厦理工材料学院文艳芬团队研究成果登上化工领域国际顶刊

1月15日,厦门理工学院材料科学与工程学院“新能源技术开发及应用研究实验室”文艳芬副教授和路密教授为通讯作者、硕士研究生林春钢为第一作者的学术论文《P2/O3 biphase integration promoting the enhancement of structural stability for sodium layered oxide cathode》,在化学工程领域国际TOP期刊《Chemical Engineering Journal》上发表。

Al_(2)O_(3)/Cu复合材料的制备及性能分析

以硝酸铜和硝酸铝为原材料,采用喷雾干燥-煅烧-氢还原工艺得到超细、Al_(2)O_(3)在铜基体中均匀弥散分布的Al_(2)O_(3)/Cu复合粉体;经热压烧结(HP)和模压成型-烧结-复压-复烧(MP)分别制备出不同Al_(2)O_(3)含量的Al_(2)O_(3)/Cu复合材料,实验对比两种方法制备出的样品的物相、微观结构、硬度和电导率。结果表明:两种工艺得到的复合材料均具有较高致密度,硬度随着氧化铝含量增加而增大,电导率随着氧化铝含量增加而减小。热压烧结(HP)工艺获得的材料维氏硬度(143.9 HV)比同工艺下纯铜的硬度值(74.2HV)提高了93.9%,电导率高于80.09%IACS;模压成型(MP)工艺制备的样品维氏硬度(136.8 HV)比相同工艺下纯铜的硬度值(42.3 HV)提高了223.4%,电导率维持在82.25%IACS以上。

金属材料工程专业应用型人才培养模式的探索

金属材料工程专业根据厦门理工学院办学宗旨,以服务地方经济建设,尤其是厦门经济与社会发展需要为中心,开设特色鲜明的粉末冶金、腐蚀与防护工程方向,探索了专业培养模式,为应用型人才培养提供了模型及理论支持。

材料科学基础有效教学探究

材料科学基础是材料学专业学生的入门课程,内容繁多、抽象,是一门比较难掌握的课程。根据多年教学经验,结合课程教学特点,对教学过程中存在的主要问题进行了深入思考,在充分利用直观实验课程及多媒体教学手段的同时,采取了"任务引领"教学法、自主探究式学习等,取得一定效果,对促进教师专业成长、改进教学实践和学生学业进步具有一定意义。

对应用型本科大学中材料科学基础课程建设的思考与探索

材料科学基础是材料科学与工程专业的一门重要的学科基础理论必修课。为了提高课程的教学成效,为后续专业课程学习奠定坚实的基础,授课教师要依据不断变化的教学环境及教学对象,改进教学方法、优化教学内容、完善实践教学体系。

动力型磷酸铁锂正极材料改性的研究进展

针对改性磷酸铁锂(LiFePO_(4))材料作为锂离子电池正极材料的近期研究进行了综述。LiFePO_(4)虽然以其稳定性好、安全性好、环境友好而被认为是最具有发展前景的动力锂离子电池正极材料,但固有的电子电导率和锂离子扩散系数低下导致其电化学性能较差。针对提高其电化学性能的改性研究进行综述,分析了元素掺杂、表面碳包覆、颗粒纳米化和材料复合化4种改性策略对LiFePO_(4)电化学性能的影响,讨论了这4种改性策略的优缺点。分析表明,4种改性策略有效改善了锂离子扩散动力学和电子电导率,但是表面碳包覆和颗粒纳米化会降低材料的振实密度,导致能量密度低。最后,指出解决现存问题的研究方向,即开发电池性与电容性共存的改性策略将是一个可行方法。

二维码技术在翻转课堂教学中的应用——以材料化工大型仪器设备实验教学为例

结合近年相关大型仪器设备实验教学的经验,阐述了翻转课堂在材料化工大型仪器设备实验教学的实施过程,并介绍了二维码技术在翻转课堂教学中的应用。

柔性触控屏模组材料选型、模拟及DOE验证

为帮助研究人员更快地确定最佳的材料和结构设计方案,以缩短研发周期,降低研发成本,实现柔性触控屏模组具体商业量产应用目标,进行触控显示模组关键材料数据收集、力学模拟分析,并开展DOE(design of experiment)验证。测试3种不同触控屏(touch panel,TP)基材薄膜的屈服极限,结合目前市场量产材料和生产可行性,通过软件仿真分析材料极限弯折半径,发现透明聚酰亚胺薄膜(clear polyimide,CPI)具有最佳的可耐弯折性能,为最优的TP基材;不同厂家生产的CPI和光学透明胶材(optically clear adhesive,OCA)的测试比较结果显示,CPI(A)和OCA(4)具有最佳的弯折性能;CPI-OCA-CPI三合一叠构的DOE验证分析表明,最佳柔性触控屏模组材料组合为CPI(A)\OCA(4)\CPI(A)。

集成电路产业电子材料复合人才培养探索与实践

由于师资力量和教学条件的限制,目前电子科学与技术、微电子科学与工程等专业的人才培养以集成电路设计为主,使得集成电路制造和封装人才匮乏。围绕“集成电路制造”和“集成电路封装”两个核心教学内容,提出了“材料+集成电路制造+集成电路封装”的知识结构模块,建立了电子材料复合型人才所需的新课程体系和知识结构,优化了教学内容以实现“宽”与“专”的统一,构建了四模块实验/实践教学体系,实现了材料科学和集成电路不同学科间知识的相互融合。

锂电池用电解铜箔性能调控研究进展

新能源动力锂电池行业向高能量密度的逐步迈进推动了负极铜箔集流体朝超薄、低轮廓、高力学性能等高性能的趋势发展。锂电铜箔作为锂电池的关键辅材之一,其质量和特性对锂电池性能起着重要作用。因此,锂电铜箔的性能精准调控和结构定向修饰对提升锂电池性能具有重要意义。本文从锂电铜箔电沉积技术出发,介绍了铜电沉积原理、过程以及当前铜箔市场情况,归纳总结了锂电铜箔的物理性能、化学性能和表面性能对锂电池电化学性能的影响机制,为后续对铜箔性能精准调控提供参考,并重点综述了生箔工艺参数优化和改性处理这两种综合提升锂电铜箔性能和锂电池性能的方法,分析了铜箔结构修饰的研究现状和发展动态。最后,本文指出了目前电解铜箔作为锂电池负极集流体所存在的问题,并对其未来发展趋势进行了展望,以期为高性能锂电铜箔的研发和应用提供参考。

介孔锆柱撑钛酸盐材料的制备、表征及光催化性能

采用单分子层剥离-重堆积技术将聚合羟基锆离子嵌入到钛酸盐板层间,制得层间距为1.92~2.01nm的介孔钛酸盐柱撑复合材料。X-射线衍射（XRD）、热重-示差扫描热分析（TG-DSC）、扫描/透射电镜（SEM/HR-TEM）和N2吸附等手段对材料物化性质进行了分析。结果表明,客体锆离子主要以[Zr4（OH）16-n（H2O）8＋n]^n＋（记为Zr4）的形式存在于主体层间域中,且柱撑体系中nZr/nTi比越小,越有利于获得层间距和比表面积较大的柱撑材料。紫外光降解亚甲基蓝实验表明,柱撑材料对亚甲基蓝降解率为钛酸盐主体的3.5倍,这与柱撑形成的介孔结构以及主客体间的电子耦合有关;350℃热处理后材料对亚甲基蓝的降解率进一步提高,说明主客体间形成了更有效的欧姆接触。

紫外应力发光材料SrMgSi_2O_6:Ce的制备与光谱性质研究

采用固相烧结法制备了3种紫外应力发光材料SrMgSi2O6:Ce0.005、SrMgSi2O6:Ce0.005,Er0.015和Sr2MgSi2O7:Ce0.005,Er0.015。XRD测试结果表明:SrMgSi2O6与Sr2MgSi2O7具有相同的结构,掺杂离子的加入没有改变相结构。3种样品的荧光发射光谱很类似,均在330～400 nm紫外波段有较宽的发射谱带。应力发光曲线的测试结果表明,样品的应力发光强度与物体受力变化呈良好的对应关系,证明所制备的样品可以用来检测物体的受力情况。同时,研究了共掺杂离子以及改变基质结构对应力发光强度的影响,结果表明发光体中陷阱数目的增加以及基质对称性的降低有利于应力发光的产生。由于所开发的样品波长在紫外区,因而可以作为光源来激发其他颜色的光致发光材料从而实现多颜色应力发光材料的开发。

高比能量Ti/(Ir_(0.3)Sn_(0.7-x)Ce_x)O_2电极材料的制备及其电化学性能

采用热分解法在360℃制备Ti/(Ir0.3Sn(0.7-x)Cex)O2三元氧化物电极材料(0<x<0.5)。采用X射线衍射(XRD)、交流阻抗和循环伏安法分析成分对Ti/(Ir0.3Sn(0.7-x)Cex)O2电极材料的晶体结构和电化学性能的影响。结果表明:适量的Ce可降低氧化物涂层中金红石相的晶化程度,优化氧化物涂层的结构,并提高Ti/(Ir0.3Sn(0.7-x)Cex)O2电极材料的电容性能。当x=0.2时,Ti/(Ir0.3Sn0.5Ce0.2)O2电极的比电容达到414 F/g,约为Ti/Ir O2-Sn O2二元氧化物电极的3倍;该电容材料表现出很高的比能量特性,在4.97 k W/kg的高功率密度放电时,对应的能量密度达到82.88 W·h/kg。当x≥0.3时,随着Ce含量增大,氧化物涂层的导电性能和频率响应特性会遭到恶化,对电极的电容性能不利。因此,Ce的含量控制在0.2(摩尔分数)以内为宜。

过热下磷酸铁锂锂离子电池的过充电耐受性

研究极端条件下的多场耦合相互作用,有助于深入理解锂离子电池的热失控机理。在85℃的过热环境下,将1380200型20 Ah软包装磷酸铁锂动力锂离子电池的过充电压从4.07 V阶梯式增加至5.42 V,电池发生气体泄压但未出现起火或爆炸,表明电池即使在过热条件下也具有较强的耐过充电能力。泄压过程中,首先检测到氢气的信号,随后检测到一氧化碳、烷烃和烯烃等易燃气体。XRD分析表明,过充电后,正极活性物质磷酸铁锂完全去锂化生成了磷酸铁。SEM结果显示,部分过充电后的磷酸铁颗粒出现裂纹,但结构未被进一步破坏,证实了磷酸铁锂的高热稳定性。

钨银复合材料的应用与研究进展

简要介绍了国内外钨银材料的传统工艺和制备新技术,对具有良好导热、导电和高温抗氧化等优良性能的钨银复合材料在电气工程、机械加工、集成电路及国防军工等方面的应用进行了综述。最后对纳米钨银复合材料的制备技术和应用研究进行了展望。

通过钨对镍活性位点的电子改性实现苯甲胺选择性氧化耦合制氢

苯甲腈(BN)作为精细化学品、农用化学品和药品生产的重要中间体,其制备受到研究人员的广泛关注.传统的BN化学合成涉及有机物与氰化物之间的亲核取代反应.然而,由于氰化物等剧毒化学试剂的使用,这一反应在实际应用中受到了一定的限制.最近研究发现,苯甲胺(BA)电化学氧化可为BN的生产提供一种清洁、高效、高选择性的方法.此外,与析氧反应(OER)相比,苯甲胺氧化反应(BAOR)具有明显的热力学优势;将BAOR与阴极析氢反应(HER)耦合,可提高整体电解体系的能效和经济效益.因此,开发高效双功能电催化剂用于苯甲胺氧化及耦合析氢反应具有重要的基础研究意义和实际应用价值.本文通过直接水热和高温磷化的方法,在泡沫镍基底上负载了一种W-Ni_(2)P纳米片(W-Ni_(2)P/NF),并探索了其作为双功能电催化剂在BAOR和HER的应用.实验结果显示,催化剂的纳米片结构不仅提供了充足的活性位点,还有助于离子传输.钨的掺杂显著增强了电化学传导性,改善了水吸附性,并优化了氢吸附能,进而提升了催化剂的HER性能.此外,钨的引入促进了电子从镍向钨的转移,形成了缺电子的镍区域;在W-Ni_(2)P催化的BAOR过程中,缺电子的镍活性位点与供电子的氨基(-NH2)相互作用,有效促进了氨基的吸附和活化,进一步推动了脱氢反应和C≡N键的形成.电化学测试结果表明,在1 mol L^(‒1)KOH溶液中,W-Ni_(2)P催化剂发生HER的过电位为80 mV(10 mA cm^(-2)),其性能可与商业Pt/C电极相媲美.在含有25 mmol L^(‒1)BA的1 mol L^(‒1)KOH溶液中,仅需施加1.42 V电位,W-Ni_(2)P催化剂即可达到100 mA cm^(-2)的氧化电流密度,这比OER所需电位低350 mV.此外,当组装W-Ni_(2)P/NF||W-Ni_(2)P/NF电解槽时,在1 mol L^(‒1)KOH和25 mmol L^(‒1)BA的电解液中,仅需1.41 V的电解电压即可达到10 mA cm^(-2)的电流密度,实现了阴极制氢和阳极增值BN的同时生产,且反应的法拉第效率达到95%.采用电化学原位拉曼光谱和红外光谱研究了反应的活性位点和关键中间产物.结合密度泛函理论计算,阐明了BAOR的催化机理以及反应路径,深入分析了W掺杂在优化吸附能和提高W-Ni2P电催化剂催化活性方面的优化作用.综上所述,本文成功制备了高活性、高稳定性的钨掺杂磷化镍纳米片双功能催化剂,并将其应用于两电极电解体系中,实现了阴、阳极高附加值产物(苯甲腈和氢气)的同时生成.本研究为电化学合成高价值腈化合物和制氢先进催化剂的设计、制备提供了一定的参考和借鉴.

新能源材料与器件专业实践课程的“亲产业”思考

厦门理工学院材料科学与工程学院的新能源材料与器件专业是在契合国家能源战略和地方产业发展的需求的背景下设立的。该专业重点是研究与开发新一代高性能绿色能源材料、技术和器件(如通信、汽车、医疗领域的动力电源),发展"新能源材料"(新型锂离子电池材料、新型燃料电池材料和新型太阳能电池材料)的学术研究方向。文中主要针对该专业实践课程内容设置及教学现状,阐述了突出"亲产业"的培养特色。

难互溶金属复合材料及其界面模型

难互溶金属材料作为金属基复合材料的一种,其组元之间既不相互反应也不相互溶解,而阻碍其发展与应用。回顾了国内外难互溶金属材料及其复合界面的研究概况,以Cu-Fe、Mo-Cu为例介绍难互溶金属复合材料的特点、常用加工工艺及应用领域,研究表明,固相焊接可制备界面复合良好的难互溶复合材料,其结合处存在原子级的相互扩散区域。建立了难互溶材料的轧制复合与扩散焊接复合模型,为高效、优质制备难互溶复合材料提供指导依据。

导电剂和粘结剂对高镍正极性能影响分析

由活性物质、导电剂和粘结剂构成的微区是电极中电化学反应的场所,其离子和电子传递动力学决定了电化学反应的特性。通过改变导电剂和粘结剂的比例和充电截止电压,分析LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)(NCM811)颗粒表面离子和电子迁移环境变化对循环性能的影响;用循环过程中不可逆比容量之和评估了半电池的循环稳定性。结果表明,导电剂或粘结剂的增加有利于改善高镍正极在充电截止电压为4.7 V(vs.Li+/Li)时的循环稳定性,主要原因是导电剂或粘结剂的增加延缓了NCM811裂纹和粉化。

高密度芯片激光钎焊温度场及应力场数值模拟研究

旨在探讨激光钎焊工艺参数对高密度芯片制造中凸点焊点质量的影响。通过有限元方法建立了三维瞬态热耦合数值模型,并利用高斯体热源模型和iSoldering软件模拟了SnAgCu钎料凸点激光钎焊的温度场和应力场,研究不同功率10 W、15 W、20 W和不同光斑半径0.09 mm、0.3 mm、0.5 mm下SnAgCu钎料钎焊焊点的变化规律。研究发现,激光功率和光斑半径是影响焊点质量的关键参数。在部分参数不变的情况下,随着激光功率的增大,钎料熔化更完全,润湿性更好,但也会产生更大的等效应力。增大光斑半径会导致焊点温度和等效应力降低。经过数值模拟和实际钎焊焊点的对比,结果表明:当激光功率为15 W、光斑半径为0.09 mm、焊接速度为0.1 mm/s时,SnAgCu凸点激光钎焊的焊点质量最佳,模拟凸点钎焊的焊点与实际钎焊结果吻合度达到85%,验证了模拟结果的准确性和可靠性。同时探讨了钎料与焊盘之间生成的金属间化合物厚度对焊点质量的影响,为提高焊点连接强度提供了理论依据。