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微氧条件下镁氧化过程原位观测及机制研究

人工晶体学报 2023年第3期52卷 520-525页

作者：卢竞涵吴淑静卢泽浩杜雨萌马永强曹冲华北理工大学理学院唐山063210 华北理工大学矿业工程学院唐山063210

原位实时观测镁合金氧化反应及生长过程,揭示其氧化过程与控制机理是目前镁表面处理领域的主流和热点。本文将纯镁薄膜样品在加热炉中400℃下保温10 h,采用聚焦电子束技术在透射电子显微镜(TEM)中制备了带边的镁纳米孔,并借助原位高分... 详细信息

原位实时观测镁合金氧化反应及生长过程,揭示其氧化过程与控制机理是目前镁表面处理领域的主流和热点。本文将纯镁薄膜样品在加热炉中400℃下保温10 h,采用聚焦电子束技术在透射电子显微镜(TEM)中制备了带边的镁纳米孔,并借助原位高分辨透射电子显微学技术,对镁纳米孔边缘表面晶格在微氧条件下缓慢氧化及生长动态进行了原位观测及机制研究。结果表明:通过原子吸附过程,Mg原子扩散到氧化物亚表层实现氧化,通过MgO的外延式层层生长实现氧化物生长,属于典型的各向异性生长,表现出由{200}晶面包围的带边形貌特点。对晶格缺陷在氧化生长过程中作用的研究发现:空位、位错带等缺陷促进氧化过程的进行;孪晶的大角晶界可抑制晶界的旋转或者迁移,有利于提高镁合金的耐腐蚀性。

关键词：镁合金微氧条件氧化机制原位观测镁纳米孔原子吸附过程孪晶各向异性生长

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毫米级大光斑熔融月壤粉末床的原位观测研究

中国空间科学技术 2023年第6期43卷 58-65页

作者：沈天闰全晓军姚伟上海交通大学上海200240 中国空间技术研究院北京100094

由于松散粉末床的导热性很差,直接使用低功率能量束熔融打印时,连续的熔道不易形成。为了提高太阳光聚光熔融月壤打印过程中的能量穿透深度,开展了大尺寸光斑熔化模拟月壤粉末床时,熔池形成过程的原位观测研究。为了模拟太阳光汇聚光斑... 详细信息

由于松散粉末床的导热性很差,直接使用低功率能量束熔融打印时,连续的熔道不易形成。为了提高太阳光聚光熔融月壤打印过程中的能量穿透深度,开展了大尺寸光斑熔化模拟月壤粉末床时,熔池形成过程的原位观测研究。为了模拟太阳光汇聚光斑,将激光的光斑尺寸扩束至数毫米,并直接作用于无基底的厚粉末床表面。基于高速成像技术,原位观测了激光作用过程中的熔滴生长情况。实验发现,部分熔化的表层粉末表现出颗粒间的大规模协同作用,称为“卷吸”过程。在该过程中,粉末床表面依次发生表层卷起、与粉末床分离、融入熔滴,导致了熔滴的不连续生长。基于光斑与粉末床作用的能量守恒关系,分析了熔滴尺寸的生长规律,并与实验结果进行了对比。结果表明,低功率大光斑激光产生的熔滴一般不会超过光斑范围,且功率越高,卷起的粉末层熔化越不完全,此时具有更高的能量利用效率。卷吸机制绕开了低导热性的限制,特别是针对月壤熔融打印技术,使得厚粉末床上直接打印熔道在机制上成为可能。

关键词：月壤增材制造太阳光聚光熔融打印原位观测光斑尺寸熔滴尺寸

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海底冷泉原位观测装置研究回顾与展望

海洋地质与第四纪地质 2022年第2期42卷 200-213页

作者：张云山贾永刚尉建功中国海洋大学山东省海洋环境地质工程重点实验室青岛266100 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室青岛266061 中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室青岛266100 中国地质调查局广州海洋地质调查局广州510760

海底冷泉多由海底天然气渗漏形成,是以水、碳氢化合物、硫化氢或二氧化碳为主要成分的流体。它既是海底天然气水合物存在的标志,又与温室效应、海洋生态环境、冷泉生物群落等问题密切相关,对海底冷泉的流体渗漏通量和化学组成进行测定,... 详细信息

海底冷泉多由海底天然气渗漏形成,是以水、碳氢化合物、硫化氢或二氧化碳为主要成分的流体。它既是海底天然气水合物存在的标志,又与温室效应、海洋生态环境、冷泉生物群落等问题密切相关,对海底冷泉的流体渗漏通量和化学组成进行测定,对认识上述问题有重大意义。与实验室化学分析和数值模拟相比,原位观测可保证数据的可靠性和真实性,作为冷泉原位观测的主要手段,冷泉原位观测装置在近20年发展迅速。本文根据观测目标和观测原理将海底冷泉原位观测装置分为3类,即冷泉渗漏气体通量原位观测装置、冷泉渗漏液体通量原位观测装置以及冷泉渗漏流体化学组分原位观测装置,并从设计意义、工作原理以及解决的科学问题等方面梳理了国内外海底冷泉原位观测装置的发展,分析了各个装置的优势、局限性以及适用范围,最后展望了海底冷泉原位观测装置未来的发展方向。

关键词：冷泉甲烷渗漏原位观测观测装置

基于近似原位观测的Cr5合金钢高温杨氏模量及其拉伸细观损伤机理研究

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昆明理工大学学报（自然科学版） 2022年第6期47卷 25-32,42页

作者：陈学文郭乐乐刘丙旗周旭东司亚辉白荣忍河南科技大学材料科学与工程学院河南洛阳471023

为研究Cr5合金钢高温成形过程的损伤机理,提出借助位移传感器测量材料高温杨氏模量值和近似高温原位观测试验研究材料高温损伤特性的方法.研究了Cr5合金钢800~1150℃的杨氏模量变化,分析了Cr5合金钢高温拉伸过程的细观损伤行为.结果表明... 详细信息

为研究Cr5合金钢高温成形过程的损伤机理,提出借助位移传感器测量材料高温杨氏模量值和近似高温原位观测试验研究材料高温损伤特性的方法.研究了Cr5合金钢800~1150℃的杨氏模量变化,分析了Cr5合金钢高温拉伸过程的细观损伤行为.结果表明:随着温度的升高,Cr5合金钢高温杨氏模量值急剧下降,1150℃时的杨氏模量值仅35 GPa;Cr5合金钢拉伸试样为韧性断裂,断口表面有大量韧窝,通过试验方法设计获得了材料高温拉伸过程的SEM照片,观察Cr5合金钢高温拉伸过程的SEM照片证明了材料的断裂是因为微小空洞萌生聚集长大、微裂纹延伸扩展造成的,伴随着损伤的发生,材料所能承受的载荷逐渐减小;进行XRD成分检测发现材料空洞和裂纹处的杂质含量高于基体成分,金属内部杂质含量高更易造成材料内部损伤的发生.

关键词： Cr5合金钢杨氏模量值静态拉伸原位观测细观损伤

纯水高压转变冷冻相变过程的原位观测及猪肉的高压转变冷冻研究

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纯水高压转变冷冻相变过程的原位观测及猪肉的高压转变冷冻研究

作者：祝素莹华南理工大学

学位级别：硕士

高压转变冷冻技术(High Pressure Shift Freezing,HPSF)是一种能够利用高压控制水-冰相变过程,有效改善冷冻食品的冰晶的尺寸和分布的新型食品冷冻技术。水-冰相变的热力学及动力学理论表明,冰晶的形核过程决定了冷冻食品中冰晶的尺寸... 详细信息

高压转变冷冻技术(High Pressure Shift Freezing,HPSF)是一种能够利用高压控制水-冰相变过程,有效改善冷冻食品的冰晶的尺寸和分布的新型食品冷冻技术。水-冰相变的热力学及动力学理论表明,冰晶的形核过程决定了冷冻食品中冰晶的尺寸与分布,而过冷度是形核过程的关键因素。现有设备条件下很难实现HPSF过程的原位观测,导致人们对HPSF升压降温过程中水的过冷行为及卸压相变过程中生成的冰晶尺寸和分布情况认识不足。为此,本研究利用金刚石对顶砧技术结合拉曼光谱技术,搭建了高压转变冷冻相变过程原位观测装置。利用该装置首先探究了HPSF升压降温过程中水过冷的原位拉曼光谱以及氢键网络结构的变化,确定了过冷水相变前的平均氢键数量存在临界值;然后,探究了HPSF卸压过程中过冷水相变的原位拉曼光谱以及生成的冰晶尺寸和分布情况,并建立了与HPSF温度和压力条件相关的冰晶生成量预测值模型。最后,研究了HPSF条件下冷冻猪肉的冰晶生成和品质变化,并将HPSF冰晶生成量预测值模型与其在冻肉上的应用结果进行对比验证,具体研究结果如下:1)以水为研究对象,探究了HPSF升压降温过程中水的过冷行为。结果表明,在HPSF升压降温过程中,随着压力的上升,体系中四面体氢键网络结构的数量先减少后增加,整个体系的密度先增大后减小;随着温度的下降,水中部分单供体-单受体(Single Doner-Single Acceptor,DA)转变为双供体-双受体(Double Doner-Double Acceptor,DDAA),从而使得体系中四面体氢键网络结构的数量增加,体系的能量下降。在HPSF升压降温过程中,相同温度不同压力条件下,水的初始平均氢键数量存在显著性差异(P<0.05),而相变前过冷水的最终平均氢键数量不存在显著性差异(P<0.05),表明水-冰相变发生的前提是平均氢键数量达到临界值。同时,相比于常压条件,210 MPa的高压使得过冷水的形核温度降低了39 K,这是因为210 MPa的高压使得体系中四面体氢键网络结构的数量降低,从而不利于晶核的形成。2)以水为研究对象,探究了HPSP卸压过程中过冷水的相变行为。结果表明,在HPSF卸压过程中,HPSF实验组(No.1～4)中生成的冰晶尺寸大于20μm,且No.1实验组中生成的冰晶尺寸最大(48±4μm),而HPSF实验组(No.5～18)的冰晶尺寸均小于20μm,难以在20倍的放大倍数下直接观察到清晰的冰晶界限。同时,过冷水发生相变后生成的冰晶形态由卸压前的温度和压力两个因素共同决定,高压力条件以及低温条件更有利于小尺寸冰晶的生成。HPSF卸压过程中的温度和压力因素将分别对冰的拉曼峰强度产生显著影响(P<0.05),同时两者之间存在交互作用(P<0.05)。此外,不同HPSF条件卸压后样品的冰的拉曼峰强度与现有研究的冰晶生成量的理论计算值呈良好的线性关系(R=0.932)。基于此,建立了HPSF冰晶生成量预测值模型,其公式为z=3633.2367-188.3427x+5.8829×10x-1.664×10x+1.6818×10x-26.8931×10y+5.064×10y。3)以猪肉为研究对象,探究了HPSF条件下冷冻猪肉的冰晶生成和品质变化。结果表明,相比于传统冷冻组(1958.67±83.34 s),HPSF能够显著缩短猪肉样品的相变平台时间,其中HPSF实验组(No.9)的相变平台时间(654.67±28.01 s)缩短了66.58%。同时,HPSF实验组(No.9)的冰晶生成数量相比于传统冷冻组增加了232%,冰晶尺寸减小了43.59%。且不同HPSF条件下相变平台时间和冰晶数量的结果均与HPSF冰晶生成量预测值模型结果相符。此外,相比于传统冷冻,HPSF能够改善猪肉的质构特性和水分分布,其中,HPSF实验组(No.9)处理后的猪肉样品的质构特性和水分分布与新鲜样品最接近。在猪肉的HPSF实验中,温度越低,越有利于产品品质的保持。综上所述,本研究研究结果不仅能为现有的数值模拟模型提供数据支撑,还能为HPSF在食品工业上的应用提供理论指导,进而推动低温预制食品行业的发展。

关键词：高压转变冷冻拉曼光谱原位观测氢键网络结构冰晶生成量

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用于海洋宏生物原位观测的水下激光雷达相机

红外与激光工程 2021年第6期50卷 29-37页

作者：王新伟孙亮雷平顺陈嘉男杨于清张岳钟鑫何军王敏敏周燕中国科学院半导体研究所光电系统实验室北京100083 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519080 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

海洋宏生物原位"观"和"测"对于海洋生态环境、海洋生物资源和海底矿产资源的研究和评估具有重要的意义。目前用于海洋宏生物原位观察的传统水下摄像机存在目标辐射特性、水体光散射、距离信息丢失等导致的低对比度目标探测难的问题。针... 详细信息

海洋宏生物原位"观"和"测"对于海洋生态环境、海洋生物资源和海底矿产资源的研究和评估具有重要的意义。目前用于海洋宏生物原位观察的传统水下摄像机存在目标辐射特性、水体光散射、距离信息丢失等导致的低对比度目标探测难的问题。针对此,提出了水下激光雷达相机,可以兼顾并超越传统激光扫描雷达与摄像机复合的技术方案,利用单一系统同时获得百万像素高对比度的二维强度图像和高分辨率的三维图像,且二维图像中的像素和三维图像中的体素一一对应,并介绍了基于该技术研制的"凤眼"系统,其光立体采样区体积可调,距离分辨率优于1 cm,像素数为1360×1024。自2018年起,"凤眼"在我国南海海域进行了4个航次的海上试验,获取了海底宏生物及微地形地貌图像,最大工作深度达到3291 m。

关键词：水下光学成像激光雷达相机原位观测低对比度目标海洋宏生物

夹杂物对超高强度钢低周疲劳裂纹萌生及扩展影响的原位观测

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金属学报 2005年第12期41卷 1272-1276页

作者：王习术梁锋曾燕屏谢锡善清华大学工程力学系北京100084 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

采用扫描电镜原位观测了数微米大小夹杂物对超高强度钢疲劳裂纹萌生及扩展的影响,并用有限元法解释了夹杂物尺寸和形状对疲劳裂纹萌生及初期扩展的影响程度,得到了超高强度钢低周疲劳裂纹萌生与扩展特性和夹杂物对疲劳破坏的关键尺寸的... 详细信息

采用扫描电镜原位观测了数微米大小夹杂物对超高强度钢疲劳裂纹萌生及扩展的影响,并用有限元法解释了夹杂物尺寸和形状对疲劳裂纹萌生及初期扩展的影响程度,得到了超高强度钢低周疲劳裂纹萌生与扩展特性和夹杂物对疲劳破坏的关键尺寸的估计值．同时,讨论了现行实验方法对确定铁基材料裂纹扩展速率的作用．

关键词：超高强度钢夹杂物疲劳裂纹萌生及扩展原位观测

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萧甬二线工程软土路基筑堤试验原位观测

西南交通大学学报 2003年第6期38卷 638-642页

作者：晏启祥邵长江刘浩吾西南交通大学土木工程学院四川成都610031 四川大学水利水电学院四川成都610065

对萧甬线增建二线软土路基采用插塑板、袋装砂井、土工布和粉喷桩4种加固方案的沉降量、侧向位移、孔隙水压以及对既有线的影响进行了观测和分析.结果表明,粉喷桩加固对减小路基沉降量、侧向位移、孔隙水压和对既有线影响等方面具有较... 详细信息

对萧甬线增建二线软土路基采用插塑板、袋装砂井、土工布和粉喷桩4种加固方案的沉降量、侧向位移、孔隙水压以及对既有线的影响进行了观测和分析.结果表明,粉喷桩加固对减小路基沉降量、侧向位移、孔隙水压和对既有线影响等方面具有较大的优越性,是最佳的加固方案.

关键词：路基软土现场试验原位观测粉喷桩

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植物微根系原位观测方法研究进展

植物营养与肥料学报 2020年第2期26卷 370-385页

作者：肖爽刘连涛张永江孙红春白志英张科田士军董合忠李存东河北农业大学/河北省作物生长调控重点实验室河北保定071000 山东农业科学院山东棉花研究中心山东济南250100

植物根系是固定植株、获取水分和营养物质的主要器官。作为连接植物体与土壤环境的枢纽,根系的发育状况直接关系着地上部分的形态建成。由细根及其根毛组成的微根系是根系功能的关键组织。由于土壤中根系的非直观性和根系自身的复杂立... 详细信息

植物根系是固定植株、获取水分和营养物质的主要器官。作为连接植物体与土壤环境的枢纽,根系的发育状况直接关系着地上部分的形态建成。由细根及其根毛组成的微根系是根系功能的关键组织。由于土壤中根系的非直观性和根系自身的复杂立体构型,常规研究方法很难准确测定根系的变化动态。微根系原位观测技术、方法的出现为原位根系研究提供了可能的手段。近年来,可用于观测微根系二维形态与立体构型的多种类型的原位生长系统、装置被研制出来,一些根系图像分析软件也不断开发和改进,大大提升了原位根系研究的准确性。本文介绍了几种用于原位微根系观测的装置和图像分析软件与计算方法,并比较了不同方法与软件之间的优劣,指出原位观测研究技术的应用和发展趋势,以期对后续植物微根系研究提供参考。

关键词：微根系原位观测表型平台分析方法图像分析研究进展