电渗加固软土地基界面电阻理论与试验研究

电渗法在软土地基加固、淤泥疏浚及重金属污染修复领域均有尝试性应用,但在电渗固结过程中黏土-电极界面电势损失较大,导致能耗较高。本研究从电化学角度出发,对黏土-电极界面反应过程进行分析,解释了界面电阻的产生机理。同时,结合界面电阻模型,采用金属电极(铜)和电动土工合成材料电极开展室内电渗试验,研究长期通电下界面电阻变化规律。研究结果表明:在长期持续通电情况下,界面电阻模型可用于分析界面电阻变化机理;通电初期总界面电阻受阴极界面电阻影响较大,随着通电的进行逐渐变为受阳极电阻控制。界面电阻是电渗排水效率的重要影响因素,建议在工程中对界面电阻进行监测并作为电渗设计的控制指标。

基于LabVIEW的界面电阻自动测试装置

界面电阻是半导体器件制备和性能表征的一个重要参数。针对金属-半导体互连块体样品的界面电阻测量,利用Keithley 2450型数字源表、自制夹持力可视化夹具、运动控制卡、直线模组等搭建了基于扫描探针法的界面电阻自动测试装置,并在LabVIEW下开发了测试软件。改变了传统扫描探针法的驱动方式,即使用直线模组驱动样品进行微步距移动,探针仅做上下运动,实现了扫描探针法电阻测试,节约了硬件成本。选用Keithley 2450型数字源表,使得可在输出恒电流的同时进行电压测量,且其自带输出回读功能,简化了测试装置并提高了测量数据的准确性。通过对块体Cu-Bi2Te3金属-半导体焊接样品进行界面电阻测量,验证了测试装置的稳定性和可重复性。

电渗固结中的界面电阻问题

结合试验对电渗固结中的界面电阻问题进行了详细的分析和探讨,提出了界面电压降假定,在该假定的基础上,经过一系列理论推导,给出了一个简洁的界面电阻表达式,这将有助于我们对电渗固结的电流以及能耗做出更为准确的估计。

LSM-SDC复合阴极微结构及其界面电阻

以Sm0.2Ce0.8O1.90(SDC)为电解质,用交流阻抗谱研究了烧结温度和原料粉体制备过程等因素对复合阴极[50wt％(La0.85Sr0.15)0.9MnO3-δ(LSM)+50wt％SDC]的界面电阻的影响. LSM+甘氨酸法制备的SDC和LSM+共沉淀法制备的SDC的复合阴极对应界面电阻最小时的烧结温度分别为1200和1250℃;800℃时,它们的最小界面电阻分别为0.78和0.35Ω·cm2.用扫描电子显微镜观察两种不同复合阴极微结构,发现其微结构与原料粉体的形貌有着密切的关系,而微结构又同时决定了阴极的界面电阻和电导率.

基于弓网电接触界面电阻模型的受流质量研究

接触电阻是衡量弓网受流质量可靠性的重要指标,在机车运行过程中,希望弓网接触表面具有较小而稳定的接触电阻.依据弓网电接触界面的微观电阻特性,详细分析了影响弓网受流质量的接触面积及接触斑点数,建立了量化电接触界面电阻的表面特征统计模型.试验结果表明,该分析方法是可行且有效的.

用多分量感应资料快速重建层状地层的纵横向电阻率和水平界面深度

研究建立用多分量感应测井资料同时快速重建水平层状横向同性介质中横向与纵向电阻率和层界面深度的有效方法。首先,利用电磁场摄动方程、电导率函数与模型参数关系方程以及模式匹配算法得到电磁场并矢Green函数的半解析解,建立多分量感应测井响应的Frèchet导数矩阵的快速算法;在此基础上,借助于规范化处理和奇异值分解技术,给出同时反演水平层状地层中各个地层的纵、横向电阻率以及层界面深度的迭代过程,实现理论合成资料与输入资料的最佳拟合。数值计算证明,该反演算法能够取得较满意的反演效果。

Nb/Mg_(3)SbBi界面层热稳定性研究

Zintl相Mg_(3)(Sb,Bi)_(2)基热电材料因在中低温区(27~500℃)表现出优异的热电性能而受到广泛关注。然而,由于Mg、Sb元素比较活泼,在长期高温服役下易与电极发生剧烈界面扩散反应,导致热电器件的性能和服役寿命衰减。因此,选择能有效阻挡元素剧烈互扩散并且具有低界面接触电阻率阻挡层材料至关重要。本研究首先利用热压工艺制备出300℃最高ZT~1.4的n型Mg_(3)SbBi(Mg_(3.2)SbBi_(0.996)Se_(0.004))样品,然后采用Nb粉作为扩散阻挡层一步烧结制备Mg_(3)SbBi/Nb/Mg_(3)SbBi“三明治”结构样品,系统研究界面层的组成、微结构以及电阻随老化时间演变过程。加速老化实验(525℃/70 h;525℃/170 h;525℃/360 h)研究发现,Nb阻挡层中的Mg-Sb/Bi组分发生偏析,表面产生裂纹,抛光处理后界面连接完好,无裂纹和孔洞,界面扩散层厚度随老化时间延长缓慢增加至1.6μm。Nb/Mg_(3)SbBi界面电阻率从初始的12.9μΩ·cm^(2)增大到19.8、27.4和31.8μΩ·cm^(2),表明老化导致界面处元素发生微弱扩散,但Nb阻挡层仍呈现优异的阻挡性能。因此,在Mg_(3)(Sb,Bi)_(2)基热电材料体系中,选择界面扩散微弱且结构致密的Nb作为阻挡层材料,可以在确保连接可靠的同时有效阻挡Mg、Sb元素扩散,从而提升Mg_(3)(Sb,Bi)_(2)基器件的稳定性和可靠性,推动其在中温发电领域的应用。

超声-电阻复合焊接方法及界面行为

有色金属微型零件超声焊接时,由于焊头面积小,输入焊接区域能量少,界面有效连接面积不足,影响焊接接头的力学性能.针对这一问题,结合超声焊接与电阻焊的特点,研制了超声-电阻复合焊接系统.对铜、铝异种金属进行了超声-电阻复合焊接工艺试验,并与相同工艺条件下的超声焊接进行了对比.结果表明,电流对超声能的输出有促进作用,使换能器的峰值功率有明显的增加;超声使焊接起始阶段界面接触电阻迅速减小并消失;在复合能量的作用下,输入焊接区域总能量有较大提高,焊接区域温度和加热速率显著增加.

水泥浆体/粗集料界面性能的交流阻抗研究初探

应用交流阻抗方法研究了水泥浆体 /粗集料的界面性质 .从交流阻抗参数的变化可以了解浆体 /集料界面的结合力和抗渗性随浆体组成、集料品种以及养护时间的变化 .

电阻法用于扩散焊接头微孔缺陷评价的数值模拟

从扩散焊接头界面微孔实际形貌和分布特征出发，提出了界面微孔周期性分布的二维有限元模型，应用ANSYS电磁场分析模块，考察了界面焊合率、界面微孔宽度和长度对电阻增量的影响。结果表明，扩散连接接头的界面焊合率与电阻增量之间呈双曲线变化规律，界面微孔的宽度和长度对电阻增量均有影响。当界面焊合率在20％～80％范围内时，电阻增量与界面焊合率之间表现出更高的敏感性。基于Lodge等人提出的扩散焊界面焊合率与电阻增量关系式，建立了能够包含界面微孔几何尺寸影响的修正方法。

W/O与O/W,W/O与双连续结构微乳液的界面电性质

无探针伏安法和电容法测定结果表明 ,在质量比H2 O/n C5H11OH =5 0 / 5 0条件下 ,SDS总含量 <3%时 ,上相呈W/O结构 ,下相呈O/W结构 ,随着体系中SDS总含量的增大 ,界面上SDS量增加 ,界面电势ΔE、界面电容C、界面电荷传递电流iP 均增加 ,而界面电阻率 ρi 则减小 ;当体系中SDS总含量≥ 3%时 ,上相呈W/O结构 ,下相呈双连续结构 ,各界面电性质变化幅度均变缓 .

O_2,金属电极/YSZ界面的电化学研究

本文利用交流阻抗和直流极化的电化学方法，比较了200～500℃氧在Pt、Ag、Au、Ag－Pd四种化学镀电极上的扩散，350～600℃氧在金属电极／YSZ界面的电化学反应速度以及阴阳电荷传递系数；计算了350～600℃四种电极的界面阻抗；研究了400℃时O2在Ag－Pd电极界面的交换电流密度Io与氧分压Po2的定量关系．

掺杂元素对LLZO的制备及与金属锂界面性能的影响

针对固态电解质的界面性能的研究和改进,制备了掺杂不同元素(Ta、Nb、Sb和Te)的含锂石榴石LLZO,对比了它们的传导率和界面电阻,探究了不同温度下的LLZO的离子传导性能及界面性能。发现当掺杂了Ta元素的情况下保持原有的传导率,传导率为5×10^(-4)S/cm,并且能够获得最好界面性能,并且随着温度的升高,对Li的界面电阻在不断下降,是具有应用前景的固态电解质。

稀土掺杂锰氧化物的电致电阻效应

用固相烧结法制备Nd0.67Sr0.33MnOy（y=2.85）多晶样品。样品输运性质表现出自旋相关电致电阻特征。对含量低于化学计量y=3.0样品，当温度高于某一特征温度时，电阻变化符合线性欧姆定律；但低于这一特征温度时，电阻大小与负载电流或电压有关，I-V曲线偏离线性规律；在绝缘体．导体相转变点附近，样品电阻随负载电流或电压增大而迅速减小，表现出巨大电致电阻效应。这种自旋相关的电致电阻行为与氧含量和界面有很大关系。

液体电解液改性石榴石型固体电解质与锂负极的界面

石榴石固体电解质型的固态锂金属电池因具有高能量密度、高安全性和长循环寿命等优点而受到了研究人员的重点关注,然而石榴石型电解质和锂负极之间存在巨大的界面阻抗,严重阻碍了电池的正常工作。针对该问题,本文主要在石榴石型固体电解质与锂负极之间的界面引入少量的电解液,减少石榴石型电解质与锂负极的界面阻抗,使得固态对称锂电池正常循环。进一步地采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)和电化学阻抗谱(EIS)研究了石榴石型电解质与锂负极之间界面层的形貌、成分、界面阻抗和循环稳定性。研究结果表明,液体电解液极大地降低了石榴型电解质与锂负极间的界面阻抗,在80℃情况下,石榴型电解质与锂负极循环前的面电阻为1.89Ω·cm^(2),循环后的面电阻为3.24Ω·cm^(2)。

Peltier系数的稳态法和瞬态法测量

在热电效应的研究中,Kelvin关系建立了Seebeck系数与Peltier系数之间的桥梁,它将热电材料的制冷与发电性能纳入了统一的评价体系,并且大大地简化了热电性能测量的过程.然而非线性Peltier效应的理论研究以及部分实验研究表明,Seebeck系数与Peltier系数之间不一定满足Kelvin关系.Peltier系数的精确测量是验证Kelvin关系以及研究非线性Peltier效应的基础,但目前其实验研究较少.本文基于低温电输运测试平台搭建一种采用悬臂梁结构的Peltier系数测量装置.通过测量通电后Bi2Te3块体样品表面沿热流方向相邻两点的温差,得到通电前后的稳态温差以及通电过程中温差随时间的瞬态变化的曲线,利用稳态法和瞬态法分别得到Peltier系数.通过测量,不仅仅可以得到材料的Peltier系数,还能得到测量接触点的界面电阻等信息.研究表明,在各温度下,稳态法和瞬态法测量的Peltier系数是可以相互印证的,验证了本实验中测量装置和方法的可靠性.碲化铋样品Peltier系数的测量值与Kelvin关系式计算的理论值随温度的变化趋势是一致的,测量值比理论值约大20%.

实用型冲淤界面判别仪

本文在分析现有电阻冲淤界面判别仪的特点及其存在的问题的基础上，对探头及电路进行了改进，制作了操作灵活、性能可靠、体积小、功耗低的ＳＨ－Ｉ型冲淤界面判别仪．经大量的实际试验检测表明，该仪器具有重复性好、灵度高、测验精度可靠等优点。为准确观测床面的冲淤变化提供了有效手段．

表面修饰工程协同优化Bi_(2)Te_(3)基微型热电器件的界面性能

热电器件微型化对组成热电元件的界面性能提出了更高要求,获得低的界面接触电阻率和高的界面结合强度的异质结合界面,是成功制备高性能、高可靠性Bi_(2)Te_(3)基微型热电器件的前提条件.本研究采用酸洗方法对Bi_(0.4)Sb_(1.6)Te_(3)材料进行表面修饰,实现了Bi_(0.4)Sb_(1.6)Te_(3)Te3/Ni热电元件界面性能的协同优化.酸洗过程有效调控了Bi_(0.4)Sb_(1.6)Te_(3)材料的表面功函数,显著降低了Ni层与Bi_(0.4)Sb_(1.6)Te_(3)Te_(3)材料间的接触势垒,从未酸洗处理的0.22 eV降至0.02 eV,势垒的降低使界面接触电阻率从未酸洗处理的14.2μΩ·cm~2大幅降至0.22μΩ·cm~2.此外,酸洗过程还能有效调控基体表面粗糙度,在基体表面形成2—5μm的V型凹坑,产生钉扎效应,极大地增强了材料表面与Ni层的物理结合,与约50 nm厚Bi_(0.4)Sb_(1.6)Te_(3)界面扩散反应区形成的冶金结合共同作用,使界面结合强度从未酸洗处理的7.14 MPa大幅增至22.34 MPa.这种优异的界面性能在微型热电器件中得到了进一步证实,采用该工艺处理后热电元件制备的4.7×4.9 mm~2微型热电器件,在热面温度300 K下的最大制冷温差达到56.5 K,在10 K温差下最大输出功率达到882μW.该研究为实现界面性能的协同优化提供了一种新策略,并为微型热电器件的性能优化开辟了新途径.

固态电池离子/电子传导及其传输线阻抗模型的研究进展

固态锂电池因其具有预期的高能量密度、宽工作温度范围及高安全性而备受青睐,成为动力电源和能源存储的主要选择.然而,固-固界面的离子/电子迁移阻力大、稳定性不足、剥离易发生等问题严重限制了其实际应用及产业化.为了改善固态电池性能,深入理解离子/电子的传导机理,不仅需要获取原始实验数据,而且还需要利用阻抗传输线模型,分析离子/电子的彼此影响及分离离子与电子的独立贡献.综述了多孔电极中离子/电子传导的7种测试方法及其特点;讨论了多孔电极中离子/电子传导及其9种传输线模型;分析了离子/电子传导机理研究中仍存在的尚未解决的基本问题;给出了能改善固态电池循环稳定性的努力方向.上述措施便于快速了解插层电极中离子/电子传导的研究现状、关键问题和发展趋势.

n型B_(i2)Te_(3)基材料表面处理对热电单元性能的影响

Bi_(2)Te_(3)基微型热电器件的尺寸越小,界面结合强度及接触电阻对于器件力学性能、开路电压以及输出功率等的影响就越显著。因此开发成本低、工艺简单的热电单元制备技术,并使n型Bi_(2)Te_(3)基块体材料与阻挡层间的界面兼具低接触电阻、高结合强度具有重要意义。本工作将n型Bi_(2)Te_(3)基热电材料薄片在混合酸溶液(pH~3)中进行表面处理,随后进行化学镀Ni(5μm),再与Cu电极焊接制备得到热电单元。腐蚀后,n型Bi_(2)Te_(3)基热电材料表面大的沟壑与Ni阻挡层间形成锚固效应,腐蚀6 min的材料结合强度高达15.88 MPa。大沟壑表面进一步腐蚀后出现的精细分支与Ni阻挡层间形成纳米孔洞,显著增大了界面接触电阻,腐蚀2 min的材料达到2.23Ω·cm^(2)。最终,腐蚀4 min后镀Ni的n型Bi_(2)Te_(3)基热电片材与p型Bi_(2)Te_(3)基热电片材制备的微型热电器件在20 K温差(高温端306 K,低温端286 K)下的输出功率高达3.43 mW,相较于商用电镀镀层制备的同尺寸器件提升了31.92%。本工作将为微型热电器件的性能优化提供支撑。