SiO_(2)与ZrO_(2)组元对铜基摩擦材料与C/C-SiC复合材料配副摩擦磨损性能的影响

在粉末冶金铜基摩擦材料中分别添加SiO_(2)和ZrO_(2),研究SiO_(2)和ZrO_(2)对粉末冶金铜基摩擦材料与C/C-SiC复合材料配副时摩擦磨损性能的影响,并分析两者影响机制的内在关联。结果表明,含SiO_(2)或ZrO_(2)的铜基摩擦材料与C/C-SiC复合材料配副时,能在高制动速度下保持较高的平均摩擦因数,分别为0.3758和0.3424,摩擦材料的磨损量较低,为1.44μm/次和0.95μm/次,配副材料几乎无磨损。SiO_(2)在制动过程中易脱落,形成磨粒,对摩擦材料与配副材料表面造成磨粒磨损,而ZrO_(2)在基体中保持完整,以硬质微凸体的形式对C/C-SiC复合材料摩擦表面产生犁削作用。SiO_(2)在高制动速度下破碎脱落后易嵌入C/C-SiC复合材料表面摩擦膜,有利于以Cu及Cu的化合物为主的磨屑在其周围积累,促进摩擦转移膜在C/C-SiC复合材料摩擦表面的形成,从而改善材料的摩擦磨损性能。

LiTi_2(PO_4)_3/C复合材料的制备及电化学性能

采用聚乙烯醇(PVA)辅助溶胶-凝胶法合成了具有Na+超离子导体(NASICON)结构的LiTi2(PO4)3/C复合材料.运用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、充放电测试、循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)等对其结构形貌和电化学性能进行表征.实验结果表明:合成的LiTi2(PO4)3/C具有良好的NASICON结构,首次放电容量为144mAh·g-1.电化学阻抗谱测试结果显示,LiTi2(PO4)3/C复合材料电极在首次嵌锂过程中分别出现了代表固体电解质相界面(SEI)膜及接触阻抗、电荷传递阻抗和相变阻抗的圆弧,并详细分析了它们的变化规律.计算了Li+在LiTi2(PO4)3中嵌入/脱出时的扩散系数,分别为2.40×10-5和1.07×10-5cm2·s-1.

Ni(OH)_2/C复合电极材料的合成及超电容性能研究

采用溶剂热法合成Ni(OH)_2/C复合电极材料,研究C对复合电极材料电化学性能的影响。测试结果表明,产物为片状不规则外观,且Ni(OH)_2未发生晶型结构改变,Ni(OH)_2/C复合电极材料表现出较好的电化学性能,首次放电比容量达到185.0 F·g^(-1)。当测试电流密度为0.5A·g^(-1)时,充放电循环200次后的比容量保持率为92.5%,说明复合材料具有较好的循环稳定性。

Li_(2)MnSiO_(4)/C锂电池复合电极材料制备及电化学性能研究

采用溶胶-凝胶法合成Li_(2)MnSiO_(4)/C锂电池复合正极材料,并用XRD和ESEM分别进行晶体结构和形貌表征,并进行电化学性能测试。结果显示,复合材料呈类球状颗粒,粒间无团簇,分散性较好,晶体属于正交晶系Pmn21空间群。充放电测试结果表明,首次充放电比容量分别为153.6mAh/g和144mAh/g,50次循环后充放电比容量分别为140mAh/g和134mAh/g,100次循环后充放电比容量分别为131mAh/g和125mAh/g;经过200次充放电循环后比容量依然保持在61mAh/g和60mAh/g。在不同倍率下循环稳定性测试结果表明,高倍率下电流密度越大充放电越不稳定。交流阻抗测试结果显示:对比Li_(2)MnSiO_(4),Li_(2)MnSiO_(4)/C电极材料的接触电阻R1、电极表面电荷转移电阻R2扩散阻抗Ws均要小,表明碳复合有利于提高Li_(2)MnSiO_(4)电极材料的电化学性能。

Ni(OH)_2/C作为锂离子电池负极材料的研究

采用控制沉淀法制备Ni(OH)2/C复合材料,用XRD和SEM表征材料的结构和形貌。首次将材料用于锂离子电池,通过充放电测试、循环伏安法和交流阻抗实验研究其嵌/脱锂行为和电化学性能。结果表明,Ni(OH)2/C复合材料具有嵌/脱锂性能,首次可逆比容量达到992mAh/g,20次循环后的可逆比容量为211mAh/g,循环效率为95.6%,高于Ni(OH)2材料(128mAh/g和94.4%),循环性能的改善可归因于掺杂石墨后,使电极电导率明显提高,同时减缓体积效应。

锂离子电池Co(OH)_2/C复合负极材料的研究

采用沉淀-水热法制备Co(OH)_2/C复合材料.通过TG-DSC、XRD和显微镜照片分析材料的组成、结构和形貌,通过循环充放电研究材料的循环性能,分析充放电曲线、微分容量曲线和交流阻抗探讨材料的嵌/脱锂机理.结果表明:Co(OH)_2/C复合材料首次可逆比容量达617m Ah/g,循环效率为84.4%;20次循环后,Co(OH)_2/C复合材料可逆比容量仍有298m Ah/g,循环效率为96.4%,容量保持率为48.3%,而Co(OH)_2材料分别只有244m Ah/g、94.0%和38.0%,石墨可有效改善材料的循环性能.

C/C复合材料表面ZrB_(2)基陶瓷涂层改性及抗氧化性能研究

为了提升碳/碳(C/C)复合材料的抗氧化性能,通过大气等离子喷涂技术在C/C-SiC复合材料表面制备了添加剂改性的ZrB_(2)陶瓷涂层,分别为ZrB_(2)-SiC、ZrB_(2)-TiB_(2)涂层,对涂层样品进行1200℃的氧化性能测试。结果表明,氧化5 h后,ZrB_(2)-SiC涂层仍有2.62 wt.%增重量,与ZrB_(2)涂层相比(氧化失重率为10.76 wt.%),ZrB_(2)-SiC涂层抗氧化性能大幅度提升,主要由于SiC的添加降低了涂层热膨胀系数,缓解热失配,提升了涂层结合强度,而且氧化后形成致密的硼硅酸盐熔融玻璃表面,填充了涂层裂缝、孔洞,为基材提供更为优异的抗氧化防护。而ZrB_(2)-TiB_(2)涂层表现出较差的抗氧化性,氧化5 h后,失重量达到18.76 wt.%,ZrB_(2)-TiB_(2)涂层极差的抗氧化性是因为TiB_(2)的引入改变了涂层的形貌,氧化后形成疏松多孔的组织结构,无法有效隔绝氧气。

料浆刷涂针刺法制备C_(f)/C-ZrB_(2)复合材料及其力学性能

以天然石墨粉、ZrB_(2)粉末、醇溶性酚醛树脂粉末及炭纤维毡、炭纤维无纬布为原料,采用料浆刷涂、针刺、温压固化、高温碳化工艺,结合化学气相沉积工艺,制备C_(f)/C-ZrB_(2)复合材料。通过阿基米德排水法测试密度及孔隙率,采用扫描电镜分析及力学性能测试等手段,研究料浆固含量对C_(f)/C-ZrB_(2)多孔坯体中基体粉末分布的影响,以及对C_(f)/C-ZrB_(2)复合材料力学性能的影响。结果表明:料浆固含量增加,坯体中基体粉末分布的均匀性提高,材料力学性能随浆料固含量的增加呈现先升后降的趋势,当料浆固相体积分数为15%时,材料抗弯强度达到121.86 MPa。

LiNi_(0.6) Co_(0.2) Mn_(0.2) O_(2)@LiMn_(0.6) Fe_(0.4) PO_(4)/C复合正极材料的制备及性能

采用简单的机械球磨混合法制得NCM@LMFP/C(LiNi_(0.6) Co_(0.2) Mn_(0.2) O_(2)@LiMn_(0.6) Fe_(0.4) PO_(4)/C)复合正极材料,系统地研究了NCM与LMFP/C复合比例(9∶1,8∶2,7∶3,6∶4,5∶5)对材料电化学性能和热稳定性的影响.使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和差示扫描量热仪(DSC)对复合正极材料的结构与形貌进行表征研究.研究结果表明:当NCM与LMFP/C复合比例小于8∶2时,亚微米级LMFP/C出现富集、团聚,将NCM包埋其中.当NCM与LMFP/C复合比例为8∶2时,LMFP/C均匀地包覆在NCM颗粒表面或填充于其颗粒空隙中,材料的电化学性能最优、热稳定性良好:电流为0.1 C和1 C时的放电比容量分别为180.1和165.0 mAh/g,均高于理论测算容量(178.9和164.3 mAh/g);循环80周后容量保持率为95.7%,优于NCM(94.9%);复合正极材料热失控温度相比于NCM提高了25℃且放热量更低.

微球状BiOCl/C-TiO_(2)复合材料的制备及光催化性能

通过溶剂热法制备了球状C-TiO_(2)催化剂以及BiOCl/C-TiO_(2)复合光催化材料。与纯TiO_(2)相比,球状C-TiO_(2)和BiOCl/C-TiO_(2)的禁带宽度显著降低。以亚甲基蓝为降解目标,当染料质量浓度为25 mg/L、pH为7时,0.1 g BiOCl/CTiO_(2)对其的降解率在1 h可达到81.44%,催化效率达64.15%,其动力学过程符合一级动力学模型。

轴棒法编织C/C复合材料的超声速火焰烧蚀性能

为了研究轴棒法编织、高压浸渍-碳化致密工艺(HPIC)及高温处理工艺制成的高密度的碳/碳(C/C)复合材料在火箭发动机中的烧蚀性能,使用气氧和煤油超声速(HVO)火焰对复合材料进行含铝工况烧蚀/侵蚀实验,烧蚀时间为30s;对比研究了复合材料在有、无含铝粒子侵蚀时烧蚀性能的差别;分别用扫描电镜、微CT和表面能谱分析了不同工况烧蚀表面的形貌和成分。结果表明,在不同的烧蚀工况下,材料的表面粗糙度不同,微观形貌和烧蚀率也有很大差异;复合材料在无粒子侵蚀工况下的线烧蚀率和质量烧蚀率的平均值分别是0.0318mm/s和0.0319g/s,烧蚀表面呈竹笋状和毛絮状,热化学烧蚀起主导作用;有粒子侵蚀时的线烧蚀率和质量烧蚀率的平均值分别是0.0516mm/s和0.0353g/s,烧蚀表面呈钝竹笋状,纤维从根部断裂,热化学烧蚀和机械剥蚀同时起作用;在纤维和基体表面有Al2O3粒子沉积;含铝烧蚀/侵蚀的线烧蚀率是不含铝烧蚀的1.6倍,质量烧蚀率的1.1倍。在烧蚀区的内部,基体碳受热后开裂,而碳纤维与基体碳间的界面相受热后无明显变化。

多孔竹炭负载SnO_(2)的制备及其电化学性能研究

多孔竹炭为无定形碳,具有丰富的孔结构,孔径分布在1~6 nm之间,且具有较大的孔体积(1.21 cm^(3)/g)。本文以多孔竹炭为载体,采用溶胶-凝胶法制得B_(2)O_(3)-SnO_(2)/C复合材料。SEM和TEM结果显示SnO_(2)和B_(2)O_(3)均匀分布在多孔竹炭表面。多孔竹炭和B_(2)O_(3)有效缓冲SnO_(2)可逆反应的体积变化,提高SnO_(2)的循环稳定性。将B_(2)O_(3)-SnO_(2)/C复合材料作为负极组装成锂离子半电池,进行电化学性能测试,在1 C(1 C=372 mA/g)倍率下充放电循环200次结束后仍然保留649.9 mAh/g的放电比容量,放电比容量保留率为58.6%。B_(2)O_(3)-SnO_(2)/C复合材料充放电过程受扩散和电容两种行为控制,电容控制的贡献率随着扫描速率的增大而增大。

超临界CO_(2)流体辅助合成Si-Fe-Fe_(3)O_(4)-C复合材料及储锂性能

硅碳负极是未来锂离子电池材料发展的重点方向之一,本文针对传统球磨法制备硅碳负极复合不均匀、界面融合差等问题,提出了一种超临界二氧化碳(scCO_(2))流体介质球磨合成Si-Fe-Fe_(3)O_(4)-C复合材料的新方法。研究发现,纳米硅和中间相碳微球(MCMB)在scCO_(2)介质球磨混合过程中,CO_(2)和Fe反应先得到均匀分散的Si-FeCO_(3)-C前驱体,然后FeCO_(3)原位高温固相分解得到Si-Fe-Fe_(3)O_(4)-C复合材料。同时,在scCO_(2)流体渗透下,MCMB剥离成石墨片,并与纳米硅和Fe-Fe_(3)O_(4)实现较好的界面融合,Fe-Fe_(3)O_(4)的引入显著提升了硅碳负极的储锂容量、循环稳定性和倍率性能,Si-Fe-Fe_(3)O_(4)-C复合材料在0.2 A·g^(-1)下100次循环后可逆容量保持在1065 mA·h·g^(-1)。本方法利用超临界流体渗透性好、扩散能力强等特点,合成工艺简便,容易工业化实施,具有商业化开发潜力。

小麦秸秆驱动菱铁矿热解制备磁性生物质碳及其吸附Cd^(2+)活性

以小麦秸秆和菱铁矿为原料,在500℃下热处理改性,制备了一种C-Fe_3O_4复合材料.采用FTIR、XRD、SEM、BET、磁化率仪对C-Fe_3O_4复合材料(以下统称复合材料)进行表征.考察了接触时间、初始pH、初始Cd^(2+)浓度、离子强度对Cd^(2+)去除率的影响,结合吸附前后表征结果分析了复合材料对Cd^(2+)的吸附机制.结果表明:复合材料及单独煅烧制备的小麦秸秆炭的比表面积分别为23.38 m^2·g^(-1)和7.20 m^2·g^(-1),孔容积分别为1.04×10-1cm^3·g^(-1)和2.23×10-2cm^3·g^(-1),平均孔径分别为17.74 nm和12.38 nm;红外光谱显示复合材料和小麦秸秆炭表面富含羧基、羟基等具有金属离子吸附活性的官能团;磁化率测试结果显示复合材料的质量磁化率为42 900×10^(-8)m^3·kg^(-1).复合材料对Cd^(2+)的吸附动力学用准二级动力学模型拟合度最好;吸附等温线符合Freundlich模型;pH在3.0~6.0之间,吸附容量随pH增大而升高,pH在6.0~9.0之间,吸附容量趋于稳定;pH在4.0~9.0之间,解析量随pH增大而减少;离子强度从1 mmol·L^(-1)增至100 mmol·L^(-1),Cd^(2+)的吸附容量略有减少,解析率由0.51%提升至8.5%;说明复合材料主要通过表面络合作用及离子交换去除溶液中的Cd^(2+).此外,复合材料的磁化性能使其在固液分离方面比一般的吸附材料具有很大优势.

利用拉曼光谱鉴定碳化钨涂层材料的物相结构

以热压烧结碳化钨(WC)和气体渗碳WC涂层为研究对象,利用原位扫描电镜、X射线能谱仪、电子背散射衍射仪、X射线衍射仪和拉曼光谱仪表征材料的显微形貌、元素组成、晶体取向、物相结构及分布。分析结果表明,涂层截面含有WC、W_(2)C和非晶相。WC主相晶粒尺寸约3μm,厚度约15μm,呈六方多晶状,其拉曼光谱主峰位与WC特征峰位(A_(1)110cm^(-1)、A_(2)166cm^(-1))相吻合,峰形和峰位与热压烧结WC一致;WC晶粒沿(101)晶面生长,出现择优取向,在拉曼光谱中表现为75cm^(-1)峰强度变大,与XRD结果相吻合。W_(2)C晶体结构为六方相,在涂层中存在两种形貌,靠近表层为细小晶粒均匀分布区,靠近基体为单晶异常生长区;W_(2)C区拉曼光谱的主峰位与W_(2)C拉曼特征峰位(E_(g)128.5cm^(-1)、A_(1g)220cm^(-1))吻合,并与WC主峰无干扰。非晶带位于W_(2)C细晶区与基体之间,宽度约2μm,含有摩尔分数约2%的Fe杂质元素,其拉曼光谱表现为无峰的鼓包,与其他相较好地区分开。涂层的拉曼光谱分析验证了电子背散射衍射获得的物相分布结果,丰富了涂层材料截面的物相结构信息。由于电子背散射衍射制样复杂,拉曼光谱在快速鉴定WC、W_(2)C和非晶相中具有不可替代的优势。

大倍率二氧化硅/碳复合材料的制备及电化学性能表征

为了满足新能源储能及电动汽车对锂离子电池持续快速充电、慢速放电性能的要求,以正硅酸乙酯为二氧化硅前驱体,在两亲性炭材料(ACM)与聚乙二醇400(PEG400)形成的氢键限域体系中制备了大倍率二氧化硅/碳复合锂电负极材料(SiO_2-130/C)。材料表征结果表明,二氧化硅的粒径由500nm(未限域)降低到130nm(限域),同时,富碳的ACM在二氧化硅纳米颗粒表面构建了导电性良好的碳框架。在0.1A·g^(-1)和1A·g^(-1)的电流密度下,SiO_2-130/C的可逆比容量分别为527mAh·g^(-1)和347mAh·g^(-1),且在1A·g^(-1)的电流密度下连续400个充放电循环后,仍具有483 mAh·g^(-1)的可逆比容量,表现出优异的倍率性能及稳定的电化学性能。

以菲尼龙为基质的复合材料之热稳定性研究

为了研制热稳定性高的炭质复合材料,在热稳定性的菲尼龙树脂c 2中添加沥青炭纤维制成复合材料,并在298K～873K之间,以10℃ min的加热速度,在热失重仪中用热失重分析方法测定菲尼龙及其复合材料的热稳定性数据,表明菲尼龙在添加沥青炭纤维后,热稳定性提高164℃～275℃。采用非均向反应机理的数学模型,确定了菲尼龙在c 2及以其为基质的复合材料可能的热氧化裂解的动力学指标。

正极材料碳修饰锰酸锂的研究进展

尖晶石锰酸锂(LiMn_(2)O_(4))的表面碳修饰不但可抑制锰溶解,还能提高电子电导率,从而提高倍率性能、延长循环寿命。针对碳修饰的LiMn_(2)O_(4)(LiMn_(2)O_(4)/C)作为锂离子电池正极材料的研究进行综述,分析无定形碳、碳纳米管(CNT)和石墨烯等碳修饰对LiMn_(2)O_(4)电化学性能的影响;讨论碳修饰方式的缺陷;指出解决现存问题的方向。

TiB_(2)的分散行为对铝电解惰性阴极材料性能的影响

为了解TiB_(2)对铝电解阴极材料性能的影响,在实验室通过热压烧结制备TiB_(2)-C复合阴极材料,并对制备的阴极试样进行在线钠膨胀测试。结合XRD,SEM和TEM等微观分析手段,研究钠元素对阴极的渗透、TiB_(2)-C复合阴极材料与基体之间的界面行为和TiC对阴极材料性能的影响。结果表明,在电解过程中,TiC通过溶解-析出方式提高了阴极材料石墨化度,改善了阴极材料的性能。在相同电流密度情况下,TiB_(2)-C复合阴极材料能够有效降低阴极压降。通过在功能层与基体之间插入一层过渡层,改善了TiB_(2)-C复合阴极材料与基体之间的黏合,能够有效减少钠元素对阴极的侵蚀。该研究对延长电解槽阴极的使用寿命以及降低铝电解的生产能耗具有理论指导意义。