插层前后研究变化规律
分子模拟技术在高岭石研究中的应用进展
第41卷第1期2022年1月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.41㊀No.1January,2022分子模拟技术在高岭石研究中的应用进展杨有威,罗玉霞,张青青,王春英(江西省矿冶环境污染控制重点实验室,赣州㊀341000)摘要:高岭石是长石和其他硅酸盐矿物天然蚀变的产物,是一种不含水的铝硅酸盐矿物,其层状晶体结构使之具有优异的物理化学性能,从而得到广泛的应用㊂分子模拟技术是一种能在微观层面研究物质性质的科学方法,在材料科学研究中具有重要的作用㊂本文综述了分子模拟技术的基本原理和近年来该技术在高岭石开发应用中的研究进展,主要包含高岭石的理化性质㊁高岭石的掺杂改性对理化性质的影响㊁高岭石对离子/分子的吸附性能规律以及高岭石在矿产开发领域中的一些应用实例㊂根据高岭石的性质特点和实际需要,探讨了高岭石的吸附特性规律,高岭石的改性开发对吸附特性的影响以及理论指导在开发矿产资源方面的应用㊂关键词:高岭石;分子模拟;吸附;改性;密度泛函理论;蒙特卡罗中图分类号:TD985㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2022)01-0153-09Application Progress of Molecular Simulation Technology in Kaolinite ResearchYANG Youwei ,LUO Yuxia ,ZHANG Qingqing ,WANG Chunying(Jiangxi Key Laboratory of Mining and Metallurgy Environmental Pollution Control,Ganzhou 341000,China)Abstract :Kaolinite is the product of natural alteration of feldspar and other silicate minerals.It is a kind of aluminosilicate mineral without water content.Its layered crystal structure makes it have excellent physical and chemical properties and it is wide used.Molecular simulation technology is a scientific research method which studies the properties of materials at the micro level and plays an important role in the research of materials science.This paper summarized the basic principle of molecular simulation technology and the application progress of this technology in the development and research of kaolinite in recent years,mainly including the physical and chemical properties of kaolinite,the influence of doping modification of kaolinite on physical and chemical properties,the law of ion /molecular adsorption of kaolinite,and some application examples of kaolinite in the field of mineral development.According to the characteristics and practical needs of kaolinite,the adsorption characteristics of kaolinite,the influence of kaolinite modified development on adsorption characteristics,and the application of theoretical guidance in mineral development were explored.Key words :kaolinite;molecular simulation;adsorption;modification;density functional theory;Monte Carlo收稿日期:2021-09-04;修订日期:2021-11-09基金项目:国家重点研发计划(2019YFC1805100);江西理工大学清江青年英才支持计划(JXUSTJYX2016003)作者简介:杨有威(1998 ),男,硕士研究生㊂主要从事分子模拟与环境污染控制技术的研究㊂E-mail:1287476942@通信作者:王春英,博士,副教授㊂E-mail:cywang@0㊀引㊀言高岭石是高岭土的主要成分[1],得名于江西省景德镇的高岭山,其具有土状光泽,呈白色或灰白色,分子式为Al 4[Si 4O 10](OH)8,化学组分为39.50%(质量分数)AlO 3,46.54%(质量分数)SiO 2,13.96%(质量分数)H 2O,属三斜晶系㊂硅氧四面体(SiO 4)和铝氧八面体(AlO 6)靠O 原子连接成1ʒ1型层状结构,层间的O 原子形成氢键,从而构成了重叠的高岭石层状分子[2-3]㊂作为典型的铝硅酸盐层状黏土矿物[4],高岭石具有良好的电绝缘性㊁耐火性㊁可塑性及一定的白亮度,因此在陶瓷㊁涂料㊁催化剂㊁吸附剂等领域具有广泛的应用[5-9]㊂随着21世纪科学技术不断发展,分子模拟技术作为一种基于经典力学和量子力学等理论的计算模154㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第41卷拟方法已经成为研究物质分子水平性质的有力工具,应用十分广泛[10-13]㊂1㊀分子模拟技术及方法分子模拟技术是一种基于PC 端的计算模拟方法,通过运用一些模拟软件,将试验得到的原始结构数据化,将数据导入软件构建物质模型,验证其合理性后确定物质微观结构㊂分子模拟不仅可以在分子层面模拟物质的结构,还能够模拟物质发生反应前后分子的运动变化,这使其在科学研究中的作用愈加明显[14]㊂目前使用较为广泛的分子模拟软件有Nanoscale Molecular Dynamics(NAMD)㊁Vienna Ab-initio Simulation Package(VASP)和Materials Studio(MS)等㊂NAMD 是在计算机上快速模拟大分子体系并进行动力学模拟的代码包,使用经验力场,通过数值求解运动方程计算原子轨迹㊂NAMD 是众多计算模拟软件中并行处理最好的,可以支持几千个CPU 运算,模拟体系原子数可达103~106个,适合模拟蛋白质㊁核酸㊁细胞膜等体系㊂VASP 是维也纳大学Hafner 小组开发的运用平面波赝势方法进行电子结构计算和量子力学-分子动力学模拟的软件包,通过近似求解Schrödinger 方程得到体系的电子态和能量,既可以在密度泛函理论(DFT)框架内求解Kohn-Sham 方程,也可以在Hartree-Fock(HF)的近似下求解Roothaan 方程;VASP 可以自动确定任意构型的对称性,利用对称性可设定Monkhorst-Pack 特殊点,便于高效计算体材料和对称团簇,不过,软件运行基于Linux 操作系统,操作不及MS 方便㊂MS 是美国Accelrys 公司在2000年专门为材料科学领域研究设计的一款PC 端运行的模拟软件,能够构建分子㊁固体及表面等结构模型,通过运用第一性原理近似求解薛定谔方程,预测材料的物理化学性质,以及模拟催化㊁聚合等化学反应㊂MS 在Windows㊁Linux 操作系统中均可运行,界面友好,包含4大板块23个模块,实用方便,但其开放性不如VASP,且并行效率不高㊂分子模拟方法主要包括量子力学和经典力学㊂量子力学模拟方法包括以DFT 为依据的第一性原理计算法㊁半经验法(Semi-enpirical)和从头算法(Ab initial)㊂经典力学模拟方法主要有分子力学方法(MM)㊁分子动力学方法(MD)和蒙特卡罗方法(MC)等㊂高岭石分子模拟研究中,使用的方法有第一性原理计算法㊁分子力学法㊁分子动力学法和蒙特卡罗方法[15-19]㊂第一性原理计算法根据轨道近似㊁非相对论近似和玻恩近似建立计算模型,并对薛定谔方程作近似处理,只需基本物理量就能用从头算法进行模拟计算,无需任何经验参数对物质体系的性质和结构进行预测和分析,这种计算结果比半经验法应用程度更好㊂通过将多粒子转化成多电子的量子力学方法,帮助解决了许多难以解释的物理化学问题[20]㊂图1㊀分子动力学模拟流程图[22]Fig.1㊀Molecular dynamics simulation flow chart [22]分子动力学方法是一门将数学㊁化学和物理结合成一体的方法㊂以牛顿第二定律为基础,描述模拟分子体系的运动变化,从系统中抽取样本计算构型函数,求解[21]得到模拟体系中原子或分子的位移㊁速度㊁加速度等数据㊂通过对系统内分子运动轨迹进行分析处理,可以得到粒子的径向分布函数㊁均方位移以及自扩散系数等,随后利用得到的数据对粒子的性质进行分析,分子动力学模拟方法的主要流程[22]见图1㊂其中,初始设置的位置和速度是随机选择的,依靠温度和速度大小进行校正,校正结果保证了体系总动量(P )为零(见式(1))㊂P =ðN 1m i v i =0(1)式中:m i 为第i 个原子的质量;v i 为第i 个原子的速度;N 为体系原子数㊂由于Bolzmann 分布随机选取速度为v i 的第i 个原子,当温度为T 时,原子在X 轴上速度v ix 的概率密度ρ(v ix )为:ρ(v ix )=(m i π/PT )1/2exp 12-m i v ix ()(2)其中一定速度下体系的温度(瞬时)可通过公式(3)求得:第1期杨有威等:分子模拟技术在高岭石研究中的应用进展155㊀T =13Nk B ðN i =1|P i |22m i (3)式中:N 为体系原子数;m i 为第i 个原子的质量,g;P i 为第i 个原子的动量,J;k B 为Bolzmann 常数,1.38066ˑ10-23J /K㊂分子力学模拟方法是根据经典力学中的分子力场进行计算模拟的㊂计算时有三个基于核间的近似假设:(1)不考虑电子本身运动和分子力场参数的基础上,根据某一个原子的原子核所在位置,即波恩-奥本海默近似;(2)分子是通过化学键作用聚集起来的原子团;(3)分子的基本单元在不同的分子中仍然具有结构上的相似性㊂只考虑分子中化学键的伸缩㊁旋转和键角的变化,通过能量数值描述变化,寻找合适力场中势能最低的稳定构型,其中力场选择的正确与否决定了计算结果是否可靠㊂蒙特卡罗方法是一种基于热力学进行随机抽样的统计计算方法,抽样是蒙特卡罗方法的核心原理㊂在系统条件下,采用Metropolis 抽样方法,生成微观粒子随机构型,Boltzmann 分布逐渐趋近于平衡后,根据给定的分子位能函数,将粒子间内能加和,得到能量数据㊂具体计算中每产生一个随机状态,粒子都包含3种可能的操作:粒子的插入㊁删除和移动㊂(1)粒子插入㊂在体系中的随机位置插入一个粒子,概率为:p ins (N ңN +1)=min 1,V ∀3(N +1)exp{β[μ-U (N +1)+U (N )]}()(4)(2)粒子删除㊂在体系中随机删除一个粒子,概率为:p del (N ңN -1)=min 1,∀3N V exp{-β[μ+U (N -1)-U (N )]}()(5)(3)粒子移动㊂在体系中随机选取一个粒子移动到另一位置,概率为:p move (s ңsᶄ)=min(1,exp{-β[U (sᶄN )-U (s N )]})(6)式中:U 为构型总势能,J /mol;V 为体系体积,m 3;N 为粒子数;μ为化学势,J /mol;∀为德布罗意波长,m;β=1/k B T ;s 和sᶄ为移动前后粒子在体系中的状态㊂2㊀分子模拟方法在高岭石研究中的应用进展2.1㊀高岭石晶体表面结构特性的模拟研究Gruner [23]于1932年采用X 射线粉末衍射仪对高岭石表面性质进行了分析,发现高岭石晶胞空间群为C c ,属于包含两个结构层的单斜晶系㊂此后,Bish [24]在1993年研究得到了高岭石结构参数(a =0.51535nm,b =0.89419nm,c =0.73906nm,α=91.926ʎ,β=105.046ʎ,γ=89.797ʎ),空间结群C 1最为准确,提出了高岭石属三斜晶系的观点,具体显示见图2,此参数目前被作为研究高岭石的基本标准,并得到广泛的运用㊂高岭石是多晶面矿物,李海普等[25]研究表明,高岭石在(001)面发生的解离只是结构单元层间氢键的断裂,没有化学键的断裂,并且在自然破碎下(001)面的解离相比于其他晶面更加完全,事实上高岭石的(001)面在高岭石颗粒总面积中所占比例也是最大的㊂胡雪飞[26]基于密度泛函理论对高岭石进行研究,证明高岭石(001)面较易解离㊂首先运用MS 软件CASTEP 模块对高岭石晶体模型进行优化,通过收敛性测试确定了模拟的构型参数,在此基础下,选用Buid 功能建立超胞模型改用CASTEP 模块Task 任务优化后计算高岭石晶体结构的能带结构㊁电荷布居㊁态密度等性质,对比后发现O 原子与Si 原子之间的作用强度更强,高岭石晶体易沿着(001)面解离㊂无论是理论模拟还是实验测试,均已对高岭石的结构特性有了充分研究,目前其结构特性已不是研究重点㊂156㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第41卷图2㊀高岭石初始构型三视图Fig.2㊀Three views of initial configuration of kaolinite2.2㊀高岭石改性的模拟研究目前,已有多个研究证明了高岭石对环境污染物的吸附能力[27-29]㊂对于高岭石的吸附原理研究也在不断进行,韩永华等[30]对羟基钙在高岭石表面的吸附机理进行了探索,采用MS软件的CASTEP模块优化,以285eV的截断能㊁LDA(local density approximation)函数和4ˑ2ˑ3的K点为计算条件,优化后建立起2ˑ2ˑ1超胞模型,改用Dmol3模块对已优化的表面模型及Ca(OH)+进行能量计算㊂结果表明,羟基钙吸附可在硅氧面和铝氧面进行,在铝氧面氢原子的1s轨道与羟基钙中氧原子的2p轨道杂化成键,在硅氧面两者以静电吸附的方式结合㊂硅氧面的吸附较为稳定,水分子会影响铝氧面的吸附,说明高岭石虽不是水化膨胀类黏土矿物,但水分子的存在可以影响高岭石对物质的吸附㊂分子模拟技术的另一特点是可以较易满足试验研究所需的条件,如对高岭石进行改性掺杂[31]㊂Zhang等[32]首先合成了煤矸石/g-C3N4催化剂活化过硫酸盐,采用第一性原理计算得出煤矸石中的高岭石降低了过硫酸盐的吸附能,与复合改性前相比,合成的催化剂可以有效地吸附和活化过硫酸盐产生的活性自由基,与试验结果一致㊂Scholtzov 等[33]对高岭石差层复合改性进行了研究,通过第一性原理模拟计算了纯高岭石㊁甲醇插层高岭石㊁甲氧基接枝高岭石㊁混合接枝/插层高岭石和含水混合高岭石的弹性常数㊁体积㊁剪切和杨氏模量等力学参数,分析得到了高岭石最稳定的改性方法为接枝/插层㊂周丽萍[34]通过CASTEP模块优化被掺杂高岭石,优化后的高岭石表面电荷分布㊁态密度和布居分析结果显示高岭石表面的Al原子可以被Fe/Mg/Ca原子单取代或双取代(见图3),从而使高岭石表面具有更多的负电荷,增强了表面共价性,从而增加了成键可能性㊂同时以水合铅离子作为吸附质,研究其在Fe/Mg/Ca掺杂高岭石表面的吸附,与未掺杂的高岭石对比,证实了可以通过掺杂改性提高高岭石的吸附性能㊂实际上,Rybka等[35]合成了零价铁修饰改性高岭石,并将其用作水溶液中Pb(II)和Mo(VI)的吸附剂,试验结果表明,合成的改性高岭石对Pb(II)和Mo(VI)的吸附量相对于未改性高岭石有显著提高,印证了高岭石可通过改性方式提高吸附特性㊂运用密度泛函/第一性原理进行理论计算时,多采用CASTEP模块和Dmol3模块(以MS软件为例),对于能量计算,一般Dmol3模块更为准确,具体计算步骤为,CASTEP模块/Dmol3模块对初始单胞进行结构优化,由Buid模块建立合适的超胞模型并优化,然后进行过渡态搜索或吸附能计算,最后通过模块自带的分析功能选择分析数据,计算参数一般取自经验参数㊂而运用分子力学和分子动力学原理计算时一般以Forcite 模块和Adsorption Locator模块为主,不同的是建立超胞模型后可设置温度㊁压强和孔隙率等参数对模型的淬火㊁退火㊁竞争吸附等行为进行模拟,分子变化能够很直观地在界面体现,具体数据可在返还的文件中找到或在模块分析中导出㊂近年来的研究表明,基于密度泛函理论,分子模拟技术的应用对高岭石的开发研究具有理论指导意义,第1期杨有威等:分子模拟技术在高岭石研究中的应用进展157㊀不但完善了高岭石反应机理,还为高岭石提供了改性方向和方法㊂基于此,未来的模拟技术应用可将其定位为对高岭石变化特征的一种微观研究方法,例如元素插入对高岭石的影响或高岭石与其他材料复合后的变化等,使高岭石材料的研究更富有说服力和可信度㊂图3㊀对高岭石初始结构扩展2ˑ2ˑ1Fig.3㊀Initial structure of kaolinite expanded by 2ˑ2ˑ12.3㊀高岭石对离子/分子吸附的模拟研究已有实验证明高岭石与多数离子相互吸附[36],但离子与高岭石之间的相互作用机理仍需分子层面的理论解释㊂Chen 等[37]通过经典分子动力学模拟研究了Cs +在高岭石中的吸附和扩散行为,结果表明,Cs +优先以表面络合物的形式吸附在硅氧面,并且随着温度的升高,Cs +的扩散系数显著增加㊂然而,不同的高岭石浓度和竞争阳离子对Cs +的扩散系数会有轻微影响;Zhu 等[38]采用分子动力学模拟研究了磺基水杨酸与铝㊁稀土离子(镧和钇)的相互作用以及在高岭石表面的吸附,结果表明,磺基水杨酸和铝之间发生络合反应,形成O Al 共价键,但与稀土离子之间只有弱吸附,因此,磺基水杨酸可以与游离铝离子形成络合物,也可以通过与高岭石(100)面的铝形成氢键吸附在高岭石上,最后通过XPS 和SEM 的检测和分析,验证了分子动力学模拟结果;Zhang 等[39]用密度泛函理论计算和蒙特卡罗方法研究了钙和钾在高岭石表面的微观吸附机理,得到了钙离子和钾离子在高岭石(001)和(001)面上的吸附结构,计算了其结合能,结果显示吸附在高岭石(001)面的主要产物为钙(II)和钾(I),结合穆利肯键电荷和布居数的部分态密度投影表明,吸附产物的钙氧键和钾氧键受离子相互作用支配㊂阳离子水合可以增加吸附发生的概率,增强键间的共价相互作用,之后的吸附实验证明钙离子比钾离子更容易吸附在高岭石上;Chen 等[40]通过第一性原理计算探讨了镉在高岭石基面上的吸附机理㊂结果表明,镉(II)在Kln-Al(001)面的双齿配位优于所有其他研究模型,计算的电子密度差揭示了吸附时表面氧向镉电荷转移,部分态密度分析显示,由于Cd-5p 和O s -2p 轨道在价带中的重叠,Cd-O s 键表现出共价特征㊂此外,利用AIMD 模拟的径向分布函数确定了高岭石-水界面镉配位壳的结构特征㊂杨飞等[41]研究了不同温度下高岭石对重金属离子的吸附,研究表明,在288K 到308K 区间内,随着温度的升高高岭石对Pb 2+㊁Cd 2+的吸附量逐渐降低,密度分布见图4,从吸附量上看,高岭石对吸附图4㊀高岭石吸附Pb 2+密度分布Fig.4㊀Density distribution of Pb 2+adsorbed by kaolinite Pb 2+更有利,且在两种离子的竞争吸附中Pb 2+强于Cd 2+,吸附结果与Sari 等[42]和Zhong 等[43]的实验测试结果基本吻合㊂分子模拟技术目前应用于解释高岭石对离子/分子的吸附机理,对于实验中高岭石去除污染物的现象,直观模型能很好地展示高岭石吸附前后的变化㊂分子模拟方法已经成为研究黏土矿物和其他层状结构材料孔隙中离子/分子能量学㊁结构和动力学的有效工具,为实验结果提供了有价值的补充和指导,是高岭石吸附研究中应用较为广泛的方法之一,未来应用重点依然是对吸附机理的微观变化解释㊂158㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第41卷2.4㊀高岭石在选矿/采矿领域的模拟研究区别于密度泛函理论研究的吸附,分子动力学㊁分子力学和蒙特卡洛方法多组合用于研究高岭石矿物吸附目标矿产/浮选药剂性能㊂在选矿/采矿(主要是采气)领域,Ma等[44]对多种物质分子在高岭石表面的吸附行为进行了模拟研究,结果表明,温度和压力对高岭石(001)面吸附特性有重要影响㊂在较低温度条件下,CO2在高岭石表面的吸附距离小于CH4,但在温度为373K㊁压力为25MPa的条件下,CO2在高岭石表面的吸附距离大于CH4㊂氟碳表面活性剂在高岭石表面的吸附距离远小于H2O㊁CO2㊁CH4㊁N2和C8H18体系,主要是氟碳表面活性剂与高岭石表面具有较强的氢键相互作用,可以改变高岭石表面的润湿性,不仅提高了油气采收率,还削弱了储层亲水性,减弱了高岭石孔隙的锁水效应㊂Liu等[45]和唐巨鹏等[46]还研究了高岭石对页岩气的吸附性能规律,由于页岩气主要存在于页岩层中的有机质和黏土矿物中,占到了总气量的20%~85%(体积分数)[47],因此,两位学者对高岭石吸附页岩气主要成分CH4进行了研究,蒙特卡洛和分子动力学研究表明,高岭石吸附CH4时优先发生在硅氧面上,为物理吸附,但高温不利于其吸附CH4分子,含水率的增加会减少其对CH4的吸附量,研究结果为页岩开采提供了一定的理论支持㊂Han等[48]研究六偏磷酸钠在高岭石颗粒上的分散机理(六偏磷酸钠是浮选工艺和黏土工业中广泛使用的分散剂),应用分子动力学和密度泛函理论模拟了线性聚磷酸盐链与高岭石铝羟基封端表面的相互作用及[HPO4]2-与高岭石铝羟基表面的相互作用,解释了高岭石与分散剂之间的吸附机理㊂黄药作为选矿药剂广泛应用于选矿,Zhang 等[49]考虑到高岭石是采矿中常见的脉石矿物,有必要了解其与黄药的相互作用,因此通过表征手段㊁分子动力学模拟和密度函数理论研究了黄药和高岭土表面的相互作用㊂结果表明,黄药在高岭土表面的吸附符合伪一级(PFO)和朗格缪尔模型,黄药分子以单层吸附在高岭土表面,影响了废水处理过程中高岭土和絮凝剂之间的相互作用㊂Chang等[50]采用实验和分子动力学模拟方法,综合研究了聚丙烯酰胺对铝土矿浮选的影响,发现当聚丙烯酰胺浓度超过临界值时,铝土矿浮选的回收率和选择性迅速下降㊂研究表明,聚丙烯酰胺可以通过其酰胺基与矿物表面的氢氧化铝之间的氢键作用吸附在一水硬铝石和高岭石上㊂低浓度时,聚丙烯酰胺的烃链向外取向,增加了矿物表面的疏水性,而高浓度时,聚丙烯酰胺分子通过分子间作用相互缠结,降低了矿物表面的疏水性,结果与接触角测量结果吻合较好㊂Ziemiański等[51]通过高压和低压气体吸附技术研究了黏土矿物吸附甲烷的影响因素,研究表明,黏土矿物的温度㊁含水量㊁阳离子和孔隙压力等因素都会影响吸附,吸附位点主要位于黏土矿物的层间距表面,不同类型的黏土矿物是控制甲烷吸附的主要因素,佐证了高岭石吸附甲烷的模拟研究结果㊂综合来看,应用分子模拟技术研究与高岭石相关的选矿/浮选领域报道甚广㊂高岭石作为黏土矿物的主要成分之一,在许多矿产中均能发现高岭石的存在㊂因此,高岭石与矿产之间的吸附机理,与浮选药剂之间的作用机理成为研究热点㊂基于矿产资源高效开发利用,未来研究的主要方向依然是与选矿/浮选有关的高岭石改性吸附㊂3㊀结语与展望目前,高岭石吸附离子/分子的模拟研究已从多方面展开㊂近年矿产资源开发利用方面应用模拟技术进行的研究更偏向于外部环境因素(物理㊁化学)对高岭石晶体构型变化规律和对物质吸附特性的影响,如水含量和空隙压力对高岭石吸附CH4的影响或温度㊁金属离子的存在是否会引起高岭石表面的水化等㊂矿产资源开发利用中常能看到高岭石的影子,许多的采矿/浮选实验还留有空白,需要理论计算填补㊂在已有的改性高岭石分子模拟中,国内外对其晶体结构和吸附特性的相关性尚未给出有力证据㊂因而,在实验基础上建立分子模拟研究模型,有利于深入探讨改性高岭石晶体结构和吸附特性的相关性㊂近几年分子模拟技术作为热门的新兴研究方法,广泛应用在材料研究领域㊂分子模拟技术具有指导实验方向,不受实验条件限制,最大限度地避免人为实验所带来的误差等优点㊂综合近年国内外学者的研究,在高岭石开发研究的应用中,国内的计算模拟研究要少于国外,对实验现象的描述以各类表征手段为主㊂因此,国内学者无论是在高岭石吸附㊁改性或是在矿产开发研究中都可将分子模拟技术作为一种可应用的表征手段,以填补理论计算的空白㊂未来高岭石的研究路线应趋向于理论模拟计算指导实验,实验验证模拟计算结果㊂随着模拟方法和实验表征技术的不断发展,分子模拟技术在物质㊀第1期杨有威等:分子模拟技术在高岭石研究中的应用进展159性质研究及开发过程中将发挥重要作用㊂参考文献[1]㊀陆现彩,尹㊀琳,赵连泽,等.常见层状硅酸盐矿物的表面特征[J].硅酸盐学报,2003,31(1):60-65.LU 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石墨的锂离子扩散系数
石墨的锂离子扩散系数介绍石墨是一种常见的炭质材料，具有优良的导电性能和化学稳定性，因此在锂离子电池中被广泛应用作为负极材料。
石墨的锂离子扩散系数是一个关键的物理参数，它决定了锂离子在石墨中的迁移速率和电池的充放电性能。
本文将从石墨结构、锂离子在石墨中的扩散机制以及影响锂离子扩散系数的因素等方面进行全面、详细、深入地探讨。
石墨结构石墨是由层状的石墨烯单元组成的材料。
石墨烯由六角形的碳原子构成，每个碳原子与其它三个碳原子形成共价键，形成sp2杂化轨道。
石墨烯的层与层之间由弱的范德华力相互作用，层内的碳原子通过σ键连接，形成一个二维的晶格结构。
石墨的层状结构使得锂离子可以在其间自由穿行。
锂离子在石墨中的扩散机制锂离子在石墨中的扩散主要是通过插层和迁移两个步骤进行的。
在插层过程中，锂离子从石墨表面进入到石墨层间的空隙中。
在迁移过程中，锂离子沿着石墨层内的通道扩散。
这两个过程是相互协调的，共同决定了锂离子在石墨中的扩散速率。
锂离子插入和迁移的速率受多种因素影响，如温度、压力、电势差等。
影响石墨锂离子扩散系数的因素影响石墨锂离子扩散系数的因素主要有以下几个：1. 结构缺陷石墨中的结构缺陷可以降低锂离子的扩散速率。
例如，石墨中的晶格缺陷会形成局部扩散阻挡，使得锂离子的迁移速率减慢。
2. 温度温度对锂离子在石墨中的扩散速率有显著影响。
通常情况下，温度越高，锂离子的能量越大，扩散速率也越快。
3. 石墨层间距石墨层间距的大小也会对锂离子扩散系数产生影响。
层间距越大，插层过程越容易进行，锂离子的扩散速率也越快。
4. 锂离子的浓度锂离子的浓度对其在石墨中的扩散速率有直接影响。
浓度越高，相同时间内扩散的锂离子数量越多，扩散速率也越快。
5. 粒径和形状石墨的粒径和形状对其锂离子扩散系数也有一定影响。
通常情况下，粒径越小，表面积越大，扩散速率也越快。
锂离子扩散系数的测量方法测量石墨中锂离子的扩散系数是研究锂离子电池性能的重要方法之一。
系列烷基季铵盐插层蒙脱石研究
制备 了系列烷基季铵 盐插 层蒙脱石 ．利 用 Ｘ Ｄ和 Ｆ－ ． Ｒ ＴＩ Ｒ对插层后的样品进行表征分析 ， 讨论 了在相 同实验 祭件下不 同链长的李铵盐插层后 蒙脱石层间距 的变化规律 。分析结 果表 明： 随着季铵 盐链 长的增加 ， 插层后蒙脱石的层间距增 大， 中以 Ｏ Ｔ Ｂ插层后样 品的层 间距 值 其 ＤＡ
Ａｂｔａ ｔ Ｔ ｅｐ ｒ ｅ － ｎｍｏｉｏ ｉ ｒｍ Ｘｉ ｉｎ ｉ ｓｅ ｓｍｏ ｉｅ ｔ ａｓｒ ｓｏ ｌｙ ｕ ｔｒａｙａ ｓｒｃ ｈ ｕｉ ｄＮａｍｏ ｔ ｒｌｎｔ ｆ ｎ ａｇＪ ｉ ｆ ｌ ｅ ｏ ｊ ｍｕａｒ ｄｆ ｄｗｉ ｅｉ ｆ ｋ ｌ ａｅｎｒ ｍｍｏ ｉｍ ａｔ Ｔ Ｂ， ｗａ ｉ ｈ ｅ ａ ｑ ｎｕ ｓｌＯＣ Ａ （
Ａｌ ， ６ ７ ； ｅ ０３ ４ ２ Ｍ ｎ ， ． ６； Ｏ ， ． ８； ２ Ｏ３ ｌ ． ｌ Ｆ ２ ， ． ８； Ｏ ０ ０ Ｃａ ０ ７ Ｍ ｇ ， ． ２ Ｎａ Ｏ ， ． ８ Ｋ２ ， ． ５ Ｐ Ｏｓ ０ ０ ； Ｏ ， Ｏ ２ ５ ； ２ ３ ７ ； Ｏ ０ １ ； ２ ， ． ４ Ｂａ
维普资讯
第３ 卷第３ １ 期
２０年５ ０ ８ 月
非金 属 矿
ＮＯ１Ｍｅ ａ ｌ ｉｅ １ － ｔｌ ｃＭ ｎ ｓ ｉ
Ｖｂ － １ ＮＯ ３ １３ ． Ｍ ａ ，２ ０ ｙ ０８
系列烷基季铵 盐插层蒙脱石研究
陈彦 翠 孙 红娟 彭 同江
聚 合 物 ／ 脱 石 纳 米 复 合 材 料 是 近 十 年 来 迅 蒙 速 发展 起来 的新 型 材料 ， 有 重 要 的科 学意 义 和应 具
水 中分散后呈胶体状 ， 含石英等杂质。蒙脱石原矿
样 品 的化学 成分 （， 为 ： ｉ２ ５ １ ＴＯ ，． ， ｗ％） ＳＯ ， ． ； ｉ， ９ ６４ ０３
第五讲 多孔材料和层状材料
第五讲 多孔材料和层状材料
无机化学新材料领域中，孔道材料及层状 材料是具有理论和实际应用价值的一类材料， 在国防、生产和生活多领域得到应用。本讲简 要介绍多孔材料及插层化学等基本知识。
分子筛转பைடு நூலகம்机理：
一.固相转化机理
一.液相转化机理
合成途径：起初发现天然沸石存在于地下火山孔洞中， 从而初期的合成沸石都是模拟地质上生成沸石的环境，采用 高温水热技术。 后来发现地表处也存在天然沸石，而采用低温水热合成 技术（25－150º C）。 1954年末，A型分子筛和X型分子筛开始工业化，一系列 低硅铝比（Si/Al=2.5)的人工合成沸石如NaY等合成及应用。 1959年我国合成了A型分子筛和X型分子筛，随后合成了 Y型分子筛，目前主要用于石油炼制和石油化工中吸附和催化 材料。 优点：纯度高，孔径的均匀性和离子交换性好，应用范 围广，天然沸石具有价格优势。
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从十二元环微孔到超大微孔
1988 年 , Davis M E 等 十 八 元 环 园 形 孔 口 磷 酸 铝 VPI-5 （12.7Å×12.7Å), (H2O)42[Al18P18O72]，从此出现了超大微孔的概念。 大多为微孔金属磷酸盐且为一微孔道结构。 结构特点： 骨架结构由不同的配位态金属等基本结构单元组成，如[AlO4] 等； 骨架中具有未饱和交联的P=O,P-OH,Al-OH等端基结构； 由于这类结构易于在多胺基、长链和较大分子的结构导向剂存 在下生成，有时还需在F-离子体系中生成，因而骨架中常存在F-，其 次结构中的非键合作用往往与结构导向剂分子相连接。 应用： 大分子催化的研究加快，也使以具有超大微孔结构化合物为主 体的主－客体化学及相应先进材料的研究与应用加快。
高二物理电路变化的动态分析 人教版
R 1 R 3 R 2 k ⊙ ε‚r A V εR 4 R 3 R 2 R 1 A V 高二物理电路变化的动态分析 人教版电路变化主要包括两种情况，一是由于电路中部分支路的接通或断开引起电路结构的变化，从而引起电路中有关物理量的变化；二是由于部分电路中某个电阻发生变化（例如：滑动变阻器滑动触头位置的改变），同样会引起电路中相关物理量的变化。
那么如何进行电路变化的动态分析，我们分析的理论依据是闭合电路欧姆定律，及部分电路欧姆定律，以及串联分压、并联分流等规律。
首先，要根据闭合电路欧姆定律，在I ＝ε/R+r 中，电源电动势ε和内电阻r 不变，由于电路结构的变化，会引起外电阻的R 变化，导致干路电流I 和路端电压U 的变化，再利用部分电路欧姆定律（在使用欧姆定律I ＝U/R ，必须牢记I 、U 、R 是对同一部分电路而言的，三个物理量中任意一个发生变化都可能引起其它两个量的变化。
）来讨论各支路中的相关物理量的变化，进而讨论干路中的各个物理量的变化。
其次，分析电路变化时，一般的顺序是先从变化部分开始，按照先总后分，先干路后支路，先固定电阻，后变化电阻的顺序进行分析。
下面根据其以上方法具体分析一些实例：一、由于某部分电路的断开或接通，会引起电路中相关物理量的变化。
例1．如图所示，当K 闭合时，两电表的读数变化情况是：（ ）A ． V 、A 读数变大B ． V 、A 读数变小C ． V 的读数变大，A 的读数变小D ． V 的读数变小，A 的读数变大解析：当K 闭合时，由于并联的支路的个数增加，由并联知识可知：外电阻R 减小，由闭合电路欧姆定律I ＝ε/ R+ r 知，干电流I增大，通过分析路端电压U=ε—I r 减小，所以伏特表V 的读数变小，即R 2两端电压减小，由部分电路欧姆定律I 2= U 2/ R 2安培表A 的读数变小，正确答案应选B例2、如图所示，由于某一电阻发生断路，导致电压表和电流表示数均比该电阻未断开时要大，则这个断路的电阻可能是：（ ）A ．R 1B ．R 2C ．R 3D ．R 4 解析：若R 1断路，由并联电路特点，可知总电阻R 变大，由I ＝ε/ R+ r ，得总电流I 变小，由U=ε—I r 知路端电压增大，得R 2的两端电压U 2增大，通过对I 2= U 2/ R 2分析，知电流表的示数变大，故选项A 正确；若R 2断路，知电流表的示数为零，故选项B 错误；若R 3断路，电压表的示数为零，故选项C 错误；ε‚r R 3 R 2 R 1 k ☉ V ２ V ３ A 2 P DC Bε, R 0 A 若R 4断路，由并联电路知识特点，可知总电阻R 变大，由I ＝ε/ R+ r ，得总电流I 变小，由U=ε—I r 知路端电压增大，得R 2的两端电压U 2增大，通过对I 2= U 2/ R 2分析，知电流表的示数变大，故选项D 正确；本题正确选项为AD 。
纳米蒙脱土对聚乙烯击穿和电导特性的影响
纳米蒙脱土对聚乙烯击穿和电导特性的影响张晓虹,高俊国,郭 宁,张金梅,刘亚丽,胡海涛(哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,哈尔滨150040)摘 要:为了探讨纳米蒙脱土对聚乙烯击穿性能和电导特性的影响,采用威布尔(W eibull)统计的方法分析了电介质的击穿场强,利用电导温度谱图分析了不同试样电导的温度特性,用扫描电镜(SEM )和原子力显微镜(A F M )对复合材料的微结构进行了表征。
研究了插层温度和电老化对聚乙烯复合材料击穿性能的影响及其电导的温度特性,以及电介质电击穿后结构的变化。
结果表明,用蒙脱土对聚乙烯进行改性能明显提高其击穿性能和改善电导特性:与纯聚乙烯相比,聚乙烯/蒙脱土复合材料试样具有明显的极性电介质的损耗特征,而且复合材料试样的绝缘电阻率在50~60 C 的温度范围内明显高于低密度聚乙烯(L DP E)的值;而耐电老化性能也有所提高:在电老化66h 后,其击穿场强是纯聚乙烯的1.10倍;并且蒙脱土与聚乙烯形成的强的相互作用区像 交联点!等,能明显减少复合材料的电场破坏。
可见,纳米蒙脱土的加入有望提高聚乙烯的长期介电强度和耐温等级。
关键词:聚乙烯;纳米复合材料;击穿场强;威布尔分布;电气强度;电导中图分类号:T M 215 92;T M 855文献标志码:A 文章编号:1003 6520(2009)01 0129 06基金资助项目:国家自然科学基金(50377009;50677010)。
Project Su pported by National Natural Science Foundation of C hina(50377009;50677010).Influences of Nano montmorillonite on Breakdownand Electrical Conductivity of PolyethyleneZH ANG Xiao hong,GA O Jun guo,GUO Ning,ZH ANG Jin mei,LIU Ya li,H U H ai tao(Colleg e of Electrical and Electronic Eng ineer ing,H arbin University of Scienceand T echnolog y,H ar bin 150040,China)Abstract:T o inv est igat e t he dielectr ic pr operties of po ly mer lay ered silicate (PL S)nanocomposites,w hich ex hibit ex cellent t her mal and mechanical pro per ties,w e pr epar ed the polyethy lene/montmor illo nite nano co mpo sites by the melting intercalat ion process,analy zed the electr ical breakdo wn strength by the W eibull statist ical analysis,and de ter mined the mo rpholog y of the nano co mpo sites by means of scanning electr onic microscope (SEM )and atom ic fo rce micro sco pe (AF M ).M or eover ,w e focused on the character istics of electr ical breakdo wn and electr ical conductiv ity of the nano com posites.T he test r esults indicat e that electr ical br eakdow n st rength and insulation r esistance o f LDP E/O M M T is o bv iously higher than that o f L DPE,after 66ho urs electr ical ag ing,electr ical breakdo wn str eng th of L DPE/O M M T /C is 1.10times that of L DP E."int er action zo nes "may fo rm in L DP E and M M T such as cr osslinking po ints and it can r educe t he electr ic field damag e o f nanocom posites.It can be confirmed that polyethy lene impr oved by nano montmo rillo nite is pro vided w ith much hig her dielect ric strength and bett er heat r esistance pr operty than those of pure P E.Key words:po ly ethylene;nano composites;breakdo wn st rength;W eibull distributio n;elect ric strength;elect rical co nduct ivit y0 引言聚合物以其优越的电气和机械性能而被广泛用于电气绝缘领域,但是在使用过程中,电老化现象困扰着电气工程人员。
(人教版)高一化学 第二章 第二节 元素周期律 重点概括练习举一反三总结
人教版高一化学第二章第二节元素周期律一、内容概括本节主要介绍了元素周期律的基本概念和规律，包括原子半径、电负性、第一电离能、电子亲和能等性质的周期性变化。
通过学习这些基础知识，学生能够理解元素性质随原子序数变化的规律，并掌握如何利用周期表预测和解释元素的性质。
二、重点归纳1.原子半径：1.1定义：原子核中心到最外层电子的距离。
1.2变化规律：同一周期内从左到右逐渐减小（因为核电荷增加，吸引电子更紧）。
同一族内从上到下逐渐增大（因为电子层数增加，屏蔽效应增强）。
2.电负性：2.1定义：原子吸引电子的能力。
2.2变化规律：同一周期内从左到右逐渐增大（因为核电荷增加，吸引电子能力增强）。
同一族内从上到下逐渐减小（因为原子半径增大，吸引力减弱）。
3.第一电离能：3.1定义：使一个中性原子失去一个电子所需的能量。
3.2变化规律：同一周期内从左到右逐渐增大（因为核电荷增加，失去电子更难）。
同一族内从上到下逐渐减小（因为原子半径增大，失去电子更容易）。
特殊情况：同一周期中的某些元素（如Be, N, Mg, P）由于电子排布的特殊性，第一电离能会有所异常。
4.电子亲和能：4.1定义：一个中性原子获得一个电子所释放的能量。
4.2变化规律：同一周期内从左到右逐渐增大（因为核电荷增加，吸引电子能力增强）。
同一族内从上到下逐渐减小（因为原子半径增大，吸引力减弱）。
特殊情况：稀有气体的电子亲和能通常为零或负值，因为它们的电子排布已经非常稳定。
5.金属性与非金属性：5.1定义：金属性是指元素倾向于失去电子形成阳离子的性质；非金属性是指元素倾向于获得电子形成阴离子的性质。
5.2变化规律：同一周期内从左到右金属性减弱，非金属性增强。
同一族内从上到下金属性增强，非金属性减弱。
6.氧化还原性：6.1定义：氧化性是指元素获得电子的能力；还原性是指元素失去电子的能力。
6.2变化规律：同一周期内从左到右氧化性增强，还原性减弱。
同一族内从上到下氧化性减弱，还原性增强。
2022华数杯全国大学生数学建模竞赛A、B、C题
2022华数杯全国大学生数学建模竞赛题目（请先阅读“华数杯数学建模竞赛论文格式规范与提交说明”）A 题环形振荡器的优化设计芯片是指内含集成电路的硅片，在我们日常生活中的手机、电脑、电视、家用电器等领域都会使用到，是高端制造业的核心基石。
芯片的制造工艺非常复杂，要经历上千道工序经过复杂工艺加工制造。
尤其是数字芯片，随着工艺尺寸的不断缩小，数字芯片的优化设计变得尤为重要。
而环形振荡器是数字时钟芯片中的一种重要的结构，其设计中有三个重要的指标需要考虑：速度、面积和功耗。
速度是指电路运行的时钟频率，一般来说，速度越快，能处理的数据量就越多，性能越好。
面积是指电路的物理实现需要占用硅片的面积，占用的面积越小，芯片成本越低。
功耗是指电路工作所消耗的能量，功耗越低，发热量也越低，设备工作的时间更长，使用寿命越久。
速度、面积、功耗是互相牵制的，在相同的制造工艺（制程）以及相同的电路条件下，一般来说，速度越快，晶体管尺寸越小，功耗也越高，反之亦然。
相关概念与参数介绍见附录1。
请阅读相关文档说明，回答下列问题。
1.环形振荡器的频率公式为1/(2)pd f n t =⨯，其中n 为反相器的个数，pd t 为单级反相器的延迟时间。
反相器的负载电容与下一级的反相器的栅极面积成正比，为2nF/μm 2。
反相器工作时的电流公式可以分为以下两个阶段：饱和区和线性区。
两个阶段的公式为：221[()]21()2gs th ds ds ds gs th d gs th ds gs thWK V V V V V V V L I W K V V V V V L⎧--<-⎪⎪=⎨⎪->-⎪⎩，，式中，V gs 表示栅源之间的电压，V ds 表示漏源之间电压，V th 表示阈值电压。
请根据以上内容，计算表1中不同设计方案的环形振荡器的输出频率。
表1环形振荡器输出频率计算表序号反相器个数PMOS 宽长比NMOS 宽长比电源电压/V输出频率111400n/100n 200n/100n 1.2211800n/200n 400n/200n 1.23111.6u/0.4u 0.8u/0.4u 1.2431200n/100n400n/100n 1.2531400n/200n800n/200n 1.26310.8u/0.4u 1.6u/0.4u 1.2751500n/100n500n/100n 1.28511000n/200n1000n/200n 1.2951 1.8u/0.3u 1.8u/0.3u 1.210992u/0.5u1u/0.5u 1.22.环形振荡器的版图见附录1。
新教材2023版高中化学第1章原子结构与元素性质第3节元素性质及其变化规律课件鲁科版选择性必修2
问题2 课本上说到利用原子半径和价电子数，可以定性解释元素周 期表中元素原子得失电子能力呈现的递变规律，如何解释？
提示：同周期元素原子(除稀有气体)的电子层数相同，从左往右原子半径逐渐 减小，原子核对外层电子的吸引作用逐渐增强，因此元素原子失电子能力减弱， 获得电子的能力增强；同主族元素原子的价电子数相同，自上而下原子半径逐渐 增大，原子核对外层电子的吸引作用逐渐减弱，因此元素原子失电子能力增强， 得电子能力减弱。
提示：否，因为Al元素与Cl元素的电负性相差不大，二者形成的化学键为共价 键，AlCl3在熔融状态下不导电。
典例示范 [典例2] Ⅰ.不同元素的气态原子失去最外层一个电子所需要的能量 (设其为E)如图所示。
试根据元素在周期表中的位置，分析图中曲线的变化特点，并回答
下列问题： (1)同主族内不同元素的E值变化的特点是随__着__原_子__序__数_增__大__，__E_值_变__小_。 各主族中E值的这种变化特点体现了元素性质的__递__变_性___变化规律。 (2)同周期内，随原子序数增大，E值增大，但个别元素的E值出现反
2.意义 可以衡量元素的原子或离子失去电子的_难__易__程_度__。第一电离能数值 越小，原子越____易____失去一个电子；第一电离能数值越大，原子越 ____难____失去一个电子。 3．元素第一电离能变化规律
碱金属元素的第一电离能最_小___，稀有气体元素的第一 同周期 电离能最__大__，从左到右，元素的第一电离能总体上呈
3.电负性的应用
判断金属性和非 电负性小于2的元素大部分为___金_属____元素
金属性的强弱 电负性大于2的元素大部分为__非__金_属___元素
判断化合物中元 电负性大的元素易呈现____负____价
液相色谱出峰时间逐渐前移
液相色谱出峰时间逐渐前移1.引言1.1 概述色谱分析技术是一种常用的分离与检测技术，广泛应用于化学、制药、环境等领域。
其中，液相色谱作为色谱分离技术的重要分支之一，具有出峰时间逐渐前移的特点。
本文旨在探讨液相色谱出峰时间前移的原因和其应用与意义。
液相色谱出峰时间逐渐前移，指的是在液相色谱分析中，所利用的色谱柱对不同物质的保留时间逐渐减少，即各组分的峰向前移动。
这一现象常常引起分析师的重视，因为液相色谱中物质的出峰时间是分析结果的重要指标之一，对于准确定量和鉴别性分析有着重要影响。
液相色谱出峰时间逐渐前移的原因有多种。
首先，柱内液相色谱中的流动相溶液的溶解度可能发生变化，导致色谱柱中填料的浓度减少，进而影响分离效果和出峰时间。
其次，液相色谱柱的老化和损坏也会导致出峰时间逐渐前移，如填料的疏松、柱壁的压缩等情况。
此外，温度的变化、固定相的性质改变以及流速的调整也会对液相色谱出峰时间产生影响。
液相色谱出峰时间逐渐前移在实际应用中具有重要意义。
首先，通过研究出峰时间的变化规律，可以对液相色谱分析的结果进行修正和优化，提高分析的准确性和灵敏度。
其次，出峰时间前移还可以作为某些特定成分存在与否的指示，有助于对样品进行鉴别与定性分析。
此外，对于反应动力学研究和反应产物分离也有一定的参考价值。
综上所述，液相色谱出峰时间逐渐前移是一种常见且重要的现象。
探究出峰时间前移的原因以及其应用和意义，对于深入理解液相色谱分析技术的原理和优化方法具有重要意义。
1.2文章结构文章结构：本文主要分为三个部分。
首先是引言部分，主要包括概述、文章结构和目的三个小节。
其次是正文部分，包括色谱分析技术介绍和液相色谱出峰时间的影响因素两个小节。
最后是结论部分，包括出峰时间逐渐前移的原因和应用和意义两个小节。
引言部分旨在介绍本文的研究背景和意义。
其中，概述将对液相色谱的基本原理和应用进行简要介绍，为后续内容的理解做铺垫。
文章结构部分将介绍本篇文章的整体结构和各个部分的内容安排，帮助读者理清文章的逻辑脉络。
钠离子电池充放电深度
钠离子电池充放电深度1.引言1.1 概述钠离子电池作为一种新兴的高性能电池技术，在能源存储领域引起了广泛的关注和研究。
钠离子电池的运行原理类似于锂离子电池，但相比之下，钠离子电池具有更高的能量密度和更低的成本，成为一种有望在大规模应用中替代锂离子电池的候选技术。
钠离子电池的充放电深度是衡量其性能和稳定性的重要指标之一。
充电深度是指电池在充电过程中所储存的电荷量与其最大储存电荷量之间的比值。
充电深度的大小直接影响电池的能量储存容量和电池的寿命。
充电深度的测量方法多种多样，常用的方法包括电流-电压曲线法、放电容量法和电化学阻抗谱法等。
这些方法可以帮助研究人员快速准确地测量钠离子电池的充电深度，并进一步评估电池的性能和稳定性。
充电深度不仅对钠离子电池的性能具有重要影响，同时也与电池的寿命密切相关。
过高或过低的充电深度都会导致电池容量的下降和循环性能的衰减。
因此，合理控制充电深度是保证钠离子电池长久稳定运行的关键所在。
在影响钠离子电池充电深度的因素中，电池材料特性和充电控制策略起着重要的作用。
正极材料和负极材料的选择和设计直接影响着电池的充电深度和循环性能。
同时，充电控制策略的优化也可以对充电深度进行有效控制，提高电池的性能。
综上所述，钠离子电池的充电深度对于其性能和寿命具有重要的影响。
在未来的研究中，我们需要进一步深入探索充电深度与钠离子电池性能之间的关系，优化材料设计和充电控制策略，以提高钠离子电池的能量密度和循环寿命，推动其在能源存储领域的应用。
1.2文章结构文章结构的目的是为了使读者更好地理解文章的内容，并能够清晰地理解文章的组织结构。
本文的目录结构分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分主要介绍了文章的概述、文章的结构和目的。
在概述部分，将简要介绍钠离子电池充放电深度的重要性和研究背景。
在文章结构部分，将解释文章的组织结构，包括不同章节的内容和相互关系。
通过明确的结构说明，读者可以在阅读全文前对文章的内容框架有一个大致的了解。
层状双金属氢氧化物形成机理的研究现状
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2018年第37卷第1期·128·化 工 进展层状双金属氢氧化物形成机理的研究现状张胜寒，陈玉强，姜亚青，孙晨皓（华北电力大学(保定)环境科学与工程系，河北 保定071000）摘要：近年来，层状双金属氢氧化物（LDH ）凭借特殊的层状结构、极强的可调控性能、优异的环境兼容性及显著的应用效果等特点，在环保、催化、储能、传感等领域得到广泛关注。
国内外多数研究集中于LDH 可控合成工艺的改进完善及LDH 的应用探索，但迄今对制备LDH 时涉及其组成结构形貌的变化过程，即其形成机理的关注较少，相关机制解释模糊，深入研究其形成过程对于可控制备具有独特形貌和特定组成的LDH 及开发更深层次的应用具有至关重要的作用。
本文介绍了LDH 层板形成机理的3个主要研究方向，即以二价金属氢氧化物的存在为基础、以三价金属氢氧化物的存在为基础和拓扑相变机制，并分别进行了阐述辨析及对比分析，发现LDH 层板的形成是一个极其复杂的过程，多种机制往往共同作用，总结认为固液及液液反应在初期成核阶段占据主导地位，各自作用程度及不同层板构筑机制产生的主导作用易受到外界环境因素影响，而更为普遍的LDH 形成机制解释需要归纳总结更多LDH 层板构筑的区别和规律，宏观和微观上探索形成过程的内在机理及科学本质，以期为LDH 开发拓展提供理论基础。
关键词：层状双金属氢氧化物；形成机理；氢氧化物；拓扑相变；化学反应中图分类号：TQ13; O611.64 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2018）01–0128–12 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0779R esearch progress of layered double hydroxide formation mechanismsZHANG Shenghan ，CHEN Yuqiang ，JIANG Yaqing ，SUN Chenhao（Department of Environment Science and Engineering ，North China Electric Power University ，Baoding 071000，Hebei ，China ）Abstract ：Layered double hydroxide （LDH ）are a kind of promising special multifunctional layeredmaterials ，which have the excellent regulatable capability ，perfect environmental compatibility and remarkable efficiency ，so they have been studied extensively in environmental protection ，catalysis ，energy storage ，transducer and other fields. Most researches are conducted on the improvement of tailored synthesis methods and application of LDH ，whereas the research on the transformation of LDH （composition ，structure and morphology ）is rare ，especially on the general formation mechanism of LDH. The controllable preparation and in-depth applications of LDH with unique morphology and specific composition are highly demanded. An overview and comparison are presented on the interpretations of primary LDH laminate formation mechanisms which are the existence of divalent metal hydroxide ，the existence of trivalent metal hydroxides and the direct topological phase transition mechanism. The solid-liquid and liquid-liquid reactions are thought to play a dominant role in the initial nucleation stage ，while the multiple mechanisms ，the various influences and the mastery reaction are easily affected by the external conditions. To obtain a more universal mechanistic insight on LDH究方向为金属腐蚀与防护及废水处理。
典型晶体结构
四方铁电相：固有自发极化（无外场） Ba2+、Ti4+和O2-各占据不同位置（ Ti4+和O2-
偏离对称位置）→正、负极性中心不重合； 每个晶胞均具有永久离子偶极； 120℃以上四方晶胞转变为立方顺电相：无自
发极化，无铁电性。 铁电材料－大电容电容器，铁电存储器
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(2). 扭转型：阴离子氧八面体相对各轴扭转
插层石墨
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2.5 硅酸盐晶体结构
自然矿物是制造所有陶瓷材料的重要原料 地壳中最丰富的两种元素：硅和氧 硅酸盐占所有矿物的1/3以上
研究硅酸盐矿物结构 必要性！
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1. 无机硅酸盐的结构单元 ―――硅氧四面体[SiO4]4－
(1) 硅原子的外层电子结构 Si 1S22S22P63S23P2――3s电子移
→导体(部分Mn4＋ →Mn3＋) →La1-xCaxMnO3——高导电、大磁阻
演变
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2.4 金刚石和石墨结构
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1). 金刚石结构
立方晶系，a＝0.356nm 面心立方格子
与立方ZnS结构类似 C原子分布于顶角、面心，另4个C分
别交叉地分布于4条体对角线的1/4和 3/4处（即占据1/2四面体空隙） 代表物质：Si，Ge，Sn等
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石墨结构决定了：石墨在 平行于C层方向具有良好 导电性；硬度低、易加工； 熔点高；润滑感
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2.4.1. 插层反应 结构演变导致性能变化
层状化合物：石墨，粘土 层内：共价键；层键：范氏力等 插层反应：外来分子插入层间形成插层化合物
（亚稳）（反应可逆：去插层反应） 插层化合物性质发生变化， 如插层石墨导电性增大、插 层化合物用于能量储藏（利 用插层和去插层来充放电） 与电子装置中
lani5合金晶胞配位数
lani5合金晶胞配位数晶体是由许多重复有序排列的原子或分子构成的固体结构。
在晶体中，各个原子或分子之间通过化学键连接在一起，形成一个晶胞。
晶胞是晶体结构的基本单位，确定了晶体的物理和化学特性。
而晶胞配位数则是指晶胞中每个原子或离子周围的邻近原子或离子的个数。
对于一些重要的合金，晶胞配位数在一定程度上决定了其特性和应用。
在合金中，金属元素和非金属元素以一定比例混合在一起，形成具有特定晶体结构的固体。
合金的晶胞配位数相对于单组份金属晶体而言，可能更加复杂。
下面我们来具体讨论合金晶胞配位数的几个典型例子：1.纯金属晶体的晶胞配位数：纯金属晶体一般具有简单的结构，晶胞配位数较低。
例如，钠晶体属于面心立方晶系，每个钠原子周围配位数为12，即12个邻近的钠原子。
而铁晶体则属于体心立方晶系，每个铁原子周围配位数为8。
2.合金晶体的晶胞配位数：合金晶体由不同的金属元素混合而成，因此晶胞配位数相对复杂。
以黄铜为例，黄铜主要由铜和锌两种元素组成。
黄铜的晶体结构属于面心立方晶系，每个铜原子周围配位数为12，而每个锌原子周围配位数为6。
3.合金中的插层化合物的晶胞配位数：插层化合物是指在晶体中插入其他原子或离子形成的化合物。
比如，钛铝合金常指的是钛和铝组成的化合物。
钛铝合金的晶体结构属于复杂的四方晶系，晶胞中的钛原子和铝原子的配位数分别为8和12。
总的来说，合金晶胞配位数与晶体的结构密切相关。
不同的合金具有不同的晶体结构和晶胞配位数，这也导致了合金在硬度、热稳定性、导电性等方面的差异。
因此，合金晶胞配位数的研究对于理解合金的性质和应用具有重要意义。
需要注意的是，由于合金的复杂性，上述所讨论的合金晶胞配位数仅仅是一些常见合金的典型例子，实际情况可能更为复杂。
此外，合金的配位数还可能受到温度、压力等外界条件的影响。
因此，在实际研究和应用中，还需要进一步探索和研究合金晶胞配位数的变化规律和对合金性质的影响，以更好地利用和发展合金材料。
插层蒙脱土不同方法的比较
【文章编号】1009-1793（2004）02-0100-03插层蒙脱土不同方法的比较邱玉超，韦莉萍，路新卫，徐耿明，施永德，李玲，钟导雄（南方医科大学分校，广东省广州市510315）【摘要】目的：为了研究蒙脱土不同插层方法的效果。
方法：通过X -射线衍射（XRD ）分析比较机械搅拌和超声波振荡两种不同插层方法。
结果：超声波技术插层的蒙脱土层间距比机械搅拌的大，且节省时间。
结论：超声波插层技术是一种简单、方便、实用的插层方法。
【关键词】蒙脱土；有机改性；超声波【中图分类号】R 282.76【文献标识码】AResearch on different methods of intercalating montmorillonite(IU Yu-chao ，WEI Li-ping ，LU Xin-wei ，et al.（Branch campus of Nanfang MedicaI University ，Guangzhou 510315，China ）【Abstract 】Objective ：To study different methods of intercaIating montmoriIIonite.Methods ：Comparing mechanic stir-ing method with uItrasonic technoIogy by X -ray diffraction （XRD ）anaIysis.Results ：It shows that the intervaI -distance of montmoriIIonite entercaIated by uItrasonic technoIogy is Iarger than that by mechanic stiring.Conclusion ：UItrasonic technoIogy is better than mechanic stiring method and can entireIy repIace it.【Key words 】montmoriIIonite ；organization ；uItrasonic【收稿日期】2004-10-08【基金项目】广州市科技攻关课题资助项目（基金号：2004Z3-E0171）【作者简介】邱玉超（1982-），男，华南师范大学2004年在读研究生，本课题组研究者之一。
教科版二年级科学上册 科学规律知识点复习总结
教科版二年级科学上册科学规律知识点
复习总结
科学规律是科学研究的重要内容，通过对现象和实验的观察研究，科学家总结出了许多科学规律。
以下是教科版二年级科学上册
中涉及的科学规律知识点的复总结：
1. 生活中的重力规律
- 重力是地球吸引物体的力量，是物体在地球表面受到的引力。
- 物体的重力与物体的质量大小有关，质量越大，重力也就越大。
- 重力的方向是垂直向下的。
2. 水的沸腾规律
- 水在加热过程中，会从液体变成气体，这个过程叫做沸腾。
- 沸腾的温度叫做沸点，不同海拔的地方，沸点会有所不同。
- 沸点高于100摄氏度的水叫做开水。
3. 空气的压力规律
- 空气也有重量，空气对物体的作用叫做空气压力。
- 空气压力随着海拔的升高而减小，海拔越高，压力越小。
- 使用空气压力可以做一些有趣的实验，如水压实验和吸盘实验等。
4. 光的传播规律
- 光传播是一种直线传播，光会一直沿着直线传播，直到遇到物体被阻挡或者被折射、反射。
- 光的传播速度很快，每秒约300,000千米。
- 光的颜色是由光的频率决定的，不同频率的光会呈现出不同的颜色。
5. 电能转化规律
- 电是一种常见的能源形式，可以转化为其他形式的能量，如光能、热能、声能等。
- 电能可以通过电池、电源等设备来供应和转化。
- 使用电能能够方便地实现很多生活中的工作和运动，如打开电灯、驱动电动车等。
以上是教科版二年级科学上册涉及的一些科学规律知识点的复习总结。
希望对同学们复习学习有所帮助！。
数据结构中的前后,上下,左右,自然关系
数据结构中的前后,上下,左右,自然关系这是一篇关系类文章，咱们得好好唠唠数据结构里这些个前后、上下、左右和自然关系之间的联系。
先来说说数据结构里的前后关系。
这就好比排队买东西，先来的在前面，后来的在后面。
在数据结构里，前后关系可以体现出数据的顺序性。
比如说在链表这种数据结构里，每个节点都有指向下一个节点的指针，这就明确了节点之间的前后关系。
为啥要有这种前后关系呢？这是为了方便数据的查找、插入和删除操作。
要是没有这种顺序关系，数据就乱成一锅粥了，找个数据得把整个存储区域翻个底朝天，那多麻烦呀！就像你在一个没有排队规则的地方买东西，大家都挤来挤去，谁也不知道谁先来的，这交易还咋顺利进行呢？再看看上下关系。
这上下关系在数据结构里有点像树结构中的父子关系。
就像家族里长辈和晚辈的关系一样，树的根节点在上，子节点在下。
根节点可以有多个子节点，子节点又可以有自己的子节点，这样一层一层的就形成了树结构。
这种上下关系能很好地表示层次结构。
为啥要用这种结构呢？拿公司的组织架构举例，老板在最上层，下面有各个部门的经理，再下面有普通员工。
用树结构来表示这个组织架构，就能清晰地看到每个层级的人员关系，管理起来也方便很多。
要是没有这种上下关系，公司的管理不就乱套了吗？谁该听谁的都不清楚了。
接着聊聊左右关系。
在数据结构里，左右关系常常出现在二叉树这种结构里。
二叉树的每个节点最多有两个子节点，一个在左，一个在右。
这左右关系有啥用呢？这就像你有两只手，左手和右手各干各的事，但又都受大脑控制。
在二叉树里，左右子节点可以用来区分不同的数据或者操作。
比如说在二叉搜索树里，左子节点的值总是小于父节点的值，右子节点的值总是大于父节点的值。
这样通过左右关系就能快速地查找数据。
要是没有这种左右关系，二叉搜索树的优势就没了，查找数据的效率就会大打折扣。
最后说说自然关系。
自然关系在数据结构里可以理解为数据元素之间本身就存在的内在联系。
这就像人与人之间的朋友关系，不是人为硬加上去的，而是因为有共同的兴趣爱好或者其他因素自然形成的。
变化规律研究
弹性介质中爆破地震波传播的分区变化规律研究逄焕东，陈士海（山东科技大学土木工程与建筑学院，山东青岛 266510）摘要：装药爆炸后产生地震波并且向周围传播。
传播过程中，由于地质构造的变化，地震波的幅值、频率等都会产生一系列变化，而这种变化规律随时间和空间改变，对地面建筑物的安全有着重要影响。
根据工程应用的实际需求，借助解析和数值计算相结合的方法，利用计算结果划分了不同的分区，并且求得了一般情况下不同区域的爆破地震幅值的变化规律。
关键词：爆破；地震波；波动方程；传播Study on the Variation Law of Blasting Seismic Wave’sPropagation in Elastic MediaPANG Huan-dong, CHEN Shi-hai(Shandong University of Science & Technology, Qingdao, 266510)Abstract: Seismic wave produces and propagates around after blasting. In the course of the propagation, for the change of underground strata, the amplitude and frequency of the seismic wave may vary a lot. And these variations change with time and space, and have great effect on the ground architecture. According to the practical requirement, by analytic and numerical method, some different zones have been mapped out, and the general variation rule in blasting seismic wave has been worked out.Key words: blasting ；seismic wave; wave equation; propagation逄焕东，男，1969年生。
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插层前后研究变化规律
采用热压成型工艺制备了插层改性膨润土掺杂的聚合物基摩擦材料,通过对比改性前后的膨润土掺杂的数据结果,进而探索插层改性膨润土的摩擦材料磨损表面的形态、物理力学性能、摩擦磨损性能的变化规律。
结果表明:插层改性之后,膨润土的形貌由不规则的颗粒状变成片层状结构,晶面间距比原来增大了0.089 22 nm,表明季铵盐十六烷基三甲基溴化铵已经成功地插层进入膨润土层间。
与未改性的膨润土相比,季铵盐改性膨润土增强的摩擦材料磨损表面更为平整,这与表面生成的摩擦膜密切相关,其硬度从未改性膨润土掺杂摩擦材料的85~95降低到了80~90,冲击强度明显提高,摩擦系数较高,磨损率较低,尤其是当温度为350℃时,季铵盐改性膨润土掺杂的摩擦材料其摩擦系数从原来的0.15增加至0.23,而磨损率从原来的2.25×10~(–7)
cm~3/(N·m)降低至0.97×10~(–7) cm~3/(N·m),综合性能变好。
十六烷基三甲基溴化铵为改性剂,通过正交试验,研究搅拌时间、改性配比、反应温度对钠基蒙脱土改性效果的影响,并结合饱和盐溶液法对改性前后的钠基蒙脱土进行湿性能测试,从平衡含湿量方面探究其改性效果的优劣。
采用XRD、FTIR和SEM等测试手段对改性钠基蒙脱土的微观形貌、物质结构、结构组成进行测试分析。
试验结果表明,对改性效果影响
因素大小排序为:改性配比>搅拌时间>反应温度,其最佳方案为改性剂/钠基蒙脱土为0.4:1,反应温度60℃,反应时间120min,改性后的钠基蒙脱土层间距由改性前0.97nm增大到1.92nm,同时湿性能试验表明,改性后的钠基蒙脱土的平衡含湿量(相对湿度)较未改性之前有大幅提升。
其次以改性后的钠基蒙脱土为插层主体材料,以不同种类的相变储能材料为插层客体材料,采用熔融插层法制备一系列不同相变储热材料用量、不同加热温度、不同搅拌时间的相变调湿复合材料,通过不同相变材料/改性钠基蒙脱土插层后稳定性评价及相关的形貌、组成、成分表征,获得相变调湿复合材料的优化制备工艺参数。
最后以丙烯酸为增湿材料,进一步探索复合材料湿度调节能力提高的技术途径,分别采用步冷曲线法、DSC测试法和饱和盐溶液法对优化后的不同相变调湿复合材料进行热湿性能测试,测试结果表明:热性能方面,以固-液有机相变材料为客体制备的相变调湿复合材料控温时间最久,而以固-固有机相变材料为客体制备的相变调湿复合材料控温时间效果欠佳。
湿性能方面,以新戊二醇/改性钠基蒙脱土的平衡含湿量最大,月桂酸改性钠基蒙脱土平衡含湿量最小,并且和改性后插层前的钠基蒙脱土平衡含湿量(相对湿度为64.92%)0.0748 g/g进行对比,发现平衡含湿量都有不同水平的下降。