正尖晶石LiMn_2O_4电化学性能研究

采用高温固相反应合成了尖晶石LiMn2 O4 锂离子电池正极材料 ,并对其性能进行研究 .综合考察了影响材料电化学性能的主要因素 ,诸如原材料的选择、合成温度、Li/Mn比以及添加金属元素Co等 .研究了材料在高温下的电化学性能和影响因素 ,并分析了LiMn2 O4

AZO靶材热压致密化及Al元素扩散研究

以98∶2(质量比)的ZnO-Al2O3混合粉体为原料热压制备AZO靶材。通过阿基米德排水法测定试样密度,XRD分析物相组成,TEM观察靶材的微观结构,研究靶材热压致密化和Al元素扩散的规律。结果表明:Al元素在未经煅烧的原料粉中以Al2O3的形式存在;而在煅烧处理后的粉末中,Al元素部分扩散进入了ZnO的晶格中,导致其层状属性c/a值的减小,另一部分Al元素由于固溶度的限制形成ZnAl2O4尖晶石。在热压温度为1 000℃时,未经煅烧的原料粉中Al2O3与ZnO发生反应生成ZnAl2O4;而煅烧处理后的粉末在1 000℃热压时,尖晶石含量最高为3.41%(质量分数,下同),温度升至1 150℃,ZnAl2O4的含量下降至2.64%,延长保温时间,ZnAl2O4含量逐渐减少。由此说明,热压温度为1 000℃时,易于形成ZnAl2O4相,在升温过程中,ZnAl2O4与ZnO中的Al元素存在互扩散。通过靶材的微观结构分析发现,ZnO晶粒中夹杂着ZnAl2O4,Al元素含量在ZnO晶粒中呈梯度分布。在热压过程中插入合适的保温保压点能改进热压工艺,有效提高靶材的致密度。

原料处理工艺及气孔演化对AZO靶材烧结致密化的影响

以ZnO和Al_2O_3粉体为原料,按照98∶2(质量比)球磨混合制备氧化锌铝(aluminum zinc oxide,AZO)粉体,通过扫描电镜和透射电镜观察粉体形貌及均匀性,确立最佳混合工艺;将混合均匀的粉体进行煅烧预处理后进行热压烧结致密化试验,通过差热法分析原料性能,阿基米德法分析靶材密度以及压汞实验分析气孔演化对AZO靶材烧结致密化的影响。结果表明:微纳米粉体在球磨4 hr时Al元素分布均匀性最好,煅烧前的混合粉体在差热分析过程中失重0.43%并伴随放热效应;煅烧处理后粉体形貌类球形,在差热分析实验0℃-1000℃无失重,表明挥发组分排除干净且无异常放热效应,烧结性能得到优化。采用预处理的AZO粉体在不同热压温度和保温时间下制备AZO靶材,分析热压致密过程中平均孔径和闭孔率的变化规律。由此发现:在热压致密化初级阶段(温度900℃~1100℃时),连通气孔发生合并与生长,平均孔径先稍有收缩随后迅速增大为158 nm,同时闭孔率维持在0.5%以下,靶材密度不断上升;当温度升高至1150℃时,连通孔径逐渐缩小至108 nm,大量连通气孔转为闭合状态导致闭孔率迅速上升至7.2%以上,表明体系已经进入到热压深度致密化阶段。在1150℃、18 MPa下,保温时间延长到70 min时,连通气孔合并生长同时闭孔率异常增加至7%,孔径分布范围变宽导致出现反致密化现象;当保温保压时间延长至90 min时,气孔尺寸减小到136 nm,闭孔率下降至3.7%,靶材相对密度上升到96.2%,在较低压力和较短保温时间下实现了AZO靶材的深度致密化。

稀土元素Nd对Mg-Zn-Y合金组织结构和力学性能的影响

通过制备Mg-6Zn-1.5Y-0.8Zr-xNd(x=0、1、2、3、4)系列合金,研究了稀土元素Nd对Mg-6Zn-1.5Y-0.8Zr合金组织结构和力学性能的影响。通过金相显微镜、扫描电镜、EDS、XRD等手段,观察和分析了合金的微观形貌和组织结构,测量了合金抗拉强度、屈服强度和伸长率等力学性能。结果表明:合金中添加稀土元素Nd后晶粒明显细化,随着Nd元素含量的增加,晶粒细化效果更为明显;通过XRD分析可知,添加Nd元素后,合金中并没有出现新的含Nd的物相;扫描电镜和EDS分析表明,合金中加入的Nd置换了部分Y,形成了Mg3(NdY)2Zn3、Mg3-(NdY)Zn6的相结构,Nd元素对Y的置换主要出现在Mg3(NdY)2Zn3结构中,在Mg3(NdY)Zn6相结构中出现较少;力学性能测试结果表明,随着Nd含量增多,合金晶粒细化,细晶强化作用明显,合金屈服强度逐渐增大,而抗拉强度和伸长率在Nd含量为3%(质量分数)时达到最大,比未添加Nd元素时提高约25%以上。

聚合物锂离子电池用强化电解质隔膜的研制

研制了一种聚合物锂离子电池用的强化电解质隔膜,该强化电解质隔膜采用聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯（PP/PE/PP）三层复合微孔隔膜为基体,通过对基体进行表面处理得到。研制的强化电解质隔膜在保持较高强度的同时,具有较好的吸液性和保液性,室温下电导率可达3.38×10-4S/cm,用该隔膜装配的电池体积减小,成品率提高,电池性能与采用聚合物电解质的电池性能相似。

透明导电材料Cd_2SnO_4的制备Ⅰ-固相烧结制备原料粉体

将不同配比的CdO与SnO2原料粉体充分混合后在750℃，850℃，950℃，1050℃，1150℃温度下进行无压烧结。采用XRD衍射仪和四探针电阻测试仪分析原料配比与烧结温度对无压烧结Cd，SnO4靶材结构演化和电阻率的影响。结果表明：750—850℃低温无压烧结时，扩散反应发生缓慢，只有少量的Cd2SnO4生成．大部分Cd和Sn元素以氧化物的形式存在。950～1050℃无压烧结，随着温度升高，扩散反应速率较快，发生大量合成反应生成Cd2SnO4，当SnO2过量时，CdO完全参加反应。当温度上升至1150℃时，Cd：5nO4含量大幅度增加，伴随出现第二相CdSnO3。四探针测试结果显示：随着温度的升高，Cd：SnO4主相含量增加，靶材电阻率逐渐降低至19．9×10^-3Ω·cm。根据无压烧结实验的固相演化规律，采用2：1化学计量比的CdO与SnO2粉体为原料，充分混合后在1000℃下煅烧2—3小时，可得到均匀单相亮黄色Cd，SnO4原料粉体。

透明导电材料Cd_2SnO_4的制备Ⅱ—热压烧结

将2:1摩尔比的CdO与SnO_2混合粉体进行原位热压烧结,制备Cd_2SnO_4。采用XRD衍射仪、四探针电阻测试仪和扫描电镜,分析热压气氛,Sb掺杂元素以及热处理工艺对Cd_2SnO_4靶材的物相结构和导电性能的影响。结果表明:900℃原位热压烧结时,由于温度低,扩散反应发生不完全,生成部分Cd_2SnO_4化合物,少量Cd和Sn元素仍以氧化物的形式存在,未出现第二相CdSnO_3;氩气烧结比真空烧结更有利于扩散和化合反应发生;掺杂1%(质量分数)Sb元素的靶材电阻率降低至0.5×10^(-3)Ω·cm。高温退火热处理时扩散反应得以继续,靶材中Cd_2SnO_4含量有明显增加。为了克服原位热压温度和保温时间的限制所引起的化合反应不完全,优化热压工艺如下:采用单相Cd_2SnO_4复合粉体为原料,热压温度为1050℃,保温时间2小时,所得靶材均匀且晶粒细小,致密度达到92%,电阻率低至3×10^(-4)Ω·cm,第二相CdSnO_3含量低于2%,满足了镀膜用Cd_2SnO_4靶材的性能要求。

AZO靶材热压致密化过程中晶粒生长规律研究

分别以98:2(质量比)的ZnO–Al_2O_3混合粉体和预处理粉体为原料,在不同热压温度、压力、保温时间下,采用原位热压工艺制备铝掺杂氧化锌(Al-doped ZnO,AZO)靶材。通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察靶材晶粒形貌、阿基米德法测定试样密度、X射线衍射仪分析物相组成以及晶粒大小,四探针测试电阻率,研究靶材热压致密化过程中的晶粒生长规律及细晶高密靶材的制备工艺。结果表明:热压温度为900℃时,晶粒尺寸与原料粉体接近,颗粒之间只形成烧结颈,扩散反应不完全,掺杂替位效应弱,电阻率为0.284W×cm;热压温度上升至1000℃时,ZnO蒸发凝聚形成众多小颗粒导致衍射峰宽化,颗粒之间逐渐结合紧密,Al原子替位效应增强,电阻率降低至0.093W×cm;在热压温度为1100~1150℃时,靶材相对密度不断上升,体系中形成众多的岛状细晶,电阻率下降至1.5′10^(-4)W×cm;在温度1100℃时,随着压力的升高,靶材相对密度从15 MPa时的88.00%上升到35 MPa时的95.60%,晶粒尺寸略有减小;在热压温度1150℃时,随着保温时间的延长,晶粒尺寸生长有限,靶材的反致密化现象与晶粒生长无关。煅烧混合粉体在热压温度1150℃,压力18 MPa,保温时间90 min时,靶材相对密度最高达96.28%,电阻率低至1.6′10^(-4)W×cm,扫描电子显微镜观察晶粒细小,满足溅射靶材的性能要求。

铝合金轮毂冲击试验瞬态有限元分析

利用三维建模软件I-DEAS和非线性有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,建立包含冲击块和铝合金轮毂模型在内的非线性有限元模型,并对有限元模型进行适当简化。采用LS-DYNA显式算法,对轮毂模型从3个不同部位进行冲击模拟,预测危险点出现的位置,选用某型号轮毂利用实际冲击试验进行验证。结果表明,该有限元模型的建立及简化方法合理,模拟结果与试验结果能够很好的吻合,该型号轮毂强度符合13°冲击测试标准,为轮毂设计人员在前期开发阶段提供了有效的参考。

掺杂Sn,Bi的Ge_2Sb_2Te_5相变存储靶材制备和薄膜性能研究

在前期Ge-Sb-Te基相变存储材料Ge2Sb2Te5靶材和薄膜制备研究的基础上,分别选取掺杂5.6%(原子分数)的Sn,Bi作为添加剂对其进行掺杂改性。采用热压法制备出高主相含量、高致密度六方结构Ge2Sb2Te5基靶材。常温下沉积的薄膜为非晶态,经150～350℃退火处理,薄膜相结构经历了由非晶态到立方相再到六方相的相转变过程。掺杂5.6%(原子分数)的Sn在入射光波长为500 nm时的反射率对比度相比未掺杂薄膜提高了14%,该薄膜潜在的光存储性能更好。掺杂Sn,Bi后结晶态与非晶态间的电阻率差异度有所增加。