Al掺杂LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)材料结构改性及电化学性能研究

三元正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)(NCM523)由于其适中的价格和高能量密度而广受关注,但低循环稳定性使其商业化应用受限。本研究以Al为掺杂元素,采用共沉淀结合高温固相的方法制备不同数量的Al原子取代Mn位的三元NCM523微米颗粒型正极材料。结果表明,适量的Al掺杂可以增强过渡金属层的稳定性,显著改善NCM523材料循环稳定性差的问题。Al掺杂量满足Al/Li物质的量比为7%时获得了最佳的电化学性能,在2.7~4.5 V、0.1C倍率下首次放电比容量为165.7 mAh·g^(-1),经50次循环后衰减为134.3 mAh·g^(-1),容量保持率为81.05%。高温(55℃)环境下,Al/Li物质的量比为7%的样品依然保持最佳的电化学性能。

Na_(3.3)La_(0.3)Zr_(1.7)Si_(2)PO_(12)纳米纤维基复合固体电解质研究

利用静电纺丝法制备了一种Na_(3.3)La_(0.3)Zr_(1.7)Si_(2)PO_(12)(NLZSP)纳米纤维,研究了前驱体溶液中聚合物含量和热处理温度对其微观形貌、结构和电化学性能的影响。在前驱体溶液中PVP含量为6%,800℃热处理4 h制备的NLZSP纳米纤维的纯度和结晶度高,纤维尺寸均匀且表面光滑。基于NLZSP纳米纤维制备的PEO(NaClO_(4))复合聚合物电解质(CPE)的室温离子电导率达3.3×10^(−4)S/cm,而PVDF-HFP(NaClO_(4))基CPE的室温离子电导率也达到了3.24×10^(−4)S/cm,活化能仅有0.24 eV,电化学稳定窗口可达5 V以上,显示出优异的电化学性能和稳定性。基于PVDF-HFP-NaClO_(4)-NLZSP纳米纤维的CPE、Na_(4)MnCr(PO_(4))3@C正极的固态钠金属电池在0.1 C时的首次放电比容量可达106.2 mAh/g,经倍率循环后容量保持率为94.8%;其在2 C下循环100次后的容量保持率也高达85.4%,显示出良好的循环稳定性。

兼具高电致应变和居里温度的La掺杂Pb基压电陶瓷的制备

采用传统固相法制备了La^(3+)掺杂的0.28Pb(In_(1/2)Nb_(1/2))O_(3)-0.32Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-0.3PbTiO_(3)-0.1PbZrO_(3)(PIN-PZN-PZT)四元压电陶瓷,研究了La^(3+)掺杂量对PIN-PZN-PZT四元压电陶瓷微观结构和电学性能的影响。结果表明:引入La^(3+)可以增强压电陶瓷局部结构异质性,进而提升介电弛豫特性并提高压电性能。当La_(2)O_(3)含量为1.5%时,获得了兼具高电致应变(0.23%)和高居里温度(206℃)的压电陶瓷材料。

Mo_(2)C-TiN_(0.3)复合材料的高温高压制备及性能

将Mo_(2)C和TiN_(0.3)粉体采用机械合金化和高温高压烧结相结合的方法进行分层烧结,并制备30%Mo_(2)C-70%TiN_(0.3)的烧结体复合材料,分析Mo_(2)C-TiN_(0.3)烧结体的物相组成、微观组织结构及力学性能。结果表明:Mo_(2)C和TiN_(0.3)间存在明显的相互扩散,且形成了2层不同的扩散层;随着烧结温度不断升高,Mo_(2)C-TiN_(0.3)烧结体的晶粒尺寸逐渐变大,会导致烧结体的机械性能变差;在烧结过程中有高硬高脆的MoC生成,能够维持Mo_(2)C-TiN_(0.3)烧结体的硬度在19.0~20.0 GPa,但会降低其断裂韧性。

固溶处理对Mg-1.5Er-1.0Zn-0.3Zr合金组织和性能的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电化学实验和拉伸实验等研究固溶处理对Mg-1.5Er-1.0Zn-0.3Zr合金组织、耐蚀性能和力学性能的影响。结果表明:铸态合金的显微组织主要由α-Mg基体、Mg_(3)Er_(2)Zn_(3)、Mg_(24)Er_(5)和MgErZn_(2)相组成。经固溶处理后,第二相逐渐溶解在镁基体中,且合金平均晶粒尺寸有不同程度的增大。合金经460℃固溶处理8 h后的综合性能较好,其腐蚀速率为(0.44±0.051)mm/y,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为(227.97±4.84)MPa、(137.96±5.03)MPa和(14.42±1.06)%。

0.3%氯化血红素可湿性粉剂对马铃薯生长与品质的调节效果

为了明确0.3%氯化血红素可湿性粉剂对马铃薯生长的调节效果,确定最佳用量,以克新6号马铃薯为材料,以8%甲哌鎓可湿性粉剂和清水分别作为药剂和空白对照,采取随机区组排列开展田间应用试验,分析不同用量0.3%氯化血红素可湿性粉剂配施专用助剂(SD)对马铃薯生长、产量及品质的影响。结果表明:处理1—处理5(667 m^(2)分别施用0.3%氯化血红素可湿性粉剂10、20、30、40、0 g,并配施SD 20 g)平均株高、全叶鲜质量、茎粗和小区平均产量均较空白对照有所增加,且均以处理4(667 m^(2)施用0.3%氯化血红素可湿性粉剂40 g+SD 20 g)最大,处理3(667 m^(2)施用0.3%氯化血红素可湿性粉剂30 g+SD 20 g)次之,2者小区平均产量较空白对照分别极显著增加13.80%、10.73%,但与药剂对照差异均不显著;处理1—处理5马铃薯块茎干物质量、淀粉含量、还原糖含量和VC含量等也均较空白对照有所增加,其中以处理4最高,处理3次之,2者均显著高于空白对照。安全性评价表明,各处理对马铃薯均是安全的。在马铃薯生产上,推荐每667 m^(2)使用0.3%氯化血红素可湿性粉剂30~40 g+SD 20 g。

Al-3.5Cu-2.0Mg-1.0Mn-0.3Y合金固溶处理工艺研究

对Al-3.5Cu-2.0Mg-1.0Mn-0.3Y合金进行了不同温度和时间的固溶处理,再进行185℃×8 h的时效处理试验。采用OM、硬度测试等手段研究了Al-3.5Cu-2.0Mg-1.0Mn-0.3Y合金的最佳固溶处理工艺。结果表明:随着固溶温度的升高和固溶时间的增加,Al-3.5Cu-2.0Mg-1.0Mn-0.3Y合金中第二相越来越多的溶入基体,合金晶粒尺寸也逐渐增大,495℃×6 h固溶处理的合金中第二相基本完全溶入基体。经495℃×6 h固溶+185℃×8 h时效处理的Al-3.5Cu-2.0Mg-1.0Mn-0.3Y合金的硬度达到最大值,为141 HB。Al-3.5Cu-2.0Mg-1.0Mn-0.3Y合金的最佳固溶工艺为495℃×6 h。

等温热处理对Mg-7Zn-0.3Li-xNd合金组织的影响

使用等温热处理法对不同Nd含量的Mg-7Zn-0.3Li-xNd合金(x=0.1, 0.3, 0.5, 0.7)进行不同温度不同保温时间的热处理,研究保温温度与保温时间对Mg-7Zn-0.3Li-xNd合金非枝晶组织演变规律的影响,分析非枝晶颗粒的形成机理。结果表明:Mg-7Zn-0.3Li-0.5Nd合金在580℃保温30 min后得到理想的球状非枝晶颗粒,其固相率、平均晶粒尺寸和形状因子分别为71.9%、47μm和1.85。随着保温温度的增加或保温时间的延长,非枝晶颗粒的平均晶粒尺寸和形状因子呈现先降低后升高的趋势,固相率则持续降低。随着温度和时间的变化,非枝晶组织的演变过程主要分为三部分:枝晶的粗化,分离与球化,合并与熟化。

锂硼同位素MC-ICP-MS分析中的记忆效应研究

锂(Li)和硼(B)同位素是地质作用过程中良好的示踪剂,被广泛应用于岩石起源、矿床成因和环境演化等领域。但锂、硼在MC-ICP-MS仪器分析中的“记忆效应”明显,不同实验室已报道的MC-ICP-MS分析中锂、硼背景占信号比变化范围大(0.01%~5%),所采用的背景控制方法和效果也各不相同,因此给锂、硼同位素的准确测定带来困难。为研究MC-ICP-MS锂、硼同位素记忆效应及其抑制方案,提高测试的稳定性,本文参考前人研究成果,设计不同背景清洗方案,并对各种国际标样(IRMM-016、JG-2、ERM-AE121、ERM-AE122、NASS-7)和实验室内部标准(Alfa Li、Alfa B)进行长期测试,检验实验方案的长期重现性。结果表明:仅使用0.3%氯化钠溶液清洗背景可以显著降低锂背景信号,从20mV下降至4mV,并保证7Li背景值在24h内低于5mV,实验室内部标准溶液Alfa Li的δ^(7)Li长期测试外精度为0.13‰(2SD,n=73)。氟化钠、氨水等清洗液并不能显著降低本研究所使用仪器的硼背景,因此选择使用灵活的空白扣除方法来保证数据稳定性。实验室内部标准溶液Alfa B的δ^(11)B长期测试外精度为0.19‰(2SD,n=60)。本文锂、硼同位素国际标样的测试结果与前人数据在误差范围内一致,证明了实验结论的可靠性。

冷变形及时效处理对Cu-0.3Zr-0.2Cr合金组织与性能的影响

采用真空熔炼法制备Cu-0.3Zr-0.2Cr合金,将其热锻后在900℃进行固溶处理,随后进行轧制量30%与60%的冷轧处理,之后再对合金进行(400~550℃,0~360 min)的时效处理;对时效处理后合金进行性能测试及显微组织观察。结果表明:固溶后的合金再经过60%的冷轧+450℃时效120 min后拥有较好的性能,硬度可达179HV,抗拉强度为467 MPa,导电率为88.5%IACS,伸长率为12.1%,此时合金主要存在Copper织构;在450℃时效360 min后合金的主要织构转变为Brass织构,织构的转变对合金的延展性有一定的影响;时效处理后,基体析出大量纳米尺寸的Cr相,这导致合金的强度与导电率大幅升高。

Cu_(3)Mo_(2)O_(9)/Mn_(0.3)Cd_(0.7)S S型异质结的构筑及其光解水产氢性能研究

采用超声辅助研磨煅烧法制备了Cu_(3)Mo_(2)O_(9)/Mn_(0.3)Cd_(0.7)S S型异质结光催化剂,通过X射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、固体紫外漫反射等测试技术表征了样品的物相、形貌、化学元素组成以及光吸收能力等物理化学性质。在可见光加近红外光照射下进行了光催化析氢性能测试,结果表明,Cu_(3)Mo_(2)O_(9)/Mn_(0.3)Cd_(0.7)S复合材料的光解水产氢性能均优于纯相的Mn_(0.3)Cd_(0.7)S和Cu_(3)Mo_(2)O_(9),其中Cu 3Mo 2O 9的质量分数为1%的Cu_(3)Mo_(2)O_(9)/Mn_(0.3)Cd_(0.7)S显示出最佳的产氢速率(1.554 mmol·h^(-1)·g^(-1)),是Mn 0.3 Cd_(0.7)S的5.5倍。且经过四次循环实验后仍保持较好的光催化活性。此外,根据电化学测试以及红外热成像结果提出了合理的机理,Cu 3Mo 2O 9的光热效应与S型异质结的协同作用是Cu_(3)Mo_(2)O_(9)/Mn_(0.3)Cd_(0.7)S光催化活性提高的关键。

ZnCo-POPs球形材料衍生双金属催化剂协同催化烯烃与空气的环氧化

多孔有机聚合物(POPs)作为一种新型的多孔材料,因其独特的优点被广泛应用于多相催化中.本文采用浸渍法制备了一系列不同组成的ZnCo-POPs双金属催化材料,利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)和比表面及孔径分析(BET)等手段表征了材料.使用浸渍法制备的Zn_(0.3)Co_(0.6)-POPs-250-2催化剂显示了最佳的催化活性,在以N,N-二甲基甲酰胺作为反应溶剂,90℃条件下反应5 h可得到94.3%的α-蒎烯转化率及95.2%的环氧产物选择性,且该催化剂在循环使用5次后其催化活性未出现明显下降,说明Zn_(0.3)Co_(0.6)-POPs-250-2催化剂具有优异的催化性能及良好的稳定性.

固溶处理时间对铸造Al-Si-Mg合金低温力学性能的影响

对铸造Al-7Si-0.3Mg合金进行了20℃、-20℃和-60℃的拉伸试验,研究了固溶时间对其力学性能和显微组织的影响,并分析了Si相对断裂行为的影响及其作用机理。结果表明,随着固溶时间的延长,合金在20℃、-20℃和-60℃下屈服强度、抗拉强度和伸长率都呈先增加后降低的趋势,在固溶时间为10 h时取得最大值。随着固溶时间的延长,合金中Si相的尺寸和长宽比有所减小,在固溶时间为10 h时,合金中尺寸较小的Si相主要呈颗粒状,继续延长固溶时间至15 h时,Si相的尺寸和长宽比增加。随着试验温度的降低,Si相附近的滑移带数量呈现逐渐减少的趋势,较低温度下合金断口附近出现了较多的断裂Si相,但是相对而言,固溶时间为10 h的断裂Si相处的裂纹较小,且断口以小解理平面和韧窝为主,韧性相对未固溶时更好。

废旧LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)材料球磨-喷雾法再生研究

为了改善再生锂离子电池材料的电化学性能,提出了一种球磨-喷雾法对废旧LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)(NCM523)进行回收再生。该方法是通过对预处理后的废旧正极材料进行球磨细化,经过喷雾干燥迅速制备再生材料的前驱体,并结合高温煅烧制备再生NCM523材料。采用SEM、EDS、XRD、HRTEM、FT-IR、XPS、TG-DSC等对再生过程中材料的形貌、成分、物相及化学变化等进行了分析,且对再生NCM523组装的电池进行了电化学性能分析。结果表明,再生材料具有多孔结构,锂镍混排程度降低,电化学性能得到改善。在实验条件下得到的再生NCM523材料在0.11 C下的首圈放电比容量为159.053 mA·h/g,循环100圈后放电比容量为145.615 mA·h/g,容量保持率为91.55%,具有良好的容量保持率;电流密度为5 C的首圈放电比容量为126.974 mA·h/g。相较于传统的直接再生方法,球磨-喷雾再生法制备的NCM523的电化学性能得到明显改善。

时效Cu-0.6Zr-0.3Fe合金的组织与性能

通过真空熔炼的方法制备了Cu-0.6Zr-0.3Fe合金。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射和电子万能试验机等对合金的显微组织及元素分布、物相及力学性能进行了分析测试。结果表明:铸态Cu-0.6Zr-0.3Fe合金的晶粒较为粗大,同时晶间存在黑色球状、长条状共晶组织;经930℃固溶处理60 min后的晶粒组织变得细小,并且共晶组织由长条状转变为球状,经30%冷变形及时效后晶粒基本保持着冷轧形貌;时效初期合金的硬度先迅速升高达到峰值,而后随着时效时间的延长开始降低,最后趋于平缓或下降,抗拉强度变化趋势与之相同;在本次实验条件下合金的最佳时效工艺参数为450℃时效120 min,此时其显微硬度、抗拉强度和导电率分别为152.6 HV0.3、495.4 MPa和55.5%IACS。

Ni_(3)CuSn_(0.3)/SiO_(2)催化剂上的裂解汽油C_(8)芳烃选择性加氢反应本征动力学与固定床反应器数学模型

苯乙烯是石化工业中的重要单体,可通过裂解汽油抽提法制备。为防止微量苯乙炔混入苯乙烯中,导致下游催化剂中毒和产品不达标,工业上普遍采用选择性加氢反应来去除苯乙炔。以裂解汽油C_(8)芳烃为原料,首先采用Ni_(3)CuSn_(0.3)/SiO_(2)催化剂粉末,在搅拌釜式反应器中,研究了60~90℃和0.2~1.0 MPa条件下苯乙炔和苯乙烯的浓度变化规律,得到了苯乙炔→苯乙烯和苯乙烯→乙苯的本征反应活化能分别为46.33 kJ·mol^(-1)和68.95 kJ·mol^(-1)。然后,在固定床反应器中,采用Ni_(3)CuSn_(0.3)/SiO_(2)颗粒,考察了反应温度、压力、进料H_(2)/苯乙炔的摩尔比和苯乙炔浓度对裂解汽油C_(8)芳烃选择性加氢反应的影响,并建立了反应器数学模型来描述该反应过程,分析了各组分效率因子沿反应器轴向的变化规律。实验结果验证了固定床反应器数学模型的准确性,苯乙炔、苯乙烯和乙苯的反应器出口浓度实验值与模型预测值之间的平均相对误差绝对值分别为9.8%、0.3%和0.3%。

采用两步固相法配合表面活性剂制备LiMn_(0.7)Fe_(0.3)PO_(4)/C正极材料的研究

磷酸锰铁锂复合材料能够兼具磷酸铁锂和磷酸锰锂优点,得到较高的能量密度,但锰铁比过高反而会降低材料的离子电导率和电子电导率。为了提高电导率并降低材料阻抗,采用表面活性剂油酸辅助的两步固相方法,制备了粒径较小、孔隙分布均匀且碳包覆薄厚均匀适中的LiMn_(0.7)Fe_(0.3)PO_(4)/C正极材料(LFMP/C-3)。循环充放电测试表明,该材料在1C下放电比容量为119.6 mA·h/g,循环100次后为102.8 mA·h/g,循环效率为88.87%。经倍率测试得出,在0.1C、0.5C、1C、2C、5C和10C倍率下的平均放电比容量分别为141.08、132.70、128.44、105.86、89.10、83.40 mA·h/g,在之后的0.1C倍率下仍能恢复到开始5次的平均水平。循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)测试表明,LFMP/C-3样品具备较小的极化程度、最低的电荷转移阻抗(139.75Ω/s^(1/2))和较高的锂离子扩散系数(1.46×10^(-14)cm^(2)/s)。结果表明,油酸的加入可获得良好的形貌特征,从而促进锂离子的脱嵌,提高材料的离子电导率和电子电导率,提高磷酸锰铁锂正极材料的电化学性能。

G-C_(3)N_(4)/Zn_(0.3)Cd_(0.7)S光催化剂制备及其去除混合染料污染

为利用太阳光光催化去除染料污水中多种染料,通过水热反应,成功制备出x%g-G-C_(3)N_(4)/Zn_(0.3)Cd_(0.7)S光催化剂。在可见光照射下,该催化剂能同时降解染料污水中甲基橙、刚果红、中性红和罗丹明B。5%g-G-C_(3)N_(4)/Zn_(0.3)Cd_(0.7)S经过80 min光照,对上述4种染料降解效率分别达到98.4%、98.4%、99.2%和99.3%,远高于单一g-C_(3)N_(4)和Zn_(0.3)Cd_(0.7)S。光催化降解循环实验表明5%g-G-C_(3)N_(4)/Zn_(0.3)Cd_(0.7)S具有良好稳定性。x%g-G-C_(3)N_(4)/Zn_(0.3)Cd_(0.7)S光催化剂在染料废水的净化方面具有潜在应用前景。

交流电极化增强Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-0.3PbTiO_(3)压电性能的机理研究

探讨了不同极化方式下Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)–0.3Pb Ti O_(3)(PMN-0.3PT)单晶的压电性能的变化。实验结果表明,相比于直流电极化,交流电极化后PMN-0.3PT单晶的压电系数d33从1421 pC/N提升至1857 pC/N,相对介电系数εr从4800提升至6650,压电系数与相对介电系数分别提升了30.7%和38.5%。为探究交流电优化机理,采用了实验和模拟相结合的方法,从极化畴结构演化的角度给出了解释。用压电力显微镜对PMN-0.3PT的畴结构进行了扫描,并利用相场模型对PMN-0.3PT的畴结构演化进行了表征,实验和模拟结果展现出相同的演化趋势;同时建立了相应的晶格演化模型进行解释。对于未极化的PMN-0.3PT单晶,畴结构呈现随机分布的状态;经过直流电极化后,电畴沿偏向电场的方向翻转,畴结构形貌呈现树枝状;在交流电极化后,PMN-0.3PT内部只存在两个不同极化方向,畴结构形貌呈现条带状。数值计算的结果表明,随着极化方式由无极化到直流极化再到交流极化,PMN-0.3PT的畴壁能从727.578变化到160.060再到57.910,伴随着畴壁能的减小,畴壁密度逐渐降低,这是导致压电性能提升的主要原因。该研究成果对深入理解弛豫铁电材料电畴结构与压电性能的内在联系及作用机理有非常重要的意义,并为优化铁电材料的压电性能给出了可行方案。

Mg-5Al-0.3Mn-1Gd合金固溶时效处理工艺研究

采用显微组织观察、硬度测试等手段研究了不同固溶、时效处理对Mg-5Al-0.3Mn-1Gd合金组织和硬度的影响。结果表明:铸态Mg-5Al-0.3Mn-1Gd合金经过430℃×2 h+565℃×4 h固溶后,合金中β-Mg_(17)Al_(12)相完全溶入基体,稀土相呈短棒状在Mg-5Al-0.3Mn-1Gd合金基体中弥散分布,合金晶粒没有明显长大。再对其进行230℃不同时间的时效处理,随着时效时间的增加,Mg-5Al-0.3Mn-1Gd合金中析出第二相数量逐渐增加,最终细小的第二相在局部富集,合金的硬度先增加后降低。Mg-5Al-0.3Mn-1Gd合金的最佳固溶时效工艺为430℃×2 h+565℃×4 h固溶+230℃×16 h时效。