磁性镓基液态金属复合材料的研究进展

镓基液态金属具有高导电性、高导热性、高流动性和优良的生物相容性,是一种具有很大发展和应用前景的功能材料。镓基液态金属与其他不同物理化学性质的材料组合而成的镓基液态金属复合材料为基础研究与应用研究提供了一个新的方向,为解决柔性电子、热调控和生物医学等各个领域的挑战性问题提供了新的思路并表现出重大潜力。磁性粒子的引入可以使镓基液态金属具有良好的磁性能。作为一种新兴的磁性功能材料或磁性智能材料,磁性镓基液态金属复合材料在柔性电子、微电机、靶向给药、热调控、屏蔽与吸波等领域已展现出初步的研究和应用价值。本文系统地总结和评述了磁性镓基液态金属复合材料的研究进展。从基础研究、磁力控制、磁热控温、屏蔽与吸波四个方面综述了磁性镓基液态金属复合材料的性能和应用,说明了这种复合策略的有效性。这可为磁性镓基液态金属复合材料的进一步研究与开发提供思路。

石墨烯增强铜基复合材料显微组织和性能的研究

采用粉末冶金法制备了质量分数为0%(纯铜)、0.4%、0.8%和1.2%的石墨烯增强铜基复合材料,利用光学显微镜、高分辨场扫描电镜、高精度固体密度仪、数字式电导率仪和万能试验机对石墨烯增强铜基复合材料的微观组织和性能进行研究和分析。结果表明,铜粉纯度高、无杂质,随着石墨烯含量的增加,复合材料的孔隙率随之增加,而且石墨烯的团聚现象逐渐加重,晶粒尺寸呈现先降低后提高的现象,而石墨烯含量在0.8%时,晶粒尺寸最小为43.385 nm。以复合材料的物理性能方面来说,石墨烯增强铜基复合材料的密度和电导率呈现下降趋势。随着石墨烯含量的增加,复合材料的屈服强度和最大抗压强度呈现先上升后下降的趋势,而压缩率呈现逐渐下降的趋势,当石墨烯含量为0.8%时,屈服强度和最大抗压强度达到最大值,分别为80.79和332.88 MPa。

锰基正极材料在水系锌离子电池中的挑战及性能提升策略

锌离子电池(ZIBs)由于其安全性、可持续性、成本效益和高能量密度而越来越受欢迎,有望成为锂离子电池(LIBs)的替代品。目前对锌离子电池已经进行了广泛的研究。然而,锰基正极材料在锌离子电池中的应用带来了挑战,特别是金属溶解和材料不稳定性等问题。这些挑战导致电池循环稳定性较差,阻碍了锌离子电池发展的进程。本文概述了锌离子存储机制,阐明了锰基正极材料面临的挑战,并提出了改善其性能的优化策略。最后,讨论了锰基正极材料的潜力。

外加物理场调控二维材料的HER和OER性能

长期以来,氢燃料一直被认为是一种有前途和可行的传统化石燃料的替代品,可以支撑我们未来的能源格局。电催化水分解是一种可用于大规模高效生产高纯度氢气的可持续和环保的技术。该技术的工业化需要我们不断地提高两个电极上的析氢反应(HER)和析氧反应(OER)的反应动力学。此外,催化剂催化活性和结构稳定性的持续优化对于该技术的实际实施同样关键。因此,合适的催化剂的选取是影响电催化水分解的关键因素之一。二维(2D)纳米材料由于其独特的物理化学性质和丰富的活性位点成为了电解水领域的热点。此外,2D材料独特的物理化学特性能与外加物理场之间高度契合,可以产生一些独特的效果来增强电催化性能。因此,近些年,外加物理场在辅助改善HER和OER方面的作用和机制越来越受到关注。外加物理场,如电场,磁场,应变,光,温度和超声波,可以应用于催化剂合成和电催化过程。本文首先总结了物理场辅助电解水催化剂合成的研究。随后,根据外场在电催化过程中作用机制的不同,对外场辅助HER和OER的研究进行了分类。最后,本文指出了本领域快速发展所面临的主要挑战和前景。

改性凹凸棒土的孔结构与吸放湿性能研究

针对机械式湿度调节能耗过高的问题,利用热改性、酸改性、碱改性,以及无机盐改性4种改性方式,对天然多孔矿物凹凸棒土进行改性,制备具有高效吸放湿性能的材料,用于被动调节室内湿度,从而实现建筑节能;通过XRD、SEM和BET等方法表征分析改性前、后凹凸棒土的物相与微观形貌,对比测试改性前、后样品的吸、放湿效率,系统探究不同改性方式对凹凸棒土吸放湿性能的影响。结果表明:700℃热改性有利于熔融凹凸棒土表面的针状晶体,形成更丰富的孔隙结构;浓度1 mol/L盐酸酸浸处理有利于去除杂质,增加微孔数量;在相对湿度33%~98%的环境下,相较于原矿,热改性和酸改性样品的120 h吸湿率分别提高了41.14%和35.32%,酸改性样品的放湿率提高了34.54%。

石墨烯/Al复合材料的显微组织和物理性能研究

铝基复合材料具有重量轻、高耐蚀性、热膨胀系数低、导电导热性能优异和加工性能优良等优点而成为当前轻金属基复合材料研究的主流,其中,石墨烯/Al复合材料是目前研究的热点方向。为了研究石墨烯含量对石墨烯/Al复合材料物理性能的影响,本文采用了冷压烧结法制备了石墨烯质量分数为0%(纯铝)、0.3%、0.6%和0.9%的石墨烯/Al复合材料,采用光学显微镜、扫描电子显微镜及其自带的能谱仪分析石墨烯/Al复合材料的微观形貌及化学成分,采用高精度固体密度仪、显微硬度计、高温DSC分析仪和激光导热系数测量仪测试分析石墨烯/Al复合材料的密度、硬度、比热容、热扩散系数和导热系数,对比分析了不同石墨烯含量对石墨烯/Al复合材料性能的影响机制。结果表明,石墨烯/Al复合材料中石墨烯均匀的分布在铝基体中,石墨烯的添加能够使基体产生明显的晶粒细化,当石墨烯含量超过0.6%时,在复合材料中出现石墨烯的团聚现象。随着石墨烯含量的增加,复合材料的密度和致密度逐渐减小,硬度值呈现先增大后减小的趋势,比热容逐渐降低,热扩散系数先增大后略微减小,导热系数缓慢上升。

TEPA改性膨胀蛭石复合材料的制备及其CO_(2)吸附性能研究

工业化进程中排放的二氧化碳加剧了温室效应,对全球气候环境产生了严重影响。目前,液胺吸收CO_(2)是最成熟的碳捕获技术,其具备高吸收容量、快吸收速率和简单再生过程等优点。然而,该技术仍存在着许多缺陷,如设备腐蚀、再生能耗高、环境污染等。针对上述问题,提出一种将四亚乙基五胺(TEPA)负载到膨胀蛭石夹层中制备新型载胺复合材料(EV-TEPA)以吸附CO_(2)的方法,并重点探讨了不同TEPA负载量和温度对CO_(2)吸附性能的影响。结果表明,高温煅烧后的膨胀蛭石(EV)具备优越的分层孔隙结构,其对胺的负载量远大于蛭石原矿(RV)。EV-TEPA吸附剂在75℃时吸附容量最高,为1.24 mmol/g,并且在经历8个循环后吸附容量仅衰减8.87%,表现出良好的循环稳定性。此研究探索了一种经济高效捕获CO_(2)的新型复合材料,为工业应用中CO_(2)吸附剂选择提供了一个参考方案。

轻质磁性镓铟液态金属复合材料的制备及其性能研究

通过机械混合的方式将共晶镓铟合金(EGaIn)、空心玻璃微珠、磁性纳米铁粉颗粒混合制备出一种轻质且具有一定磁性特征的复合材料。实验测试证明其具有低密度(最低可达液态金属的24.3%)、刚度变异性,饱和磁化强度能够达到34.44 emu/g,剩余磁化强度达0.033 emu/g,使得液态金属复合材料更易在垂直结构上进行几何变化与空间变化,强化了液态金属在立体空间的可控性,以满足更多应用领域的需求,更可以在一定程度上促进液态金属在流体学、电磁学甚至是在航空航天领域的进一步发展。

氧化石墨烯电子结构和光学性能的DFT研究

为了研究不同位置O原子对氧化石墨烯(GO)性能的影响,基于密度泛函理论(DFT),模拟计算了3种氧原子吸附位对GO的电子结构和光学性质的影响。结果表明,在加入O原子之后,石墨烯的电子性质主要受O原子2p轨道的影响,3种不同吸附位置O原子的氧化石墨烯的光学性质也有差别,O原子吸附于石墨烯C—C键上的GO在波长为300~600 nm可见光表现出良好的光吸收性能,O原子吸附于碳六元环空位及石墨烯边缘的GO在可见光波长大于600 nm至近红外范围的光吸收性能更好。

Nb元素对铜-金刚石复合材料界面改性的研究

采用粉末冶金法制备铜/金刚石复合材料,研究不同含量活性元素Nb对铜界面改性的影响机制以及对铜/金刚石复合材料的热导率的影响,利用XRD、SEM、EDS和导热系数测定仪分析复合材料的界面和热导率。结果表明,随着Nb含量的添加,能够在烧结过程中形成碳化物界面层,铜和金刚石界面缺陷逐渐减少,界面结合逐渐转好。在1%的含量时,复合材料的热导率达到370.3 W/(m·K),相比纯铜/金刚石复合材料提高1.34倍,但当含量超过1 vol.%,碳化铌中间层变厚,由于碳化铌自身热导率较低,导致复合材料的热导率降低。

碱土金属羟基锡酸盐及衍生物光催化研究进展

光催化技术因利用可再生太阳能,具有清洁节能的特点而被认为是解决能源和环境问题的理想途径。然而,氧化物半导体光催化剂的性能受到了光吸收、光生载流子分离以及稳定性问题的严重阻碍。钙钛矿结构羟基锡酸盐富含表面羟基,为促进强氧化性物种羟基自由基产生并维持稳定性提供了有利条件。其中的碱土金属羟基锡酸盐及其衍生物因其低成本、低毒性以及强催化氧化能力逐渐引起了关注。文章全面综述了碱土金属羟基锡酸盐及其衍生物在光催化领域的研究进展,并对其未来的发展趋势进行了展望。Photocatalytic technology is considered as an ideal way to solve energy and environmental issues due to its clean and energy-saving features by utilizing renewable solar energy. However, the performance of oxide semiconductor photocatalysts is severely hindered by light absorption, photogenerated carrier separation, and stability problems. Perovskite hydroxystannates possess abundant surface hydroxyl groups, which provide favorable conditions for promoting the generation of hydroxyl radicals of strongly oxidizing species and maintaining stability. Among them, the alkaline earth metal hydroxystannates and their derivatives have gradually garnered attention owing to their cost-effectiveness, low toxicity, and strong catalytic oxidation ability. This paper provides a comprehensive review on recent advancements in alkaline earth metal hydroxystannates and their derivatives in the field of photocatalysis, and provides insights into their future development prospect.

零维有机-无机杂化金属卤化物的溶液合成、光物理性质及光电应用

零维(0D)有机-无机杂化金属卤化物作为一种重要的功能材料,由于其优异的发光特性,在照明、显示和X射线闪烁体等领域得到了广泛的关注。在0D有机-无机杂化金属卤化物中,金属卤化物多面体阴离子被有机阳离子包围并完全孤立,形成独特的“主-客体”结构。因此,0D有机-无机杂化金属卤化物通常表现出单个金属卤化物多面体的固有特性。然而,0D有机-无机杂化金属卤化物作为一种新兴的发光材料,除了包含显著的空间限域特征,其还有可调的微观相互作用,因此不同的成分对它们的发光物理机制具有显著的影响。基于此,本文首先介绍了0D有机-无机杂化金属卤化物的溶液合成方法、晶体结构特征和发光物理机制;然后详细分析了0D有机-无机杂化金属卤化物发光物理机制的调控以及光电方面的应用;最后,对0D有机-无机杂化金属卤化物的未来应用和研究进行了总结和展望。

液态金属的多功能化

液态金属是在室温或常温下处于液态的金属,又被称为低熔点金属。由于具有优越的导热、导电、润滑等性能,液态金属被应用在散热器、电池、3D打印、柔性机器人、磁流体发电、电磁屏蔽和生物医疗等领域,有着广阔的应用前景。各种新型多样的研究不断涌现。液态金属基塑料、合金等复合材料的问世也进一步推动了液态金属的发展。但是,液态金属的应用发展也面临瓶颈问题:腐蚀其他金属、密度大、质量大、原料储备种类数量过少等。本文综述了液态金属的多功能化的研究进展,并对液态金属的研究方向及应用前景进行了展望。

微波强化电解溶出电路板金属及机理研究

针对废旧印刷电路板(WPCBs)中金属浸出时间长、浸出率低的问题,利用微波的高穿透性、可选择性加热、热惯性小和非电离性等特点,将微波和电化学相结合,利用微波强化氯气浸出WPCBs中的金属。结果表明:在微波功率500 W、电解浸出时间100 min的条件下,以泡沫为承载介质时WPCBs样品的质量损失率为63.49%,Cu的浸出率为83.50%;微波功率及电解时间的增加均有利于提高铜的浸出率。以量热法、升温法、介电常数等测试方法揭示纯金属粉末及WPCBs物料的微波损耗特性及微波强化浸出机理,测试结果表明:WPCBs中的金属在微波场中通过磁损耗被加热,WPCBs中金属吸收微波能量后其温度高于溶液温度,金属表面具有高能高温,容易与溶解的浸出剂和Cl2反应溶出,金属表面短暂高温与溶液形成明显的温度差,对溶液形成热扰动,促进溶液中浸出试剂迁移,促进反应的进行,最终起到微波强化浸出效果,在较短的电解时间和较低的酸性浓度下,提高了金属的浸出率。研究结果为WPCBs金属资源回收提供一种新的微波电化学浸出回收途径。

原料配比对Al-Ti-Sc中间合金结构及化学成分的影响

在NaCl-KCl-Na3AlF6氟氯混合熔盐体系中,用铝热还原金属氧化物法进行Al-Ti-Sc中间合金的制备。研究不同原料配比对Al-Ti-Sc中间合金化学成分、合金元素利用率、物相结构和微观形貌的影响。结果表明:加入适量TiO2会提高中间合金中Sc的浓度及利用率;适量增加Ti后可获得与α-Al基体相晶格常数更匹配的立方晶系的Al3(Sc,Ti)粒子,达到细化晶粒的效果。不同Ti浓度的Al-Ti-Sc中间合金微观形貌及成分有很大不同,随中间合金中Ti浓度的增加,第二相粒子由方形逐渐向十字架形转变,且Al3(Sc,Ti)粒子中Ti原子占比也逐渐增加,有四方晶系的Al3Ti新相生成。

蔗渣灰基修补砂浆的经济性能环境影响的综合评价研究

为了开发用于复杂服役环境下混凝土受损结构的低碳修补砂浆,研究了不同掺量的蔗渣灰对修补砂浆的力学性能和抗氯盐侵蚀性的影响规律,对不同配比蔗渣灰修补砂浆的单位强度经济成本、单位强度碳排放、单位服役寿命碳排放3项指标进行分析,基于灰色聚类评估法对蔗渣灰修补砂浆的经济、性能和环境的影响程度进行评价。结果表明:考虑蔗渣灰修补砂浆处于潮汐浪溅区且保护层厚度为80 mm时,蔗渣灰掺量质量分数为15%的BA15蔗渣灰砂浆的服役寿命增长最大为213 a,相较于普通砂浆的103 a提高了106.7%,并且BA15蔗渣灰砂浆表现出最优异的经济成本和环境指标,在长期服役条件下的环境影响具有明显优势,相较于普通砂浆,其单位强度经济成本降低了18.8%,单位强度碳排放量降低了22.4%,单位服役寿命碳排放量降低了142.7%。基于灰色聚类评估法可知,蔗渣灰砂浆单位服役寿命碳排放的组合权重最大,通过提高蔗渣灰修补砂浆的服役寿命可以最大程度减轻砂浆碳排放造成的环境影响。建立了蔗渣灰基修补砂浆的综合评价模型,BA15蔗渣灰砂浆的综合评价指数K s最大为8.57,表现出最优异的综合评价。应控制蔗渣灰掺量质量分数在20%内才能使蔗渣灰修补砂浆的经济性能环境综合评价优于普通砂浆。

石墨烯及其衍生物改性沥青的研究进展

石墨烯及其衍生物等新型纳米碳材料,因其优异的力学性能、巨大的比表面积和良好的导电导热性能等性质,作为纳米改性剂在沥青领域得到了重点关注,可显著提高改性沥青的高低温性能以及抗疲劳性能,有望解决传统改性沥青耐久性差的问题。本文系统总结了石墨烯及其衍生物改性沥青的最新研究进展,从石墨烯结构和表面特性的角度重点评述了石墨烯含量、层数、孔缺陷、表面化学态对沥青改性效果的影响及改性机理,同时介绍了石墨烯改性沥青的实际工程应用情况。最后针对石墨烯改性沥青性能与两者之间的相容性的依赖关系,提出了利用孔缺陷和元素掺杂石墨烯促进石墨烯在沥青中的分散及相容性的研究新策略。

腐蚀产物中Zn_(5)(OH)_(8)Cl_(2)对纯Zn腐蚀行为的影响

目的探究纯Zn腐蚀产物中碱式氯化锌(Zn_(5)(OH)_(8)Cl_(2),ZHC)对其腐蚀防护性能的影响以及腐蚀防护机理。方法通过原位生长法在纯Zn表面制备一层ZHC膜。通过X射线光电子能谱仪(XPS)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS),分析了样品的物相组成和微观形貌。通过电化学阻抗谱(EIS)和动电位极化曲线(Tafel),评估了ZHC膜对纯Zn腐蚀防护性能的影响。结果纯Zn表面先形成了一层致密细小的ZHC纳米片,铺满整个纯Zn表面后,在第一层ZHC上形成第二层较大尺寸的ZHC纳米片。预制备的ZHC膜可以使纯Zn的腐蚀电流密度从78.23μA/cm^(2)降低到2.08μA/cm^(2),腐蚀电位从‒1.050V(vs.SCE)提升到‒0.998V(vs.SCE),并且随着ZHC制备时间的增加,阴极斜率(βc)逐渐增大,这表明ZHC可以有效阻碍电荷转移,抑制阴极的氧还原,减缓纯Zn的腐蚀速率,对Zn基体的腐蚀起到防护作用。在浸泡腐蚀过程中,ZHC可以抑制HZ的生成,减少絮状腐蚀产物的生成。在短期浸泡过程中,纯Zn的阻抗值随着预制备ZHC的增加而逐渐增大,这是因为生成的腐蚀产物填补ZHC纳米片的空隙,使腐蚀产物膜致密,ZHC膜对Zn基体能起到较好的防护作用。在长期浸泡过程中,ZHC/Zn的阻抗值下降,这是因为ZHC膜破裂,提供了新的腐蚀通道,导致ZHC膜对纯Zn的防护作用下降。结论ZHC膜可以减缓纯Zn的腐蚀速率。对比纯Zn和ZHC/Zn在浸泡过程中的腐蚀行为可知,在短期浸泡过程中,随着预制备ZHC的增加,对纯Zn的防护性能逐渐提高;在长期浸泡腐蚀过程中,ZHC膜对纯Zn腐蚀的防护作用逐渐下降。

基于颗粒特性调控的蔗渣灰砂浆抗压强度多因素模型

研究了乙二醇、三乙醇胺及聚羧酸减水剂等助磨剂对蔗渣灰(SCBA)颗粒特性的影响,揭示了蔗渣灰颗粒特性对砂浆微观结构的作用机理,分析了蔗渣灰颗粒特性与砂浆强度的相关性,同时基于水胶比、蔗渣灰掺量及颗粒特性与砂浆抗压强度的相关关系,建立了基于颗粒特性调控的蔗渣灰砂浆抗压强度多因素模型.结果表明:掺入0.08%三乙醇胺能最大程度地优化蔗渣灰颗粒特性;当蔗渣灰粒径D≤3μm的颗粒含量过多时,其比表面积过大,蔗渣灰对砂浆强度造成了负面影响,可增多3μm<D≤32μm的颗粒含量以及降低D≤3μm和D>32μm的颗粒含量来提升蔗渣灰砂浆的强度.

杂质镓对纯铝表面锆钛转化膜的组织及耐腐蚀性能的影响

目的探究杂质镓对纯铝锆钛转化膜的生长规律和防护性能的影响。方法采用扫描电化学显微镜(SECM)技术表征了含镓纯铝表面锆钛转化膜在3.5%(质量分数)NaCl溶液中局部腐蚀的演变过程,结合X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)等技术分析了镓对纯铝锆钛转化膜的组织及成分的影响规律,采用开路电位法(OCP)、电化学阻抗技术(EIS)以及极化曲线(Tafel)等探究了杂质镓对纯铝表面转化膜的生长和耐腐蚀性能的影响规律。结果锆钛转化膜主要由冰晶石Na3AlF6、氧化物(如TiO_(2)、ZrO_(2)、Al_(2)O_(3))和有机金属络合物组成;杂质镓的添加会抑制铝表面转化膜的生长,破坏膜层的完整性。随镓含量(质量分数)从0%增大到0.5%,锆钛转化膜阻抗值从4.75×10^(4)Ω·cm^(2)不断减小到2.49×10^(3)Ω·cm^(2),自腐蚀电流密度由0.45μA增加到13.4μA,腐蚀电位从-0.485 V降低到-0.890 V,耐腐蚀性能逐渐降低。在锆钛转换膜的SECM微区腐蚀演变过程中,膜层自修复行为会降低膜层的被腐蚀倾向,但富集在表面的镓会抑制自修复膜层的形成,导致基体被严重腐蚀。结论铝中的杂质镓能够直接影响锆钛膜的完整性,降低对铝基体的保护,导致了铝基体局部腐蚀溶解的发生。