F^-离子对C掺杂Nb_2O_5纳米粒子生长及光催化性能的影响

在合成C掺杂Nb2O5的基础上,通过引入F-离子合成出具有更高光催化活性的C,F共掺杂Nb2O5光催化材料,对合成样品进行了分析、表征并测试了其光降解罗丹明B的活性,研究了F-离子对C掺杂Nb2O5纳米粒子生长及光催化性能的影响.结果表明,在合成过程中引入F-离子能够促进Nb2O5纳米晶的生长,尤其是沿[001]方向的生长.实验结果还表明,F未进入Nb2O5纳米晶的晶格内部,而是以F-离子的形式分散在Nb2O5纳米结构中,通过促进Nb2O5表面·OH自由基的产生,起到提高合成样品光催化活性的作用.

掺杂Nb_2O_5对自生Al_2O_3强化TiAl复合材料结构的影响

采用原位反应热压法制备了自生Al2O3增强TiAl间金属化合物复合材料,通过第三元素(氧化铌)掺杂的形式,对其进行强化研究。采用DTA结合XRD分析对其反应过程进行了探讨。SEM,XRD及其它测试分析显示,引入氧化铌使铝热反应生成了更高的热能,材料能够在较低的温度下烧结。同时,Nb2O5的掺入对基体相生成比例(TiAl:Ti3Al)有一定的调控作用,也使材料中的自生氧化铝成分增强,对材料结构及性能产生了较大影响。

掺杂Nb_2O_5对RHP合成Al_2O_3-TiAl复合材料的影响

采用反应热压(RHP)工艺,利用Ti、Al、TiO2及Nb2O5之间的放热反应,在较低温度下制备了Nb2O5强化Al2O3/TiAl复合材料。借助XRD、OM及SEM等手段,考察了Nb2O5对Al2O3/TiAl复合材料的相分布及组织结构的影响。结果表明:材料产物由γ-TiAl、α2-Ti3Al、Al2O3和NbAl3相构成,Al2O3颗粒分布于基体交界处,存在一定的偏聚。Nb2O5的引入,使得γ-TiAl相含量减少,α2-Ti3Al相含量增大;基体晶粒有所细化,且分布逐渐趋于均匀。当Nb2O5的引入量(质量分数)为6%时,组织主要由α2-Ti3Al/γ-TiAl层片状晶团组成,出现了较完整的γ-TiAl晶粒,属于近片层(NL)组织结构,层片状晶团的尺寸小于50μm,γ晶粒尺寸小于5μm。力学性能测试表明,当Nb2O5的引入量(质量分数)为6%时,材料的抗弯强度达到最大值,约为593MPa,硬度为4·77GPa;断裂韧度达到最大值,为8·93MPa·m1/2,具有可接受的力学性能。

高压LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料掺杂Nb离子改性研究

采用固相烧结法合成了Nb掺杂的LiNi0.5Mn1.5O4正极材料。通过XRD测试和充放电测试表征了材料的晶体结构和电化学性能。结果表明Nb掺杂容易产生LiNbO3杂质,并影响其放电能力,少量Nb掺杂获得的LiNi0.425Nb0.03Mn1.5O4展示出良好的大电流放电性能。

基于Nb掺杂Co_(3)O_(4)的高性能对二甲苯气体传感器

p型Co_(3)O_(4)具有优异的挥发性有机化合物(VOC)催化氧化活性,但其在空气中呈现空穴累积层(HAL)构型,导致本征Co_(3)O_(4)传感器的VOC响应较弱。利用共沉淀法合成了0~5%Nb掺杂的Co_(3)O_(4)纳米材料,缺陷与形貌表征结果表明高价Nb掺杂剂可诱导p型Co_(3)O_(4)发生晶格畸变及形貌改变,为对二甲苯气敏特性的提升发挥了重要作用。气敏测试结果表明:在最佳工作温度150℃下,3%Nb-Co_(3)O_(4)传感器对体积分数为100×10^(-6)的对二甲苯的响应从1.3(纯Co_(3)O_(4))提高到14;其选择性也得到了改善,可通过线性判别分析(LDA)准确识别9种不同气体。在为期15 d的稳定性测试中,其性能未有明显衰减。3%Nb-Co_(3)O_(4)表现出优异的对二甲苯传感器特性,为高性能p型金属氧化物半导体VOC传感器的设计提供了参考。

Nb掺杂对Mo_(2)FeB_(2)弹性、硬度和电子结构影响的第一性原理计算

Mo_(2)FeB_(2)具有耐高温、耐磨、高强度,是一种良好的硼基金属陶瓷材料,在模具领域有很广阔的应用前景.本文采用第一性原理计算的方法,研究了Nb元素掺杂Mo_(2)FeB_(2)合金的结构稳定性、弹性、硬度和电子结构.结合能和生成焓的计算结果表明,Nb在Mo_(2)FeB_(2)中更容易占据Fe位置,并且在Fe位掺Nb的Mo_(2)FeB_(2)比在Mo位处掺Nb具有更好的力学性能.此外,计算结果还表明,Nb掺杂可以提高Mo_(2)FeB_(2)的剪切模量、杨氏模量、体积模量和硬度,但塑性略有下降,合适的掺杂浓度应为2.5 at.%.电子结构计算结果表明,Nb掺杂Mo_(2)FeB_(2)力学性能的提高可归因于Nb-B共价键的形成.

低成本Nb掺杂Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)固态电解质的性能与应用研究

固态电池因其在能量密度、循环寿命和安全性等方面的优异性能受到关注。其核心组件为固态电解质材料。具有石榴石结构的Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)氧化物固态电解质由于具备宽电化学窗口、良好的离子传导性、稳定的化学性能及简单的制备工艺等特点而得到广泛研究。本研究采用Nb元素对LLZO进行掺杂,成功制备得到Li_(6.75)La_(3)Zr_(1.75)Nb_(0.25)O_(12)(LLZNO)氧化物固态电解质,其离子电导率达到了7.79×10^(-4)S/cm,且制备成本与未掺杂的LLZO相比无明显增加。将其涂覆在聚乙烯(PP)隔膜表面形成PP-LLZNO隔膜,表现出良好的热稳定性和离子电导率。与Al_(2)O_(3)涂覆隔膜或固态电解质Li_(6.75)La_(3)Zr_(1.75)Ta_(0.25)O_(12)(LLZTO)涂覆隔膜组装的电池相比,组装了PP-LLZNO涂覆隔膜的扣式电池和软包电池的容量保持率分别达到了84.99%(50圈)和57.40%(100圈),展现出更优异的性能。因此,高离子电导率和低成本LLZNO的制备对固态电解质的大规模生产及在固态电池中的广泛应用具有一定的参考意义。

Nb掺杂改性LiNiO_(2)正极材料的制备及电化学性能研究

高镍层状氧化物LiNiO_(2)具有高理论比容量和相对低廉价格,被认为是下一代锂离子动力电池的正极材料之一。当LiNiO_(2)正极材料应用于锂离子电池时,其循环稳定性无法满足要求,需经改性后才能得以应用。采用固相法合成了Nb掺杂的层状LiNi_(1-x)Nb_(x)O_(2)(x=0.005、0.01、0.015)正极材料,利用X射线衍射、扫描电子显微镜和X射线能谱等测试手段,分析了Nb掺杂量(摩尔百分比)对其晶体结构、微观形貌及元素分布的影响,并通过恒电流间歇滴定和交流阻抗测试研究了其电化学性能。结果表明,随着Nb元素掺杂量的提高,LiNi_(1-x)Nb_(x)O_(2)材料的晶格晶面间距逐渐扩大,一次颗粒尺寸逐渐减小。在LiNiO_(2)材料中引入Nb^(5+)离子,提高了LiNi_(1-x)Nb_(x)O_(2)材料的锂离子扩散系数,并通过稳定晶体结构,抑制了Nb掺杂材料在充放电过程中的相变,有利于其电化学性能的提升。当Nb掺杂量为1%时,LiNi_(1-x)Nb_(x)O_(2)材料表现出较好的倍率性能,在10 C大电流密度下的放电比容量高达134.1 mAh·g^(-1);随着Nb掺杂量的增加,LiNi_(1-x)Nb_(x)O_(2)材料循环稳定性同步提升,当Nb掺杂量为1.5%时,LiNi_(1-x)Nb_(x)O_(2)材料经150次循环后的容量保持率为73.3%,远高于未掺杂LiNiO_(2)样品的36.2%。表明,Nb掺杂可改善LiNiO_(2)正极材料的晶体结构和电化学性能,为其在下一代锂离子动力电池的应用提供了理论依据。

Nb掺杂对Ca_(0.94)Ce_(0.06)Bi_(4)Ti_(4)O_(15)铋层状高温压电陶瓷电学性能影响研究

采用固相反应法制备了Ca_(0.94)Ce_(0.06)Bi_(4)Ti_(4-x)Nb_(x)O_(15)(CCBTN)铋层状高温压电陶瓷,研究了B位Nb掺杂对陶瓷晶体结构、微观形貌、介电、压电性能的影响规律。结果表明:制备的CCBTN陶瓷均具有单一的铋层状结构相,少量Nb掺杂有利于陶瓷压电常数及热稳定性能的提升。当Nb掺杂量x=0.06时,陶瓷具有最高的压电常数(d33=19.2pC·N^(-1)),是纯CBT陶瓷压电常数(d33=8 p C·N^(-1))的2.4倍,且退火至500℃时其压电常数仍保持室温值的90%以上,表现出较优异的热稳定性。同时,该陶瓷具有高的居里温度(Tc=769℃)、低的介电损耗(tanδ=0.65%)及高的电阻率(ρdc=2.0×10^(7)Ω·cm@500℃),是高温压电传感器制作的优异候选材料。

Ni_(50)Ti_(49)Nb_(1)合金的马氏体相变行为与超弹性

通过室温拔丝与晶化退火工艺制得了不同晶粒尺寸的Ni_(50)Ti_(49)Nb_(1)和Ni_(50)Ti_(50)合金丝材。利用差示扫描量热仪(DSC)、电阻测试仪(ER)、X射线衍射仪(XRD)与透射电子显微镜(TEM)表征了样品的热致马氏体相变行为与微观组织结构,利用万能拉伸试验机测试了纳米晶样品在不同温度下的超弹特性。结果表明,两类合金的热致相变均随晶粒尺寸减小而愈发受制,当晶粒尺寸为纳米晶时,B19′相被完全抑制;低温时,纳米晶Ni_(50)Ti_(49)Nb_(1)样品R相受制更强。拉伸测试结果表明,纳米晶Ni_(50)Ti_(49)Nb_(1)样品在218~398 K温域内展现超弹性,显著优于纳米晶Ni_(50)Ti_(50)合金;前者相变临界应力以及应力滞后与温度呈非线性相关,与后者显著不同。研究结果有助于理解微量Nb掺杂对NiTi基合金相变行为与超弹性的影响规律,并为新型超弹合金设计提供思路。

Nb-Mo-V-TiO_(2)低温脱硝催化剂及其硫酸氢铵分解性能

通过浸渍法制备一系列Nb掺杂V-Mo-Ti催化剂,研究V_(2)O_(5)负载量及Nb掺杂量对催化剂低温脱硝活性的影响,并测试其硫酸氢铵分解性能。采用XRD、N_(2)吸附-脱附、H_(2)-TPR、NH_(3)-TPD、IR等测试手段对催化剂进行表征。结果表明,Nb掺杂促进了V-Mo-Ti的氧化还原性能,提升催化剂的表面酸性,使催化剂具有更加优异的低温脱硝性能;当空速5 000 h^(-1),反应温度180℃时,1.5Nb-6V-3Mo-Ti催化剂的脱硝效率达到100%。同时Nb掺杂提升了催化剂NO氧化能力,促进硫酸氢氨与NO反应的进行,提升催化剂的低温抗水硫中毒性能。

一步固相合成Nb掺杂LiFePO_4/C及其电化学性能

用廉价的三价铁离子化合物为铁源，以聚丙烯为还原剂和碳源，在一步固相法合成Nb掺杂LiFePO4的同时实现颗粒表面碳导电膜的原位包覆。结果表明：一步固相合成的Nb掺杂LiFePO4／C具有完整的橄榄石型LiFePO4晶体结构和近似球状的颗粒形貌，颗粒尺寸为100～500nm；聚丙烯分解后在颗粒表面和颗粒之间形成连通的网络状碳膜。电化学测试结果表明，当Nb的掺入量为1．0％（摩尔分数）时具有最好的倍率放电性能和循环性能；在2C充放电时具有130mA·h／g的放电容量，循环100次容量无衰减，在4C充放电时仍具有105mA·h／g的放电容量。

Nb掺杂LiFePO_4/C的一步固相合成及电化学性能

用固相法一步合成了Nb掺杂的LiFePO4/C复合材料,研究了Nb掺杂量对材料电化学性能的影响.结果表明,Nb掺杂后LiFePO4/C复合材料的电化学性能明显提高.在0.5C、1C和2C充放电倍率下,名义成分为Li0.96Nb0.008FePO4/C正极材料的比容量分别为161、148和132mAh·g-1,已达到实用化水平.阻抗谱和循环伏安特性测试显示,Nb掺杂有效地降低了复合材料电极的阻抗和极化,说明Nb掺杂的主要作用是提高了LiFePO4的电子电导率.

Nb掺杂对Ti-Al合金化层抗高温氧化性能的影响

为提高钛合金TC4的抗高温氧化性能,采用激光表面合金化技术在钛合金表面制备不同Nb掺杂量的Ti-Al合金化层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、箱式电阻炉等对合金化层的组织结构和高温氧化行为进行分析测试。结果表明,合金化层主要组成物相为TiAl以及少量的Ti_3Al相。Nb主要以置换溶质原子的形式固溶于合金化层中。合金化层组织均匀,与基体呈典型的冶金结合,在不含Nb的Ti-Al合金化层中发现大量的表层裂纹及少量的贯穿性裂纹,而在Nb掺杂的合金化层中未发现明显的宏观裂纹。合金化层在800℃保温1000h的氧化增重显著低于基体,表现出优异的抗高温氧化性能。相比而言,随着Al含量和Nb掺杂量的提高,合金化层的抗高温氧化能力也随之提高。Nb掺杂提高Ti-Al合金化层抗高温氧化性能的作用机理包括减少TiO_2中的空位缺陷、细化氧化物颗粒及促进Al_2O_3的形成。

Nb_2O_5掺杂对PZN-PZT压电陶瓷微观结构和电性能的影响

研究了施主掺杂离子Nb^5＋对Pb（Zn1/3Nb2/3）0.2Ti0.4Zr0.4O3 （PZN-PZT） 压电陶瓷微观结构和电性能的影响. Nb2O5加入量为0.0%～1.0%, 样品制备采用钶铁矿前驱体方法. 通过扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）分析, 确定了Nb2O5在钙钛矿主晶格中的固溶限度为0.5%左右. 少量Nb2O5能够抑制晶粒生长, 并导致四方相向三方相转变和晶体四方度的降低;而过量Nb2O5对晶粒尺寸、相转变和晶格畸变没有显著影响. 材料的电性能随Nb2O5加入量的增加而呈现极值型变化, 最优电性能在固溶限度处.

原位热压合成Nb掺杂Al_2O_3/TiAl复合材料

利用Al-Ti-TiO2-Nb2O5体系的放热反应,原位热压合成了Nb掺杂Al2O3/TiAl复合材料。借助DTA结合XRD探讨了Al-Ti-TiO2-Nb2O5体系的反应过程,并采用XRD、OM和SEM研究了复合材料的物相组成及显微结构。结果表明:Al熔化的同时,体系发生了Al和Nb2O5的铝热反应,生成了NbO2和Nb等中间产物,并放出了较多热量,这些热量促使Ti和Al较早化合生成TiAl3,随即引发Al和TiO2较早的还原反应,进而促使材料在较低温度下致密烧结;产物由-γTiAl、α2-Ti3Al、Al2O3和NbAl3相构成,Al2O3颗粒分布于基体交界处,存在一定的团聚;Nb2O5的引入,对基体-γTiAl相和α2-Ti3Al相的的分布有一定的影响,使得基体晶粒细化,较好地改善了材料的力学性能。

基于反应气体和生长温度的Nb掺杂TiO_2薄膜相图研究

应用射频磁控溅射设备在超白玻璃和石英玻璃等非晶基体上生长Nb掺杂TiO2薄膜。在固定的电源功率、频率、靶基距和溅射时间的条件下,通过改变基体温度、反应气体及其含量,可以得到相对准确的晶相分布图。在还原气体环境随着基体温度的增加得到了金红石相的Nb掺杂TiO2薄膜;在氧化气体环境中,不同的基体温度和不同的氧化气体含量能够生长出较为纯净的锐钛矿相及锐钛矿相和金红石相的混相。通过此相图的研究能够为制备良好的透明导电薄膜奠定实验基础。

Nb^(5+)掺杂LiFePO_4/C的反应挤出合成

以LiOH.H2O、FeC2O4.2H2O和P2O5为原料,以草酸铌为添加剂,采用反应挤出法合成Li1 5xNbxFePO4/C材料;采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、循环伏安(CV)和充放电测试研究不同Nb5+掺杂量对Li1 5xNbxFePO4/C材料结构、形貌以及电化学性能的影响。结果表明,适量的Nb5+掺杂不会改变材料的结构和形貌;Nb5+掺杂可以有效减小电极的极化,其中Li0.97Nb0.006FePO4/C表现出最佳的电化学性能,在0.2C、0.5C、1C和2C倍率下的首次放电比容量分别为162.9、148.9、141.7和137.1 mA.h/g;材料循环性能良好,经10次循环后,材料的放电比容量都保持在99%以上。

Bi、Nb双施主掺杂对钛酸钡基陶瓷性能的影响

本文首次在钛酸钡中以BiCl3、NbCl5的溶液形式引入Bi、Nb元素,采用低温固态反应制备了Bi、Nb双施主掺杂的纳米BaTiO3基PTC陶瓷粉,同时研究了烧结条件对PTC陶瓷材料性能的影响。利用XRD和TEM分析了样品的物相及微观形貌,发现样品为立方晶系的完全互溶取代固溶体,颗粒基本呈球形,且分布比较均匀,粒径大约50～60 nm。制陶实验表明,以Bi、Nb进行双施主掺杂可有效改善材料的PTC性能,当最佳烧结温度为1 330℃、保温时间为20 min时,可以得到室温电阻为12.93Ω,升阻比为1.920×105的电性能优良的PTC陶瓷。

Nb_2O_5掺杂对TiO_2陶瓷性能的影响

在Nb2O5含量X为0．1～1．5％的范围内，研究了Nb2O5掺杂对TiO2压敏陶瓷电性能的影响。发现x=0．7％的样品显示出最低的压敏电压（Eb=8．57V／mm）以及最高的相对介电常数2．385×10^4。分析认为Nb2O5掺杂的实质是Nb^5＋固溶于TiO2中取代Ti^4＋使晶粒半导化，但掺杂量受晶格畸变作用有一定限制。