全球煤层(岩)气形成分布、富集模式及发展前景

摘要:中国煤层(岩)气勘探取得重大突破,截至2025年底已探明深层煤层(岩)气地质储量超过1×1012 m3,鄂尔多斯盆地大宁-吉县区块已建成年产300×104 t 油当量的煤层(岩)气田。全球浅层煤层气开发已趋成熟,但深层煤层(岩)气资源潜力尚待深入揭示。为深入认识全球煤层(岩)气分布特征及富集规律,通过梳理全球主要成煤期、煤炭分布特征及典型含煤盆地煤层(岩)气开发案例,系统探讨不同类型盆地煤层(岩)气的富集条件、资源潜力及发展前景。研究结果表明:①全球煤炭的形成与分布受控于植物演化、古气候变迁及区域构造演化,三大主要成煤期为晚石炭世—二叠纪、侏罗纪—白垩纪和古近纪—新近纪,现存两大主要含煤条带为欧亚大陆东西向成煤带(以石炭系—二叠系煤为主)和美洲南北向成煤带(以侏罗系—白垩系煤为主);②全球煤炭及煤层(岩)气资源分布具有显著的地质时期、煤阶与埋深分异特征,古生界、中生界和新生界煤炭资源量占比分别约60%、35% 和5%,煤层(岩)气资源量占比分别约74%、21% 和5%; ③中生界以中低煤阶浅层煤层气为主,古生界煤热变质程度高、保存条件好,深层煤层(岩)气资源潜力巨大;④煤层(岩)气富集模式分为2 种类型,其中滞留“原生”型以热成因气为主,气体部分逸散,在良好储集- 保存条件下原位富集;改造“混生”型由原始气藏水侵改造、次生生物气补给或源外气体充注形成。结论认为,全球不同含煤盆地的煤层(岩)气勘探开发需综合考虑煤阶、气源及保存条件等关键因素,研究成果进一步丰富和深化了全球煤层(岩)气的资源认识,为中国煤层(岩)气的增储上产提供了理论指导。

高模量玻璃纤维的研究进展

摘要:高模量玻璃纤维具有高强度、耐高温、耐腐蚀及优异的抗冲击和电绝缘等特性,是风电叶片、新能源汽车和航空航天等领域的核心增强材料。本文综述了高模量玻璃纤维的发展历程、典型产品及其性能特点,探讨了其微观结构特征与宏观模量之间的内在关联机制;阐述了高模量玻璃纤维组成的演变趋势,铝硅酸盐玻璃体系中避铝原理的适用条件,以及高配位铝、三簇氧等结构单元对弹性模量的影响;梳理了弹性模量的理论基础与多种计算模型,包括经典的Makishima-Mackenzie(M-M)模型、分子动力学模拟、拓扑约束理论及其修正方法,并引入机器学习探讨了其在成分设计与性能预测中的作用。

锆合金焊接技术的研究现状与展望

摘要:近年来,清洁核能发展迅速,锆合金因其耐腐蚀性能好、中子吸收截面小等优势被用作水冷核反应堆的燃料元件包壳材料。燃料组件装配过程中,通常采用焊接方法将核燃料密封在锆合金包壳内。其中,传统熔焊的热输入高,焊后易出现变形超差,钎焊过程中易产生气孔和连续分布的金属间化合物(intermetallic compounds,IMCs)损害接头性能,而采用低温扩散焊可以避免上述问题的出现。为此,本文分析了锆及锆合金的焊接性,综述了锆合金熔焊、钎焊和扩散焊等焊接技术的国内外研究现状,阐述了两种焊前优化方法,即表面机械研磨处理(surface mechanical attrition treatment,SMAT)和热氢处理技术(thermo-hydrogen processing,THP),最后对其在锆合金的低温扩散焊的应用进行总结和展望。

高强高导Cu-Cr系合金研究热点演进与前沿趋势

摘要:铜铬系合金因其“高导电-高强度”的独特组合性能,兼具高温抗氧化和耐腐蚀能力,已成为电力传输、航空航天散热系统及核电站耐辐射部件等极端工况领域的关键候选材料之一。采用CiteSpace文献计量方法,对CNKI数据库中561篇铜铬系合金相关研究文献的作者、机构和关键词等展开定量与可视化知识图谱分析。结果表明,我国在该领域研究积累深厚,合作网络呈“小团体聚集”特征。研究热点聚焦热处理/塑性变形工艺、力学-电导协同优化及微观结构-性能关系,其中高强高导性能方面最具研究价值。为解决强度-导电率矛盾,时效热处理与微合金化成为主要策略,结合快速凝固、剧烈塑性变形等技术,实现Cr、Cu5Zr等纳米析出相的跨尺度调控。突现词分析显示,近期研究前沿以抗拉强度、上引连铸及析出相为代表,短流程制备工艺因成本与性能优势成为重点。未来研究将向“双90”或更高性能目标迈进,以满足航空航天、高铁接触线等高端需求。

面向长寿命设计的航空发动机材料力学性能试验与表征技术进展

摘要:随着我国大涵道比涡扇航空发动机向更长服役寿命和更高可靠性方向发展,材料的力学性能试验与表征成为保证其长寿命服役可靠性的关键。本文系统综述了面向长寿命设计的航空发动机材料力学性能的试验技术、损伤表征和服役寿命预测等方面的进展,主要聚焦在转子叶片材料的超高周疲劳、涡轮热端部件的高温长时蠕变、限寿件材料的真实工艺缺陷疲劳裂纹表征三个典型场景,介绍了基于电磁振动台的超高频振动疲劳、基于DIC 方法的蠕变测量、基于分段模型/物理机制的蠕变寿命预测、基于SEM/CT 的原位疲劳等技术在该领域的应用。未来,需要进一步深入研究航空发动机材料超高周疲劳裂纹萌生、长寿命蠕变速率应力依赖与微结构演化、真实工艺缺陷损伤演化等物理机制,同时需进一步推动基于迁移学习、强化学习等技术的长寿命智能预测模型,实现航空发动机零部件的组织-性能-寿命一体化评价,以应对未来航空发动机带来的持续挑战。

太赫兹全频段主动调谐多功能超材料吸波器

摘要:为弥补现有太赫兹吸波器件在全频段范围内的吸收性能与主动调谐能力方面的不足,设计了一种由十字形与正方环状二氧化钒及石墨烯周期复合阵列构成的太赫兹全频段主动调谐多功能超材料吸波器。该吸波器充分利用石墨烯的费米能级可调性和二氧化钒的温控相变特性,在0.1~10 THz 频段内实现了吸收率超过92% 的宽广吸收带宽,并在0.1~11.9 THz 频段内实现全覆盖主动调谐。经调谐后,该吸波器在0.1~11.9 THz 频段内的吸收率超过90%,对应的吸收带宽达到11.8 THz;而在0.1~11.2 THz 频段内,吸收率则超过95%,对应的吸收带宽达到11.1 THz。此外,该器件能够实现2%~100% 吸收峰范围的动态调谐,并具备反射与吸收之间的自由切换功能。通过阻抗匹配理论、电场分布分析,并结合电偶极子共振、磁谐振与石墨烯表面等离子体共振等机制,探讨了全频段强吸收性能的原理。该研究成果在隐身技术、太赫兹无损检测、6G 开发及光学传感等前沿领域具有广阔的应用前景。

可印刷介观钙钛矿太阳能电池研究进展

摘要:金属卤化物钙钛矿材料因其高吸收系数、长载流子扩散长度以及低成本溶液加工特性, 在光伏领域展现出巨大应用潜力, 推动了钙钛矿太阳能电池在过去10 余年中的快速发展。其中, 采用TiO2/ZrO2/碳三层介孔支架结构的可印刷介观钙钛矿太阳能电池由于无需空穴传输材料和贵金属电极, 并可通过丝网印刷实现全湿法制备, 展现出优异的稳定性和规模化制造潜力。近年来, 通过多阳离子组分工程、界面缺陷钝化以及电子注入调控等策略, 可印刷介观钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已突破23%, 并在高温及长期运行条件下表现出优异的稳定性。系统综述了可印刷介观钙钛矿太阳能电池的研究进展,重点介绍其典型三层介孔结构及无空穴传输材料器件的电荷传输机制, 阐述钙钛矿在多孔网络中的渗透填充与受限结晶行为, 并总结半导体氧化物支架、碳对电极及钙钛矿吸光层等关键材料的优化策略及其对器件性能的影响机制。最后, 针对钙钛矿填充均匀性不足、界面电荷易复合以及大面积印刷一致性不足等关键问题进行讨论, 并展望通过界面工程、晶界精准钝化及规模化印刷工艺优化等途径进一步提升器件效率与稳定性的研究方向。

二氧化碳作为地下储气库垫底气的注采机理及运行策略

摘要:枯竭气藏型地下储气库是天然气调峰的重要设施,但传统采用CH4作为垫底气的方式会产生高昂的沉没成本,不利于资源优化与碳减排目标的实现。为此,以CO2替代CH4作为垫底气,通过构建储层力学- 多组分渗流-非稳态扩散动态耦合数值模型,模拟分析了周期注采条件下CO2-CH4混合体系的渗流-扩散-压力演化规律,从工程机制与运行策略层面论证了CO2作为垫底气的可行性与优越性。研究结果表明:①CO2在储层中以超临界态存在,其高密度、低黏度与高可压缩性有助于形成稳定垫气层,使可利用库容提升约26%,显著缓解因储层孔渗衰减导致的CH4可采量下降;② CO2与CH4的混合扩散过程会影响天然气回采纯度,对注采节奏与频率提出了更高要求;③垫底气占比为50%~70% 时封存效率提升最快,减少注采转换频次可提高CH4产量1.7%~4.1%,但会小幅增加CO2采出量。结论认为,构建的动态耦合模型可量化垫底气比例、运行压力与注采强度对储层性能的影响,形成的可协同提升储能效率与碳封存能力的运行策略,为储气库低碳运行提供了理论依据。

基于激光热成像的金属近表面无损缺陷检测

摘要:金属近表面缺陷难以直接观测,在应力或腐蚀作用下会扩展并导致构件失效,危害重大。因此,发展快速无损的金属近表面缺陷检测技术至关重要。激光热成像技术作为一种高效、非接触且操作简便的红外检测方法,具有重要研究价值。本文采用激光热成像技术结合COMSOL 仿真,研究金属近表面缺陷的无损检测方法,旨在实现缺陷的定性与定量检测。通过建立仿真模型,分析了缺陷参数和激励参数对热传导的影响机制,并针对红外图像特点,对比了不同滤波方法的效果,提出采用模糊C 均值聚类算法提取缺陷完整区域,有助于对缺陷进行定量评估,还提出采用最小二乘法建立缺陷深度预测模型,能较好地反映缺陷深度与温度之间的关系。