Dynamic properties and asymmetry of tension and compression of metal matrix composites under impact loading

The mechanical behaviors of 2124, Al-5Cu, Al-Li and 6061 alloys reinforced by silicon carbide particulates, together with 15%SiCw/6061 alloy, were studied under the quasi-static and impact loading conditions, using the split Hopkinson tension/compression bars and Instron universal testing machine. The effect of strain rate on the ultra tensile strength (UTS), the hardening modulus and the failure strain was investigated. At the same time, the SEM observations of dynamic fracture surfaces of various MMC materials showed some distinguished microstructures and patterns. Some new characteristics of asymmetry of mechanical behaviors of MMCs under tension and compression loading were also presented and explained in details, and they could be considered as marks to indicate, to some degree, the mechanism of controlling damage and failure of MMCs under impact loading. The development of new constitutive laws about MMCs under impact loading should benefit from these experimental results and theoretical analysis.

New Deformation Twinning Mechanism Generates Zero Macroscopic Strain In Nanocrystalline Metals

Macroscopic strain was hitherto considered a necessary corollary of deformation twinning in coarse-grained metals. Recently, twinning has been found to be a preeminent deformation mechanism in nanocrystalline face-centered-cubic (fcc) metals with medium-to-high stacking fault energies. Here we report a surprising discovery that the vast majority of deformation twins in nanocrystalline Al, Ni, and Cu, contrary to popular belief, yield zero net macroscopic strain. We propose a new twinning mechanism, random activation of partials, to explain this unusual phenomenon. The random activation of partials mechanism appears to be the most plausible mechanism and may be unique to nanocrystalline fcc metals with implications for their deformation behavior and mechanical properties.

薄膜/基体界面的撕裂实验研究

新型材料大都离不开薄膜。薄膜材料广泛应用在表面工程、界面工程、生物材料以及微纳米机电系统(MEMS)等领域。研究和评估薄膜/基体界面的力学性能-特别是在微尺度下,具有重要的科学研究价值和应用价值。划痕和撕裂是微/纳米尺度薄膜力学性能测量的两种主要方法,而撕裂实验相对简单可行,理论分析模型也相对方便建立。本文系统研究了Al/epoxy/Al2O3体系和Cu/Al2O3体系的撕裂实验,开发出一套微尺度薄膜撕裂的实验设备和方法,得出薄膜厚度、撕裂角度、epoxy层厚度等因素对撕裂力的影响。应用微梁弯曲模型和粘聚力(EPZ)模型,本文从总撕裂力中分离薄膜塑性变形耗散能量,得出了所考察薄膜/基体界面的粘结韧性等力学性能。

北京市土壤--植物系统重金属硫的分布迁移相互间关系和主成份分析

本文选择了北京市香山北京植物园、北京动物园、长安街和北京化工厂4个功能区和国槐（Sophora japonica (L) Beauv)、毛白杨 (populus tomentosa Carr)、丁香(Syringa Oblata)、野牛草(Buohloe dactyloides (Nutt) Engelm)4种植物;采集植物样品105个、土壤样品40个;测定了各样品的镍(Ni)、锌(Zn)、铜(Cu)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬 (Cr)、硫(S)7种元素含量;通过对样品元素含量的直观分析、回归分析、主成份分析(PCA)，得出以下结论：各样品各元素含量的最高值或异常值多出现在化工厂内，其次是长安街、动物园、北京植物园无;各功能区各样品各元素含量大小顺序多是：化工厂><长安街>动物园><北京植物园：表明化工厂内土壤、植物受污染的程度较重，其次是长安街，动物园稍轻，北京植物园则较洁净。土壤中7种元素分布特征是：S > Zn > Pb > Cr > Cu > Ni > Cd;植物中7种元素分布特征是：S > Zn >< Cu > Pb > Cr >< Ni >< Cd。7种植物样品对S、Zn、Cu、 Cd具较大的富集系数;对Ni、Pb、Cr具较小的富集系数;说明前者比后者在土壤—植系统中较易迁移。7种植物样品对S均具积累效应;毛白杨叶对zn，毛白杨叶、枝、国槐皮对Cd，野牛草对Cu也都具积累效应。国槐各器官元素含量分配是：皮含量>叶含量>枝含量;毛白杨各器官元素含量分配是：叶含量>枝含量;表明植物各器官中，枝元素含量较低。对元素含量回归分析，发现植物各器官元素含量间具显著性正相关系;植物中元素含量与土壤中元素含量绝大多数呈正相关。前者说明植物各器官生长发育的正相关性;后者说明土壤条件与植物生长发育的正相关性。对元素含量的主成份分析和样品排序，揭示出采自同一功能区的样品大都可形成一集团，但尚存在交叉、重叠和过渡的样品;化工厂集团多处在排序图Z1轴左边，长安街集团多处在Z2轴上方，北京植物园集团多处在Z1轴右边或Z2轴下方。可明确得出，化工厂土壤、植物污染较重（元素含量较高），其次是长安街;动物园污染稍轻，北京植物园较洁净的结论。还可知，化工厂、长安街某些样点污染较轻;而北京植物园、动物园某些样点污染较重。

武汉东湖沉积物中重金属生物有效性研究

沉积物中的酸挥发性硫化物(AVS)是预测厌氧沉积物中重金属生物有效性的重要参数,SEM/AVS大于1时沉积物中重金属具有潜在生物毒性,小于1时则无生物有效性. 本文研究了东湖三个不同污染负荷的站点的同步提取金属SEM(Cu, Zn, Pb, Cd, Ni, Co, Ag, Cr)和SEM/AVS的深度分布,研究表明东湖沉积物中主要重金属是Zn, Cr和Cu,约占SEM总量的90%. I站、II站沉积物中AVS是重金属生物有效性的主控因子之一,对重金属的深度分布影响较大,重金属不具有生物有效性;III站沉积

旋流雾室-气动雾化-氢化物发生-ICP-AES同时测定氢化物元素及非氢化物元素

电感耦合等离子体发射光谱法具有灵敏度高，测定精度好，线性范围宽以及多元素同时测定等优点，目前在分析领域已经得到较为普遍的应用。本文对ICP-AES研究中较为活跃的领域—进样系统方面的最新工作（氢化物发生技术，电热蒸发进样技术和样品直接插入等离子体进样技术）进行了比较详细的综述。为了较好地满足氢化物元素和非氢化物元素同时测定的要求，本文提出了一种新型的旋流雾室—气动雾化—氢化物发生系统。该系统以同心雾化器将样品溶液雾化，沿切线方向引入旋流雾室，筛分出的大雾滴同泵入系统中的KBH_4溶浓反应生成气态氢化物，与经筛分后的较细的雾滴—同进入等离子体中，因而可进行氢化物元素和非氢化物元素的同时测定。砷，铋，锑，硒，锡，碲和锗的检出限分别为：4.6，0.4，7.8，2.1，1.8，1.5和15ng/mL。比用双筒雾室气动雾化非氢化物发生方法得到的检出限好20～30倍，非氢化物元素的检出限也有一定程度的改善。同文献中已见报导的三种同时测定方法相比，该系统具有如下特点：结构简单，操作方便；信号平稳，因溶液溅射造成雾化器堵塞的可能性很小，而且不会向等离子体中引入大量盐份而造成信号漂移和背景强度增加；冲洗及信号平衡较为迅速，样品需要量较小；该系统在实际情况需要时，不经任何拆卸，只需以蒸馏水代替KBH_4溶液泵入系统冲洗干净，便可轻易地转化为普通的旋流雾室，因而使用的灵活性较大。但是由于样品的进样量受同心雾化器的提升率限制，所以对氢化物元素的检测灵敏度的继续提高有一定影响。我们用这种旋流雾室—气动雾化—氢化物发生装置研究了等离子体射频正向功率，载气流量，观测高度，样品溶浓介质酸度，硼氢化钾溶液浓度对待测元素信号强度，线背比和检出限的影响，研究了样品溶液中氢化物元素的浓度对其光谱通道信号强度及谱线净强度的相对标准偏差（测量精度）的影响。我们还对一些较为严重的共存干扰元素对氢化物生成过程中的化学干扰进行了研究，并从近十种络合剂中选出以草酸（0.5%）—硫脲（0.5%）的混合络合体系，较好地消除了Al，Co，Cr，Cu，Fe和Ni的化学干扰。我们利用该旋流雾室—气动雾化—氢化物发生系统对河流沉积物81-101标准参考物质进行分析。结果与标准值比较接近。

稀土(III)及铜(II)、锌(II)有机磷（膦）酸酯配合物的晶体结构和振动光谱研究

本文包括标题配合物的结构和振动光谱两部分，共涉及了M(DMP)_n {n=2.3, M=2a, Nd, Cu. Zn}, Ln(DPP)_3{2n=2a-2u, Y}和Ln(BBP)_3 {Ln=La-Lu. Y}三类三十四个配合物。在结构方面，首次测定了Zn(DMP)_2和Cu(DMP)_2呈现出链状配位高聚结构，而La(DMP)_3, La(DMP)_3则为平面网状配位高聚结构。在Zn(DMP)_2, La(DMP)_3和Nd(DMP)_3中，配体以对称“O－P－O”桥键与金属原子配位，在相邻金属原子间形成双桥键。在Zn(DMP)_2中，每个Zn原子通过“O－P－O”双桥键与另两个Zn原子连接，Zn原子配位数为4，配位多面体为四面体构型；在La(DMP)_3和Nd(DMP)_3中，每个稀土原子通过“O－P－O”双桥键与另外三个稀土原子相连接，稀土原子的配位数为6，配位多面体LnO_6为八面体构型。在Cu(DMP)_3中， 配体以对称和非对称“O－P－O”桥键两种形式存在，其中非对称配位的配体形成为“Cu-O-P_O-Cu"-Cu，在铜原之间形成了一个单氧桥键。每个Cu原子通过双“O－P－O”桥键以及双单氧原子桥键与另外三个Cu原子相连接，Cu原子配位数为5，配位多面体为四角锥构型。在振动光谱方面，得到了上述配合物较为完整的光谱数据，并对主要光谱带进行了归属，如V_(M-O), V_(PO_2), V_(P-O(c)),VC-O, VP-C及σ_PO_2等。在稀土配合物中，稀土配位键的伸缩振动V_(vn-o)位于250cm~(-1)附近。V_(Cu)和V_(Zn-o)，在Cu(DMP)_2和Zn(DMP)_2中，分别为(412cm~(-1), 370cm~(-1))和(393cm~(-1), 386cm~(-1))。V_(as)PO_2和V_sPO_2，在配合物振动光谱中，分别在1130－1249cm~(-1)区和1084－1156cm~(-1)区。在稀土配合物中，VL_(n-o), V_(as)PO_2频率值，随镧系收缩逐渐递增。在Cu(DMP)_2红外谱中，非对称配体和对称配体的V_(as)PO_2和V_sPO_2, 分别为(1249cm~(-1)，1156cm~(-1))及(1177cm~(-1)，1090cm~(-1))，其劈裂值△V(V_(as)PO_2-V_sPO_2)为93cm~(-1)和87cm~(-1)。通过对配合物的常温和低温红外光谱的比较，确认了La(DMP)3和Nd(DMP)_3的176cm~(-1)、Ln(DPP)_3和Ln(BBP)_3的150cm~(-1)附近吸收为晶格振动。Ln(DPP)_3、Ln(BBP_3)的光谱性质与Ln(DMP)_3相似，我们认为它们之间具有相同的骨架结构－平面网状配位高聚结构。

重金属污染土壤的自养菌和异养菌淋滤修复研究

本文以冶炼厂和张士灌区土壤为修复对象，以镉、铅、锌、铜为目标污染物，在室内模拟实验条件下，利用自养菌-嗜酸性氧化亚铁硫杆菌和异养菌-黑曲霉淋滤技术修复重金属污染土壤。在考察自养菌和异养菌对重金属污染土壤修复效果的基础上，重点研究了溶解性有机质和耐酸性异养菌对淋滤修复的影响和机制，同时筛选确定替代蔗糖黑曲霉发酵产酸的廉价碳源。结果发现： 自养菌-氧化亚铁硫杆菌淋滤修复过程中，筛选鉴定嗜酸性氧化亚铁硫杆菌R2对甲酸、乙酸、丙酸、草酸、苹果酸和柠檬酸的耐受浓度分别为0.1、0.4、0.4、2.0、20和40 mmol/L，而高效液相色谱测定沈阳冶炼厂土壤和张士灌区土壤中低分子量有机酸浓度很低，其中草酸含量最高，分别仅为0.04mmol/L和0.149mmol/L，远低于氧化亚铁硫杆菌能耐受的有机酸浓度。同时土壤中溶解性有机质对氧化亚铁硫杆菌R2氧化Fe2+未产生抑制作用，而耐酸性异养微生物H1（红酵母菌）和H2（头孢霉）的加入对氧化亚铁硫杆菌R2淋滤去除重金属效果未产生明显促进作用，本研究中分离筛选的嗜酸性氧化亚铁硫杆菌R2可直接应用于污染土壤的生物淋滤修复。经过5d的生物淋滤，冶炼厂土壤中Cu、Zn和Cd的最高去除率分别为30.6%、58.4%和72%。 在一步黑曲霉生物淋滤过程中，当固液比5%（w/v）、接种量3%（v/v）和淋滤修复7d时，对冶炼厂土壤来说，Cu、Cd、Pb和Zn去除率分别为75.8%，100%，30.6%和26.1%；张士灌区土壤中分别为54%，71.8%，9.5%，18.7%。在二步黑曲霉生物淋滤过程中，当固液比10%（w/v）、接种量为2%（v/v）和黑曲霉发酵时间7d，淋滤2d时，冶炼厂土壤中四种重金属去除率分别为Cu 84%，Cd 75.5%，Pb30.5%和Zn10%；张士灌区土壤中Cu、Cd、Pb和Zn的去除率分别达到57%，94.8%，20.4%和17.5%。 异养菌-黑曲霉淋滤修复重金属污染土壤效果优于有机酸淋滤。与黑曲霉淋滤相比，在直接添加有机酸淋滤修复中，冶炼厂土壤中重金属去除率分别为Cu 46.4%，Cd 61.8%，Pb 30.2%和Zn 43.3%，张士灌区土壤中重金属去除率分别为Cu 44%，Cd 0%，Pb 0%和Zn 26.2%。 淋滤前后土壤中重金属形态分级结果表明，黑曲霉一步和二步淋滤修复能有效去除污染土壤中交换态、碳酸盐结合态部分重金属，并能显著降低氧化物结合态部分重金属，但对有机态和残余态部分重金属离子去除效果并不明显。 以树木落叶和农作物副产品作为廉价碳源实施黑曲霉淋滤实验表明：杨树叶、桃树叶、土豆皮和玉米芯产酸和去除重金属效果较好。杨树叶对冶炼厂土壤中重金属去除率分别为63.5% Cu、100% Cd、16.8% Pb和Zn 27%；桃树叶去除效果分别为Cu61.8%、Cd100%、14.6%Pb和28.5%Zn；土豆皮去除效果分别为61%Cu、100%Cd、10.6%Pb和34%Zn。这些廉价碳源的利用可降低污染土壤生物淋滤修复成本。 研究生物淋滤修复技术为重金属污染土壤处理与处置开辟了新途径。

我国部分地区土壤环境背景值历史动态变化规律研究

以我国南方经济开发区。东北重工业区以及内蒙古草原区主要土壤类型为研究对象，分析近半个世纪以来不同历史时期土壤中Cu、Ni、Pb、Zn、Cd、As、Hg元素的背景值及其变化规律。结果表明，近半个世纪凤来，土壤金属元素背景值普遍存在变化。海拉尔草原区暗栗钙土近30年来Cu、Pb、Cd浓度相对稳定。As浓度有增加，而Ni、Zn、Hg浓度降低。上海郊区水稻土近10年As、Pb、Hg浓度呈现降低。南京东郊黄棕壤近50年来Cd、Hg浓度降低。Zn、Ni、Pb、As浓度升高。沈阳郊区草甸土，草甸棕壤及棕壤近30年来Pb、Zn、Cd、Cu浓度多呈升高，Hg浓度下降。各地区10—50年间土壤表层金属元素年变化率以上海、沈阳地区较大，海拉尔草原区相对较小。在2Km * 2Km面积上，草甸棕壤表土17个采样点间，7种金属元素浓度变异系数（%）分别为：Cd(33.1) > Hg(31.2) > Pb(11.3) > As(8.5) > Cu(8.3) > Zn(8.1) > Ni(7.2)。距该中心处不同距离的采样点间，各元素测定结果无显著差异（α = 0.01）。

Microelements in Potato and Lily Samples Studied by Laser-Induced Breakdown spectroscopy Technology

A LIBS setup was built in the Institute of Modern Physics. In our experiments, LIBS spectra produced by infrared radiation of Nd : YAG nanosecond laser with 100 and 150 mJ pulse energy, respectively, were measured by fiber optic spectrometer in the ranges of 230-430 run and 430-1080 nm with a delay time of 1.7 and gate width of 2 ms for potato and lily samples prepared by vacuum freeze-dried technique. The lines from different metal elements such as K, Ca, Na, Mg, Fe, Al, Mn and Ti, and nonmetal elements such as C, N, O and H, and some molecular spectra from C-2, CaO, and CN were identified according to their wavelengths. The relative content of the six microelements, Ca, Na, K, Fe, Al, and Mg in the samples were analyzed according to their representative line intensities. By comparison we found that there are higher relative content of Ca and Na in lily samples and higher relative content of Mg in potato samples. The experimental results showed that LIBS technique is a fast and effective means for measuring and comparing the contents of microelements in plant samples.

利用乙二胺四乙酸淋洗修复重金属污染的土壤及其动力学

通过室内模拟试验,采用振荡淋洗的方法研究了乙二胺四乙酸(EDTA)浓度、pH、淋洗时间对重金属去除效果的影响.利用一级反应动力学模型对试验数据进行拟合,并测定了EDTA处理前后土壤中重金属形态的变化.结果表明,EDTA溶液在浓度为0.1mol.L-1、pH7、淋洗时间1d的条件下能达到对污染土壤重金属的最大去除率,去除率分别为Cd89.14%、Pb34.78%、Cu14.96%、Zn45.14%.模型拟合结果表明,Cd的质量转移系数最大,其次是Zn、Pb和Cu.说明在土壤淋洗过程中,Cd和Zn最先达到质量转移的平衡状态,然后是Pb和Cu.形态分级结果表明,EDTA能有效地去除交换态、碳酸盐结合态和氧化物结合态重金属,而对有机态和残余态部分重金属作用效果不明显.

原子吸收光谱法测定膜荚黄芪不同器官矿质元素含量

应用混合酸HNO3-HClO4(4∶1)在常压微沸条件下对膜荚黄芪根系及茎叶样品进行消解,采用原子吸收光谱法测定了膜荚黄芪不同器官即根及茎叶中五种人体必需矿质元素K,Fe,Zn,Mn和Cu含量,并对结果进行了统计分析与比较。该方法标准曲线相关系数为0.997 3~0.999 9,加标回收率为92.88%~109.25%,相对标准偏差(RSD,n=5)为0.393 5%~3.175 2%。方法简单,结果可靠。结果显示,膜荚黄芪根及茎叶中5种矿质元素含量顺序均为K>Fe>Zn>Mn>Cu。膜荚黄芪不同器官矿质元素含量不同,根中富含Fe,Zn,Cu元素,根内Fe含量是茎叶的1.54倍。茎叶中也含有丰富的矿质元素,特别是K和Mn元素。茎叶中K含量是根的1.63倍,这与黄芪的药效相符合。试验结果将为研究矿质元素在黄芪植株中的分布以及矿质元素含量与黄芪药效相关性提供理论依据。

蔬菜保护地土壤DTPA浸提态铁锰铜锌含量状况研究

采用野外采样及室内分析方法,对沈阳市郊区蔬菜保护地与露地土壤中DTPA-Fe、Mn、Cu、Zn含量状况进行对比研究。结果表明,蔬菜保护地土壤中的DTPA-Fe、Cu、Zn含量明显高于露地土壤,DTPA-Mn含量则明显低于露地土壤。部分保护地土壤已达到对蔬菜生产造成不同程度Cu、Zn污染的状况。导致Fe、Cu、Zn含量升高和Mn含量降低的主要原因是大量有机肥料的投入改变了元素的含量状况,保护地土壤特殊的水、肥、气、热和生物因子影响了元素各形态间的转化。农药的大量施用也导致了蔬菜保护地土壤中Cu、Zn的富集。

卧龙泉河流域土壤重金属污染的模糊评价

运用模糊评价模型对卧龙泉河流域土壤-植物重金属污染现状进行了评价,结果表明,卧龙泉河上游和中游地区土壤-植物重金属污染严重。其中,卧龙泉河上游土壤污染因子为Cu、Pb,水稻和玉米分别为Pb、Cu、C r、A s和Pb、C r、Hg;王家崴子地区土壤的污染因子主要为A s、Pb、Cd、Zn,水稻和玉米分别为Pb、Cu、Cd、C r、A s和Pb、C r、A s、Hg;氰化厂旱田土和靠山屯林地土为轻污染,污染因子分别为Pb、Zn、Cu、Hg和Hg、Pb;卧龙泉河下游万福旱田土和王家崴子西山坡林地土无污染。王家崴子和万福地区的韭菜Pb、Zn、Hg污染严重。同一地区不同植物的污染因子不同,不同地区水稻或玉米的的污染因子也不同。

污染黑土中重金属的形态分布与生物活性研究

通过对污染和清洁黑土的耕层、非耕层分层采样分析,比较了Cd,Pb,Cu和Zn等在同一土壤耕层和非耕层以及不同采样点土壤中的形态分布和生物活性.结果表明,无污染黑土中这些重金属的形态分布一般为:残渣态>有机结合态>铁锰结合态>碳酸盐结合态>可交换态,外源污染则使可交换态重金属的含量增加.以生物有效性系数和迁移系数进行重金属生物活性评价,其在黑土中生物活性大小的顺序为:Cd>Cu>Zn>Pb.污染愈严重的土壤,重金属的生物活性和自身的淋溶能力相对较强,在非耕层中也表现出较高的生物活性.综合重金属在土壤中的含量和生物活性,发现2个污染点的黑土中Cd和Pb对当地农业生产和地下水安全已构成潜在的威胁.