高性能锂离子电容器正极材料石墨烯-介孔炭复合物的制备及性能分析

【目的】设计同时具有高质量活性和高体积活性的锂离子电容器(lithium-ion capacitor,LIC)复合正极材料。【方法】借助扫描电子显微镜、透射电子显微镜、康塔全自动比表面和孔径分析仪、四探针测试仪,通过实验分析了颗粒之间的微观形貌、堆叠方式、接触模式和界面特性对复合电极的电导率、电学性质的影响规律。【结果】将介孔活性炭(mesoporous activated carbon,MC)与单分散石墨烯/单壁碳纳米管杂化物(graphene/single-walled carbon nanotube hybrid,GNH)混合,紧密压缩制成锂离子电容器正极材料。GNH均匀地包裹在MC颗粒表面,与MC面对面接触,增大接触面积;而且GNH在MC颗粒之间形成均匀的三维导电网络,提供了快速的电子传导。另外,GNH具有开放结构,会优先吸附电解液离子,与MC界面间存在浓度梯度;同时,GNH具有较高的导电性,与导电性较差的MC界面间存在接触电势差效应。两者共同促使GNH和MC界面之间形成快速的离子和电子双传输路径,促进离子在MC内部的扩散,从而避免了高电流密度下因离子扩散缓慢而造成的容量损失。【结论】添加5%GNH提高了倍率性能,并且在不牺牲堆积密度的前提下同时提高质量和体积能量密度。

超高真空原子尺度Au_(x)/Si(111)-(7×7)表面吸附的电荷分布测量

原子尺度表面吸附Au原子的物理化学性质对研究纳米器件的制备以及表面催化等起着非常重要的作用.利用调频开尔文探针力显微镜研究了室温下Au在Si(111)-(7×7)表面吸附的电荷分布的特性.首先,利用自制超高真空开尔文探针力显微镜成功得到了原子尺度Au在Si(111)-(7×7)不同吸附位的表面形貌与局域接触电势差(LCPD);其次,通过原子间力谱与电势差分析了Au/Si(111)-(7×7)特定原子位置的原子特性,实现了原子识别;并通过结合差分电荷密度计算解释了Au/Si(111)-(7×7)表面间电荷转移与Au的吸附特性.结果显示,Au原子吸附有单原子和团簇形式.其中,Au团簇以6个原子为一组呈六边形结构吸附于Si(111)-(7×7)的层错半单胞内的3个中心原子位;单个Au原子吸附于非层错半单胞的中心顶戴原子位;同时通过电势差测量得知单个Au原子和Au团簇失去电子呈正电特性.表面差分电荷密度结果显示金在吸附过程中发生电荷转移,失去部分电荷,使得吸附原子位置上的功函数局部减少.在短程力、局域接触势能差和差分电荷密度发生变化的距离范围内,获得了理论和实验之间的合理一致性.

基于原子力显微镜的G/FTO双层薄膜接触特性研究

本文采用湿法刻蚀法将单层石墨烯(G)与掺氟二氧化锡(FTO)薄膜复合在一起,采用拉曼(Raman)光谱、聚焦离子束(FIB)和透射电子显微镜(TEM)研究了G/FTO双层薄膜的结构、表面和界面形貌、元素分布等信息;采用基于原子力显微镜(AFM)的开尔文探针力显微镜(KPFM)和导电原子力显微镜(C-AFM)研究了FTO薄膜和G/FTO双层薄膜的形貌、接触电势差(CPD)、功函数、接触势垒。结果表明,FTO薄膜和G/FTO双层薄膜的接触电势差分别为-0.474、-0.441 V,两者功函数分别为5.329、5.296 eV。与FTO薄膜相比,G/FTO双层薄膜的迁移率由21.26 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1)增加到23.82 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1)。FTO薄膜和G/FTO双层薄膜相应的势垒高度分别(0.39±0.06) V和(0.33±0.05) V,G/FTO双层薄膜的势垒高度更小。

网内电位差引起跨接于地网两点间导体的烧熔风险分析及防护措施

接地故障电流会在地网上产生电位差,在其作用下可能导致跨接于地网两点间的导体发生烧熔。该文基于矩量法和有限元法构建了分析网内电位差引起跨接于地网两点间导体烧熔的模型,并利用戴维南定理提出了计算连接点最大温升的简化计算公式。针对某220k V电站接地铜排烧熔案例开展计算分析,并讨论相应的防护措施,结果表明:故障电流分布和两端接地的并行二次电缆数量对导体烧熔存在显著影响,而故障电流波形的影响较小;烧熔通常发生于导体间的连接点处;造成烧熔的热功率主要由接触电阻产生,且该热功率仅会在连接点附近较小范围内的金属导体上产生高温;导体烧熔主要与网内电位差、故障持续时间、接触电阻、连接点结构相关;通过控制连接点的接触电阻、使用大接触面积的接线端子、采用多个接线端子相并联的措施可降低金属导体的烧熔风险。

二氧化钛表面接触电位差测试设计与分析

作为光催化剂模型材料的金红石型二氧化钛(110)结构,同时针对金红石型二氧化钛(110)提出了接触电位差(CPD)的2种测试方法,包括二次扫描法与原子追踪2D测试法。基于超高真空超低温调频原子力显微镜与开尔文探针力显微镜(UHV-ULT-NC-AFM/KPFM)测试技术,通过对探针的修饰,完成了金红石型二氧化钛(110)表面CPD的表征。实验发现由于Smoluchowski效应,二氧化钛(110)表面台阶上CPD可减少0.2 V,同时研究了CPD减少与光催化活性的关系。为后期相关研究实验奠定了基础。

钙钛矿太阳能电池界面工程优化研究

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(PSCs)具有高能量转换效率、低能耗和低成本等优点,但PSCs界面缺陷引起的非辐射复合严重阻碍了其光电转换性能提升。本研究通过降低氧化镍空穴传输层的粒径尺寸,提高粒径均匀性,实现了光生空穴在电池界面的高效传输;并通过优化钙钛矿薄膜的反溶剂作用时间提升结晶质量,降低界面非辐射复合,改善空穴传输层和钙钛矿的界面问题,使钙钛矿太阳能电池的能量转换效率(PCE)从10.11%提高到18.37%。开尔文探针力显微镜(KPFM)研究表明,界面优化后的钙钛矿薄膜在亮态下的表面接触电位差相比于暗态下增加了120.39 mV。采用压电力原子力显微镜(PFM)分析钙钛矿薄膜明暗态铁电性能,发现界面优化后的钙钛矿铁电极化变化微弱,说明优化界面有效降低了电池界面缺陷和迟滞效应。该研究结果表明,优化氧化镍空穴传输层,提高钙钛矿薄膜质量,减少了界面缺陷,降低了非辐射复合和电池迟滞效应,提高了钙钛矿太阳能电池的能量转换效率。

904L超级奥氏体不锈钢焊接接头的耐腐蚀性能研究

为了研究904L超级奥氏体不锈钢焊接接头在模拟核电厂三回路水环境中的耐腐蚀性能,采用开尔文探针力显微镜(KPFM)和电子背散射衍射(EBSD)技术,结合电化学试验、浸泡腐蚀试验研究了904L焊缝和母材晶界特征分布、表面接触电势差及介质温度对其耐腐蚀行为的影响。结果表明:904L母材具有更高的Σ3特殊晶界,较焊缝具有更好的耐腐蚀性能。焊缝和熔合线表面平均电位差分别为318 mV和295 mV,且局部区域存在电位差低谷,具有更高的电化学活性。母材和焊缝临界点蚀温度(CPT)分别为50℃和43℃,CPT焊缝<CPT母材。温度的变化对焊缝的点蚀电位(Eb)具有更大的影响,随着温度升高,焊缝点蚀电位Eb急剧降低,腐蚀速率大幅度提高。

氧分压调控氧化铜薄膜生长及其表面功函数研究

本文采用反应磁控溅射法制备p型二元铜氧化物半导体薄膜,通过氧气流量调节实现Cu_(2)O、CuO和Cu_(4)O_(3)薄膜的可控生长。所制备薄膜的形貌与结构分别利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪以及拉曼光谱进行表征。经紫外可见分光光度计测量可知,Cu_(2)O、CuO和Cu_(4)O_(3)薄膜的带隙分别为2.89 eV、1.55 eV和2.74 eV。为进一步研究Cu_(2)O、CuO和Cu_(4)O_(3)薄膜的表面物理性质,基于Kelvin探针力显微镜(KPFM)技术直接测量了薄膜样品与探针尖端间的接触电位差(V_(CPD)),结果表明Cu_(2)O、CuO和Cu_(4)O_(3)薄膜的表面功函数都随着温度的升高而呈现逐渐减小的趋势。

微粉煤的电性质及摩擦带电研究

为了提高煤的摩擦电选脱硫降灰效率,应用同心圆筒测量法研究了煤及伴生矿物颗粒的比电阻、应用开尔文探针法研究了煤及伴生矿物与不锈钢的接触电位差、应用法拉第桶测量了煤及伴生矿物的摩擦带电荷质比.结果表明:净煤和高岭石与不锈钢间的接触电位差为正值,在与不锈钢摩擦时带正电,而黄铁矿和石英与不锈钢间的接触电位差为负值,在与不锈钢摩擦时带负电;小于1.6 g/cm3各密度级和大于1.6 g/cm3各密度级摩擦带电符号相反.温度升高或湿度降低使得颗粒的电阻率升高,有利于提高颗粒的摩擦带电量和分选效率.

基于接触势差法的表面功函数测试装置

利用接触势差法自行设计开发了一种新型的表面功函数测试装置。基本原理是参考电极与样品之间形成电容,计算流过参考电极与样品之间的电流,通过确定电流的零点来获得功函数。此测量仪器由函数发生、功率放大、振荡器等多个功能模块组成。能在空气环境中快速测量半导体、金属、金属氧化物薄膜的表面功函数。我们运用此装置成功地对有机电致发光的阳极氧化铟锡(ITO)薄膜、p型硅片的功函数进行了测量,得到了样品经过UV-Ozone处理前后功函数随时间变化的曲线,为器件的优化提供了依据。

中梁山煤摩擦电选可选性研究

通过测定中梁山煤的介电常数和与不锈钢间的接触电势差,研究了该煤样的摩擦电选可选性。浮沉试验和X射线衍射分析显示,中梁山煤中矿物质的含量随着密度的增大而增加,特别是介电常数较高的高岭石和黄铁矿。随着各密度级产品的介电常数的增大,导电性增强,与不锈钢摩擦后的带电量趋于减少。各密度级产品与不锈钢之间接触电势差的不同,决定了其与不锈钢摩擦后的带电极性,摩擦带电试验进行了验证,试验与理论预测趋势相一致,说明该煤样的摩擦电选可选性比较好。

接地装置地表铺设复合高阻层对保护人身安全的影响

在接地工程中通过在地表铺设防护层来提高人体的耐受能力是一种经济有效的方法。在传统铺设单一高阻层的方法基础上,提出了高阻层和低阻层的复合层防护方法。基于地电位对人身安全的作用机理、人体耐受电流的影响因素等全面分析了复合高阻层的特点和有效性,并分析了复合层参数对地表电位、接触电位差、跨步电位差、大地等效电阻、人体耐受限值等影响。研究表明:在高阻层的下面增设低阻层对接地电阻、接触电势的影响很小,但可以显著降低跨步电位差,原始土壤电阻率越高,低阻层的效果越好。低阻层的厚度取0.1~0.2 m时,即使其电阻率达50Ω·m也具有良好的降低跨步电势的效果,布置位置比较灵活。

含Ce2O3氧化物对改善双相不锈钢亚稳态点蚀的机理研究

利用扫描电镜、原子力显微镜、恒电位脉冲等研究了2205双相不锈钢在中性含Cl-环境下氧化物引起点蚀萌生的机理。实验发现MgO-Al_2O_3系夹杂物中MgO偏聚处以及MgO-Al_2O_3-CaO系夹杂物中CaO富集处会引起夹杂物处基体同周围基体接触电势差增加。此外,CaO富集处易使夹杂物表面出现显微缝隙并使基体裸露,产生亚稳态蚀坑。经Ce处理后发现夹杂物成分变为含Ce_2O_3·11Al_2O_3或Ce_2O_3·Al_2O_3为主的复合夹杂,夹杂物与基体接触电势差减小并且在含Ce_2O_3复合夹杂物处未发现点蚀萌生现象,最后阐述了非金属氧化物引起点蚀的机理以及Ce与氧化物反应的机制。

开尔文力显微镜检测ZnO薄膜的接触电势差

本文利用开尔文力显微镜观测了ZnO薄膜上ZnO/Si台阶处的接触电势差,研究了扫描速度对接触电势差检测的影响,并分析了造成这种影响的原因。实验测得电势分布在ZnO/Si台阶处有明显变化,ZnO/Si的接触电势差为250mV。实测值偏离理论计算值的原因是接触电势差受大气中表面吸附、氧化层、表面电荷等因素的影响。在不同的扫描速度下对同一区域进行扫描,发现扫描速度对接触电势差的检测有很大影响,扫描速度增大,检测结果逐渐偏离真实值,这种现象是力调制模式的开尔文力显微镜的信号处理方式造成的。建议在低速下进行扫描,以获得理想的检测结果。

接触电位差法固定探头式金属表面探伤装置

介绍了接触电位差法固定探头式无损探伤装置的结构，工作原理，测量电路及其频率特性．试验结果表明：该装置对局部狭窄的金属表面发生的龟裂或动态疲劳损伤过程中或初期的探测是有效的．

医用微型玻璃电极的结构与特性

医用微型玻璃电极采用固体可逆接触式结构 ,直径 2mm ,长约 7～ 8mm。电极用于测定人体胃液pH值与电位差 ,可诊断胃病与早期发现胃癌。研究了微型玻璃电极敏感玻璃膜的成分与性质 ,在Li2 OLa2 O3SiO2 系统中加入摩尔分数为 2 %的Ta2 O5可提高敏感玻璃的耐水性与电导率。电极在 pH值为 1～ 9范围内具有良好的Nernst响应性 ,而且重现性和稳定性均比较好。电极的酸误差较小 ,电势随时间的漂移率约为 1.5mV/h。对 2 5只大白鼠胃液的 pH值和电位差进行测定 ,测得大白鼠胃液的pH值范围为 2～ 5。与PB 2 0型SartoriusAG酸度计所测的pH值相比较 ,得知此种电极的平均偏差较小 ,约为± 0 .2。人体正常胃液酸度范围的pH值为 2～ 3 ,由此判断电极用于人体胃液的测定是可能的。

基于电场力显微镜的聚酰亚胺表面电荷

为了研究电介质材料在微纳米尺度下表面电荷产生的原因,为纳米电介质材料的发展提供实验分析基础,本文利用电场力显微镜(Electrostatic Force Microscope,EFM)在微纳米尺度下对聚酰亚胺薄膜表面电荷的起因及特性进行了研究。研究表明:采用导电探针施加偏置电压,摩擦接触聚酰亚胺薄膜表面,在微纳米区域内可产生稳定的电荷分布;薄膜的接触电势差约为-4.0V;负电压更易在聚酰亚胺表面注入电荷;针尖运动速度对聚酰亚胺表面电荷的产生影响并不显著。

电磁场对临变区金属学行为的影响

介绍了铝电磁连续铸轧临变区中电磁场的基本特性 ,描述了电子在该区域的运动轨迹 ,分析了逸出功和接触电势差对变形体内能的影响 ,得出了电磁扰动是加强界面传质与扩散的原因 ,证实了引入电磁场能使得铸轧板织构转变的结果。

基于扫描开尔文探针力显微镜的金属中局部氢分布测试方法研究

目的探明金属材料中局部氢分布及演化特性是揭示其高压氢脆机理、预测承载件服役性能的重要基础。由于材料中局部氢分布测试难度大,目前各种测试研究方法都存在缺点和不足。方法利用扫描开尔文探针力显微镜(SKPFM)进行金属中局部氢分布研究具有空间分辨率高、测试无损的特点,但其测试结果影响因素多,亟待建立相应的测试可靠性保障方法。较为系统的研究了关键测试参数、试验温度、试验气氛环境等对SKPFM测试结果的影响规律。基于上述影响SKPFM测试结果的因素及其影响规律,建立了相对应的控制策略,完善了基于SKPFM的金属近表面局部氢分布测试方法,并对该方法的有效性进行了验证。最后,利用建立的方法研究了高温高压充氢后S30408中氢分布的演化规律。结果对于特定的激振频率,总存在一个激振相位的最佳区间,在此区间内CPD测试的误差最小,且数据稳定性高,激振频率的变化会导致最佳相位区间的变化;空气中的水分和氧气不仅对CPD整体值影响较大,还改变了不同位置处CPD的差值。根据对高温高压充氢后S30408中氢分布的演化规律的观察,氢在S30408中扩散速度随晶向的不同存在差异性。结论利用SKPFM可以有效的测试金属近表面局部氢分布,为金属材料氢脆机理的研究提供了支撑。

HL1型夫兰克—赫兹实验仪中存在的两个问题与仪器的改进

该文分析了HL1型夫兰克-赫兹（简称F—H）实验仪在设计上存在的2个问题：无法测出高激发电位；存在一个由消耗电压与接触电势差导致的系统误差。通过与其它类型仪器作比较，兼顾其它仪器与这种仪器的优点，提出了改进方案。这样，既可测出高激发电位，又可精确测出第一激发电位，同时补偿了消耗电压与接触电势差的影响。