热障涂层中NiCrAlY-ZrO_2界面特性的研究

研究了中间层采用低压等离子喷涂 (LPPS)和外层采用大气等离子喷涂 (APS)的热障涂层 (TBC) ,经 110 0℃热处理 ,NiCrAlY -ZrO2 界面的特性和元素的分布随时间的变化规律 .

Au-TiO_(2)光电极界面声子热输运特性的分子动力学模拟

为了研究光电分解水体系中具有热等离激元效应的Au-TiO_(2)电极的界面热输运特性,本文采用非平衡分子动力学方法研究了温度、界面耦合强度以及添加石墨烯层对Au-TiO_(2)界面热导的影响,并通过声子态密度对界面热导的变化进行了分析.研究结果表明,当体系温度从300 K增加到800 K时,Au-TiO_(2)界面导热系数增加了78.55%,这与更多的低频声子参与界面热输运相关,更多的热量传递到TiO_(2)上可促进界面反应.随着Au与TiO_(2)界面耦合强度的增大,界面热导率可通过TiO_(2)和Au的声子态密度的重叠程度得到优化.添加单层石墨烯可提高Au-TiO_(2)结构的界面热导,其中0—30 THz的低频区声子对导热贡献最大,但添加2层和3层石墨烯,石墨烯层与层之间的相互作用力阻碍了界面传热,且在低频区的声子数量有所降低,不利于热量在Au和TiO_(2)之间进行传递.

两亲SiO_(2)纳米颗粒的制备和界面扩张流变行为研究

制备了一种两亲SiO_(2)纳米颗粒,借助红外光谱及接触角测量证实了相关基团在SiO_(2)纳米颗粒表面的成功接枝,探究了其界面活性和界面扩张流变行为。通过动态界面张力测量及小幅正弦振荡实验发现,两亲SiO_(2)纳米颗粒相比亲水和疏水SiO_(2)纳米颗粒能够更稳定地吸附在界面形成一层吸附膜,降低界面张力,同时由于其扩散交换速度较慢,界面扩张模量大于亲水和疏水SiO_(2)纳米颗粒。进一步的大幅线性压缩实验发现两亲SiO_(2)纳米颗粒在表面比为0.35时其界面吸附量会发生激增,扩张模量迅速增大,其形成的界面膜具有抵抗较大程度形变的能力。

SnO_(2)(110)/FAPbBrI_(2)(001)界面电子结构与光学性质的第一性原理研究

通过基于密度泛函理论的第一性原理对SnO_(2)(110)/FAPbBrI_(2)(001)界面的电子结构及光学性质进行了研究。FAPbBrI_(2)是带隙值为1.58 eV的直接带隙半导体材料,通过构建SnO_(2)(110)和FAPbBrI_(2)(001)的界面模型,发现其晶格失配率为4.28%,界面结合能为-0.116 eV/A^(2),说明此界面结构可以稳定存在。通过态密度(DOS)分析SnO_(2)(110)/FAPbBrI_(2)(001)界面的电子结构,发现了主要由界面处O_(2)p、I 5p、Br 4p、Pb 6p轨道电子杂化形成的界面态。差分电荷密度及Bader电荷分析结果说明在界面处存在明显的电荷转移,这促进了界面处原子之间的成键,提高了界面稳定性。同时,有效的电荷分离也使SnO_(2)(110)/FAPbBrI_(2)(001)界面的光吸收系数相比于SnO_(2)(110)表面和FAPbBrI_(2)(001)表面有了明显提升。

纳米SiO_(2)改性界面剂对混凝土黏结性能的影响

混凝土结构修补加固后的工作性能取决于新旧混凝土的界面黏结性能,增强新旧混凝土黏结强度的有效途径之一是使用界面剂。通过新旧混凝土界面的斜剪试验、劈裂抗拉试验和界面过渡区SEM形貌分析,对比研究了纳米SiO_(2)溶液、纳米SiO_(2)砂浆、砂浆、丁苯乳胶、环氧树脂5种类型界面剂以及凿毛处理的界面黏结效果,分析了纳米SiO_(2)溶液、纳米SiO_(2)砂浆作为界面剂提升界面黏结性能的机理。试验结果表明:3.75%纳米SiO_(2)砂浆界面剂对新旧混凝土界面的修补效果最好,其界面过渡区的水化反应更充分,生成的网状C-S-H凝胶使得整体结构更加紧密,28 d的斜剪强度和劈裂抗拉强度最高,分别为27.3 MPa和6.3 MPa,其斜剪强度甚至比最优粗糙度(6 mm)26.5 MPa要高。

纳米SiO_(2)界面剂对新旧混凝土界面抗渗性能和微观结构影响研究

采用试验的方法探究了纳米SiO_(2)界面剂对新旧混凝土界面劈裂黏结强度和抗渗性能的影响,其使用形式包括喷洒稀释溶液及作为增强相的砂浆界面剂两种方式,并与整体现浇试件及传统界面凿毛组的抗渗性能进行对比分析.同时,借助扫描电子显微镜(SEM)对不同纳米界面剂的黏结面微观结构进行了探究.最后,从界面强度、抗渗性能和微观机理3方面分析了纳米SiO_(2)界面剂对新旧混凝土界面黏结性能的影响.结果表明:两种纳米SiO_(2)界面剂均能不同程度地提高界面黏结强度及其抗渗性能,其中纳米SiO_(2)砂浆界面剂效果明显优于纳米SiO_(2)溶液组,且两者均存在最优掺量,分别为3.75%和2.5%;随着界面粗糙度的增加,黏结试件渗水高度和相对渗透系数逐渐降低;界面相对渗透系数与劈裂强度呈负相关,且相比于劈裂强度,相对渗透系数对界面缺陷更敏感.微观分析结果表明:纳米SiO_(2)的掺入改变了界面过渡区(ITZ)水化产物数量和C-S-H凝胶形貌,有效抑制了界面孔隙网络贯通,使ITZ微观结构更为致密.

采空区碳封存条件下CO_(2)-水界面特性及溶解传质规律

采空区CO_(2)封存作为解决煤炭行业碳排放难题的重要负碳技术储备,在采空区废弃资源二次利用、CO_(2)封存等方面具有广泛的应用前景。利用原位界面张力测定仪开展了不同温压、地层水矿化度及阳离子溶液类型对CO_(2)地层水系统的界面张力(IFT)影响规律实验,明晰了CO_(2)注入含水碎胀煤岩体中的气液界面扩散效应,并将基于统计缔合理论结合兰纳−琼斯势能模型的状态方程(SAFT-LJ状态方程)与密度梯度理论(DGT)结合预测了IFT理论值;利用自主研发的地质封存地化反应模拟实验平台对相同条件下的CO_(2)溶解性进行了探究实验,得到了采空区储层环境下CO_(2)溶解度变化特征,采用D-S模型计算了对应CO_(2)溶解度理论值。实验结果表明:环境温度一定时,采空区储层压力与IFT呈线性负相关关系,储层温度升高,IFT相应增加,但变化幅度较小;温压条件一定时,矿化度与IFT存在正相关性,且在本实验范围内,低压、高温、高矿化度会促使IFT升高;CO_(2)−盐溶液之间的IFT呈现出随着阳离子价态升高而增大的现象(K^(+)<Na^(+)<Ca^(2+)<Mg^(2+));采空区储层压力与CO_(2)溶解度呈正相关关系,当温度为25℃、纯水条件下,压力由0.5 MPa增至2.5 MPa,对应CO_(2)溶解度由0.1627 mol/kg升至0.7141 mol/kg;CO_(2)溶解度随着温度与矿化度的升高而降低;相同质量分数下,一价阳离子溶液(NaCl、KCl)比二价阳离子溶液(CaCl_(2)、MgCl_(2))可溶解更多的CO_(2)。注入采空区中的游离相CO_(2)克服界面张力通过扩散溶解传质作用打破了采空区地层的地球化学平衡,通过明确环境温压条件、采空区水环境对IFT及CO_(2)溶解度的影响规律,阐明CO_(2)地层水气液界面效应及溶解传质机理,以期为采空区CO_(2)封存安全性及封存量评估提供理论基础。

TA2/Q235B复合板不同作用面成形极限及界面损伤行为

采用Nakazima实验法对不同尺寸的退火态TA2/Q235B复合板样品进行胀形实验,研究不同作用面对TA2/Q235B复合板的成形极限和界面损伤行为的影响。结果表明,当凹模与碳钢侧接触时,由于接触材料、界面变形协调能力和应变状态的不同,复合板的胀形高度和成形极限增加,其中R140试样的极限拱高达到最大值(46.17 mm),R60和R180试样在3个方向上的厚度减薄量和界面裂纹更大。此外,由于硬度和拉应力不同,两组样品中所有的水平和斜向孔都向纯钛侧延伸。

ε-Fe_(2)O_(3)/FeO界面结构与相变机理研究

本文利用脉冲激光沉积技术在SrTiO_(3)(111)衬底上生长了ε-Fe_(2)O_(3)薄膜,并应用高分辨X射线衍射(HRXRD)、X射线光电子能谱(XPS)和透射电子显微镜(TEM)对薄膜的显微结构进行了系统表征。XRD和XPS的研究结果表明ε-Fe_(2)O_(3)(001)薄膜在SrTiO_(3)(111)衬底上外延生长,薄膜中Fe离子为+3价。TEM的结果表明,在TEM样品制备过程中,由于高能Ar离子束轰击,ε-Fe_(2)O_(3)/SrTiO_(3)界面上容易发生相变形成FeO。ε-Fe_(2)O_(3)/FeO/SrTiO_(3)的外延关系为ε-Fe_(2)O_(3)(001)[110]//FeO(111)[112]//SrTiO_(3)(111)[112]。基于ε-Fe_(2)O_(3)/FeO界面结构与取向关系,分析了离子束辐照诱导ε-Fe_(2)O_(3)→FeO相变的微观机制。

基于晶格匹配Pt-Co-ZnO三元界面催化剂设计及其催化CO_(2)加氢性能

针对精准构建多组分固体催化剂纳米多元界面的难题,鉴于六方晶型氧化亚钴(hcp-CoO)与氧化锌(ZnO)具有超高的晶格匹配度(大于99.8%),采用晶格匹配策略定向构建Pt-Co-ZnO三元界面,设计合成了三元催化剂Pt-ZnO@CoO,并利用扫描电镜(SEM)、扫描透射电镜(STEM)、能量色散X射线光谱(EDX)、X射线衍射(XRD)、电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)、氢气程序升温还原(H_(2)-TPR)、二氧化碳程序升温脱附(CO_(2)-TPD)等方法对其形貌、元素分布、物相结构、元素含量、还原能力和吸附能力进行了表征,进而在固定床反应器上评价了其CO_(2)加氢反应的催化性能。结果表明:在制备的Pt-ZnO@CoO催化剂上,Co、Pt均高度分散于ZnO表面;催化剂经过还原处理,CoO和Pt前体被还原为纳米颗粒,从而形成Pt-Co-ZnO三元界面;Pt-ZnO@CoO催化剂对CO_(2)加氢反应显示出优异的催化活性和稳定性,这是因为其具有高密度的界面位点、较强的还原能力和较强的CO_(2)吸附能力。

新型电极Mg_(2)SiNi_(3)与Mg_(2)Si的连接和界面行为研究

Mg_(2)Si基热电材料是中温区间最有前途的热电材料之一。为了提高Mg_(2)Si基热电接头的界面性能,提出了一种新型电极材料Mg_(2)SiNi_(3)作为Mg_(2)Si的电极材料,并采用放电等离子烧结技术(SPS)实现了Mg_(2)SiNi_(3)和Mg_(2)Si的连接。同时,测试分析了所得接头的界面微观形貌、界面电性能、力学性能以及稳定性。结果表明,Mg_(2)SiNi_(3)与Mg_(2)Si烧结后形成了完整的冶金结合,界面处各组成元素均实现了均匀过渡;界面接触电阻得到了有效地优化,而且接头以及界面稳定性良好;时效前后,界面性能均未出现大幅的退化。Mg_(2)SiNi_(3)的提出为Mg_(2)Si基热电器件设计和集成提供了一种新的思路。

乳液界面法制备ZnCl_(2)/NH_(2)-MIL-125(Ti)复合材料增强光催化还原Cr(Ⅵ)的研究

利用乳液界面法制备的复合材料在增强光催化活性方面具有显著优势。通过乳液界面法制备了ZnCl_(2)/NH_(2)-MIL-125(Ti)复合光催化材料,利用X射线粉末衍射、傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、比表面积及孔隙分析、紫外-可见漫反射光谱等分析方法对催化剂结构进行了表征,考察了复合材料光催化还原六价铬(Cr(Ⅵ))的性能,探讨了光催化反应机理及催化剂的重复利用性。结果表明,乳液界面法会显著影响ZnCl_(2)/NH_(2)-MIL-125(Ti)复合材料的光电性质,当ZnCl_(2)和NH_(2)-MIL-125(Ti)掺杂质量比为1∶6时,在催化剂质量浓度为0.4 g/L、pH=2、甲醇添加量为0.5 mL条件下,复合材料紫外光催化还原Cr(Ⅵ)的效率最高可达95%,循环使用5次后还原效率为75%。

微界面强化CO_(2)和环氧丙烷催化合成碳酸丙烯酯

应用离子液体催化剂,建立CO_(2)与环氧丙烷合成碳酸丙烯酯的微界面强化间歇和连续工艺。优选离子液体催化剂种类,采用在线成像测量技术观测MIR(微界面强化反应器)和BCR(鼓泡塔反应器)的气液体系特征参数,对比不同反应条件下2种反应器的反应效能,讨论传质强化对PC收率的影响。结果表明:相较于鼓泡塔反应器,微界面反应强化技术将反应体系气液界面尺度由mm-cm级调控为μm级,大幅度提高了相界面积和质能传递效率,导致相同间歇反应工况下反应速率提升77%,CO_(2)利用率提高40%;在较温和条件(110℃,2 MPa)、催化剂用量(摩尔分数)0.375%、空时3.3 h、n(CO_(2)):n(PO)=1.25:1下进行连续化反应,PC收率稳定在98%以上。研究结果为微界面反应强化技术应用于碳酸丙烯酯的工业化生产提供了数据支撑。

Al_(2)O_(3)型壳与DZ125高温合金的润湿性及界面反应研究

DZ125合金因其优异的性能和较低的成本被广泛用于航空发动机的涡轮叶片。航空发动机涡轮叶片通常由熔模铸造技术制备,而陶瓷型壳是熔模铸造技术的基础和保障。陶瓷型壳与高温合金的润湿性及界面反应是高温合金涡轮叶片表面质量及尺寸精度的重要影响因素。以电熔白刚玉粉、EC95粉和电熔白刚玉砂为原料,以1030C硅溶胶为粘结剂,设计了涡轮叶片定向凝固成型用陶瓷型壳浆料配方,并制备了陶瓷型壳。在研究Al_(2)O_(3)型壳的微观结构和表面粗糙度的基础之上,重点研究了Al_(2)O_(3)型壳与DZ125高温合金的润湿性及界面反应。结果表明,制备的Al_(2)O_(3)型壳具有光滑平整的表面,表面粗糙度达1.973μm;Al_(2)O_(3)型壳对DZ125高温合金具有良好的惰性,两者的润湿角为119.54°;DZ125合金表面发生了轻微的化学粘砂,粘砂层厚度仅约0.5μm,化学反应产物主要为合金元素Ta、Cr、W和Ti的氧化物。Al_(2)O_(3)型壳与DZ125高温合金的界面处化学粘砂被有效抑制的主要原因为Al_(2)O_(3)型壳的光滑平整表面及其对DZ125高温合金展现出良好的不润湿性。

MoS_(2)-In与MoS_(2)-Au异质结界面构型对势垒影响研究

文章采用第一性原理计算方法对比研究单层二硫化钼(MoS 2)与In、Au形成的异质结的界面构型对界面势垒的影响。能带结构和束缚能计算表明,MoS_(2)-In和MoS_(2)-Au异质结是范德华接触;由于界面In原子d轨道和Au原子s轨道电子态空间分布各向异性和各向同性,界面势垒对构型表现出不同的依赖性;MoS_(2)-In和MoS_(2)-Au异质结的界面势垒明显偏离Schottky-Mott定则的预测值,电子密度差分结果分析证明,界面电荷转移形成的偶极层是势垒偏离的主要原因。研究结果表明,通过界面构型调控偶极层是调控MoS_(2)-In和MoS_(2)-Au范德华异质结界面势垒的一种新方法。

构建界面兼容的Por-POF/PIM-1混合基质膜用于CO_(2)/N_(2)高效分离

混合基质膜(MMMs)在实现优异的CO_(2)分离方面潜力很大,但其性能往往受到填料与基质之间界面兼容性差的限制.本研究将卟啉基多孔有机框架(Por-POF)分散在可溶性的固有微孔聚合物(PIM-1)中,制备了一系列高渗透选择性MMMs.Por-POF的纯有机属性增强其与纯有机聚合物基质的相互作用,从而制备界面相容性良好的膜材料.多孔的Por-POF可以增加膜的自由体积分数,提高了薄膜的渗透通量.此外,Por-POF孔壁上富集了大量氮,对CO_(2)具有较强的吸附作用,从而提高CO_(2)/N_(2)选择性.气体渗透实验表明,与纯PIM-1膜相比,Por-POF/PIM-1膜的CO_(2)渗透通量和CO_(2)/N_(2)选择性分别提高了157%和64%.本研究为合理设计和构建高性能的分离膜提供了一种独特的思路.

MoS_(2)/SiO_(2)界面黏附性能的尺寸和温度效应

探索二维材料与其衬底之间的黏附性能对于二维材料的制备、转移以及器件性能的优化至关重要.本文基于原子键弛豫理论和连续介质力学方法,系统研究了尺寸和温度对MoS_(2)/SiO_(2)界面黏附性能的影响.结果表明,由于表面效应引起的热膨胀系数、晶格应变和杨氏模量的变化,MoS_(2)/SiO_(2)界面黏附能随MoS_(2)厚度的减小而增大,而热应变使MoS_(2)/SiO_(2)界面黏附能随温度的升高而逐渐降低.此外,预测了在不同尺寸和温度下MoS_(2)在SiO_(2)衬底上的“脱落”条件,系统阐述了MoS_(2)与SiO_(2)衬底之间黏附性能的物理机制,为基于二维材料电子器件的优化设计提供了理论基础.

I_(2)界面修饰对全无机CsPbBr_(3)钙钛矿太阳能电池性能的影响

通过在CsPbBr_(3)薄膜上旋涂一次I_(2)的异丙醇溶液以修饰CsPbBr_(3)吸光层,钝化CsPbBr_(3)层表面缺陷,改善CsPbBr_(3)薄膜形貌。同时通过利用环境友好的绿色溶剂水溶解CsBr,显著提高了其溶解度,减少了旋涂次数,简化了电池制备流程。实验结果表明,在CsPbBr_(3)钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells,PSCs)中,使用5 mg·mL^(-1)I_(2)的异丙醇溶液界面修饰的器件具有最佳光伏性能,其最高开路电压(open-circuit voltage,V_(OC))为1.55 V,短路电流密度(short circuit current density,J_(SC))为7.45 mA·cm^(-2),填充因子(fill factor,FF)为85.54%,光电转换效率(photoelectric conversion efficiency,PCE)达到了9.88%。

SiC_f/Super α_2复合材料的界面反应及对性能的影响

采用透射电镜研究了SiCf/Superα2复合材料的界面反应及其对抗拉强度的影响。结果表明,制备状态的复合材料的界面反应产物为4层分布,经高温长时间热处理后,界面反应区可分为6层,电子衍射分析和成分分析表明:界面反应产物为TiC,Ti3AlC,Ti3Si和Ti5Si3。界面反应层的加厚服从抛物线规律,是一个扩散控制过程。复合材料的抗拉强度随界面反应层的加厚而下降,计算表明:SCS-6SiCf/Superα2复合材料的抗拉强度不受影响的临界界面反应区厚度为0.75μm。

太湖水-气界面CO_2交换通量观测研究

基于2003—01～2005—06利用静态箱法对太湖水-气界面CO2交换通量的观测，对太湖水一气界面交换通量的变化特征进行了分析研究．结果表明：太湖水-气界面CO2交换通量存在明显的日变化，春、夏、秋、冬4季日平均通量分别为一0．79mg／（m^2·h）、-4．89mg／（m^2·h）、-4．06mg／（m^2·h）和-2．56mg／（m^2·h），太湖均是CO2的汇，一般污染越重的区域，CO2通量值越大，藻型湖区水-气界面CO2交换通量季节变化不明显，草型湖区水-气界面CO2交换通量季节变化很明显，夏秋季高，冬春季低．CO2通量变化的可能相关因子还有天气情况、太阳辐射、风速及水温、pH、TA、Chla、TC、TN和TP等。