微波辐照活化粉煤灰辅助胶凝材料研究

微波辐照活化在提高粉煤灰的活性方面具有一些独特的优点,是一种速度快、能耗低、低碳的活性激发技术。本文研究了微波辐照功率(500 W、800 W、1000 W)对粉煤灰活性的影响,采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微分析(SEM-BSE)方法对其微观结构进行表征,并研究活性粉煤灰对水泥水化的影响机理。结果表明:微波辐照能够提升粉煤灰的潜在活性,最佳微波辐照功率为1000 W,28 d的活性指数为80.89%。经过微波辐照后的粉煤灰颗粒发生了局部或者整体破碎,非晶相含量增加了17.74%。微波辐照粉煤灰-水泥水化热可提前0.56 h达到终凝,其7 d未水化水泥所占面积较原粉煤灰-水泥浆体降低了15.8%,水泥水化进程明显加快。

机械力活化高炉矿渣机理研究

本文系统地研究了机械力活化对高炉矿渣活性的影响。采用X-射线衍射分析(XRD)、粒径分析、傅里叶红外光谱仪分析(FTIR)、扫描电子显微镜分析(SEM)等方法,分别对经过不同粉磨时间(20 min、30 min、40 min)样品的晶体结构、粒径变化、化学官能团和微观结构进行了表征。结果表明:机械力活化能显著提升高炉矿渣的潜在活性,最佳粉磨时间为20 min。机械力活化后的高炉矿渣颗粒变形、比表面积增加。在机械力作用下高炉矿渣结构发生破坏,Si-O键发生重排,形成大量表面反应位点,28 d的活性指数提升了9.01%。

催化剂种类对低碳MgO-C耐火材料常温性能的影响

以电熔镁砂、鳞片石墨和Si粉为原料,以掺入硝酸铁、硝酸钴和硝酸镍的酚醛树脂为结合剂,通过原位催化热解酚醛树脂的方法,在氩气气氛下,分别经800、1100和1400℃热处理,制备了低碳MgO-C耐火材料。研究了不同催化剂对低碳MgO-C耐火材料常温性能的影响,结果表明:硝酸铁为最佳的催化剂,硝酸铁的引入促进了碳纳米管(CNTs)和SiC晶须的原位生成,提高了耐火材料的力学性能。含硝酸铁的酚醛树脂加入试样时,经1100℃热处理后其常温抗折强度和常温耐压强度最高。

锂离子电池隔膜材料的检测与评估方法

对于锂离子电池制造商来说,原材料的检测与评估不仅可以提前判定该材料是否符合批量生产需求,还可以对不同供应商提供材料进行同等条件对比,作为筛选材料和供应商的重要参考。锂离子电池隔膜材料的性能检测与评估主要包括拉伸强度、穿刺强度、热收缩率、透气度、孔隙率、电气强度和离子电导率等物理性能和电性能,准确分析这些性能参数对锂离子电池隔膜材料的评估具有重要意义。本文对锂离子电池隔膜材料的这些性能检测与评估方法进行了综述,以期为广大的锂离子电池隔膜材料研究者及锂离子电池制造商的原材料检测工作者提供参考。

微波活化粉煤灰的微观结构及粉煤灰-水泥浆体的早期性能

微波辐照是激发粉煤灰活性的一种高效低碳的活化方式,高活性粉煤灰有利于早强混凝土的制备。本工作首先研究了微波辐照温度(600℃、700℃、800℃)对粉煤灰物理化学性能的影响,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对其物相组成和微观形貌进行表征,然后研究了活性粉煤灰-水泥浆体的早期性能。研究结果表明:微波辐照促使粉煤灰中的石英相和莫来石相向非晶相转化,极大地提高了粉煤灰的活性。当微波辐照温度为800℃时,与未活化粉煤灰相比,活性粉煤灰非晶相含量从49.13%增加到了58.71%,且28 d活性指数高达94.13%,提高了33.06%。与未活化粉煤灰-水泥浆体相比,800℃微波辐照的粉煤灰-水泥浆体的早期力学性能提升非常显著,其中1 d的抗压强度增加了41.36%。因此,微波辐照活化粉煤灰的合适温度为800℃。

微波技术烧成拜耳法赤泥-渣土陶粒

采用微波技术烧成拜耳法赤泥-渣土陶粒,研究了拜耳法赤泥掺量、烧成温度、保温时间对陶粒吸水率、孔隙率、表观密度的影响,并采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微(SEM)表征其微观结构。结果表明,拜耳法赤泥掺量为20%,烧成温度为1100℃,保温时间为15 min,制备的陶粒性能较好,1 h吸水率为0.25%,孔隙率为0.26%,表观密度为2.06 g/cm^(3);陶粒中形成了赤铁矿、中长石、拉长石、钠长石物相。本研究为拜耳法赤泥和渣土的大规模利用及微波烧成技术制备陶粒提供了参考。

过渡金属硼碳化物TM_3B_3C和TM_4B_3C_2稳定性和性能的理论计算

在过渡金属轻元素化合物中,寻找新的硬质或者超硬材料是当前的一个研究热点.目前寻找范围多集中在过渡金属硼化物、碳化物和氮化物等二元体系,三元相的研究则相对较少.本文以已知Nb_3B_3C和Nb_4B_3C_2结构为模板,采用元素替代法构建了29种TM_3B_3C (TM为过渡金属元素)结构和29种TM_4B_3C_2结构,采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,成功找到了热力学、动力学以及力学都稳定的Ta_3B_3C和Ta4B_3C2两种新相.结构搜索计算确认了这两相为全局能量最优结构.能带结构和态密度的计算显示这两相均为导体,导电性主要源于Ta原子的d电子.这两种新相的硬度大约为26 GPa,说明Ta_3B_3C和Ta_4B_3C_2属于高硬度材料,但不是超硬材料.

三元Nb系和Ta系硼碳化物稳定性和物理性能的第一性原理研究

过渡金属轻元素化合物是高硬度材料的潜在候选.以往研究多集中在二元过渡金属硼化物、碳化物和氮化物,三元相的研究则相对较少.本文通过提炼和堆垛已知相Nb3B3C (Ta3B3C)和Nb4B3C2 (Ta4B3C2)的结构基元,构建不同组分的Nb-B-C和Ta-B-C三元相结构模型,采用第一性原理计算方法,计算所建结构的形成焓、声子谱和弹性常数,通过判断其热力学、动力学和力学稳定性,绘出了三元Nb-B-C和Ta-B-C相图,成功预测了5种Nb-B-C和6种Ta-B-C三元稳定相.力学和电学性能计算结果显示Nb-B-C和Ta-B-C三元稳定相均为高硬度导电材料,硬度大约为25 GPa.

高温高压下Cu在Ⅱa型金刚石大单晶Ti除氮反应中的作用机理

研究Cu在高温高压下Ti除氮反应中的作用机理,对合成优质的Ⅱa型金刚石晶体具有重要意义。本研究在FeNi-C体系中添加Ti和Ti/Cu或TiC和TiC/Cu,在5.6 GPa和1543 K的条件下使用温度梯度法制备了金刚石大单晶,并使用光学显微镜和红外光谱仪对样品进行表征。结果表明,Ti或TiC分别与N反应生成TiN和Ti(C1-x,Nx)。这种情况下,单独添加Ti或TiC除氮效果差,所合成金刚石晶体中会出现大量的包裹体和凹坑。这是由于反应生成的TiN、TiC和Ti(C1-x,Nx)杂质严重影响晶体质量的结果。Ti或TiC分别与Cu共掺杂,可以促进TiC的分解释放Ti,提高除氮效率,并逐渐减少晶体合成中的缺陷和包裹体数量。这说明Cu的添加量应明显小于Ti,这与普通Ti和Cu的添加比例1∶1不同。最终结果表明,当Ti/Cu质量分数为1.70%/1.06%(Ti∶Cu=1∶0.625)时,可以合成出高质量的Ⅱa型金刚石晶体。

金属修饰Ti_(2)N MXene吸附分解H_(2)S的第一性原理计算

通过第一性原理计算研究了Ti_(2)NO_(2) MXene对H_(2)S的吸附、分解行为. Ti_(2)NO_(2)对H_(2)S气体分子的吸附结果表明,两者之间为弱的物理吸附, Ti_(2)NO_(2)无法有效吸附H_(2)S气体.采用过渡金属(Sc、 V)修饰Ti_(2)NO_(2)的研究结果表明,Sc和V可以在Ti_(2)NO_(2)表面上稳定存在,不易发生团聚,其最稳定吸附位为N原子上方.进一步研究了Sc、 V修饰的Ti_(2)NO_(2)对H_(2)S气体分子的吸附行为,结果表明金属修饰后其吸附H_(2)S的能力明显提高.此外还发现, H_(2)S分子可以在Sc/Ti_(2)NO_(2)和V/Ti_(2)NO_(2)表面直接解离为HS^(*)和H^(*),而后HS^(*)中的H原子再与H^(*)进一步结合形成H_(2), S原子则与过渡金属成键. HS^(*)在V/Ti_(2)NO_(2)表面解离的势垒为1.69 eV,低于在Sc/Ti_(2)NO_(2)表面的2.08 eV,表明V/Ti_(2)NO_(2)有望成为吸附、分解H_(2)S气体的理想候选材料.

五角石墨烯吸附H_(2)S的第一性原理计算

硫化氢作为一种神经毒物和腐蚀性气体污染物,严重威胁人体健康并限制工业的发展.本文采用第一性原理计算的方法,研究了H_(2)S气体分子在原始五角石墨烯、非金属掺杂及金属掺杂五角石墨烯上的吸附行为.详细计算了H_(2)S气体分子与五角石墨烯之间的吸附构型、吸附能及电荷转移.结果表明:1)原始五角石墨烯和非金属元素掺杂五角石墨烯与H_(2)S气体分子间仅为微弱的物理吸附,无法直接用于吸附H_(2)S气体;2) Co、Ni、Cu及Ti掺杂的五角石墨烯对H_(2)S气体的吸附作用显著增强.当金属掺杂在sp^(2)C位置时,掺杂五角石墨烯对H_(2)S气体的吸附效果较好,此时的吸附均为化学吸附;3) Co、Ni、Cu及Ti掺杂的五角石墨烯均可作为H_(2)S气体的传感/捕获材料.其中Cu掺杂五角石墨烯吸附H_(2)S气体的效果最好.本文的研究结果对设计开发基于五角石墨烯的H_(2)S气体传感/捕获材料提供了理论指导.

电场作用下S修饰C_(24)N_(24)从CO_(2)/N_(2)混合气体中选择性吸附CO_(2)的第一性原理计算

在燃烧后气体中选择性捕获CO_(2),对减缓因CO_(2)浓度过高引发的环境问题具有十分重要的意义.本文采用第一性原理计算的方法,研究了外加电场作用下S修饰C_(24)N_(24)富勒烯(S@C_(24)N_(24))对CO_(2)的选择性吸附性能.首先研究了S@C_(24)N_(24)的结构和性质,发现其具有良好的稳定性.其次,研究了无电场时S@C_(24)N_(24)对CO_(2)的吸附行为,发现其吸附为弱的物理吸附.另外,进一步研究了外加电场作用下S@C_(24)N_(24)对CO_(2)的吸附行为.结果表明,结合距离(CO_(2)与S)和CO_(2)的键角(O=C=O)随电场的增大而减小;当电场增加到0.018 a.u.时,物理吸附转变为化学吸附.关闭电场时,化学吸附又转化为物理吸附.此外,即使在相同的电场条件下,S@C_(24)N_(24)对N_(2)的吸附也为弱的物理吸附.这表明,通过控制外加电场的开/关,S@C_(24)N_(24)可以从CO_(2)/N_(2)混合气体中选择性捕获/释放CO_(2),可作为选择性捕获CO_(2)的优良候选材料.

Fe、Co及Ni单掺3C-SiC力学性能的第一性原理计算

碳化硅以其优异的性能被广泛应用于耐火材料领域。催化反应法合成碳化硅粉体的前景广阔,但加入的催化剂作为杂质却难以分离,而催化剂对产物碳化硅性能的影响尚缺乏研究。采用第一性原理平面波赝势法研究了催化剂种类(Fe、Co及Ni)和元素掺杂浓度(x,1.56%、3.125%、6.25%、12.5%)对3C-SiC热力学性质、力学性能、电子态密度等的影响。结果表明:1)Fe、Co及Ni掺杂3C-SiC晶体的结构稳定性由大到小依次为Fe-SiC、Co-SiC、Ni-SiC;2)当Fe元素掺杂浓度为1.56%(x)时,与未掺杂3C-SiC晶体相比,Fe-SiC体系体弹性模量值变化量为0.023%,剪切模量和杨氏模量变化量为3.57%与2.77%,硬度值和脆韧性基本未发生明显变化,态密度图也基本不变,说明低浓度Fe元素掺杂基本不影响3C-SiC体系的力学性能。因此,用Fe作催化剂,采用催化反应法制备的碳化硅粉体理论上是可以应用于耐火材料领域的。

碳纳米锥吸附Na的第一性原理计算

本文采用第一性原理计算结合从头算分子动力学的方法,研究了碳纳米锥(CNC)、B和N掺杂碳纳米锥(B-CNC和N-CNC)的稳定性,结果表明CNC、B-CNC和N-CNC均可以稳定存在.在此基础上分别研究了Na原子在CNC、B-CNC和N-CNC上的吸附行为.结果表明:1)Na原子在CNC五元碳环中心顶部位置的吸附最强,吸附能为-2.52 eV.CNC的能隙(Eg)为1.96 eV.2)B和N掺杂CNC后,B-CNC和N-CNC的导电性均显著增强.3)与CNC相比,Na原子在B-CNC上的吸附增强,而在N-CNC上的吸附则显著减弱.这表明B-CNC有望作为Na离子电池的负极材料.本文的研究结果对以CNC为负极材料的Na离子电池的研究提供了理论指导.

基于交互正交试验的304不锈钢冲蚀磨损性能的影响因素研究

设计了带交互作用的L 8(27)多因素/因子正交试验方案,利用自制旋转式冲蚀磨损试验机系统研究了冲击速度(V)、料浆温度(T)和硫酸浓度(C)三个因素及其交互作用因子(V×T,V×C,T×C,V×T×C)对304不锈钢冲蚀磨损性能的影响,采用极差和方差分析考察了各因素/因子对冲蚀磨损性能的影响程度,并利用SEM观察了冲蚀磨损后试样的表面形貌,分析了冲蚀磨损机理。结果表明:对304不锈钢冲蚀磨损性能的影响程度依次为T>C>T×C>V>V×T×C>V×T>V×C,其中T、C、交互作用T×C、V四项的影响高度显著,三因素之间的交互作用V×T×C也表现出一般显著,其余因素/因子不显著。在多因素影响的正交试验研究时,不应忽略因素间的交互作用。

水热合成托贝莫来石固化重金属研究进展

首先对水体中重金属的来源、危害、处理办法及其优缺点进行分析;其次对托贝莫来石结构、性质与应用进行介绍,综述了传统水热条件下托贝莫来石吸附重金属的研究进展;对微波及其加热原理进行介绍,综述了微波水热条件下合成托贝莫来石的研究进展;提出未来使用托贝莫来石永久固化重金属的几个问题。

高温高压下金刚石大单晶研究进展

金刚石具有一系列优于其他材料的极限特性,应用领域十分广泛.金刚石大单晶更能充分发挥其功能特性,从而成为国内外研究的热点.为此,本文在介绍金刚石大单晶高温高压合成原理及工艺技术的基础上,重点综述了四种类型的金刚石大单晶以及掺杂金刚石大单晶的研究现状和研究重点. Ⅰa型金刚石大单晶可由Ⅰb型金刚石通过高温高压退火处理得到,其中氮的转变机制及效率研究十分重要;对Ⅰb型金刚石大单晶的表面分析表征、晶体缺陷控制、再结晶石墨析出、多晶种法批量化生产方面进行了综述;对Ⅱa型金刚石大单晶中除氮剂和触媒的选择、微晶石墨析出与抑制方面的研究进行了介绍;研究了Ⅱb型金刚石中硼元素的扇区存在及其对合成金刚石生长特性的影响;掺杂金刚石大单晶主要从B, N, S, P等不同掺杂元素的不同掺杂源或与硼等协同掺杂的研究状况进行了介绍.并提出金刚石大单晶需要在Ⅰb及Ⅱa型的批量化、Ⅱb型的超导特性、掺杂n型半导体方面加强研究.

碳酸钙掺杂对Ⅰb型金刚石沿不同晶面生长行为的影响

作为天然金刚石生长环境的碳酸盐,研究其掺杂对人造金刚石晶体生长行为的影响具有重要的学术价值。本文运用高温高压下的温度梯度法,将碳酸钙(CaCO_(3))按照不同比例掺杂到金刚石合成腔体内的碳源中,用以研究其掺杂对金刚石分别沿(100)或(111)晶面生长行为的影响。利用光学显微成像对掺杂合成金刚石晶体形貌的表征表明:随着碳酸钙掺量的增加,沿(100)面生长的金刚石晶形由塔状变为板状且出现了裂晶、连晶现象,晶体颜色先变浅再变黑,内部出现了包裹体;同样,沿(111)面生长的金刚石晶形由板状逐渐变为塔状且出现了裂晶、孪晶现象,晶体颜色逐渐变黑,内部包裹体增多。用激光拉曼光谱对掺杂金刚石晶体质量的表征表明:随着碳酸钙掺量的增加,沿(100)或(111)面生长的掺杂金刚石的拉曼峰位偏移量均增大,半峰全宽均变大。这说明碳酸钙掺杂使得金刚石晶格畸变增加、内应力变大。本文对碳酸钙掺杂影响沿两不同面生长金刚石的晶形、颜色、内部质量等行为的成因进行了分析,为本课题后续研究奠定了基础。

FeNi、NiMnCo及其复合触媒中Ⅰb型金刚石的生长特性

本文以Ni_(70)Mn_(25)Co_(5)和Fe_(64)Ni_(36)合金及其复合合金作为触媒,采用高温高压温度梯度法在5.6 GPa压力下,对不同温度下沿(100)晶面生长的Ⅰb型金刚石的生长特性进行了研究,研究表明:以Fe_(64)Ni_(36)触媒合成出的金刚石在以(111)晶面为主的晶形高温生长范围内出现了一段约50 K范围的裂晶生长区,而以Ni_(70)Mn_(25)Co_(5)触媒合成的金刚石在生长温度范围内,特别是在以(111)晶面为主的晶体生长高温区域内容易出现连晶缺陷;高温下Fe_(64)Ni_(36)触媒过度熔融可能是晶体容易产生裂晶的原因,Ni_(70)Mn_(25)Co_(5)触媒熔体黏性较低可能是容易形成连晶的原因;采用两种触媒复合的方式有效避免了裂晶和连晶的产生;拉曼光谱表征发现连晶的晶体内部质量与单晶的晶体质量相近,裂晶中晶格畸变和杂质较多,晶体内应力较大,复合触媒体系合成的金刚石晶体内应力小,质量好。

以磷化铁为添加剂沿(111)面生长磷掺杂金刚石大单晶

掺杂是调控金刚石性能的一种重要手段。本文采用温度梯度法,在5.6 GPa、1312℃的条件下,选用Fe_(3)P作为磷源进行磷掺杂金刚石大单晶的合成。金刚石样品的显微光学照片表明,随着Fe_(3)P添加比例的增加,金刚石晶体的颜色逐渐变深,包裹体数量逐渐增加,晶形由板状转变为塔状直至骸晶。金刚石晶形的变化表明Fe_(3)P的添加使生长金刚石的V形区向右偏移,这是Fe_(3)P改变触媒特性的缘故。红外光谱分析表明,Fe_(3)P的添加使金刚石晶体中氮含量上升,这说明磷的进入诱使氮原子更容易进入金刚石晶格中。激光拉曼光谱测试表明,随着Fe_(3)P添加比例的增加,所合成的掺磷金刚石的拉曼峰位变化不大,其半峰全宽(FWHM)值变大,这说明磷的进入使得金刚石晶格畸变增加。XPS测试结果显示,随着Fe_(3)P添加比例的增加,金刚石晶体中磷相对碳的原子百分含量也会增加,这意味着添加Fe_(3)P所合成的金刚石晶体中有磷存在。