硫负载方式调控碳/硫复合材料结构及锂-硫电池性能研究

碳/硫(C/S)复合材料的硫负载方式调控可以改善聚硫化物的穿梭效应,提升锂-硫电池的容量。物理硫负载法容易导致循环过程中硫的脱落,化学硫负载法不利于倍率性能的提升。采用物理硫负载和化学硫负载相结合的方式,对提升C/S复合材料的循环稳定性和倍率性能具有重要意义。本文控制C/S复合材料的硫负载方式,研究化学硫负载制得的C/S复合材料在热处理前后的结构和性能变化,有利于实现稳定的聚硫化物转化,提升锂-硫电池循环稳定性和倍率性能。结果表明：C/S煅烧后复合电极具有较好的循环稳定性(5C下的容量保持率为60%)和倍率性能(60 mAh·g^-1 20C),这是因为其具有稳定的聚硫化物转化能力。     

富锂锰基正极材料研究进展

随着社会发展,电动汽车、消费类(3C)电子产品、储能装置等对锂离子电池的能量密度提出了更高要求。富锂锰基正极材料具有高比容量(≈250 mAh/g)、高工作电压(≈3.6 V)及低成本等优势,有望成为下一代商用高比能电池正极材料。首次库仑效率低、倍率性能差、电压/容量衰减快等问题限制了富锂锰基正极材料的工程化应用。本文综述了富锂锰基正极材料的最新研究进展,重点从材料结构、电化学反应机理、失效机制和改性方法等几方面进行了阐述。研究表明,采用离子掺杂、表面包覆、晶体结构调控等技术,可显著改善富锂锰基正极材料的电化学性能。最后,对富锂锰基正极材料的发展方向进行了展望。     

WS2/TiO2异质结构的制备及其模拟太阳光下的分解水性能研究

二氧化钛(TiO₂)因其合适的带隙、稳定的化学性质、耐腐蚀和绿色环保等特点作为光催化材料被广泛应用。然而，在实际应用中，因TiO₂存在光催化活性低、光利用率低等缺点而极大地限制了其作为光催化材料的应用前景。鉴于此引入半导体层状材料二硫化钨(WS₂),通过绿色、无污染的超临界流体技术成功地制备出了二维WS₂/TiO₂异质结构。以透射电镜、X射线衍射图谱与光电子射线能谱图等测试方法对WS₂/TiO₂异质结构的形貌、结构进行表征。通过紫外可见吸收光谱、线性扫描伏安曲线、光电流密度以及电化学阻抗谱等测试方法，对WS₂/TiO₂异质结构的光吸收性能及光电催化性能进行表征。结果表明，WS₂纳米片的引入可以明显增强体系的光吸收强度，提高了光电流密度并且降低其阻抗，使得WS₂/TiO₂异质结构展现出优异的光电化学活性。     

Gd2SiO5纳米粉体的并流化学共沉淀法合成

以Gd₂O₃和正硅酸乙酯(TEOS)为原材料,采用并流化学共沉淀法合成Gd₂SiO₅粉体材料。研究Gd₂SiO₅前驱体的热响应特征、Gd₂SiO₅粉体的物相组成和微观形貌,并对Gd₂SiO₅粉体的合成机理进行初步探讨。结果表明:前驱体的低Gd/Si摩尔比和反应体系的高pH值会导致Gd₂SiO₅粉体生成Gd_9.33(SiO₄)₆O₂杂质相,相反则会导致生成Gd2O3杂质相。当Gd/Si摩尔比为20∶11、pH值为9~10、合成温度为1000~1300℃时,合成的粉体纯度较高,Gd₂SiO₅颗粒呈不规则形貌特征,平均粒度为100~200 nm。Gd₂SiO₅合成过程中,前驱体以一种—[Si—O—Gd]—网络结构存在,在煅烧过程中逐渐转化为Gd₂SiO₅晶体以及Gd_9.33(SiO₄)₆O₂和Gd₂O₃杂相。     

(Hf0.25Zr0.25W0.25Ti0.25)B2高熵陶瓷的组织结构与力学性能

为了提高高熵硼化物陶瓷的性能,扩大高熵硼化物陶瓷家族,本文通过硼热/碳热还原法结合SPS制备(Hf_0.25Zr_0.25W_0.25Ti_0.25)B₂高熵硼化物粉末与陶瓷,并对其物相组成、组织形貌和力学性能进行研究。结果表明,经1 600℃热处理后(Hf_0.25Zr_0.25W_0.25Ti_0.25)B₂高熵硼化物粉末除了检测出高熵相,还检测到W₂B₅第二相,粉末粒径为(0.29±0.03)μm;2 000℃烧结后W₂B₅减少,高熵相的衍射峰向高角度偏移,致密度达95.7%,引入WB₂后其具有优异的力学性能,硬度(21.3±1.5) GPa,断裂韧性(3.00±0.22) MPa·m^1/2。     

Yb3+、Er3+共掺杂Sm2Zr2O7陶瓷导热性能研究

为探究在Sm₂Zr₂O₇中A位掺杂Yb³⁺和Er³⁺对其导热性能的影响,采用固相合成法制备(Sm_1–x–yYb_xEr_y)₂Zr₂O₇(x=0.05,0.1;y=0,0.1)陶瓷材料,并对其物相结构及热物理性能测试。研究发现,改性后的(Sm_1–x–yYb_xEr_y)₂Zr₂O₇陶瓷材料为立方烧绿石结构。由于质量差和半径差的变化,声子散射增强,平均自由程减小,热导率降低,在600℃下,(Sm_0.85Yb_0.05Er_0.1)₂Zr₂O₇的热导率为1.3 W/(m·K),Yb³⁺     

锂/氟化碳电池热特性研究

针对锂/氟化碳电池放电过程产热问题,选用了3种不同型号的氟化碳材料,对材料的微观形貌、晶型和键型进行了分析,并使用等温量热仪测试了不同倍率下锂/氟化碳软包电池放电的产热功率和积分产热量,使用加速量热仪测量了锂/氟化碳电池的比热容。结果表明:氟化碳材料的放电电位与材料中C-F键的类型(键能)有关,进而影响电池放电过程中的产热量;C-F键偏离子型,放电电位越高,极化越小,放电过程中产热越少;锂氟化碳电池的放电倍率越大,电池的产热功率越大。     

激光选区熔化TC4合金在HF–H2O2体系的化学抛光研究

采用HF–H₂O₂溶液对激光选区熔化TC4合金进行化学抛光。以抛光前、后试样表面的形貌、粗糙度、光泽度、失重和减薄率为指标,探究抛光时间、H₂O₂浓度对样品表面抛光效果的影响。结果表明,随抛光时间增加,粗糙度逐渐降低,光泽度、失重率和减薄率逐渐提高;随H₂O₂浓度增大,粗糙度先降低后增大,光泽度、失重率和减薄率则先提高后降低。其中,在HF/H₂O₂体积比1:5、时间8 min时,钛合金表面的抛光效果较好,试样表面粘附的粉末完全去除,表面粗糙度Ra达到(3.5±0.3)μm、表面光泽度达到(80.3±0.7)GU,相对于打印态表面(Ra(13.3±0.8)μm、光泽度(0.9±0.3)GU)显著提升。同时也探讨了钛合金在HF–H₂O₂体系的化学抛光机理。     

高熵稀土铪酸盐热障/环境障涂层材料的制备与性能研究

综合性能优异的热障/环境障涂层是先进航空发动机涡轮叶片等高温部件的关键热防护材料。本研究通过两步烧结法制备了高熵稀土铪酸盐(La_0.2Gd_0.2Ho_0.2Er_0.2Tm_0.2)₄Hf₃O₁₂和(Yb_0.2Lu_0.2Ho_0.2Er_0.2Tm_0.2)₄Hf₃O₁₂,系统研究了两种材料的力学、热学性能和CMAS腐蚀性能。多主元高熵材料具有较低的热膨胀系数和热导率,其中(Yb_0.2Lu_0.2Ho_0.2Er_0.2Tm_0.2)₄Hf₃O₁₂表现出比(La_0.2     

等离子喷涂工艺参数对GdPO4热障涂层组织结构和结合强度的影响

随着航空发动机涡轮进口温度提升,目前最广泛使用的Y₂O₃部分稳定ZrO₂(YSZ)热障涂层(TBCs)已难以满足需求,亟须发展新一代超高温TBCs。GdPO₄是一种极具应用前景的TBCs材料。本工作采用等离子喷涂方法制备GdPO₄/YSZ双陶瓷层结构TBCs,研究喷涂工艺参数特别是喷涂功率对GdPO₄陶瓷涂层相组成、表面形貌、微观结构以及结合强度的影响。结果表明:等离子喷涂GdPO₄过程中会有元素P损耗,得到的涂层除了GdPO₄外,还有一些Gd₃PO₇相;随着喷涂功率降低,Gd₃PO₇相含量减少;GdPO₄陶瓷涂层的主体结构由充分熔融的喷涂粒子堆垛构成,其中镶嵌有未熔化粒子构成的微区;随着喷涂功率降低,未熔化微区增多,涂层厚度降低;GdPO₄/YSZ TBCs的结合强度随喷涂功率降低而减小,主要是由于未熔化微区增多降低了涂层的内聚力;因此,低喷涂功率不利于涂层的结合强度。     

Al离子掺杂及石墨烯包覆对Na_3V_2(PO_4)_2F_3正极材料的影响

采用一步水热法合成Na_3V_(2-x)Al_x(PO_4)_2F_3(x=0、0.1、0.5、0.7)钠离子电池正极材料,并采用XRD、SEM、电池测试仪和电化学工作站对合成的材料进行表征、分析和测试。结果表明,Al离子掺杂降低Na_3V_2(PO_4)_2F_3正极材料的能隙,提高了其电子电导率。当x=0.5时,正极材料循环至35周时的可逆比容量最高,容量保持率最低。根据所得结果选择性能最优的Na_3V_(1.5)Al_(0.5)(PO_4)_2F_3正极材料进行了石墨烯包覆处理,并与未包覆的材料进行性能对比。石墨烯包覆前后样品循环至25周的可逆比容量分别为17.4 mAh·g~(-1)和47.7 mAh·g~(-1),容量保持率分别为59.6%和82.9%。石墨烯包覆后的Na_3V_(1.5)Al_(0.5)(PO_4)_2F_3,电荷转移电阻减小,晶体结构中钠离子传输速率提高,石墨烯包覆能有效提高Na_3V_(1.5)Al_(0.5)(PO_4)_2F_3正极材料的电化学性能。     

TMO复合催化剂对AP推进剂燃速催化作用研究

系统地考察了4种TMO催化剂(CuO、Fe₂O₃、Co₂O₃和Cr₂O₃)及其等质量比(1∶1)的6种TMO复合催化剂对AP/HTPB和AP/Al/HTPB两类复合固体推进剂燃烧性能的影响。实验结果表明, TMO复合催化剂对推进剂燃速的影响可分为正协同效应、无协同效应和负协同效应3类;具有正协同效应的TMO复合催化剂提高燃速效果最佳, TMO复合催化剂对AP复合推进剂燃速的影响取决于推进剂的种类, 协同效应的类属和单一TMO催化剂的催化活性。      

等离子体Ag/TiO2-x光阳极用于光电催化分解水

环境污染和破坏以及缺乏足够的清洁能源是目前全球范围内面临的严重的问题。半导体光催化材料因其可以利用太阳能且催化效率高等优点受到广泛关注,是当前研究的热点。二氧化钛(TiO₂)具有良好的化学稳定性和环境兼容性,是传统半导体光催化材料之一。然而,其仍存在如催化活性易受光生载流子复合的影响及对太阳光的利用率低等缺陷。为了改善TiO₂的光电催化性能,使用硼氢化钠(NaBH4)氢化处理以及复合等离子体金属银(Ag)纳米粒子的方法制备得到Ag/TiO₂-x异质结构。借助SEM、TEM、XRD、XPS和固体紫外—可见漫反射测试手段对样品的形貌、结构、组成、表面元素以及光吸收性能进行表征。通过光电流密度、电化学阻抗谱以及光电转换效率(IPCE)对样品的光电活性进行测试,结果表明,Ag/TiO_2-x异质结构的光电流密度约为TiO₂的5倍,且具有较小的阻抗以及较高的IPCE活性。因此,富缺陷TiO₂-x和等离子体金属Ag纳米粒子的协同作用能促进其光电催化性能的提升。     

Sm2Zr2O7基热障涂层材料研究现状

由于航空发动机不断向高效率、高推重比方向发展,发动机热端部件表面热障涂层的服役条件也越来越苛刻。稀土锆酸盐作为新型热障涂层材料,其开发和应用受到越来越多国内外学者的关注。Sm₂Zr₂O₇材料在一系列稀土锆酸盐中具有烧绿石结构稳定、低热导率和高热膨胀系数等优点,具有良好的应用前景。为满足热障涂层更高的服役要求,Sm₂Zr₂O₇的掺杂改性及性能研究也成为了研究热点。首先,对热障涂层材料进行了简要概述,然后就Sm₂Zr₂O₇基陶瓷材料及其涂层的晶体结构、热物理性能、力学性能以及抗腐蚀性能等的研究进展进行了详细的介绍,为该材料在热障涂层领域的研究及应用提供参考。     

PS-PVD用CeO2掺杂8YSZ团聚粉末及其涂层

在纳米ZrO₂-8%Y₂O₃(摩尔分数)(8YSZ)粉末中掺杂20%(质量分数)微米级CeO₂粉末,并通过喷雾干燥合成CeO₂-8YSZ(CYSZ)复合团聚粉体。借助激光粒度仪和扫描电镜(SEM)及附带能谱仪(EDS)考察羧甲基纤维素黏结剂(carboxymethyl cellulose,CMC)质量分数对复合团聚粉体性能影响。采用PS-PVD制备具有柱状结构的CYSZ热障涂层,对涂层截面和表面进行EDS分析。采用X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)分析涂层物相。结果表明:黏结剂质量分数达到2%时可获得球形度高、粒度分布均匀的团聚粉体;制备的涂层中Ce元素呈均匀分布;涂层物相基本为t-相结构,其中Ce⁴⁺取代Zr⁴⁺进入ZrO₂晶格形成类质同象的固溶体结构,显示出CeO₂掺杂对t-相向m-相转变的抑制作用;所制备CYSZ涂层在1100℃,水冷循环100次后仍保持完整,展现出较高的抗热冲击性能。     

聚合物固态电解质在锂硫电池中的应用

采用微观和宏观包覆两种方式制备聚合物固态电解质包覆的硫@碳纤维复合固态电极,利用扫描电镜、元素分析和电化学测试表征电极的微观形貌,研究相应锂硫电池的电池性能。结果表明:微观的聚合物固态电解质包覆活性材料的电极结构有利于离子传输;电极表面宏观构建一层聚合物固态电解质薄膜有助于改善电极的循环稳定性,抑制穿梭效应;利用膜电极结构组装的全固态锂硫电池具有良好的循环性能,循环270次后库仑效率仍保持98%以上。     

多级次改性SiO2/PU超疏水涂层的制备及应用

为了消除航空飞行器表面、电力传输电缆、风力涡轮机叶片等因低温结冰而带来的不利影响,同时为了增强航空飞行器表面吸波涂层的自清洁能力,将经过硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅(n-SiO₂)和微米二氧化硅(m-SiO₂)填料按照质量比6∶1共混后与聚氨酯(PU)基体复合制得多级次改性SiO₂/PU超疏水涂层。研究表明,m-SiO₂在PU基体中较好的分散状态提升了涂层的稳定性,有效消除了因n-SiO₂团聚而出现的涂层开裂现象。n-SiO₂和m-SiO₂填料在涂层的表面共同构筑起致密的多级次微凸起疏水结构,可以截留更多的空气来增大水滴的气–液接触面积。多级次改性SiO₂/PU超疏水涂层的水接触角可达158.56°±1.08°,并且具有良好的自清洁能力和耐磨性。此外,多级次改性SiO₂/PU超疏水涂层优秀的透波性能使其不会对吸波涂层的性能产生不利影响,表明制备的多级次改性SiO₂/PU...     

扫描速度对激光定向能量沉积Al2O3–ZrO2梯度陶瓷微观组织及力学性能的影响

功能梯度陶瓷作为能够兼顾结构和功能的新型陶瓷材料,其材料组成和性能可以根据需要呈现连续的梯度变化,因此在航空航天、生物医疗等领域具有广阔的应用前景。激光定向能量沉积技术克服了传统陶瓷制备方法在烧结变形及过渡界面明显的局限性,能够实现功能梯度陶瓷材料性能的区域可控制造。然而采用定工艺参数成形时,功能梯度陶瓷不同组分的性能无法同时达到最佳,因此就扫描速度对Al₂O₃–ZrO₂梯度陶瓷中各比例复合陶瓷材料的影响规律展开了研究。在确定各比例复合陶瓷优选扫描速度的基础上,实现了Al₂O₃–ZrO₂梯度陶瓷的变参数优化成形。结果表明,低速扫描条件下(200 mm/min、300 mm/min),α-Al₂O₃柱状晶定向生长倾向明显,但高ZrO₂含量(质量分数)复合陶瓷材料宏观裂纹明显。扫描速度逐渐提高有助于晶粒尺寸减小,但过高的扫描速度(400 mm/min、500 mm/min)导致样件内部ZrO     

SiCf/TC17复合材料制备方法对界面反应层生长动力学的影响

连续SiC纤维增强钛基复合材料(SiC_f/Ti复合材料)具有良好的比强度和综合力学性能，是新一代装备研制备受关注的轻质高温结构材料。SiC_f/Ti复合材料可采用箔压法(FFF)和基体涂层法(MCF)进行制备，为对比两种工艺方法对其界面反应生长的影响，采用FFF和MCF分别制备SiC_f/TC17复合材料。对两种工艺制备的SiC_f/TC17复合材料在高温下(800～900℃)进行热暴露处理，通过扫描电镜对其微观结构及界面反应层厚度进行分析，获得界面反应层在高温下的生长速率，并进一步获得不同制备工艺状态下材料的界面反应动力学参数。结果表明：相同温度下MCF法制备的SiC_f/TC17复合材料界面反应速率大于FFF法制备的复合材料，前者的反应速率因子k₀为4.942×10^-3 m/s^1/2，反应激活能Q为276.3 kJ/mol，后者的界面反应速率因子k₀为8.149×10^-3 ...     

Ⅲ族元素掺杂对Mg3Sb1.5Bi0.5合金热电性能的影响

中温区Mg₃(Sb, Bi)₂基热电材料因其特殊的导带结构和复杂的晶体结构，以及无毒廉价等优点而极具应用前景，对Mg₃Sb_1.5Bi_0.5合金进行施主掺杂获得n型传导特性是重要的性能优化手段之一。采用第一性原理进行计算和定向凝固进行实验，对Sc、Y和Al取代Mg₃Sb_1.5Bi_0.5合金不同Mg位的缺陷形成能和电子结构进行了分析，结合实验测试结果讨论其对载流子传输性能参数的影响。结果表明：ⅢB族的Sc和Y优先取代Mg1位，而ⅢA族的Al倾向于取代Mg2位，不同掺杂元素均使Mg₃Sb_1.5Bi_0.5合金的Fermi能级向导带偏移，载流子浓度和电导率值增大。Sc和Y元素还可通过改变导带底能带的曲率来改变载流子有效质量，Seebeck系数更大。其中，Sc掺杂对导带底的影响可以使Seebeck系数和迁移率更加均衡，从而使电子传输性能最佳，相应的功率因子最大...