石榴石型立方相Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)固态电解质的制备及储锂性能

石榴石型立方相Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)具有高的离子电导率和热稳定性,在固态锂电池领域颇具应用前景。煅烧温度对制备高性能立方相LLZO至关重要。为此,首先采用不同煅烧温度(1050℃、1100℃、1150℃、1200℃、1250℃)制备了LLZO,然后将10%磺酸甜菜碱改性的聚偏二氟乙烯(SB-PVDF)与90%LLZO复合制备固态电解质膜,并研究其电化学储锂性能。结果表明:在最优煅烧温度1200℃时制备的LLZO为纯立方相结构,相对致密度高达92.4%,离子电导率为1.21×10^(-4)S/cm,活化能为0.335eV,相应的固态锂电池在1.0C充放电时的放电比容量为124.3mAh/g,循环200圈后容量保持率为93.4%,优于其他样品。

Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)基氧化铝薄膜的制备及对固态电解质应用性能的影响

Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)具有离子电导率高、电化学窗口宽、与锂负极相容性好的特点,在锂离子电池领域成为了传统有机液态电解质的潜在替代品。然而,LLZO极易与空气中的CO_(2)、H_(2)O反应生成副产物Li_(2)CO_(3),致使LLZO离子电导率降低,甚至丧失。针对这一问题,本研究采用先旋涂后烧结的方法在LLZO表面构筑氧化铝薄膜,借助致密氧化铝薄膜阻隔LLZO与空气的直接接触的特性,改善和提高LLZO的空气-水稳定性。结果表明,采用该方法可在LLZO表面构筑厚度约为13.34μm的无定形氧化铝薄膜层。该薄膜层有效提高了LLZO对气体的阻隔性,增大了LLZO表面疏水特性,在一定程度上抑制了Li_(2)CO_(3)的生成。同时,由于渗入LLZO中氧化铝对空隙的填充作用,强化了离子传输特性,使负载薄膜后LLZO的离子传导的活化能从0.40 eV降低至0.28eV,离子电导率从4.48×10^(5)S·cm^(-1)提高到5.06×10^(-5)S·cm^(-1),提高了13%。

低成本Nb掺杂Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)固态电解质的性能与应用研究

固态电池因其在能量密度、循环寿命和安全性等方面的优异性能受到关注。其核心组件为固态电解质材料。具有石榴石结构的Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)氧化物固态电解质由于具备宽电化学窗口、良好的离子传导性、稳定的化学性能及简单的制备工艺等特点而得到广泛研究。本研究采用Nb元素对LLZO进行掺杂,成功制备得到Li_(6.75)La_(3)Zr_(1.75)Nb_(0.25)O_(12)(LLZNO)氧化物固态电解质,其离子电导率达到了7.79×10^(-4)S/cm,且制备成本与未掺杂的LLZO相比无明显增加。将其涂覆在聚乙烯(PP)隔膜表面形成PP-LLZNO隔膜,表现出良好的热稳定性和离子电导率。与Al_(2)O_(3)涂覆隔膜或固态电解质Li_(6.75)La_(3)Zr_(1.75)Ta_(0.25)O_(12)(LLZTO)涂覆隔膜组装的电池相比,组装了PP-LLZNO涂覆隔膜的扣式电池和软包电池的容量保持率分别达到了84.99%(50圈)和57.40%(100圈),展现出更优异的性能。因此,高离子电导率和低成本LLZNO的制备对固态电解质的大规模生产及在固态电池中的广泛应用具有一定的参考意义。

铁源前驱体对钠离子电池材料Na_(2)FeP_(2)O_(7)/C的影响

采用溶胶-凝胶工艺制备以蔗糖为前驱体的碳包覆NaFeP_(2)O_(7)正极材料,并通过优化铁源提升材料的电化学性能。通过调节蔗糖比例控制包覆碳的含量来改善材料的导电性。铁源为FeSO4·7H_(2)O时,前驱体蔗糖的含量不宜过高;而铁源为Fe(NO_(3))_(3)·9H_(2)O时,则需要较高含量的蔗糖前驱体。铁源为FeSO4·7H_(2)O、Fe(NO_(3))_(3)·9H_(2)O制备的电极材料的循环稳定性较好,以1.0 C在1.5~4.2 V循环300次后,分别能保留73 mAh/g与74 mAh/g的放电比容量,容量保持率为91.6%与95.1%。碳包覆后的材料在20.0 C下的放电比容量超过48 mAh/g,倍率性能良好。通过结构和电化学性能测试,发现以蔗糖作为碳前驱体高温烧结的碳包覆结构改善了电极的电子导电性,并提高了Na+扩散系数,从而提高了电化学性能。

双掺杂提升Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)锂离子传导能力

Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)固体电解质由于优越的综合性能,而极有可能应用于全固态锂电池。但其较低的锂离子电导率影响了电池性能。为进一步提高其锂离子传导能力,采用一定量Ga掺杂锂位将其稳定为立方相,并将不同半径的Cr^(3+),Sc^(3+),Gd^(3+)分别掺杂锆位,并研究它们对LLZO结构及性能的影响。结果表明,Ga,Sc共掺时制备的Li_(6.4)Ga_(0.25)La_(3)Zr_(1.85)Sc_(0.15)O_(12)具有最高的室温离子电导率,可达1.20×10^(-3 )S/cm,而活化能仅为0.22 eV。

基于热障涂层的La_(2)Zr_(2)O_(7)材料改性研究进展

随着航空发动机不断向高推重比、高性能方向发展,传统、单一的热障涂层(Thermal barrier coating,TBC)已经不能满足热端部件严苛的服役要求。锆酸镧(La_(2)Zr_(2)O_(7))具有熔点高、高温下结构稳定、低热导率等优点,具有极好的隔热性能,有望成为新一代热障涂层候选材料,但在实际应用中仍存在两大关键问题,即热膨胀系数低和断裂韧性差。因此,La_(2)Zr_(2)O_(7)材料在服役过程中会因热失配而造成局部热应力集中,导致涂层过早剥落失效,严重影响涂层的服役寿命。国内外研究表明,对La_(2)Zr_(2)O_(7)材料进行改性可以有效解决上述问题。为此,系统分析了关于La_(2)Zr_(2)O_(7)材料改性的研究工作,将La_(2)Zr_(2)O_(7)材料改性总结为4类:第二相复合、稀土掺杂、纳米化和高熵化。重点介绍了4种不同改性方式对La_(2)Zr_(2)O_(7)材料热导率、热膨胀系数的影响及增韧机理,并对La_(2)Zr_(2)O_(7)材料改性研究工作进行总结和展望,以为La_(2)Zr_(2)O_(7)材料在热障涂层领域的应用提供理论支撑。

固相烧结法制备锂离子电池正极材料Li_(2)FeP_(2)O_(7)及其电化学性能研究

介绍了一种先冷冻干燥后固相烧结制备正极材料Li_(2)FeP_(2)O_(7)的方法.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对材料的组成和形态进行表征,并通过循环伏安曲线(CV)和电化学阻抗谱(EIS)研究了Li_(2)FeP_(2)O_(7)材料的电化学性能.研究发现,合成Li_(2)FeP_(2)O_(7)的最佳温度为590℃,此温度下反应较完全且产物杂质较少,1.6C倍率下的放电比容量达到55 mA·h·g^(‒1),明显高于其它温度下合成样品的放电比容量.该温度下合成的Li_(2)FeP_(2)O_(7)还具有低阻抗和较大的交换电流密度,说明这种合成方式有利于提高锂离子在Li_(2)FeP_(2)O_(7)中的扩散.

锂离子电池Li_(2)FeP_(2)O_(7)正极材料的制备及其电化学性能

采用固相球磨法制备了Li_(2)FeP_(2)O_(7)/C正极材料,研究了烧结温度、碳包覆含量以及碳源对其结构、形貌以及电化学性能的影响。结果表明:高温固相烧结合成样品的适宜温度为680℃,以柠檬酸为碳源、碳包覆量为5%时,合成的Li_(2)FeP_(2)O_(7)/C晶型完整,晶粒较小且均匀,0.1C倍率下的放电比容量可达102.6 mAh/g,0.5C倍率下的初次放电比容量可达83.4 mAh/g,循环30次后放电比容量为80.7 mAh/g,展现了较好的循环性能以及倍率性能。

LD脉冲泵浦Er^(3+)/Yb^(3+):Lu_(2)Si_(2)O_(7)晶体百kHz激光器

目前1.5μm激光二极管(Laser Diode,LD)泵浦的铒镱共掺玻璃/晶体被动调Q微型激光器广泛应用于激光测距、激光雷达等领域。随着激光器输出重频的增加,玻璃面临突出的热效应问题,晶体的热导率是玻璃的10倍以上,有望能够实现比玻璃基质更高重频的激光输出。报道了一种通过LD脉冲端面泵浦Er^(3+)/Yb^(3+):Lu_(2)Si_(2)O_(7)晶体的百kHz人眼安全激光器。通过实验优化增益介质掺杂浓度和长度、泵浦光斑尺寸和调Q晶体初始透过率等实验参数,同时适当缩短脉宽,优化泵浦占空比,提高了输出重频的稳定性。最终获得了重频为100 kHz、单脉冲能量0.7μJ、脉冲宽度240 ns、光束质量M^(2)=1.61的1537 nm脉冲激光输出。实现了输出脉冲频率与泵浦的一致,保证了输出重频的稳定性,有效解决了输出重频具有随机性、不稳定、不可控等问题。

Dy_(2)Zr_(2)O_(7)磁光透明陶瓷的制备及法拉第效应

以自制的Dy_(2)O_(3)超细粉与市售的ZrO_(2)粉料为主要原料,经球磨混合后通过高温固相反应合成了平均粒径约为150 nm的Dy_(2)Zr_(2)O_(7)粉体,再经过冷等静压成型和真空烧结获得了Dy_(2)Zr_(2)O_(7)磁光透明陶瓷。研究表明,该陶瓷样品具有典型的缺陷萤石结构,在635 nm波长处的直线透过率约为68%,达到了理论透过率的88%。Dy_(2)Zr_(2)O_(7)透明陶瓷在635,780,1 064 nm处的费尔德(Verdet)常数分别为(-182±7),(-118±2),(-48±1) rad·T^(-1)·m^(-1),在1 064 nm近红外波段处约为商用铽镓石榴石单晶的1.24倍,在635 nm可见光波段处约为铽镓石榴石单晶的1.33倍。研究结果证明Dy_(2)Zr_(2)O_(7)透明陶瓷是一种有潜力的新型磁光材料。

大气等离子喷涂Si/Mullite+BSAS/Yb_(2)Si_(2)O_(7)环境障涂层的制备与水氧腐蚀行为

以固相烧结法制备的Yb_(2)Si_(2)O_(7)粉体作为原材料,采用大气等离子喷涂工艺在SiC基体表面制备Si/Mullite+BSAS/Yb_(2)Si_(2)O_(7)三层结构环境障涂层。利用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射分析仪、纳米压痕试验机等设备研究涂层的显微组织、相结构和力学性能。结果表明:粉体材料由83%Yb_(2)Si_(2)O_(7)相和17%Yb_(2)SiO_(5)相(质量分数)组成,等离子喷涂获得的Yb_(2)Si_(2)O_(7)层孔隙率为(6.61±0.65)%,涂层结合强度达(22.82±3.55)MPa,涂层断裂韧度达(1.98±0.12)MPa·m1/2。此外,涂层1350℃条件下水氧耦合腐蚀测试结果显示Yb_(2)Si_(2)O_(7)单斜相含量先降低后提高,硅黏结层高温氧化形成的热生长氧化物SiO_(2)与Mullite+BSAS界面相容,未发现Mullite+BSAS与Yb_(2)Si_(2)O_(7)层互扩散现象,硅层的损耗是涂层使用寿命的主要限制环节。

298.15K下LiCl-Li_(2)B_(4)O_(7)-H_(2)O体系中LiCl的活度系数和缔合平衡研究

用锂离子选择电极和 Ag-Ag Cl电极测定了 2 98.1 5K下 Li Cl-Li2 B4O7-H2 O体系中离子强度范围为 0 .0 1～ 2 .50 mol· kg- 1 、不同 Li2 B4O7离子强度分数的 Li Cl的平均活度系数。由实验数据 ,用迭代法及多元线性回归法 ,求取了 Li B4O- 7离子对的形成计量缔合平衡常数 Km 及 Pitzer离子作用参数 ,并与实验值比较 ,标准偏差为 0 .0 1 38。同时该实验结果与 2 98.1 5K下 Li Cl-Li2 SO4-H2 O体系 Li Cl平均活度系数的变化趋势进行了比较 ,得到在 0 .0 5～ 1 .0 mol· kg- 1 离子强度范围内 Li Cl在 Li2 B4O7介质中平均活度系数随 Yb的增大而增大 ,而在 Li2

298.15K下LiCl-Li_(2)B_(4)O_(7)-H_(2)O体系中LiCl的活度系数和离解平衡研究

用锂离子选择电极和经典 Ag- Ag Cl电极测定了 2 98.15K下 L i Cl- Li2 B4 O7- H2 O体系中离子强度范围为 0 .0 1～ 2 .50 mol· kg-1,不同 Li2 B4 O7离子强度分数的 L i Cl的平均活度系数。由实验数据 ,用迭代法及多元线性回归法 ,求取了 L i2 B4 O7的化学计量离解平衡常数 Km,热力学离解平衡常数 K及 Pitzer离子作用参数 ,并与实验值比较标准偏差为 0 .0 50 0。同时该实验结果在 0 .0 1- 0 .50 mol·kg-1离子强度范围内与 2 98.15K下 L i Cl- L i2 SO4 - H2 O体系 L i Cl平均活度系数的变化趋势进行了比较 ,得到 L i Cl在 Li2 B4 O7介质中平均活度系数随 Yb的增大而增大 ,而在 L i2 SO4

Li_2B_4O_7晶体压电性能及应用的研究

Li2 B4O7(简称LBO)晶体是一种性能优异的压电晶体材料 ,特别适合于制作高频、宽带、低插入损耗的声表面波 (SAW)和体波 (BAW)器体。本文采用导纳圆图法和脉冲回波法测得LBO晶体的弹性及压电系数。从测试结果可以看出 ,弹性系数的交叉分量少 ,且数值相对较小 ;在 ( 0 0 1 )面内有较高的声波传播速度 ,其变化范围为 6 5 0 0～ 70 80m/s ,在 [0 0 1 ]方向有较低的声波传播速度 ,大约为 5 1 6 0m/s;而压电性能反映了在不同方向的机电耦合系数均比石英晶体相应参数大得多。该晶体具有较高的K2 S 值 ,机械加工性能良好 ,莫氏硬度 6 ,小于石英 ,可方便地用于制造谐振器。制作工艺与石英基本相同 :定向切割研磨清洗电极装架调频封装。谐振器性能测试结果与石英的比较表明谐振器的频率温度特性为抛物线型 ,转变温度在 - 1 0～ 5 5℃范围内 ,频率变化为 3× 1 0 -4 。这种晶体还具有良好的频谱响应 ,寄生频率高出主频 1 80kHz,衰减大于 30dB ,完全可以满足器件的使用要求。利用LBO晶体机电耦合系数较高的特点 ,还可以制作出调频范围较宽的压控振荡器 ,性能的测试结果表明可调性为 0 .47% ,比石英晶体振荡器 (可调性为 0 .0 4% )大 1 0倍。宽带晶体滤波器一般是由石英滤波器加展宽线圈制成的 。

固态电解质锂镧锆氧(Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12))制备及第一性原理研究

固态电解质(SSE)是锂离子电池(LIB)的关键材料.Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)固体电解质是全固态锂离子电池开发中的关键部分.采用高温固相法制备了不同烧结温度后的四方Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(t-LLZO)和立方Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(c-LLZO),分析了两种样品的结构性能.800℃下烧结12小时的t-LLZO呈四方相,晶格尺寸为a=b=13.13064,c=12.66024,离子电导率为3.42×10^(-8) S·cm^(-1);1000℃下烧结12小时的c-LLZO呈立方相,晶格尺寸为a=b=c=13.03544,离子电导率为8.48×10^(-5) S·cm^(-1).另基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算了四方相和立方相的LLZO固体电解质材料的能带结构、晶格参数、态密度和键布居.通过理论计算解释了四方相LLZO离子电导率低于立方相LLZO的原因.

钆掺杂La_(2)Ce_(2)O_(7)电子结构和性能的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了不同钆掺杂量(La_(1−x)Gd_(x))_(2)Ce_(2)O_(7)(x为物质的量分数,取0,0.25,0.50,0.75,1.00)的几何结构、电子结构、力学和热学性能。结果表明:(La_(1−x)Gdx)_(2)Ce_(2)O_(7)能带结构为Γ-X间接带隙,带隙随着x的增加而减小;随着x的增加,(La_(1−x)Gdx)_(2)Ce_(2)O_(7)的晶格常数和体积先减小后增大,相对分子质量增大,密度先增大后减小;(La_(1−x)Gdx)_(2)Ce_(2)O_(7)的力学性能均符合Born-Huang稳定性判据,说明(La_(1−x)Gdx)_(2)Ce_(2)O_(7)具有良好的力学稳定性;Pugh比(剪切模量与体模量之比)小于0.571,泊松比大于0.26,说明(La_(1−x)Gdx)_(2)Ce_(2)O_(7)具有良好的韧性,具备承受热循环应力的能力;(La_(1−x)Gdx)_(2)Ce_(2)O_(7)的最小热导率在0.98~1.26 W·m^(−1)·K^(−1)之间,低于氧化钇稳定氧化锆,表明(La_(1−x)Gdx)_(2)Ce_(2)O_(7)具有良好的热学性能,可以作为热障涂层的候选材料。

Ag-Ni-La_(2)Sn_(2)O_(7)复合材料在不同气氛中的耐电弧烧蚀性能及机理

采用化学共沉淀法制备了La_(2)Sn_(2)O_(7)粉末,并使用真空热压烧结法制备出Ag-Ni-La_(2)Sn_(2)O_(7)(85∶12∶3)复合材料。分别在空气、N_(2)和SF_(6)气氛中对Ag-Ni-La_(2)Sn_(2)O_(7)复合材料进行电弧烧蚀实验,通过热场发射扫描电镜(SEM)和三维激光共聚焦扫描显微镜(3D LSCM)对复合材料烧蚀后的表面形貌进行分析,使用能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)对烧蚀后的样品成分进行分析。分析了Ag-Ni-La_(2)Sn_(2)O_(7)复合材料在不同气氛中的电弧烧蚀行为及机理。结果表明:Ag-Ni-La_(2)Sn_(2)O_(7)复合材料在空气和N_(2)气氛中烧蚀区域面积大、表面起伏小,在SF_(6)气氛中烧蚀区域面积显著缩小,伴随的是表面起伏程度增大。在空气气氛中电弧烧蚀后金属元素均被氧化,生成Ag_(2)O、NiO、La_(2)O_(3)和SnO_(2),在N_(2)气氛中由于O~(2-)不足,电弧烧蚀后生成La_(2)O_(3)、NiO和部分SnO_(2),剩余部分Sn和Ag保持金属态,在SF_(6)气氛中电弧烧蚀后金属元素被氟化,生成AgF、NiF_(2)、LaF_(3)和SnF_(4)。

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%。

MgO-Nd_(2)Zr_(2)O_(7)复相陶瓷惰性燃料基质的制备及表征

为了获得致密性高、晶粒尺寸小、两相分布均匀的Mg O-Nd_(2)Zr_(2)O_(7)复相陶瓷惰性燃料基质,首先以Nd(NO3)3·6H_(2)O、C_(12)H_(28)O_(4)Zr为原料,采用sol-gel法合成了有序P型Nd_(2)Zr_(2)O_(7)烧绿石,再和Mg O复合制备了Mg O-Nd_(2)Zr_(2)O_(7)复相陶瓷。利用XRD、SEM-EDS等方法研究了化学组成、烧结时间、烧结温度对复相陶瓷的物相组成、晶粒大小以及致密性的影响。结果表明:采用sol-gel法在1200℃煅烧10 h能够成功合成出结晶良好的Nd_(2)Zr_(2)O_(7)烧绿石。此外,在1500℃烧结24 h,可以制备出致密性高、晶粒分布均匀的Mg O-Nd_(2)Zr_(2)O_(7)复相陶瓷。

Mg^(2+)掺杂对焦磷酸盐Sr_(2)P_(2)O_(7):Eu^(2+)紫色荧光粉的发光性能影响

紫光具有光固化、防伪检测以及光催化净化等特性,在特殊照明领域应用广泛。然而,高性能紫外或者近紫外光用紫色(380~420 nm)荧光粉相对稀缺,极大地制约了紫光照明的进一步发展和应用。焦磷酸盐Sr_(2)P_(2)O_(7)因其合成温度较低、稳定性高等优点,是一种理想的发光材料基质,鉴于此,本文以Sr_(2)P_(2)O_(7):Eu^(2+)紫色荧光粉为研究对象,研究了Mg^(2+)掺杂对样品结构、形貌以及发光性能影响。结果表明,掺杂Mg^(2+)能够显著提升荧光粉的发光性能,同时晶体形貌表面由粗糙转变为光滑,颗粒平均粒径尺寸增大。当Mg^(2+)掺杂浓度为0.45 mol时,Sr1.55Mg0.45P2O7:Eu^(2+)样品在150℃温度下的发光强度维持初始强度的75%,并且拥有88.17%的高量子效率,荧光寿命为0.48μs。这表明(SrMg)2P2O7:Eu^(2+)紫色荧光粉具备在光固化性防伪检测以及光催化净化等领域潜在应用前景。