钠离子电池Cu基正极材料的研究

钠离子电池O3型NiFeMn(NFM111)基层状氧化物正极材料因具有优异的容量而被广泛研究,但材料的空气稳定性及成本问题也限制了其产业化的进程。本项工作中,通过引入廉价的Cu元素替代部分Ni元素,不仅降低了成本,还实现了材料的高空气稳定性。材料的结构表征主要通过XRD、SEM来研究,材料的残碱数据主要通过化学分析来研究。试验结果表明,Cu基正极材料(Na_(0.98)Cu_(0.11) Ni_(0.22) Fe_(0.33) Mn_(0.34)O_(2),CNFM)具有极低的表面残碱(Na_(2)CO_(3):2579μg/g,NaOH:108μg/g)和优异的电化学性能,0.1 C充放电克容量分别为135.29、127.24 mAh/g,首次效率高达94.05%,且在1 C的电流密度下容量高达118.84 mAh/g,循环50周后容量保持率高达93.98%。

烧结温度对车用石墨-TiB_(2)增强铜基复合材料组织与性能的影响

采用真空热压烧结方法制备了石墨和TiB_(2)混杂增强Cu基复合材料,研究了烧结温度对复合材料微观结构、致密度、显微硬度、电导率和摩擦磨损性能的影响。结果表明:烧结过程中各粉末原料没有发生氧化,同时粉末之间也没有发生化学反应。两种增强相均匀地分散在连续的Cu基体中,同时颗粒之间没有形成聚集。随着烧结温度的升高,复合材料的致密度和显微硬度先增大后减小,摩擦系数和磨损率先减小后增大,电导率逐渐降低。烧结温度为800℃时,石墨和TiB_(2)混杂增强Cu基复合材料具有较优异的综合性能,其致密度、显微硬度、电导率、摩擦系数和磨损率分别为98.8%、92.2 HV0.1、43.2%IACS、0.213和1.757×10^(-5)mm^(3)/(N·m),磨损机制为显微切削为主,粘着磨损为辅。

CO_(2)电催化还原Cu基阴极材料研究现状及其耦合燃煤电厂碳捕集应用前景

在“双碳”目标背景下,二氧化碳(CO_(2))减排迫在眉睫。燃煤电厂是CO_(2)排放的主要工业源头之一,燃煤电厂烟气中CO_(2)的固定与利用研究受到了广泛关注。电催化还原方法可将CO_(2)转化为多种含碳产物,其中基于Cu基阴极材料的方法可将CO_(2)转化为C1~C3产物。首先对比分析了CO_(2)电催化还原过程中甲烷(CH_(4))、一氧化碳(CO)、甲酸(HCOOH)和甲醇(CH_(3)OH)等C_(1)产物,乙烯(C_(2)H_(4))和乙醇(C_(2)H_(5)OH)等C_(2)产物,以及正丙醇(C_(3)H_(7)OH)C_(3)产物的形成机理及其选择性;然后对Cu基阴极材料的纳米化、合金化和氧化物衍生化等优化设计策略及效果进行了综述;最后分析了未来CO_(2)电催化还原与燃煤电厂碳捕集耦合发展的应用前景。

碳纳米管增强Cu和Al基复合材料的研究进展

碳纳米管(CNTs)增强Cu基或Al基复合材料是未来铜材或铝材方面最具潜力的发展方向之一。在本研究中,综述了近几年在CNTs增强Cu基和Al基复合材料研究方面取得的进展,论述CNTs的预处理、CNTs-金属复合粉末的制备、CNTs-金属复合块体材料的制备、界面结合机制以及CNTs的强化机理5个主要方面。

W掺杂NbSe_2及其Cu基复合材料摩擦学性能研究

本文利用固相合成法制备W掺杂的NbSe2,且以Nb1-xWxSe2为固体润滑相,Cu为基体相,通过粉末冶金的方法制备出不同质量百分比含量的Nb1-xWxSe2/Cu基复合材料。利用XRD、SEM、TEM测试手段分析了样品中的相成分、微观形貌,采用电阻率检测仪、材料试验机和排水法测试块体样品的电阻率、硬度和密度,并用摩擦磨损试验机对其摩擦磨损性能进行评价。结果表明随着W掺杂量的增加,Nb1-xWxSe2的形貌由规则的微米六方片转变为纳米片和纳米带的混合,掺杂对电阻率影响不大。随着Nb1-xWxSe2添加量的增加,Nb1-xWxSe2/Cu基复合材料的电阻率缓慢升高,摩擦系数呈现不同规律变化。当Nb1-xWxSe2中W掺杂量x=0且其添加质量为10%时,NbSe2/Cu基复合材料体系拥有最佳摩擦磨损性能,摩擦系数为0.15,磨痕平滑且宽度较窄。当Nb1-xWxSe2中W掺杂量x=3%且Nb0.97W0.03Se2的添加质量为5%时,Nb0.97W0.03Se2/Cu基复合材料拥有最佳摩擦磨损性能,摩擦系数为0.17,磨痕更加平滑且磨痕浅。这是由于Nb0.97W0.03Se2中同时均匀存在纳米带和纳米片,它们互相缠绕在一起,在复合材料中纳米片起到润滑成膜的作用,纳米带类似于鸟巢中的草屑和树枝,起到了增强增韧的作用,促使材料的力学和摩擦学性能同时提高。

Al2O3弥散增强Cu基高导电率复合材料的制备及性能研究

采用高能球磨结合放电等离子烧结的方法制备0.5%、1.0%和2.0%的Al_2O_3弥散增强Cu基复合材料。研究Al_2O_3在Cu基体中的分布状态,以及对复合材料强度、硬度、导电性能和摩擦系数的影响。结果表明:弥散分布于晶界处的Al_2O_3颗粒导致复合材料的硬度和抗拉强度都提高,而伸长率、电导率降低和摩擦系数降低。1.0%Al_2O_3/Cu复合材料的相对密度达到98.22%、电导率为48.38 MS/m,硬度102.7 HV,抗拉强度264.97 MPa,摩擦系数0.28。

碳化硼颗粒增强Cu基复合材料的研究

研究了用表面涂覆含钛金属涂层的碳化硼颗粒增强 Cu基复合材料 [B4Cp/(Ti B2 +Ti N) /Cu],并与未经涂覆的 B4C颗粒增强 Cu基复合材料 (B4Cp/Cu)进行了对比。实验结果表明 ,前者的致密度和电导率比后者好。磨损实验结果表明 ,使用有涂层颗粒的复合材料的耐磨性比无涂层颗粒的好。通过对复合材料界面和磨损表面的电镜观察表明 ,B4C颗粒经过涂覆处理后 ,改善了复合材料的界面粘结性能 。

SiC颗粒尺寸对SiC_p/Cu基复合材料热膨胀系数的影响

采用化学镀工艺制备了镀铜SiC微粉。化学镀工艺参数对该复合粉体的包覆行为影响较大。利用冷压成型和无压烧结技术制备了SiCp/Cu基复合材料,并对该复合材料的微观结构和热膨胀系数进行研究。结果表明:SiC颗粒分布较均匀,SiC颗粒与基体之间界面结合良好;随测量温度增加,SiCp/Cu基复合材料的线膨胀系数呈非线性增加;当SiCp体积分数相同时,减小SiCp颗粒尺寸有利于降低复合材料的热膨胀系数。

Al_2O_3含量对碳纳米管增强Cu基复合材料性能的影响

利用机械合金化法（MA）、磁力搅拌法（MS）、放电等离子烧结工艺（SPS）制备材料样品,研究了Al2O3含量对碳纳米管（CNTs）增强Cu基复合材料性能的影响。结果表明,加入Al2O3与碳纳米管增强相后的Cu基复合材料与纯Cu相比,磨损率降低了70.9%-85.7%,维氏硬度提高了11.6%-24.5%。当添加1.0%CNTs和1.6%Al2O3（质量分数）时所制备的复合材料的综合性能最优：相对密度为97.5%,维氏硬度为75.2 HV,热导率为272.45 W/（m·K）,电导率为4.39×10^7Ω^-1·m^-1。

表面镀Ni碳纤维增强Cu基复合材料的制备和表征

为提高碳纤维/铜(Cf/Cu)复合材料中Cf与Cu基体的结合强度,通过电化学法在Cf表面沉积一层约1μm厚的Ni镀层,进而沉积厚约6μm的Cu镀层,将镀覆Ni-Cu复合镀层的短纤维复合丝在800℃、20MPa下利用放电等离子烧结(SPS)制备镀镍碳纤维增强的铜基复合材料(Cf/Cu(Ni)),并与相同烧结工艺下制备的相同碳纤维体积分数的Cf/Cu复合材料进行对比。利用XRD和SEM分别研究了碳纤维表面Ni镀层的物相及表面形貌,用附带EDS的SEM研究了Cf与Ni-Cu复合镀层断面、Cf/Cu(Ni)复合材料表面及断口形貌,采用电子式万能试验机研究了未经修饰的碳纤维、镀Ni碳纤维、镀Cu碳纤维和Cf/Cu(Ni)以及Cf/Cu复合材料的拉伸性能。结果表明,镀Ni碳纤维复合丝的拉伸强度略高于未经修饰的碳纤维,断裂伸长率则略低于未经修饰的碳纤维,拉伸过程中Ni镀层无剥离,这与其表面Ni镀层和Cf的结合强度较高有关。Cf/Cu(Ni)复合材料呈塑性断裂,力学性能明显优于Cf/Cu复合材料,拉伸强度提高20%以上。

Cu-Fe基金刚石复合材料的制备工艺及性能

采用真空热压烧结工艺制备了Cu-Fe基粉末金刚石复合材料磨头,通过金相、XRD及硬度测试等实验方法,研究了不同烧结温度下制得的合金材料的显微组织特性和性能。结果表明,在实验条件下,烧结体中各元素之间产生了冶金结合,且合金化程度随着温度的升高而增大;930℃时,烧结体中金刚石与基体结合性较好,金刚石无石墨化现象,烧结体的硬度最高,达到160HB。

Al_2O_3P/Cu基复合材料与Nb钎焊研究

采用 Ag-20Cu-5Ti 对 Al2O3P/Cu 基复合材料与 Nb 的钎焊性进行了初步探讨。研究表明,通过在钎料中加入活性元素 Ti,可以减少和消除钎缝中的 Al_2O_3P颗粒,避免 Al_2O_3P颗粒在钎缝中的聚集,实现离子共价键 Al_2O_3P 向类金属键 TiO 转化,从而提高钎缝基体与颗粒相之间的匹配性。

微米SiC_p/Cu基复合材料的组织与性能

以微米级(14μm)SiCp和微米级(10μm)铜粉为原料,采用冷压烧结方法成功制备出了SiCp/Cu基复合材料,并进行了热挤压加工,研究了组织、导电性能、硬度、拉伸性能和耐磨性能。结果表明:SiCp分布均匀;在SiCp含量为1%vol～10%vol时,SiCp/Cu基复合材料的导电率为95.9%～82.2%IACS,硬度为84.5～89.2HV0.2,抗拉强度为243.3～166.6MPa,伸长率为50.6%～23.0%;5vol%SiCp/Cu基复合材料具有良好的耐磨性能,其磨损失重分别是QSn6.5-0.4的1/18.3和T3纯Cu的1/24.7。

亚微米SiC_p含量对SiC_p/Cu基复合材料性能的影响

以亚微米级(130nm)碳化硅颗粒(SiCp)和微米级(10μm)Cu粉为原料,采用冷压烧结和热挤压方法制备出SiCp/Cu基复合材料,研究其SiCp含量对SiCp/Cu基复合材料电学、力学和摩擦学性能的影响。结果表明:当SiCp体积含量从0.5%增高到5.0%时,电导率从96.2%IACS下降到87.4%IACS,维氏硬度从64.8MPa增高到87.8MPa,抗拉强度从213.3MPa增大到217.3MPa,伸长率从41.5%下降到8.6%;SiCp/Cu基复合材料具有优良的摩擦学性能,0.5%SiCp/Cu基复合材料和5.0%SiCp/Cu基复合材料的磨损质量损失在载荷为300～1200N时分别仅是工业供应态T3铜的1/4.07～1/1.13和1/14.25～1/2.10,亚表层疲劳裂纹引发的疲劳磨损是SiCp/Cu基复合材料的磨损机理之一,磨损表面和亚表面没有明显的来自对磨钢的Fe元素。

掺杂纳米Al_2O_3的石墨/Cu基复合材料性能研究

利用均相沉淀法制备了含石墨粉的纳米Al2O3,采用模压成型法制备了含有纳米Al2O3的铜质石墨复合材料,并研究了此复合材料的性能与纳米Al2O3质量分数的关系.根据实验结果分析了实验现象的原因,并由此得出:当纳米Al2O3的质量分数为4％时,其铜质石墨复合材料性能最佳.

机械合金化法制备Cu基复合材料的工艺与性能研究

采用机械合金化法制备了Cu基复合材料,研究了球磨时间、压制压强、烧结温度和烧结时间对复合材料粉末粒度、抗弯强度和电阻系数的影响。结果表明,Cu基复合材料的最佳制备工艺为:球磨时间40 h,压制压强400 MPa,烧结温度900℃和烧结时间为2.5 h,此时Cu基复合材料可以取得最佳的抗弯强度和电阻系数。

微米SiCp/Cu基复合材料的机械和耐磨性能

以微米级(14mm)SiCp和微米级(10mm)铜粉为原料,采用冷压烧结方法制备出SiCp(14mm)/Cu基复合材料,并进行了热挤压加工。研究了SiCp(14mm)/Cu基复合材料的组织、硬度、导电、拉伸和耐磨性能,并与6-6-3锡青铜进行了比较。结果表明:SiCp(14mm)/Cu基复合材料组织致密,SiCp(14mm)分布均匀;随着SiCp(14mm)含量增加,导电性下降,硬度增高,抗拉强度下降,伸长率下降;在SiCp(14mm)含量为1～10vol%时,导电率为95.9%～82.2%IACS,硬度为84.5～89.2HV,抗拉强度为243.3～166.6MPa,伸长率为50.6%～23.0%;SiCp(14mm)/Cu基复合材料具有良好的耐磨性,5vol%SiCp(14mm)/Cu基复合材料磨损质量损失是6.5-0.4锡青铜1/18.3;SiCp(14mm)对对磨件产生犁削,复合材料磨损表面形成混合中间层,提高了耐磨性。

Ti_2SnC原位自生TiC_(0.5)增强Cu基复合材料的制备及压缩特性

本文以Ti_2SnC陶瓷为先驱体,利用其高温下与Cu的反应原位自生TiC_(0.5)颗粒增强Cu基复合材料并研究了其压缩特性。通过差热分析、X射线衍射和扫描电子显微镜等手段分析了Ti_2SnC与Cu的反应行为,并探讨了制备工艺对复合材料的物相组成、增强相形貌及材料特性的影响。结果表明,Ti_2SnC与Cu在900°C就开始发生反应,Ti_2SnC中的部分Sn原子逃逸扩散到Cu基体内,留下TiC_(0.5)作为增强相颗粒;随着温度的升高,反应程度加剧;当温度达到1150°C时,Ti_2SnC全部分解,形成亚微米TiC_(0.5)增强Cu(Sn)复合材料。TiC_(0.5)颗粒随保温时间增加而更加均匀地分布在基体内。对于初始Ti_2SnC体积含量为30%的TiC_(0.5)/Cu(Sn)复合材料,保温时间从0 h增加至2 h,其抗压强度和压缩变形率分别从1109 MPa±11 MPa和24.4%±0.6%增加到1260 MPa±22 MPa和28.9%±1.1%。

Cu基催化材料在CO_(2)转化中的应用

综述了近年来Cu基催化材料用于CO_(2)资源化利用的研究进展,介绍了其在热催化加氢、电催化和光催化等技术中的最新研究,指出了目前研究中存在的问题和不足,并对其未来的研究方向进行了前景展望。

碳纳米管增强Cu基和Al基复合材料界面改性

在碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)增强Cu基和Al基复合材料的制备中,界面改性是提高复合材料性能的重要方法。金属基体和碳纳米管间的有效界面结合直接影响了复合材料中界面的载荷传递、导电以及导热性能,从而影响复合材料性能。本文综述了近几年碳纳米管增强Cu基和Al基复合材料界面改性的工艺方法,讨论了界面改性工艺对碳纳米管增强Cu基和Al基复合材料界面结构和性能的影响。