针对有机污染物和无机金属离子复合地下水污染源的阻截问题, 本文提出了一种以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为改性剂的地质聚合物阻截墙材料设计方法, 并研究了改性剂掺加量对地质聚合物渗透系数、兼容性能、吸附能力及抗压强度的影响。结果表明: 改性地质聚合物在保持良好渗透系数、兼容性能及抗压强度的前提下, 对苯酚-六价铬复合地下水污染源表现出较高的吸附能力, 可作为一种经济有效的阻截墙材料; 当水玻璃掺量为8%(质量分数)、水玻璃模数为1.0、水灰比为0.30、CTAB掺加量为2.0%(质量分数)时, 样品渗透系数为4.61×10-8 cm/s, 抗压强度为6.25 MPa, 对苯酚和Cr(VI)的去除率可分别达57.51%和28.18%。此外, 随CTAB掺加量增大, 改性地质聚合物渗透系数、吸附能力呈上升趋势, 抗压强度则呈下降趋势, 试块表观均未出现劣化现象。

为了揭示砂浆的水分传输机制, 构建了细骨料-界面过渡区-水泥浆体的砂浆三相模型, 采用部分反弹格子Boltzmann方法模拟了水分在砂浆内部的传输过程, 研究了骨料体积分数、界面过渡区厚度及孔隙结构对砂浆水分渗透系数的影响。结果表明: 当界面过渡区厚度较小、孔隙率较低时, 砂浆的水分渗透系数随骨料含量的增大而降低且始终低于水泥浆体的水分渗透系数; 当界面过渡区厚度增至150 μm或有效孔隙率超过水泥基体2倍时, 砂浆的水分渗透系数会接近甚至超过水泥浆体的水分渗透系数。界面过渡区效应、骨料稀释作用以及迂曲传输路径的相互竞争是产生上述现象的根本原因。

为提高土-膨润土(SB)隔离屏障的渗透性及其对苯酚的吸附效果, 制备一种聚丙烯酰胺改良土-膨润土(PSB)。研究聚丙烯酰胺掺量、苯酚浓度、干湿作用、冻融作用对PSB隔离屏障渗透系数的影响及对苯酚的吸附效果, 并从微观层次揭示其作用机理。结果表明: 苯酚浓度对PSB隔离屏障渗透系数没有影响; 干湿作用下PSB隔离屏障渗透系数增加但仍保持在同一个数量级, 而冻融作用下隔离屏障渗透系数增大1~2个数量级; 聚丙烯酰胺可使干湿、冻融作用下隔离屏障的渗透系数有所降低,即可有效抑制干湿、冻融的破坏作用; 掺加0.7%(质量分数)聚丙烯酰胺的PSB隔离屏障对苯酚的吸附率可达69%以上, 相比SB隔离屏障吸附率约提高50%, 且随着苯酚污染液浓度增加, 吸附率逐渐提高。该研究可为苯酚污染的隔离与封闭提供理论依据与参数支持。

研究脉冲超声强度为0~0.8 W/cm²时的不同强度超声对在体的人皮肤中甘油溶液的渗透性和光穿透深度的影响。实验采用光学相干断层扫描（OCT）成像技术做定量连续的测量。研究结果表明，脉冲超声强度为0~0.8 W/cm²时，超声具有加速甘油溶液渗透、增强光穿透皮肤的能力，且皮肤的光透明效果随超声强度的增加而增大。以仅施加甘油溶液的样品为对照组，而施加超声作用及甘油溶液的样品为实验组。实验组和对照组的比较结果表明，在分别经超声强度为0.2，0.4，0.6，0.8 W/cm²的超声处理的人体皮肤中，15%甘油的平均渗透系数与仅施加15%甘油处理的人体皮肤相比分别增加了2.6%，9.5%，14.7%，19.8%。脉冲超声处理的30%甘油在人体皮肤中的渗透系数分别高于仅施加30%甘油处理的对照组3.7%，12%，16.7%，22.2%。结论表明，应用强度为0.2~0.8 W/cm²的超声，甘油的平均渗透系数随超声强度的增加而增加。

为提高多孔质材料渗透系数的理论计算精度, 本文基于分形理论建立了渗透系数求解模型, 并基于图像处理优化了分形维数的求解方法。首先, 利用扫描电子显微镜拍取4种多孔材料表面图像后, 使用盒维法求解分形维数并研究多孔材料图像大小和放大倍数对分形维数求解准确性的影响。其次, 基于气体Darcy定律、分形理论及修正的Hagen-Poiseulle气体方程建立了无修正系数的渗透系数求解方程, 从而完善了多孔材料分形理论计算公式。最后搭建渗透系数测量平台, 基于流动状态的判定结果, 验证了理论推导的正确性。结果表明: 图像越大、放大倍数越低, 分形维数越趋近于真实值; 通过建立材料的最大孔径、最小孔径、迂曲度及分形维数与渗透系数间的无经验参数的理论关系, 可使渗透系数理论计算值更加准确。通过对比渗透系数理论计算值及实验值可知, 误差值为5%～8%, 满足材料渗透系数测量的误差要求。本文研究为材料渗透系数的准确获取提供了新的途径。

以空心玻璃微球为研究对象,利用高压充气系统充气,测量了不同条件下玻璃微球对氘气在室温条件下的气体渗透系数.研究结果表明:微球的壁厚对气体渗透系数影响较大,2 μm以上厚壁球的气体渗透系数约5.0×10-22 mol·m-1·s-1·Pa-1,而壁厚小于1 μm时,渗透系数约1.56×10-20 mol·m-1·s-1·Pa-1,两者相差30倍.预充气挑选工艺对微球的气体渗透系数也产生一定影响,对于薄壁空心玻璃微球一次充放气气体渗透系数增加约50%,两次充放气则增大一倍左右.对上述影响因素进行了初步的探讨,气体渗透系数改变的主要原因是玻璃微球表面的结构裂纹、空位和缺陷.

为了提高激光靶丸的阻气性能,用戊二醛对阻气层材料聚乙烯醇进行交联改性.在17份完全相同的10 mL质量分数3%的聚乙烯醇(PVA)和20 μL浓盐酸混合溶液中,分别加入从300 μL到1 700 μL的戊二醛(GA),交联反应后,测量缩醛膜的阻气性能,并计算渗透系数. 结果表明,随着缩醛膜中戊二醛含量的增加,缩醛膜渗透系数的变化规律是:从减小到增加到不变再到增加;当戊二醛的含量是800 μL时,缩醛膜的渗透系数最小,阻气性能最好.

以ICF实验塑料靶丸保气的需求为背景,研究了水蒸气在低压等离子体聚合碳氢(CH)膜、聚乙烯醇(PVA)膜、聚苯乙烯( PS)膜中的扩散渗透行为.根据实验数据,算出在40℃ 90%相对湿度下,水蒸气在三种样品膜中的渗透系数分别为1.906×10^-13,5.950×10^-15,3.342×10^-14 mol·m/(m²·s·Pa),并借助多层复合膜模型的近似算法,算出在40 ℃ 90%相对湿度的外界环境下,类似多层塑料微球结构的三层复合膜中,PVA阻气层所处环境的相对湿度为53.06%,推导出PVA所处环境的相对湿度与外层CH层厚度的关系式.研究表明:CH烧蚀层越厚,PVA所处环境的相对湿度越小,保气性能越好.

采用XRD测定了PVA薄膜在不同热处理条件下的结晶度,并用自行设计的渗氢系数测量系统研究了在不同热处理条件下的PVA薄膜阻氢性能的变化规律.结果表明,PVA薄膜的热处理温度越高,其结晶度越高,越有利于提高PVA薄膜的阻氢性能,但热处理温度宜选择在180℃以下,以防止PVA薄膜热降解,另一方面,在PVA的玻璃化转变温度以下进行热处理同样能够提高PVA薄膜的阻氢性能,而醇解度较低的PVA薄膜在玻璃化转变温度以下经热处理后的阻氢性能提高的幅度较大.

间接驱动内爆靶丸由外层CH涂层,内层玻璃球壳和内部充入的气体组成.当玻璃球外涂CH后,球内的气体只能抽检而没有无损测量方法.在大量实验和数据基础上,研究了液滴法制备空心玻璃微球气体渗透系数的差异和分布,利用数理统计方法对实验数据进行了分析和处理,计算了空心玻璃微球对氘气渗透系数的误差,微球预充气挑选方案产生的误差及分布.最后根据现在的抽样测量方案计算了误判的概率.