页岩气多尺度传质特征及过程协调机制研究

页岩气开发过程中的多尺度传质行为显著,综合考虑页岩多尺度孔隙结构、多种气体传输机理和多种微尺度效应,构建了页岩表观等效渗透率数学模型,分析了实际生产过程中的页岩渗透性变化特征,明确了页岩气多尺度传质行为主控因素(气-固系统性质、孔隙类型及连通性、温度压力条件)的影响,提出了页岩气多尺度传质行为评价指标,即孔隙直径介于50~200 nm孔隙所占比例,从介科学的角度形成了页岩气多尺度传质行为评价方法,并结合页岩气开发所面临的主要问题,凝练了页岩气多尺度传质过程协调机制,即降低水相圈闭损害、沟通基质纳米孔及纳米孔扩容、促进解吸-扩散.     

冲击接触加载下材料准纳米磨损机制研究

基于对高能冲击磨损曲线发生转折的研究,提出了一种准纳米磨损机制,该机制的基本特征是：准纳米磨损机制作用下的磨损速率仅为同能量下的剥层磨损机制速率的1/10～1/3;磨屑及表面磨损坑直径约为50～120nm的准纳米尺度.形成准纳米磨损机制的充要条件为：磨损最表面层在高能冲击下已演变成由纳米晶＋非晶组成的纳米结构;接触表面以下的亚表层的剥层磨损裂纹被抑制;磨损裂纹产生于纳米结构中的非晶区而不是纳米晶区.     

调制周期、比沉积温度对ZrB2/W纳米多层膜微结构和机械性能的影响

利用离子束辅助沉积方法(IBAD)在室温和400℃下制备出了单质的ZrB₂和W薄膜以及不同调制周期和调制比的ZrB₂/W纳米超晶格多层膜. 通过XRD, SEM, 表面轮廓仪及纳米力学测试系统研究了沉积温度和调制周期对纳米多层膜生长、织构、界面结构、机械性能的影响. 研究结果表明: 在室温条件下, 调制周期为13 nm时, 多层膜的硬度最高可达23.8 GPa, 而合成中提高沉积温度则有利于提高薄膜的机械性能. 在沉积温度约为400℃时合成的6.7 nm调制周期的ZrB₂/W多层膜, 其硬度和弹性模量分别达到了32.1和399.1 GPa. 同时, 临界载荷也增大到42.8 mN, 且残余应力减小到约?0.7 GPa. 沉积温度的提高不仅使具有超晶格结构的ZrB₂/W纳米多层膜界面发生原子扩散, 增强了沉积原子迁移率, 导致其真实的原子密度提高, 起到位错钉扎的作用, 同时晶粒尺度也被限制在纳米尺度, 这些均对提高薄膜的硬度起到作用.     

含Re镍基单晶高温合金高温低应力蠕变初期γ/γ′界面结构研究

为了深入理解含Re镍基单晶高温合金高温低应力蠕变初期的蠕变行为和强化机制,本文利用电子显微学和能谱学等方法,从介观至原子尺度研究了DD6单晶高温合金在1100℃/140 MPa蠕变15 min后的界面位错组态、界面位错核心结构以及界面位错附近的合金元素分布情况.结果表明蠕变初期合金中的位错密度较低,只在局部形成位错网络,因此蠕变初期γ此蠕变界面形成的V形和台阶状凸起结构数量明显低于稳态蠕变初期(12h)时的,而且台阶状凸起结构(对应a/210160°混合型位错)明显多于V形凸起结构(对应a/2110刃型位错,由位错反应形成).蠕变初期形成的特殊形状的台阶状凸起结构是由于界面位错沿γ/γ′界面运动形成的,而Re等合金元素的共偏聚进一步验证了Re元素偏聚同界面位错的交互作用.     

吸附促进位错发射,运动导致脆性裂纹形核

在透射电子显微镜中原位观察了Ａｌ单晶吸附Ｈｇ原子后加载方前方位错组态的变化以及微裂纹的形核过程。结果表明：液体金属吸附后能促进位错的发射，增殖和运动；     

裂尖前方纳米尺度的微结构及原子象研究

用STM研究了石墨表面微裂纹前方纳米尺度的微结构的特征 .结果表明 ,STM的针尖和样品之间的互作用力能引起空位团的产生和迁移 ,从而导致裂纹扩展 .在加载条件下 ,用AFM研究了云母加载裂尖的微结构和原子排列 .发现云母表面加载裂尖前方存在一个约 1 0nm宽的高畸变区 ,它被一个约 1 1 0nm的异常弹性区所包围 .另外还观察到 ,在高畸变区中存在有许多小空位片 .     

腐蚀促进位错的发出和运动导致应力腐蚀裂纹的形核

利用特殊设计的恒位移装置，可以在透射电子显微镜中原位观察腐蚀前后裂尖前方位错组态的变化以及应力腐蚀裂纹的形核过程，结果表明，黄铜在水中以及Ｔｉ－２４Ａｌ－１１Ｎｂ在甲醇中ＳＣＣ时，在裂纹形核前腐蚀过程能促进位错从裂尖发出，增殖和运动，并形成无位错区，随着腐蚀促进位错从裂尖发出，增殖和运动，并形成无位错区，随着腐蚀促进位错发射和运动的进行，弹性ＤＦＺ不均匀减薄，当某处的应力达到原子键合力时，纳米级的     

Sn及Sn合金的微观断裂行为

微电子系统中互连尺寸的微细化使构成焊点的钎料合金的力学性能成为影响电子封装与组装产品可靠性的关键因素。因此,在微米及纳米尺度深刻掌握Sn基钎料合金的断裂行为对于更好地预测焊点可靠性具有重要意义。本文针对100Sn、63Sn37Pb、96.5Sn3.5Ag三种Sn及Sn合金,在进行力学性能测试和显微组织分析的基础上,考察了Sn及Sn合金在微米尺度上的动态断裂机制,以及纳米尺度上裂纹尖端的真实物理过程,阐述了Sn基体、含铅Sn合金和无铅Sn合金三者互有关联又各有不同的微观断裂行为特征。     

稀相气粒两相流中亚网格尺度涡对颗粒扩散影响的LES／FDF模拟

本文基于颗粒扩散率这一参数,应用LES／FDF模型对稀相气粒两相流中亚网格尺度涡对颗粒湍流扩散的影响进行了数值模拟研究．通过将使用LES／FDF模型得到的模拟结果与不使用LES／FDF模型得出的结果进行对比后,得出：对于小颗粒（小Stokes数颗粒）,大涡结构是影响颗粒空间扩散的主要因素;但是对于中等粒径颗粒和大颗粒,亚网格尺度涡对于颗粒扩散率的影响与大涡处于同一数量级．亚网格尺度涡在大多数情况下会使颗粒扩散率增大,但有时也会降低颗粒扩散率．亚网格尺度下颗粒的扩散率不仅仅取决于亚网格尺度涡的强度和Stokes数,还与流场中的大尺度涡结构有关;对于各向同性湍流中的颗粒,在亚网格尺度涡的作用下,其扩散率随粒径增大而降低．     

微纳米线材多物性参数综合表征系统的研发

微纳米线材具有与宏观材料显著不同的性能,在微纳机电系统传感器和微纳电子器件中有广泛的应用.由于宏观尺度下的测量方法难以适用于纳米尺度材料物性的表征,研发表征微纳米线材物性参数的方法和技术越来越引起广泛关注.本文开发了一套综合测量微纳米线材热物性、电物性和热电转换性能的高集成表征系统,能够实现对微纳米线材在40~500 K范围内的精确综合测量,可测量的物性包括电导率、电阻温度系数、热导率、热扩散率、比热、吸热系数、塞贝克系数和优值系数.针对上述系统,本文进行了不确定度分析,且对已知物性参数的铂(99.95%Platinum)和康铜(Constantan,60%Cu 40%Ni)细线进行了测量和对比,校验了本系统的测量精度.本文研发的表征系统填补了国际上纳米线材多物性参数测量系统的空白.