山西大学资源与环境工程研究所, 国家环境保护废弃资源高效利用重点实验室, 太原 030006
碳酸钙有不同的晶体特征, 使其在各个领域发挥不同的作用, 对碳酸钙晶型、形貌和尺寸的控制是无机材料制备的研究热点。以电石渣为原料制备纳米碳酸钙能够实现变废为宝, 是含钙固废综合利用的研究方向之一。因此在电石渣制备纳米碳酸钙过程中同步实现晶型、形貌的调控, 能够将低附加值的电石渣固废转化为高附加值的纳米碳酸钙产品, 具有良好的环境效应和经济效益。本文总结了电石渣制备纳米碳酸钙的方法, 重点讨论了制备过程中晶型和形貌控制方面的研究进展。结果表明, 在碳酸钙晶体成核和生长的过程中, 控制工艺条件可以通过影响过饱和度进一步实现对晶型和形貌的调控, 且不同种类的添加剂作用机理也不尽相同。热力学、动力学作为控制结晶各过程平衡的基础, 可以用来解释各影响因素的作用机理。
纳米碳酸钙 电石渣 晶型 形貌 可控制备 热力学 动力学 nano calcium carbonate calcium carbide slag crystal structure morphology controllable preparation thermodynamics kinetics
水泥浆粉含有可吸附重金属离子的成分，可作为吸附剂来处理重金属离子废水。本文利用硅酸盐水泥制备了不同水化龄期的水泥浆粉来处理含Pb2+废水，通过X射线衍射仪、同步热分析仪、电感耦合等离子体发射光谱仪等测试方法，研究了水泥浆粉龄期、浆粉用量、Pb2+浓度、pH值、温度、时间对Pb2+去除效果及吸附行为的影响。结果表明，水泥浆粉对废水中的Pb2+去除率普遍大于80%。在35 ℃、pH=2、吸附时间200 min时，0.04 g水灰比为0.50、水化龄期为60 d的水泥浆粉对初始浓度为700 mg/L的Pb2+溶液的Pb2+去除率为96.06%，吸附容量为336.22 mg/g。水泥浆粉对Pb2+的吸附热力学符合Freundlich吸附等温模型，吸附动力学符合拟一级动力学模型。
水泥浆粉 C-S-H凝胶 铅离子废水 吸附 吸附热力学 吸附动力学 cement slurry powder C-S-H gel lead ion wastewater adsorption adsorption thermodynamics adsorption kinetics
1 山东交通学院交通土建工程学院, 济南 250357
2 青岛科技大学化学与分子工程学院, 青岛 266042
利用NaOH、Na2SO4协同碱激发煤矸石(CG)、钢渣(SS)、粉煤灰(FA)制备无水泥可控低强度材料(CLSM)。利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)分析了CLSM的微观结构和相组成。结果表明, Ca/(Ca+Si)的摩尔比与材料的7 d、28 d无侧限抗压强度比值存在线性关系, 当Ca/(Ca+Si)摩尔比大于0.407时, 7 d即可达到28 d无侧限抗压强度的70%以上, 该材料具有早强特性。当粉煤灰质量掺量在40%以下时, CLSM工作性(流动性)满足ACI规范要求, 不同质量配比的SS/FA改变了CLSM体系中反应产物的相组成, 产物中钙矾石与水化硅酸钙(C-S-H)凝胶的密实嵌合结构为材料力学性能提供了微观结构基础。最后, 基于吉布斯自由能最小化方法, 模拟了水化产物中两种晶型水化硅酸钙的生成量。
可控低强度材料 碱激发材料 水化硅酸钙 钙矾石 热力学模型 工业固废 controlled low-strength material alkali-activated material C-S-H ettringite thermodynamics model industrial solid waste
1 河南大学开封市工程修复与材料循环工程技术研究中心, 开封 475004
2 绿色建筑材料国家重点实验室, 北京 100024
建筑工业化的不断推进需要混凝土的强度尽早、尽快形成。相较于传统的蒸汽或蒸压养护, 在水泥基材料中加入一定的成核剂, 除了能够有效促进水化、加速凝结外, 还有助于改善界面结构和提高耐久性, 因而被广泛用于实际工程中, 受到了国内外学者的极大关注。本文对比归纳了无机盐类成核剂、有机物类成核剂、纳米成核剂和复合成核剂的成核作用机理, 详细分析了成核行为的热力学与动力学特性, 概括总结了成核效应的影响因素以及对水泥基材料性能的综合影响。最后探讨了成核剂发展面临的挑战, 并对需进一步研究的可能方向提出了建议, 旨在为水泥基材料成核剂的高效利用与深入研究提供借鉴与参考。
水泥基材料 成核剂 作用机理 热力学 动力学 成核速率 cement-based material nucleating agent mechanism thermodynamics kinetics nucleation rate
中国计量大学 计量测试工程学院, 浙江 杭州 310018
针对水听器的温度稳定性问题, 该文研究了一种压电圆管水听器在环境温度变化时灵敏度的变化规律。通过圆管水听器在低频时自由场电压接收灵敏度计算公式, 分析了温度对水听器的主要影响因素, 并基于热力学理论分析计算了水听器灵敏度随温度的变化规律。实测了一种圆柱形压电陶瓷的电容随温度的变化, 以及该压电陶瓷在不同包覆材料下的电容和灵敏度随温度的变化情况, 并比较分析了其与理论值的差异。结果表明, 水听器灵敏度与温度负相关, 水听器电容与温度正相关, 与理论分析一致。理论值与实际测量值的差异主要是由水听器表面包覆材料本身热膨胀特性及其声阻抗的温度特性导致。
压电陶瓷 圆管 水听器 灵敏度 温度 热力学 piezoelectric ceramics round tube hydrophone sensitivity temperature thermodynamics
利用热管具有高效的导热能力,而半导体制冷具有无噪音、环保、制冷迅速等独特的优点,提出了一种基于热管散热的半导体热电冷水机结构。基于有限时间热力学理论,考虑包括汤姆逊效应在内的各种内部效应,建立了详细的计算模型。分析了关键运行参数和设计参数对装置最优电流和最优性能的影响,并给出了协调最大制冷率和最大制冷系数的最优参数区间。优化结果表明: 当温差为20K、电流为2.5A时,最大制冷率和最大制冷系数分别可达29.49W和1.47,相比于优化前,分别提升了55.3%和47.0%。
热管 热电冷水机 有限时间热力学 最优电流 制冷率 制冷系数 heat pipe thermoelectric chiller finite-time thermodynamics optimal current cooling load COP
量子关联是量子体系区别于经典的重要特征之一, 如何量化与利用量子关联不仅是量子信息论中的核心问题, 也是量子热力学中比较关心的话题。对于经典体系来说, 能量总是自发从高温物体流向低温物体, 即封闭系统的熵只能增加或保持, 永远不会减少, 同时随着时间增加, 能量耗散增加, 但整个体系始终未表现出较强的关联性。在量子体系下, 子系统间往往存在关联, 在此情况下, 上述结论并不总是成立, 甚至由于整体熵值减小导致能量反向流动, 这种非经典的特性表明仅使用冯?诺依曼熵表征系统熵的变化是不完备的, 因此需要对经典热力学第二定律进行完善。基于该定律, 本文研究了在孤立体系下, 量子关联与能量、熵之间的关系, 表明子系统间的量子关联会导致能量反向流动或加速能量正向流动, 可以视为制冷或热加速过程, 初始时不同的关联决定了之后的能量流动情况, 两者高度相关。为了解释这种现象, 引入了相对熵等热力学参量来解释关联对量子系统热力学性质的影响, 结果表明, 当相干项不为零时, 表征系统关联的互信息总是随着演化先降低再增加, 因而导致了与经典不同的特性。基于以上现象, 提出了基于光学体系的实验方案, 用来验证理论的正确性。
量子热力学 量子关联 互信息 制冷 热加速 quantum thermodynamics quantum correlation mutual information cooling thermal acceleration
山东大学信息科学与工程学院, 山东 青岛 266237
在量子热力学的研究中,量子相干扮演着重要的角色。基于本课题组的研究结果,分别从热力学操作与增强热力学操作间的相干鸿沟猜想及关联催化相干放大猜想两个角度,讨论了能级之间的量子相干在热力学中的奇特行为。首先,通过研究单模热力学操作,进一步发掘了相干转化在划分量子热力学操作中的作用。其次,通过研究关联催化协变操作,发现关联催化在含有相干的量子热力学中存在尚未发掘的作用。研究结果对进一步完善量子热力学第二定律具有重要意义。
量子光学 量子信息理论 量子热力学 能级之间的量子相干 热力学操作 非对称性 催化 中国激光
2021, 48(12): 1212003
Author Affiliations
Abstract
1 FZU-Jinjiang Joint Institute of Microelectronics, Jinjiang Science and Education Park, Fuzhou University, Jinjiang 362200, China
2 Department of Physics, City University of Hong Kong, Kowloon Tong, Hong Kong 999077, China
3 State Key Laboratory of Transient Optics and Photonics, Xi'an Institute of Optics and Precision Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Xi'an 710119, China
4 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
5 QXP Technology, Xi'an 710311, China
6 Department of Microelectronics Science and Technology, Qi Shan Campus, Fuzhou University, Fuzhou 350108, China
7 Key Laboratory of Optical Field Manipulation of Zhejiang Province, Department of Physics, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China
Nonlinear high-harmonic generation in micro-resonators is a common technique used to extend the operating range of applications such as self-referencing systems and coherent communications in the visible region. However, the generated high-harmonic emissions are subject to a resonance shift with a change in temperature. We present a comprehensive study of the thermal behavior induced phase mismatch that shows this resonance shift can be compensated by a combination of the linear and nonlinear thermo-optics effects. Using this model, we predict and experimentally demonstrate visible third harmonic modes having temperature dependent wavelength shifts between -2.84 pm/℃ and 2.35 pm/℃ when pumped at the L-band. Besides providing a new way to achieve athermal operation, this also allows one to measure the thermal coefficients and Q-factor of the visible modes. Through steady state analysis, we have also identified the existence of stable athermal third harmonic generation and experimentally demonstrated orthogonally pumped visible third harmonic modes with a temperature dependent wavelength shift of 0.05 pm/℃ over a temperature range of 12 ℃. Our findings promise a configurable and active temperature dependent wavelength shift compensation scheme for highly efficient and precise visible emission generation for potential 2f-3f self-referencing in metrology, biological and chemical sensing applications.
third-harmonic generation thermodynamics micro-resonators Opto-Electronic Advances
2020, 3(12): 12200028
1 中国科学院 宁波材料技术与工程研究所, 先进能源材料工程实验室(筹), 宁波 315201
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 100049
本研究通过使用相图计算(Calculation of Phase Diagrams, 简称CALPHAD)耦合第一性原理计算的方法, 以相图作为判断依据, 探究Ti3AuC2、Ti3IrC2、Ti3ZnC2和Ti2ZnC新型MAX相在不同温度下的热力学稳定性。使用相图计算(CALPHAD)方法建立起研究体系的热力学数据库, 耦合第一性原理得到的新型MAX相生成焓数据, 最终得到包含新型MAX相的三元相图。研究结果表明Ti3AuC2、Ti3IrC2、Ti3ZnC2和Ti2ZnC的MAX相具有很好的热力学稳定性, 与实验结果吻合。本研究为确定新型MAX相的热力学稳定性提供了系统的研究方法, 可应用于指导合成更多未知的MAX相材料。
MAX相 CALPHAD 相图计算 热力学 第一性原理计算 MAX phase CALPHAD calculation of phase diagrams thermodynamics Ab initio calculations
