Electronic structure and thermal properties of bulk and nano-layer of TAlO2（T=Cu,Ag and Au） delafossite oxides

In this paper,we report the effect of temperature and carrier concentrations on the structural,electronic and thermoelectric(TE) properties of TAlO2(T=Cu,Ag and Au) compounds in the bulk and nano-layer structures using full potential-linearized augmented plane wave(FPLAPW) method combined with Boltzmann transport theory.The results show that the TE properties are controlled by the temperature and carrier concentrations.P-type doping of TAlO2(T=Cu,Ag and Au) compounds has better TE figure of merit(ZT) than n-type doping.High ZT of 0.984 is achieved for the bulk structure of the AgAlO2 compound,while it is about 1.234 for the nano-layer structure.Hence,among these compounds,the nano-layer of AgAlO2 is a good candidate for TE applications.

珠光体纳米摩擦学行为的分子动力学模拟研究

由于独特的叠层结构,铁素体和渗碳体能较好发挥协同作用,故珠光体组织表现出优异的摩擦学性能.然而,受试验技术限制,人们对珠光体优异摩擦学性能的机械起源认识仍不全面,尤其是在片层方向和片层厚度对珠光体摩擦学行为的影响方面.本文中采用分子动力学模拟方法研究了片层方向和片层厚度对珠光体划痕摩擦学行为的影响.结果表明:与平行于表面的片层方向相比,垂直于表面的片层方向表现出更优异的摩擦学行为,其塑性影响区深度更小,磨损原子数量也较少.对于具有垂直于表面片层方向的珠光体,片层厚度对塑性影响区深度基本无影响,但摩擦力、摩擦系数和磨损原子数目随着片层厚度的减小而减小.此处,片层厚度与磨痕形貌紧密相关.本工作有助于人们理解珠光体片层方向和片层厚度与摩擦变形微观机制之间的关联,可为设计具有更优异摩擦学性能的珠光体钢提供一定理论指导.

具有多孔双微结构层的柔性电容式压力传感器

电极和介电层的材料性能和表面结构是决定柔性电容式压力传感器性能的关键因素。将碳纳米管(CNT)与硅橡胶结合制备出拉伸性能优良的斜线型微结构电极层。以聚二甲基硅氧烷(PDMS)/BaTiO_(3)/SrTiO_(3)复合材料制备多孔砂纸微结构介电层。电极与介电层交界面构成双重微结构以提升电荷携带能力。场发射扫描电子显微镜与光学显微镜观测结果验证了上述微结构的存在。基于电容模型的分析表明,传感器灵敏度主要取决于多孔介电层的形变量。所制备的多孔双微结构层柔性电容式压力传感器最高灵敏度为2.681 kPa^(-1),在3~5 kPa的压力区间仍具有0.412 kPa^(-1)的灵敏度,响应时间和释放时间分别约为39和61 ms。该传感器能够检测出吞咽时咽部运动的微小压力,实验中测得的最小电容变化率为0.13%,能够识别0.53 Pa的微小压力,具有较低的检测限。进行6000次以上的压缩循环测试后,传感器加载-卸载曲线重合性好,同时对不同频率压力的响应良好,验证了传感器良好的可重复性。总之,所提出的传感器具有良好的压力感知性能,在生理信号监测、人机交互等领域具有广阔的应用前景。

微/纳米纤维层状复合非织造材料的制备及过滤性能

为研究纳米纤维对复合非织造材料结构和过滤性能的影响,以单层ES(PE/PP)纤维网作为纳米纤维的接收基材,利用静电纺丝技术将聚丙烯腈纳米纤维(PAN)均匀收集在纤维网表面。将纤维网进行层叠,得到PAN/ES复合纤维网后,经热风粘合加固制成复合非织造材料。测试分析不同结构设计对复合非织造材料的透气透湿、强力及过滤性能的影响。结果表明,相同条件下,随着单层微米纤维网克重的减小,即纳米纤维层数的增加,复合非织造材料的过滤阻力和过滤效率均呈现先下降后上升再下降的趋势,当纳米纤维层数为7层时,复合非织造材料的纵横向断裂强力及过滤效率最佳;随着各层纺丝时间梯度差的增大,非织造材料的过滤阻力和过滤效率均是先增大后减小再增大,当纺丝时间梯度差为3min时,过滤效率与过滤阻力均最高。

NbMoWTa-Al_(2)O_(3)固体润滑复合材料的宽温域摩擦磨损性能

通过高能球磨和放电等离子烧结方法制备了新型NbMoWTa难熔高熵合金基固体润滑复合材料。系统研究了纳米Al_(2)O_(3)作为固体润滑剂对NbMoWTa难熔高熵合金宽温域摩擦学性能的影响。结果表明:纳米Al_(2)O_(3)颗粒在具有BCC结构的NbMoWTa难熔高熵合金基体相晶界和晶内均匀分散,强烈的弥散强化显著提升了NbMoWTa的显微硬度。纳米Al_(2)O_(3)颗粒在室温至800℃范围内降低摩擦因数和磨损方面有显著作用。室温下,由于复合材料的显微硬度显著提升,添加足量的纳米Al_(2)O_(3)实现了复合材料耐磨性的提升。在中高温下,复合材料表面形成的连续致密氧化摩擦层对提升摩擦学性能起着关键作用。纳米Al_(2)O_(3)颗粒协助氧化摩擦层承载更大的载荷,提高其致密性及稳定性,从而更有效地保护基体。此外,在800℃下纳米Al_(2)O_(3)颗粒的存在能够抑制MoO_(3)的过度挥发。

纳米氧化铁调控钧瓷釉层显微结构及呈色分析

本文在钧瓷釉中添加不同质量分数的纳米氧化铁,分析在还原气氛(96%Ar/4%H_(2))与氧化气氛(空气)烧制后钧瓷呈色及釉面显微结构的变化,采用分光测色计研究了颜色变化,利用X射线衍射仪、拉曼光谱仪研究了钧瓷物相成分,利用扫描电子显微镜研究了釉层微观结构。结果表明:随着纳米氧化铁含量梯度增加,还原气氛下钧瓷试片从淡青色变为蓝色再变为青灰色,氧化气氛下从白色变为黄色再变为酱黑色。当釉层中纳米氧化铁含量达到3.0%(质量分数)时,釉面SiO_(2)晶相完全消失,呈非晶态。随着纳米氧化铁含量的增加,釉面呈液-液分相结构,还原气氛下显微结构尺寸从85 nm增加至150 nm,且Fe^(2+)相对含量上升。氧化气氛下,当釉面达到玻璃化后,分相结构尺寸从217 nm增加到307 nm。

三十烷醇纳米制剂对冬小麦抗旱生理特性的影响

以‘XR4347’品种冬小麦为供试作物,在步入式气候室内开展盆栽试验,设置3种叶面喷施剂型和3个灌溉水平,剂型为市售三十烷醇微乳剂(TRIA,T1)、水滑石负载三十烷醇纳米制剂(TRIA-LDH,T2)和助剂条件对照(T3);灌溉水平分别设置为土壤田间持水量的90%(充分灌溉,W1)、60%(中度水分胁迫,W2)和40%(重度水分胁迫,W3)。结果表明:(1)在相同水分处理下,喷施TRIA和TRIA-LDH对小麦叶片光合速率有促进作用。中度水分胁迫下,喷施TRIA和TRIA-LDH的小麦地上部干质量较对照处理分别增加69.9%和32.7%,水分利用效率分别增加32.2%和16.4%;重度水分胁迫下,喷施TRIA-LDH的小麦耗水量比喷施TRIA显著降低24.0%,地上部干物质积累量增加,因此水分利用效率显著提高13.6%。(2)中度水分胁迫下喷施TRIA-LDH的小麦叶片过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)活性比喷施TRIA处理显著增加2倍,重度水分胁迫下喷施TRIA-LDH的小麦叶片SOD活性比喷施TRIA处理显著增加1倍,表明喷施TRIA-LDH比喷施TRIA对抗氧化酶活性的促进效果更好。(3)重度水分胁迫下,喷施TRIA-LDH与TRIA的小麦叶片ABA含量分别比对照处理显著降低21.8%和30.9%,表明重度水分胁迫下外源施用三十烷醇可通过降低叶片ABA含量有效缓解水分胁迫对于植株生长的抑制。(4)重度水分胁迫下,喷施TRIA的小麦叶片保卫细胞Ca^(2+)大量外流,而喷施TRIA-LDH的叶片保卫细胞Ca^(2+)内流,可见植物对TRIA-LDH的吸收利用效果更好。在水分胁迫下,三十烷醇纳米制剂增强了植株的抗旱能力,提高了植株的水分利用效率。因此,水滑石纳米载体可用于负载三十烷醇,实现三十烷醇对植物高效、可持续的调控。

静电纺聚酰胺6/聚苯乙烯复合纳米纤维膜制备及其空气过滤性能

针对空气过滤纤维材料的过滤效率、阻力和使用寿命难以平衡的问题,采用多喷头静电纺丝技术,制备了不同直径、形貌纤维及不同纤维沉积顺序的聚酰胺6/聚苯乙烯(PA6/PS)复合纳米纤维膜,测试了复合膜的平均孔径及孔隙率,建立了纤维结构与过滤效率及阻力的构效关系;结合扫描电镜表征探讨了不同形貌、直径纤维的叠加次序对过滤寿命及细颗粒物沉积行为的影响,系统研究了过滤风速、细颗粒物尺寸对过滤性能的影响。结果表明:在5.33 cm/s的风速下,以多喷头静电纺丝方式制备的PA6/PS复合膜具有更好的抵抗风速变化的能力,在长期使用中阻力增加较缓慢,其具有93.13%的过滤效率,30.67 Pa的过滤阻力和0.0889 Pa-1的品质因子,综合过滤性能优于同等条件下H10等级(过滤效率>90%)的商业玻璃纤维过滤膜。

中空三维结构的硅碳负极的构筑及性能研究

硅碳材料作为高能量密度的锂电负极材料备受瞩目,但由于硅在充放电过程中巨大的体积膨胀效应,导致了其循环性能差,限制了其商业化应用。本工作利用薄层石墨柔性结构的特点,与纳米硅进行复合制备了中空结构的硅碳复合物,并通过对薄层石墨和纳米硅分别用含有羧基的羧甲基纤维素(CMC)和含有氨基的正硅酸乙酯(TEOS)进行表面修饰。相比于传统的机械混合工艺制备的硅碳负极材料存在纳米硅与碳材料复合不均一的问题,本工作修饰后的纳米硅与薄层石墨之间通过静电自组装作用,可形成更为均一的纳米硅与薄层石墨的复合物(S/MG)。通过造粒技术,构筑了由纳米硅/薄层石墨片层组成的中空结构的硅碳复合物颗粒,而颗粒外部由碳层进行包覆。通过SEM切片、EDS以及高分辨TEM等表征手段,可以看到颗粒内部由纳米硅与薄层石墨层结构构筑了微米尺寸的中空结构,该结构内部不但形成了导电的三维网络结构,而且为纳米硅的体积膨胀提供了充足的缓冲空间,从而大幅提升了硅碳负极材料循环稳定性。相比于传统石墨取代薄层石墨与纳米硅制备的硅碳复合物,薄层石墨制备的硅碳负极的比容量达到958 mAh/g,扣电在0.5 C下循环500次后容量保持率可维持在88%左右。本文作者也从实用角度评价了S/MG全电循环性能,与三元NCM811正极材料组装成的软包全电池,在1 C倍率充放电下,循环1000周后电池容量保持率可达86%,可为高能量密度锂电技术的研究提供实验依据。

微纳级GaN基VCSEL中周期反射结构与电子阻挡层的设置作用分析

氮化镓(GaN)基微纳米结构生长技术的成熟为微纳级GaN基垂直腔面发射激光器(VCSEL)的制备提供了新的途径。本文设计了基于GaN基轴向异质结微纳米柱的微纳级VCSEL结构,采用Al_(0.8)Ga_(0.2)N/In_(0.2)Ga_(0.8)N应变补偿结构作为上下分布式布拉格反射镜(DBR),其中Al_(0.8)Ga_(0.2)N层的Al组分远高于传统结构中的电子阻挡层(EBL),能够更好地起到电子阻挡的作用。本文使用商用软件PICS3D构建了电子阻挡层处于不同位置的VCSEL数理模型,并进行数值模拟计算,探索和分析物理机理,解释了不同位置EBL对空穴注入效率的影响。结果表明,采用Al_(0.8)Ga_(0.2)N与In_(0.2)Ga_(0.8)N组成的应变补偿DBR可以更好地提高空穴注入效率,优化器件光电性能。

微纳层叠带状聚丙烯腈初生纤维的制备及性能研究

以聚丙烯腈(PAN)和二甲基亚砜(DMSO)为原料,采用新型微纳层叠挤出技术制备了微纳层叠带状聚丙烯腈(PAN)基初生纤维,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子万能试验机对初生纤维的性能进行了研究。分析了纤维凝固成形过程中空气层高度、凝固浴温度、凝固浴浓度对微纳层叠带状PAN初生纤维性能的影响。结果表明:层叠带状PAN初生纤维相比于传统圆形截面纤维,在纺丝过程中能保持良好的带状截面不变形;并且在空气层高度为30mm,凝固浴温度为45℃,凝固浴浓度为40%工艺条件下制备的层叠带状PAN初生纤维综合性能较好,获得了结晶度为31.3%,晶粒尺寸为4.53nm,拉伸强度为14.60MPa的层叠带状PAN初生纤维。

核壳结构nAl@Cu(BTC)/Fe(BTC)纳米铝热剂的制备及燃烧性能

为了解决纳米铝热剂的制备工艺中组分分布不均匀和燃烧效率低等问题,采用层层组装技术将铜‐均苯三甲酸(Cu(BTC))和铁‐均苯三甲酸(Fe(BTC))交替包覆在nAl表面,制备核壳结构nAl@Cu(BTC)/Fe(BTC)纳米铝热剂,并对其结构、形貌、热反应性能(铝热反应温度)和燃烧性能(燃烧时间、点火延迟时间和燃烧温度等)进行研究。结果表明:层层组装技术可以调控包覆层的厚度和形貌,随着包覆层厚度的增加纳米铝热剂从粗糙疏松逐渐变得光滑致密;交替包覆12层Cu(BTC)/Fe(BTC)的纳米铝热剂燃烧剧烈,火焰传播速率较快,在0.710 s内火焰达到最大,具有适中的点火延迟时间(0.509 s)、最短的燃烧时间(2.036 s)和最高的燃烧温度(1425℃),此时,Cu(BTC)和Fe(BTC)的协同作用使其铝氧化反应温度峰值降低到552.5℃和735.0℃。

新型纳米保温材料PTA装置蒸汽管道应用总结及经济分析

某公司动力中心供PTA(精对苯二甲酸)装置蒸汽管线有中压蒸汽管道和高压蒸汽管道,高压蒸汽管道设计压力9.81 MPa,设计温度545℃和380℃(减温),管道材质为12Cr1MoVG。中压蒸汽管道设计压力4.5 MPa,设计温度465℃,管道材质为12Cr1MoVG。高压和中压蒸汽管线总长度约5000 m。为保证装置长周期稳定供汽,该公司采用了导热系数更低、憎水率极高的新型纳米气凝胶保温材料+硅酸铝复合的保温方案,应用后实测保温效果良好,通过数据计算节能效益明显。

致密储层纳米增注技术研究与应用

针对魏家楼致密储层油藏注水压力上升快的问题,引入了纳米增注技术,通过微细管和岩心驱替实验装置对纳米增注技术的增注原理和影响因素进行了分析。结果表明:纳米增注剂能够改变岩石润湿性,可使亲水储层改变为中性或亲油储层,减少亲水储层孔喉表面形成的水膜的厚度;纳米增注剂还可吸附在孔喉表层,使孔喉表层的水化膜剥离,增大孔喉有效半径,降低流体阻力,从而增加地层吸水能力。微细管驱替实验表明,质量分数为0.010%的纳米增注液,对直径为50~100μm的微细管降压效果较好,降压率最大可达30.1%;天然岩心驱替实验表明,纳米增注液注入量为1倍孔隙体积、吸附时间大于36 h时,降压效果较好,降压率达40.0%。魏家楼油田降压增注现场试验结果表明,纳米增注剂能使注水井注入压力降低2.4 MPa。该研究结果对致密储层油藏高压欠注井治理具有很好的应用价值。

高镍材料优化改性方法的研究进展

随着社会的快速发展,电子产品对化学电源的能量密度要求不断提高。高镍材料因其极高的能量密度而被广泛研究和应用。因为高镍材料的不稳定性和表面活性,所以需优化改性使其充分发挥高比能量的特性,构筑纳米包覆层和元素替代是优化高镍材料的主要方法。将系统回顾近几年较为出色的优化改性方案,并尝试从生产方法、原料成本和改性结果等角度分析,评估将这些方案产业化的可行性。文章认为元素替代和包覆相结合的双重优化方案能高效改良高镍材料的内、外部结构,提高其电化学性能,是未来材料改性的主要研究方向。

考虑多层吸附诱导流的页岩微纳米孔道渗流分形模型

针对页岩气渗流过程模拟难度大的问题,运用分形理论描述页岩气储层微观结构,基于吸附层多层吸附现象,考虑了压力敏感效应和真实气体效应,推导了微纳米页岩气的质量流量表达式,建立了页岩气微纳米分形表观渗透率模型。通过数值模拟与昭通页岩气田A1井实际生产数据进行对比,验证了模型的准确性。结果表明:孔道表面吸附气层数对压力变化的敏感性较高,对温度变化的敏感性较低;受压力敏感效应的影响,页岩气扩散阻力随之增大,使得表观渗透率下降;随着气体压缩因子的增大,吸附层厚度增加,吸附区截面面积占比提高,同时,页岩孔道的压力敏感效应使得孔道直径减小,吸附气诱导流随之先减小后趋于平缓,使得页岩气整体表观渗透率减小。研究成果可为页岩气数值模拟提供部分理论基础,通过控制影响页岩气分形渗透的主控要素提高页岩气压裂开发采收率。

基于ZnO电子传输层钙钛矿太阳能电池的研究进展

作为新一代低成本、高效率的光伏器件,以有机卤化铅CH3NH3PbX3(MAPbX3,X=Br、I、Cl)为光吸收层的钙钛矿太阳能电池(PSCs)相比于其他类型的光伏器件,具有原料丰富、工艺简单等特点。在较短的时间内,该类电池效率已由3.8%迅速攀升至25.7%,几乎可以媲美商用硅太阳能电池,成为能源应用领域的一颗新星。氧化锌(ZnO)因其具有材料易于加工、电子迁移率高、制造成本低廉且形貌结构多样等优点,被作为该类电池较为重要的一种电子传输层(ETL)而被广为研究。本文主要以不同结构的ZnO纳米薄膜ETL作为研究对象,对其在PSCs中的应用进行了总结,详细介绍了基于不同形貌ZnO纳米结构PSCs的研究进展,分析了该类电池面临的主要问题与解决处理方式,并对未来的发展趋势进行了展望。

基于固体颗粒的纳米乳化沥青制备与路用性能研究

针对黏结层路用性能不足导致沥青路面产生推移、坑槽等早期病害现象日益严重的问题,本文首先基于固体颗粒稳定乳液的Pickering乳液体系,制备了纳米SiO_(2)乳化沥青,并将其与高胶乳化沥青复配成纳米乳化沥青;然后通过基础性能试验确定了纳米乳化沥青最佳配方;最后制备出乳化沥青A、乳化沥青B和普通乳化沥青,并作为对比组进行路用性能试验。结果表明:纳米乳化沥青在储存稳定性方面优势明显,且高温稳定性要优于其他3种乳化沥青。初步判断纳米乳化沥青应用在黏结层中效果较好,比其他3组乳化沥青在储存稳定性与路用性能方面更具优势。

路面面层材料纳米改性沥青的制备及性能研究

为改善基质沥青作为路面面层铺装材料,导致高温变形、低温开裂和路面渗水等病害现象。利用纳米SiO_(2)材料配合SBR改性剂对基质沥青进行改性处理,利用高速剪切乳化仪制备改性沥青试样。通过改性后的3项指标数值选择纳米改性材料与基质沥青的合适比例,以2%纳米SiO_(2)+3%SBR改性材料“掺量”组合为例评价路面面层材料的综合应用性能。结果表明:经过改性后的沥青在处于-12、-15和-18℃环境时的2项低温测试指标数值均优于原始沥青材料,在60℃高温环境下的抗车辙病害性能提高了41.18%,同时,纳米改性沥青相比于基质沥青的浸水稳定度与劈裂强度比分别提高了8.58%和10.03%,说明能够有效优化沥青材料的高温稳定性、防低温开裂效应和抗水损性能。

自清洁、耐腐蚀和防冷冻的三维网络状疏水铝合金表面的制备

提出了一种制备自清洁、耐腐蚀和防冷冻的疏水铝合金表面的方法。首先,将铝合金薄片放置于含金属镍前驱体和硬脂酸的溶液中,通过直流电沉积形成微-纳米尺寸的低表面能金属/金属氢氧化物,获得一级保护层;再利用石墨烯-聚合物前驱体制得三维网络状复合物进行表面改性,获得二级保护层。疏水涂层的微-纳米结构能截留空气,形成稳定的空气层,有效降低表面与外界的接触面积,形成物理隔离,从而达到保护金属基体的目的。经疏水涂层修饰后的5052铝合金表面对水的接触角大于90°,在3.5%NaCl溶液中的腐蚀电流密度比未处理的铝合金降低了1个数量级,在-5°C下表面结冰的时间比修饰前推迟了约32 min。该方法操作简单,反应条件温和,耗时短,原料低廉,适合工业化应用。