）的Hugoniot数据计算出强磁材料钕铁硼在19 GPa～78 GPa压力范围内的状态方程.计算结果表明，理论计算结果与冲击压缩实验数据符合得很好.D-u关系的平均计算误差为±2.30%，P-V关系的平均计算误差为±9.12%.这表明本文基于Gruneisen模型导出的计算方法，在给定压力区间对钕铁硼这类金属间化合物是适用的；并且有理由预言该算法也适用于其它固体混合物及化合物的高压物态方程研究.     

难熔金属钽、钼、钨的高温高压状态方程及声速的第一性原理研究

难熔金属的高压熔化曲线在动-静高压实验之间存在巨大争议,而在发生冲击熔化之前是否存在固-固相变是目前的研究热点问题.本文以3种典型难熔金属钽、钼、钨为例,通过第一性原理晶格动力学方法,计算了钽、钼、钨的声子色散曲线.采用准谐近似的方法,获得了Hugoniot状态方程以及Hugoniot声速.对于钽和钨的声速计算表明,其基态体心立方结构在高压下一直保持其稳定性;而钼的晶格动力学计算表明其基态结构的稳定性在高压下消失,而钼的Hugoniot声速在175–275GPa区域内发生了拐折,这一结果证实了冲击波实验中对于钼的声速测量的结果:在210GPa压力附近声速发生间断.     

稠密氩等离子体Hugoniot物态方程的研究

采用平面冲击压缩方法产生密度和温度都均匀的氩等离子体,根据辐射高温计记录和飞片速度的测定,通过阻抗匹配方法确定氩等离子体的Hugoniot物态方程,等离子体的温度为1．4－2．2eV,密度为0．0083－0．015g/cm^3。应用Saha模型加Debye-Huckel修正,计算了等离子体的Hugoniot物态方程。测量值和理论计算结果符合较好,说明Saha模型加Debye-Huckel修正能较好地描述该热力学条件下氩等离子体的热力学行为。     

液态饱和烷烃的高密度特性研究

根据碳氢化合物在高温高压下完全分解成固体碳(主要是金刚石)和凝聚态分子氢的假设和Gruneisen经验方程,借助已有的碳氢化合物Hugoniot数据,对6种氢-碳原子比不小于2(H:C≥2:1)的液态饱和烷烃(己烷,庚烷,癸烷,十三烷,十四烷和十六烷)进行了高压物性理论研究.在计算中,设定的条件是,最高冲击压力为42.5GPa.结果表明,在零温下对任意给定的压力,当这些烷烃的比体积值与对应的Gruneisen系数之比为常数时,也近似等于其氢和碳原子量的加权和.所得到的理论与实验Hugoniot之间的一致性     

强冲击载荷下氧化铝陶瓷破坏特性的数值模拟及实验研究

利用一级轻气炮对氧化铝陶瓷靶板进行平板撞击实验,采用VISAR测量系统获得了陶瓷试件自由面运动速度历史和Hugoniot弹性极限;拉氏实验中采用锰铜压阻传感器测量得到靶板内的应力时间曲线;结合实验数据,得到了压力（应力）比容关系,拟合了氧化铝陶瓷Hugoniot曲线;Hugoniot曲线在在低压下具有典型的弹塑性形变过程,高压下才进入类流体形变过程,低压区与高压区的转折点大约在11.4GPa.利用非线性动力学有限元软件建立计算模型,选用合适的模型参数,模拟了陶瓷靶在高速冲击下的动态破坏过程,给出了不同时刻靶板的变形特征和不同冲击速度下靶板内的应力波形曲线,与实验曲线有较好的一致性;并分析了碰撞过程中陶瓷靶的破坏形态及其破坏机理.     

用米埃-格临爱森模型计算苯的高压物态方程

采用简化模型，假定高压下冲击产物全部转变成金刚石和原子氢，计算了苯的理论物态方程。理论羽贡纽曲线与实验结果在高压段较为符合。分析了模型的局限性。从结果分析推断在40GPa以上，产物中石墨相全部转变成金刚石。     

高温高密度氦的物态方程及相互作用势

基于热力学统计方法,用改进的分子流体微扰变分统计理论,考虑体系的低温量子力学效应,计算了高密度液氦在0．7～108GPa压力范围内的物态方程．计算结果与实验数据符合较好．结果表明,α=13．1的EXP-6势比其他势更能精确地描述氦原子间的相互作用;另外,将该势函数与其他势函数的差异进行了比较和分析．     

多次冲击压缩条件下一氧化碳分子流体的状态方程

本文运用分子流体微扰变分理论和碳的物态方程,计算“铝基板/液态CO/蓝宝石”组合靶条件下CO依次经历第一、二、及三次冲击压缩的热力学状态参量.在考虑CO发生分解反应时,产物中碳的性质分别采用固态金刚石、固态石墨及液态碳三种不同情况描述.理论计算结果与实验数据对比发现,二者之间存在明显偏差.因此本文认为,在多次冲击实验中碳产物的状态可能与现有三相碳物态方程存在较大差异,而如何描述CO的化学和物理变化过程还需要更深入研究.     

流体模型假定下无氧铜等熵卸载线的计算与分析

等熵卸载线的研究对物态方程、冲击波在自由面的卸载等问题有重要的意义.基于流体模型假定下推导等熵线的方法,计算得到了无氧铜分别以线性和二次Hugoniot关系为参考的等熵卸载线.在P-u图中,随着初始卸载压力增大,两条等熵卸载线间偏离逐渐变大,等熵卸载线与镜像的Hugoniot线逐渐出现较大的偏离.通过与无氧铜向空气卸载实验的数据比较,采用二次Hugoniot关系为参考得到的等熵卸载线与实验结果更相符,并且自由面卸载过程近似为等熵过程分析是合理的.压力大于180GPa时,用自由面速度的1/2近似得到粒子速度的误差达5%以上,实验中试图通过测量自由面速度得到粒子速度时必须做相应的计算修正.      

TiN在高压下结构稳定性的研究

本实验利用金刚石压砧和同步辐射X衍射技术对TiN在高压下的行为进行了研究．通过实验获得的数据分析了TiN体积压缩曲线．结果表明：在0．45．4GPa的压力范围内,TiN样品的体积随着压强的增加曲线变化比较平滑,TiN没有发生相变．同时,通过三阶的Birch-Murnaghan状态方程,得出了TiN样品在相应的静水压下的体弹模量为B0=195＝4．6GPa,一阶导数B’0固定为4．     

液态CO2前置压裂地面管线堵塞模拟及抑制方法

应用自制管道流动安全可视化评价装置模拟液态CO2前置压裂管线或放空阀门附近水合物及干冰生成过程,结合CO2相态预测,明确液态CO2前置压裂地面管线潜在堵塞类型及因素,优选适应液态CO2前置压裂的管线堵塞物抑制剂,并通过数值模拟方法考察地面管线中堵塞物抑制剂驱替液态CO2过程,改进液态CO2前置压裂泵注流程。结果表明:地面管线压力为3.0 MPa时,液态CO2直接放空会在阀门及附近管线中形成干冰;当液态CO2泵注结束后连续注入水基压裂液时,潜在堵塞物为水基压裂液结冰及少量CO2水合物形成的混合物;优选的堵塞物抑制剂冰点低于-30℃,与水基压裂液及液态CO2配伍良好;通过向地面压裂管线泵注0.53 m^3堵塞物抑制剂循环约1 min驱替残余液态CO2,管线温度可迅速恢复至0℃以上;矿场应用表明,一套压裂机组即可实现液态CO2与水基压裂液连续泵注,施工过程未出现管线及阀门堵塞,施工时间由3~4 d缩短至0.5 d,降低了液态CO2前置压裂施工风险。     

液H2O冲击压缩特性的理论计算

用修正的WCA状态方程和Ross变分微扰理论计算了液H2O冲击压缩曲线,在计算体系分子间相互作用势时,选择了EXP-6有效两体势模型;而液H2O势参数的选取较之相关作者研究的取值较为合理．计算结果表明,冲击Hugoniot曲线和温度的关系与Mitchell和Nellis以及Lyzenga等的实验数据符合较好。     

冲击压缩下钙钛矿顽火辉石的Grüneisen参数、冲击波温度及相稳定性研究

由两组不同初始密度的钙钛矿顽火辉石(Mg,Fe)SiO3Hugoniot实验数据,直接导出新的钙钛矿顽火辉石(Mg,Fe)SiO3重要的地学及高压物理参数之一——Grüneisen参数γ,得γ0值为1.68,q值为1.34(γ=γ0(ρ0/ρ)q),并由新的Grüneisen参数合理地计算了顽火辉石(Mg,Fe)SiO3Hugoniot实验数据所对应的冲击波温度.通过对计算的p-T曲线与由静压实验数据推论出的钙钛矿到后钙钛矿相边界线对比分析,结果表明在顽火辉石(Mg,Fe)SiO3 Hugoniot实验数据中,冲击压力为120 GPa以上时(相当于下地幔D″层的压力)密度发生的系统性跳跃(增大了1.5%)是由实验误差引起的,而不是钙钛矿到后钙钛矿相变所致.     

熔铁催化剂对费托合成反应的催化特性研究

通过对某工业熔铁催化剂的分析,发现该催化剂的物相主要为Wusite-FeO和C-Carbon。考察了该催化剂在固定床积分反应器中费托合成反应。研究了不同温度,H2/CO进料摩尔比和空间速度下该催化剂的催化特性。发现当压力2．5Mpa,空速1600h^-1,H2／CO进料摩尔比为3／2,温度260～300℃时,随温度的升高,CO、H2的转化率和CH4的选择性增大,而CO2选择性减小;温度290℃,压力2．5Mpa,空速1600h^-1,H2／CO进料摩尔比在0．5～1．5时,随H2／CO进料比增加,CO转化率,H2／CO摩尔利用比和CH4选择性都增加,但H2转化率和CO2选择性减小;空速对该熔铁催化剂的催化特性的影响不显著。     

[Fe（CO）3（MePhPpy）2（MCl2）]（M=Zn，Cd，ng）的Fe-M相互作用及其对^31P化学位移影响的研究

应用密度泛函DFT理论PBE0方法对单核配合物[Fe（CO）3（MePhPpy）2]1、双核配合物[Fe（CO）3（MePhPpy）2（MCl2）]（2：M=Zn,3：M=Cd,4：M=Hg）和[Fe（CO）3（MePhPpy）2（HgCl2）2]5的结构进行了理论计算,研究了双核配合物中金属-金属间相互作用及其对^31P化学位移的影响．结果表明：（1）配合物2—4的稳定性为2〉4〉3．（2）Fe—M相互作用的强弱顺序为2≈3〈4．（3）NBO分析得到Fe—M相互作用主要表现为σFe-p→nM和σFe-c→nM的电荷转移作用,而N—M的相互作用以nN→nM离域作用为主．（4）用DFT—PBE0-GIAO方法计算1,3,5的”P化学位移值与实验值较接近,并预测了2和4的”P化学位移分别为61．66和56．49．（5）形成双核配合物后,σFe-c→σFe-p离域增大,而σFe-p→σFe-c减小,使得P原子核所受的屏蔽作用比1的大,故双核配合物的31P化学位移比单核配合物的小．     

高压撞击下E36船用钢的动态响应研究

针对船用钢材料在超高应变率下的动态响应机制及变形强化机理尚不明确的技术基础问题，通过一维平板撞击试验测得了10，20及30 GPa撞击压力下E36船用钢的自由表面速率?时间曲线，计算得到了E36船用钢的Hugoniot弹性极限和层裂强度，利用ANSYS软件模拟了不同撞击压力下的温度场；并采用SEM、TEM等技术研究了E36船用钢在高压撞击下的损伤演化规律和变形强化机理. 试验结果表明:不同撞击压力下材料均发生了层裂，毁伤机理为微孔和微裂纹形核、长大和聚合；随着撞击压力的增加，E36船用钢的Hugoniot 弹性极限变化不大，层裂强度逐渐增加，相变强化、位错强化和孪晶强化是E36船用钢在高压、高应变率下的主要强化机制.      

高压方法合成α″-Fe16N2

用同步还原氮化技术制备的Fe、Fe4N混合纳米颗粒和Fe／Fe4N核壳复合纳米颗粒分别作为前驱体，再经高压加温后合成了含有高饱和磁化强度的α″-Fe16N2相，采用X-射线衍射仪(XRD)表征样品的结构，研究了高压下温度及前驱体对合成α″-Fe16N2相的影响，其磁性用振动样品磁强计(LakeShore VSM)在室温下进行测量，实验结果表明：混合的Fe-Fe4N纳米颗粒和复合的核壳结构Fe／Fe4N颗粒在高压下均有可能发生相变，压力为6GPa时，当温度在400℃、500℃Fe和Fe4N仅仅发生晶粒细化，没有相变；当温度高于600℃时，可使Fe和Fe4N两相之间发生固相反应，产生了α″-Fe16N2等新的相．但用混合的Fe-Fe4N作为前驱体时会发生氧化，而高压复合的Fe／Fe4N前驱体则不会发生氧化．采取不同的氮化时间，可获得不同比例的α-Fe/γ′-Fe4N前驱体，在高温高压作用下可得到不同含量的α″-Fe16N2。本对实验结果也进行了初步解释。     

MgO高温高压下的P-V-T关系

本文利用分子动力学方法和有效经验对势模型对MgO高温高压下的物态方程进行了研究,发现分子动力学方法得到的MgO岩盐结构的摩尔体积(温度范围:300-2000 K,压力范围:0～100 GPa)和实验结果吻合;另外,基于势模型的可靠性预测了300-2000K和0～100 GPa的温压范围内MgO岩盐结构的P-V-T关系,并对两种势模型计算结果进行了比较研究.计算得到的高温高压下MgO物态方程在地球物理学具有重要的参考价值.     

Al2O3陶瓷的动态响应特性及Hugoniot本构关系研究

利用VISAR系统测量技术和Lagrange测量技术,研究YB AD90陶瓷的动态响应特性,给出了该材料的Hugoniot弹性极限σHEL,动态屈服强度及各实验点的Hugoniot状态量。结果表明:YB AD90陶瓷的Hugoniot形变过程是一个典型的弹塑性形变过程;当冲击应力在σHEL为11.0GPa附近的范围内,此材料在塑性区的压缩特性表现出较明显的弥散行为。由实验结果拟合得到了材料的应力σ和比容V关系的拟合曲线及一个比较简单的应力σ和比容V的Hugoniot动态本构关系。     

氢氧化钠的高压拉曼散射研究

采用金刚石对顶砧装置,利用原位高压拉曼散射技术对氢氧化钠(NaOH)进行了系统的高压实验研究.实验所达到的最高压力约为40 GPa,测量的波数范围为55～4 000 cm~(-1).在压力研究的范围内,NaOH于0. 9 GPa时发生了一次结构相变,为正交晶体结构(α)到NiAs结构(γ)的转变.压力继续升高至最高压力约40 GPa范围内,再无相变发生.利用MS中的CESTEP模块对NaOH常压相和高压相的拉曼光谱进行了理论计算,并对两种结构的振动模式进行了指认.