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节能环保:研究人员发现土壤碳氮耦合新机制
2014-06-30 17:20:31
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化工资讯网整理编辑:有一定的负相关关系存在于土壤氮矿化、硝化与土壤有机碳和土壤碳氮比中,这在中科院武汉植物园研究人员在进行土壤碳氮耦合机制研究的时候被发现,相关的研究在《土壤生物学与生物化学》上发表。
森林固碳作用对于降低大气中温室气体浓度具有十分重要的作用。但目前国内外对土壤碳积累过程机制的认识,特别是对土壤碳氮循环耦合机制的认识较少。了揭示土地利用变化(森林恢复)对土壤碳氮循环的影响,研究人员以丹江口库区森林、灌丛和农田生态系统等不同土地利用类型为对象,系统研究了土壤有机碳及其惰性有机碳的指数,总氮、氮的净矿化及硝化和无机氮含量等碳氮循环过程。
研究表明,由于大量低质量植物凋落物的输入,森林和灌丛的植被恢复增加了土壤有机碳,但减少了土壤的总氮含量,进而导致土壤中碳氮比和土壤惰性有机碳的指数增高。土壤碳氮比以及土壤有机碳组分的改变还会进一步影响土壤氮循环。森林恢复显著降低土壤氮的净矿化和硝化速率以及无机氮含量。相关分析还表明,土壤氮矿化和硝化与土壤有机碳和土壤碳氮比呈负相关关系。
丹江口库区土壤碳氮动态对于森林恢复的响应在该研究中被揭示出来,同时,森林恢复过程中土壤碳氮耦合的机制还被此研究阐释出来,为丹江口库区植被的恢复和进行水环境治理提出了相关的科学依据。
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水力压裂法可让全球石油产量增加
元素百科资讯频道:一项研究表明,被一些人指责在美国诱发地震的水力压裂法(fracking,又称Hydraulic fracturing)或将使全球石油供应量增加近1400亿桶,相当于俄罗斯已知石油储量。
水力压裂法开采石油
据英国《金融时报》报道,调研公司IHS的分析认为,伊朗、俄罗斯、墨西哥和中国等国家将是这项技术的最大受益者,利用美国页岩革命中当代钻探公司采用的这项技术,这些国家将能使它们老化的油气田恢复生机。
IHS称,北美洲以外的已知油田还可以开采多达1410亿桶原油,其中1350亿桶可能需要用水力压裂法开采。其中伊朗可以额外开采400亿桶石油,该国政府目前希望,在其与国际社会达成核协议后,一旦制裁解除,将能吸引来外国投资。正向外资开放能源行业的墨西哥排在其后,已知油田拥有140亿桶潜在的可采石油,俄罗斯拥有120亿桶,中国拥有60亿桶。
IHS对世界各地逾170家成熟石油企业以及法国、突尼斯和中国三个利用新技术进行重新开采的旧油田进行了调查。法国禁止使用水力压裂法,于1996年被废弃的巴黎郊区Saint Martin de Bossenay油田已经采用水平钻探技术重新开采,采油速度从40%上升至44%,石油储量增加了100万桶,相当于扩大了约10%。
额外可开采石油的地区
该研究预测,额外可开采石油中的三分之二将来自中东和拉美地区。据IHS调查,可受益于新技术的油田相对均匀地分布在世界各地。除了伊朗、俄罗斯、墨西哥和中国,排在前十的其他国家为阿联酋、科威特、哈萨克斯坦、阿尔及利亚、利比亚以及委内瑞拉,每个国家额外可开采的石油资源都在40亿桶以上。
水力压裂法的原理是通过高压将掺入沙和化学物质的水注入地底深处的岩层,打开细小的裂缝,使石油和天然气能够更自由地流到钻井口。水平钻井技术(Horizontal drilling)——先垂直向下钻井1英里或更深,然后向水平方向钻探1英里或更远——能使更多蕴含资源的岩层区域得到开采。
这些方法促进了美国油气产量的大幅增长。利用技术进步,企业削减了成本,提高了生产率。但水力压裂技术在其他地方并未得到广泛使用,部分原因是遭到环保人士反对,同时也是因为使用这项技术需要专门的设备。
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石墨烯时代将取代硅时代
元素百科资讯频道:石墨烯是21世纪最受期待的“神奇材料”,一经问世便受到科学界的广泛关注。而真正把它带入人们视野的是一则有关“超级电池”的消息。充电时间不到8分钟,续航能力高达1000公里,如果这款由石墨烯聚合材料电池提供电力的电动汽车实现量产,对传统汽车行业无疑是毁灭性的打击。
石墨烯的“神奇”并不局限于新型电池,华为创始人任正非曾说,未来10~20年内会爆发一场技术革命颠覆时代,石墨烯时代将取代硅时代。作为新一轮材料革命的种子选手,各国均致力研发以求抢占先机。一股石墨烯研究热潮在全世界范围悄然升温,其商业化过程中存在的问题也层出不穷地浮出水面。
当“石墨烯”仅是石墨烯
曼彻斯特大学副校长ColinBailey称:“石墨烯有可能彻底改变数量庞大的各种应用,从智能手机和超高速宽带到药物输送和计算机芯片。”科学家甚至预言其将“彻底改变21世纪”。这里提到的石墨烯,究竟是何方神圣?它真的能带来颠覆吗?
石墨烯是已知的最薄、最坚硬的纳米材料。它的透光率高达97.7%,几乎完全透明;导热系数高达5300W/m·K,高于碳纳米管和金刚石;常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s,高于硅晶体;而电阻率只有10-8Ω·m,比银更低,为世上电阻率最小的材料。如此看来石墨烯可谓实至名归。
石墨烯技术破解有方
“中国石墨烯产业研究在各行各业均产生了一些实验室成果,不少研究成果已经开始触摸到了应用层面。但在光伏、微芯片等高端产业,还存在着由于技术门槛高、投入资金巨大、应用企业合作等问题,目前多数处于实验室阶段和计划阶段,无法实现产业化生产。”正如李义春所说,石墨烯作为一个刚刚兴起、远不成熟的行业,虽是资本市场的热门概念,但上游强下游弱、重科研轻应用、噱头多实干少等现实已成为产业发展亟须突破的瓶颈。为此我国应引入合理的政策导向和行业标准,避免在国际竞争中先发而后至。
首先,精准扶持重点企业,建立良性引才体系。中国高纯度大面积、大批量制备石墨烯的工艺已经达到了世界领先水平,但基础理论研究、石墨烯的高端应用则进展缓慢。更值得关注的是我国有关石墨烯的专利数在世界名列前茅,但真正涉及核心技术的则为数寥寥,这与我国“一窝蜂”式的产业模式不谋而合。为此,应加大对重点企业的扶持力度,将重点从利益微薄的产业链上游向产业链下游转移。同时配备以良性引才制度,减少人才的流失,提高整体科研水平,促进石墨烯产业向更高层次迈进。
其次,将企业定位为研发主体,有效推进产研结合。当今世界石墨烯的主流研发主体皆根植于企业,如韩国的三星公司,引领产学研结合的多维格局。而在我国,石墨烯相关技术的研发主体仍然是大学和科研机构。这就造成虽科研成果众多但实际应用价值不高的研发现状。
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什么是超材料以及它的神奇之处
元素百科资讯频道:借助一种被称为“超材料”的东西,全球的材料学家和物理科学家们正在将上述听起来十分“科幻”的东西变为现实:“隐形”飞机、笔记本大小的卫星天线、能感应地形的智能鞋子、能复原的弹性陶瓷、可减轻地震或海啸影响的防护墙壁等等。
这种超材料的新奇之处在于,通过复杂的人工手段对物质原子、分子施加影响来改变材料的力学性质,让光波、雷达波、无线电波、声波甚至地震波弯曲。这种超材料被科学家誉为“由材料组成的‘材料’”。
“弯曲光、改变波” 超材料性能神奇
材料,人类社会各大产业发展的根基。随着工业化进程不断深入,传统高性能材料对稀缺资源的依赖程度越来越高,而科学家们在自然界寻找具有超物理特性的天然材料的尝试却收效甚微。在这种情况下,科学家意识到,要想获得那些超越常规材料性能极限的新型功能性材料,必须另起炉灶。
2000年,美国加州大学圣地亚哥分校的物理学家戴维·史密斯和他的同事做的一个新奇实验,让全球的材料科学家们对物质世界的看法发生了一些改变。试验中,一种运用微波技术的材料成功地把一个直径5厘米的铜制小圆筒隐藏起来,虽然这一隐形范围只相当于一粒豌豆。
什么是超材料
超材料,英文称为Metamaterial,其中拉丁语词根“meta-”表示“超出、另类”等含义。一般文献中给出的超材料定义是“具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。”
首先让我们从中学物理课上老师都会演示的一个现象说起:当一束光从空气斜射入水中,会产生入射光和折射光,它们居于法线的两侧。因为这种反射现象,我们能够看到大自然中的许多物体。那么,是否存在这样一种介质,当光入射其表面时,入射光与折射光位居法线同侧呢?
其实早在1968年时,前苏联理论物理学家菲斯拉格(Veselago)便提出了这个疑问,并在理论上预测了上述“反常”现象。只是由于没有实验验证,加之当时处于功能材料发展初期,人们对菲斯拉格的发现并未予以足够重视。
根据广义相对论,时间和空间都是可以“弯曲”的,而空间里的光线同样可以弯曲,前提是设计并制作出足够小的“设备”。近年来,科学家沿着菲斯拉格的理论,依靠一些间隔仅有1毫米的几千分之一的人工结构,将材料的单元结构(人工原子和人工分子)集合,通过不同的结合结构和排列设计制造出各种超材料,实现了让光波、雷达波、无线电波、声波甚至地震波弯曲的梦想。
如今,超材料研究正在发酵。美国《科学》杂志将其列入本世纪前10年的10项重要科学进展之一,引发了诸如新一代信息技术、国防工业、新能源技术、微细加工技术等领域的重大变革。
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