水系锌离子电池二氧化锰正极改性研究进展

水系锌离子电池(AZIBs)MnO_(2)正极材料由于具有较高的工作电压和低制造成本等特点而备受关注,MnO_(2)正极固有的导电性差和充放电过程中结构坍塌等问题,导致其比容量较低和循环稳定性较差,严重制约了AZIBs的发展。本文通过调研相关文献,综述了提高MnO_(2)正极材料电导率和循环稳定性的策略,重点介绍了MnO_(2)结构调控、纳米工程、掺杂改性和与高导材料复合等改性策略。通过分析不同晶体结构的MnO_(2)正极材料的电化学性能,建立了MnO_(2)晶体结构与电池比容量之间的构效关系。详细分析了不同的合成手段对MnO_(2)纳米形貌及电池比容量的影响,为不同形貌的MnO_(2)制备提供了指导。同时分析了元素体相掺杂以及高导电碳基材料的添加对MnO_(2)电导率和循环稳定性的影响规律。最后对高性能AZIBs用MnO_(2)正极材料的发展进行了展望,不同的改善策略可以混合使用,并起到协同作用。

固体废弃物制备多级孔沸石陶粒及吸附性能研究

以粉煤灰为主要原料,采用烧结活化-水热合成的工艺路线制备了装载有P型沸石的陶粒。采用XRD、SEM研究了合成条件对沸石化陶粒物相转变以及微观结构的影响。用多种动力学模型和等温吸附模型对陶粒的吸附过程进行了描述。结果表明,合成的最佳制备条件为:Na_(2)SiO_(3)添加量为6%,烧结活化温度1060℃,水热温度160℃,NaOH浓度2 mol/L。此时样品中主要含有P型沸石及少量未反应的莫来石,比表面积由沸石化前的0.277 m^(2)/g增加至16.775 m^(2)/g。陶粒对氨氮的吸附机理以离子交换为主,这也符合沸石的结构特点。由于合成过程简单、绿色,吸附性能显著,对工业应用具有很大的吸引力。

四甲基氢氧化铵改性聚偏氟乙烯一步接枝聚苯乙烯磺酸油水分离膜的制备及性能

利用四甲基氢氧化铵(TMAH)聚偏氟乙烯(PVDF)进行改性,以过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,将苯乙烯磺酸(SSA)接枝到改性的PVDF骨架上,制得聚偏氟乙烯接枝聚苯乙烯磺酸(PSSA-g-PVDF)油水分离膜。研究了TMAH质量分数对PSSA的接枝率和油水分离膜性能的影响,同时采用傅立叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)和视频光学接触角测量仪测试了膜的结构和表面接触角。结果表明,TMAH使PVDF脱去部分氟化氢(HF)产生碳碳双键,硫元素均匀地分布在分离膜中。PSSA的接枝率随着TMAH的质量分数增加而升高,分离膜的水通量随接枝率的升高先增加后降低。当TMAH质量分数为20%,分离膜的接触角在30 s内降低到37.2°,接枝率和水通量分别为22.1%、643.3 L/(m·h),截留率和水通量恢复率分别达到90.6%和93.7%,衰减率为7.1%。循环测试显示膜的水通量恢复率和油水通量恢复率均在90%以上。

TMAH改性PVDF一步接枝PSSA质子交换膜的制备及性能

针对商业化Nafion系列全氟磺酸质子交换膜的甲醇渗透率高的问题,利用四甲基氢氧化铵(TMAH)液相改性聚偏氟乙烯(PVDF),以过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,一步将苯乙烯磺酸(SSA)接枝到改性的PVDF上,制备了用于替代Nafion膜的聚偏氟乙烯接枝聚苯乙烯磺酸(PVDF-g-PSSA)质子交换膜。研究了不同质量分数的TMAH甲醇溶液对PVDF-g-PSSA膜电导率和甲醇渗透率的影响。同时,利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)和能谱扫描电镜(SEM-EDX)分析了膜的结构、形貌及硫元素分布情况。结果表明,TMAH使PVDF脱去部分HF产生碳碳双键且PSSA成功接枝到改性的PVDF骨架上,硫元素在膜内外分布均匀;PVDF-g-PSSA膜的电导率和甲醇渗透率随TMAH在甲醇中质量分数的增多而增大,TMAH质量分数为20%的膜的质子电导率在20℃下达到0.0890S/cm、常温下的甲醇渗透率为5.07×10-7 cm2/s;热重分析(TGA)表明,膜的热稳定性良好,耐热温度高达190℃。该膜作为电解质材料的直接甲醇燃料电池(DMFC)最大功率密度可达到17.085mW/cm2,且工艺简单、成本低,有望在实际中应用。

固体氧化物燃料电池La_(0.7)Sr_(0.3)Fe_(0.9)Ni_(0.1)O_(3-δ)对称电极的电化学性能

采用溶胶凝胶法合成了Sr、Ni共掺杂的La_(0.7)Sr_(0.3)Fe_(0.9)Ni_(0.1)O_(3-δ)(LSFNi)电极材料,研究了CO在LSFNi电极上的电化学氧化过程。研究结果表明:LSFNi与La_(0.8)Sr_(0.2)Fe_(0.8)Ni_(0.2)O_(3-δ)(LSGM)电解质和Gd_(0.2)Ce_(0.8)O_(2-δ)(GDC)之间具有良好的化学兼容性,同时LSFNi材料在5%H_(2)-Ar下的电导率随着温度的升高而增加,850℃时电导率达到0.85 S/cm。当以CO为燃料时,LSFNi-GDC/LSGM/LSFNi-GDC对称全电池在850、800、750和700℃下的最大功率密度分别达到470、288、196和130 mW/cm^(2)。对称全电池在CO下的极化电阻分别为0.64、1.01、1.83和3.82Ω·cm^(2)。与H_(2)燃料相比,CO电化学氧化的电荷转移过程和吸脱附过程较为困难,导致以CO为燃料的电池性能略低于以H_(2)为燃料时的性能。此外,对称电池在850℃和600 mA/cm^(2)的放电电流下电池的电压从0.719 V衰减到0.657 V,电池的衰减速率约为0.003 V/h。

低氮掺杂对含氢类金刚石结构和力学性能的影响

为探讨低氮掺杂对含氢类金刚石组织结构和力学性能的影响.采用非平衡磁控溅射和等离子增强化学气相沉积(PECVD)复合技术,在316不锈钢和硅片上制备碳化钨过渡层和不同掺氮量的含氢类金刚石薄膜(a-C:H(N)).通过拉曼光谱、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电镜(SEM)对薄膜组织结构进行表征,薄膜的硬度和残余应力采用微纳米力学综合测量系统和薄膜应力测量仪进行表征.结果表明随着氮掺杂,薄膜形成碳氮键(CN)且其主要以C=N键形式存在,C=N/CN的比值随着薄膜氮含量增加逐渐下降.同时当掺氮量从0增至0.12 at%时,薄膜I_D/I_G比值迅速下降,sp^2C=C/sp^3C-C比值由0.65降至0.563,而薄膜硬度基本不变,约为20.4 GPa,残余应力则由3.35 Gpa降至1.31 GPa;随着掺氮量进一步增加,sp^2C=C/sp^3C-C比值增加,薄膜硬度迅速下降,残余应力则缓慢降低.可知氮的掺杂对DLC薄膜结构的影响有临界值0.12 at%,当掺氮量低于该值时,氮掺杂促进sp^3杂化的形成,薄膜具有较高的sp^3杂化含量.而随着薄膜含氮量进一步增加,sp^3杂化含量下降.同时当低氮掺杂时,可获得具有较高硬度以及较低残余应力的薄膜.

硬质涂层与钛合金的摩擦磨损性能研究

采用c-ARC+多弧离子镀技术在硬质合金YG8上制备了表面层分别为Ti33Al67N、Ti50Al50N和Cr30Al70lN的涂层,研究了以上涂层与TC4钛合金间的摩擦磨损行为,利用扫描电镜、电子能谱仪、显微硬度仪、划痕仪等对涂层性能及表面形貌、磨痕形貌及成分进行了表征。试验结果表明:与TC4合金摩擦时,硬质涂层最主要的磨损失效是局部撕裂,撕裂破坏程度则由涂抹的钛合金同接触物资形成的粘着节点的强度来决定。低载荷下,表面为高铝含量的Ti33Al67N涂层同TC4合金对磨时表现较佳,优于表面为中铝含量的Ti50Al50N涂层和Cr30Al70N涂层,而在高载荷下,则表面为Cr30Al70N的涂层的耐磨性较佳。

固体氧化物电池Sr_(2-x)Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ)氧电极材料的电化学性能

本文系统研究了Sr缺位对Sr_(2-x)Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ)氧电极材料晶体结构、电导率和电化学性能的影响规律。结果表明Sr缺位导致晶胞体积增大,降低了氧溢出的温度,增强了材料内部晶格氧的活性,Sr_(1.95)Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ)材料具有最大的电导率为38.4 S/cm。Sr缺位提高了材料的氧还原反应活性,800℃时Sr_(2-x)Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ)、Sr_(1.95)Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ)、Sr_(1.9)Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ)对称电池在空气下的极化电阻分别为0.102、0.070和0.096Ω·cm^(2)。燃料电池模式下,阳极支撑的NiO-YSZ(SL)/NiO-YSZ(FL)/YSZ/SDC/Sr_(1.95)Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ)单电池在850、800、750和700℃下的峰值功率密度分别达到1459、953、682和420 mW/cm^(2)。电解池模式下单电池在20%H_(2)O-H_(2)、800℃和1.5 V电压下的电流密度达到-1300 mA/cm^(2)。同时电解池在800℃和-500 mA/cm^(2)条件下稳定运行了100 h,单电池的衰减速率约为0.001 V/h,表现出良好的运行稳定性。

Microstructure evolution of rare earth Pr modified alumina-silicate short fiber-reinforced Al-Si metal matrix composites

Al-Si metal matrix composites (MMCs) reinforced with 20 vol.% alumina-silicate shot fibers (Al2O3-SiO2(sf)) were fabricated by an infiltration squeeze method. Pure Pr metal was added into these composites. The effect of Pr addition on the microstructure evolution of Al-Si MMCs was investigated by SEM,TEM,and EDS. Pr addition is favorable to make uniform microstructures with the modified eutectic Si crystal. PrAlSi phase with high contents of Pr and Si is observed on the interface between the fiber and the matrix. The addition of Pr promotes interface SiO2 reduction,and SiO2 comes from the crystallization of Al2O3-SiO2 short fibers.

纳秒激光加工PCD表面织构的摩擦磨损行为研究

采用最大功率100 W,脉冲宽度120 ns,重复频率50 MHz的纳秒激光在聚晶金刚石(PCD)复合片表面加工了名义深度分别为50 m、150 m的等边三角形截面槽型织构。采用光学干涉显微镜、光学金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线光电子仪等分析表征表面形貌组织;采用球盘式摩擦磨损仪研究了织构对PCD样片的摩擦行为影响。研究结果表明,织构表面的粗糙度随着纳秒激光刻蚀时间增加而增加。纳秒激光织构化导致表面金刚石发生严重石墨化。纳秒激光加工的DG 150槽型织构在2~10 N载荷范围内具有最佳的耐磨性。

回火温度与次数对EM35工具钢深冷组织及性能的影响

本文采用回火温度、回火次数及深冷处理等组合模式调控EM35合金的组织结构。采用场发射扫描电镜、X射线衍射、洛氏硬度与氧化铝球的干式摩擦等手段表征合金的组织结构与力学性能。研究结果发现,560℃回火及多次525℃回火会导致EM35合金回火马氏体晶粒长大,且其晶粒尺寸由回火制度确定,与深冷处理无关。回火温度、回火次数及深冷处理工艺会影响碳化物的构成相、形态和密度等,尤其深冷促进亚微米级碳化物的析出与弥散。经过525℃×1h回火3次之后再进行-180℃×6h深冷复合处理可使EM35合金具有最佳的硬度(67.1HRC)、红硬度(63.7HRC)、摩擦系数(0.62)及耐磨性能。

硬质涂层与齿轮钢的摩擦性能研究

采用阴极多弧离子镀在M42工具钢表面制备了Al66Cr34N和Ti62Al34Si4N两种硬质涂层,并在室温大气环境下采用球/盘式摩擦磨损仪研究它们同40Cr齿轮钢的摩擦磨损行为。采用表面接触角测试仪OCA40Micro、3D表面形貌仪、扫描电子显微镜、电子能谱分析了涂层磨痕,探讨了两种涂层与齿轮钢对摩的磨损机理。结果表明:两种涂层与40Cr齿轮钢摩擦时,失效的主要机理均为粘着磨损,伴随着氧化磨损。在与40Cr对磨时,Ti62Al34Si4N涂层与40Cr的亲和力强,摩擦过程中接触面温度较高,容易融合形成高结合力粘结节点;表现高的摩擦系数0.6~0.7,和初始阶段高的磨损率(最高7.5×10-15m3/N·m)。Al66Cr34N涂层与40Cr的亲和力较弱,摩擦系数0.45~0.6,初始磨损率最低为2×10-16m3/N·m。

页岩气集输管道阴极保护的现状与探讨

为了确保页岩气集输管道的外腐蚀得到有效控制,使管道达到安全运行的状态,需要对管道进行有效的阴极保护。以页岩气集输管道阴极保护的未保护和欠保护现状、阴极保护的阳极地床产生不同程度的干扰、阴极保护电绝缘失效、阳极地床的设置方式不合理和其他相关存在的问题作为研究对象,分析了管道整体的电绝缘性能如何提高,并对局部区域呈放射状的集输管网,采取逐条保护;针对高山地貌的阳极地床采取浅埋水平敷设方式布置,并尽力改善敷设环境。通过这些措施,形成页岩气集输管道独特的保护系统,以确保管道平稳输气。研究结果表明:(1)加强防腐管道的施工管理及质量验收,确保外防腐层的完整性是管道阴极保护的前提;(2)每条集输管道的阴极保护,能实现阴极保护电流的独立可调控,且各条管道的阴极保护不受相互影响;(3)阳极地床的设置,需考虑阳极地床的干扰影响,其位置应尽量远离进出站管道的地势低洼潮湿处,并确保阳极地床与被保护的管道之间,不应有其他金属和相关地下构筑物。结论认为:集输管道阴极保护在设计时应充分论证,加强施工质量验收,最终管道的阴极保护系统才能正常和有效运行。

Two Modes and Criterion of Brittle Fracture

The plastic zone at the tip of the flaw (including acute cark and common notch) was investigated. Forthe notch specimen, a formula of toughness K was proposed, and its physical meaning was emphasized.Twomodes of brittle fracture was identified and the evaluating criterion was established.

稀土铈对20CrMnTi钢中TiN相析出热力学计算及分析

TiN夹杂物尺寸和形貌对20CrMnTi齿轮钢产品质量、服役性能均有影响,控制TiN析出尺寸及形貌是提高20CrMnTi钢服役稳定性的关键。利用计算及试验等方法,对添加稀土铈元素前后20CrMnTi钢中TiN夹杂形核行为进行了研究。并对钢中夹杂物形貌、种类、尺寸等进行了表征及统计分析;研究了稀土铈对20CrMnTi钢中TiN夹杂物改质的行为机理。结果表明,热力学计算TiN析出温度为1744 K。温度为1873 K时,钢液中无法析出TiN等夹杂物,即TiN只能在钢液凝固过程中析出长大。当钢中钛质量分数大于0.03%时,Ti-N平衡趋于平缓,温度对其析出影响相对较小,并且20CrMnTi钢中析出的TiN易富集长大形成大尺寸含钛夹杂物。加入稀土铈元素后,钢中会形成Ti、O、Ce、Al、N等元素富集的复合相,该复合相棱角收缩,外形为球形或者椭球形状,较TiN、Al_(2)O_(3)-TiN夹杂物尺寸更小。经相鉴定分析可知,该复合相为钢中稀土铈与Al_(2)O_(3)反应生成的CeAlO_(3),可作为TiN夹杂物的形核核心,形成椭球型的CeAlO_(3)-TiN复合夹杂物,进而达到改质含钛夹杂物的目的。铈元素加入后,钢中含TiN夹杂物总面积并没有减小,但形成了更为细小的含TiN复合相CeAlO_(3)-TiN。因形成尺寸更小的复合夹杂物CeAlO_(3)-TiN,使钢中尺寸大于5μm夹杂物占比降低了17.2%,细化了钢中含TiN夹杂物,有效减小了钢中TiN夹杂物尺寸,从形貌和尺寸上,达到改质钢中TiN的效果。

国内外铲齿用钢的研究现状与发展前景

综述了铲齿的分类,从铲齿用钢微观组织的不同,分别阐述了各种组织类型铲齿用钢国内外的发展情况,包括其具体化学成分、热处理制度、综合性能以及存在的问题等,归纳了奥氏体耐磨钢铲齿、马氏体耐磨钢铲齿、贝氏体耐磨钢铲齿以及复相组织铲齿的优缺点,总结了现阶段我国铲齿用钢存在的问题,发现贝氏体组织铲齿用钢具有广阔的发展空间。