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基于SiGe材料的热电器件输出性能仿真计算分析

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稀有金属 2024年第3期48卷 378-387页

作者：赵明孙陆军黄望哩肖尊奇姜志忠中国科学院合肥物质科学研究院核能安全技术研究所安徽合肥230031 中国科学技术大学研究生院科学岛分院安徽合肥230026

近年来,高温热电材料SiGe合金的制备工艺不断优化,其热电优值得到不断提升,作为温差发电器件材料在未来深空探测装备发电应用中展现出巨大的应用价值。基于目前研究发展的SiGe合金,在考虑接触电阻与热阻的基础上,利用ANSYS软件构建了平... 详细信息

近年来,高温热电材料SiGe合金的制备工艺不断优化,其热电优值得到不断提升,作为温差发电器件材料在未来深空探测装备发电应用中展现出巨大的应用价值。基于目前研究发展的SiGe合金,在考虑接触电阻与热阻的基础上,利用ANSYS软件构建了平面型SiGe热电器件的仿真模型,分析电极厚度、电偶臂间距、电偶臂结构、热损和热端温度变化对器件输出性能影响。结果表明,器件开路电压和最大输出功率分别为0.315 V和0.56 W,与器件实验结果的误差均小于5%,模型具有较好的计算精度。减小热端SiMo电极厚度和电偶臂间距有效提高了器件输出性能,当器件电极厚度为1 mm,电偶臂间距为3 mm时,输出功率和热电效率达0.85 W和6.80%。结构设计发现,当n型和p型电偶臂横截面积比为0.90时,输出功率获得最大值;面积比为1.10时,转换效率获得最大值。器件与环境之间换热系数的增大有利于输出功率的提高,但转换效率大幅降低。器件输出性能变化相对热端温度变化具有滞后性,温度阶跃变化之后重新达到稳态所需要的时间为0.048 s,大于温度线性变化重新达到稳态所需要的时间0.022 s。研究结果可为后续器件的加工制备提供理论指导。

关键词： SiGe 热电器件数值模拟输出性能

晶界特征分布对15-15Ti钢在液态铅铋合金中溶解腐蚀行为的影响

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热加工工艺 2023年

作者：卫捷罗林黄群英夏爽姜志忠肖尊奇刘静中国科学院合肥物质科学研究院核能安全技术研究所中国科学技术大学上海大学材料研究所

为了评估晶界特征分布对15-15Ti奥氏体不锈钢抗液态铅铋溶解腐蚀行为的影响，开展了固溶退火态（SA）和晶界工程（GBE）试样在500℃、10-8wt%氧浓度条件下静态铅铋中2200 h的腐蚀试验。结果表明：SA试样与GBE试样表面均有大量铅铋沿随... 详细信息

为了评估晶界特征分布对15-15Ti奥氏体不锈钢抗液态铅铋溶解腐蚀行为的影响，开展了固溶退火态（SA）和晶界工程（GBE）试样在500℃、10-8wt%氧浓度条件下静态铅铋中2200 h的腐蚀试验。结果表明：SA试样与GBE试样表面均有大量铅铋沿随机晶界渗透入基体中，呈现出典型的溶解腐蚀形貌，并在Σ3晶界处被抑制或绕过Σ3晶界，起到了一定的抑制作用；Ni、Cr元素明显溶解并发生铁素体相变。SA试样表面有大量晶粒脱落现象，铅铋渗透深度小于GBE试样的渗透深度，但大于GBE试样的失重与减薄量。GBE试样中Σ3等重合位置点阵（CSL）晶界的比例高于SA试样的比例，打断了随机晶界网络的连通性。

关键词：铅铋共晶 15-15Ti 晶界特征分布溶解腐蚀 CSL晶界

316L钢表面LZS/CMAS玻璃陶瓷梯度涂层残余热应力有限元分析

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热加工工艺 2023年第14期52卷 103-107,113页

作者：万毅肖尊奇黄群英罗林姜志忠安徽大学物质科学与信息技术研究院安徽合肥230601 中国科学院合肥物质科学研究院核能安全技术研究所安徽合肥230031

基于玻璃陶瓷具有良好的高温稳定性、抗腐蚀性和耐磨性等特点,设计了Li_(2)O-ZnO-SiO_(2)/CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)玻璃陶瓷梯度材料涂层以提高铅基反应堆泵叶轮用316L钢抗铅铋冲刷腐蚀的能力,并延长其服役时间。采用有限元软件ANS... 详细信息

基于玻璃陶瓷具有良好的高温稳定性、抗腐蚀性和耐磨性等特点,设计了Li_(2)O-ZnO-SiO_(2)/CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)玻璃陶瓷梯度材料涂层以提高铅基反应堆泵叶轮用316L钢抗铅铋冲刷腐蚀的能力,并延长其服役时间。采用有限元软件ANSYS,分析了梯度涂层层数N、厚度H和层间Li_(2)O-ZnO-SiO_(2)/CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)成分分布指数p对涂层与基体界应力的影响及规律,并与单层涂层的残余热应力进行了对比分析。结果表明:梯度涂层对缓和残余热应力效果较为明显;当取梯度层层数N=3、涂层厚度H=0.6 mm、成分分布指数p=0.6时,残余热应力缓和效果较优。此模拟分析结果可为该涂层的优化设计提供理论指导。

关键词：铅冷快堆梯度涂层残余热应力有限元分析

拉应力对马氏体钢T91在氧控铅铋环境中腐蚀行为的影响

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拉应力对马氏体钢T91在氧控铅铋环境中腐蚀行为的影响

第十一届全国腐蚀与防护大会

作者：罗林肖尊奇姜志忠刘静中国科学院合肥物质科学研究院

以铅铋共晶合金(Lead Bismuth Eutectic,LBE)为冷却剂的铅铋冷却反应堆在安全性、小型化和可持续性方面具有显著优势,是第四代先进核能系统中最有前景的几种堆型之一。目前铁素体钢/马氏体钢(T91、HT9、EP823等)是铅铋冷却反应堆主要候... 详细信息

以铅铋共晶合金(Lead Bismuth Eutectic,LBE)为冷却剂的铅铋冷却反应堆在安全性、小型化和可持续性方面具有显著优势,是第四代先进核能系统中最有前景的几种堆型之一。目前铁素体钢/马氏体钢(T91、HT9、EP823等)是铅铋冷却反应堆主要候选结构材料之一。由于钢铁主要组成元素在高温液态LBE中的溶解度高,导致LBE高温下对钢铁有强的腐蚀性,进而劣化力学性能,使其加速损伤和提前失效,这是目前制约铅铋冷却反应堆发展的关键科学问题之一。在铅铋环境中,氧控技术是一种抑制钢铁腐蚀的有效措施。当氧含量处于合适水平时,钢铁材料表面会形成保护性氧化膜,将钢铁与LBE隔开,既抑制钢铁元素的溶解,又减弱LBE对钢铁力学性能的影响。但是,钢铁在服役过程中会受到工作负载、热循环等导致的外应力作用。这些外应力的存在会影响钢铁在LBE中的腐蚀行为,如影响氧化膜的生长或导致保护性氧化膜失效。因此有必要开展施加外应力条件下结构材料在LBE中的腐蚀研究。本文采用自主研制的液态金属环境慢速率拉伸实验机,研究不同拉应力水平对马氏体钢T91在氧控铅铋环境腐蚀行为的影响。铅铋合金的温度为550℃,氧浓度为10-6wt%,拉应力范围为0-180MPa,拉应力持续时间为500小时。测试样品为小锥度圆锥体试样,其能够在单一试样上提供一系列连续变化的应力值,从而可以快速地获得不同应力下的一些应力腐蚀行为。实验结果表明,尖晶石层和内氧化层始终存在,其中尖晶石层由于Cr富集度不同而呈现出两层亚结构。磁铁矿层在拉应力作用下出现严重的脱落,且随着应力的增加,脱落面积显著增加。各氧化层厚度随应力增加而增加,但增厚速率不断降低。接近180MPa时,只有很少的FeO存留在样品表面,尖晶石层外亚层呈条带状开裂,部分外亚层脱落,将下面的内亚层暴露出来。外亚层的裂纹呈现细长直线状,与加载轴方向成60.0±3.0°,其上下偏差范围6°与样品的锥度角一致。这表明上述裂纹的产生很可能与外加拉应力和锥度角有关。裂纹萌生在外亚层表面,并向内扩展,依次穿过外亚层、内亚层和内部氧化区,延伸至基体,其中部分裂纹在内外亚层界面呈现台阶状形貌。一个模型被提出来解释外亚层的脱落。该模型认为LBE沿裂纹和台阶的渗透,导致内外亚层间失去结合的区域增加,进而导致部分外亚层脱落。

关键词：应力腐蚀铅铋氧化膜开裂脱落

T91和316L在液态铅铋合金中的应力腐蚀行为研究

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T91和316L在液态铅铋合金中的应力腐蚀行为研究

第十一届全国腐蚀与防护大会

作者：刘静罗林肖尊奇姜志忠中科院合肥物质科学研究院核能安全技术研究所

铅铋共晶合金(简称"铅铋合金")因其在热物理性能、中子经济性能及安全性等方面的优势成为第四代核能系统铅基反应堆的主要候选冷却剂材料。马氏体钢T91和奥氏体钢316L是铅基反应堆包壳管、换热器、主容器等重要部件的候选结构材料。然而... 详细信息

铅铋共晶合金(简称"铅铋合金")因其在热物理性能、中子经济性能及安全性等方面的优势成为第四代核能系统铅基反应堆的主要候选冷却剂材料。马氏体钢T91和奥氏体钢316L是铅基反应堆包壳管、换热器、主容器等重要部件的候选结构材料。然而,在应力及铅铋合金的协同作用下,结构材料将有发生液态金属脆化(Liquid Metal Embrittlement,LME)效应的可能性,会造成结构材料韧性的明显降低而严重影响反应堆的运行安全。为了评估两种结构材料在铅铋合金中的脆化敏感性,采用慢速率拉伸和恒应变方式研究了T91和316L钢在铅铋合金中的应力腐蚀行为。1)在慢拉伸条件下,两种材料的拉伸性能在不同温度范围(200～450℃)的氧饱和铅铋合金和惰性气氛环境中对比无明显变化;而当在不同氧浓度的铅铋合金钻中预腐蚀后再进行拉伸测试,T91钢表现出明显脆化现象,其在氧浓度为10wt%和10wt%的铅铋合金环境中充分润湿后的无表面刻痕T91试样总延伸率分别降低了15%和25%,且表面刻痕会加重预腐蚀试样的脆化,带有表面刻痕的试样总延伸率降低约40%,断面出现类似疲劳的"辉纹"形貌;而预腐蚀后,316L钢未表现出明显脆化现象。2)恒应变条件下,无论是在氧饱和(～5×10wt%)还是低氧(～10wt%)的铅铋合金中,T91和316L钢均未产生应力腐蚀开裂现象,一方面可能是由于钢表面生成了具有保护性的氧化层,阻碍了固-液的接触;另一方面是由于加载的应力在较小,未能使材料产生塑性变形,脆化的产生条件不满足;但氧饱和条件下,应力明显加速了T91钢的氧化进程。上述研究表明,T91钢在铅铋合金中的脆化现象比316L更敏感,固-液润湿对T91在铅铋合金中的脆化具有关键作用;在固-液润湿的前提下,表面缺陷会加速材料的脆化现象。当加载力仅使材料发生弹性变形时,无液态金属脆化现象发生。

关键词：铅铋合金应力腐蚀液态金属脆化 T91 316L

难熔金属在1000℃液态铅中的腐蚀行为研究

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难熔金属在1000℃液态铅中的腐蚀行为研究

第十一届全国腐蚀与防护大会

作者：肖尊奇罗林刘静姜志忠中国科学院合肥物质科学研究院

以液态铅或铅铋共晶合金作为冷却剂的铅基反应堆在安全性、小型化和可持续性等方面具有显著优势,是第四代先进核能系统六种候选堆型之一。提高反应堆堆芯出口温度,实现反应堆的高温高效运行,一直是铅基反应堆发展的重要趋势。目前美国... 详细信息

以液态铅或铅铋共晶合金作为冷却剂的铅基反应堆在安全性、小型化和可持续性等方面具有显著优势,是第四代先进核能系统六种候选堆型之一。提高反应堆堆芯出口温度,实现反应堆的高温高效运行,一直是铅基反应堆发展的重要趋势。目前美国设计的用于产氢的铅基反应堆STAR-H2堆芯出口温度高达800℃,反应堆堆芯处包壳温度更高。可以预期,为了提高反应堆的热电转换效率,未来铅基反应堆的设计温度将更高。与高温冷却剂相容性较好的包壳材料选择是高温高效铅基反应堆发展必须解决的关键科学问题之一。Nb、Mo等难熔金属由于其具有熔点高、抗高温蠕变性好、抗辐照肿胀及中子经济性良好等特点而被认为是未来高温高效铅基反应堆的重要候选包壳材料。但是,到目前为止,在温度高于700℃的情况下,针对难熔金属在铅或铅铋合金中的腐蚀行为研究还十分有限,考虑到铅基反应堆的工作温度不断升高的需求,有必要开展更高温度条件下难熔金属与液态铅或铅铋合金的相容性研究。基于此,采用自主研制的超高温铅腐蚀装置研究了三种难熔金属（Nb、Nb521和Mo-0.5La）在1000℃液态铅中1000h的腐蚀行为,整个实验过程通入惰性气体（Ar气）保护,以确保液态金属中的氧浓度含量较低,并防止载铅金属坩埚的氧化。研究结果表明,在1000℃铅环境下,Nb和Nb521均发生了较强的溶解腐蚀,并伴随有明显的铅渗透现象（如图1所示）,进一步研究发现铅优先沿着Nb和Nb521基体的晶界渗透。此外,Nb521显示出比Nb更好的耐腐蚀性,可能原因是Nb521中包含有W、Mo等在铅中溶解度较低的元素。相对于Nb和Nb521,Mo-0.5La在高温铅中具有较强的耐蚀性,经过相同的腐蚀时间,表面未发生铅渗透现象,但呈现出蚀刻形态,表明其发生了一定程度的腐蚀。此外,由于Nb和Mo元素的相互扩散,腐蚀后的Mo-0.5La表面形成了Nb-Mo合金层,该合金层在一定程度上会加速Mo-0.5La的腐蚀进程。该研究表明,在1000℃时,Mo-0.5La与铅具有较好的相容性,在高温高效铅基反应堆中具有应用潜力;而Nb在该温度下应用可靠性不强,但通过合金化手段可以在一定程度上改善其耐铅腐蚀性能。

关键词：难熔金属、腐蚀铅高温

铅铋快堆候选结构材料腐蚀及氧测控防护技术研究

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铅铋快堆候选结构材料腐蚀及氧测控防护技术研究

第十一届全国腐蚀与防护大会

作者：姜志忠张敏丁文艺罗林肖尊奇刘静中国科学院合肥物质科学研究院核能安全技术研究所

液态铅或铅铋共晶合金（LBE）因具有中子经济性好、传热性能高、化学性质稳定,及常压低熔点、高沸点等特性,是第IV代先进核能系统—铅（铅铋）冷快堆的主冷却剂[1,2]。LBE与纯Pb相比,其熔点更低（约125℃,铅约327℃）,可使反应堆运行温... 详细信息

液态铅或铅铋共晶合金（LBE）因具有中子经济性好、传热性能高、化学性质稳定,及常压低熔点、高沸点等特性,是第IV代先进核能系统—铅（铅铋）冷快堆的主冷却剂[1,2]。LBE与纯Pb相比,其熔点更低（约125℃,铅约327℃）,可使反应堆运行温度窗口更宽。因此,LBE是目前铅冷快堆首选冷却剂材料。近几年,我国各核工业集团、科研院所和高校等核领域研究机构相继启动了铅铋冷却快堆（简称"铅铋快堆"）设计与关键技术研发工作。LBE作为反应堆冷却剂虽有诸多优点,但对材料的腐蚀问题是制约铅铋快堆发展的决定性因素之一。本文将重点介绍中科院合肥研究院核能安全及时研究所针对铅铋环境中的反应堆候选结构材料的腐蚀实验装置、腐蚀实验研究及抗腐蚀氧控技术研究进展,主要内容如下:（1）研制了具有大型铅铋合金环境材料腐蚀实验回路,铅铋正常运行温度为550℃,流速为2m/s,氧控能力范围为10-8-10-5wt%;研制了具有氧控功能的铅合金环境测试材料力学性能的装置,包括疲劳、蠕变及拉伸等系列装置,最高运行温度为600℃,氧控能力为10-8-10-5wt%。自主研制了适用于液态金属环境下反应堆材料的腐蚀减薄测定的非接触式激光外径仪,并发展了适应液态金属环境材料腐蚀的测试流程与方法,解决了液态金属的环境材料腐蚀精确表征的技术难题,制定了并获颁布实施了核学会团体标准《T/CNS 16—2020金属和合金在液态铅合金中腐蚀减薄量测定》。（2）围绕铅铋合金中的"氧"这一影响材料腐蚀的关键因素,开展了氧浓度对铅铋环境中典型奥氏体钢和马氏体钢高温腐蚀行为与液态金属脆化敏感性的机理与实验研究,在高温腐蚀研究方面,获得了"氧浓度"对两类材料在腐蚀过程的界面元素迁移与溶解影响行为,从原子尺度揭示了钢中典型元素原子与O原子成键能力（氧化）与脱附（溶解）倾向;在液态金属脆化研究方面,研究发现,氧浓度低,脆化敏感性大;马氏体钢脆化敏感性高于奥氏体钢,且存在脆化温度区间。从实验和理论方面,发现Bi元素优先吸附Fe-Cr钢表面,弱化原子键合作用。在以上研究基础上,开展了中国铅基研究试验堆CLEAR-I的主选结构（包壳、换热器及容器等）材料高温腐蚀行为研究,共累计获得了8000h的实验数据,为铅铋快堆的设计与安全分析提供了核心支撑数据。（3）氧控技术是抑制铅铋堆铁基候选结构材料腐蚀进程最为重要的技术之一。分别开展了气相氧控技术、固相氧控技术、氧泵技术以及高、低温不同类型氧传感器技术研究,并已完成了在自主研制的各类铅铋堆实验装置上运行测试,并取得了良好的测试结果,未来将重点开展更贴近铅铋堆实际运行工况下的氧浓度控制效率、氧浓度测量准确性及可靠性的验证测试。

关键词：铅铋反应堆结构材料高温腐蚀液态金属脆化氧测控技术

急性碳酸氢钠碱度胁迫对草鱼存活率及相关酶活性的影响

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广东海洋大学学报 2025年

作者：肖黄璇刘天奇鲁翠云孙志鹏那荣滨常玉梅郑先虎中国水产科学研究院黑龙江水产研究所/淡水鱼类育种国家地方联合工程实验室/农业农村部淡水水产生物技术与遗传育种重点实验室上海海洋大学水产与生命学院

【目的】探究草鱼（Ctenopharyngodon idella）对碳酸盐碱度的耐受程度，为开发培育草鱼的耐碱新种质提供支持。【方法】将（85.38±26.73）g草鱼置于0～120 mmol·L-1的碳酸盐水体中进行96 h急性碱胁迫实验，计算96 h半致死浓度(LC50)... 详细信息

【目的】探究草鱼（Ctenopharyngodon idella）对碳酸盐碱度的耐受程度，为开发培育草鱼的耐碱新种质提供支持。【方法】将（85.38±26.73）g草鱼置于0～120 mmol·L-1的碳酸盐水体中进行96 h急性碱胁迫实验，计算96 h半致死浓度(LC50)和安全浓度（Safe Concentration,SC），检测血清、鳃、肝、肠及肾中的氨质量分数和超氧化物岐化酶（SOD）、酸性磷酸酶（ACP）、碱性磷酸酶（AKP）、谷氨酰胺合成酶（GS）和Na+/K+-ATP酶（NKA）的活性变化。【结果】基于寇氏法、概率单位法和线性回归法计算草鱼96 h LC50为59.20～62.01 mmol·L-1,SC为18.32～22.41 mmol·L-1。不同碳酸盐碱度酶活性结果分析显示，碱度20 mmol·L-1时解毒器官肝和肾中抗氧化免疫相关酶类（SOD、ACP、AKP）及用于解氨毒的GS活性均未出现显著升高（P>0.05），血清中NKA活性变化不显著（P>0.05），表明20 mmol·L-1碳酸盐碱度不造成机体主要器官损伤；高碱度40 mmol·L-1时部分个体能存活，但相关酶活性受影响。【结论】草鱼能在20 mmol·L-1碳酸盐碱度水体中保持较健康的生理功能，40 mmol·L-1高碱度水体中肝脏等器官已出现一定程度损伤；鳃和肝在草鱼应对碱胁迫下的体内氨积聚、氧化损伤等不利影响中发挥重要作用。

关键词：草鱼碳酸盐碱度半致死浓度氨质量分数酶活性

巩固、发展与抗日:中央红军东征期间与各方势力之周旋

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河北学刊 2025年第1期45卷 218-224页

作者：郑康奇南开大学历史学院

1935年底,红军在陕北会师后积极进行扩红与筹粮运动。与此同时,中共中央审时度势决定进行东征,以图缓解陕北地区兵员、粮源的紧张局面。1936年2至5月,中央红军东渡黄河与阎锡山部作战,蒋介石也借机派兵进入山西。在红军东征的过程中,双... 详细信息

1935年底,红军在陕北会师后积极进行扩红与筹粮运动。与此同时,中共中央审时度势决定进行东征,以图缓解陕北地区兵员、粮源的紧张局面。1936年2至5月,中央红军东渡黄河与阎锡山部作战,蒋介石也借机派兵进入山西。在红军东征的过程中,双方高层展开了一系列的斗争与博弈。中共在东征中积极争取张学良与杨虎城部,统一战线策略取得了成功。这一时期,国际政治局势变幻莫测,中国共产党与共产国际的关系也产生了一些微妙变化。在与国际国内各方的政治博弈中,中共的政策逐渐走向成熟,为第二次国共合作奠定了重要基础。

关键词：红军东征扩红政治势力抗日战争