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人工影响天气纳米催化剂粉体的制备与成冰性能研究

张景红  
【摘要】: 本论文采用液相沉淀法制备了纳米碘化银(AgI)粒子和纳米碘化银-铜(n-Ag_(1-x)Cu_xI(x=0.10, 0.20, 0.25, 0.40))复合粉体材料,利用溶胶-凝胶法制备了纳米三氧化铝铬(Cr_(2-x)Al_xO_3)(x=0-1)复合粉体材料。利用X-射线衍射仪、扫描电镜和透射电镜、X射线光电子能谱XPS仪、BET比表面积测定仪、差热分析仪及粒子吸湿性测定仪等对制备的粉体材料的结构和性能进行了表征和分析。研制了20L分体式混合云室和1200L等温云室,并以降雨实弹爆炸法测定了纳米碘化银的成冰性能。 论文工作得到了如下研究结果: 1.采用液相沉淀法制备的纳米碘化银粉体粒径均匀,无明显团聚,晶体结构主要为β-AgI相;比微米碘化银更接近冰晶的晶体结构;纳米碘化银较微米碘化银有更大的比表面积;纳米碘化银吸湿性随晶粒尺寸减小而增加;纳米碘化银的固相-固相转变温度与微米碘化银类似,但固相-液相转变温度比微米碘化银低100℃;通过控制络合剂及分散剂浓度比例、滴定速率和搅拌速度、干燥烘干温度和时间,可获得晶粒尺寸不同的纳米碘化银粉体,其最小平均晶粒尺寸可达~30nm。 2.利用液相共沉积方法制备了纳米碘化银-铜粉体;其晶体结构为β-相,无明显团聚;随铜掺入量的增加,粉体粒径尺寸减少,晶格常数减少且逐渐接近冰晶的晶格常数,有望成为催化效果良好,成本相对低廉的新一代人工影响天气催化剂。 3.利用溶胶-凝胶方法,并使用柠檬酸作为分散剂,制备出了系列纳米Cr_(2-x)Al_xO_3(x=0-1)固溶粉体材料;在800P°C烧结情况下使Cr_(2-x)Al_xO_3(x=0-1)粉体完全晶化;粉体的晶格参数和晶格体积随Al_2O_3掺杂量的增加而线性减小,平均粒径尺寸随Al_2O_3掺杂量的增加而逐渐减小。 4. 20L分体式混合云室具可直接向云室送入过冷雾,减少了温度的扰动;云室装有控温式冰晶接取装置,可在高于-8℃进行冰核检测;云室保温性能好,并且配备了电加热升温装置。1200L云室使用冷媒夹层和电加热器控温技术,提高了温度稳定性和检测效率;送雾系统可产过冷雾,雾流量可控,并可连续供应,保证了冰核的充分活化和冰晶增长的温湿条件,减小了注雾产生的温度扰动;云室保温性能好,几乎无温差,提高了各温度段冰核检测结果的稳定性,并能加快实验进度;研制了温控式玻片接取冰晶装置,在高于-5.7℃可进行冰核检测;云室性能稳定,检测结果重复性好,数据可靠。 5.纳米碘化银作为人工影响天气催化剂,其成核率高于目前使用的微米碘化银催化剂1~2个量级;纳米碘化银催化剂在低于-20℃时,成核率可达10~(14),在较高负温段可以达到10~(11);纳米碘化银人工影响天气催化剂成冰阈温值高于微米碘化银催化剂的成冰阈温值;纳米碘化银人工影响天气催化剂成冰活性优于微米碘化银催化剂的成冰活性,在同样的活化条件下,纳米碘化银催化剂活化速率和形核速率明显加快。


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