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Molecular dynamics simulations of helium transport through inorganic mineral nanopores

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Science China Earth Sciences 2025年第1期68卷 237-252页

作者： Dandan SONG ping GUAN Chi ZHANG Jiahao ren School of Earth and Space Sciences Peking UniversityBeijing100871China

Helium transport through nanoscale inorganic mineral pores and pore throats is essential for its overall *** elucidate helium's transport dynamics within nanopores,we employed equilibrium and non-equilibrium molecular dynamics simulations to investigate helium's static self-diffusion and pressure-driven flow in quartz slit-shaped *** also introduced water and various gases,including hydrogen,methane,ethane,nitrogen,and carbon dioxide,into the nanopores to assess their influence on helium *** findings indicate minimal helium adsorption on quartz pore *** conditions where the pore size is less than 5 nm and the pressure under 10 MPa,environmental factors markedly influence helium *** pore sizes,high temperatures,and low gas pressures enhance helium desorption and facilitate faster *** observed a positive correlation between helium flow velocity and factors such as pore size,pressure gradient,and surface smoothness of the ***,the presence of pore water and carrier gases in quartz nanopores,which diffuse more slowly than helium,tends to reduce helium surface adsorption and slow its *** the carrier gases studied,nitrogen showed similar adsorption capacity,diffusivity,and stability to helium,while carbon dioxide displayed the highest adsorption capacity and the slowest diffusion rate,markedly differing from *** on the simulation results,we concluded that water and carrier gases primarily function as transport mediums in helium migration,moving together with ***,which shares similar properties with helium,effectively assists in this co-migration ***,carbon dioxide,due to its high adsorption capacity and slow diffusion,tends to be lost during *** a result,gas reservoirs with high nitrogen levels and low carbon dioxide levels are more likely to have higher helium ***,the smaller pore sizes and higher gas pressures in caproc

关键词： Helium transport Slit nanopores Molecular dynamics simulations diffusion Flow carriers

Evolution and generation mechanism of retained oil in lacustrine shales: A combined ReaxFF-MD and pyrolysis simulation perspective

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Petroleum Science 2025年第1期22卷 29-41页

作者： Biao Sun Xiao-ping Liu Jie Liu Tian Liu Zu-Xian Hua Wen-di Peng National Key Laboratory of Petroleum Resources and Engineering China University of Petroleum (Beijing) College of Geosciences China University of Petroleum (Beijing) International Petroleum Exploration and Production Corporation SINOPEC

To accurately investigate the evolution characteristics and generation mechanism of retained oil, the study analyzed organic-rich lacustrine shale samples from the Paleogene Kongdian Formation in Cangdong Sag, Bohai Bay Basin. This analysis involves Rock-Eval pyrolysis, pyrolysis simulation experiments,Gas Chromatograph Mass Spectrometer（GC-MS）, and reactive molecular dynamics simulations（Reax FF）. The results revealed the retained oil primarily consisted of n-alkanes with carbon numbers ranging from C14to C36. The generation of retained oil occurred through three stages. A slow growth stage of production rate was observed before reaching the peak of oil production in Stage I. Stage II involved a rapid increase in oil retention, with C12-C17and C24-C32serving as the primary components,increasing continuously during the pyrolysis process. The generation process involved the cleavage of weak bonds, including bridging bonds（hydroxyl, oxy, peroxy, imino, amino, and nitro）, ether bonds, and acid amides in the first stage（Ro= 0.50%-0.75%）. The carbon chains in aromatic ring structures with heteroatomic functional groups breaks in the second stage（Ro= 0.75%-1.20%）. In the third stage（Ro= 1.20%-2.50%）, the ring structures underwent ring-opening reactions to synthesize iso-short-chain olefins and radicals, while further breakdown of aliphatic chains occurred. By coupling pyrolysis simulation experiments and molecular simulation technology, the evolution characteristics and bond breaking mechanism of retained oil in three stages were revealed, providing a reference for the formation and evolution mechanism of retained oil.

关键词： Lacustrine shale Retained oiliness evolution Pyrolysis simulation experiments ReaxFF molecular dynamics Hydrocarbon generation evolution

Effect of graphene addition on activation and kinetic properties of La-Mg-Ni-based hydrogen storage alloys

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Journal of Iron and Steel Research International 2025年第1期32卷 227-238页

作者： dian-chen Feng Chun-ling Zheng Zhi-yuan Zhao Dong-sheng Zhou Hui-ping ren Yang-huan Zhang School of Materials and Metallurgy Inner Mongolia University of Science and TechnologyBaotou014010Inner MongoliaChina Collaborative Innovation Center of Integrated Exploitation of Bayan Obo Multi-Metal Resources Inner Mongolia University of Science and TechnologyBaotou014010Inner MongoliaChina Department of Functional Material Research China Iron and Steel Research Institute GroupBeijing100081China

The La_(1.7)Pr_(0.3)Mg_(16)Ni hydrogen storage alloy was prepared by medium-frequency induction melting,and then the composite hydrogen storage alloy powder of La_(1.7)Pr_(0.3)Mg_(16)Ni+x wt.%(x=0,2,4,and 6)graphene was prepared by ball milling for 10 *** effect of the addition of graphene on the activation and hydrogen de/absorption properties of La_(1.7)Pr_(0.3)Mg_(16)Ni alloy was *** result demonstrated that these composite alloys were composed of La_(2)Mg_(17),La_(2)Ni_(3),and Mg_(2)Ni *** saturated hydrogen absorption,it was composed of LaH_(3),Mg_(2)NiH_(4),and MgH_(2)phases,while during the dehydrogenation process,it was composed of LaH_(3),Mg,and Mg_(2)Ni *** addition of graphene can help get a more homogeneous granule after ball milling and accelerate the first activation of dehydrogenation/hydrogen *** hydrogen release activation energy of the alloys first decreases and then increases as the graphene content increases from x=0 wt.%to x=6 wt.%.The minimum activation energy of the composite hydrogen storage alloy is 51.22 kJ mol^(-1) when x=4 wt.%.

关键词： La-Mg-Ni alloy Graphene Mechanical ball milling Activation property Dynamic performance

Si_3N_4/NS315合金高温微动磨损特性研究

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核动力工程 2013年第4期34卷 171-175页

作者：李根刘捍卫任平弟张晓宇西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室成都610031 西南交通大学生命科学与工程学院成都610031

使用液压式高精度微动磨损试验机PLINT，以陶瓷球Si3N4为对磨副对国产690合金（国内牌号NS3l5）进行室温以及高温条件下的微动磨损试验，分析其三维摩擦特性曲线、摩擦系数、磨痕形貌。探究其磨损机理。实验结果表明：当位移为80-200um... 详细信息

使用液压式高精度微动磨损试验机PLINT，以陶瓷球Si3N4为对磨副对国产690合金（国内牌号NS3l5）进行室温以及高温条件下的微动磨损试验，分析其三维摩擦特性曲线、摩擦系数、磨痕形貌。探究其磨损机理。实验结果表明：当位移为80-200um时，NS315合金处于滑移区；位移幅值对NS315合金的摩擦系数影响较小；法向载荷增加时，NS315合金摩擦系数升高；与室温相比，高温条件下NS315合金摩擦系数较高、磨损量较大，磨损情况严重；室温时，NS315合金磨损机理主要为磨粒磨损，而高温300℃时，其磨损机理主要表现为摩擦氧化以及剥层。

关键词： 690合金微动磨损核电设备高温

高温大气和N_2中Inconel690/1Cr13不锈钢的微动磨损特性

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中国有色金属学报 2013年第7期23卷 1900-1906页

作者：叶毅任平弟张晓宇郭洪李长香西南交通大学摩擦学研究所成都610031 中国核动力研究设计院设计所成都610041

在试验温度为20~25℃（air）、300℃（air）、300℃（N 2），法向载荷为（F n ）50和100 N，位移幅值为60~200μm的条件下，采用PLINT高温微动磨损试验机研究核电蒸汽发生器传热管材Inconel690与1Cr13不锈钢圆柱配对副在滑移区的微动磨... 详细信息

在试验温度为20~25℃（air）、300℃（air）、300℃（N 2），法向载荷为（F n ）50和100 N，位移幅值为60~200μm的条件下，采用PLINT高温微动磨损试验机研究核电蒸汽发生器传热管材Inconel690与1Cr13不锈钢圆柱配对副在滑移区的微动磨损特性。结果表明：当法向载荷一定时，随位移幅值增加，在高温大气中，微动摩擦因数逐渐升高；而高温氮气中，摩擦因数降低。当载荷和位移相同时，Inconel690在高温大气中磨损较轻，在高温氮气中损伤较严重。在高温大气和高温氮气中磨痕表面均出现不同程度摩擦氧化，主要生成Fe、Ni、Cr等合金元素的氧化物。Inconel690的磨损机制主要表现为磨粒磨损、摩擦氧化和剥层磨损的共同作用。

关键词： Inconel690 高温氮气微动磨损摩擦氧化剥层磨损

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晶体取向对纳米单晶锆摩擦行为的影响

中国有色金属学报 2021年第2期31卷 373-383页

作者：朱科浩张晓宇袁新璐任平弟西南交通大学材料科学与工程学院成都610031 西南交通大学牵引动力国家重点实验室摩擦学研究所成都610031

采用分子动力学方法模拟了金刚石结构粗糙体半球与三种不同晶体取向单晶锆基体在不同滑移速度下的摩擦滑移过程,对摩擦力、磨损量进行了测量分析并结合位错提取算法(DXA)对基体内部结构变形机理进行了研究。结果表明:较低滑移速度时犁... 详细信息

采用分子动力学方法模拟了金刚石结构粗糙体半球与三种不同晶体取向单晶锆基体在不同滑移速度下的摩擦滑移过程,对摩擦力、磨损量进行了测量分析并结合位错提取算法(DXA)对基体内部结构变形机理进行了研究。结果表明:较低滑移速度时犁耕作用占主要因素,各基体摩擦力区分更为明显;较高滑移速度时原子间黏附作用是导致摩擦力升高的主要原因。磨损量随滑移的进行持续增加,在所有滑移速度下[0001]取向基体磨损量均明显大于其余两者。通过DXA分析,指出不同晶体取向上滑移系开动情况发生变化是纳米尺度下单晶锆摩擦行为表现出较强晶体取向依赖性的主要原因。此外,基体切向位错运动相比于法向层错结构对单晶锆摩擦力响应和磨损量的影响更为显著。

关键词：单晶锆分子动力学纳米尺度摩擦磨损晶体取向

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CuMg0.4合金切向微动磨损行为

中国有色金属学报 2022年第4期32卷 962-974页

作者：袁新璐张晓宇李根蒲建任平弟西南交通大学机械工程学院成都610031

本文开展了CuMg0.4合金的切向微动磨损试验,详细研究了CuMg0.4合金的切向微动运行特性和损伤机理,建立了其运行工况微动图(RCFM)和材料响应微动图(MRFM)。结果表明:CuMg0.4合金的微动运行特性被分为部分滑移机制(PSR)、混合滑移机制(MSR... 详细信息

本文开展了CuMg0.4合金的切向微动磨损试验,详细研究了CuMg0.4合金的切向微动运行特性和损伤机理,建立了其运行工况微动图(RCFM)和材料响应微动图(MRFM)。结果表明:CuMg0.4合金的微动运行特性被分为部分滑移机制(PSR)、混合滑移机制(MSR)和完全滑移机制(GSR)。在PSR中,接触中心以弹性变形为主,接触边缘只发生轻微擦伤。在MSR中,黏着区发生强烈的塑性变形,滑移区以表面疲劳磨损和磨粒磨损为主。此外,裂纹在黏−滑边界处萌生并向金属基体内部扩展,次表层的塑性应变累积促进裂纹在此处形核,并最终扩展至接触表面造成剥层。在GSR下,接触表面被严重氧化的第三体层覆盖,磨损机理主要为初始阶段的黏着磨损,稳定阶段的表面疲劳磨损,磨粒磨损。

关键词：微动磨损 CuMg0.4合金接触状态微动图

NC30Fe合金在氯化钠溶液中的微动腐蚀特性

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工程科学学报 2015年第10期37卷 1344-1349页

作者：李放任平弟张晓宇向红先任思聪蔡振兵西南交通大学机械工程学院摩擦学研究所成都610031

在PLINT微动磨损试验机上附加电化学测试系统,采用十字交叉接触方式,位移幅值为100μm,法向载荷20、50和80 N条件下,研究NC30Fe合金传热管在氯化钠溶液中的微动腐蚀行为.使用电化学工作站记录微动腐蚀过程中开路电位变化,运用电位扫描... 详细信息

在PLINT微动磨损试验机上附加电化学测试系统,采用十字交叉接触方式,位移幅值为100μm,法向载荷20、50和80 N条件下,研究NC30Fe合金传热管在氯化钠溶液中的微动腐蚀行为.使用电化学工作站记录微动腐蚀过程中开路电位变化,运用电位扫描法测量微动过程的极化曲线;采用扫描电子显微镜观察磨痕的表面形貌,光学轮廓仪测定磨痕的三维形貌及磨损量.微动磨损使损伤区域金属原子活性增大,腐蚀倾向增大,加速了NC30Fe合金的腐蚀.在氯化钠溶液中,NC30Fe合金由于微动磨损过程产生腐蚀产物膜起到润滑减摩作用,摩擦系数较纯水中降低;但因腐蚀与磨损的交互作用,在氯化钠溶液中的磨损量比纯水中高.氯化钠溶液中的磨损机制主要表现为磨粒磨损和剥层的共同作用.

关键词：镍铬铁合金氯化钠溶液微动腐蚀腐蚀特性极化曲线交互作用

Incoloy800合金的高温微动磨损特性

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中国有色金属学报 2010年第8期20卷 1545-1551页

作者：张晓宇任平弟张亚非朱昊周仲荣西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031 西南交通大学生命科学与工程学院成都610031

采用PLINT高温微动磨损试验机,研究核电用管材Incoloy800合金的高温微动磨损机制和动力学特性。Incoloy800合金圆管试件与0Cr18Ni9不锈钢配副件圆柱体在水平面上垂直交叉接触,控制法向载荷为80N、位移幅值为2～20μm、循环次数为3×104... 详细信息

采用PLINT高温微动磨损试验机,研究核电用管材Incoloy800合金的高温微动磨损机制和动力学特性。Incoloy800合金圆管试件与0Cr18Ni9不锈钢配副件圆柱体在水平面上垂直交叉接触,控制法向载荷为80N、位移幅值为2～20μm、循环次数为3×104次,在不同温度(25℃、300℃和400℃)下进行微动磨损试验。结果表明:当载荷、温度一定时,随着位移幅值的增大,Incoloy800合金的微动运行经历从部分滑移区向混合区和滑移区规律性的转变。温度升高并未对微动运行的区域特性以及部分滑移区的稳态摩擦系数产生显著影响,但在混合区和滑移区,稳态摩擦系数随温度的升高而明显降低。Incoloy800合金的高温微动磨损机制主要表现为摩擦氧化、磨粒磨损与剥层的共同作用。

关键词：核电材料 Incoloy800合金蒸汽发生器高温微动磨损