基本介紹
膨脹石墨體積膨脹率對紅外遮蔽性能的影響,膨脹石墨的微觀結構分析,體積膨脹率對紅外遮蔽性能的影響,保水劑對土壤體積膨脹率及土壤團聚體影響,保水劑對土壤體積膨脹率影響,保水劑對土壤團聚體影響,
膨脹石墨體積膨脹率對紅外遮蔽性能的影響
膨脹石墨是一種具有潛在軍事套用價值的新型光電無源干擾材料。依次以硝酸和磷酸、硝酸和乙酸的混酸為插層劑，高錳酸鉀為氧化劑，採用分步插層法製備出了不同體積膨脹率的膨脹石墨；採用掃描電鏡分析了膨脹石墨微觀結構隨膨脹體積的變化；採用靜態測試方法測試了不同體積膨脹率膨脹石墨的紅外遮蔽性能。結果表明：隨膨脹體積的增大，膨脹石墨的孔隙率增大，石墨片層被充分打開；膨脹石墨對紅外輻射的遮蔽性能隨膨脹體積的增大而增大，當膨脹體積從233ml·g-1增大到450ml·g-1 時，其紅外遮蔽率從66.43%增大到90.77%。
膨脹石墨的微觀結構分析
可膨脹石墨受熱膨脹後，形成疏鬆的蠕蟲狀膨脹石墨，具有清晰的網路狀孔繫結構。在高溫汽化過程中，片層間的連線處首先被層間化合物的分解氣流打開，形成了石墨膨脹的第一級孔隙；而片層有序區內部，若干亞片層之間由於受熱變形，導致分開形成微胞內的第二級孔隙；由於受熱不均，導致亞片層內部變形產生第三級孔隙結構，並在三級孔壁上形成納米尺度的第四級孔隙。表面孔一般為開放孔，內部互連孔有開放孔、半封閉孔、封閉孔三種情況，其中某些開放或半開放孔可以視為一些微小的黑體空腔，其對紅外輻射的吸收作用明顯。
不同膨脹體積的膨脹石墨的孔結構也不同，當膨脹體積較小時，膨脹石墨層未均勻 、充分地打開，孔結構大小不 一，孔隙率較小，片層未充分膨脹打開，層壁較厚；隨著膨脹體積的增大，膨脹石墨的孔結構分布趨於均勻，孔隙率增大，網路狀孔繫結構更豐富，形成了更多的開放孔或半開放孔，孔洞更大並有穿透，石墨片層已經充分打開，層壁更薄。
體積膨脹率對紅外遮蔽性能的影響
為研究不同體積膨脹率的脹石墨的紅外遮蔽性能，根據熱像儀測試得到的目標和背景等效黑體溫度，定義紅外遮蔽率。在材料布撒用量相同的情況下，膨脹石墨的膨脹體積從233ml·g -1增大到450ml·g -1時，其紅外遮蔽率從66.43%增大到90.77%，膨脹石墨的紅外遮蔽率隨膨脹體積的增大而增大。
根據煙幕消光理論，在單次散射情況下，煙幕消光服從Lambert-beer定律。分步插層法製備的膨脹石墨的尺度在毫米量級，遠大於紅外波長，因此膨脹石墨在紅外波段的消光截面受其幾何截面影響較大。膨脹石墨對紅外輻射的遮蔽性能主要由光路中蠕蟲個數和單個蠕蟲的消光截面決定。膨脹石墨的紅外遮蔽率隨膨脹體積的增大而增大，這主要歸因於以下兩方面的原因：一是隨著膨脹體積的增大，膨脹石墨蠕蟲充分膨脹開來，幾何截面增大，形成了更大的獨立散射體，提高了其對紅外輻射的散射效果，這一點得到驗證，膨脹石墨蠕蟲幾何截面的增大導致其消光截面增大；二是膨脹石墨充分膨脹，孔隙率增大，網路狀孔繫結構更加豐富，形成更多的開放孔或半開放孔，所形成的大量開放孔或半開放孔，可以視為一些微小的黑體空腔，其對紅外輻射有明顯的吸收作用。
保水劑對土壤體積膨脹率及土壤團聚體影響
為了研究保水劑對土壤體積膨脹率和土壤團聚體的影響，實驗設定保水劑的3個不同濃度（重量比）水平：0.1%、0.2%、0.3%，研究得到土壤吸水后土壤體積膨脹率隨保水劑用量的增加而增加，保水劑在短期內對2 mm土壤團聚體含量效果明顯。
保水劑對土壤體積膨脹率影響
實驗中，吸水前PVC管中的土層高度均為8.2cm，吸水後各處理體積都有不同程度膨脹，表現為土柱高度增加，處理之間以C的膨脹程度最大，體積膨脹率變化規律為：CK<A<B<C，即隨加入保水劑量的增加，體積膨脹率也隨著增加。有研究表明：保水劑能夠降低土壤容重，增加孔隙度。
保水劑對土壤吸水後體積膨脹率的影響，主要是自身吸水膨脹形成具有一定強度凝膠擠壓土體使土體體積增加。吸水後的保水劑凝膠對土壤的擠壓受土壤容重的影響，當土壤容重大時，土體會對保水劑吸水膨脹產生約束作用，不僅可以降低保水劑的吸水倍率，也會減少土體體積膨脹率，反之，當土壤容重小時，保水劑顆粒受到的約束作用小可以在一定程度上充分膨脹，從而既可以使保水劑的吸水倍率提高，又能增加土體體積膨脹率。在初次吸水後，由於保水劑顆粒的膨脹，土壤中的孔隙在一定程度上被保水劑溶膠顆粒填充，如果土壤中的水分含量較高，保水劑溶膠所吸持的水分並不會供給到土壤，而是作為一部分靜態的水分暫時被儲存於土壤內部，此時土壤體積膨脹達到最大程度，土壤的通透性下降。土壤水分蒸發，或被植物吸收利用而減少後，保水劑所含水分會向土壤中運移，吸水膨脹的保水劑溶膠顆粒體積縮小，因此土壤中的孔隙度增加，土壤通透性得到改善。當土壤中水分再次增加，保水劑再次吸水而膨脹，如此的反覆過程，保水劑起到了對水分的調節以及對土壤中孔隙和團粒形成的影響，這種過程對土壤結構的形成具有促進和改善作用。
保水劑對土壤團聚體影響
保水劑影響土壤體積膨脹變化的土壤樣品，待風乾進行乾篩、濕篩測定土壤不同粒徑團聚體，乾篩結果表明，土壤團聚體粒徑大於2mm的百分含量隨保水劑用量的增加而增加，施加保水劑后土壤團聚體比對照增加4%～11%，粒徑0.25～2mm之間的團聚體百分含量各處理之間相差不大。總體上，保水劑對土壤大團聚體（>2mm）形成的貢獻，較小團聚體（0.25～2mm）的影響大。
將乾篩測定後的土樣配比混合後再進行濕篩，>0.25mm土壤團聚體含量各處理之間的規律是C>B=A>CK，隨保水劑用量增加>0.25mm各級土壤團聚體百分含量也逐漸增加；A、B處理各級土壤團聚體百分含量沒有差異。
將乾篩和濕篩後的結果進行對比，明顯的規律是，濕篩後>0.25mm各級土壤團聚體百分含量均降低。說明濕篩時，土壤團聚體由於水力作用崩解，從而減小了大團聚體含量。對於0.25～0.5mm粒徑的團聚體，C處理中，乾篩和濕篩對於其含量的改變作用不明顯，說明保水劑濃度高，則對於維持該粒徑範圍的團聚體有穩定作用。
保水劑對土壤團聚體的影響，在短期內並沒有明顯的效果，加之實驗用土樣是風乾後過篩處理的土樣，團聚體粒徑均小於2mm，保水劑對土壤所起的作用是否更有利於粒徑大於2mm的土壤團聚體的粘結沒有得到確切的結論。保水劑對土壤結構的影響是一個動態的過程，水分在激發保水劑膨脹縮小對土壤產生影響，也只有在遇水情況下才能得以體現；保水劑自身的交聯強度或粘結性也會影響土壤顆粒團聚體的形成，通常來講，保水劑的交聯度高粘結能力就低，不利於保水劑和土壤顆粒之間的吸附和粘結。高強度保水劑，反覆吸水性好，保水劑吸水膨脹和釋水收縮的過程也是促使土壤結構發生變化的重要因素。
