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高效催化剂核化能力的一种解释1 1 2 1 1 苏正军 ， V. N. Ivanov ， 关立友 ， 石爱丽 （1中国气象科学研究院 中国气象局人影中心 北京 100081； 2 Institute of Experimental Meteorology (IEM) SI “RPA “Typhoon” Russia） 摘 要 室内试验、数值模拟研究和有设计的外场综合试验是云降水物理和人工影响天气的三个重要支撑，在 控制条件下对云雾和对催化剂的科学认识就直接关系到人工影响天气作业和试验的原理、催化方案设计和 实施以及催化效果。碘化银焰剂是目前人工影响天气最主要的冷云催化剂类型，多年来我国的催化剂得到 了长足的发展，成冰效率逐步提高，但是与国际先进水平并未进行过实质性的比较研究。在国家基金委项 目支撑下，与世界人影强国俄罗斯开展联合研究，进行相同条件下两国碘化银催化剂的成冰性能对比研究。 研究结果表明：我国目前人工影响天气外场实验和作业使用的碘化银焰剂成冰效率已经达到世界先进水平。 同时，双方分别利用实验条件对碘化银成冰机理等特性、形态学和化学成分特性分析开展研究，取得一些 非常有意义的结果。为认识目前我国冷云催化剂高效成冰性能的原因和进一步改进和优化配方提供有意义 的指导方向。 关键词：碘化银，核化能力，电镜，解释 0引言 在目前及今后相当长的时间内，成冰剂仍是冷云催化剂的主要类型，我国的含碘化银焰 剂的成冰效率已经到达世界先进水平[1-3] 。碘化银 （AgI ）等人工冰核通过异质核化产生冰相， 已有研究表明，人工冰核的核化能力取决于它能改变所吸附水分子的取向并形成似冰结构的 程度。冰核晶体的点阵参数愈接近于冰，原子排列与冰的错位愈小，则与冰的界面应力也愈 小，冰晶在其上取向附生增长时的能障也愈低。AgI 和冰一样为六方晶系，其点阵参数已很 接近于冰，如能再降低这种差异，则可能进一步提高其成冰效率。在这一方面国外进行过一 些实验工作，旨在产生 AgI 与其它物质的复合气溶胶，因为 AgI 中银原子部分被铜或某些 其他金属原子取代，碘原子部分被其他卤族原子取代，都可能改变 AgI 晶体的点阵参数。 搀入物质还可能在 AgI 上形成亲水中心或结构缺陷，增加表面活性点，时 AgI 成冰性能提 [4] 高的另一原因 。 1988 年开始，由中国气象科学研究院（CAMS ）和北京理工大学合作开展高效 AgI 焰 1国家科技支撑计划“人工影响天气关键技术与装备研发”重点项目2006BAC12B06 ；国家自然科学基金面上项，中 国气象局云雾物理环境开放实验室共同资助。 剂研究。实验研究表明，配方不同会使焰剂产生人工冰核的物化特性产生差别，从而导致其 成冰性能的不同。AgI 与其他化学物质以络合或固溶体形式生成复合气溶胶。由于加入化学 物质成分和性质不同，就会在很大程度上改变催化剂的成冰性质，即改变其核化机制、成冰 效率及其核化成冰的速率。Federer 等（1981）通过研究焰剂颗粒的物化特性，解释了节银 剂具有高成冰核率的原因[5] 。张铮等（1982）、李子华（1962）利用电镜研究 AgI 水溶胶不 同配方、不同浓度等不同条件下的颗粒谱分布特征。张纪淮等（1994）利用 CAMS 中型综 合云室对焰火剂成冰特性开展过系列室内实验研究工作，苏正军等（2003 ）利用云室对AgI 的核化能力再生进行研究，酆大雄等（1985，1995）对新型碘化银复合核焰火剂及其成冰性 能进行配方开发筛选和云室检测，黄庚、苏正军等（2007 ）对 AgI 产生冰雪晶碰并勾连增 [6-10] 长进行研究 。 除晶体结构外，AgI 气溶胶对水汽敏感程度也影响其核化机制。纯 AgI 及 AgI-AgCl 复 合核通过接触核化机制产生冰晶、效率较低；而通过 AgI- 丙酮溶液系统产生的气溶胶如 AgI-NaI 、AgI AgCl