铀对α-Al_(2)O_(3)中氢与本征点缺陷相互作用的影响

在长期高温服役过程中,铀床的氚渗透泄露问题是聚变堆涉氚系统中需要关注的焦点之一,而一种行之有效的解决思路是在内壁制备阻氚涂层.然而,服役过程中通过热扩散渗入涂层内部的铀可能在阻氚涂层氢行为中起作用,进而影响其服役可靠性.基于此,采用第一性原理计算方法,研究了铀对α-Al_(2)O_(3)中氢与本征点缺陷相互作用的影响.结果发现,铀对α-Al_(2)O_(3)中空位型本征点缺陷及氢相关缺陷的存在形式、电荷态及相对稳定性有重要影响.从形成能观点来看,铀对α-Al_(2)O_(3)中空位型本征点缺陷及氢相关缺陷的形成有利,且α-Al_(2)O_(3)中空位型点缺陷对氢的捕陷能力因铀的引入显著增加.研究结果对α-Al_(2)O_(3)基内壁阻氚涂层在氚工艺系统铀床中应用的可靠性评估具有重要的指导意义.

Si掺杂对Ga_(2)O_(3)/BP异质结光电性能调控的第一性原理研究

近年来,氧化镓(Ga_(2)O_(3))是新一代超宽禁带(4.9 eV)半导体,基于优越的热稳定和化学稳定性、高击穿场强和可见光透过率等优点,在日盲紫外探测器和透明光电器件领域中引起了广泛的关注.但是,Ga_(2)O_(3)基光电器件存在迁移率较低而限制其应用的现象,而构建合适的Ga_(2)O_(3)异质结是改善光电探测器的光电性能的有效手段之一.基于第一性原理构建β-Ga_(2)O_(3)/BP异质结模型,研究了氧空位(Vo)和Si掺杂对β-Ga_(2)O_(3)/BP异质结光电性质的调控以及相关机理.结果显示:β-Ga_(2)O_(3)/BP异质结结构有效降低β-Ga_(2)O_(3)功函数,提高灵敏度,Si掺杂降低结合能,增强稳定性;β-Ga_(2)O_(3)/BP异质结有效减小带隙,Si掺杂以及氧空位的存在,进一步减小带隙,增强光导电性,并且Si掺杂引起了光电导各向异性.此结果对改善Ga_(2)O_(3)基异质结光电性能提供理论参考.

纳米Cr_(2)O_(3)对铝合金微弧氧化膜组织和性能的影响

在恒流模式下对7050铝合金开展微弧氧化试验。用SEM、EDS、XRD、膜层测厚仪、维氏硬度计、电化学工作站和磨损试验机等研究了不同纳米Cr_(2)O_(3)含量对7050铝合金微弧氧化陶瓷膜组织和性能的影响。结果表明:添加纳米Cr_(2)O_(3)能减小陶瓷膜孔径,提升致密度,优化陶瓷膜结构;当纳米Cr_(2)O_(3)由1 g/L增至5 g/L时,陶瓷膜的厚度、硬度均先增后减;与未添加相比,添加纳米Cr_(2)O_(3)的陶瓷膜的耐蚀性和耐磨性均明显提升;陶瓷膜主要由γ-Al_(2)O_(3)相和少量的α-Al_(2)O_(3)相、莫来石相、Cr_(2)O_(3)相构成;总体来看,当纳米Cr_(2)O_(3)为3 g/L时,陶瓷膜的性能最优,厚度、显微硬度、自腐蚀电流和磨耗比分别为30.98μm、1273HV0.1、5.162×10^(-8)A/cm^(2)、0.0913%。

Cr_(2)O_(3)掺杂UO_(2)芯块晶粒生长动力学研究

本工作采用恒速升温和等温烧结实验方法研究了不同Cr_(2)O_(3)掺杂量UO_(2)芯块的晶粒生长动力学。结果表明,掺杂少量Cr_(2)O_(3)可以提高UO_(2)烧结速度,降低烧结温度。1500~1750℃下烧结,添加0.1wt%、0.5wt%Cr_(2)O_(3)均可以加速芯块致密化进程,添加Cr_(2)O_(3)后,烧结温度可以降低至1600℃,而标准UO_(2)烧结温度需在1700℃以上。掺杂Cr_(2)O_(3)可以明显促进UO_(2)晶粒生长,Cr_(2)O_(3)掺杂量越多,温度越高,UO_(2)晶粒生长速度越快。掺杂0.1wt%Cr_(2)O_(3)的UO_(2)芯块的晶粒生长动力学符合3次方模型,晶粒生长指数n=3,激活能Q=454.2 kJ/mol,掺杂0.5wt%Cr_(2)O_(3)的UO_(2)芯块的晶粒生长动力学符合2.2次方模型,晶粒生长指数n=2.2,激活能Q=371.3 kJ/mol。

β-Ga_(2)O_(3)热电性能的第一性原理计算

通过使用第一性原理计算方法和玻尔兹曼输运理论,计算了β-Ga_(2)O_(3)的电学、热学和热电性质,并得出了热电性能因子随载流子浓度和温度的变化规律.此外,还考虑了声子散射和极性光学声子散射对平均电子弛豫时间的影响,并详细描述了不同载流子浓度和温度下β-Ga_(2)O_(3)的Seebeck系数、电导率、电热导率和功率因数的计算结果.最后,给出了β-Ga_(2)O_(3)的热电性能因子随载流子浓度和温度的变化趋势.结果表明,在高载流子浓度和高温下,β-Ga_(2)O_(3)具有较高的热电性能因子.

Cr_(2)O_(3)添加量对SrAl_(12)O_(19)-Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)复相陶瓷力学性能和微观结构影响

以3Y-TZP、α-Al_(2)O_(3)、Sr(NO3)2为基础原料,掺杂了不同含量的Cr(NO_(3))_(3)·9H_(2)O,通过无压预烧和热等静压烧结结合的方式制备了SrO和Cr_(2)O_(3)共掺杂的ZTA复相陶瓷。研究了Cr_(2)O_(3)添加量对SrAl_(12)O_(19)-Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)复相陶瓷微观结构和力学性能的影响。XRD衍射谱显示,随着Cr_(2)O_(3)添加量的增多,α-Al_(2)O_(3)和SrAl_(12)O_(19)的衍射峰向左偏移,晶胞参数逐渐增大。结合EDS分析推测,Cr_(2)O_(3)更偏向于进入SrAl_(12)O_(19)的晶格。微观结构显示,Cr_(2)O_(3)的加入促进了晶粒生长。随着Cr_(2)O_(3)添加量的增多,断裂韧性和抗弯强度先上升后下降。当Cr_(2)O_(3)掺杂量为0.50 wt.%时力学性能最佳,其显微硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为18.45 GPa、6.9 MPa·m^(1/2)和910 MPa。

Cr-MIL-101介导的纳米Cr_(2)O_(3)高效催化正己烷脱氢反应研究

通过热解大比表面Cr-MIL-101制备纳米Cr_(2)O_(3)(n-Cr_(2)O_(3)),考察其催化正己烷脱氢反应性能,并比较与沉淀法p-Cr_(2)O_(3)-1、焙烧铬盐得到的p-Cr_(2)O_(3)-2以及工业Cr_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)催化正己烷脱氢活性差异。n-Cr_(2)O_(3)能够催化正己烷高效脱氢为己烯和苯,并且其催化脱氢活性与焙烧温度有关。600℃焙烧的n-Cr_(2)O_(3)催化正己烷脱氢转化率最高40.6%,对产物己烯和苯的选择性分别为20.1%和69.3%。提高焙烧温度,n-Cr_(2)O_(3)催化正己烷脱氢活性下降但稳定性增强,催化剂积炭量减少。p-Cr_(2)O_(3)-1和p-Cr_(2)O_(3)-2催化正己烷脱氢转化率很低(<7.5%),比活性分别为1.5和1.7 g/(m^(2)·h),低于n-Cr_(2)O_(3)-600的(2.0 g/(m^(2)·h))。通过BET、XRD、TEM和FT-IR等表征发现,n-Cr_(2)O_(3)为具有较大比表面的纳米颗粒(10−20 nm),多暴露晶面和脱氢活性位,而p-Cr_(2)O_(3)是比表面非常小的大颗粒,所暴露脱氢活性位少。相比之下,Cr_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)催化剂由于大比表面Al_(2)O_(3)的分散作用,催化正己烷脱氢效率更高(2.4 g/(m^(2)·h))。因此,由Cr-MIL-101焙烧得到的n-Cr_(2)O_(3)催化正己烷脱氢的高活性源于这种纳米Cr_(2)O_(3)所具有的独特性质:小颗粒,大比表面,多暴露活性位。

Cr_(2)O_(3)掺杂量对SnO_(2)压敏电阻微观结构和电气性能的影响

以SnO_(2)粉、CuO粉、Nb_(2)O_(5)粉、Cr_(2)O_(3)粉为原料,采用粉末冶金技术烧结制备(98.95-x)SnO_(2)-1CuO-0.05Nb_(2)O_(5-x)Cr_(2)O_(3)(x=0,0.01,0.02,0.03,0.05,物质的量分数/%)压敏电阻,研究了Cr_(2)O_(3)掺杂量对该压敏电阻微观结构和电气性能的影响。结果表明:随着Cr_(2)O_(3)掺杂量的增加,烧结试样的相对密度、收缩率、平均晶粒尺寸均先增大后减小,当Cr_(2)O_(3)物质的量分数为0.02%时相对密度和收缩率最高,Cr_(2)O_(3)物质的量分数为0.01%时晶粒尺寸最大,粒径分布最均匀;随着Cr_(2)O_(3)掺杂量增加,SnO_(2)压敏电阻的电压梯度增大,泄漏电流密度先减小后增大,非线性系数则先增大后减小,当Cr_(2)O_(3)物质的量分数为0.02%时,压敏电阻的泄漏电流密度最小,非线性系数最大,电压梯度较高,综合电气性能最好。

烧结助剂TiO_(2)添加量及烧结制度对Cr_(2)O_(3)烧结致密化行为的影响

以Cr_(2)O_(3)微粉为原料、TiO_(2)微粉为烧结助剂,在不同温度(1000~1500℃)、不同保护气体(氩气、氮气)中烧结制备Cr_(2)O_(3),研究了TiO_(2)添加量(0,1%,3%,5%,质量分数)、烧结温度和烧结气氛对Cr_(2)O_(3)烧结致密化行为的影响。结果表明:随着TiO_(2)添加量增加,试样线收缩率和相对密度增加,致密化程度提高,当TiO_(2)添加量为5%时,线收缩率和相对密度最大,分别为16.25%,92.51%,添加TiO2后形成的(Cr_(0.88)Ti_(0.12))_(2)O_(3)置换固溶体可以提升扩散传质速率,从而促进烧结致密;随着烧结温度升高,Cr_(2)O_(3)的烧结致密化程度先升高后降低,1300°C下烧结最致密,氮气中烧结后在Cr_(2)O_(3)颗粒表面形成Cr_(2)N膜层,可以发挥类似液相作用,提高烧结速率,制备的Cr_(2)O_(3)相比在氩气中更致密。

钠离子电池正极材料Na_(4)Fe_(3-x)Cr_(x)(PO_(4))_(2)P_(2)O_(7)/C@CNT的制备及电化学性能研究

为改善钠离子电池正极材料Na_(4)Fe_(3)(PO_(4))_(2)P_(2)O_(7)的导电性,提高其充放电性能,采用Cr^(3+)掺杂提高正极材料本征导电性,采用包覆碳和复合碳纳米管(CNT)构筑高效导电网络以加快纳米活性物颗粒间的电子传导,制备并探究了Na_(4)Fe_(3-x)Cr_(x)(PO_(4))_(2)P_(2)O_(7)/C@CNT复合材料的结构与电化学性能。结果表明,当Cr^(3+)掺杂量x为0.075、CNT添加质量分数为3%时,所制备材料表现出较小的电荷传递阻抗和优异的高倍率充放电性能。其0.1 C和20 C倍率下的放电比容量分别达到120.64 mAh/g和87.11 mAh/g,10 C倍率下循环500次后容量保持率高达92.37%。

等离子喷涂Cr_(2)O_(3)/8YSZ复合涂层微观组织及抗热冲击性能研究

为了探究Cr_(2)O_(3)/8YSZ复合涂层高温性能,利用等离子喷涂技术在Q235钢表面制备了4种不同混合比例的Cr_(2)O_(3)/8YSZ复合涂层(8YSZ含量分别为50%,30%,20%,0%)。通过热场发射扫描电镜对涂层的形貌进行SEM表征并对涂层的截面元素分布进行EDS线扫,采用X射线衍射仪分析复合涂层的物相组成,利用表面轮廓仪测量了复合涂层的表面粗糙度,使用全自动显微维氏硬度计对涂层的显微硬度进行测量,采用划痕仪对涂层的抗划伤性能进行对比,利用Gleeble-3800热物理实验模拟机对涂层的抗热冲击性能进行测试,并对热冲击之后的截面形貌进行观察分析。结果表明,当Cr_(2)O_(3)与8YSZ比例为7∶3时,由于8YSZ对垂直裂纹的偏转作用以及涂层内部存在的孔隙和裂纹对热应力的释放作用,该样本涂层具有较好的抗热冲击性能。

Cr_(2)O_(3)对ZnO-Bi_(2)O_(3)基高压压敏陶瓷性能的影响

采用固相烧结法制备ZnO-Bi_(2)O_(3)-Co_(2)O_(3)-NiO-Mn_(3)O_(4)-SiO_(2)-Cr_(2)O_(3)压敏陶瓷,研究不同掺杂量的Cr_(2)O_(3)对ZnO压敏陶瓷的微观结构和电气性能的影响。通过X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)及电化学工作站分别对样品的物相、微观形貌及电性能进行表征。结果表明:Cr_(2)O_(3)的加入不仅具有抑制ZnO晶粒异常生长和提升晶粒均匀分布的作用,而且能显著降低ZnO晶粒电阻,增加晶界电阻。在Cr_(2)O_(3)添加量为0%~0.21%(摩尔分数,下同)范围内,随着添加量的增大,压敏陶瓷的非线性系数表现为先增加后减小。当Cr_(2)O_(3)掺杂量为0.14%时,ZnO压敏陶瓷具有优异的电气性能:电位梯度E_(1 mA)=216 V·mm^(-1)、泄漏电流J_L=0.36μA·cm^(-2)、非线性系数α=25、残压比K=1.815、老化系数K_(ct)=0.647。此外,该压敏陶瓷在4/10μs波形下100 kA脉冲电流冲击2次后U_(1 mA)仍保持为初始的96.75%,表现出良好的冲击稳定性,在配电系统避雷器中具有巨大的应用潜力。

Cr_(2)O_(3)及石墨烯掺杂对微弧氧化铝材阻氚涂层微观组织及性能的影响

为了获得高质量的氧化铝阻氚涂层,采用微弧氧化技术,以磷酸盐为主要电解液成分,在电解液中掺入Cr_(2)O_(3)和石墨烯作为添加剂,在1060纯铝表面制备微弧氧化涂层。采用扫描电镜、X射线衍射仪、涡流测厚仪、维氏硬度测量仪、摩擦磨损试验机和电化学工作站表征微弧氧化涂层的表面形貌、元素分布、物相组成、涂层厚度、涂层硬度、耐磨性和耐蚀性。结果表明:在电解液中同时加入3 g/L Cr_(2)O_(3)和1 g/L的石墨烯所制备的微弧氧化涂层表面形貌更加致密,涂层中α-Al_(2)O_(3)和γ-Al_(2)O_(3)的占比得到提高,厚度达25.3μm,硬度达763.01HV,平均摩擦因数为0.4781。同时,其自腐蚀电位为-0.185 V,自腐蚀电流密度为1.095×10^(-9)A·cm^(-2)。

纳米Cr_(2)O_(3)对MgO-CaO材料抗低碱度渣侵蚀影响研究

镁钙系耐火材料因具有耐火度高、热力学性质稳定、能净化钢液等优良性质,被认为是炉外精炼设备的理想炉衬材料,但在实际冶炼过程中因长期受低碱度渣侵蚀,熔损严重。为提高MgO-CaO体系抗低碱度渣侵蚀,本文以轻烧白云石粉和轻烧氧化镁粉为主要原料,添加不同含量的纳米Cr_(2)O_(3)(0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%,质量分数),经混合、成型后于1650℃×3 h烧成,进行低碱度渣(m(CaO)∶m(SiO_(2))=1∶1)侵蚀试验,采用XRD表征烧后试样的物相组成和SEM表征侵蚀后试样的显微结构。结果表明:少量纳米Cr_(2)O_(3)的加入会固溶到CaO和MgO晶粒中引起晶格畸变,促进烧结,当纳米Cr_(2)O_(3)的加入量超过2.5%时,纳米Cr_(2)O_(3)会与CaO和MgO生成CaCr_(2)O_(4)和MgCr_(2)O_(4),填充在晶粒的晶界等部位,改变试样的显微结构,显著提升其抗侵蚀性能。

CdS/In_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合材料的制备及光催化性能研究

采用溶剂热法成功合成了一种新型的Z型CdS/In_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)三元复合光催化材料。通过XRD、SEM、TEM、XPS和紫外-可见漫反射光谱仪对光催化材料的相结构、形貌、原子价态和光响应性能等进行表征,通过可见光降解苯酚评价其光催化活性。结果表明,具有零维结构的CdS、一维结构的In_(2)O_(3)和三维结构的g-C_(3)N_(4)形成了0D/1D/3D三元复合材料,该材料在180 min可有效降解90%的苯酚,降解速率是CdS的2.9倍、g-C_(3)N_(4)的6倍,且具有较高的稳定性。复合材料光催化能力的增强主要归因于三维多孔g-C_(3)N_(4)与CdS和In_(2)O_(3)形成的三维空间电场。三维多孔结构不仅有利于污染物的高效吸附,而且为光催化反应提供活性位点,三维空间和网络互连结构有利于光生电荷的定向迁移,增加载流子寿命。

基于Bi_(2)O_(3)掺杂的La_(0.75)Ba_(0.25)Cr_(0.5)Fe_(0.5)O_(3-δ)(LBCF)敏感电极的混成电位型NH_(3)传感器

以钇稳定氧化锆(8YSZ)为固体电解质,Bi_(2)O_(3)修饰的La_(0.75)Ba_(0.25)Cr_(0.5)Fe_(0.5)O_(3-δ)(LBCF)复合材料为敏感电极,研制了混成电位NH_(3)传感器。探究了Bi_(2)O_(3)含量、不同多孔层比例、烧结温度和工作温度对传感性能的影响。通过溶胶凝胶法制备了Bi_(2)O_(3)修饰的钙钛矿型La_(0.75)Ba_(0.25)Cr_(0.5)Fe_(0.5)O_(3-δ)复合材料。随着Bi_(2)O_(3)含量的增加,复合材料的粒径逐渐增大。通过在致密YSZ上丝网印刷YSZ浆料来延长TPB,并在YSZ多孔骨架上煅烧3 h,制备出具有多孔结构的LBCF-xBi_(2)O_(3)-SE。结果表明,LBCF-xBi_(2)O_(3)-SE传感器对不同浓度NH_(3)(5×10^(-6)~3500×10^(-6))的灵敏度均高于LBCF-SE传感器。其中,基于LBCF-30%Bi_(2)O_(3)的传感器灵敏度最高,在500℃时达到109.1 mV/dec。在400~600℃,响应值与NH_(3)浓度呈线性关系。因此,所提出的Bi_(2)O_(3)改性LBCF在工业应用中具有较高的原位氨监测潜力。

大型铬铁矿热炉渣中Cr_(2)O_(3)含量影响因素研究与实践

介绍了通过研究铬矿特性、冶炼渣型、炉渣碱度、镁铝比以及合金中硅含量等参数与渣中Cr_(2)O_(3)含量的关系,借助Mintab数据分析软件明确了各参数和相关影响因素的优先级,从而有针对性的对原有工艺参数进行优化调整,有效的降低了渣中Cr_(2)O_(3)含量并提高了铬综合收得率。

中间包Al_(2)O_(3)-MgO-Cr_(2)O_(3)质挡墙的研制与应用

以烧结镁砂、电熔镁砂、高铝矾土、棕刚玉、板状刚玉、活性氧化铝微粉、二氧化硅微粉、氧化铬绿微粉为主要原料,外加高效减水剂制备中间包挡墙浇注料,并将其与原有浇注料进行对比试验。结果表明:在110℃保温24 h、1 200℃保温3 h和1 500℃保温3 h这3种处理条件下,新研制的Al_(2)O_(3)-MgO-Cr_(2)O_(3)质浇注料除常温强度略低外,烧后强度和高温抗折强度都明显高于同一条件下的对比浇注料;新研制的浇注料热震稳定性和抗渣性均明显好于原用镁质浇注料;采用新研制的Al_(2)O_(3)-MgO-Cr_(2)O_(3)质浇注料制作中间包挡墙,并在板坯中间包上试用,使用寿命明显提升,取得了预期的效果。

CeO_(2)-Ps-LaCoO_(3)/Al_(2)O_(3)的制备及其对高浓度有机废水的臭氧催化降解研究

为有效降解高浓度造纸废水有机物,通过电化学沉积法分别在磷酸盐中性缓冲溶液和纯水中制得CeO_(2)-Ps-LaCoO_(3)/Al_(2)O_(3)和CeO_(2)-LaCoO_(3)/Al_(2)O_(3)。通过对CeO_(2)-Ps-LaCoO_(3)/Al_(2)O_(3)、CeO_(2)-LaCoO_(3)/Al_(2)O_(3)以及LaCoO_(3)/Al_(2)O_(3)进行XRD、SEM、析氧过电位和电阻抗等物性表征发现,CeO_(2)-Ps-LaCoO_(3)/Al_(2)O_(3)具有更强催化氧化性及稳定性。对高浓度造纸废水臭氧催化氧化降解3 h后,CeO_(2)-Ps-LaCoO_(3)/Al_(2)O_(3)对废水COD的降解率为76.5%,而相同条件下CeO_(2)-LaCoO_(3)/Al_(2)O_(3)和LaCoO_(3)/Al2O_(3)的化学需氧量(COD)降解率分别为68.5%和63.5%。

活性金属Ni d电荷密度对Ni_(2)P/Al_(2)O_(3)催化剂菲加氢性能的影响

高温煤焦油中菲含量高,将菲深度加氢饱和得到全氢菲,可提升菲利用率,且全氢菲密度大,热值高,可作为喷气燃料理想组分。然而,在菲加氢反应过程中菲与中间加氢产物的竞争吸附不利于菲在催化剂上吸附活化,且对称八氢菲进一步加氢是菲加氢饱和过程的速控步骤,其吸附活化困难不易解决,催化剂活性难以满足加氢需求。根据稠环芳烃与过渡金属间π络合吸附机理,在反应物吸附活化过程中,稠环芳烃分子和活性金属分别充当电子供体和电子受体,故Ni基催化剂中活性金属Ni处于缺电子状态时利于生成全氢菲,但关于Ni缺电子量及其电子结构如何影响催化剂菲、对称八氢菲加氢性能的原因需进一步探究。此外,基于负载型Ni_(2)P催化剂稳定性高、耐硫、耐氮性强等优势,采用次磷酸盐歧化法通过调变P/Ni物质的量比制备具有不同Ni d电荷密度的Ni2P/Al_(2)O_(3)催化剂,考察Ni d电荷密度对菲、对称八氢菲吸附和反应性能的影响规律。结果表明,在320℃、5 MPa、空速1 309 h-1反应条件下,Ni-2.5P/Al_(2)O_(3)催化剂转换频率fTO最高(44.64×10^(-3)s^(-1))。通过吸附活化熵描述菲、对称八氢菲与催化剂表面间相互作用强度,发现菲、对称八氢菲在不同Ni-xP/Al_(2)O_(3)催化剂表面吸附强度不同。通过定量计算Ni d电荷密度,明确了Ni2P/Al_(2)O_(3)催化剂用于菲加氢反应时适宜Ni d电荷密度约-0.24 e,对称八氢菲加氢反应适宜的Ni d电荷密度约-0.05 e。