双金属MOFs碳化材料的结构对锂硫电池正极性能的影响

利用硝酸钴和铁氰化钾在水溶液中沉淀反应以及ZIF-8在水溶液中的部分分解,分别制备了2种组成相近但结构不同的双金属有机框架前驱体Co-Fe precursor和ZCF precursor。经过多巴胺包覆,对2种产品在氩气气氛下退火获得碳化产物。将碳化产物与纳米硫粉混合得到的碳/硫复合材料(E-CoFeCN@C/S、E-ZCF@C/S)分别作为正极,组装扣式锂硫电池并测试电化学性能。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、热重分析仪进行形貌和结构分析。在组成相似的情况下,核壳结构碳载体(E-CoFeCN@C)与发散式结构碳载体(E-ZCF@C)对锂硫电池性能的影响呈现出“此消彼长”的特点:E-ZCF@C/S在循环伏安测试中表现出更小的极化以及更强的电流响应,在电化学阻抗测试中表现出更低的电荷转移阻抗,表明该材料有利于促进正极电荷传递过程,即加快电极反应动力学。E-ZCF@C/S在0.2C倍率下放电初始比容量为1211.3mAh/g,在2C倍率下放电初始比容量为794mAh/g,均优于E-CoFeCN@C/S。而核壳结构的优势主要体现在容量衰减方面,E-CoFeCN@C/S在0.2C倍率下经过100次循环后平均衰减率为0.074%(E-ZCF@C/S为0.26%),在2C倍率下循环300次后平均衰减率为0.047%(E-ZCF@C/S为0.13%),说明核壳结构对活性物质的锚固作用明显而对电荷转移不利。

高压管汇材料疲劳性能测试及P-S-N模型曲线的拟合

高压管汇作为压裂设备中的主要易损件之一,其失效危害较大。它的失效原因主要是疲劳、冲蚀、腐蚀或者材料缺陷引起的刺漏和爆裂,其中尤以疲劳失效最不可预估。目前,对于高压管汇材料的疲劳性能研究不够深入,为解决高压管汇材料疲劳寿命的准确描述问题,以某国产高压管汇材料为例,进行了一系列疲劳试验,并基于试验数据,采用多种分布模型和不同S-N模型进行拟合分析,得出综合评价拟合能力最强的P-S-N模型。结果表明,该材料在中长疲劳寿命区,Weibull三参数模型在7级应力水平下综合评价能力最好;在存活率分别为50%、90%、99%、99.9%时,指数S-N模型的拟合系数均大于0.98,拟合能力最好。得出的P-S-N模型曲线可以为高压管汇的疲劳寿命以及安全设计提供依据。

基于哨兵函数和S变换的风力机叶片材料损伤特性研究

利用声发射检测技术研究玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的损伤特性,在此过程中,采用哨兵函数来表征该材料的损伤程度,并通过S变换和模糊C均值(FCM)聚类来分析声发射信号,从而获得材料的损伤特征。三点弯曲实验结束后对试件断口进行扫描电子显微镜(SEM)拍照来验证,可得:通过对SEM照片的分析得到基体开裂、纤维脱粘、分层破坏、纤维断裂4种损伤模式;对整个声发射事件进行哨兵函数分析,观察到试件在弯曲过程中哨兵函数曲线呈明显下降趋势;对依据哨兵函数划分的不同阶段的信号进行VMD降噪处理,然后采用S变换进行时频分析得到不同损伤的特征频率,最后采用FCM聚类进行验证。结果表明:哨兵函数值的突变可作为材料断裂的预警信号,材料损伤类型的识别可依据S变换的频率分布结果进行确定。

塑性热电材料研究进展及展望

近年来,以Ag_(2)S为代表的塑性热电材料研究取得显著进展.该类材料因具有较低的滑移势垒和较高的解理能,表现出优异的室温塑性,并可通过固溶优化实现塑性和热电性能的协同提升.最新研究表明,Mg_(3)Bi_(2)基单晶材料在塑性变形能力和室温热电性能方面综合表现更佳.微观结构表征及理论计算分析揭示了位错滑移在Mg_(3)Bi_(2)单晶塑性变形过程中的关键作用,特别是多个滑移系表现出较低的滑移势垒.这些发现不仅深化了对塑性热电材料微观变形机制的理解,还为优化材料性能和开发新型柔性热电器件奠定了重要基础.未来将这些材料应用于实际器件仍面临热稳定性、化学稳定性和界面接触等挑战,这些问题的解决将推动塑性热电材料在柔性电子领域的应用.

硫化氢气体在金属有机骨架中吸附机理的分子模拟研究

研究硫化氢(H_(2)S)气体在金属有机骨架(Metal Organic Frameworks, MOFs)材料中的吸附机理,对应用MOFs材料控制城市地下有限空间内的H_(2)S气体具有重要意义。以不同类型的MOFs材料作为研究对象,基于Materials Studio软件建立了MOFs-H_(2)S吸附体系,应用巨正则蒙特卡洛(Rand Canonical Monte Carlo, GCMC)方法及分子动力学(Molecular Dynamics, MD)理论研究了相互作用能、吸附热、金属位点、官能团等的影响,在分子层面讨论了H_(2)S气体在MOFs中的吸附特性及机理。应用等温吸附试验验证了所使用分子模型及力场的可靠性。结果表明:不同金属位点对于吸附量有较大影响,对H_(2)S气体的吸附作用由强到弱依次为Mg^(2+)、Ni^(2+)、Co^(2+)、Mn^(2+)、Zn^(2+);亲水性官能团的引入利于H_(2)S气体的吸附捕捉;UiO-66-Cu因其团簇为网状结构更利于H_(2)S气体的捕捉与吸附。同时,该研究建立了吸附热方程,提供了MOFs吸附效果评判标准,为MOFs材料应用于城市地下有限空间吸附H_(2)S气体提供了理论依据。

考虑静强度的复合材料疲劳寿命预测及概率特性分析

为考虑初始静强度对疲劳寿命的影响,基于经典剩余强度理论,构建同时考虑初始静强度和应力的复合材料疲劳寿命预测模型。建立的寿命预测模型能够表征疲劳寿命与初始静强度和应力之间的内在关系,可退化为经典S-N曲线。疲劳寿命与初始静强度呈非线性关系,疲劳寿命与应力呈高度非线性关系,疲劳寿命的概率分布可根据初始静强度和应力的概率分布利用MCS获得。算例表明,初始静强度和应力的概率特性对剩余强度和疲劳寿命的概率特性均有影响,相比初始静强度,应力对疲劳寿命概率特性的影响更加显著。

基于改进剩余强度模型的复合材料疲劳寿命预测

复合材料强度退化规律对研究结构疲劳寿命具有重要意义,然而现有剩余强度模型均需利用剩余强度试验数据确认模型参数,模型构建成本较高。通过探究复合材料疲劳寿命和剩余强度的关系,以疲劳寿命累积分布函数为出发点,构建具有明确物理意义的损伤度,进而提出改进剩余强度模型。改进剩余强度模型不需要剩余强度试验数据,仅需初始静强度和疲劳寿命数据。在改进剩余强度模型基础上,构建S-N-φ疲劳寿命预测模型,该模型可以考虑初始静强度对疲劳寿命的影响。算例结果表明,改进剩余强度模型的预测精度是满意的,S-N-φ模型相比经典S-N曲线模型具有更好的预测精度。

高速互连PCB的材料电磁表征方法研究

随着数据传输速率的不断增加,对高速互连的信号完整性设计和优化变得至关重要。在高速通道设计的各个方面中,我们通过对现有的方法进行综述来着重介绍准确的PCB材料电磁表征这一关键问题,并对于提取PCB材料特性,如介电常数、损耗正切以及铜表面粗糙度的各种方法进行分类。首先,这些方法分为两大类:①对原始介质材料进行表征的技术;②适用于一般由玻璃纤维和树脂材料混合而成的PCB材料的表征方法。在每个类别中,简要描述了几种常用技术,并进行了优缺点的比较和讨论。基于传输线的方法的挑战和局限性在这里尤为重要,因为相关的材料特性提取程序在工业中已经是常规操作。此外,特别是在数十吉赫兹的频率范围内,典型铜箔表面粗糙度对准确材料表征的影响也被考虑。本文旨在通过总结和比较提供PCB材料表征方法的全面概述和分析。

氢燃料电池密封复合材料的本构模型及密封结构优化

氢燃料电池(PEMFC)是清洁和可再生能源的重要发展目标,其内部密封系统的可靠性设计直接影响了整个燃料电池的长期稳定运行。因此,设计并制备了满足PEMFC密封要求的含固、液2种类型三元乙丙橡胶的复合密封材料。基于该复合材料的制备,采用自主开发的软件筛选出3种高精度的超弹性本构方程。采用有限元方法计算构建的PEMFC单电池模型的接触压力,得到了更合理的Lambert-Diani-Rey超弹性本构模型。另外,提出了4种截面形状的密封结构,压力分布规律表明,圆角梯形截面密封结构具有明显优势。利用正交试验设计筛选出圆角梯形截面密封件底边长度与倒角尺寸分别为2.4 mm×0.9 mm,同时满足密封和最大平均接触应力要求。

g-C_(3)N_(4)基S型异质结的构建及其光催化性能研究

为了解决日益严重的环境污染和能源短缺等问题,基于半导体的光催化技术利用太阳能为环境修复和能源储存提供了一种“绿色”可持续的方案。首先介绍了g-C_(3)N_(4)的优点和局限性,以及S型半导体的优势与不足,接着介绍了g-C_(3)N_(4)基S型异质结的电子结构和光催化性质,综述了基于不同类型g-C_(3)N_(4)的S型异质结光催化材料构建和光催化性能的提升策略,并梳理了其部分应用。最后,综述了基于g-C_(3)N_(4)的S型异质结面临的挑战和未来发展趋势,有望为g-C_(3)N_(4)基S型异质结光催化材料的开发和实际应用提供重要的参考。

稀土元素Tm掺杂对Cu_(2)S热电性能影响研究

Cu_(2)S具有较低的晶格热导率和窄禁带宽度,它热电性能优异、成本低廉且无毒等优点引起了热电材料相关研究领域的广泛关注。采用水热合成法与真空烧结法相结合的方式制备Cu_(2)S基热电材料,通过物相、成分表征和热电性能测试等手段,研究稀土元素Tm掺杂对Cu_(2)S基材料热电性能的影响规律,并采用第一性原理开展掺杂后Cu_(2)S能带结构和态密度计算。研究结果表明,水热合成法可以获得Cu_(31)S_(16)粉体,在真空烧结过程中物相发生了转变,从原来的Cu_(31)S_(16)转变为Cu_(2)S。掺杂Tm元素可显著提高Cu_(2)S粉体的结晶性能,随着掺杂含量的增加,Cu_(2)S团聚现象逐渐消失。Cu_(2)S塞贝克系数随Tm掺杂量的增加有所提升,其中掺杂2%Tm的Cu_(2)S在350℃处于相变温度,塞贝克系数达到峰值1589.71μV/K;随掺杂元素的增加和温度的升高,Cu_(2)S电导率逐渐下降。Tm掺杂后的Cu_(2)S在中高温度范围内,热导率κ随着温度的上升呈现逐渐下降的趋势。结果表明掺杂2%Tm的Cu_(2)S热电优值从0.1增加到0.4,提高了300%。

接触与大变形问题的光滑有限元分析

橡胶材料因具有良好的抗震、吸能作用,在实际工程中应用广泛.然而橡胶超弹性材料的碰撞属于强非线性问题,分析橡胶材料的接触碰撞和大变形问题对于提高装置的缓冲性能具有重要意义.光滑有限元法(smoothed finite element method,S-FEM)是一种弱形式的数值计算方法,相比于传统的有限元方法,光滑有限元法对网格的质量要求不高,允许单元在计算过程中发生较大的变形,且光滑域的构造比较灵活,在不增加自由度的前提下,可以达到较高的精度.在光滑有限元法的基础上,采用双势方法进行接触计算,以充分利用光滑有限元法计算大变形问题的优点和双势方法求解接触力的优势.通过与有限元软件MSC.Marc的数值结果对比,验证了该算法的准确性和能量守恒性,并且分析了摩擦因数对碰撞体的影响.

基于TDLAS的H_(2)S气体材料表面吸附特性研究

在H_(2)S气体浓度在线监测过程中,因其具有粘附性强的特点,容易发生管线吸附,从而导致测量结果存在偏差,尤其在痕量H_(2)S检测过程中表现最为明显,所以开展H_(2)S气体管线材料表面吸附特性研究尤为必要。本文基于可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS),设计并搭建了一套H_(2)S浓度在线测定系统,并对该系统进行了测量性能检验,在此基础上进行了H_(2)S在不锈钢材料表面常温吸附特性探究。实验结果表明,所搭建H_(2)S浓度在线测定系统具有稳定性强、检测限低和灵敏度高的特点,利用此系统可以实现痕量H_(2)S浓度的在线连续测定。经过一系列探究试验,证明了H_(2)S在不锈钢材料表面存在明显且稳定的吸附作用,得出了H_(2)S在不锈钢材料表面的单位面积吸附量在10^(14)(个/cm^(2))量级。实验结果可以为痕量硫化氢在线精准测量提供一定参考。

碳基材料的Z型和S型异质结光催化清洁能源综述

碳纳米管/纳米纤维、石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨炔、碳量子点和富勒烯等炭材料因具有高导电性、优异的稳定性和生物相容性等独特性能,近年来受到广泛关注。在炭材料中构建Z型和S型异质结已成为在能量转换应用中提高光催化效率的一种有效策略。本文综述了光催化制氢和CO_(2)还原等清洁能源的基本原理,阐述了它们各自的机理和优势。此外,还讨论了不同类型的炭材料以及其中Z型和S型异质结的合成和构建,强调了它们在促进电荷分离、减少光生载流子复合损失和扩大光谱响应范围方面的作用。以太阳能燃料生产为重点,讨论和总结了碳基Z型和S型异质结在光催化制氢和还原CO_(2)方面的最新进展。最后,讨论了目前碳基光催化剂领域的瓶颈和挑战,并对该领域的未来发展提出了有价值的见解。

凤太矿集区八卦庙金矿区脉状铅锌矿化的物质来源研究:硫化物原位S-Pb同位素证据

秦岭造山带凤太矿集区内发育层状—似层状和脉状两种类型的铅锌矿化,部分脉状铅锌矿化伴生产于金矿床中,其成矿物质来源仍未得到较好的约束。论文以八卦庙金矿区的脉状铅锌矿体为主要研究对象,采用硫化物原位微区S-Pb同位素研究方法,探讨了脉状铅锌矿化的成矿物质来源。八卦庙金矿区的脉状铅锌矿化主要受NE和NW向断裂或裂隙控制,矿脉宽度通常为2~20 cm。矿石呈团块状或浸染状构造,其中矿石矿物以方铅矿和闪锌矿为主,另有少量黄铜矿和黄铁矿,脉石矿物有石英、白云母、绢云母和少量方解石、白云石等碳酸盐矿物。硫化物原位S-Pb同位素分析结果显示,矿石中闪锌矿的δ^(34)S值相对集中(15.03‰~17.11‰),而黄铜矿(14.76‰~19.91‰)和方铅矿(12.12‰~21.88‰)的δ^(34)S值则变化较大;方铅矿的铅同位素组成非常均一。通过与区内可能物质源区S-Pb同位素对比研究,认为八卦庙金矿区脉状铅锌矿化的成矿物质来自于围岩变质过程中释放的变质流体,并有印支期岩浆热液的贡献,总体具有与金矿化相似的成矿物质来源。金矿化和脉状铅锌矿化在八卦庙矿区共生富集但又独立产出,可能受铅锌和金元素在热液体系中明显不同的地球化学行为所控制。

自燃煤矸石基地质聚合物低强度注浆材料的制备及其微观分析

以自燃煤矸石为原料,粉煤灰和低掺量复合硅酸盐水泥P·C 42.5为辅料,通过电石渣的激发作用制备了自燃煤矸石基地质聚合物低强度注浆材料并对其进行了微观分析。结果表明:在电石渣掺量(9.65%,质量分数)相同时,煤矸石、粉煤灰和水泥质量比设置为5∶3∶2或5∶2∶3时更有利于样品抗压强度发展,较质量比为7∶2∶1和7∶1∶2的样品,其样品体系地质聚合反应程度更高且55 d抗压强度可增加70%~86%;同时,与未添加脱硫石膏样品相比,添加20%(质量分数)脱硫石膏可以大幅提升样品养护全过程的抗压强度,55 d抗压强度可增加21%~50%;相关性、XRD、SEM及FTIR分析表明,样品主要水化产物为钙矾石、水化硅酸钙(C-S-H)凝胶体、水化硅铝酸钙(C-A-S-H)无定形凝胶体等,且样品抗压强度主要来源于地质聚合反应产生的C-A-S-H无定形凝胶体。

泊松比变化对基于波速混凝土损伤计算的影响

利用超声波波速计算材料损伤的方法有广泛的应用,然而现有研究中常忽略泊松比的变化。研究了泊松比变化对基于波速混凝土损伤计算结果的影响。首先,通过理论分析,在基于波速的损伤计算公式中引入泊松比修正系数;其次,通过对混凝土柱试件进行轴压试验,验证了考虑泊松比变化的必要性;最后,在试验数据的基础上提出了泊松比修正系数实用计算方法。结果表明:忽略泊松比变化的影响时,基于波速的混凝土损伤计算值与真实值的平均相对误差高达73%;采用泊松比修正系数后,该误差减小至21%。基于波速进行混凝土损伤计算时宜计入泊松比修正系数以提高计算精度。

剑麻生物质多孔碳/硫复合电极材料的制备及性能

为解决锂硫(Li-S)电池在实际应用中S和Li_(2)S_(2)/Li_(2)S不导电、体积膨胀和多硫化物的“穿梭效应”等问题,本次试验采用化学活化法制备剑麻基生物碳(AC),熔融扩散法制备碳/硫复合正极材料(ACS),因多壁碳纳米管(MWCNTs)具有独特的三维结构,可以抑制多硫化物的穿梭效应,将其作为隔膜涂层(YTC)。试验结果表明,在0.10 C倍率下,YTC电池的初始放电容量为974.3 mAh·g^(-1),循环200圈后容量保持在622 mAh·g^(-1)。进一步说明在隔膜上涂覆MWCNTs与正极材料结合,可提高材料导电性和抑制多硫化物的穿梭效应,表现出良好的循环性能和库伦效率。

淮北三铺地区矽卡岩型矿床地质特征与成矿物质来源

淮北三铺地区是皖北重要的铁多金属矿产地,矿床类型主要为矽卡岩型,主要分布在三铺岩体南北接触带,矿体主要产于岩体与碳酸盐岩接触带、捕虏体和层间裂隙中。为总结三铺地区矽卡岩型矿床成矿规律,探讨成矿物质来源,本文在分析三铺地区矿床地质特征的基础上,对与三铺岩体有关的典型矿床中的矿石进行了硫、铅同位素研究。研究结果表明,矿床硫具有岩浆来源与地层硫混合的多来源特征;矿石和岩体铅同位素具有低放射性铅特征和深源性的特点,矿石铅来源于岩体,铅的初始来源与下地壳或地幔有关。综合以上表明三铺地区成矿物质来源于下地壳或地幔,且与岩浆活动关系密切,岩浆活动除从下地壳或地幔带来成矿物质外,并驱使围岩中的成矿物质活化、迁移,最后在岩体与碳酸盐岩接触带附近富集成矿,从而形成铁多金属矿床。

多孔氮氟共掺杂碳气凝胶的制备及其在锂硫电池中的应用

锂硫电池以其超高的理论能量密度,已成为最具发展潜力的新一代电化学储能技术,但硫正极存在电导率低、体积膨胀、多硫化物穿梭效应等技术瓶颈问题,制约了其实际应用。通过甲醛和3-氨丙基三乙氧基硅烷的醛胺缩合和溶胶-凝胶化反应合成了席夫碱二氧化硅凝胶,经与聚四氟乙烯乳液冷冻干燥、热处理同步刻蚀二氧化硅以及碳化制备了多孔氮氟共掺杂碳气凝胶(NF-CA)。以NF-CA为载体制备的NF-CA/S正极材料表现出优异的循环性能和倍率性能,0.2 C循环初始放电比容量高达1322 mA∙h/g,1 C循环200圈可逆比容量可保持564 mA∙h/g,2C倍率下可逆比容量高达598mA∙h/g。