核聚变堆用W-ZrC和W-HfC超细晶掺杂钨材料的制备方法研究

可控核聚变是解决人类能源问题的重要途径,其中托克马克的第一壁材料的研发是一项极具挑战性的工作。本研究旨在改进第一壁材料掺杂钨W-HfC和W-ZrC的制备工艺,以满足在高温、高密度等离子辐照和高剂量中子辐照条件下的应用。研究首先采用不同的球磨工艺和烧结工艺的组合,观察制备工艺对掺杂钨粉末团聚和合金材料的致密度的影响。通过改进球磨工艺,发现湿磨法能有效分散颗粒物的团聚,有利于提高后续合金材料的致密度和分散掺杂物。其次,烧结工艺也十分重要,较高的烧结温度能提高烧结掺杂钨的致密度,但会导致晶粒的长大;较低的烧结温度能有效地抑制晶粒的长大,但材料的致密度较低。因此,如何平衡材料致密度与晶粒度是优化制备工艺的关键。研究发现,低温烧结+热等静压的组合能制备出晶粒细小、致密度高、掺杂物分布均匀的掺杂钨材料,因此,该项研究为改进高性能掺杂钨材料的制备工艺提供了有益信息。

掺杂钨类金刚石膜的显微结构与性能

利用非平衡磁控溅射与离子源复合沉积技术,以高纯甲烷和氮气作反应气体,钨为溅射靶,在40Cr、Si(100)基片和不锈钢基体上分别制备了厚度约为2μm的掺杂钨类金刚石膜,并在类金刚石膜与基体间沉积了过渡层;应用X射线衍射、拉曼光谱、俄歇电子能谱等手段分析了掺杂钨类金刚石膜的显微结构和表面成分;应用球盘摩擦磨损试验机以及纳米硬度计等测试了膜的硬度、摩擦性能及结合强度。结果表明:所制备的膜表面均匀、致密、光滑,具有典型的类金刚石结构特征;掺杂的钨弥散分布在无定型的碳中,一部分形成W2C微晶相;当膜中钨原子分数约为20%时,膜的硬度最高,摩擦因数也相对较小,膜基结合力在70 N以上。

水热法制备锡掺杂钨基催化剂及其催化合成己二酸

采用水热法制备了锡掺杂钨基催化剂SnO2/WO3,用于催化双氧水氧化环己酮合成己二酸,考察了催化剂用量、30%H2O2用量、反应时间、酸性配体及催化剂重复使用性等因素对己二酸收率的影响。结果表明,催化剂制备条件为n(W)∶n(Sn)=1.8∶1,500℃焙烧4 h。当反应条件为:100 mmol环己酮,1.0 g催化剂SnO2/WO3,50 mL 30%H2O2,反应5 h,己二酸收率78.4%。SnO2/WO3催化H2O2氧化环己酮合成己二酸,反应时间短,操作方便,具有较为理想的催化活性及重复使用性。

溶胶-凝胶法合成掺杂钨的Fe_2O_3基复合氧化物及气敏性能分析

如今，人们对环境问题日益关注，特别是如何快速准确地检测和监控环境中的有毒有害气体污染物问题已是人们迫切想要解决的问题。检测有毒有害气体的气敏材料和气敏传感器的研究也越来越受到重视。目前，以Fe2O3为基体合成的复合氧化物的气敏性能研究已有报道，

间接加热烧结掺杂钨条的研究

本文叙述了中频感应炉间接加热烧结掺杂钨条的各项性能,并与直接通电垂熔烧结坯条进行了对比,为间接加热烧结掺杂钨条这一新工艺的实施准备了技术条件。

垂熔烧结掺杂钨条轴向密度均匀性改善工艺研究

针对大单重掺杂钨条经垂熔烧结后沿轴向密度呈两端低、中间高分布,从而导致旋锻加工后钨杆两端表面产生裂纹、劈裂的现象,提出将掺杂钨条两端局部直径减小的方案,并确定了最佳的减径量。当掺杂钨条两端直径减小1.2~1.8 mm时,垂熔烧结后钨条两端密度得到提高,整体密度分布差异减小,且限径区域与非限径区域的晶粒度几乎一致,同时旋锻加工表面裂纹减少,钨条的整体加工性能提高。

掺杂钨VO_2微胶囊智能控温包装纸的制备及性能

为了改善传统型隔热控温材料在控温性及防水性等方面存在的不足,以及不能精确控制温度范围而用于化学药品、精密仪器等物品保护的缺陷。以水性丙烯酸树脂为主要成膜物,掺杂钨二氧化钒微胶囊(PCMs/WVO_2)为填料,辅以流平剂、防水剂等制备出PCMs/W-VO_2智能控温水性涂料,涂布于白卡纸,制成PCMs/W-VO_2智能控温包装纸,通过SEM、FTIR、EDS、DSC对样品形貌、结构、相变性能进行了分析,并测试了其隔热温差、接触角及机械性能。结果表明:制得的包装纸相变温度为45℃,包装原纸近红外透射率为78%,而智能控温包装纸的透射率只有46%,隔热温差可达10.7℃,具有优异的隔热控温性能;EDS结果表明,智能控温包装纸表面含有PCMs/W-VO_2微胶囊和适量防水剂;SEM结果表明,微胶囊均匀分布在纸页表面,接触角明显增大,说明纸页具有较好的疏水性;纸页物理性能有所提高,考虑到涂料成本,其抗张指数和撕裂指数的最佳值分别为6.84 kN/m和22.69 (mN·m^2)/g。

掺杂钨纳米二氧化钒控温微胶囊的合成与表征

通过界面聚合法制备以阴离子石蜡为芯材,掺杂钨纳米二氧化钒(W-VO_2)与羧甲基纤维素改性聚甲基丙烯酸甲酯(CMC-PMMA)为壳材的双层智能控温微胶囊(PCM/W-VO_2),并研究了其形貌、结构、成分及相关性能。结果表明,PCM/W-VO_2微胶囊形态完整,表面附着一定量的W-VO_2颗粒,平均粒径为12μm,石蜡含量约为50. 06%,相变温度为41. 2℃,熔融焓为48. 96 J/g。与传统微胶囊(PCM)相比较,PCM/W-VO_2微胶囊随着温度的升高,质量损失减小,失重曲线明显向后推移,具有良好的热稳定性;同时,微胶囊的释放速度慢,密封性能良好,可以长期保存;温升曲线表明,PCM/W-VO_2微胶囊也具有很好的导热性能。

垂熔制度对掺杂钨性能的影响

烧结的目的是通过高温作用得到接近理论密度和无孔隙的制品。而在掺杂钨中，需要形成合适的钾泡来稳定细微孔隙，以使钨丝具有高温蠕变强度；同时需去除钨中的杂质和无效掺杂剂。本文的研究表明，通过合理的垂熔烧结制度可使钨条密度最佳。

掺杂钨电极材料的高温性能

—.前言 钨极惰性气体保护焊（TIG）对高台金化材料的焊接工艺显得日益重要。多年来,人们已在非熔化电极中掺入了低放射性的氧化钍（ThO2）。但ThO2对环境卫生的可能危害已促使人们不断探索能在钨电板中掺入某些具有低逸出功的新型添加剂。

钨掺杂镍铁水滑石高效电催化析氧反应

电解水对制备可持续和清洁的氢气能源至关重要。电解水的阳极析氧反应设计复杂的4-电子转移过程,所需能耗较高,是电解水的速控步骤。催化剂对于析氧反应的进行具有重要作用。镍铁水滑石是最具潜力的碱性非贵金属析氧反应(OER)催化剂,但是由于水滑石导电性差、活性位点暴露不充分、对反应中间体吸附较弱等问题,催化活性还需要进一步提高。如何提升催化活性已经被科学家们广泛关注,比如:制造缺陷、掺杂、将水滑石剥离为单层结构和组装为阵列结构等。在本论文中,通过简单的“一锅法”醇解合成了一系列不同量W掺杂NiFe-LDH的样品。XRD结果表明合成的NiFeW-LDH的衍射峰与完美NiFe-LDH标准卡片相同,没有其他的衍射峰,表明W没有单独成相,被成功掺杂进入NiFe-LDH。扫描电镜表明NiFeW-LDH为纳米片(尺寸约为~500 nm)组成的3d立体花状结构,且材料中Ni、Fe和W均匀分布。XPS表明材料中W的价态为6+,与未掺杂的NiFe-LDH相比,Fe向高价态移动,表面吸附的OH增多。在密度泛函理论(DFT)计算中,结果同样表明W6+掺杂有利于H2O和O*中间体的吸附,提高了Fe位点的活性。在1 mol∙L^(−1) KOH中,NiFeW-LDH达到10 mA·cm^(−2)所需过电位是199和237 mV,这比大多数的NiFe基粉末催化剂的性能好。综上,实验和计算表明W掺杂调控催化剂中Fe位点电子结构,优化对反应中间体的吸附,使催化剂具有更高活性。

钨掺杂BiVO_(4)光阳极降解环丙沙星的表面态行为

采用简单浸渍的方法对BiVO_(4)光阳极进行表面钨(W)掺杂,以环丙沙星(CIP)为药品和个人护理产品(PPCPs)模型污染物,研究了W掺杂BiVO_(4)光阳极降解CIP的表面态行为。结果表明,低浓度W掺杂对BiVO_(4)光阳极的晶体结构、表面形貌和光吸收性能没有显著影响。但W掺杂取代了BiVO_(4)光阳极表面的V^(5+),能抑制BiVO_(4)光阳极表面V^(5+)/V^(4+)还原过程,减少复合中心表面态,同时引入更多氧空穴,增加活性位点表面态。CIP的降解反应受表面活性位点控制。表面W掺杂能有效促进CIP降解的电荷转移,提高BiVO_(4)光阳极光电催化降解性能。

钨掺杂对LiNi_(0.88)Co_(0.09)Mn_(0.03)O_(2)前驱体生长的影响及其电化学性能

采用钨掺杂的前驱体为原料合成LiNi_(0.88)Co_(0.09)Mn_(0.03)O_(2)正极材料。X射线衍射分析表明,钨掺杂可抑制前驱体晶体沿垂直于c轴的方向生长。扫描电镜结果表明,随着钨掺杂量的增加,正极材料的一次颗粒粒度呈减小的趋势。电化学表征证实钨掺杂的优势。掺钨量为0.4%(质量分数)的正极材料相比空白样品具有显著提高的电化学性能,以10C电流密度分别在25和45℃下循环100周后,分别具有94.68%和89.63%的容量保持率。同时,钨掺杂还可抑制材料在循环时产生晶间裂纹。因此,得益于钨掺杂对材料成分调节及微观结构调控的协同作用,锂离子在材料中的扩散速率增加,材料的结构稳定性提高。

钨镍共掺杂V_(2)O_(5)薄膜的光电特性研究

利用溶胶–凝胶旋涂法和后退火工艺在FTO导电玻璃上制备了钨镍共掺杂V_(2)O_(5)薄膜,研究了薄膜在不同温度和不同偏压下的光电特性和相变特性。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)测试了钨镍共掺杂V_(2)O_(5)薄膜的晶体结构、表面形貌和组分,分析了不同钨镍共掺杂浓度对V_(2)O_(5)薄膜相变光电特性的影响。结果表明,当钨和镍的掺杂质量分数分别为3%和1.5%时,钨镍共掺杂的V_(2)O_(5)薄膜的相变温度为218.5℃,在可见光范围内有较高的透过率,在近红外1310 nm波长处的光学透过率达48.83%,与未掺杂V_(2)O_(5)薄膜的光学透过率相比提高了10.29%,薄膜电阻降低了30.53%,热致回线宽度收窄为15℃,说明钨镍共掺杂的V_(2)O_(5)薄膜具有良好的可逆相变光电特性,有望在新型光电器件领域得到较好的应用。

钨掺杂TiO_(2)的制备及其对罗丹明B光催化性能

以P123为模板剂,钛酸丁酯(TBOT)为钛源,采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)合成TiO_(2)催化剂。利用钨对TiO_(2)进行掺杂制备WO_(3)/TiO_(2)催化剂。采用X-射线衍射(XRD)、氮气吸附-脱附、扫描电镜(SEM)对催化剂进行表征。并研究了光照时间和催化剂加入量对WO_(3)/TiO_(2)降解罗丹明性能的影响。结果表明:在太阳光照射下,罗丹明B初始浓度5 mg/L(V=25 mL),加入催化剂0.10 g,光照2 h后,WO_(3)/TiO_(2)催化剂对罗丹明B最大降解率可达80.76%。

质子电池负极材料W掺杂α-MoO_(3)的制备和研究

质子带有一个正电荷,具有最小的离子半径和最轻的质量;并且氢元素在地球上的丰度较高,可充电的质子电池有望成为下一代新型储能二次电池。目前,常被用作质子电池负极材料的有α-MoO_(3)、WO_(3)、TiO_(2)和MXenes等,尚存在放电比容量低、倍率性能差等问题。α-MoO_(3)是一种层内由[MoO_(6)]八面体双亚层组成、层与层之间通过范德华力相连接的层状晶体化合物,3电子反应对应较高的理论比容量558 mAh/g,且嵌脱质子的电极电势较低,是最有应用前景的质子电池负极材料之一。但是,在水系电解液中,当电池放电时,水合质子在α-MoO_(3)表面脱溶剂化可导致材料的晶格扭曲和坍塌,造成材料的可逆容量衰减。本工作首次合成了W掺杂的α-MoO_(3)材料。XRD和RAMAN结果显示,掺杂的W进入化合物的Mo位点形成了键能更高的W—O键,并增强了层间的Mo=O键。并且,W^(6+)的离子半径为0.60Å,较Mo^(6+)的0.59Å更大,W掺杂材料的层间距从未掺杂时的13.84Å增大到掺杂后的13.87Å。电化学研究结果显示,质子嵌入W掺杂的α-MoO_(3)的反应动力学得到明显提升,电极反应从由质子在材料中的固相扩散传质控制转变为由电极表面的转化反应控制为主。α-MoO_(3)和W_(0.035)Mo_(0.965)O_(3)材料分别以5 C(1 A/g)倍率进行充放电,可逆比容量分别为202.4 mAh/g和189.2 mAh/g。充放电循环600圈后,W_(0.035)Mo_(0.965)_(3)的容量保持率为83.0%,而α-MoO_(3)的仅为69.6%。当放电倍率提高至125 C(25 A/g)时,W_(0.035)Mo_(0.965)O_(3)材料仍表现出144.2 mAh/g的放电比容量,而α-MoO_(3)的放电比容量仅为90.7 mAh/g。最后,本工作以MnO_(2)为正极、W_(0.035)Mo_(0.965)O_(3)为负极、玻璃纤维纸为隔膜、2 mol/L H_(2)SO_(4)+1 mol/L MnSO_(4)为电解液组装了全电池。该电池以15 C倍率(3 A/g)放电的可逆比容量为177.0 mAh/g,循环400圈后的容量保持率为83.8%。研究结果表明,W掺杂有效提高了α-MoO_(3)材料的稳定性和倍率性能。

钨掺杂金红石型二氧化钛的光催化分解水析氧活性

以钛酸丁酯为原料,用低温超声水解方法合成不同掺杂W浓度的金红石型TiO2光催化剂,采用XRD、PL、DRS和BET等技术进行催化剂性能的表征。在光源为高压汞灯和氙灯、Fe3+为电子受体、悬浮液pH值为2.0的条件下,考察W掺杂对金红石型TiO2的光催化分解水析氧活性的影响。结果表明:当W掺杂量为1.0%～4.0%(摩尔分数)时,W掺杂没有引起金红石型TiO2晶型的改变,表面形成氧空位,在导带底附近形成施主能级,有利于光生电子和空穴的分离,掺杂催化剂光致发光强度与其光催化析氧活性的变化趋势一致;当W掺杂量为2.0%时,掺杂催化剂的光催化分解水析氧活性最高,在紫外光和可见光下光催化分解水的析氧速率分别为148.8μmol/(L·h)和102.9μmol/(L·h),分别比金红石型TiO2掺杂改性前的析氧速率提高了30.6%和65.7%.