聚硅氧烷改性氧化石墨烯的辐射制备及其在导热硅橡胶中的应用研究

将氧化石墨烯和乙烯基三乙氧硅烷(TEVS)混合液进行γ射线辐照处理,制备聚硅氧烷功能化的改性氧化石墨烯(GO-Si),并通过红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman)表征分析GO-Si的结构。在辐照时,随着吸收剂量增加,聚硅氧烷的接枝量也随之增加;由于TEVS的接枝聚合,GO-Si表面的聚硅氧烷含量明显提高。将GO-Si和羟基硅油共混,制备室温固化的硅橡胶/改性氧化石墨烯复合材料(SR/GO-Si),与未改性氧化石墨烯(GO)相比,GO-Si与硅橡胶基体相容性更好,分散更加均匀。对SR/GO-Si和纯SR的力学性能、导热性能和辐照效应进行对比分析,结果表明,GO-Si的引入可以明显提高复合材料的综合性能,导热系数从0.13 W·m~(-1)·K~(-1)提高至1.1 W·m~(-1)·K~(-1),拉伸强度提高了149%。在90 kGy辐照条件下,GO-Si的引入对复合材料的辐照效应起到积极作用,提高了拉伸强度和硬度,SR/GO-Si有望在低剂量辐射环境下作为电子封装热界面材料使用。     

磁性氧化石墨烯的制备及其对Co(Ⅱ)的吸附

采用Hummers方法和化学共沉淀方法，合成了磁性氧化石墨烯（M/GO）材料，并以此作为吸附剂材料，采用静态批式实验方法研究了其对Co(Ⅱ)的吸附去除机理。结果显示M/GO具有良好的饱和磁场强度，易于利用外加磁场实现吸附后的固-液分离。Co(Ⅱ)在M/GO表面的吸附几乎不受背景离子强度的影响，而受pH的影响显著。其吸附可快速达到平衡，吸附动力学符合准二级速率方程。升高温度可有效促进吸附。吸附等温过程符合Langmuir模型。热力学参数的分析表明Co(Ⅱ)在M/GO表面的吸附为自发吸热过程。     

磁性氧化石墨烯的制备及其对Co(Ⅱ)的吸附

采用Hummers方法和化学共沉淀方法，合成了磁性氧化石墨烯（M/GO）材料，并以此作为吸附剂材料，采用静态批式实验方法研究了其对Co(Ⅱ)的吸附去除机理。结果显示M/GO具有良好的饱和磁场强度，易于利用外加磁场实现吸附后的固-液分离。Co(Ⅱ)在M/GO表面的吸附几乎不受背景离子强度的影响，而受pH的影响显著。其吸附可快速达到平衡，吸附动力学符合准二级速率方程。升高温度可有效促进吸附。吸附等温过程符合Langmuir模型。热力学参数的分析表明Co(Ⅱ)在M/GO表面的吸附为自发吸热过程。     

氧化石墨烯薄膜的自组装制备与伽玛射线辐照还原

通过改进的水浴自组装技术,制备出由氧化石墨烯纳米片组成的氧化石墨烯（Graphene oxide,GO）薄膜,对该薄膜进行γ射线辐照后采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射光谱（XRD）对辐照前后的薄膜进行表征,分析辐照对GO薄膜的改性作用。结果表明,辐照后GO薄膜的层间距由0．94nm减小到0．80nm,薄膜中GO纳米片的平均厚度从1．69nm减小到0．86nm,证明了γ射线对GO薄膜良好的还原效应,使GO纳米片的层间官能团减少并导致了层间距和厚度减小。本文还探讨了γ射线辐照对GO薄膜的还原机理。     

电子束辐照制备自支撑氧化石墨烯复合正渗透滤膜及其酸回收性能

结合真空辅助自组装和电子束辐照,通过两步处理,将咪唑型离子液体,1-烯丙基-3-乙烯基咪唑氯盐(1-Allyl-3-vinylimidazolium chloride,[AVIM]Cl)与氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)片层进行复合,并通过共价键合制备得到自支撑GO复合膜。复合膜的红外光谱证明,电子束辐照成功引发了[AVIM]Cl与GO片层之间的化学键合反应。耐静水压测试的结果表明,引入咪唑型阳离子后,复合膜能承受的最大静水压大幅增加。经过电子束辐照后,复合膜能承受的最大静水压进一步提高到10.8 kPa,与GO膜相比提高了近10倍。X射线衍射谱表明,咪唑型阳离子能有效限制复合膜在水中的溶胀行为,降低复合膜在干湿态下的层间距变化程度;经过电子束辐照后,干湿态膜的层间距变化程度被进一步缩小。返盐率测试表明,该复合膜最小返盐率仅为0.14 mol/(m~2·h),符合正渗透滤膜材料的要求。采用正渗透技术,以盐水作为渗透液,10 h的酸回收测试结果显示,H+的渗透系数达87.9 m/h,高出常规扩散渗析法3个数量级以上。     

铅铋基石墨烯纳米流体热物性研究

高热导率的石墨烯纳米颗粒掺进铅铋堆堆冷却剂中可显著提升其导热系数和比热容,从而提高铅铋堆的堆芯功率密度,降低冷却剂用量,有利于实现反应堆小型化和轻量化设计的目的,对于铅铋堆在偏远地区和远海的工程应用具有重要意义。本文通过不同导热系数、黏度、比热容等预测模型对金属基石墨烯纳米流体热物性进行研究,分析纳米流体强化机理,提出适用于铅铋基石墨烯纳米流体的热物性计算模型。研究结果表明:添加石墨烯纳米颗粒的铅铋基,其导热系数、比热容和黏度均得到显著提高。在保证悬浮液相对稳定的情况下,导热系数、比热容和黏度随浓度的添加显著增大,在浓度达到20%时,纳米基液的热导率可以提高80%,但此时的黏度也提升了100%左右,因此在提高浓度的同时应综合考虑对热物性的影响。     

高温气冷堆球床有效导热系数的计算模型及其在SANA基准试验分析中的应用

用THERMIX程序计算了石墨球床的温度分布。研究了高温气冷堆球床内部热量传递机制,给出了三种有效导热系数的分析方法和计算模型。以国际原子能机构(IAEA)关于“高温气冷堆在事故工况下的热传输和余热载出”问题的合作研究计划(Coordinated Research Program简称CRP)的SANA基准试验为基础,计算了球床内的温度分布和自然对流对传热的影响。计算结果与实验测量结果作了比较,证实了THERMIX程序和有效导热系数的准确性。     

同步辐射圆二色谱研究氧化石墨烯与腐殖酸的相互作用

应用同步辐射真空紫外圆二色光谱、紫外-可见及红外光谱等技术研究了氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)与腐殖酸(Humic Acid,HA)在水溶液中的相互作用,探讨了不同配比、溶液p H及不同温度条件下GO与HA之间的相互作用对GO在水溶液中形态的影响。研究表明,一定条件下GO在水溶液中显示出圆二色性,其强弱与GO在水溶液中的形态结构有关。HA可通过极性相互作用和π-π相互作用吸附在GO表面,形成GO-HA复合物,改变体系的圆二色性,这种影响与二者的质量比、水环境p H和温度相关。GO-HA与GO相比,厚度增加,分散性提高,圆二色信号降低;GO-HA体系p H值升高和温度降低,有利于GO-HA折叠构象的形成,使得体系的圆二色信号升高。     

氧化石墨烯纳米片对淀粉样蛋白纤维的影响

淀粉样蛋白纤维是引发神经退行性疾病的重要原因,抑制和阻碍蛋白纤维的形成已成为预防相关疾病的重要手段。为了快速、高效地清除、降解成熟胰岛素纤维以治疗II型糖尿病,本文用Hummer法制备了平均厚度为1 nm的氧化石墨烯纳米片(Graphene Oxide Nanosheets,GOs),研究了GOs对胰岛素纤维的作用。实验结果显示:GOs能够快速地解离成熟胰岛素纤维并清除,其解离效果随GOs浓度的提高而显著加强。结合ThT荧光和显微傅里叶红外变换光谱(Micro Fourier Transform Infrared Spectroscopy,Micro-FTIR)的测量结果推测GOs是通过抽取胰岛素纤维的蛋白分子改变纤维的二级结构,将其从原来的β折叠结构转变为α螺旋结构从而达到解离作用。     

辐射交联法制备微孔化硅橡胶的研究

采用辐射交联法制备微孔化硅橡胶材料,实现硫化与发泡分步进行,是探索射线技术用于制备高性能微孔材料的一种新方法。以二氧化硅为填料,以电子加速器为射线源辐照实现硅橡胶的硫化,再经高温发泡为微孔材料。主要研究辐照条件、填料含量等关键因素对硅橡胶性能与结构的影响,并用扫描电镜观察泡孔的形态结构。结果表明,通过控制吸收剂量和填料含量等条件,实现了硅橡胶材料微孔化。微孔化硅橡胶材料表面光滑,接近橡胶形态,而材料内部具有丰富的μm级小孔,孔壁完整,孔与孔间彼此不贯通,泡孔细小,胞体尺寸（平均）最小达14 μm,泡孔的均匀性好,其力学性能较好。     

Effect of Neutron-Irradiation on Thermal Conductivity,Electric Resistivity and Thermal Expansion of Boron Carbide

Boron carbide possessing porosities of 91 and 77%T.D. were irradiated at about 300°C to 6.0x10¹⁸～ 3.3×10¹⁹ n/cm² in helium atmosphere. The thermal conductivity, the electric resistivity and the linear thermal expansion were determined. Upon irradiation to 3.3×10¹⁹ n/cm², cracking occurred in all of the 91%T.D. specimens and in two of the five 77%T.D. specimens. The thermal conductivity changed with irradiation more markedly in the case of the 77%T.D. specimen, which also increased its specific electric resistivity by a factor of 10⁴, while that of the 91%T.D. specimen increased by less than 10-fold. This significant difference in thermal and electric conductivity change by irradiation is attributed to the difference in microstructure. It was observed that the recovery of radiation damage began at about 300°C when the specimens were subjected to heating and the changes observed in respect of thermal conductivity, electric resistivity and linear thermal expansion.     

Thermal Expansion and Thermal Conductivity of Cesium Uranates

Two kinds of cesium uranates, which are often predicted by thermochemical calculations to be formed in irradiated oxide fuels with high oxygen potentials, were prepared from U₃O₈ and Cs₂CO₃ to determine the thermal expansions and the thermal conductivities. The lattice parameters of tetragonal Cs₂UO₄ and monoclinic Cs₂U₂O₇ were measured by the high-temperature X-ray diffraction method as a function of temperature. The linear thermal expansions of Cs₂UO₄ and Cs₂U₂O₇ obtained from the temperature dependencies of the lattice parameters were 1.2% and 1.1% from room temperature to 973 and 1,073K, respectively. The thermal diffusivities of Cs₂UO₄ and Cs₂U₂O₇ were measured on the disk-shaped samples by the laser flash method as a function of temperature. The thermal conductivities were evaluated from the measured thermal diffusivities and the bulk densities, and the specific heat capacity available in literature. The thermal conductivity of Cs₂UO₄ corrected for 100%TD was 1.2W/m·K at 980K and that of Cs₂U₂O₇ was 0.94W/m·K at 1,093K, which are about 30% and 27% of that of UO₂, respectively.     

高回弹氢化丁腈橡胶的γ辐射硫化与性能研究

为提高氢化丁腈橡胶(HNBR)在热环境中和高压条件下的使用稳定性和使用寿命,本文通过γ辐射工艺制备辐射硫化的HNBR,研究辐射硫化的吸收剂量对材料微观形态、力学性能、热稳定性、耐热油老化和耐热空气老化性能的影响。通过扫描电镜(SEM)观察HNBR断裂面,发现辐射硫化的HNBR样品断面更光滑,其硫化效果优于热硫化。随着吸收剂量增加,样品的力学性能和耐老化性能显著提高,在150℃的903#标准油中浸泡70 h,与热硫化HNBR相比,辐射硫化HNBR体积变化率更低。当吸收剂量为160 kGy时,辐射硫化HNBR的体积变化为18.3%。热空气老化后,样品随着吸收剂量增加,力学性能下降量减少。优异的耐热油老化和耐热空气老化性能使辐射硫化HNBR有更强的密封性能。     

低密度碳气凝胶制备及其热学、力学性能研究

ICF及X光激光实验将结构和密度可调的碳气凝胶作为一种常用靶材料,其力学、热学性能和结构直接影响其应用。本文以间苯二酚（R）和甲醛（F）作为反应前驱体,通过调节反应参数和控制制备条件合成了低密度（<50mg/cm³）碳气凝胶,最低密度为36mg/cm³。利用场发射扫描电镜（FESEM）、X射线衍射仪、孔径分布及比表面积测试仪和同步热分析仪等对低密度碳气凝胶的结构进行研究;采用动态力学分析仪、电子拉伸试验机和热传导分析仪对其性能进行表征。研究表明,该低密度碳气凝胶具有明显珍珠项链状纳米网络,颗粒大小均匀,粒径约为70nm,比表面积达1217m²/g;在-120～200℃温区内,具有稳定的力学性能,杨氏模量仅为0.375MPa,是一种理想的弹性材料。常规密度碳气凝胶材料为几十MPa。在室温空气气氛下,其热导率低至0.05W/(m•K),相对于常规碳气凝胶有较大改善。     

Thermal Conductivity of UO2-BeO Pellet

Beryllium oxide(BeO)-doped (0.3, 0.6, 0.9, 1.2 and 13.6 wt%) UO₂ pellets were fabricated to evaluate the effects of BeO precipitate shape on thermal conductivity. Precipitate distributions were of two types: BeO precipitated almost continuously along a grain boundary (designated BeO continuous type) and spherical BeO randomly dispersed within the matrix (designated BeO dispersed type). Thermal diffusivity was measured by a laser flash method and thermal conductivity was evaluated. The thermal conductivity increased with the BeO content. The thermal conductivity of the BeO continuous type was higher than that of the BeO dispersed type at lower temperatures, while their difference became smaller at higher temperatures. The thermal conductivities of UO₂-1.2 wt% BeO at 1,100K were higher than that of UO₂ by about 25 % for the BeO continuous type and by about 10 % for the BeO dispersed type. The thermal conductivities of both types were expressed by a semi-empirical equation as a function of volume fraction and shape of the BeO precipitates.     

固-固二元复合材料等效导热系数模型研究综述及评价

等效导热系数（ETC）是表征复合材料导热性能的重要参数,与连续相导热系数k_c、分散相导热系数k_d、分散相填充率ø、分散相形状及排列方式等密切相关。因此,复合材料等效导热系数的预测是一个非常复杂的过程。虽然目前存在多种复合材料等效导热系数计算模型,但这些模型在预测固 固二元复合材料等效导热系数时仍存在较大的不确定性,因此,应根据不同的应用工况选择预测精度较高的等效导热系数计算模型。本文首先总结了目前广泛应用的颗粒状分散相固-固二元复合材料等效导热系数预测方法,包括已有经验或理论模型、最小热阻法、热阻网络法、数值模拟方法、渐进均匀化方法、逾渗理论方法等,然后基于国内外开展的固-固二元复合材料等效导热系数实验或数值模拟结果,综合评价已有经验或理论模型,给出不同应用工况下预测精度较高的等效导热系数经验或理论模型。     

铀酰在氧化石墨烯和碳纳米纤维上吸附的研究进展

铀是核能利用过程中（包括铀矿开采加工、乏燃料后处理和放射性废物的处置等）存在的重要元素之一。铀酰(UO²⁺₂)具有很好的水溶性易于在环境中扩散、迁移与转化。由于其放射性和化学毒性，铀酰进入环境中将对生物和人类造成潜在的威胁。因此，开发新型的纳米材料对水中铀酰的治理具有非常重要的意义。本论文评述氧化石墨烯(GO)、碳纳米纤维(CNF)及其复合材料对铀酰的吸附过程，为实际含铀废水的治理提供理论依据，为我国核能可持续发展和核环境的保护提供技术支持。     

高温球床壁面区域有效导热系数模型优化

有效导热系数用来表征高温气冷球床堆堆芯综合传热能力,提高球床有效导热系数的预测精度对于高温气冷球床堆的热工设计和安全分析十分重要。为了优化球床壁面区域有效导热系数模型,本文针对无序石墨球床有效导热系数开展数值研究,分析了无序堆积球床主体区域、近壁面区域以及壁面区域有效导热系数的分布特性。结果表明：壁面区域有效导热系数相对于主体区域和近壁面区域显著降低,其平均降幅约为22%。因此引入了修正系数C_w对ZBS模型在壁面区域进行优化,对于球床主体区域及近壁面区域修正系数C_w=1,对于壁面区域,修正系数C_w=0.78。通过与前期无序球床实验数据和南非HTTU实验数据的对比,验证了优化后的ZBS模型能较好地预测球床壁面区域有效导热系数。