硅-石墨化/无定形碳复合负极的制备及性能

硅基负极材料因较高的理论容量受到广泛关注,但在Li^(+)嵌脱中,硅的体积变化很大,导致电极结构不稳定,循环性能差。制备硅/碳复合材料可提高循环稳定性和可逆容量。以CO_(2)和CH_(4)为碳源,采用化学气相沉积(CVD)法制备碳包覆硅微粒,涂层碳由无定形碳和少层石墨烯(ACG)组成。用于锂离子电池的ACG涂层硅负极具有较高的可逆储锂容量,以0.2 A/g电流在0.01~2.00 V充放电,首次放电比容量为2414 mAh/g,库仑效率为87.49%,第100次循环的放电比容量保持在2010 mAh/g。较好的电化学性能主要归功于ACG复合材料的致密涂层,具有良好的导电性、机械韧性和化学稳定性。微米硅的应用,还可降低生产成本,为工业化生产提供有利条件。

添加元素对石墨-铝硅复合材料性能的影响

采用熔铸重力浇注在铝液中直接加入裸体石墨的方法，工艺简便，成本低，易于推广生产．但要用这种方法生产出综合性能良好的石墨－铝硅复合材料并非易事．其中添加某种元素既促使有利的石墨－铝硅复合材料界面反应的形成，又阻止石墨飘浮，减少偏析，使材料的综合性能得到提高是很关键的问题之一．而且，这种添加元素在工业上使用的价格又要比较低廉．本文从复合材料都存在界面反应的问题入手，找到了一种综合性能良好的添加元素Ｍ．

石墨与硅之比对石墨铝硅复合材料综合性能的影响

研究了石墨与硅之比对石墨铝硅复合材料综合性能的影响．解决了石墨颗粒直接加入铝硅熔体中的难点，并基本解决了石墨加入的均匀性问题．研究表明：石墨与硅生成一定量的ＳｉＣ，对提高石墨铝硅的高温抗拉强度十分有利；石墨与铝生成Ａｌ４Ｃ３有利于石墨在铝硅熔体中的均匀分布；生成Ａｌ４Ｃ３的量不宜过多，不能给石墨与硅生成碳化硅的比例带来影响．否则。

高能球磨制备硅/人造石墨复合材料

以硅粉（Si）和人造石墨（AG）为原料，通过高能球磨制备了锂离子电池用Si／AG复合材料。SEM、XRD和充放电测试结果表明：复合材料呈嵌入型，硅含量越多，粘连在石墨表面的硅颗粒相应增多，复合效果越差；球磨基本上未破坏硅和石墨的结构。硅含量在5％～40％时，复合材料的脱锂比容量随着硅含量的增加先增大、后降低；电流为0．2C，、电压为0．001～2．000V时，复合材料的首次脱锂比容量为528—1700mAh／g，库仑效率为70％～80％；循环10次后，复合材料循环性能基本稳定，第40次循环的可逆比容量为309—567mAh／g。

石墨烯/硅钨酸复合材料的制备及其催化性能

为有效应用环境友好型催化剂硅钨酸,克服硅钨酸比表面积小、易溶于水的缺点,以天然鳞片石墨为原料,采用Hummers法制备的石墨烯为载体,使用超声振荡法将硅钨酸负载在石墨烯上,并对石墨烯/硅钨酸复合材料进行XRD、SEM表征和催化性能分析。结果表明,石墨烯/硅钨酸复合材料对酯化反应合成乙酸乙酯具有较高的催化性能。该研究证实杂多酸催化剂固载化可使硅钨酸获得高的活性、选择性,提高了其催化应用价值。

硅/天然石墨/沥青炭复合材料的合成及其电化学性能

以纳米硅(Si)、天然石墨(NG)和高软化点沥青为前驱体,通过球磨和裂解制备了具有壳核结构的硅/天然石墨/沥青炭(Si-NG/PC)复合材料。考察了球磨时间、球磨速率和物料比等因素对制备材料的组成、结构及其作为锂离子电池阳极电化学性能的影响。结果表明:最佳球磨速率为300 r/min,最适宜的球磨时间为21 h。所制Si-NG/PC复合材料的循环性能随PC含量的增加而提高,但其比容量却随PC含量的增加迅速降低,PC的最佳质量分数为30%。同时,Si-NG/PC复合材料的比容量随Si含量的增加而增大,为获得好的循环性能,纳米Si质量分数应低于35%。在优化条件下制备的Si-NG/PC复合材料在50个循环中表现出高的比容量和优异的循环性能。

真空热处理对石墨-铝硅复合材料综合性能的影响

证明了真空热处理过程对用熔铸法重力浇注制备的优质石墨铝硅复合材料的性能有较好影响。通过与石墨包覆铜法和简单可靠的机械合金化法相比较， 证明经真空热处理过程制备的上述材料的高温强度达到１５０ ＭＰａ 以上， 力学性能、物理性能也较好， 是制取优质石墨铝硅复合材料必需可靠的手段， 该法还具有工艺简单可靠。

过共晶硅石墨铝复合材料变质剂的选择

Ｐ 复合变质剂和ＰＲｅ 双重变质剂对共晶硅和过共晶硅铝都是较好的变质剂，但不能使过共晶硅石墨铝获得良好的变质效果。通过分析过共晶硅石墨铝变质剂的特殊性，研究得到了合适、可靠的ＰＧｒ 变质剂，同时为共晶硅石墨铝的变质剂的选择提供了参考。

铝硅合金-石墨复合材料的制备及阻尼性能

在Ａｌ－７．５％Ｓｉ合金两相温度范围区加入石墨颗粒，搅拌，制备了石墨－铝硅复合材料。结果表明，在５８０～５９０℃搅拌１０～１５ｍｉｎ，石墨能均匀地分布于Ａｌ－７．５％Ｓｉ合金基体。性能测试表明，该复合材料力学性能略低于基体铝硅合金，但是具有高得多的阻尼性能。加入低于１８％（体积百分数）的石墨，复合材料有较好的综合性能，内耗最高可达３．５×１０－２，是一种阻尼性能优越的铸造材料。

熔铸法是石墨-铝硅复合材料产业化的重要途径

金属基复合材料的综合性能优越，但应用成本过高，为解决这个矛盾，科学家们竞相开展研究。本研究用熔铸重力浇注方法制取了综合性能优越的Ｇｒ（石墨）－Ａｌ－Ｓｉ复合材料。为该材料用作汽车活塞的产业化开辟了一条廉价之路；为进一步作缸套材料等奠定了基础。

铸造铝硅合金及其含石墨的复合材料与GCr15钢干滑动摩擦时金属转移特性之研究

作者研究了铸造铝硅合金及其含石墨颗粒的复合材料与GCr15钢干滑动摩擦时的金属转移特性。结果表明,在给定的相同条件下,复合材料对钢摩擦副的金属相互转移量比基体合金对钢摩擦副的少;两种摩擦副的金属相互转移量均随法向载荷的增加而增大。此外,作者还就金属转移对配副双方摩擦磨损的影响进行了初步的分析和讨论。

重力铸造过共晶硅石墨铝复合材料的组织和性能

采用搅拌熔铸法 ,在重力场条件下浇铸制备了过共晶硅石墨铝复合材料。结果发现 ,制备的过共晶硅石墨铝复合材料保持了石墨的润滑性能 ,同时由于材料中硅含量高且获得较好的变质效果 ,该材料的综合力学性能和物理性能比共晶硅石墨铝更优越 。

硅/石墨/热解碳复合材料的制备与性能

利用化学气相沉积(CVD)法制备了硅/石墨/热解碳复合材料。用XRD、SEM和恒流充放电等测试,分析了制备工艺对复合材料电化学性能的影响。当气相沉积温度为800℃、时间为50 min时,制备的复合材料的循环性能较好,首次和第200次循环的脱锂(放电)比容量分别为535.5 mAh/g和429.8 mAh/g。

中空硅球/石墨烯复合材料制备及电化学性能

锂离子电池中硅基负极材料具有极高理论容量和低充放电电压平台,作为代替石墨的最佳负极材料,成为当下研究中热门的锂电池负极材料。设计中空硅球/石墨烯复合材料,H-Si球与氧化石墨烯水热条件下形成三维多孔石墨烯气凝胶内嵌硅球复合物(H-Si/GA),H-Si球与聚二烯丙基二甲基氯化铵(poly dimethyl diallyl ammonium,PDDA)功能化的氧化石墨烯溶剂热条件下静电吸附形成包覆状复合物(H-Si/G)。借助结构表征和电性能测试,硅球与石墨烯紧密包覆状的H-Si/G展示出更佳的电性能。中空硅球由于静电吸附作用嵌入石墨烯纳米片中,石墨烯牢牢固定硅球,构建了稳定的导电通道,缓冲体积膨胀,并保持电极结构稳定。硅球内部的空隙空间为体积膨胀预留足够缓冲空间,缩短了电子和离子传输通道。

铸造铝硅合金-石墨复合材料的磨损特性

作者对铸造铝硅合金-石墨复合材料的磨损特性进行了研究,比较了含石墨与不含石墨的铝硅合金的耐磨性,並用扫描电镜对它们的磨损机理进行了考察。结果表明,铸造铝硅合金-石墨复合材料是一种摩擦性能良好的减摩材料,其在油润滑条件下的耐磨性比基体合金的高,在干摩擦、低载荷时的耐磨性也比较好。

硅烷化氧化石墨烯/呋喃树脂复合材料的制备及性能

采用硅烷偶联剂KH570对氧化石墨烯进行改性得到硅烷化氧化石墨烯(KGO),再通过溶液共混法制备了KGO/呋喃树脂复合材料。利用红外光谱、X射线衍射和扫描电子显微镜等方法对KGO和KGO/呋喃树脂复合材料的微观结构和相态进行了表征,并研究了KGO对呋喃树脂的热性能和力学性能的影响。结果表明,KH570成功地接枝到GO分子上得到KGO,且KGO在呋喃树脂基体中具有良好的分散性。KGO/呋喃树脂复合材料的热性能得到显著提高,其弹性模量和拉伸强度较纯呋喃树脂分别增加了384.9 MPa和6.3 MPa。

基于分形理论对石墨烯增强铝硅基复合材料摩擦磨损性能研究

采用粉末冶金的方法,制备了石墨烯/Al-15Si复合材料,研究了石墨烯/Al-15Si复合材料的微观组织形貌对摩擦磨损性能的影响,并运用分形理论,借助于Matlab软件分析复合材料中硅颗粒相形貌特征。结果表明,随着石墨烯添加量的改变,石墨烯/Al-15Si复合材料有不同的分形维数;分形维数反映了复合材料中硅颗粒分布状态,分形维数越大,硅颗粒分布越均匀细小,材料的硬度越高;分形维数可以间接反映复合材料的抗磨损性能,分形维数越大,材料的摩擦系数越低,耐磨损性能越好。

硅/石墨烯复合材料在锂离子电池中的应用

为提高锂离子电池的电化学性能,采用氧化还原法制备石墨烯、高能机械球磨法制备硅/石墨烯复合材料。利用XRD、SEM、AFM、充放电循环测试、倍率性能测试、交流阻抗图谱对材料进行表征与分析,研究复合材料中硅和石墨烯的比例对锂离子电池电化学性能的影响。结果表明:制备的石墨烯尺寸小于10μm、层数小于4层;复合材料中石墨烯质量分数为65%时,锂离子电池电化学性能大幅提高,首次放电比容量为2050 mAh/g,循环结束后放电比容量为1232 mAh/g,倍率性能表现优异,当电流密度恢复到0.2 A/g时,放电比容量达到1200 mAh/g,交流阻抗图谱曲线表明其电荷转移速率最大。该研究证明石墨烯与纳米硅复合可避免硅与电解液直接接触,有效减缓硅的体积膨胀,明显改善硅基锂离子电池循环稳定性。

对铝硅合金-石墨颗粒复合材料基体显微组织的某些观察

为了使材料获得任一单独组成相常无法达到的综合特性,现在人们对一系列铝合金基复合材料制备技术的兴趣已越来越大。这些复合材料依其第二相的几何形态可大致分为两类。在以纤维和晶须增强的复合材料中,第二相的纵横比范围为100～10000,而许多以碳、硼、SiC和Al_2O_3^-纤维增强的复合材料做为特殊的高强度和高弹性模量结构件应用现已在进行大量工业生产。第二类复合材料则含有弥散的固体润滑物或坚硬陶瓷粒子,它们被广泛应用于各种摩擦领域。当纤维。

硅氧碳-石墨复合材料储锂机理研究

通过对比分析氧化亚硅碳(SiO)、石墨(Graphite)及其组成的复合材料(SiO/Gr)的充电特征曲线,明确了SiO/Gr复合材料在脱嵌锂过程中的锂离子储放机理:嵌锂反应中,在初始电位至0.24 V电压区间,石墨自身容量的7%,SiO自身容量的90%先得到发挥;在[0.24 V,0.005 V]区间,SiO和石墨的剩余容量得到完全发挥;脱锂过程同嵌锂过程相反,依据上述结论和SiO/Gr的放电曲线计算其各组成容量的占比,结果与实际容量占比对比相同。根据上述复合材料的储锂机理,分析了不同过量比设计参数与SiO发挥容量占负极总容量比例关系,预测并验证了过量比设计参数与电池循环寿命的相关关系。