本文是一篇材料工程论文，材料工程是研究、开发、生产和应用金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料的工程领域。其工程硕士学位授权单位培养从事新型材料的研究和开发、材料的制备、材料特性分析和改性、材料的有效利用等方面的高级工程技术人才。（以上内容来自百度百科）今天为大家推荐一篇材料工程论文，供大家参考。
材料工程硕士论文范文篇一
1绪论
1.1主要工业固体废弃物的形成过程和利用现状研究
1.1.1石英尾砂的形成、污染和利用现状
石英砂是玻璃工业的主要原料，我国石英矿产资源丰富，每年排放的石英尾砂在1000万吨以上，造成环境污染，河道堵塞等严重问题。现在大多数的石英砂厂生产石英砂的流程为：石轮碾(水碾式)破碎一加水冲洗一简单蹄分和水力分级。先将矿物移入石轮碾进行破碎，然后用水冲到沟中的蹄上进行蹄分，蹄上物重返轮碾破碎，蹄下物经水力分级设备，细粉随水流出，符合一定目数的石英砂则作为产品。由于生产工艺简单，生产设备简陋，因而石英砂产量不高，无法保证产品的成分和粒度，产生大量的过粉碎细粉，浪费大量的矿产资源，并产生了大量的石英尾砂，严重污染环境[4]。由于石英砂在生产过程屮会产生超细微粉，无法利用水力分级的方法进行回收，而且现有的生产设备简单，生产方式落后，导致我国石英矿产业存在严重的资源浪费，大量的石英尾砂直接露天堆放或者直接排入河屮，由于石英尾砂粒度很小，露天堆放的石英尾砂占用很多耕地，在大风天气里成为粉尘，严重污染环境，容易引起尘肺病，危害周围居民的身体健康。排入河中的石英尾砂堵塞河道，抬高河床，河道两旁十几米甚至上百米的地方都沉积的石英尾砂，寸草不生。因此，石英尾砂的综合利用及其污染问题的治理己经是箭在弦上。石英尾砂是一种极其宝贵的矿产资源，具有极大的排放量和相对稳定的化学成分，使它在玻璃、微晶玻璃、水泥、釉质材料、墙体材料、娃微粉、化工材料及工业填料等方面均有不同程度的利用[5]。国外的石英砂选矿厂通常是大规模和多元化的，产品除了用于生产玻璃，还能够利用细砂生产用于制釉的专用石英粉、用于生产水泥的石英填料、用于精密铸造的专用石英粉等各种产品，基本达到资源的综合利用的目的。最近几年随着我国绿色建材的大量推广和应用，石英尾砂造粒、用尾砂生产加气混凝土、灰砂5专等产品在实验室条件下已经成熟并有部分实现了工业化生产。
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1.2硅酸钙绝热材料
硅酸钙绝热材料作为一种高档的保温隔热材料，在化工、电力、矿业、冶金、石油、窑业、建筑等部门得到广泛应用[38]。经过多年来许多国内外学者的深入研究和探索，其性能和应用范围都已得到很大的发展。娃酸韩绝热材料具有低密度，小的导热系数，较高的抗压和抗折强度，且具有易于施工、损耗较少、可循环利用等优点。现阶段普遍应用的桂酸妈绝热材料分为两类：一类是最高使用温度为65°C的托贝莫莱石（Tob-ermorite)晶型的绝热材料；另一类是最高使用温度达1000 °C的硬桂韩石（XonotHte)晶型的绝热材料。目前前者大量用于石化工业，而后者则主要用于建材、冶金和化工等高温产业。二十世纪中叶，美国的欧文斯?康宁（Owens Coring)玻璃纤维公司发明了体积密度为324 kg/m3的娃酸?丐绝热材料，并将其定名为凯罗（Kaylo)，主要用于建筑保温和工业保温。其后，联合石棉公司、JM公司、原苏联、日本和英国等国也研究和生产了碎酸韩绝热材料产品。二十世纪五十年代初，日本石棉公司先后釆用干法和湿法生产了体积密度分别为350 kg/m和230 kg/m3的制品，到了七十年代日本多家公司均开始生产体积密度为220kg/m3和170kg/m3的两种桂酸韩绝热制品，但是主要工艺采用静态法，结晶相以最高使用温度为650 °C的托贝莫莱石为主。二十世纪七十年代，日本成功设计了动态水热合成法制备娃酸妈绝热材料的工艺，主要晶相是硬娃妈石晶型，最高使用温度达到100°C，随后，该材料朝低密度方向发展，先后制备了密度为220kg/m3和130kg/m3两种产品，目前为止，在娃酸绝热材料的性能和应用等方面日本仍处于优势地位。
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2实验原料及实验方法
2.1实验原料
实验需要的主要反应原料包括娃质原料，此外还有水、有机桂憎水剂、娃酸销纤维等各种添加剂。本实验所用的娃质原料主要是两种固体废弃物，石英尾砂和废弃加气混凝土，分别来自安徽省凤阳县龙兴矿业有限公司和南京市某加气混凝土公司，釆用球磨处理后，用于制备桂酸妈绝热材料。错渣为来自江苏宜兴新兴结业有限公司的化工固体废弃物，根据自身特性及前人的研究，釆用简单的水洗处理后，作为娃质原料和絮凝材料用于制备鞋酸弼绝热材料。碎藻土取自浙江宁波某桂藻土公司，烘干后直接使用。实验所用的弼质原料主要是分析纯（Ar)氧化钙，产自上海奉贤奉城试剂厂，采用庶糖法测得其有效钙含量为92.30 %。此外还有工业生石灰，同样釆用庶糖法测得其有效弼含量为85.6%。
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2.2实验设备
本实验的主要反应为一次静态法水热合成反应，该反应所使用的反应设备为KCF-10型快开式回转搜拌反应爸，产自山东烟台牟平曙光精密仪器厂，其结构示意图和实物图分别如图2.1 (a)和图2.1 (b)所示；实验所用的球磨机包括卧式筒形旋转球磨机和湿式陶瓷球磨机，来自郑州金马机械有限公司和吉安陶瓷试验设备厂,前者用于对桂质原料的球磨处理，后者用于制备托贝莫莱石晶型的娃酸弼绝热材料时，反应料衆的混合搅拌和球磨，实物如图2.2所示；实验的振动磨为XZM-100型振动磨样机，产自武汉探矿机械厂，磨样速率为960r/min，用于对妈质原料的磨细处理；实验需要的万能试验机包招产自深圳市三思材料检测有限公司，型号为CMT5105的微机控制电子万能力学试验机，和产自长舂机械厂的液压式万能力学试验机，用于对反应后料衆的成型，实物如图2.3所示。
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3固体废弃物的处理及性能研究........... 22
3.1锆渣的处理和性能研究 ...........22
3.2石英尾砂的处理和性能研究........... 25
3.3废弃加气混凝土的处理和性能研究........... 26
3.4本章小结 ...........27
4石英尾砂为主要原料制备硅酸钙绝热材料........... 28
4.1石英尾砂-锆渣体系制备硅酸钙绝热材料........... 28
4.1.1样品的物相分析（XRD) ........... 28
4.1.2样品的形貌分析（SEM) ........... 30
4.1.3样品的线收缩率和导热系数........... 31
4.1.4样品的体积密度、孔隙率和抗折强度........... 33
4.2不同钙质原料制备绝热材料的探索........... 34
4.3 Sr2+对硬硅钙石型硅酸钙绝热材料的影响........... 35
4.4石英尾砂-硅藻土体系制备硅酸钙绝热材料........... 37
4.5本章小结........... 41
5废加气混凝土为主要原料制备桂酸韩绝热材料 ...........42
5.1废弃加气混凝土-锆渣体系制备硅酸钙绝热材料........... 42
5.1.1不同锆渣掺量对绝热材料性能影响........... 42
5.1.2不同煅烧温度对硅酸钙绝热材料性能的影响........... 44
5.2废弃加气混凝土-碎藻土体系制备桂酸弼绝热材料...........47
5.3本章小结 ...........49
5废加气混凝土为主要原料制备硅酸钙绝热材料
废弃加气混凝土主要物相为托贝莫莱石，同时含有未完全反应的石英晶体和少量其它杂质。利用废弃加气混凝为主要硅质原料，通过一次静态水热合成法制备硅酸钙绝热材料。在硅酸钙水化产物屮，托贝莫莱石是Al/Si置换能力最强的一种物质，天然形成的托贝莫莱石结晶Al/Si置换比约为10%，而人工合成的晶体中可达15 %左右。由于晶体巾的Si4+被Al3+置换，导致托贝莫莱石晶体中自由度较高的四面体架状结构的架桥部分的倾斜角发生变化，晶体的c轴变长，晶格体积增大，片状结构的托贝莫莱石稳定性增强，从而阻碍其向硬硅钙石的转变，抑制了硬硅钙石的形成[71，76，77]。研究发现[66]，当Al/(Ca+Si)摩尔比过高时，无论是延长反应时间还是提高反应温度，托贝莫莱石均不能转变为硬硅钙石，当Al/(Ca+Si)摩尔比较低时，则不会影响硬硅钙石的形成。因为废弃加气混凝土中A1203含S较高，故不适合用来生产硬硅钙石型的硅酸钙材料，只能生产托贝莫莱石晶型的硅酸钙绝热材料，因此，本实验按照托贝莫莱石的分子结构：5Ca0-6Si02-5H20,确定实验钙硅摩尔比的最佳值0.83。实验工艺条件为升温速率2 °C/min,甲 210 °C保温 10h。
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结论
本文分别以石英尾砂和废弃加气混凝土两种工业固体废弃物为主要原料，通过添加另一种工业固体废弃物锆渣或者硅藻土，采用一次静态水热合成的方法，经过压滤成型和烘干制备了硅酸钙绝热材料，实现了几种固体废弃物的综合开发和利用。测定了各种固体废弃物的成分、性能等，并采用XRD、SEM等测试技术对制品的物相组成和显微结构形貌进行了分析，此外也测定了制品的体积密度、抗折强度、高温线收缩率及导热系数等。最后得出以下结论：
(1)采用水洗的方法处理锆渣后，纳米级非晶态的二氧化硅粒子具有很高的活性。利用其吸附特性，使得锆渣在酸性或碱性的环境下，易吸附其它粒子，产生凝胶化现象。水洗后锆渣孔径分布的峰值位置为15.97 nm，粒子的平均孔径为17.177 nm,根据密堆 .积理论计算得出粒子的粒径在17:177 nm-29.751 nm之间，比表面积为446.02 m2/g, L 容为 1.9153 cm3/g。
(2)以石英尾砂为主要硅质原料，掺入不同含量的锆渣，通过一次静态水热合成反应，经过压制成型制得的硅酸钙绝热材料制品，物相主要为硬硅钙石品型的硅酸钙，在扫描电镜下可以看到纤维状的晶体生长良好，相互缠绕，存在很多孔洞。制品抗折强度大于0.36 MPa，1000 °C线收缩率仅0.36 %，导热系数为0.046 W/(m-K),可作为高温环境下的保温隔热材料使用。
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参考文献（略）
材料工程硕士论文范文篇二
第一章 纺织材料多元化延伸性设计
1.1 纺织材料的定义
纺织材料多元化延伸性设计实际上给我们提出了一个新的概念，即：纺织材料艺术的创作不仅仅停留在纺织材料的外部形态、色彩、肌理等表面化的方面，同时，还应该将纺织材料艺术创作中的相关要素，如艺术家的思想和观念、材料自身的语言言说力等要素揉合进作品。当我们接到一个课题，被指定了一种纺织材料进行创作时，时常不能立即产生创作的灵感，这时，我们便会在现有材料的基础上进行挖掘再造，利用纺织材料的某一本质属性，改变其外部特征，将本无生命的材料融入自身的创作思考，将材料表面化的特征延伸到内部的本质蕴含中去，从而产生全新的感官体验，这一挖掘再造的过程，实际上就是纺织材料延伸性设计的过程。如果我们能将这一过程做到极致，便会拥有无限的创作欲望与激情，创作的作品也会因此有一个全新的呈现及展示。
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1.2 纺织材料的心理属性及其可延伸性
芬兰艺术家 Kaarina Kaikkonen 装置艺术作品（图三十一至图三十三），整个作品全部由各式衬衫组成，沿用了 Collezione Maramotti 艺术馆的建筑结构，并安装在其上，装置由两个对称结构组成，类似一艘大船的形状。作品整体为白色，从天花板到地面又分成两部分，表面交错、相互交接，形成了两个相同的半圆形，具有结构和韵律。颜色的选择令这两个互补结构从外部看上去，像是一男一女在对话：一边色调较暖，一边色调较冷。而整个装置则散发着由色彩搭配而形成的和谐之美。艺术家选用衬衫这一纺织物作为创作材料，是有着其另一深层次的含义，她用无数承载丰富情感的衬衫，为我们讲述了一个重要生产地的历史，展出地址不仅是服装的生产地，也是创意的摇篮，在这里，全体员工共同创造并制成了这个作品，这是集体智慧的结晶。就其本身而言，船型设计使它自身具有向前发展的力量。同时，衬衫对于现代社会来说，是一种快速消费的物品，随着服装行业的不断发展和人们生活水平的日益提高，衬衫迅速的更新换代，它的生命周期是比较短暂的。但 Kaarina Kaikkonen 却赋予这些衬衫以生命，利用衬衫生命周期的短暂性，用它们象征脆弱，它们可以让观者回想起一段情感经历或个人经历，同时也是一面镜子，折射着社会的各种现状。这个大建筑代表着一个社会，充斥着各种转瞬即逝的声音，在各自成为彼此的故事中，传递着共同的感受。
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第二章 纺织材料的多元化属性及其可延伸性
2.1 纺织材料的物理属性及其可延伸性
这里的所说的“形”，不单指纺织材料的外部形态，这个“形”包含了纺织材料所有外在的物理属性，是对纺织材料所具有的一切外在特征的概括。这种“形”的延伸，自然不是简单的将纺织材料的色彩扩散、肌理复制、形态拉伸，而是对这些外在特征进行充分的观察了解，从而进行有机的、有设计的再创造。这种创造是在理解的基础上，以现代的审美观念，对纺织材料的色彩、肌理、形态等特征加以改造和运用，使其富有时代的特色，同时也体现创作者的思想内涵。纺织材料“形“的延伸在纺织品艺术设计中主要表现在二个方面，第一个方面是线型材料“形”的延伸，第二个方面是面成型材料“形”的延伸。下面就这些纺织材料如何在“形”上延伸进行具体的案例分析。美国艺术家安妮•林德伯格（Anne Lindberg）的彩色织线空间艺术作品。她充分利用了线形态上的可延伸性，编织出绚丽的三维网状结构，在色彩和光线的作用下形成独特的空间效果，同时也重新定义了空间的延展性。这些独具特色的线状物形成了具有体积感的块状物，以一种掩饰了其几乎无法察觉的组成部分的方式标志出了空间，将线这一主要材料与创作主题完美融合（图十五至图十八）。
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2.2 纺织材料的心理属性及其可延伸性
日本装置艺术家千春盐田的作品，她的创作通常与童年受到的创伤、记忆有关，利用红色或黑色的丝线，结合其他日常用品，探索过去和现在、生和死的关系，并把人的记忆植入对象。她所用的丝线已经不仅仅是一种纺织材料，是一种可以无限延伸思绪的媒介，更是一座可以将现在的她与过去相联系的时光之桥，她说：“当感觉不到所用的素材是丝线，而好像是编织空气的时候，我便会觉得作品已经完成了。”她的作品给人以死亡、压抑、灾难的综合震撼，表现的是人的思想、回忆与丝线相结，即便远去却又被自己的内心拉回的状态。作品《Dialogue from DNA》（图二十六至图二十九）中，每只鞋子都系着主人的留言，这里面既有令人愉快的留言，也有十分沉重的。很多鞋子都是逝去的人们所遗留下来的，借由这一根根红色的丝线相连，使观者仿佛看到了本不应看见的鞋子们的所有者们的存在，使这一作品成为了一个特别的存在。《来自沉默》个展的这一作品（图三十），艺术家尝试把儿时刻骨铭心的记忆转换成相对安全的可见的形式。她在空间里拉满无数密密麻麻的黑线，从地板到天花板到墙，为所有东西作茧，包括烧过的钢琴，而丝丝黑线便是可以裹住这些记忆的网，是她对记忆和遗忘的迷恋。
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第二章 纺织材料的多元化属性及其可延伸性.............4
2.1 纺织材料的物理属性及其可延伸性.............5
2.1.1 纺织材料的物理属性.............5
2.1.2 纺织材料“形”的延伸.............5
2.1.2.1 线型材料“形”的延伸.............5
2.1.2.2 面成型材料“形”的延伸.............6
2.2 纺织材料的心理属性及其可延伸性.............8
2.2.1 纺织材料的心理属性.............8
2.2.2 纺织材料“意”的延伸.............8
2.2.2.1 线型材料“意”的延伸.............8
2.2.2.2 面成型材料“意”的延伸.............10
第三章 纺织材料中线型材料的多元化可延伸性.............14
3.1 创作灵感来源.............14
3.1.1 青春的思考.............14
3.1.2 青春与线型材料的交集.............14
3.2 线型材料的可延伸性在创作过程中的运用.............15
3.2.1 自由延展的造型结构.............15
3.2.2 由手及心的表现方式.............17
3.2.3 由形至意的内在蕴含.............18
3.3 线型材料延伸性设计作品的最终效果.............19
第四章 纺织材料多元化延伸性设计的发展前景................20
第四章 纺织材料的多元化延伸性设计的发展前景
在科学技术飞速发展的今天，人们对自然，包括对自身的认识越来越深入和理性，它们迅速改变和刷新着人们关于世界、物质的看法，也迅速地改变和刷新着人们关于艺术的看法。在艺术家对材料的观念性认识和选择运用上，这种改变和刷新表现得最为直接。艺术家对材料观念性的认识从材料的外部形态向材料的内部蕴含的转化，使其作为艺术语言的物质载体而存在的概念随即被消解。这种消解不仅使材料从外在特征到内在质地的自然力得到充分的释放和表现，也使纺织材料艺术传递给受众的不仅仅是共鸣，更多的是一种情境、一种思考；同时也不仅仅是对物质的需求与渴望，更多的是一种精神、一种文化。将纺织材料的多元化属性有机的利用及延伸，将会使艺术语言在材料的自身自然力和创造力的释放和表现中得到新生。
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结语
随着艺术观念和材料媒介的多元综合，纺织材料带给人类温暖的同时，亦给人以无限的创作空间，人们开始逐渐意识到纺织材料的可塑性和多元化的可延伸性可以给艺术作品带来无限的魅力。随着时代的进步，纺织材料必将朝着更加多元、综合的方向发展，其多元的可延伸性也将被更多的艺术家们探索和发现，以材料的本质属性作为创作的源泉，将材料的本源美与创作的主题表达融为一体，从而达到由表及里的“质”的延续，这一创作模式，必将成为今后纺织材料艺术发展的新方向。
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参考文献（略）
材料工程硕士论文范文篇三
第一章绪论
1.1研究背景
截止2010年底，中国石油新增探明石油地质储量7.6亿吨，累计动用石油地质储量153.37亿吨，原油产量14144万吨，实现工业总产值12766亿元⑴。油田开发在促进地方经济增长的同时，也不可避免的带来环境污染与生态破坏。石油勘探开发中既有地质勘探、钻井、原油集输、地面工程等活动占用土地，又有含油污水、含油污泥、废弃泥拔、落地原油等污染物产生。其点多、线长、面广，不仅对区域的大气、水体、土壤造成时段性、长期性、系统性的影响，对地层和地表景观以及原生态环境也造成了不可恢复的影响。我国自1978年原油产量突破IXW8t大关而成为世界十大产油国之一以来，勘探开发油井2X105t/口，年产石油污染土壤近lX105t,累计堆放量近5X105t,以每口油井污染土地面积200-500m2计算，造成的土壤污染达8X107m2[2]。1998年，全国石油、炼化企业产生含油固体废物量达4.29X106t,利用率低于50%，以每口油井污染土地面积200?500m2计算，由此造成土壤污染达3.3X106hm2。此外，我国每年有6XK)5t原油经跑、冒、滴、漏等途径进入环境，造成土壤污染[3]。同时，油田开发对地表水也产生了影响。张佳音等对陕北地区进行研究，指出因含油废水非法排放、泄油事故，延河和清涧河流域普遍受到石油类的污染，绝大部分河段为IV类水质，靠近采油厂的河段，污染严重的达劣V类水质，远离采油区数百公里的河段也受到石油类的污染[4]。
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1.2国内外研究现状
在油气开发领域，国外已经有较为完善的法律法规。英国于1971年制定了《防止石油污染法》；加拿大于1985年制定了《石油天然气作业法》，要求石油公司必须执行美国的《石油污染法》对石油污染防治加以法律规制，并成立石油应急管理办公室[6]。尼日利亚《联邦环境保护部法案》（1999)规定，环境部与石油资源部共同合作管理，环境部为石油资源部提供控制石油类污染物排放的相关支持[7]，并且建立了完善的环境许可、环境审计制度[8]。在约束企业环境污染的同时，美国还通过立法来对公民进行环境教育。美国现行国家环境教育法于1990年颁布实施，该法律重申了国家对公民进行环境教育的责任和义务，确认了国家对教育和培养有环境保护知识和技能、有环保责任感和正确的环境决策能力的高素质公民的迫切需求。此外，国外大型石油公司都十分重视环保工作和机制的探索，在环境保护机制方面主要依靠自身制度化的建设和工程技术的改进。如，英国BP石油公司实行IS014001环境管理系统，并将“无损环境”（no damage to the environment)作为企业的目标之一，建立了 “计划-执行-考核-改进”的HSE管理体系及其保障系统。壳牌公司实施HSE管理体系导则，在环境保护管理方面主要体现在业务单元、各级领导、企业员工三个层次[8]。以TEXACO为代表的美国石油企业为维护其环保责任、绿色形象，致力于温室气体的减排工作，并取得了一定的效果，其温室气体减排基本战略是以改进生产设施、开发新技术设备、推广使用清洁能源、提高能源利用效率为主，以增加环保项目投资和幵发温室气体回收利用项目为辅，同时推行鼓励减排温室气体的经济政策和制度。
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第二章研究区域概况
2.1研究区自然、社会环境概况
晚东地区地处内陆中讳度地带，受季风影响明显，属典型的大陆性干旱区。四季分明，冬冷且漫长，夏热而短促，春季雨雪少，经常干旱，秋季多阴雨，空气湿润。多年主导风向为SE、SSE风，降雨量南多北少，全年平均降水量为408.9-620.1mm,降雨多集中于7、8、9三个月，气温南部高于北部，年平均气温 8.4°C_9.7°C，年均最高 14.7°C-16.3°C,平均最低温2;rC-4.6°C，无霜期 143-165天，年日照2301-2638小时[28]。研究区区域内沟谷交错、树枝状水系较发育。与油田幵发关系比较密切的是马莲河、蒲河和环江、柔远河，见图2-2。马莲河是过境河流，为径河一级支流，发源于宁夏麻黄山，于环县北部流入本区，流经洪德、环县、庆城、宁县、长庆桥等城镇，于宁县政平流入径河。全长374.8km,流域面积19086km2，多年平均径流总量4.544亿m3，流量14.17in3/s。马莲河上游为高含镁、氯、硫酸盐离子的苦水区，河水矿化度平均为1.4g/L，枯水期达到1.9g/L，含盐量0.045%左右，总硬度为117-208mol/L。蒲河是经河的一级支流，发源于环县庙儿掌，经环县、镇原、西峰、宁县流入经河，蒲河流长175km，流域面积7443km2，其中区内4641km2，多年平均径流总量2.428亿m3,流量7.7m3/s，年输沙量4770万t。区内自产年径流量0.1789亿m3。蒲河水质良好，基本符合饮用水标准。
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2.2陇东油区概况
陇东油区地面建设，釆用油气密闭集输工艺，油田釆出水经处理后回注原层，油田伴生气回收综合利用（轻烃发电）的形式。截止2010年底，陇东油区共建成元城首站、华联站、悦联站、南八站、中集站、北集站、西一联、西二联、南梁站、环首站等联合站共12座，计转站126座，计量站63座，加温站6座；共建污水处理站（包括联合站采出水处理厂）41座，注水站82座；站场、道路临时占地达1672.93hm2,永久占地4520.95km2.
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第三章石油勘探幵发污染源与污染物.................. 16
3.1石油勘探开发工艺................. 16
3.2石油勘探开发污染源、污染物................. 17
3.2.1石油勘探过程中的污染源与污染................. 17
3.2.2石油开釆过程中的污染源与污染物................. 18
3.2.3石油集输中的污染源与污染物................. 18
3.3石油勘探开发环境影响特征分析................. 21
3. 3.1石油勘探幵发污染源特点 .................21
3. 3. 2石油勘探幵发污染物排放特点................. 21
3. 3. 3石油勘探开发环境影响特点................. 22
第四章陇东地区油田开发环境影响.................24
4. 1 土壤环境影响分析................. 24
4.1.1 土壤环境影.................24
4.1.2油区土壤环境质量................. 24
4. 2地表水环境影响分析................. 29
4. 2. 1石油开发对地表水影响................. 29
4.2.2油田开发对马莲河水环境的影响................. 30
4.3地下水环境影响分析................. 36
4. 3.1石油开发对地下水环境影响................. 36
4.3.2陇东油田开发对地下水环境的影响................. 37
4.4乡村生态环境的影响................. 39
4.5小结 .................41
第五章环境管理体系................. 43
5.1政府层面：完善环管制度................. 43
5.2公众层面：公众参与环境管理................. 48
5.3企业层面：实行自我环境管理.................52
第五章环境管理体系
5.1政府层面：完善环管制度
长期以来，我国环境管理主要通过政府各部门的行政命令来实现，对于石油勘探开发活动，当前的政府环境管理办法中有建设项目环境影响报告的审批、排污申报登记以及环境监督监察等，但因其环境保护具有污染防治与生态保护并存、区域可持续发展、全过程环境监控的特点，单一的政府环境管理在新的经济体制、社会环境下若不辅之以其他综合性手段可能会难以实施。本文从政府层面、公众层面、企业层面三个角度进行分析，构建以人为出发点、转折点的环境管理体系。我国在环境保护与治理方面最大的缺憾就是缺乏行之有效、结构健全的环境管理体制和环保法律法规体系，施行严格的环境管理、并使环境保护法制化对改善我国油田环境问题必不可少的。国家在政策层面约束企业的经营行为、在市场层面限制企业的经营行为。同时，保障公众的合法权益、合法履行职责的程序，促进全社会以更低的资源消耗、更少的环境代价，寻求油田工业乃至整个经济建设活动与环境的协调发展。政府层面的环保法律、制度见图5-1所示。
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结论
① 壤：石油幵釆对区域土壤造成了一定的影响，农田、废弃井场、钻井泥浆坑A、钻井泥浆坑B、漏油点的最大综合污染指数依次为：2.1、16.68、29.58、18.25、13.44。总体来说，油区土壤质量从优到次依次为：农田、漏油点、泥浆坑B、泥浆坑A、废弃井场。
②地表水：马莲河20个断面的水质均出现不同程度的污染，主要超标项目为总氮、氨氮、COD和Cr6+、石油类。2007年、2008年、2011年最大综合污染指数依次为：45.758、24.485、38.768，均位于环县山城；出境断面与入境断面相比，水质综合指数有了大幅度的下降，但仍属于中度污染、轻度污染。
③地下水：1996-2006年，陇东油区地下水受到不同程度的污染，污染因子有氨氮、总硬度、COD、Cr6+、氯化物、氟化物、大肠菌群等，污染原因与人群生活、当地地质环境、石油幵釆活动有关。
④作为以农业生产为主的陇东地区，因油田开发建设，占用农业用地，局部植被破坏、水土流失较为严重，而由于污染，土壤-地表水-地下水形成的复合系统互相影响，对陇东地区乡村生态环境也造成了严重影响。
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参考文献（略）
材料工程硕士论文范文篇四
第1章 绪论
1.1 课题研究目的及意义
大脑是人类智慧的来源，其高度的精密和复杂性使得即使人类最先进科技都无法解开其中的奥秘，而作为人体内信息传递重要的桥梁和通道，神经系统同时又是大脑内部最复杂的系统之一，大脑和组织器官间做出的每一个反应都需要通过神经系统进行信息传递，因此神经系统在人类的生命活动中具有非常关键的作用，神经系统一旦遭到破坏或者损伤，往往会导致各种神经疾病的产生。在人类历史上，神经疾病一直是困扰人类健康的重要因素之一，其中很重要的原因就是缺乏有效的诊断手段。由于大脑的特殊性，利用传统的影像手段很难准确的得到大脑神经纤维的分布结构，通过解剖的方法需要耗费大量的资源，且容易破坏神经纤维的结构，而神经纤维一旦遭到破坏是无法再生的，因此对于活体生物而言是并不可取的。随着科技的进步，新的成像技术的发展，通过现代医学非侵入成像手段实时、准确和快速的对大脑神经纤维结构进行三维重构，成为现代神经医学成像领域内研究的热点。扩散张量成像(DT-MRI 或者 DTI)技术是在最近发展起来的一种崭新的现代医学成像技术，它可以根据神经纤维所处环境内水分子的扩散运动的各向异性特征探测神经纤维的结构走向，是目前临床上在活体内追踪脑白质神经纤维三维结构的唯一的非侵入性成像方法，其安全性和可靠性使得扩散张量成像成为追踪人体大脑内部神经纤维结构的首选工具。
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1.2 国内外研究发展现状
近年来，对于大脑神经以及神经疾病的研究是一个很热的前沿课题，而针对基于统计模型的追踪成像算法的研究，能够很好的帮助人类在非侵入的模式下挖掘认识大脑的神经构造，对此，国内外很多学者展开了广泛的研究，目前国外将统计模型的神经纤维跟踪算法的结构主要分为两个阶段，下面分别从这两个阶段着手讨论分析。第一阶段是用一个神经纤维取向的概率面密度函数对不确定度进行建模，主要的代表人物有 Behrens[4]和 Friman[5]。Behrens 是第一个基于贝叶斯构架构建了局部神经纤维取向的概率密度函数(PDF)，他提出了三个不同级别复杂度的模型来描述水分子的局部扩散过程，这些模型的参数通过一个 Gibbs 采样器来采样估计，并用一个蒙特卡罗马尔科夫链程序来对一个单一的纤维取向分布进行取样，然后用这些样本来对纤维取向的不确定度进行建模。Friman 提出了一个基于简化并且更容易追踪的模型的贝叶斯方法，他将连续的概率密度函数用一套基于单位球上的采样的样本集来代替，但是，由此得到的概率密度函数没有考虑由容积效应带来的不确定度，也就是说，扩散张量能够有效的定义含有单个纤维的体素的纤维取向，但是对于一些比较复杂分布的体素，比如体素内有神经纤维交叉的情况，由一个单一的扩散张量来定义纤维的取向是不准确的。为了克服这个问题，Tuch[6]，Frank[7]，Behrens 等人提出多张量模型的概念，即用一个混合的高斯密度来接近扩散过程。q 空间[8]和扩散频谱成像[9]概率密度函数，可以较好的解决神经纤维交叉的问题。但是该技术需要大量的梯度方向和很长的扫描时间，这制约了其在临床应用上的实现。高角度分辨率扩散张量成像(HARDI)技术[10]可以减少扫描的时间，QBI(Q-ball Imaging)技术[11]是在高角度分辨率扩散张量成像基础上发展起来的一种自由模型重构技术，可以较好的解决纤维交叉的问题。
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第2章 磁共振扩散张量成像
2.1 引言
大脑是人类最重要的器官之一，因此被坚硬的颅骨保护着，但是离开这层颅骨，大脑同时也是人类最脆弱的器官之一，当人们在对大脑疾病诊断或者研究的时候，往往需要观察大脑的内部组织状况，但是大脑特殊的属性使得不可能在活体内直接用肉眼观察，虽然现在临床上已经拥有众多的非侵入的诊断手段，但是磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)是目前唯一能够在非侵入的条件下安全地提供高分辨率的医疗成像技术，在临床上被广泛的应用。而在磁共振成像基础上发展起来的扩散张量成像，能够更加敏感的分辨出大脑组织的病变状况，并可以实现大脑神经纤维的三维重构，这对于神经疾病的诊断和手术的治疗，以及对大脑的研究上，具有不可估量的作用。
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2.2 磁共振成像简介
20 世纪 40 年代，人类就认识了核磁共振现象，1946 年斯坦福大学的 Bloch及哈佛大学的 Purcell 几乎同时独立测得石蜡和水的 MR 吸收，为现代的磁共振成像技术奠定了理论基础，并最早将该原理用于生物实验，同时在物理学和化学方面为磁共振技术的发展也做出了较大的贡献，这两位学者也因此获得了 1952 年诺贝尔物理学奖。1971 年纽约州立大学的 Damadian 在对生物组织进行 MR 实验时，发现肿瘤组织的 MR 信号的 T1 和 T2 值比正常组织长，根据这一现象随后提出磁共振成像的设想。1973 年 P. C. Lauterbur 用共轭摄影法成功的对两个充水试管的进行 MR 成像，这也是人类历史上做出的第一幅 MR 图像，随后又在 1974 年成功实现了对活鼠的 MR 成像得到第一幅活体生物的 MR 图像，1976 年实现人体第一张胸部的 MR 图像。1977 年，人类历史上第一台磁共振全身成像装置建成，随后 MRI 技术得以飞速地发展，于 1983 年磁共振成像设备被美国 FDA 获准进入市场，继而被广泛地应用于临床中，中国的第一台磁共振成像设备由中国安科公司于 1989 年建成的永磁型磁共振成像系统，在最近的几十年内，中国的磁共振成像技术得以迅速的发展，逐步缩小了与国际领先水平的差距[23]。
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第 3 章 粒子滤波简介........ 17
3.1 引言 ........... 17
3.2 粒子滤波概述 ............. 17
3.3 基本粒子滤波 ............. 17
3.4 基本粒子滤波实现 ........... 22
3.5 本章小结 ......... 24
第 4 章 基于双张量模型和粒子滤波......... 25
4.1 引言 ........... 25
4.2 算法主体框架设计 ........... 25
4.3 双张量模型拟合算法设计 ........... 25
4.4 基于粒子滤波神经纤维追踪过程设计 ......... 30
4.5 本章小结 ......... 38
第 5 章 基于双张量模型和粒子滤波........ 39
5.1 前言 ........... 39
5.2 仿真数据测试及结果分析 ........... 39
5.3 临床数据测试及结果分析 ........... 46
5.4 神经纤维追踪系统实现 ......... 49
5.5 本章小结 ......... 51
第5章 基于双张量模型和粒子滤波神经纤维追踪算法测试及结果分析
5.1 前言
鉴于各种因素的影响，对人类的大脑神经纤维进行追踪成像时一直都缺乏一个有效的金标准，即没有一个绝对的标准来衡量纤维追踪效果的好坏，为了能够更加合理的论证我们提出算法的效果，在本课题中，我们利用 DWI 数据的仿真技术生成了几组 DWI 的仿真影像数据，每组数据都被设计成一定的结构走向，这样能够帮助我们通过分析追踪结果与事先设计的走向的吻合程度来合理的评估纤维追踪的效果，在此基础上，我们也结合一些临床数据对真实的人脑 MRI 数据进行处理，观察算法在处理临床数据时的表现。在实验分析时，我们也借用了现在比较主流的流线型(STT)算法和目前比较先进的 Particle Filter 算法作为对比，这样更能够反映出我们提出的算法在当前神经纤维追踪领域内的优势和不足之处。
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结 论
随着 DTI 技术的发展与成熟，由于其非侵入性的特点，利用 DTI 技术观察活体脑内组织结构越来越受到人们的青睐，扩散加权图像，FA 图像已经被广泛的应用在大脑疾病的诊断和治疗过程中。而作为唯一能够三维重构大脑神经纤维结构的纤维追踪成像技术，到目前由于技术等因素的限制在临床应用中还只能充当起部分的参考价值，距离作为诊断和治疗的标准还有相当长的一段距离，但是其潜在的科研和临床价值是不可估量的，这就要求我们投入更多的人力和物力去发展纤维追踪技术的理论和应用基础。基于这一诉求，本文提出了一个基于双张量模型和粒子滤波的统计型 DTI 神经纤维追踪算法，并借用合成 DWI 数据以及临床数据对算法进行了比较全面的测试和评估，论文的成果和发现可总结为如下几点：
(1) 本文提出的双张量模型可以较好的拟合体素内具备的神经交叉的结构，利用松弛标记技术通过考虑附近体素的影响因素可以有效的降低判定交叉区域以及双张量模型拟合中的噪声干扰影响，对于传统的 DTI 技术，双张量模型会是一个很好的补充；
(2) 本文提出的算法可以较好的实现追踪神经纤维的交叉结构，而且相比于确定型算法和 Particle Filter 算法，本文的算法可以有效追踪以交叉区域为种子点的纤维走向，且相同 ROI 区域条件下追踪的神经纤维数量更多、长度更长以及更平滑。
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参考文献（略）
材料工程硕士论文范文篇五
1绪论
1.1引言
伴随着便携式电子设备以及混合动力汽车的飞速发展，传统的储能装置越来越难以满足其日益增长的需求。传统的储能装置中，电池最具有代表性，电池具有体积较小、重量较轻等优点。然而从Ragone曲线图(图1.1)中我们可以看到，即使是在180 Wh/Kg的能量密度下⑴，电池的功率输出仍然较慢，从而使得电池的广泛应用受到了限制，特别是在一些能量存储系统中，大功率的快速存储是首要前提。在此背景下，超级电容器(Supercapacitors)，即电化学电容器(Electrochemical Capacitors)的出现使得这一问题得到了解决。超级电容器具有功率密度大(lOkW/kg)、使用寿命长(>105)、充放电速度快(几秒钟内)等优点。目前，超级电容器在便携式电子产品、记忆体备份系统、工业电力和能源管理等方面得到了广泛应用。
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1.2超级电容器的储能机理
超级电容器的储能机理有两种：一种是基于电解液中离子之间的静电吸引而产生的双电层电容例如采用碳基材料作为电极材料；另一种是基于电极表面的活性物质发生的快速可逆氧化还原反应或者法拉第电荷转移反应而产生的法拉第赝电容，例如采用金属氧化物或者导电聚合物作为电极材料。图1.2是双电层电容的形成示意图，在充电的过程中，电解液中的阴离子吸附在电容器正极的表面，电解液中的阳离子则吸附在电容器负极的表面，并且阴阳离子不会与电极发生反应，这样电解液中的阴阳离子分别在电极的表面形成紧密电荷层，即双电层。双电层电荷分别位于两相界面上，二者之间存在着势垒，故电荷不能越过边界彼此中和，从而形成双电层电容。双电层电容的大小依赖于电极的表面积、电解质的种类以及双电层的厚度(德拜长度)。碳元素有很多种同素异形体(石墨、金刚石、富勒稀等)，拥有各种各样的微观形貌(和石墨化程度有关)，并且能以很多形态(粉末、纤维、泡沫、复合物等)存在。因此，碳基材料在电化学领域展现出了巨大的应用前景，尤其是在储能装置中。由碳基材料制备的电极的导电性很大程度上取决于电极的微观形貌、杂化程度、杂原子的数量以及后期的热处理过程。
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2 NiO/碳纳米管/多孔镇复合电极的制备
2.1理论背景
自从1991年日本NEC公司的电子显微镜专家lijima发现碳纳米管[34](Carbon Nanotubes, CNTs)以来，碳纳米管由于其独特的性能引起了各国学者广泛的关注。众所周知，碳纳米管具有很高的导电性，是作为电极的理想材料。除此之外，碳纳米管还具有很大的比表面积[35，36](240-1250m2g-i)和独特的多孔管状结构，使得离子和电子能够快速传输，有利于双电层电容的形成。由碳纳米管制备得到的电极，其比电容可以达到100-300 Fg_i(水介质中)。然而，碳纳米管昂贵的生产成本大大限制了其广泛应用。与之相比，过渡金属氧化物(Mn02，Ru02, NiO等)作为赝电容材料则显现出更高的比电容。在这些过渡金属氧化物当中，NiO具有制备方法简单、对环境友好、较为廉价、理论比电容高lio2](2573 Fg_i)等优点，其应用较为广泛。但NiO也具有过渡金属氧化物的通病，即导电性差、利用率低、倍率低。因此，将NiO和碳纳米管复合，制备NiO/碳纳米管杂化材料可以使得这两者的优缺点互补，制备得到较为理想的超级电容器电极材料。本章通过电泳沉积法在多孔镍表面沉积一层NiO/碳纳米管薄膜，其制备工艺如图2.1所示。首先将单壁碳纳米管(Single-walled carbon nanotubes SWNTs)置于混酸中超声，使得碳纳米管的两端和缺陷处接上梭基或者经基，带上负电荷。然后加入Ni(N03)2，通过二价镍离子在碳纳米管表面的吸附使得碳纳米管所带的电荷转换成为正电荷。在电场力的作用下，吸附有Ni2+的碳纳米管移动到阴极(多孔镇)上，与此同时，Ni2+被还原成金属镇，在随后的干燥过程中，刚刚还原得到的金属镇被氧化成NiO。总的来说，复合电极中的碳纳米管为电解液中的离子提供传输通道，而NiO则通过可逆的氧化还原反应提供腹电容，从而使得复合电极的电容性能大大提升。
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2.2实验部分
2.2.1原料与仪器设备
由于购买的单壁碳纳米管纯度偏低，我们首先将单壁碳纳米管置于马弗炉中在350°C下灼烧2h，以除去其中含有的无定型碳和杂质。称取100 mg灼烧过的碳纳米管，加入到60 mL混酸（浓H2SO4 ：浓HN03=3 ： 1，体积比）中，得到的混合物在水浴中(60 °C)超声4h。超声结束后将其倒入1000 mL的去离子水中稀释，稀释过后立即用聚四氟乙烯微孔过滤膜(0.22 txm)在砂芯过滤装置上进行洗漆过滤，用去离子水反复洗漆，直至过滤出来的滤液澄清透明。然后再用丙酮洗潘，以除去其中含有的有机物杂质。最后再用无水乙醇反复洗漆过滤，将最终得到的碳纳米管分散在100 mL无水乙醇中。最后将得到的碳纳米管/乙醇分散液在10000 r/min的速率下离心30 min,取上层悬浮液；将其再在lOOOOr/min的速率下离心30min，取上层悬浮液待用，此时，碳纳米管/乙醇分散液的浓度大约为0.5 mg/mL。
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3 NiO/石墨稀/多孔镍复合电极的制备......... 22
3.1理论背景......... 22
3.2实验部分......... 23
3.2.1原料与仪器设备......... 23
3.2.2实验步骤 .........24
3.3结果与讨论......... 25
3.3.1形貌分析......... 25
3.3.2 XPS 分析......... 28
3.3.3电化学性能分析......... 30
3.4本章小结 .........37
4 MO/碳纳米管-石墨烯/多孔镍......... 39
4.1理论背景......... 39
4.2实验部分......... 39
4.2.1原料与仪器设备......... 39
4.2.2实验步骤......... 40
4.3结果与讨论......... 41
4.3.1 FESEM 分析......... 41
4.3.2 CV 分析......... 43
4.3.3恒电流充放电分析......... 47
4.4本章小结 .........51
5 结论与展望......... 52
5.1本文主要结论.........52
5.2本文特色 .........52
5.3尚待进一步研究的问题......... 52
4 NiO/碳纳米管-石墨稀/多孔镍复合电极的制备
4.1理论背景
近年来，基于具有纳米结构碳材料的应用研究引起了广泛的关注，尤其是在储氧装置、燃料电池、锂离子电池和超级电容器方面的应用。在这些具有纳米结构的碳材料中，以碳纳米管和石墨炼最具有代表性。碳纳米管和石墨炼都拥有高比面积、良好的导电性、高空隙率等优异的性能，是作为超级电容器电极的理想材料。然而，碳纳米管的价格较为昂贵，大规模的推广和应用备受制约；石墨稀片层之间存在较强的范德华力的作用，导致石墨稀极易发生团聚，从而使得石墨稀制品的性能下降。将碳纳米管和石墨稀混合，制备碳纳米管-石墨稀复合材料可以有效地克服上述两个缺点。本章仍采用电泳沉积法制备NiO/碳纳米管-石墨稀/多孔媒复合电极，主要思路为：先保持电泳沉积液中Ni2+浓度为一恒定值，研究不同碳纳米管和氧化石墨烯的配比对最终电极的电容性能的影响，寻求最优的碳纳米管和氧化石墨稀的配比；在最优配比下，研究电泳沉积液中Ni2+含量对最终电极的电容性能的影响。
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结论
本文主要研究了 NiO/碳基材料/多孔镜复合电极的制备及性能，采用电泳沉积法分别制备了 NiO/碳纳米管/多孔镍复合电极、NiO/石墨稀/多孔镍复合电极和NiO/碳纳米管-石墨烯/多孔镜复合电极。采用将碳纳米管置于混酸中超声的方法对碳纳米管进行纯化和切割，从而实现碳纳米管在乙醇中的稳定分散，通过加入Ni2+使得碳纳米管所带的电荷由负电荷转换为正电荷，最后采用电泳沉积法制备得到NiO/碳纳米管/多孔镇复合电极。研究表明，MO/碳纳米管薄膜呈现一种网状的多孔结构，大大地增加了电极的比表面积，提升了其电容性能；通过不同沉积次数(IX, 2X, 3X)制备得到的NiO/碳纳米管/多孔镇复合电极中，沉积两次(2X)制备得到的NiO/碳纳米管/多孔镇复合电极的电容性能最佳，其比电容可达 1075 F/g。采用电泳沉积法来制备得到NiO/氧化石墨稀/多孔媒复合电极，沉积结束后，在测试NiO/氧化石墨稀/多孔線复合电极的性能的时候，发现经过循环伏安扫描(0?0.5 V，50mV/s,6mol/LKOH)之后，NiO/氧化石墨稀/多孔摸复合电极的颜色由黄色变成了黑色，随后的XPS测试表明氧化石墨烯发生了还原反应，被还原成石墨稀，并且NiO含量越多，氧化石墨烯的还原程度越大。此外，M0/石墨稀/多孔媒复合电极的比电容随着NiO含量的增多而增大，可以高达1240 F/g。
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参考文献（略）
材料工程硕士论文范文篇六
1 文献综述
1.1 引言
在科学技术日益进步的前提下，人类经济也不断发展。人类逐步走向经济文明社会，但在经济迅速发展的今天，对环境也造成了不可避免的破坏。日益严峻的环境问题已然成为全世界的主导问题，越来越受到各国人民的重视。说到环保，自然而然就会想到新能源。新能源的开发与利用是人类社会的又一创举。在能源需求日益膨胀的情况下，锂离子电池的研究将是最有效的经济催化剂，最强力的环境保护色。电池的巨大能源储藏力为新能源的开发引起一场真正意义的科研能源风暴，因而高性能的电池也应运而生。锂离子电池之所以在电池市场具有很大的吸引力，是因为它不仅是一种清洁能源，而且由于它具有较高的比能量和较好的循环寿命[1-4]。但是，常见的正极材料的容量和电动汽车的需求相比还是较低的。硫是有发展前途的正极材料，它的理论容量为 1672mAh•g-1[5-10]。但是由于硫本身的绝缘性和在充放电过程中产生的中间产物高硫聚合物在传统的有机电解液中的溶解，限制了它的应用[11-14]。解决此问题的一种途径是用碳骨架来支撑硫，合成一种硫/碳复合材料来提高硫的导电性[15-18]。这一章，我们对锂硫电池正极材料进行了综述，并在此基础上展开了我的工作。
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1.2 锂硫电池正极材料的研究进展
在各种各样可充放电池中，Li—S 电池是最具有吸引力的候选者，因为它具有 1672 mAh•g-1的理论比容量[19]。在所有的锂离子电池正极材料中，元素硫几乎是理论容量和理论比能量最高的。而且单质硫自然储备丰富、成本低、对环境友好。但是 Li/S 电池的发展仍有许多困难，仍需要大家去克服，才能实现锂硫电池的商业化。锂硫电池正极材料面对的主要问题是它的循环寿命不好。硫正极材料在放电过程中会形成中间产物聚硫化物，聚硫化物在充放电过程中很容易溶解到有机电解液中，导致了在循环过程中活性材料不可避免的损失[20-24]；高硫聚物（Li2Sn2-，4≤n≤8）是在最初的放电过程中形成的，它在电解液中是可溶的，然后移动到负极锂片的表面，在负极锂表面被还原成低硫聚物[25,26]，最终的放电产物Li2S在正极材料的表面聚集了厚厚的一层，它阻止了锂离子的插入和电子的转移，甚至破坏了正极材料结构的完整性，导致活性材料的循环性不好[27,28]。另外由于硫是绝缘体，它的电阻率在25℃下是5×10-30S•cm-1,导致活性材料低的电化学利用率。为了达到锂硫电池应用的目标，一要提高正极材料的导电性；二要控制材料容量的衰减，来改进电池的循环性能。近年来对锂硫电池的研究工作，主要聚集在有机硫化物材料和硫/碳复合材料这两种正极材料上[83]。
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2 膨胀石墨的制备及其性能的表征
2.1 实验仪器与试剂
鳞片石墨、氧化石墨、膨胀石墨在 3434cm-1附近都出现较强的吸收峰，此峰为-OH 的伸缩振动，这三种物质的吸水性较强，所以该处出现较强的吸收峰。共同存在于2873 cm-1和 2913 cm-1附近的吸收峰是由仪器自身引起的，属于仪器误差。1639 cm-1附近的吸收峰为 C＝C 双键的吸收振动，而 1450 cm-1为 C＝C 双键的骨架振动，说明鳞片石墨、氧化石墨、膨胀石墨有着相似的碳层结构。氧化石墨、膨胀石墨和原料鳞片石墨相比，在 1389 cm-1和 1399cm-1出现新的吸收峰，即为氧化后出现的 C—O 伸缩振动。1059 cm-1为醇的伸缩振动。膨胀石墨和氧化石墨相比，C—O 吸收峰减弱，说明经过高温膨胀后，含氧官能团部分消失。以鳞片石墨为原料，用硝酸和高锰酸钾为氧化剂进行氧化处理得到氧化石墨，将干燥好的氧化石墨迅速放到预先加热到 900°的马弗炉中，放置 3 分钟即得到产物膨胀石墨。通过 SEM 观察了原料天然鳞片石墨，中间产物氧化石墨和最终产物膨胀石墨的形貌，膨胀石墨的层与层之间的距离增大。XRD 表征得到，产物膨胀石墨和原料鳞片石墨相对比，衍射峰的位置没有发生改变，根据谢乐公式计算得到，膨胀石墨的粒径比原料鳞片石墨的大，说明高温膨胀的效果较为明显。红外光谱分析了各阶段石墨所含有的官能团，结果显示，C—O 官能团的出现表明氧化石墨的生成，经过高温处理后得到的产物膨胀石墨含氧官能团部分消失。
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2.2 膨胀石墨的制备过程
首先将天然鳞片石墨在干净的玛瑙研钵中研磨，用分析天平准确称取鳞片石墨 5g 置于干净的烧杯中。按 m 鳞片石墨：m 硝酸：m 高锰酸钾：m 五氧化二磷＝1：0.5：0.07：0.5～0.6 的配比，用量筒量取浓硝酸 2.4 mL，缓慢倒入上述烧杯中，并用玻璃棒不断搅拌。称取高锰酸钾 0.35g，倒入上述烧杯中，搅拌，将鳞片石墨与高锰酸钾混合均匀。再称取五氧化二磷 3g ，将五氧化二磷多次加入，用玻璃棒不断搅拌浆成糊状。在恒温水浴锅 25 ℃放置 3 小时，在预热中不断搅拌。鳞片石墨呈现层层紧密排列的结构，经硝酸和高锰酸钾氧化后，氧化石墨的部分片层结构被破坏，显得凌乱。再经过高温处理的氧化石墨后得到的膨胀石墨，具有和鳞片石墨一样的层状结构，但是紧密排列的层状结构变得松散膨胀，图（f）可以看到，部分层的膨胀效果比较明显，但是没有膨胀开的层所占的比例仍然很大，层与层之间的距离为 2μm，和文献报道的接近，说明高温膨胀作用见效。
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3 硫/膨胀石墨复合材料的电化学性能测试.......13
3.1 引言 ...... 13
3.2 实验仪器和试剂 .... 13
3.2.1 实验仪器 ....... 13
3.2.2 实验试剂 ....... 13
3.3 实验过程 .... 14
3.4 硫/膨胀石墨复合材料的物理性能表征.......15
3.4.1 不同比例复合材料的物理性能表征....15
3.4.2 不同时间复合材料的物理性能表征....20
3.4.3 不同温度复合材料的物理性能表征....23
3.4.4 不同电流密度的电化学性能测试....26
3.5 本章小结.....28
4 硫/纳米石墨片复合材料的电化学性能测试........31
4.1 引言.......31
4.2 实验仪器和试剂.....31
4.3 实验过程.....32
4.4 硫/粗纳米石墨片复合材料的物理性能表征.....33
4.5 本章小结.....46
5 结论......47
4 硫/纳米石墨片复合材料的电化学性能测试
4.1 引言
据报道，石墨烯可以用做碳基质来提高锂离子电池正极材料的导电性[74-80]。本实验室合成的石墨烯，经过性能的检测，所得到的产物没有达到石墨烯的厚度，称为纳米石墨片。此章我们采用以不同石墨制得的较粗的纳米石墨片和硫来进行复合，制得不同方法处理的硫/纳米石墨片复合材料，并测试它们的电化学性能。按升华硫：纳米石墨片＝3：1 准确称取升华硫和石墨（鳞片石墨）粗纳米石墨片，平行称取两份。一份只在玛瑙研钵中研磨半小时；另一份先在玛瑙研钵中研磨半小时，研磨好后转移到称量瓶中，滴入适量丙酮（滴入丙酮量为淹没药品为宜），然后超声波处理一小时。将超声波处理的样品放入鼓风干燥箱中干燥，待干燥后将硫和纳米石墨片的混合物在玛瑙研钵中研磨均匀。
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结论
锂离子电池是目前使用最广泛、最有前景的清洁能源，而单质硫以其高理论容量（1672mAh•g-1）而成为最有发展前途的正极材料之一。但是由于硫本身的绝缘性和在充放电过程中产生的高硫聚合物在传统的有机电解液中的溶解，限制了它的应用。本文试图通过碳和硫的复合来提高硫的导电性，解决上述问题。本文选择了制备简单的膨胀石墨和纳米石墨片来和硫复合得到复合材料，测试了其电化学性能，并得到以下结论：以鳞片石墨为原料，用化学法先将鳞片石墨氧化处理再进行高温处理即得膨胀石墨。SEM 图显示膨胀石墨层与层之间间距增大。XRD 表征得到，产物膨胀石墨和原料鳞片石墨相对比，碳的衍射峰没有发生改变，根据谢乐公式计算得到，膨胀石墨的粒径大小比原料鳞片石墨的大，说明高温下膨胀的效果较为明显。红外光谱分析所含有的官能团，结果显示，C—O 官能团的出现表明氧化石墨的生成，经过高温处理后得到的产物膨胀石墨含氧官能团部分消失。通过热复合法合成了硫和膨胀石墨不同混合比例、不同灼烧时间﹑不同灼烧温度的硫/膨胀石墨复合材料，XRD 表征结果显示，复合材料和单质硫相比，硫的主要衍射峰没有发生改变，即硫的晶型没有发生改变。不同比例复合材料的 SEM 图显示，由于各复合材料的配比不一样，形貌上差别较大，但共同的特征是硫较为均匀的附着在膨胀石墨的表面。
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参考文献（略）
材料工程硕士论文范文篇七
第一章绪论
1.1研究背景
WSN系统通常包括大量随机分布的传感结点、数据处理单元和通信模块，并以自组织的方式构成网络。WSN中的传感结点可感应和监测其周围环境，并对收集到的数据进行相关处理，通过与其他结点的数据交换和计算，最终达到感知整体环境的目的。作为连接物理世界与虚拟世界的桥梁，WSN系统以其开放、动态的特征获得了极大的关注。无线传感网络中包含的各种传感结点可以用于监测周围环境中的温度、湿度、压力、振动、噪音或探测某种活动是否发生，因此WSN己被广泛应用于军事、医疗、环境等大量领域例如：军事应用：无线传感网络可用于监测战场环境，实现目标跟踪或监控等。其自组织、冗余控制和无线传输的特点使其能适应战场的恶劣环境，即使个别结点被摧毁，仍不影响整个网络的正常工作。此外，其隐蔽性和分布范围大等特点，使其在战争侦察方面具有得天独厚的条件。环境监测：在一些环境恶劣的区域，使用人工监测或传统网络来获取环境中的相关参数是不可取甚至是不可能的，而通过在这些区域部署无线传感网络便可以方便地监测周围环境的变化[4]。例如监测火山、地震多发地带的环境以及时预报自然灾害，并为相关研究提供一手资料；监测工厂附近的空气、土壤、水流等为预防和治理环境污染提供参考；观测气象现象以完成天气预报等。医疗健康：在医疗健康领域，传感器可以协助监测病人病情，以方便医生及时了解病人的情况。无线传感网络还可以用于协助行动不便的病人感知周围环境，为其生活提供方便。这方面的应用实例包括对于无线传感网络应用在医疗领域的研究项目 SSIM 等[5]。
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1.2研究现状
目前，协议分析的方法主要包括仿真、测试和形式化验证。仿真[26]是指模拟软件的真实使用环境，软件配置到真实的使用状态进行的软件分析。它可以通过调整描述协议及环境因素的各种参数取值，控制协议工作环境，评估协议在不同环境及配置下的工作情况。软件测试[27]是使用人工或自动手段来运行或测试某个系统的过程，其目的是检验它是否满足规定的需求或比较预期结果与实际结果之间的差别。仿真和测试是协议分析中最常用的两种方法，有多种成熟技术和工具的支撑。以仿真为例，目前存在多种仿真平台，如ATEMU[28]，NS-2[29]，OMNeT++[3a]，OPNET[3l]等。这些仿真器可以模拟WSN的运行环境，分析协议在该环境下的性能。并可以参考仿真结果对协议进行调整，从而使其在特定条件下达到最好性能。此外，仿真还可以提供信息，完成协议间的定量比较，如比较两时间同步协议的同步精度。但由于WSN环境十分复杂，协议在仿真器上的仿真一般只能集中在一个方面，不能达到协议的全面分析。如仿真器ATEMU就只能仿真Atmel和Mica2传感结点的AVR微处理器[32]。为适应WSN的独特特性，满足WSN在仿真规模，仿真目标，协议特点及结点特点方面的要求，研究者也相继开发出了适用于传感器网络的仿真工具，如修改NS-2后得到的SENSE[33]，及建立在TinyOS系统上的TOSSIM[34]仿真器等。越来越多的仿真器允许在仿真过程中自主定义、配置更多的网络环境参数，为WSN协议的分析提供了便利。
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第二章无线传感网络协议及形式化分析方法
2.1无线传感网络及其协议
无线传感网络近些年因其广阔的应用场景，成为了各国研究者密切关注的热点研究领域。它涉及多学科高度交叉，综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等[45]。无线传感网络与计算机网络及传统的无线网络均不相同。计算机网络是一些互相连接的、自治的计算机的集合[46]。网络中包含计算机或硬件相互通信的信道，并且以完善的网络协议允许资源和信息的共享。传统的无线网络用广播通信代替有线通信形式，使个人计算机、打印机或移动设备以广播的形式连接起来，方便移动通信。计算机网络和传统的无线网络均以数据为中心，网络的主要任务是达成资源的共享和数据的交换。无线网络在高度移动的环境中通过优化路由和资源管理策略最大化带宽的利用率，同时为用户提供一定的服务质量保证。在无线传感网络中，大部分结点是静止的，且分布在较大范围的复杂环境中，除了进行特定对象的数据监测外，还进行简单的计算并维持结点之间的网络连接。与无线传感网络较为相似的是移动自组网络（mobile ad hoc networks)，但二者也有较大差别。无线传感网络与移动自组网络均通过网络中结点之间的相互协作来完成数据收集与处理等任务。移动自组网络是对等网络，通常包含大量结点，但结点是可以移动的。在移动自组网络中，结点通常工作在高速移动的环境下，但因其中的设备可方便地进行电池的替换，因此，结点的能量消耗并不是需要考虑的主要内容[47]。但与移动自组网络相比，无线传感网络的结点能量、计算能力等均有限，且结点不便于维护，常常因为能量耗尽等原因而失效。
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2.2协议分析方法
随着网络技术的发展，在过去的几十年中，软件己变得无处不在。它涉及我们学习、生活、生产、医疗、军事和环境保护的方方面面。软件的规模的变得越来越大，能力越来越强，复杂度也越来越高。不仅如此，为了适应大规模的应用，不同个体之间的交流与协同工作也越来越必不可少。因此，各种协议便应运而生。协议是计算机网络和分布式系统中两个或多个实体间相互通信时所必须遵守的规则的集合[46]。网络中高层软件能否能够可靠、高效的工作与底层协议正确、高效与否有着密不可分的联系。因此，为保证网络能达到其预期的功能，我们必须首先保证其底层协议的正确性与高效性。现在常用的对协议分析验证的方法有测试、仿真和形式化验证等。协议的开发过程与软件开发过程类似，因此传统的软件测试的方法也可以用于协议测试。测试是保证软件质量和可靠性的重要手段，能够发现软件中隐藏的许多错误。且由于测试直接针对软件中的源码，发现的错误就是确实存在的错误。但由于现在的软件规模一般较大，对于一个软件系统来说，要测试其所有可能的执行路径，即对其进行穷尽测试通常是十分困难，甚至是不可能的。因此，只能通过典型的测试用例，测试其在特定环境或配置下的性能。因此，测试通常只能用于发现软件中存在的错误，而无法用于证明软件中已不存在错误。
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第三章基于随机时间自动机的无线传感网络.......... 20
3.1 WSN协议建模.......... 20
3.1.1 工作流程时间自动机建模 ..........20
3.1.2 复杂环境与动态行为建模.......... 21
3.2 WSN协议验证与分析.......... 23
3.2.1用传统模型检验进行正确性验证.......... 23
3.2.2 用基于统计的模型检验进行性能评估.......... 23
3.3 本章小结.......... 25
第四章基于随机时间自动机的WSN协议建模.......... 26
4.1 TPSN 建模.......... 26
4.2 FTSP 建模.......... 30
4.3 本章小结.......... 31
第五章基于统计模型检验技术的WSN协议分析.......... 33
5.1 TPSN评估 ..........33
5.2 FTSP评估.......... 36
5.2.1 FTSP正确性评估.......... 36
5.2.2 FTSP性能评估.......... 37
5.3 本章小结.......... 38
第六章无线传感网络协议描述语言WPDL和辅助建模工具AMT
6.1 WSN协议描述语言WPDL
前文中我们给出了对WSN协议建模的统一方法及实例研究。从中看出，在对协议建模时，建模过程非常复杂。需要建模人员同时了解协议和时间自动机的相关知识，而这需要系统的学习和培训。而且对于给定协议，達立其正确、可行的时间自动机模型，是一个十分繁杂的过程，需要花费大量的时间和精力。为了简化建模过程，同时方便设计人员学习与使用，我们从设计人员熟悉的协议代码或流程图出发，设计了WSN协议描述语言WPDL。在此基础上，为实现建模过程的自动化，我们实现了建模辅助工具AMT,以减轻建模人员负担。读取协议的WPDL描述，AMT支持直接导出可被模型检验工具UPPAAL识别的时间自动机或随机时间自动机模型。协议设计与实现过程中，设计人员会接触到大量对协议工作机制及流程的描述，如需求分析过程中的需求描述文档，设计过程中的流程图以及实现过程中的代码等。如图2-3是从TPSN的描述文章[21]中得到的TPSN同步阶段的流程图，描述该阶段所需要的所有信息在图中均已体现。为方便设计人员对协议建模，我们从协议的流程图出发，设计一种用户友好的WSN协议描述语言WPDL。与时间自动机相比，设计人员在协议流程图的基础上便能够容易地得到其WPDL描述。该语言能够对协议进行完整描述，并支持用户提供额外信息，如模型名称等，供后续建模操作使用。
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结论
本文提出了一种对WSN协议建模和分析的通用方法框架。并通过对TPSN和FTSP两个WSN时间同步协议的建模和分析，展示了该方法的具体细节及其有效性。最后，针对建立WS N协议的时间自动机模型十分复杂的问题，我们给出了一种贴近用户习惯的描述WSN协议的语言WPDL，并在此基础上开发了辅助建模工具AMT，以达到建模过程的自动化。我们的贡献主要包括以下几点：在建模方面，因为WSN协议往往十分复杂，我们提出根据协议的工作流程采用分阶段、自底向上的方法对其建模。首先根据其工作流程建立理想情况下的时间自动机。为描述现实中广泛存在的信息丢失和结点失效等不确定性，用随机带权迀移扩展相关时间自动机，得到协议的随机时间自动机模型。验证阶段，除常用的采用模型检验技术在协议的理想时间自动机上检验协议的功能性性质从而验证协议的逻辑正确性外，我们还采用基于统计的模型检验技术在其随机时间自动机上对其进行数值分析，以进行性能评估和分析。
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参考文献（略）
材料工程硕士论文范文篇八
1绪论
1.1压力容器发展概况
1833年法国巴黎大学Lame和Clapeyron教授首次分析了厚壁圆筒中的应力，导出了内压载荷下厚壁圆筒的平衡公式和弹性应力分布公式，为压力容器尤其高压容器的发展和强度设计莫定了基础。随后，多层缩套及自增强筒体等结构形式幵始相继出现并应用于炮筒的制造。1910年，德国工程师Haber及Carlbosch等人制造当时最高压力的容器，第一次使氧、氮在20MPa高压、50(rC的温度下获得合成氨的产品，1939年，德国解决了 lOOMPa以上超高压容器的设计、制造，用于乙稀超高11聚合12]，随后相继出现了多种结构形式的压力容器，如单层厚壁容器、多层厚壁容器、绕丝式高压容器、部分块式和层间充压式筒体。1964年，我国浙江大学朱国辉教授首先在德国型槽绕带技术基础上提出扁平绕带倾角错绕式高压容器并于1965年将其投入生产，至今已有数千台绕带式压力容器应用于全国各地的石油化工等领域中，并于1996年8月和1997年12月分别列入ASME锅炉压力容器规范第VIII篇第1分篇和第1分篇[3’4]。2005年，浙江大学郑津洋等人提出一种多功能全多层高压氢气储罐，并应用于我国第一座站内制氧的加氧站[3]。为了满足不同介质、环境相容性要求，覆有不同材料覆层或堆掉层的层状复合型钢板压力容器正在迅速进入市场。然而，由于异种金属叠合结构存在突变，且材料性能如热膨胀系数差异较大，易引起层间应力，反复多次就会使覆层龟裂，从而降低了复合钢板压力容器使用性能。自二战以后，纤维缠绕技术也幵始用于航空用压力容器结构设计，1945年Young首先采用纤维缠绕工艺技术成功制造了火箭发动机筒形外壳，自此该项工艺得到广泛应用和飞速发展。随后，英国、日本、德国、瑞典、原苏联和美国又先后提出了用窄钢丝、型槽钢带、人造纤维等缠绕筒体结构以及层板包扎筒体结构，并广泛应用于各类运载和航天器系统中[6]。
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1.2复合材料压力容器
随着现代科学技术和工业的快速发展，如：煤转化工业的发展，需要温度高达locxrc的耐高温压力容器；快中子增殖反应堆的应用，需要解决高温耐液态钠强腐烛的压力容器，均对压力容器提出了新的更高要求。传统的材料如金属或合金现已很难满足现代化工业生产对压力容器材料的要求，因而出现了复合钢板压力容器、纤维缠绕压力容器以及功能梯度涂层压力容器等新型压力容器，近年来在世界各国得到广泛应用[5]。金属与金属复合材料是指两种或两种以上的金属经全面叠合，在结合界面上以金属组织结合的材料，具有经济性和功能性兼备的特征[15]。将基础母材为钢的板状产品叫做复合钢板，这种复合钢板被广泛应用在各个领域。随着现代科学技术在现代工业的发展，传统的金属或合金现难以完全满足现代化工业生产的要求，因而不同金属层合制成的复合钢板材料，近年来受到高度重视。复合钢板材料是利用堆辉法、乱制法或爆炸法等方法使两种或两种以上的性能不同的金属在连接面上实现紧密结合的一种新型复合材料。复合钢板材料在可以弥补各层材料在力学性能上的不足，经过适当的组合可以得到优异的综合性能，被广泛地用于航空、航天、汽车和化工设备等方面。复合钢板可制造外压容器，衬里则不宜用于外压容器。现在复合钢板用量最多的是不锈钢，其次是铁-钢复合板，镜、铜、锅及其他贵金属的复合钢板也有应用，但用得较少。基层材料除碳钢与低合金钢外，也有用不锈钢或有色金属。
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2复合钢板压力容器热力頼合应力分析
2. 1复合钢板压力容器结构应力计算问题分析
复合钢板压力容器是采用不同的金属层来满足特殊工作要求。通常，覆层采用高性能合金，而基层采用一般的金属制造。覆层与基层之间通过热套、自增强等工艺紧密配合。由于其抗腐烛性，高材料利用率以及优异的安全性能，复合钢板压力容器得到广泛应用，如尿素合成塔、核反应堆容器、加氧反应器等大型工业装置。复合钢板压力容器研究主要集中在应力分析。等人针对受内压作用下的多层压力容器，开发了线弹性模型用于确定其应力分布。相邻两层的界面应力通过迭代算法进行计算。Jahed[56]等人考虑自增强和缩套的影响对三层压力容器的最大疲劳寿命期望进行了优化。研究了复杂载荷如压力、扭曲和轴向载荷作用下的多层圆筒结构的应力。Tam和Wang[58]提出用状态空间法确定承受内压、扭曲、弯曲和轴向应力的多层圆管的应力。然而，为了简化计算，上述研究都将压力容器简化为圆筒，不考虑封头对容器的影响。实际上，封头可以导致产生很大的轴向应力，尤其对于多层结构以及承受热载荷情况下。所以有必要对考虑端部影响的多层复合钢板压力容器进行分析。
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2.2复合钢板压力容器筒体应力推导
本章首先指出复合钢板压力容器现有应力计算方面存在的问题，即将容器简化成圆筒，忽略轴向应力的影响，且基于单一的研究方法得到的结果缺乏说服力。然后，创新性引入一个轴向挤压力作为边界条件，对多层复合钢板压力容器在热力親合作用下的应力解析解进行了理论推导。随后，建立有限元模型对解析解进行验证，结果表明解析解与数值解吻合很好。最后，在数值解的基础上，对复合钢板压力容器的多层结构作了有效探讨。结果表明：不同于常规容器应力分布，多层结构容器在温度载荷作用下轴向应力大于环向应力。另外多层容器边缘应力同样具有局部性，峰值应力影响范围与常规容器相当。
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3纤维缠绕压力容器热力耦合应力分析........... 26
3.1纤维缠绕结构强度设计准则........... 26
3.1.1纤维缠绕压力容器的预紧处理技术........... 26
3.1.2纤维缠绕结构的强度准则........... 27
3.2 ANSYS结构非线性分析........... 28
3.3纤维缠绕压力容器筒体热力耦合弹性........... 32
3.4纤维缠绕压力容器弹塑性有限元建模........... 40
3.5 本章小结........... 46
4功能梯度涂层压力容器热力耦合应力分析........... 47
4.1功能梯度材料物性分布模型........... 47
4.2功能梯度涂层压力容器筒体应力推导........... 49
4.3功能梯度涂层压力容器半球型封头应力推导........... 53
4.4理论公式数值验证........... 55
4.5 本章小结........... 60
5结论与展望........... 62
5.1 研究工作总结........... 62
5.2今后研究展望........... 63
4功能梯度涂层压力容器热力稱合应力分析
4. 1功能梯度材料物性分布模型
不同于纯功能梯度材料薄壳结构，FGM涂层的压力容器同时具备FGM压力容器和多层容器的应力特性。然而，鲜有研究对FGM涂层压力容器应力进行分析和结构设计。为此，本章首先对含FGM涂层压力在热力耦合作用下的应力进行了理论推导，采用幕函数材料模型并引入Euler-Cauchy方程，基于热弹性理论推导了解析解。然后，采用基于多层梯级有限元建模方法对FGM涂层进行建模，将FGM涂层离散成10层各项同性层。结果发现：数值结果与解析解同样吻合很好，误差仅在1%以内，表明理论解析解推导的正确性。最后，在数值解的基础上，讨论了 FGM涂层的界面效应和耐热性能。结果也发现：FGM可以有效的消除多层结构界面应力突变，提升压力容器的耐热性能，将最大应力减小28.2%。
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结论
随着现代科学技术和工业的快速发展，传统的金属或合金材料现已很难满足现代化工业生产对压力容器材料的要求，因而近年来出现的各类复合材料压力容器得到广泛应用。然而，基于传统薄膜理论构建的压力容器结构设计规范（中国GB150、美国ASME、欧盟Enl3445等）原则上己不再适用，生产中多采用以牺牲成本（材料）换安全的简化方法，为此本文提出对复合钢板压力容器、纤维缠绕压力容器、功能梯度涂层压力容器这三类典型复合材料压力容器在在内压和温度载荷下的力学行为进行分析研究，并分别建立了它们的有限元数值模型，以验证理论解的正确性。最后，还分别详细讨论了该三类典型复合材料压力容器结构应力分布特性。其主要结论如下：对多层复合钢板压力容器在热力稱合作用下的应力进行了理论推导，得到容器筒体和半球形封头的应力解析解，而且有限元数值解与解析解吻合很好，误差小于1%，表明解析解正确性。另外结果还表明：由于复合钢板压力容器具有多层属性，因此在两相邻层的界面上环向和轴向应力存在突变；通过对比Shi的计算结果，表明温度载荷对容器的轴向应力产生很大影响，在设计中应予以考虑。
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参考文献（略）
材料工程硕士论文范文篇九
第一章发光金属-有机框架材料的研究进展
1.1引言
近年来，在配位化学基础上发展起来的金属-有机框架材料（MOFs)研究受到广泛关注。MOFs是由作为“节点”的金属离子和作为“桥链”的有机配体通过配位键、氢键和其他分子间弱作用力等自组装而成的具有高度规整结构的网状配合物[i],也称作金属配位聚合物。MOFs是将晶体工程的概念引入到超分子构建的设计当中而延伸出来的一个分支，其作为一个跨越有机化学、无机化学、材料工程学、晶体工程学和拓扑学等学科的新兴交叉研究领域，经过近年来研究的逐步深入，在其合成、结构、性质和理论研究方面都取得了 一系列进展。MOFs作为一种有机-无机杂化材料，与传统的材料相比有着诸多优势：首先，有机-无机杂化的特性，使其可综合显现两类材料的优点；其二，稳定的配位键作用使其具有牢固且高度有序的结构；其三，制备方便，一般在温和的水热或者溶剂热条件下即可合成；最重要的是，其结构具有一定程度的可预知性，孔径尺寸、形状可调控，内部表面可功能化修饰。因此通过设计特定结构的有机配体或引入某些宫能团，选择不同性质的金属离子，可量身打造特定的功能材料，使MOFs展现出奇特的光、电、磁、催化和吸附等性能，尤其光学性能使其在发光、荧光探测、分子(离子)识别、生物突光标签以及成像等材料中有着广泛、诱人的应用前景。
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1.2金属-有机框架材料的发展
1.2.1金属-有机框架材料的发展历史
在19世纪后期，Werner研究了具有八面体配位几何的Wemer型复合物，这就是早期的配合物。他的研究对现代配位化学基础的发展起到了重要作用，并因此于1913年被授予诺贝尔奖。典型的Wemer型复合物化学式为MX2Lr2G，其中M代表处于八面体中心的二价金属离子，X代表阴离子配体，L代表中性的吼喷基团，G代表框架内的客体分子。在 1897 年，Hofmann 发现 了第一个配位框架物 Ni(NH3)2Ni(CN)4.2C6H6[i2l。在1952年Powell对其进行了单晶结构解析，发现其结构是一个由氛基相连的方形网格，苯环在孔道中。此后Iwamoto对Hofmann型配合物进行了深入的研究[14-16]。普鲁士蓝也是另一种较早的配合物，它于18世纪初期被发现，虽然随后对其进行了很多的研究，但直到1970年它的结构才通过XRD解析确定[17]。直到1989年，Hoskins和Robson报道了具有大尺寸孔隙的阳离子钻石型网络框架结构CuI[C(C6H4_CN4)]+II8、人们对配位聚合物的兴趣才真正开始显著的增长。Hoskins和Robson探讨了一些关于功能化框架结构的设计原则，并提出了合成这种由四面体为中心，棒状单元为连接的新型MOFs的方法。他们着重指出这类框架材料可能具有诱人的分子啼、离子交换、催化作用，以及优良的机械和电子性能。
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第二章实验部分
2.1配体的合成
将20g(99mmol)白屈菜酸放入500rnl圆底烧瓶，置于0°C冰浴中，逐滴加入200 ml 25%的氨水，然后将烧瓶取出置于室温条件下搅拌2天，减压蒸德去除溶剂，加入200 ml水和冰块并用浓盐酸调节PH=1，过滤，水洗，干燥得到白屈氧酸(产率90%f"(如图2.1)。在300 ml氯仿中加入25g (120 mmol)白屈氨酸，在常温下撹;拌加入100 g(480 mmol)五氯化礙，将混合物加热回流3d，然后放入冰浴中逐滴加入200 ml甲醇，从冰浴中取出并加热到室温，拔拌Ih，用饱和NaHCCb溶液中和，将甲醇和氯仿旋蒸除去，过滤，将过滤物溶于氯仿中，用NaS04干燥，减压蒸馆除去溶剂，将所得固体在甲醇中重结晶，的白色晶体产物（产率75%) [82](如图2.1)。在 500 ml 圆底烧瓶中加入 12.2g(100mmol)4-Ptl?定棚酸，14.2g(120 mmol)频哪醇，4勺碗酸镁和250ml 二氧六环，将混合物在掠拌下加热回流过夜，将沉淀过滤，滤液减压蒸德除去溶剂，所得固体在环己院中重结晶得到白色产物（产率 95%)(如图 2.1)。核磁共振：IH-NMR (500 MHZ, CDCI3, ppm) 5=1.35 (s,12H), 7.62 (d,2H)，8.62 (d，2H)。
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2.2金属-有机框架材料的合成
2.2.1 Eu(bda)3*5H20 的合成
将六水销酸箱(0.022 g, 0.05 mmol),配体 ^bda (0.036 g, 0.15 mmol)和去离子水（12ml)混合，封装在25ml的聚四氟乙稀高温反应签中，把反应签置于13(rC反应烘箱中2 d，然后缓慢冷却到室温，得到无色透明棒状晶体（产率83%)。元素分析 C36H21 N6 0i2EU (o/o)理论值：C，44.50； H, 3.22; N，8.65；实际值：C，44.23； H, 3.40 ； N, 8.54。红外吸收光谱（KBr，cm"') 3446 (s)，1636 (s)，1597 (s)，1560 (m), 1508 (w), 1442 (m), 1405 (s), 1347 (m)，1293 (m),1709 (w), 1017 (w), 935 (w)’ 836 (w)，805 (w), 779 (w), 741 (m), 705 (w),633 (w)。合成方法与Eu(bda)3-5H20—致，除了将六水销酸铕替换为六水确酸钐、六水销酸礼、六水销酸鍵和六水销酸铺，其他条件保持不变。当反应结束，缓慢冷却到室温后均得到无色棒状晶体。
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第三章基于H2bda配体的金属-有机框架材料.......... 27
3.1 实验思路和设计.......... 27
3.2 Ln(bda)3*5H20的晶体结构描述.......... 27
3.3 Ln(bda)3-5H20的相纯度及热稳定性.......... 29
3.4 Ln(bda)3-5H20的发光性能分析.......... 30
3.5 结论.......... 32
第四章基于H3cpda配体的金属-有机框架材料热..........33
4.1 实验思路和设计.......... 33
4.2 Zn70(cpda)3(0H)3 的晶体结构描述..........33
4.3 相纯度及热稳定性分析 ..........36
4.4 常温发光性能分析分析.......... 37
4.5 变温发光性能研究.......... 39
4.6 结论.......... 41
第五章基于H4dpda配体的金属-有机框架材料.......... 43
5.1实验思路和设计.......... 43
5.2 晶体结构描述.......... 43
5.3 相纯度及热稳定性分析.......... 45
5.4 光谱可调发光性能研究.......... 47
5.4结论 ..........51
第五章基于HUdpda配体的金属-有机框架材料光谱可调发光性能研究
5.1实验思路和设计
从第四章可知，有机配体4-(4-苯甲酸)-2,6-吨唆二羧酸（Fbcpda)与铕和铖离子配位形成的金属-有机框架材料（MOFs)为ID结构，热稳定性仍较一般。通常对称性较好的有机配体与稀土离子易于形成高维度的MOFs,相应的材料热稳定性也较好，所以考虑将有机配体Hscpda只有一个羧基的一端设计成含有两个幾基，这样既增加了易于与稀土离子配位的羧基的数量，又提高了有机配体的对称性，因此有望得到稳定性更好的高维结构MOFs。此外，若有机配体与铕和镇单独反应时形成的MOFs为同构物，通常此配体与铕和银同时反应仍形成同构MOFs,且可能发生铽离子向铕离子的能量传递，因此通过调整发绿光的铽离子和发红光的销离子的掺杂比例，有望实现发光颜色由绿色到红色的逐步调节。
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结论
本文利用3种新颖的吼唆多幾酸类有机配体，在溶剂水热条件下，与稀土离子、锌离子分别合成了具有不同发光性能的4类金属-有机框架材料，得到如下结论：
1、设计合成了3种新颖的吼徒多羧酸类有机配体4,4’-联吼唆-2,6-二羧酸(Hzbda)、4-(4-苯甲酸)-2,6唆二羧酸（Hscpda)和 4-(3,5-间苯二甲酸)-2,6比唆二幾酸（H4dpda)。
2、利用溶剖热法，分別合成了 Ln(bda)3’5H20 (Ln=Sm, Eu, Gd, Tb, Dy)、Zn70(cpda)3(0H)3、[Ln(H2cpda)(Hcpda)(H20)]- (H2O) (Ln= Eu, Tb, Tbo.95Euo.05)、[Ln(Hdpda)(H20)4].0.5(H20) [Ln=Eu, Gd, Tb, Dy, Tbi.;,EU;,(jc=0.1-10%)] 4 类发光金属-有机框架材料。
3、Ln(bda)3*5H20 (Ln=Sm，Eu, Gd, Tb, Dy)为同构物，其结构为零维结构，热稳定性较一般，当温度上升到25(rc时，样品开始快速快速垮分解塌。在紫外光激发下，Ln(bda)3*5H20 (Ln=Sm, Eu, Dy)分别显示出很强相应稀土离子的特征发射峰，而Tb(bda)3-H20不发光，这是由于配体配位后最低三重态能级与Tb3+离子最低激发态能级之差太小，不能有效敏化Tb3+。
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参考文献（略）
材料工程硕士论文范文篇十
第一章绪论
1.1引言
自从上世纪80年代铁纳米微粒首次被制备出来，纳米科技得到飞速发展并受到世界各国科技人员的关注。随着人类对微观世界的认识在不断的拓展和加深，对微观结构的控制能力也在不断增强，这极大的推动了各领域中科学技术的发展。作为纳米科学技术的基础，纳米新材料的制备和应用已经成为纳米科技中最重要、最具活力的一个分支。纳米材料在广义上是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100 nm)或者是由它们作为基本单元构成的材料。按照维数来分，纳米材料的基本单元可以分为三类，（1)零维，即在空间三维尺度均为纳米尺度的材料，如纳米颗粒；（2)—维，在三维空间中有二维处于纳米尺度范围内，如纳米带、纳米线、纳米棒等；（3)二维，在三维空间中只有一维处于纳米尺度范围内，如纳米薄膜、纳米片等。作为材料领域中重要的组成部分，半导体材料的发展极大改变着人类的生活方式，各类半导体器件已经融入人们生活，成为生活中不可或缺的东西。随着半导体材料以及纳米技术的发展，纳米半导体材料具有独特的物理化学性质，特别是光电性质，日益成^^研究的重点。在对其基本性质研究的同时，人们也在努力探索将纳米半导体材料用于光电器件中，如太阳能电池,锂离子电池发光二极管以及光探测与光催化等领域随着人们对纳米半导体材料性质的不断研究及其应用领域的不断开发，纳米半导体材料必将对未来信息能源技术产生深远影响。
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1.2硫锡化合物(SnS、SnS2)半导体纳米材料简介
硫锡化合物包括一系列硫和锡原子比的化合物，如SnS，SmSs，Sn3S4, 811:83,SnS2等。而在所有这些硫锡化合物中，SnS和SnS2是比较重要的两种层状半导体材料。由于硫属锡基化合物半导体纳米材料独特的物理化学性质和广阔的应用前景，?多年来科学家不断探索他们的制备方法，并且已经取得巨大的成功，为纳米材料的进一步应用奠定了基础。目前制备硫属锡基化合物半导体纳米材料的方法主要分为气相法和液相法两大类，其中液相法具有设备简单，价格低廉，可大规模生产等优点。水热法是指在高压反应爸中，以水为反应介质，加热反应体系，使其在高温高压条件下进行材料制备的一种有效方法。水热法最突出的优点是降低了反应温度，能够制备出常温常压下无法制备的物质。最初水热法用来制备单品，目前已经广泛应用在各种新材料的制备幵发中，例如Schaak等通过水热法制备花状SnS纳米材料(图1-3所示)，以及田等通过水热法制备亲水性CZTS纳米iTu。
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第二章硫锡化合物半导体纳米材料的制备、表征及其光电性能
2.1引言
近年来，由于化石燃料的大量使用造成的能源枯竭和环境污染，迫使人类必须改变能源需求结构，幵发新能源取代传统化石燃料。目前潜在的可再生新能源主要有风能、水能、潮汝能、地热以及太阳能等，其中太阳能作为一种可持续利用的清洁能源，可以突破地域的限制，在世界各个角落都可以利用起来。据统计，尽管太阳能福射到地球大气层的能量仅占其总能量的二十二亿分之一，但能量却高达173000 TW。只需要完全利用二十分钟的太阳能，就能够满足全人类一年的能源需求。因此，太阳能作为一种绿色可再生能源具有广阔的前景。于此同时，解决日益凸显的环境问题也是各国科学家共同课题，光催化技术是一种在能源和缂境领域有着重要应用前景的绿色技术，能有效治理水污染，净化空气，抗菌防霉等。由于硫锡化合物半导体材料的优异的光吸收系数，合适的禁带宽度以及低毒性和元素丰富等优点，近年来，科学家对其做了大量的研究工作，包括对其制备技术的开发，性质的研究以及光电性能应用的探索。
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2.2实验部分
我们知道，对比单相材料，理想比率的混合体系或者异质结构体系拥有特殊的界面和独特的内部结构，能够结合两种或多种材料的特征从而达到提高性能的目的，如2005年kuang等人制备的ZnO/SnCbt5,2011年Lu等制备的CeCVCdS球形异质结，CdSe/CdS八面体豆荚形纳米晶以及Xiao等制备的MmCVMnO:都指出性能会有所提升。到现在为止己经有文章报道了硫锡化合物半导体材料中SnS/SnS2薄膜、SnS/SnS2化合物的两种材料的异质结合成。此外，使用激光烧烛技术制备出了 SnS2/SnS类富勒稀结构的纳米颗粒和利用秘作为催化剂制备出纳米管状结构的SnS2/SnS异质结。然而，这些合成方法利用到昂贵的设备，焚杂的工艺，特别是无法控制它们的相和理想的化合物比率。通过简单的合成方法相控合成SnS和SnS2半导体纳米材料的同时，进行比率控制合成SnS/SnS:异质结材料依然没有实现，这一点依然是一种挑战。本章利用温和的热解法，采用油胺作有机溶剂，二乙基二硫代氨基甲酸锡(Sn-DEDTC)和CS2溶液作为反应物，320 °C反应温度下，相控合成SnS和SnS:半导体纳米片及SnS/SnS:异质结纳米材料。研究了 CS:添加量、反应时间、反应温度对纳米品品相改变、结晶性、形貌的影响以及光响应性能变化，并研究了实验所合成材料的光催化降解有机物性能(包含吸附)。
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第三章热解法合成Cu2ZnSnS4纳米晶及其光电性能.............. 33
3.1引言 ............33
3.2实验部分............ 35
3.2.1原料及仪器............ 35
3.2.2样品合成及器件组装............ 37
3.2.3样品表征方法 ............38
3.3结果与讨论 ............39
3.3.1 Cu2ZnSnS4纳米晶的形貌、结构和组成成分分析............ 39
3.3.2 Cu2ZnSnS4纳米晶的光电性质............ 41
3.3.3 Cu2ZnSnS4纳米晶薄膜的制备及太阳能电池的组装............ 42
3.4本章小结............ 45
第四章原位生长Cu2ZnSnS4纳米晶薄膜及其光电性能............ 47
4.1引言 ............47
4.2实验部分............ 48
4.3结果与讨论............ 51
4.4本章小结............ 59
第五章全文总结............ 61
第四章原位生长Cu2ZnSnS4纳米晶薄膜及其光电性能
4.1引言
Cu2ZnSnS4薄膜太阳能电池由于自身元素的丰富性和无毒性，是其中一种非常有前景的无机薄膜太阳能电池。而Cu2ZnSnS4太阳光吸收层薄膜的制备方法有很多种，如真空溅射法热蒸发法电化学沉积，喷雾热解法纳米晶墨水法[32，92]等。不同的制备方法，对最终电池的效率都会有影响，所以要制备高效率的电池器件，就需要选择一种高效的太阳光吸收材料制备方法。分散-旋涂法主要是利用有机溶剂来分散金属硫化物或者硒化物的前驱体，再通过辑对辑或旋涂的方式将分散液旋涂至硬质或软质的基底上，然后在一定温度和气氛条件下，对基底进行热处理就可获得所需要的半导体薄膜材料。这种方法已经广泛应用于低成本，高产量的电子能源器件的制备，而这一技术也已经被利用于太阳能电池的制备。对于大规模、高效的太阳能电池，要求薄膜沉积必须是可以扩展，溶液需要稠密，制备出的薄膜需要孔洞少，并且尽量减少残留杂质，溶液应当稳定，对环境污染小。
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结论
在本论文中，主要基于硫属锡基半导体光电材料拥有较大的吸光系数、合适的禁带宽度、元素储量丰富、低毒性和独特的光电性质等优点以及在太阳能电池和光催化等方面的潜在应用，对硫属锡基半导体光电材料从制备，相结构和形貌的表征，光响应性能分析以及性能应用方面进行了研究，为硫属锡基半导体光电材料的进一步研究探索和应用拓展提供一定的理论基础。论文的第二章，采用热解法相控合成SnS、SnS2及SnS/SnS2异质结纳米材料，探讨了 CS2添加量、反应时间、反应温度对相变、结晶性及形貌的影响。纳米晶的生长遵循奥氏熟化机理：有机金属前驱体裂解出的晶核，经过溶解重结晶生长成硫锡化合物纳米片。研究表明，改变CS2添加量可以改变纳米晶的晶相结构：当无CS2加入前驱体时，当加入过量的CS2，CS2与油胺“反应”形成胶体溶液，改变了前驱体的结构以及S和Sn原子间的键能大小，反应后得到长~ 200 nm,厚~ 20 nm的六方SnS2;当使用适当量的CS2可以得到SnS/SnS2异质结纳米晶。SnS、SnSs和SnS/SnS:三种材料在300-800 nm都展现出很强的光吸收，其中SnS和SnS2的光学带隙值分别为1.42和2.04 eV。值得注意的是，异质结体系表现出更宽的光吸收并产生“红移”现象，这主要归因于异质结之间存在良好的电子传输。
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参考文献（略）