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黏土礦物的摻雜機制與吸附特性

為了解決原子團的問題，作者趙健 這樣論述：

黏土礦物是天然存在的、含量豐富、價格低廉、無污染的納米材料，除了陶瓷和紙張塗層等傳統用途，還有許多新的用途，如具有優異吸附性能的新型有機黏土的設計、污染控制和環境保護等。長期以來，對黏土礦物的研究主要集中在地質、岩土和礦物等方向的實驗測試和理論分析，但從物質構成出發，對黏土礦物電子結構、摻雜機制、吸附性能等進行數值計算的研究尚不系統、不完善。 本書採用數值模擬和理論分析相結合的研究方法，從原子尺度對黏土礦物主要成分高嶺石和蒙脫石的晶體結構進行了較為系統和深入的研究，並探討了不同雜質存在時其對多種小分子和重金屬原子的吸附行為，揭示了黏土礦物的電子性質、摻雜機制和吸附特性的微觀機理，為深入認識和

理解黏土礦物的物理化學性質提供了理論基礎和支援。 本書共6章，主要內容包括緒論、黏土礦物晶體結構及其微觀特徵、黏土礦物內部摻雜機制、黏土礦物表面的吸附特性、雜質成分對黏土礦物表面吸附性質的影響、結論與展望。 本書可供岩土工程、地質工程、礦物學、環境等專業的專業技術人員、科研人員和研究生參考。 趙健   中國礦業大學（北京），副教授，2015年到中國礦業大學（北京）任教，主要研究方向為量子力學原理和岩土工程實踐交叉領域，具體包括軟岩黏土礦物的原子與分子結構、摻雜機制、吸附特性和力學性質等。2015年獲得中國岩石力學與工程學會“青年人才托舉工程”專案（2015-2017年）

。主持國家自然科學基金青年項目1項，作為技術骨幹參與國家重點研發計畫、國家自然科學基金重點項目、國家自然科學基金面上專案等6項國家縱向研究課題。發表學術論文20餘篇，其中以第一作者或通訊作者發表SCI論文16篇。參編專著2部。獲國家發明專利5項。教授2門本科生課程《大學物理A》和《大學物理B》。 第1章 緒論1 1．1黏土和黏土礦物3 1．2黏土礦物晶體結構研究現狀10 1．3黏土礦物摻雜機制研究現狀16 1．4黏土礦物吸附特性研究現狀18 第2章 黏土礦物晶體結構及其微觀特徵23 2．1黏土礦物的晶體結構25 2．1．1高嶺石1∶1層結構25 2．1．2蒙脫石2∶1層結

構27 2．2理論基礎與計算方法28 2．2．1量子力學基礎28 2．2．2密度泛函理論31 2．2．3第一性原理計算方法35 2．2．4VASP套裝程式介紹37 2．3高嶺石分子結構和電子性質37 2．3．1分子結構39 2．3．2電子結構和電荷分佈40 2．3．3能帶結構42 2．4蒙脫石分子結構和電子性質43 2．4．1分子結構44 2．4．2電子結構和電荷分佈45 2．4．3能帶結構48 第3章 黏土礦物內部摻雜機制49 3．1高嶺石內部單摻雜機制52 3．1．1單雜質形成能和躍遷能級55 3．1．2雜質在高嶺石內部的電荷密度和態密度分佈56 3．2蒙脫石內部單摻雜機制58 3．2．

1單雜質形成能和躍遷能級58 3．2．2雜質在蒙脫石內部的電荷密度和態密度分佈61 3．3高嶺石內部雙摻雜機制62 3．3．1雙雜質形成能和躍遷能級63 3．3．2雙雜質在高嶺石內部的電荷密度和態密度分佈65 第4章 黏土礦物表面的吸附特性67 4．1H2O在高嶺石表面（001）的吸附特性69 4．1．1清潔的高嶺石表面（001）70 4．1．2H2O分子的性質71 4．1．3單個H2O在高嶺石表面（001）的吸附73 4．1．4H2O分子在高嶺石表面（001）的擴散過程76 4．1．5H2O分子在高嶺石表面（001）的解離過程77 4．1．6H2O分子團簇結構在高嶺石表面（001）的吸附7

7 4．2CO2在高嶺石表面（001）的吸附特性78 4．2．1CO2分子的性質79 4．2．2單個CO2在高嶺石表面（001）的吸附79 4．2．3CO2分子團簇結構在高嶺石表面（001）的吸附83 4．3CO在高嶺石表面（001）的吸附特性87 4．3．1CO分子的性質88 4．3．2單個CO在高嶺石表面（001）的吸附88 4．3．3CO分子團簇結構在高嶺石表面（001）的吸附91 4．4H2在高嶺石表面（001）的吸附特性93 4．4．1H2分子的性質94 4．4．2單個H2在高嶺石表面（001）的吸附94 4．4．3H2分子團簇結構在高嶺石表面（001）的吸附97 4．5CH4在高嶺

石表面（001）的吸附特性101 4．5．1CH4分子的性質102 4．5．2單個CH4在高嶺石表面（001）的吸附102 4．5．3CH4分子團簇結構在高嶺石表面（001）的吸附106 4．6重金屬在高嶺石表面（001）的吸附特性109 4．6．1單個重金屬原子在高嶺石表面（001）的吸附109 4．6．2重金屬原子團簇結構在高嶺石表面（001）的吸附112 4．6．3重金屬在高嶺石表面（001）的擴散過程114 第5章 雜質成分對黏土礦物表面吸附性質的影響117 5．1軟岩黏土礦物中常見的雜質成分119 5．2不同雜質對高嶺石原子和電子結構的影響119 5．3不同雜質對高嶺石表面吸附水分

子的影響120 5．4不同雜質對高嶺石表面吸附水分子團簇的影響124 5．5不同雜質對高嶺石表面滲透水分子的影響126 第6章 結論與展望129 參考文獻133 黏土礦物是地殼礦物家族中最年輕的成員，也是天然存在的含量豐富、價格低廉、無污染的材料。黏土礦物由不同的母岩在不同的條件下形成，其化學成分、結構和賦存方式各不相同。目前沒有任何無機材料具有如此多的種類，表現出如此廣泛的反應性和改性傾向，具有如此多樣的實際應用價值，黏土礦物引起了各個行業的技術、科研人員的廣泛關注並對其進行系統深入的研究。粗略估計，每年有成百上千篇關於黏土礦物的科技論文發表。其中，黏土礦物晶體結構、

結構缺陷和雜質的存在、吸附特性是眾多研究中的三個熱點問題，對黏土礦物晶體結構的深入認識是研究其物化性質的堅實基礎，對其結構缺陷和雜質的存在的研究是鑒別和定量分析黏土礦物的關鍵問題，對其吸附特性的研究為其廣泛實際應用提供理論依據和基礎。 眾所周知，黏土礦物晶體結構的研究從實驗開始，並隨著實驗技術的不斷發展，對黏土礦物晶體結構特徵的研究分別使用了X射線衍射、電子衍射、中子衍射、掃描電鏡、透射電鏡、紅外光譜以及固體核磁共振等測試分析手段。這些實驗測試獲得了各類黏土礦物晶體結構等極具價值的資訊，為人們認識黏土礦物奠定了重要的基礎。同樣，對黏土礦物結構缺陷和雜質的存在、吸附特性的研究也主要集中在地質、

岩土和礦物等方向的實驗測試和理論分析，然而實際環境中黏土礦物的顆粒微小、雜質較多並且實驗研究方法具有較強局限性，很難直接準確地得到黏土礦物的相關性質資訊。因此，應用新的基礎理論和數值模擬方法探討黏土礦物的相關問題已勢在必行。隨著科學技術的蓬勃發展，利用高性能計算集群進行數值模擬已成為當今科學研究中的一種重要研究方法，並成為在微觀尺度上研究材料微觀結構、物化性質及力學特性的強有力手段，能夠獲得實驗測試方法中難以獲得的微觀資訊。基於量子力學和密度泛函理論的第一性原理計算方法具有計算精度高、速度快的優點，是從原子尺度上研究黏土礦物的微觀結構和物化性質的強有力手段，能夠準確獲得實驗手段難以得到的微觀資

訊，近些年廣泛應用於黏土礦物晶體結構、表面性質、化學反應和微觀力學性能等多個領域。 《黏土礦物的摻雜機制與吸附特性》在國家自然科學基金專案（41702317）以及相關課題的資助下，利用基於量子力學的第一性原理計算方法，研究了黏土礦物主要成分高嶺石和蒙脫石的晶體結構及其微觀特徵，得到了實驗手段和經驗理論難以得到的微觀資訊。建立了黏土礦物主要成分高嶺石和蒙脫石內部替代這類摻雜模型，得到了其微觀摻雜機制以及雜質對其物化性質的影響。計算了黏土礦物主要成分高嶺石對水、二氧化碳、甲烷、氫氣、一氧化碳及重金屬鉛離子的吸附特性，揭示了其表面對多種小分子的吸附機理，量化了吸附能力及對其結構、電子性質等的影響。

最後比較了不同種類、不同比例雜質對黏土礦物主要成分高嶺石吸水特性的影響機理，指出雜質引起高嶺石原子和電子結構及吸附特性的變化，有望為深入認識和理解黏土礦物物化性質提供理論基礎和支持。 《黏土礦物的摻雜機制與吸附特性》出版過程中，承蒙中國礦業大學（北京）深部岩土力學與地下工程國家重點實驗室多位元教授的指導，同時參與撰寫的還有陶志剛教授，化學工業出版社也提出了許多寶貴的意見和建議，在此表示衷心的感謝。 由於作者水準有限，書中難免不妥之處，在此抛磚引玉，懇請同行學者和讀者批評指正。

原子團進入發燒排行的影片

帶自旋波色氣體的熱力學性質研究

為了解決原子團的問題，作者蔡孟儒 這樣論述：

此研究的終極目標在於探究孤立的量子系統如何達到熱平衡。為此，我們打造一個帶自旋的原子玻色-愛因思坦凝結實驗，除了可觀察量子氣體達熱平衡動態過程之外，亦可測試一些關於熱平衡的必要條件及假說, 包含本徵態熱平衡假說、以及系統的可積性等。此外，我們提供一個可以利用此系統研究物理的實例。我們針對自旋-質心旋轉角動量耦合的物理現象，進行實驗上的驗證。透過雷射光各種可調控的參數，可以讓原子團產生在空間上的角動量分布，用以形成自旋-角動量的糾纏態。關鍵字：帶自旋玻色子、封閉系統熱平衡、自旋-角動量耦合

新型合金材料--鋁合金

為了解決原子團的問題，作者中國材料研究學會組織編寫 這樣論述：

“中國戰略性新興產業——新材料”叢書是中國材料研究會組織編寫的，被新聞出版廣電總局批准為“十二五”國家重點出版物出版規劃專案,並獲2016年度國家出版基金資助。叢書共16分冊，涵蓋了新型功能材料、高性能結構材料、高性能纖維複合材料等16種重點發展材料。本分冊為《新型合金材料——鋁合金》。本書較為系統地總結了有關高強鋁合金發展現狀與研究進展、成分—工藝—組織—性能關聯機理與方法、製備加工技術、典型鋁合號等方面的知識。 其中，~4章主要論述了高強鋁合金的發展現狀與研究進展、技術原理與方法；5~8章根據高強鋁合號論述幾種鋁合金厚板的製備加工技術；9章作為鋁合金材料/結構一體化發展的具體實例，介紹了

蠕變時效成形在高強鋁合金材料與構件成形方面的研究進展。全書針對關鍵基礎科學和技術難題引用了大量的文獻資料，突出了該領域的研究熱點和發展趨勢。本書內容系統、先進，可供新材料科研院所、高等院校、新材料產業界、相關部門、新材料仲介諮詢機構等領域的人員參考，尤其適合從事鋁合金研發和工程化應用的科技人員參考，也可作為高校材料專業教材或參考書。 1章 高強鋁合金的發展1 1.1代高靜強度鋁合金2 1.2二、三、四代鋁合金3 1.2.1二代高強、耐蝕鋁合金3 1.2.2三代高強、高韌、耐熱、低密度鋁合金3 1.2.3四代高強、高韌、耐蝕、耐損傷鋁合金4 1.3五代高綜合性能鋁合金4 1.

3.1概述4 1.3.2鋁-鋅系鋁合金6 1.3.3鋁-銅系鋁合金7 1.3.4鋁-鋰系鋁合金8 1.4我國高強鋁合金材料的發展8 參考文獻9 2章 高強鋁合金的時效析出微結構15 2.1時效析出的熱力學原理15 2.1.1析出相形核16 2.1.2析出相長大17 2.2鋁-銅系合金的時效微結構19 2.3鋁-鋅系合金的時效微結構25 2.4高強鋁合金時效微結構的調控方法與原理27 2.4.1基本方法與原理27 2.4.2回歸再時效30 2.4.3斷續時效31 2.4.4微合金化34 參考文獻38 3章 高強鋁合金組織與性能的關係46 3.1高強鋁合金的組織及其作用機理46 3.1.1基體

沉澱相47 3.1.2晶界析出相及無沉澱析出帶47 3.1.3彌散粒子的作用48 3.1.4粗大金屬間化合物的作用49 3.1.5晶粒組織和織構50 3.2強度及其組織相關性51 3.2.1強化機理51 3.2.2強度與組織相關性的定量表徵54 3.3斷裂韌性及其組織相關性55 3.3.1高強鋁合金的基本斷裂方式56 3.3.2斷裂韌性與組織相關性的定量表徵57 3.4疲勞性能及其組織相關性59 3.4.1疲勞裂紋萌生61 3.4.2疲勞裂紋擴展63 3.5蠕變性能及其組織相關性65 3.5.1蠕變階段特徵65 3.5.2蠕變二階段特徵66 3.6腐蝕性能及其組織相關性67 3.6.1電化學腐

蝕67 3.6.2點蝕69 3.6.3晶間腐蝕71 3.6.4應力腐蝕73 3.6.5剝落腐蝕78 參考文獻81 4章 高強鋁合金材料製備加工技術基礎93 4.1高強鋁合金材料的淬火敏感性與殘餘應力94 4.1.1高強鋁合金淬火敏感性的評價方法95 4.1.2高強鋁合金淬火敏感性的影響因素99 4.1.3殘餘應力及其測算方法107 4.2高合金化大鑄錠的熔煉與鑄造114 4.2.1熔體線上淨化114 4.2.2多場調控鑄錠116 4.3鑄錠均勻化118 4.3.1均勻化對高強鋁合金組織和性能的影響119 4.3.2多級均勻化的作用機理119 4.4板材的軋輥錯位軋製120 4.4.1軋輥錯位

非同步軋製121 4.4.2非對稱軋製板材的巨集/微觀特徵122 4.5高強鋁合金材料的固溶處理125 4.5.1固溶對高強鋁合金微觀組織和織構的影響125 4.5.2逐級升溫固溶對性能的影響130 4.6高強鋁合金厚截面材料的淬火131 4.6.1輥底爐淬火132 4.6.2淬火工藝數值模擬的原理和方法133 4.6.3鋁合金厚板的淬火殘餘應力138 4.7鋁合金厚板的預拉伸141 4.7.1板材預拉伸的變形特點141 4.7.2預拉伸消減內應力143 4.7.3預拉伸對高強鋁合金材料組織與性能的影響144 4.8高強鋁合金厚截面材料的時效146 4.8.1內態變數理論147 4.8.2等動

力學假設148 4.8.3LSW理論及其等動力學處理149 4.9材料/構件的成形/成性一體化製備加工150 4.10高強鋁合金的熱處理狀態代號151 4.10.1T類細分狀態代號151 4.10.2消除應力狀態標記法152 4.10.3常見鋁合金熱處理狀態代號舉例153 參考文獻156 5章 7050鋁合金厚板的非均勻性及調控168 5.17050鋁合金厚板組織性能的非均勻性168 5.1.1多相組織168 5.1.2強度與韌性172 5.1.3厚向非均勻性173 5.1.4各向異性174 5.2鑄錠多級均勻化177 5.2.1均勻化過程合金組織結構的演變規律178 5.2.2均勻化對Al

3Zr粒子析出的影響179 5.2.3均勻化對性能的影響180 5.3熱軋工藝181 5.3.1熱軋溫度對固溶後再結晶分數的影響182 5.3.2熱軋變形量對組織和性能的影響183 5.3.3軋製速率對組織和淬火敏感性的影響185 5.4逐級固溶190 5.4.1固溶工藝對多相組織的影響191 5.4.2固溶工藝對強度與韌性的影響196 參考文獻198 6章 7055鋁合金厚板的非均勻性及調控200 6.17055鋁合金厚板回歸再時效組織性能的非均勻性200 6.1.1析出微結構分佈特性201 6.1.2力學性能與電導率202 6.1.3組織性能非均勻性形成的機理203 6.2微量元素Zr對

組織和性能的影響205 6.2.1微觀組織205 6.2.2拉伸力學性能207 6.2.3拉伸斷裂行為208 6.2.4晶間腐蝕性能211 6.3晶界析出相的回歸動力學行為213 6.3.1晶界相非等溫回歸模型的建立214 6.3.2晶界相的預測結果及其準確性217 6.3.3以晶界相表徵回歸程度的簡單性和合理性討論219 6.3.4非等溫回歸模型的意義221 6.4“積分時效”對綜合性能及其非均勻性的調控222 6.4.1研究材料及方法222 6.4.2升溫溫度場的回歸效應與非等溫回歸時間的關係223 6.4.3降溫溫度場的回歸效應與非等溫回歸時間的關係225 6.4.4升溫、降溫溫度場的優

化匹配226 6.4.5“積分時效”對組織和性能及其高向均勻性的影響227 參考文獻230 7章 7085鋁合金厚板的非均勻性及調控232 7.1合金成分對7085鋁合金淬火敏感性影響232 7.1.1力學性能淬火敏感性233 7.1.2剝落腐蝕淬火敏感性240 7.2熱處理對厚板組織與性能均勻性的影響244 7.2.1厚板試樣的組織與力學性能245 7.2.2厚板試樣的剝落腐蝕性能259 參考文獻267 8章 2A19鋁合金材料組織與性能的調控269 8.12A19鋁合金的高溫預析出固溶處理270 8.1.1高溫預析出固溶處理原理與方法270 8.1.2T6態合金組織與性能274 8.1

.3T8態合金組織與性能276 8.2淬火冷卻速率279 8.2.1微觀組織279 8.2.2力學性能、硬度及電導率284 8.2.3腐蝕性能284 8.3預變形289 8.3.1微觀組織289 8.3.2時效硬化行為296 8.3.3拉伸力學性能301 8.4斷續時效303 8.4.1斷續時效工藝對組織與力學性能的影響303 8.4.2合金中原子團簇的特性307 8.4.3斷續時效過程中原子團簇的形成與作用機理316 參考文獻319 9章 高強鋁合金材料的蠕變時效成形323 9.1高強鋁合金蠕變時效的基本規律323 9.1.1鋁合金單級蠕變時效巨集/微觀特徵324 9.1.2鋁合金雙級蠕變

時效巨集/微觀特徵326 9.2鋁合金蠕變時效的應力位向效應329 9.2.1應力位元向效應的特徵329 9.2.2坯料預處理對應力位向效應的影響330 9.3鋁合金蠕變時效形/性演化本構關係332 9.3.1單級蠕變時效本構模型332 9.3.2雙級蠕變時效本構模型336 9.3.3模型的驗證與應用339 9.4高強鋁合金壁板的蠕變時效成形實例344 9.4.1構件形/性要求344 9.4.2模擬件CAF試驗345 9.4.3構件CAF模擬347 9.4.4構件的CAF工藝實例352 參考文獻354

以銥原子團修飾鈷核@鈀殼奈米觸媒用於鹼性電解液氧氣還原反應

為了解決原子團的問題，作者吳翰柏 這樣論述：

本研究透過濕式化學法，以硼氫化鈉（NaBH4）當作還原劑，依序將鈷（Co）、鈀（Pd）與銥（Ir）金屬離子還原至酸化活性碳上，形成鈷核鈀殼層疊結構，表面修飾銥原子團的三元金屬奈米顆粒，作為鹼性燃料電池陰極觸媒材料。製備出之鈷鈀銥三元金屬奈米觸媒，分別藉由還原劑的加入量及調整銥的含量，來觀察觸媒結構的變化與氧氣還原反應活性的關聯性，有效增加催化電流、降低貴金屬使用量與成本以及提升觸媒的耐用性，為鹼性燃料電池找到新的開發方向。