新型球状Ni/Co-MOFs电极材料的构筑及电化学性能研究

金属有机框架(Metal-organic frameworks,MOFs)材料作为一种电化学活性材料受到了人们的广泛关注。本工作利用简单的一锅法以1,3,5-苯三甲酸(H_(3)BTC)为有机配体、六水合氯化镍(NiCl_(2)·6H_(2)O)和六水合硝酸钴(Co(NO_(3))_(2)·6H_(2)O)为金属离子中心来源,通过简单的一步溶剂热法构筑镍/钴金属有机框架材料(Ni/Co-MOFs)。通过扫描电子显微镜(SEM)、粉末X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和Brunauer-Emmett-Teller(BET)法等对Ni/Co-MOFs样品的微观形貌、结构组成进行了表征,并采用循环伏安、恒流充放电和电化学阻抗法测试了制备的Ni/Co-MOFs电极材料的电化学性能。结果表明,新型球状Ni/Co-MOFs被成功地构筑。室温下,在6 mol/L KOH电解质中,恒定电流密度为0.5 A/g时,Ni/Co-MOFs电极材料的比电容为779 F/g;当电流密度增大至5 A/g时,Ni/Co-MOFs能够保持初始电容的79%。此外,以Ni/Co-MOFs为正极、活性炭(AC)为负极组装了非对称超级电容器,Ni/Co-MOFs‖AC非对称超级电容器器件在电流密度为0.5 A/g时的比电容为107 F/g,在功率密度为400 W/kg时的能量密度为38 Wh/kg,经过10000次连续的充放电循环后,该器件能够保留初始比电容的65.71%。上述研究结果表明,所制备的Ni/Co-MOFs在储能器件领域具有潜在的应用价值。

Ni/ZrO_(2)-SO_(4)^(2-)催化剂的制备及其催化甲烷与CO_(2)制乙酸性能

以Zr(NO_(3))4·5H_(2)O和Ni(NO_(3))2·6H_(2)O为原料、(NH4)2CO_(3)为沉淀剂,采用溶胶凝胶-硫酸酸化两步法制备了Ni/ZrO_(2)-SO_(4)^(2-)催化剂,采用XRD,FTIR,SEM,N_(2)吸附-脱附,H_(2)-TPR,NH3-TPD等方法对Ni/ZrO_(2)-SO_(4)^(2-)催化剂进行表征,考察了Ni的引入方式对催化剂的结构和性能的影响。实验结果表明,与共沉淀方式引入Ni制备的Ni/ZrO_(2)-SO_(4)^(2-)催化剂相比,采用溶胶凝胶方式引入Ni制备的催化剂的四方相ZrO_(2)占比更高,表面酸量更多,且具有良好的热稳定性和较强的L酸性;采用溶胶凝胶方式引入Ni制备的Ni/ZrO_(2)-SO_(4)^(2-)催化剂的乙酸生成量明显优于共沉淀方式引入Ni制备的Ni/ZrO_(2)-SO_(4)^(2-)催化剂。四方相ZrO_(2)、酸性位点和过渡金属Ni之间的协同作用促进了甲烷与CO_(2)直接反应合成乙酸。

晶粒尺寸对界面含Cr-O-C防黏层Cu/Ni复合体拉伸性能的影响

通过分子动力学方法研究含Cr-O-C防黏层的具有不同晶粒尺寸的Cu/Ni复合体的拉伸变形。结果表明:当Cu/Ni复合体的晶粒尺寸大于12 nm时,不论界面不含Cr、O和C原子或含有定量Cr、O和C原子,复合体的屈服强度随着晶粒尺寸的减小呈现增大趋势,符合细晶强化规律,晶粒塑性变形主要受晶体内部的位错滑移控制,最大应力增加9.52%;当晶粒尺寸小于12 nm时,由于晶界所占比例的增加,拉伸过程的塑性变形更多受晶界变形控制,屈服强度下降。Cr-O-C界面弱化了Cu/Ni复合体的强度,随着界面上Cr、O和C原子数量的增加,Cu/Ni复合体的抗拉强度随之降低,最大应力下降56.40%,Cu/Ni复合体内部的位错数量也随之降低,转移到Ni表面的Cu原子数量随之减少。

碳布表面Ni/Co-MOF阵列生长及其电化学性能

以活性碳布(CC)作为导电基底材料,采用水热法在其表面生长分层片状双配体Ni/Co-MOF[Ni/Co(PTA)_(2)(2-MI)_(2)]阵列,得到Ni/Co-MOF@CC复合电极材料。探究Co^(2+)含量对Ni/Co-MOF形貌的影响,利用SEM、XRD和TEM对复合电极进行结构表征,并对其进行电化学性能测试。结果表明:在Co^(2+)含量为1.5 mmol时,Ni/Co-MOF阵列以分层片状均匀地生长于碳布表面;该条件下获得的Ni/Co-MOF@CC复合电极在电流密度为2 mA/cm^(2)时比电容可达745.5 F/g,且循环5000次后比电容保持率达到88.2%。该研究为开发性能优异的超级电容器电极材料提供了新思路。

基于NI myDAQ的线性动态电路参数测量

动态电路在实际生活中应用广泛,精确测量动态电路的参数具有工程意义。采用线上线下混合式教学模式、仿真和实测相融合的实验方法,利用NI myDAQ虚拟实验平台测量动态电路参数,开拓了学生的思维,提高了学生的综合实验能力。

基于响应面法的Ni60/WC涂层表面织构皮秒分束工艺参数预测研究

目的实现六分束激光在Ni60/WC涂层表面烧蚀目标织构激光加工工艺参数的精确选择。方法基于CCD响应面法,设计在不同的激光工艺参数下对Ni60/WC涂层表面进行织构烧蚀试验,以激光频率、扫描次数、扫描速度为影响因素,以圆凹坑织构直径、深度及由其直径和深度综合加权所得的综合目标为响应目标,建立目标织构所需激光工艺参数的预测模型,以织构直径、深度及综合目标作为优化条件,对预测模型进行实验验证。结果扫描次数对织构直径的影响最显著,单个脉冲光斑上所聚集的能量大小是影响织构直径误差的关键因素。对织构深度影响最显著为扫描次数和频率,织构深度与扫描次数、频率呈正相关,不同因素间的交互作用是影响织构加工结果的关键。通过对预测模型所优选的参数进行实验验证发现,以织构直径和深度、综合目标建立的预测模型优选工艺参数所加工圆凹坑织构的质量评价指标与其预测指标的误差率分别为19.37%、3.57%。功率为6 W时,六分束激光加工最优工艺参数为速度5500 mm/s、频率400 kHz、扫描2次。结论通过综合目标建立的Ni60/WC涂层表面圆凹坑织构六分束激光加工参数优选预测模型精确程度较高,能够实现Ni60/WC涂层表面加工所需织构激光参数的准确预测,为涂层表面织构加工激光参数精确选择提供了理论依据。

微量掺杂Mn改性Ni/ZSM-5用于等离子催化甲烷部分重整制氢

使用微量的Mn元素对浸渍法制备的Ni/ZSM-5催化剂进行了掺杂改性,并将其应用于低温等离子体催化甲烷重整制氢的反应中。研究结果表明,掺杂后的双金属催化剂可以有效提升甲烷转化率。同时利用XRD、EDS和H_(2)-TPR等技术手段对催化剂进行了表征,表征结果表明,催化剂改性后金属分散度得到改善、氧化还原能力提升。活性评价证实了改性催化剂在介质阻挡放电等离子中的制氢活性得到增强。

单脉冲电沉积Ni-纳米TiC-氧化石墨烯复合镀层结构及磨损性能

本研究利用单脉冲电沉积技术在Q235钢表面制备了一种新型的Ni基减摩耐磨三元复合镀层,首先通过研究氧化石墨烯(GO)浓度对Ni-纳米TiC基复合镀层形貌、镀速及硬度的影响确定了最佳的GO添加量,然后利用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)和X射线光电子能谱仪(XPS)等设备对三元复合镀层的结构进行了表征。最后与Ni-纳米TiC复合镀层等进行了对比,研究了三元复合镀层的硬度及耐磨损性能。结果表明:镀液中GO的最佳质量浓度为200 mg/L。此时,Ni-纳米TiC-GO复合镀层的表面均匀致密,粗糙度值Ra=3.087μm。XRD和拉曼光谱等分析结果表明纳米TiC和GO成功复合到Ni基镀层之中。Ni-纳米TiC-GO复合镀层的硬度为726.3HV,约是Ni-纳米TiC复合镀层(463.8HV)的1.5倍。Ni-纳米TiC-GO复合镀层的平均摩擦系数为0.108,相比于Ni-纳米TiC复合镀层(0.285),其具备更好的减摩耐磨性能。

Fe对Ni-Mn-Ga合金微丝形状记忆效应的影响

以Ni-Mn-Ga合金微丝为基础分析Fe元素掺杂前后对合金微丝的形状记忆效应的变化。用真空磁控钨极电弧熔炼炉制备Ni-Mn-Ga-Fe合金,并用高真空精密熔体抽拉设备将母合金制备成微丝。采用EDS能谱分析仪、DSC差示扫描量热分析仪、XRD、DMA动态机械分析仪,研究Fe元素掺杂Ni-Mn-Ga合金微丝后的物相、马氏体相变行为、微丝的形状记忆效应。结果表明,Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝显示的是四方结构马氏体相和面心立方结构奥氏体相的混合相,对微丝采用步进式阶梯有序化热处理,有序化热处理能有效降低微丝内部缺陷,释放内应力,细化微丝内部晶粒,收缩晶格体积,马氏体孪晶界面更加平直,孪晶面更易移动,微丝的伸长率提高。在258 K下对制备态Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝进行单程形状记忆的测试,拉伸到350 MPa后卸载到0 MPa,随后将微丝升温到奥氏体态后,应变恢复率为78.75%,而在289K对有序化热处理态Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝进行单程形状记忆测试,应变恢复率达到100%。在126 MPa和240 MPa下分别对有序化热处理态三元Ni-Mn-Ga合金微丝和Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝进行恒应力拉伸,两种微丝双程形状恢复能力均接近100%,但Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝在发生形变时的弹性应变储能略高于Ni-Mn-Ga合金微丝。Fe的加入使得到的合金微丝的力学性能高于传统三元形状记忆合金微丝;制备态下和热处理态的Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝的马氏体相变温度较Ni-Mn-Ga合金微丝分别提高6.0 K和11.5 K,热滞分别降低6.7 K和1.5 K。

Fe@Cu-Ni材料降解罗丹明B的机理与途径

文章采用直接还原法制备了Fe@Cu-Ni微电解材料,并探究了其对罗丹明B(Rh B)的降解效果。采用SEM、XRD和XPS对Fe@Cu-Ni进行了表征,分析了Fe@Cu-Ni对Rh B的降解机理和降解路径。Fe@Cu-Ni的枝晶结构为电子传递和富集提供了发散路径,有利于电荷转移。电子转移通道末端的Cu_(2)O和Fe与Ni掺杂对氧还原反应生成H_(2)O_(2)起着重要作用。由原位产生的H_(2)O_(2)催化生成的·OH是降解Rh B的关键活性物质。通过LC-MS/MS对Rh B的降解中间体进行了鉴定,结果表明,Rh B的降解主要来自于·H和·OH的协同作用。当pH=2、Fe@Cu-Ni催化剂用量为0.5 g/L、Rh B初始浓度为20 mg/L时,Rh B的降解效率可达98.7%。该研究强调了Fe@Cu-Ni复合材料在消除染料残留方面的潜力。

超临界汽轮机低压转子0Cr17Ni4Cu4Nb钢叶片断裂原因

某超临界汽轮机低压转子次末级0Cr17Ni4Cu4Nb钢叶片发生断裂。采用宏观观察、化学成分分析、扫描电镜及能谱分析、金相检验、硬度测试等方法分析了叶片断裂的原因。结果表明:在灵活性运行工况下,机组承受的载荷频繁发生变化,造成低压缸进汽量和汽流频繁大幅波动,导致长叶型的次末级叶片在运行过程中发生颤振;次末级叶片的叶根尺寸与叶根槽不匹配,使叶根松动、叶片晃动,加剧了叶片的颤振;在两种因素共同作用下,机组出汽侧近叶根的应力集中区域萌生了裂纹,在叶片颤振产生的交变应力作用下,裂纹以疲劳的形式不断扩展,最终导致叶片整体断裂。

TWIP钢表面Ni-P化学镀层组织结构及性能研究

目的在孪生诱发塑性钢(TWIP)表面制备Ni-P镀层,提高TWIP钢的耐腐蚀性能。方法通过化学镀工艺在TWIP钢表面制备了高磷Ni-P镀层,并进行不同温度的热处理,利用扫描电镜及能谱仪、X射线衍射仪及原子力显微镜等探究了热处理温度和时间对Ni-P镀层形貌和组织结构的影响。通过电化学方法研究了TWIP钢表面镀层的耐蚀性能。结果随着热处理温度的升高,镍磷原子发生迁移,胞状组织边界模糊,粗糙度降低,其中600℃热处理镀层表面最为致密平整。随着热处理温度的升高,镀层组织结构演变过程如下:非晶态(普通镀层)→非晶态部分晶化,Ni12P5、Ni5P2等亚稳态镍磷化合物析出(300℃)→非晶态完全晶化、稳态Ni3P相长大(400℃)→晶粒长大(500℃、600℃)。Ni-P镀层能够明显提升TWIP钢的耐腐蚀性能。随着热处理温度的升高,镀层的耐蚀性能先降低后升高。600℃热处理1h镀层的腐蚀电流密度为0.25μA/cm^(2),与普通Ni-P镀层相比降低了80.9%,与TWIP钢基体相比降低了99.6%。600℃热处理镀层光滑致密无缺陷的表面促进了保护性氧化膜的产生,使镀层的耐蚀性能提高。结论合适的热处理工艺提高了Ni-P镀层的致密性和保护能力,光滑致密无缺陷的镀层能够为TWIP钢提供良好的防护。

退火工艺对Ti-Ni-V形状记忆合金相变和形变行为的影响

利用差示扫描量热仪和拉伸试验研究了400℃×10~120 min和500℃×10~120 min退火态Ti-50.8Ni-0.5V合金的相变行为、拉伸性能和形状记忆行为。结果表明:随退火温度和时间变化,合金的相变类型、R相变温度T_(R)和热滞ΔT_(R)、马氏体相变温度T_(M)和热滞ΔT_(M)、抗拉强度R_(m)、伸长率A、应力诱发马氏体相变临界应力σ_(M)、加载-卸载残余应变ε_(R)和能耗W_(D)的变化规律如下:400和500℃退火态Ti-50.8Ni-0.5V合金皆发生B2→R→B19’/B19’→R→B2(B2-母相,CsCl型结构;R-R相,菱方结构;B19’-马氏体相,单斜结构)型相变;T_(R)^(400℃)>T_(R)^(500℃),T_(M)^(500℃)>T_(M)^(400℃),ΔT_(M)^(400℃)>ΔT_(M)^(500℃)≥ΔT_(R)^(400℃)≈ΔT_(R)^(500℃)≈4℃;R_(m)^(400℃)>R_(m)^(500℃),A^(500℃)>A^(400℃);400℃退火态合金的超弹性(SE)稳定性高于500℃退火态合金。随退火时间延长,T_(R)^(400℃)、T_(R)^(500℃)、T_(M)^(400℃)和T_(M)^(500℃)升高,ΔT_(M)^(400℃)和ΔT_(M)^(500℃)减小,ΔT_(R)^(400℃)和ΔT_(R)^(500℃)在3.5~4.6℃之间变化;400℃退火态合金保持SE,500℃退火态合金由SE向SE+SME(形状记忆效应)转变;σ_(M)^(400℃)和σ_(M)^(500℃)降低;W_(D)^(400℃)和W_(D)^(500℃)增加;ε_(R)^(500℃)先降后升;ε_(R)^(400℃)在0.64%~1.36%之间变化。要使Ti-50.8Ni-0.5V合金获得较高的T_(R),可对其进行400℃退火;要使该合金获得较高的T_(M),可对其进行500℃退火;要使该合金在室温下获得超弹性,可对其进行400℃×10~120 min或500℃×10~60 min退火。

固溶处理及工艺路径对Cu-Ni-Si-Co合金板材性能的影响

目的系统探究了不同固溶温度及不同冷轧时效工艺对C7035合金力学性能与导电性能的影响规律。方法针对C7035合金进行了不同温度的固溶处理,并进行了冷轧以及不同温度的时效处理。对比一次时效的力学性能与电学性能差异性,并优化工艺路径。选择性能较为优异的样品观察其微观组织以及析出相。结果提高固溶温度可显著提升一次冷轧-时效合金的硬度、强度以及导电性,其中性能较为优异的工艺参数为960℃固溶1 h、冷轧90%、450℃时效3 h,对应板材的维氏硬度、抗拉强度及导电率分别为241.2HV0.1、777 MPa、48.6%IACS。工艺优化后,较优异的工艺参数为960℃固溶1 h、冷轧90%、450℃预时效0.5 h、冷轧50%、450℃时效2 h,对应板材的维氏硬度、抗拉强度及导电率分别为252.8HV0.1、787 MPa、41.2%IACS。结论固溶温度越高,溶质原子溶入基体的数量越多,固溶后能观察到的第二相越少。960℃固溶后一次冷轧-时效的强度较高,与880℃固溶后一次冷轧-时效后相比,强度提高了约100 MPa,二次冷轧时效后,强度有进一步的提升。

退火和变形温度对Ti-Ni-Cr形状记忆合金弹簧低温超弹性的影响

利用拉伸试验研究了350~800℃退火态Ti-50.8Ni-0.3Cr合金弹簧在-20~20℃温度范围变形时的低温超弹性。结果表明,在350~800℃温度范围退火时,随退火温度升高,该合金弹簧对外输出应力先降低再升高,而后趋于稳定。在-20~20℃温度范围变形时,随变形温度升高,该合金弹簧对外输出应力增大。要使该合金弹簧在-20℃下获得残余应变较小的超弹性,可对其进行350~400℃或550~800℃退火处理;要使该合金弹簧在-10~20℃下获得残余应变较小的超弹性,可对其进行350~500℃退火处理;要使该合金弹簧在-20~20℃下获得较大的能耗,可对其进行450~800℃退火处理。随退火温度升高,该合金弹簧的应变恢复率降低;随应力-应变循环次数增加,该合金弹簧的应变恢复率先降低后趋于稳定。预循环训练能明显提高该合金弹簧应变恢复率的稳定性。

WC-Ni基硬质合金微观结构和物理力学性能调控研究进展

WC-Ni基硬质合金用作磁性材料成形模具、核主泵机械密封关键部件以及磨蚀性服役工况耐磨零件独具优势。由于材料体系的本征特性,与WC-Co合金相比,在黏结金属含量相同和合金晶粒度相近条件下,WC-Ni基合金强度、硬度和韧性均明显较低,高性能化面临挑战。本文对WC-Ni三元合金和含其它合金组元WC-Ni基合金的微观结构和物理力学性能调控,以及含Ti板状晶WC-Ni基合金的研究进展进行综述,旨在奠定高性能WC-Ni基硬质合金新材料高效开发的基础。

56NiCrMoV7钢激光熔覆Ni60合金涂层的质量预测与性能分析

基于响应面法开展56NiCrMoV7钢表面激光熔覆Ni60合金粉末的理论及实验研究。以激光功率、扫描速度、送粉速率和搭接率为影响因素,以涂层表面平整度、稀释率及显微硬度为响应目标建立多元回归预测模型,进行工艺参数优化和涂层质量预测。结果表明:送粉速率和扫描速度的交互作用对表面平整度影响最大;激光功率、送粉速率及搭接率对稀释率均有显著影响;送粉速率对显微硬度影响最大,激光功率次之。优化的工艺参数为激光功率1647 W,送粉速率0.5 rad/min,扫描速度5 mm/s,搭接率0.4,所制备Ni60合金涂层的表面平整度、稀释率和显微硬度预测值与实验值一致性较好。Ni60合金涂层与56NiCrMoV7基体之间为冶金结合,涂层的硬度和耐磨性均优于基体,表面强化效果明显。

热处理对9Ni钢焊接接头低温性能的影响

针对天然气罐用9Ni钢及其焊接接头在低温条件下塑韧性恶化问题,研究9Ni钢经手工电弧焊后,调质热处理(QT)和两相区热处理(QLT)工艺对焊接接头低温性能的影响规律。结果表明:QT热处理优化方案为淬火温度800℃、回火温度570℃,其热处理过程淬火温度对9Ni钢低温性能的作用主要是由裂纹扩展功完成,回火温度对9 Ni钢接头低温性能的作用是由裂纹形成功来完成;QLT优化方案为淬火温度800℃、中间淬火温度670℃、回火温度570℃,其淬火温度对9Ni钢低温性能影响很少,中间淬火温度对9Ni钢材焊接接头低温性能影响主要由裂纹扩展功完成,回火温度对9Ni钢接头低温性能的作用主要是由裂纹扩展功完成。

Mo添加对WC-Ni硬质合金微结构及性能的影响

采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和性能检测等方法研究了不同Mo添加量对WC-Ni-Mo硬质合金的WC粒度、硬度、摩擦磨损和耐腐蚀性能的影响。结果表明:在研究的成分范围内(w(Mo)=1.5%~2.0%),WC的平均晶粒尺寸基本不随Mo添加量的变化而变化;随Mo添加量的增加,WC-Ni-Mo硬质合金的硬度略微有所下降,而摩擦磨损性能得到提升。Mo质量分数为2%的WC-Ni-Mo硬质合金在酸性溶液中的耐腐蚀能力要高于Mo质量分数为1.5%的合金,并且具有更好的电化学稳定性。总体来看,WC-8.0%Ni-2.0%Mo合金的综合性能优于WC-8.5%Ni-1.5%Mo硬质合金。

碳笼负载镍基磁性催化剂Ni@Cage-C的制备与性能研究

以自然结晶法制备的ZIF-67为前驱体,采用包裹-刻蚀-碳化策略,得到大小均匀的纳米碳笼(Cage-C),再于液相条件下以碳笼为载体负载上活性金属镍(Ni),成功制备了非贵金属磁性催化剂Ni@Cage-C,并应用于对硝基苯酚催化还原反应以考察其多相催化性能。结果表明:优化条件下制备的Ni@Cage-C催化剂为碳笼包裹单质镍结构,其平均颗粒大小为550 nm;将Ni@Cage-C用于对硝基苯酚催化还原反应时,催化性能明显优于参照催化剂雷尼镍(Raney-Ni)。质量反应速率常数kM为6.11 mg^(-1)·min^(-1),催化效率达到98.87%,循环反应十圈后活性仍高于初始活性的85%。