Cr掺杂对TiAlN涂层的择优取向和摩擦性能的影响机理

为了改善TiAlN涂层力学性能和耐磨损性能,本工作利用阴极电弧技术在316 L不锈钢表面制备了不同Cr含量的TiAlCrN涂层,并探讨Cr掺杂对涂层的组织结构及力学性能的影响,揭示了涂层的摩擦磨损机理。结果表明:TiAlCrN涂层均呈立方结构且沿(200)、(111)、(220)、(311)晶面生长;随着Cr靶电流增加,涂层晶粒沿(111)晶面生长的织构系数增大,即Cr掺杂有利于涂层沿(111)晶面择优生长;TiAlCrN涂层的硬度和结合力均随Cr靶电流的升高而增大,Cr靶电流为150 A时,涂层表现出最大的硬度(25.50 GPa)和结合力(26.97 N);TiAlCrN涂层的摩擦系数及磨损率随Cr靶电流的增大而减小,Cr靶电流为150 A时,涂层表现出最低的摩擦系数(0.26)和磨损率(1.87×10^(-5)mm 3·N^(-1)·m^(-1));TiAlCrN涂层的主要磨损机理为磨粒、氧化及黏着磨损;对于高Cr靶电流制备的TiAlCrN涂层,其在摩擦磨损过程中具备较好润滑性的CrO_(x)优先于TiO_(x)、AlO_(x)形成,从而表现出低的磨损率;Cr掺杂能够有效改善TiAlN涂层在摩擦中的剥落现象,进一步提高涂层力学及摩擦磨损性能。

Cr掺杂及Cr过渡层对类金刚石薄膜附着力的影响

采用线性离子束复合磁控溅射的混合PVD技术制备了含Cr过渡层以及Cr掺杂的DLC薄膜,并测量了其厚度、残余应力、结合力、摩擦因数等性能。划痕测试的结果表明,增加过渡层后薄膜的结合状况得到了明显改善,其残余应力也有所下降,Cr掺杂的DLC薄膜残余压应力最低可达0.23GPa。有关结果为强膜基结合力、低应力、大面积的类金刚石薄膜可控制备提供了新的技术思路。

Cr掺杂ZSM-5双功能催化剂的制备及其催化裂解正丁烷

采用原位合成的方法制备了Cr掺杂的ZSM-5分子筛,研究了Cr含量对于正丁烷催化裂解性能的影响。利用X射线衍射(XRD)、N2吸附脱附、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis)、拉曼光谱(Raman)、氨程序升温脱附技术(NH3-TPD)和吡啶红外(Py-FTIR)等表征手段研究了分子筛的结构、Cr物种的存在状态以及分子筛的酸性。研究结果表明,部分Cr进入分子筛的骨架,以单分散的形式存在,当Cr含量较低时,Cr的引入对于分子筛的弱酸性没有太大的影响。少量Cr的引入会极大提高正丁烷的转化率和乙烯、丙烯的收率,当Cr/Al摩尔比为0.04,反应温度为650℃时,正丁烷的转化率达到99.2%,乙烯、丙烯的收率达到53.8%,分别比未改性的ZSM-5高15.5%和5.0%。这可能是由于Cr活性组分的脱氢性能和分子筛的酸性形成协同作用,促进了正丁烷的高效转化。

Cr掺杂TiO2纳米线/还原氧化石墨烯复合物的制备及光催化活性

以TiO_2纳米颗粒P25和氧化石墨烯(GO)为原料,Cr(NO_3)_3·9H_2O为Cr源,采用碱性水热法制备了Cr掺杂TiO_2纳米线/还原氧化石墨烯复合物(Cr-Ti O2 NWs/RGO).采用类似方法合成了TiO_2纳米线(Ti O2NWs)、Cr掺杂Ti O2纳米线(Cr-TiO_2NWs)和TiO_2纳米线/还原氧化石墨烯复合物(TiO_2 NWs/RGO)等其它样品.通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼(Raman)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见漫反射光谱(UV-VisDRS)等方法对样品进行了表征.测试了样品在可见光下对亚甲基蓝(MB)的降解活性,结果表明,Cr-TiO_2NWs/RGO在120 min内对MB的催化降解率为TiO_2NWs的2.2倍,催化降解速度为TiO_2NWs的5.8倍.

Cr掺杂锐钛矿相TiO_2光学性质的第一性原理研究

本文对Cr掺杂TiO2进行了基于密度泛函理论的第一性原理研究。模拟计算了完整及Cr掺杂TiO2的电子结构,介电函数及吸收光谱的偏振特性。计算结果表明完整的锐钛矿型TiO2晶体在可见光范围内无吸收;掺Cr后晶体的禁带宽度减小到2.25 eV,吸收边红移,并在可见光区域出现了2.51 eV(495 nm)的吸收峰,表明Cr掺杂有利于提高TiO2对太阳光的吸收。计算结果与实验结果基本相符。

Cr掺杂对GLC薄膜结构及其摩擦学性能的影响

采用磁控溅射方法制备类石墨碳膜(GLC)及掺杂金属Cr的类石墨碳膜(GLC-Cr),利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪(Raman)、X射线光电子能谱仪(XPS)、纳米压痕仪等测试技术对比分析两薄膜样品的结构及机械性能,利用UMT-3多功能摩擦磨损试验机考察其在大气、去离子水、发动机油3种环境下的摩擦学性能.结果表明:本实验参数下制备的类石墨碳膜中,Cr的掺杂促使了类石墨碳膜中sp2杂化键的形成,降低了GLC薄膜的硬度及弹性模量,但在3种不同环境下均使得类石墨碳膜的摩擦学性能得到明显改善.其中水介质的存在可明显降低类石墨碳膜的摩擦系数,而油润滑介质虽未使得其摩擦系数明显降低,但其摩擦曲线波动性及磨损率均最小.

Cr掺杂ZnO薄膜晶体结构及光学性能的研究

采用磁控溅射法在载玻片上制备了不同Cr掺杂浓度的ZnO薄膜,并对其紫外发光性能做了初步研究。XRD结果表明,所制备的样品具有纤锌矿结构,呈c轴择优取向生长;透射谱表明,改变Cr掺杂浓度可以使ZnO薄膜的吸收边向短波方向移动,并且薄膜的禁带宽度连续可调;光致发光(PL)谱表明,所有样品的PL谱由发光中心位于370nm的紫外发光峰组成,且该峰的峰位蓝移,与吸收边缘移动的结果吻合。2.0%(原子分数,下同)的Cr掺杂可以提高ZnO的紫外发光强度,而过量的Cr掺杂反而会降低其紫外发光强度。

Cr掺杂Sm_2InNbO_7的制备及其可见光分解水制氢活性

采用固相法制备了Cr掺杂的光催化剂Sm2InNbO7,通过XRD、BET、UV-Vis DRS等测试手段对催化剂的晶体结构、比表面积以及漫反射光谱进行了表征;基于密度泛函理论,采用Castep软件,计算了Cr掺杂Sm2InNbO7前后的能带结构和态密度;以甲醇为电子给体,在可见光照射下研究了Cr掺杂Sm2InNbO7光催化分解水的析氢活性。结果表明,Cr对Sm2InNbO7的适量掺杂不会改变原晶体的结构,Cr的掺杂拓展了Sm2InNbO7的可见光响应范围,可有助于改善其可见光分解水的析氢活性;Cr的掺杂量存在一个最佳值为:nCr/(nIn+nCr)=2%,此时Cr掺杂的光催化剂Sm2InNbO7的催化活性最高。

Cr掺杂对La_(0.67)Ca_(0.33)MnO_3物性的影响

本文研究了Cr掺杂对La0 .6 7Ca0 .33MnO3物性的影响 .探讨了Cr掺杂对晶体结构的影响、Cr掺杂对磁场的影响、Cr掺杂导致的反常电阻和磁电阻行为 ,以及Cr掺杂对La0 .6 7Ca0 .33MnO3极化子输运的影响 .有新的发现 :实验结果显示了特殊的双峰CMR行为 ,而且CMR效应的温区被极大地拓宽 ,从低温区直至室温以上 。

Cr掺杂LiFePO_4导电性能的第一原理研究

基于第一原理方法,由广义梯度近似(GGA)的密度泛函理论计算了Cr在Fe位掺杂的LiFePO4的电子结构,分析了不同掺杂量对晶胞参数,体积和费米能的影响。掺杂Cr后,系统的态密度图中费米能级移入导带;费米能级附近的价带和导带的峰强度增强;能带结构图中最低空轨道与最高占有轨道之间的能隙变窄,从LiFePO4的0.75 eV降至LiFe0.95Cr0.05PO4的0.62 eV。且上述现象在掺杂Cr含量较少时,变化更明显,表明少量的Cr掺杂有利于提高LiFePO4的导电性能,结果与实验相符。

Cr掺杂锐钛矿相TiO_2电子结构的第一性原理计算

对Cr掺杂TiO2进行了基于密度泛函理论的第一性原理研究.通过对能带、态密度及电子分布密度图的分析,发现在Cr掺杂后,Cr原子3d轨道上的电子在TiO2的导带底产生了不稳定的杂质能级,使得禁带宽度变窄,在较小的光量子能量照射下(即在较大波长的光照射下)它的催化性能有所提高;但由于它的杂质能级波动幅度较大,在短波长的光照射下,跃迁上的电子容易发生跌落,使得掺Cr的锐钛矿相TiO2光催化性能降低.

Cr掺杂微晶玻璃光谱特性

研究了Cr掺杂SiO2-MgO-Ge2P3-Al2O3-K2O微晶玻璃的吸收光谱及荧光光谱，计算了未微晶化玻璃和微晶玻璃的晶体场参数。未微晶化玻璃和微晶玻璃的晶场强度Dq值分别为1554cm^-1和1745cm^-1。在600nm激发下，在未微晶化玻璃和微晶玻璃中都发现了650-860nm宽带荧光发射，分析认为主要是由于Cr^3＋的（^2E和^4T2）→^4A2跃迁；在808nmLD激发下，在未微晶化玻璃和微晶玻璃中都发现了900—1450nm宽带荧光发射（峰值位于1040nm），FWHM大于250nm，分析认为主要是由于Cr^4＋的^3T2→^3A2跃迁。在600nm和808nmLD激发下，其微晶玻璃发光强度均远远高于未微晶化玻璃的。

Cr掺杂对Sm_2InTaO_7可见光分解水活性的影响

采用固相法制备了Cr掺杂的光催化剂Sm2InTaO7,通过XRD、XPS、UV-Vis DRS等测试手段对其进行了表征;考察了不同Cr掺杂量对Sm2InTaO7的物理性质及可见光催化分解水产氢活性的影响。结果表明,Cr对Sm2InTaO7的适量掺杂不会改变原晶体的结构,Cr的掺杂拓展了Sm2InTaO7的可见光响应范围,可有助于改善其可见光分解水的产氢活性;Cr的掺杂量存在一个最佳值为:nCr/n(In+Cr)=2%,此时Cr掺杂的光催化剂Sm2InTaO7的催化活性最高,产氢速率达到19.6μmol/h,为Sm2InTaO7掺杂改性前产氢速率的4.5倍。

Cr掺杂量对Zn1-xCrxO稀磁纳米材料的结构及性能影响

利用水热法制备了Zn1-xCrxO稀磁纳米材料,采用XRD、FESEM、EDS、PL和VSM等方法对样品的结构与性能进行了表征与分析,考察了Cr掺杂量对Zn1-xCrxO样品的结构与性能影响。XRD分析表明Zn1-xCrxO样品为ZnO六方纤锌矿结构,随着Cr掺杂量增加样品的结晶性能下降,并且样品的形貌由较好的六角棒状结构逐渐变得杂乱;磁滞回线分析表明Zn1-xCrxO样品具有良好的室温铁磁性,Cr掺杂量不同,样品的磁性不同;PL谱表明适量Cr掺杂对ZnO的发光性能有促进作用。

衬底温度对Cr掺杂ZnO薄膜结构和透过率的影响

采用磁控溅射法在载玻片上制备了具有c轴高择优取向的Cr掺杂ZnO薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见分光光度计(UV-Vis)研究了衬底温度对Cr掺杂ZnO薄膜结构及光学透射特性的影响.结果表明,在衬底温度为400℃时制备的Zn0.98Cr0.02O薄膜具有最好的结晶质量;衬底温度对薄膜的吸收边基本没有影响,但衬底温度为400℃时薄膜具有较高的透过率,其原因是在该条件下薄膜具有较好的结晶质量.

Cr掺杂对富锂锰基正极材料Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2结构和电化学性能的影响

采用共沉淀-高温固相合成法制备锂离子电池正极材料Li_(1.2)Ni_(0.2-x/2)Mn_(0.6-x/2)Cr_xO_2(x=0,0.04,0.08,0.12)。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、恒电流充放电测试和电化学交流阻抗谱(EIS)对掺杂不同Cr含量的正极材料的结构、形貌和电化学性能进行分析测试。结果表明:制备出的Li_(1.2)Ni_(0.2-x/2)Mn_(0.6-x/2)Cr_xO_2正极材料均具备层状固溶体结构。Cr掺杂不会改变材料的结构,而且能够有效抑制循环过程中材料由层状向尖晶石结构转变的过程。当Cr的掺杂量为8%(即x=0.08)时,得到的正极材料Li_(1.2)Ni_(0.16)Mn_(0.56)Cr_(0.08)O_2具有最好的电化学性能。0.1C的首次放电比容量由未掺杂的230.4 mA·h·g^(-1)增加到246.6 mA·h·g^(-1),在0.2C电流下50次循环后的容量保持率由93.5%提高至95.36%,5C的放电比容量由91.5 mA·h·g^(-1)增加到104.2 mA·h·g^(-1)。而且x=0.08时制备的样品具有最小的电荷转移阻抗。

Cr掺杂金红石相TiO_2(110)单晶薄膜的制备、表征及光催化活性

采用脉冲激光沉积术(PLD)同质外延生长了表面原子级平整的6%(原子比)Cr掺杂的金红石相TiO2(110)单晶薄膜,采用扫描隧道显微镜(STM)、扫描隧道谱(STS)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外光电子能谱(UPS)对其进行了表征.结果表明:Cr掺杂对TiO2(110)-(1×1)表面的形貌没有明显影响,但是提高了掺杂薄膜在负偏压的导电性;Cr与晶格O键合而呈现+3价态,由此在TiO2的价带顶上方～0.4eV处引入杂质能级.紫外-可见光吸收谱显示薄膜的光吸收能力被扩展到～650nm,处于可见光范围.借助STM以单个甲醇分子的光解反应检测了薄膜的光催化活性.仅观察到紫外光照射下甲醇分子的脱氢反应,在可见光照射下(λ>430nm)甲醇分子没有发生反应,表明单独的Cr掺杂可能不足以提高TiO2在可见光下的催化活性.

Cr掺杂对Cu-Ce复合催化剂催化甲醇水蒸气重整制氢的影响

采用浸渍法制备了不同Cr含量的Cr/Cu-Ce催化剂,通过N2O滴定、H2-TPR和XPS等表征,对其结构、性质和催化性能进行了探究。结果表明,Cr助剂会改变Cu-Ce催化剂的铜比表面积、CuO还原温度以及氧空穴含量。其中,添加3%Cr的催化剂的Cu比表面积较大,CuO还原温度较低,氧空穴较多,进而表现出优良的催化性能。当反应温度为533 K,n(水)∶n(甲醇)=1.2∶1,甲醇和水的进料量为0.072 mL/min时,其催化效率达100%,重整气体组分中的CO体积分数为0.15%。与未掺杂Cr助剂的催化剂相比,其催化效率提高了10%,重整气体组分中的CO体积分数降低了0.34%。

Cr掺杂SrTiO_3光催化材料中Cr的稳定性

采用固相法制备了不同掺杂量、不同煅烧温度和不同取代位置的Cr掺杂SrTiO3样品,研究了其在不同pH值的溶液中Cr的稳定性。结果表明:即使掺杂量为1%,溶液中还是会有Cr相关的离子存在;溶液中Cr相关离子的浓度,随着掺杂量的增加而增大,随着煅烧温度的升高而减少。Cr在取代Sr位掺杂的样品中比取代Ti位掺杂的样品更稳定。Cr在中性溶液中最稳定,在酸性溶液中是以Cr3+离子存在,在中性和碱性溶液中以Cr2O27-与CrO24-离子存在。

Cr掺杂对ZnO最小光学带隙和吸收光谱的影响

当Cr掺杂ZnO的摩尔数为0.0313-0.0625的范围内,掺杂体系的最小光学带隙宽度和吸收光谱分布随Cr掺杂浓度的变化出现了两类相反的实验结果。为了解决本问题,采用密度泛函理论（DFT）框架下的广义梯度近似（GGA＋U）平面波超软赝势方法,用PBE泛函的计算方案来描述电子间的交换关联能,对未掺杂ZnO和3种不同浓度Cr掺杂ZnO超胞模型进行了能带结构、态密度、差分电荷密度、布居值以及吸收光谱的计算。结果表明,当Cr掺杂摩尔数为0.0313-0.0625的范围内,随着Cr掺杂量增加,掺杂体系的晶格常数和体积增大,总能量和形成能减小,结构更稳定,掺杂更容易,最小光学带隙宽度增大,吸收光谱显著蓝移。计算结果与实验结果相一致,并合理解释了存在的问题。这对制备Cr掺杂ZnO中实现短波长光学器件有一定的理论指导作用。