NiCuCoMn电极材料的制备及其储锂性能研究

采用熔炼甩带和化学脱合金相结合的方法制备纳米多孔NiCuCoMn过渡金属氧化物(NiCuCoMn@TMOs),并通过热处理进一步制备R-NiCuCoMn@TMOs。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等测试对材料进行结构表征并对其进行电化学性能测试。作为锂离子电池负极材料,R-NiCuCoMn@TMOs在0.1 A/g的电流密度下,经过200次循环后具有394.9 mAh/g的高比容量,并且表现出97.53%的优异容量保持率。与热处理前相比,热处理后的材料具有更丰富的氧空位、更低的电荷转移电阻(38Ω)和更优异的倍率性能(在2 A/g的电流密度下,比容量为141.1 mAh/g)。其独特的纳米多孔结构提供了丰富的反应活性位点;不同半径、价态和反应电位的多种金属阳离子的协同效应使得该材料有很好的体积容忍度以适应脱嵌锂过程中的体积变化,表现出优异的电化学性能。此外,该电极材料原料储量丰富,价格低廉,易于实现批量化制备。该工作为设计多组元过渡金属氧化物负极材料提供了新的思路。

基于电流多特征融合的窄间隙P-GMAW摆动电弧传感焊缝跟踪方法

电弧传感是实现窄间隙焊接焊缝跟踪的主要方式之一。针对电弧传感稳定性差、可靠性低的问题,提出融合摆动周期内电流信息的多个统计学特征进行偏差提取的方法,克服单一数据特征容易受到电弧稳定性影响、导致传感精度下降的问题。首先,提取电流信号的多个时域特征,计算特征矩阵与偏差矢量相关性;然后,取相关性高的特征用主成分分析的方法进行融合,取前两个主成分作为观测数据;最后,基于多分类的支持向量机模型对其进行分类试验。试验结果表明最大误差为0.2 mm,0.1 mm以内的误差占93.75%。该方法对比传统方法精度有所提升,对比神经网络方法,所用训练样本少,训练过程更加简单。

改性铜集流体应用于锂离子电池研究进展

随着社会发展和科技进步,能源的过度消耗引发资源和环境问题。近年来,电动汽车等新能源领域的蓬勃发展,促进了电化学储能技术的开发应用。锂离子电池(LIBs)被认为是目前最可靠的先进可充电储能器件之一。在LIBs中,集流体发挥着至关重要的作用,它连接着LIBs内外电子通路,是活性电极材料的支撑基底。目前,商业铜箔作为集流体已经无法满足人们对高性能储能器件的性能要求。因此,对LIBs铜集流体进行改性,是一种解决其性能不足和部分电池缺陷问题的可行方法。由于碳基材料具有高导电性和高机械强度等优点,与铜材料能够实现良好结合和性能过渡,被认为是最契合的优秀改性材料。本文介绍了LIBs中存在的常见问题,针对这些问题,系统总结了近年来铜集流体改性方法,主要包括碳基材料改性以及铜集流体表面改性和结构改性。对于铜集流体碳基材料改性,总结了近年来众多突出成果,包括应用于改性过程中的不同碳纳米材料及其制备过程,以及影响碳纳米材料改性铜基集流体性能的诸多因素。最后对铜集流体在LIBs中的应用和发展趋势进行了展望。

GR@Ni复合电极的制备及电化学性能研究

采用非溶剂致相分离法(NIPS)、高温烧结和化学气相沉积法(CVD)相结合的方法制备了石墨烯/多孔镍复合电极(3DPNGNs),明确了烧结温度和C_(2)H_(2)气流量对电极性能的影响。镍膜生坯经850℃烧结后,C_(2)H_(2)气流量为2 mL/min时,催化生长出石墨烯能均匀包覆在多孔镍膜上。结果表明,3DPNGNs作为钠离子电池负极材料展现了良好的电化学性能,在100 mA/g的电流密度下,循环100次后可逆比容量可达260 mA/g,循环500次后,其比容量保持率仍可达84%。当电流密度增大到1 A/g时,循环500次,比容量可达150 mA/g。

医用镁合金体内降解行为与表面改性研究进展

医用镁合金具有良好的生物相容性、优异的综合力学性能以及独特的可降解性,是人体非重要承力部位的理想植入材料,但是过快的降解限制了其临床应用。探索更加适合镁合金的植入部位并通过表面改性技术使其降解速率与组织修复过程达到同步是突破临床应用瓶颈的关键。近年来,国内外研究人员研究了体内不同植入环境中镁合金的腐蚀降解机理,利用适当的表面改性技术从涂层成分设计与组织优化角度对医用镁合金的降解行为进行了调控。本文分析了腐蚀介质种类、成分、浓度、流动状态等生理环境对医用镁合金降解行为的影响机制,总结了医用镁合金在骨科、心血管科、消化内科、泌尿外科等植入环境中降解行为的差异,综述了金属涂层、无机非金属涂层、有机高分子涂层、生物功能涂层、复合涂层调控医用镁合金降解行为的研究进展,展望了基于人体特定植入部位开发生物功能性涂层的研究思路,为促进镁合金植入器械的临床应用提供参考。

电子背散射衍射技术在X80管线钢环焊缝塑性应变表征中的应用

X80油气管道服役过程中的轴向应力(或应变)是导致管道失效的重要因素。轴向应力作用下,弱匹配环焊接头引入的过量塑性变形将导致焊缝处强度破坏或脆化失效。为了探究服役后的X80高钢级管道及环焊缝的微小轴向塑性变形,研究尝试使用电子背散射衍射技术(EBSD)对管线钢进行残余塑性应变进行表征。结果表明:以X80管线钢单轴拉伸和四点弯曲样品为试验对象,筛选并验证了X80母材的核平均取向差(KAM)与微小应变呈线性正相关;利用EBSD分析沿壁厚方向的环焊缝细晶区KAM分布情况,发现靠近盖面焊和打底焊处的KAM与塑性应变有较好的对应关系;在对脆性失效环焊缝细晶区的分析中发现,沿壁厚方向的KAM显著高于同位置的未服役环焊缝,该结果证实了X80环焊缝在脆性断裂前曾经历了一定量的塑性变形,有研究表明这种塑性变形的累积对环焊缝的韧性将造成不利影响。

用于多孔质气体轴承的石墨烯/青铜复合材料的原位制备

多孔质材料相对于小孔节流形式的气体轴承材料有可发挥较大承载力和小加工误差等优势。为了满足气体轴承多孔质及高性能的需求,本工作通过粉末冶金和化学气相沉积相结合的方法在三维多孔青铜上原位生长石墨烯,制备出具备特定气体渗透率的耐磨性能优良的石墨烯/青铜基多孔复合材料。结果表明青铜表面原位生长获得了大面积连续石墨烯,这种二维平面结构实现了其与青铜基体良好的界面结合。相较于多孔青铜,石墨烯/青铜基多孔复合材料摩擦系数与磨损量分别降低了28%和30.4%,该复合材料的研究有望为高性能多孔质气体轴承的研制提供一种新方法。

冷轧对原位生长三维石墨烯/铜基复合材料性能的影响

石墨烯增强铜基复合材料具有高强度和高导电性等优点,在新型高导铜基复合材料中很受关注。为了进一步解决外加石墨烯增强体的团聚问题以及改善其与基体之间的结合情况,本工作采用乙炔作为碳源在多孔铜基体上原位沉积生长大面积三维连续薄层石墨烯,并采用二次冷轧、退火的工艺最终得到综合性能优良的石墨烯/铜基复合材料。研究结果表明,随着轧制次数的增加,石墨烯增强铜基复合材料的致密度得到进一步提高,因此电导率能够接近纯铜,且抗拉强度相比之下能提高49.5%。该方法所制备的石墨烯质量优良并且在轧制后保持与基体之间的良好结合,高致密度的复合材料导电性能与力学性能也可根据制备过程工艺参数进行控制,为石墨烯/铜基复合材料的制备提供了新的加工思路。

ER50-G焊丝用盘条粗拉拔断裂原因分析

通过对ER50-G焊丝用盘条及拉拔断裂样品进行化学成分和抗拉强度测试,以及金相组织、非金属夹杂物能谱检验分析,找到了焊丝断裂的主要原因。分析结果表明:ER50-G盘条内出现大量硬质不易变形的贝氏体组织及大块夹杂物,影响了焊丝拉拔过程中的铁素体及珠光体组织的变形,导致拉拔后的焊丝出现强烈的加工硬化现象,并在焊丝内的硬质脆性相部位出现断裂。

无缝管材质量问题形成原因分析及改进

针对无缝钢管常见的质量问题,利用显微镜、扫描电子显微镜及能谱仪等实验手段对无缝钢管外壁表面折叠、内壁鼓包、裂纹缺陷及探伤不合格等缺陷进行系统性检测分析。通过宏观及微观检测,总结出管材质量问题的形成原因包括管坯原始缺陷及轧制工艺不当,提出了防止及改进措施,提高了管材质量。

线材产品常见质量问题分析及控制

针对天钢集团的线材产品发生的非金属夹杂物导致拉伸断裂、表面缺陷导致断裂、心部成分偏析导致断裂、轧制工艺导致异常组织、连铸坯缺陷导致失效等内在和表面质量问题,进行了横向比较剖析,总结出问题根源,解决了质量问题。

多孔钛/TiO_2纳米管复合薄膜制备及其电化学性能

目的制备高比容量多孔钛/TiO_2纳米管三维自支撑一体化复合电极材料。方法采用非溶剂致相分离法与高温烧结相结合的方法制备出孔径小、空间利用率高的三维多孔钛平板膜,然后经阳极氧化法在其表面生长TiO_2纳米管,从而制备出多孔钛/TiO_2纳米管复合薄膜电极。结果以3μm粒径钛粉为原料,N-甲基-2-吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈为添加剂制备钛膜生坯,经刮膜成型后,在氩气保护下经1000℃烧结,得到孔径约为2～6μm的多孔钛平板膜。采用阳极氧化法在多孔钛平板膜上直接生长TiO_2纳米管,制得多孔钛/TiO_2纳米管复合薄膜电极。该复合薄膜电极在超级电容器中具有良好的电化学性能,其在2m A/cm2电流密度下,比电容为385.34m F/cm2,即使电流密度增加到10m A/cm2,比电容仍能保持在125.14m F/cm2。结论相较于TiO_2纳米颗粒,采用此方法制备的多孔钛/TiO_2纳米管复合薄膜电极具有良好的电化学性能,可为下一代储能器件提供新的思路。

高长径比银纳米线合成过程中聚乙烯吡咯烷酮的影响机制研究

利用乙二醇还原法合成银纳米线。研究了表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮的浓度、添加时间、滴加速度对产物形貌及银纳米线长径比的影响。结果表明,聚乙烯吡咯烷酮的添加细节影响了其对银纳米晶的包覆程度,从而影响了银纳米线的生成。优化实验参数为加入硝酸银14min后添加聚乙烯吡咯烷酮(浓度0.15mol/L,滴加速率15μL/s)。在此参数下可得到大量长径比200以上的银纳米线,以此银纳米线制备的电极,透光率达到70%以上,方块电阻为50.7Ω/cm2。

化学气相沉积法制备原位生长三维石墨烯/铜基复合材料

本研究通过脱合金化和化学气相沉积相结合的方法,以纳米多孔铜为基底,制备了三维石墨烯/铜基复合材料。该复合材料电导率在93.5%IACS的情况下,硬度和抗拉强度分别达到55.2 HV和330 MPa。相较于一般的铜基复合材料,原位合成制备的石墨烯不仅可在多孔铜基体内三维连续分布铺展生长,而且高质量生长并且均匀分散的薄层石墨烯对复合材料的物理与机械性能增强起到重要作用。为石墨烯/金属基复合材料研究提供了新思路。

自支撑三维多孔Cu@SnO2膜电极的制备及储锂性能

针对传统电极制备中纳米活性材料负载量低的问题,采用非溶剂致相分离法和还原/烧结工艺继承高分子膜的三维多孔结构获得高负载自支撑三维多孔Cu@SnO 2(3DCu@SnO 2)膜电极。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和电化学工作站对自支撑膜电极的形貌、结构和电化学性能进行表征,明确了材料比例和烧结温度对自支撑膜电极结构和性能的影响。结果表明:铜粉含量60%(质量分数,下同)且经600℃烧结的膜电极拥有三维双连通多孔结构,SnO 2负载量高达30%。在100 mA·g-1的电流密度下,可逆比容量可达715 mAh·g-1,循环50次后,仍可保持在433.9 mAh·g-1,电流密度增大到600 mA·g-1,其比容量保持率可达72%。与传统涂布电极相比3DCu@SnO 2膜电极的电阻降低了70%。

赝电容器用纳米多孔电极的制备与性能优化

为了获得导电性能好、氧化物与基底有效结合的高比容量电容器电极材料,采用去合金化法制备纳米多孔NiCoMn金属电极,经极化处理,在表面原位合成金属氧化物,有效提高赝电容器储能特性,其中母合金的轧制工艺和电极整体厚度是影响电极电化学性能的关键因素。本实验控制下轧量为30%、40%、50%和60%,对合金的微观结构和电化学性能进行表征。结果表明:当下轧量为30%时,其晶粒较小且因应力引起的微裂纹较少,体积比容量可达到606 F/cm^3(电流密度1 A/cm^3),表现出优异的电化学性能;实验中优选下轧量为30%,得到厚度分别为50、60、70和80μm的合金箔,制备的电极材料的电化学性能差别较明显。其中厚度为60μm的电极表现出最高的容量为671 F/cm^3。即使电流密度由1 A/cm^3增加至10 A/cm^3时,仍能保持470 F/cm^3的容量,展现出优良的倍率性能。实验结果表明,高比容量电极材料制备工艺的最佳参数是30%下轧量和60μm材料厚度。

12Cr1MoV钢蒸汽管环焊缝开裂原因分析

某12Cr1MoV蒸汽管道对接接头在520℃运行90000 h后发生泄漏。通过宏观观察、金相观察、扫描电镜观察、能谱分析等方法对断口进行分析,发现在焊缝一侧3~9点钟位置存在沿环向分布的裂纹。宏观上断口面无塑性变形,且完整复制了焊缝熔合形貌,裂纹面覆盖了致密的高温氧化物;微观上裂纹开裂位于焊接热影响区的细晶区和临界晶区,同时主裂纹附近可见沿晶界分布的微裂纹和蠕变孔洞,由此判断该环缝发生了Ⅳ型蠕变开裂。失效现场同时还发现管系存在一定的位移,结合环向仅有180°开裂的现象,判断管系服役期间在环缝位置可能存在异常弯矩,这是导致环缝发生早期Ⅳ型蠕变开裂的主要驱动力。

MnO_(2)掺杂改性及其复合材料作为超级电容器电极的研究进展

超级电容器作为介于二次电池和电容器之间的新型储能器件,日益受到广泛关注。而电极材料是制备高性能超级电容器的关键。MnO_(2)是一种理论比电容较高的半导体材料,因导电性差等严重影响了其作为超级电容器电极的电化学性能,目前最好的解决方案是对MnO_(2)进行掺杂改性以制备纳米复合材料电极。本文重点综述了MnO_(2)复合电极材料的研究现状及提高其电化学性能的设计与合成方案,并总结了MnO_(2)基电极材料未来的发展方向。

加入增韧材料提高TiO2复合纳米电极的力学和电化学性能

为了改善传统钛复合薄膜电极力学性能较差的问题,制备了力学性能优异并且具有高比容量的多孔钛连续复合增韧薄膜并将其作为锂电池的负极材料。通过非溶剂置相分离法与高温烧结相结合的方法制备出力学性能优异、空间利用率高的多孔钛复合增韧平板膜然后选择了最佳阳极氧化条件对其进行表面修饰,生长TiO2纳米管,最后经过退火处理得到多孔钛连续复合增韧薄膜电极。实验以3μm粒径钛粉和钛丝直径100μm、厚度100μm的钛网为原料,N-甲基-2-吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈为添加剂制备多孔钛复合增韧平板膜生坯,将生坯在氩气保护下经1000℃烧结,得到孔径为2~8μm的多孔钛复合增韧平板膜。采用阳极氧化法在多孔钛复合增韧平板膜和钛网上直接生长TiO2纳米管,制得多孔钛连续复合增韧薄膜电极。该复合薄膜电极作为锂电池的负极材料具有良好的电化学性能,其在100μA/cm^2电流密度下,比容量可以稳定在1250μAh/cm^2左右,即使电流密度增加到500μA/cm^2,比容量仍能保持在950μAh/cm^2。这种经过增韧处理的钛复合增韧薄膜电极的力学性能相比单一的TiO2薄膜电极得到巨大提升,进一步提高了电极在反应过程中的结构稳定性,同时新的三维多孔骨架结构与无增韧材料钛网的多孔钛薄膜电极相比容量提高20%~30%。本工作通过以同材料作为增韧材料制备复合薄膜增韧电极的方法,不仅改善了TiO2薄膜电极力学性能差的问题,还进一步提高了其比容量和循环稳定性,为TiO2复合材料作为锂电池负电极材料提供了新思路。

原位合成铜@石墨烯复合材料的研究进展

具有二维结构的石墨烯同时兼具优良的力学性能和独特的电学特性,成为改善铜基复合材料的新型增强体;然而,如何实现石墨烯均匀分散并获得与铜基体良好的界面结合是提高铜基复合材料综合性能的关键。研究发现,采用原位合成工艺可实现石墨烯与铜基体以范德华力紧密结合,避免石墨烯团聚或分散不均带来的缺陷。这种有效的结合方式不仅提供了新的界面电子传输通道,而且可以有效提高复合材料的机械性能。本文主要探讨了新型石墨烯增强铜基复合材料的研究现状,综合对比了多种原位合成制备方法及材料性能,并就目前原位合成工艺存在的优缺点进行了比较和提出前瞻性建议,为实现Cu@石墨烯复合材料在各领域中的应用提供新的思路。