甲烷等离子体法制氢气和碳材料研究进展

传统甲烷制氢技术会伴随大量的二氧化碳排放,甲烷等离子体法裂解技术将甲烷中的碳元素直接转化为固体碳材料,过程无二氧化碳排放,并有效提高了甲烷的利用价值。通过文献调研方式回顾和分析了甲烷等离子体法裂解技术在国内外的发展现状。研究结果表明:(1)甲烷等离子体法裂解中等离子体的类别主要分为热等离子体和冷等离子体,冷等离子体中主要的活性粒子是高能电子,热等离子体中的活性物质为高能电子和重粒子;(2)冷等离子体的产生方式主要有电晕放电、介质阻挡放电、滑动电弧放电等,所需功率较低;热等离子体的产生方式主要为直流电弧放电、直流-射频耦合放电,所需功率较高;(3)甲烷在等离子体中的转化率和氢气的产率与工作气体类别、工作气体与甲烷物质的量比、气体电解功率大小、电极构型、反应腔体结构等工艺参数都有直接关系;(4)通过调整工艺参数和电极结构设计,甲烷在等离子体中可裂解生成如炭黑、碳纳米管、石墨烯纳米薄片等不同形貌的固体碳材料,产品多样。结论认为,甲烷等离子体法裂解技术不仅可以降低温室气体排放,还是甲烷高附加值利用的一个重要方向;提高甲烷等离子体法制氢的能量利用效率和生成碳材料的选择性是该技术的发展方向。

稀土氮化物ScN、YN微晶的制备与表征

利用直流电弧等离子体方法制备出稀土氮化物ScN、YN微晶,这是一种快速、低成本、高产量的新方法,可用来制备稀土金属氮化物。结构物性表征和能谱成分分析结果表明,所制备的ScN晶体为满足化学计量比的单晶,而YN晶体为非化学计量比的多晶,其中Y的含量高于N。综合XRD、EDS、HRTEM和PL结果分析表明,YN晶体主要由大量随机取向的单晶颗粒组成,单晶颗粒间分布着一些非晶的金属Y,光谱结果分析表明YN中存在大量的N空位。此外,对样品的微观结构形成机理进行了系统分析,由于Y族金属氮化物中有限组分较高的解离压力以及产物在生长过程中经历较高的淬火速率(103 K/s),导致YN解离而形成的Y金属团簇的无序排列,进而使其在冷却过程中形成了非晶结构。

一种新型太阳能集热器循环工质的制备

采用直流碳弧法制备了平均粒径为25 nm的碳包铜纳米颗粒,该颗粒适合用作直接吸收式太阳能集热器的循环工质——碳包铜纳米流体。通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等分析手段,对所制备的纳米颗粒的成分、形貌等进行了表征。采用球磨分散法对碳包铜纳米颗粒进行了分散,制得了碳包铜纳米流体。通过分光光度法和沉降法研究了分散剂含量、球磨时间以及球磨转速等因素对碳包铜纳米流体分散性能的影响,对其分散机理进行了初步探讨。研究结果表明:当阿拉伯树胶的质量分数为0.1%、球磨时间为2 h、球磨转速为250 r/min时,碳包铜纳米流体的分散效果最佳。

FeSe_(2)/CoSe_(2)@C纳米复合材料的制备及电催化析氢性能

采用等离子体直流电弧法与气相硒化法相结合制备了FeSe_(2)/CoSe_(2)@C纳米复合材料。利用X射线衍射、透射电镜、X射线光电子能谱、电化学工作站等对样品的物相、形貌、表面组成以及电催化析氢性能进行了详细研究。研究表明,FeSe_(2)/CoSe_(2)@C纳米复合材料呈现出明显的核壳结构,与未经硒化处理的FeCo@C纳米颗粒相比,经过硒化处理的样品表现出更加优异的电催化析氢性能。FeSe_(2)/CoSe_(2)核具有大量的活性位点促进了H2的生成;C壳层具有优异的导电性,提升了电子快速传输的能力,这种核壳间的协同作用进一步提高了电催化析氢的性能。通过进一步优化FeCo@C和Se粉的用量,发现催化剂在电流密度为10 mA·cm-2处的过电位为159 mV,同时,FeSe_(2)/CoSe_(2)@C纳米复合材料在酸性条件下展现出较为优异的电化学稳定性。

CVD金刚石自支撑膜的研究进展

金刚石膜以其最高的硬度、热导率、热震性能以及极高的强度等优点得到了越来越多的关注。自20世纪低压化学气相沉积技术成功制备出金刚石以来,在世界范围内,金刚石的制备技术及应用研究得到了快速发展。分别对国内外自支撑金刚石膜材料的制备技术及相关应用进行简要介绍,并讨论近几年我国在高质量金刚石膜材料制备技术方面取得的进展。目前主要的制备技术有热丝、直流辅助等离子体、直流电弧等离子体喷射、微波等离子体化学气相沉积(CVD)等方法。在小尺寸、高质量金刚石膜的制备技术基础上,21世纪初,国外几大技术强国先后宣布实现了大面积、高质量CVD金刚石膜的制备,并将其用于诸如红外光学窗口等高技术领域。我国也在CVD金刚石膜研发方面不断进步,先后掌握了热丝、直流电弧等离子体喷射、直流辅助等离子体CVD等合成大面积金刚石自支撑膜技术,近几年也掌握了915 MHz微波等离子体CVD技术,这些成果也标志着我国在高质量金刚石膜制备技术领域跟上了世界先进水平。

直流电弧等离子体喷射法制备金刚石涂层拉拔模具

线材拉拔加工正向精密、高速、低耗、高生产效率方向发展,金刚石涂层拉拔模具是最受用户青睐的产品之一。在综述直流电弧等离子体喷射技术制备金刚石涂层拉拔模具方法的基础上,利用洛氏硬度计、表面粗糙度轮廓测量仪、拉曼光谱仪和光学显微镜进行涂层质量检测。检测结果显示:金刚石涂层的纯度和厚度均匀性均较好;在1470 N载荷下薄膜压痕的边缘区域无严重裂纹及薄膜脱落现象,其表面粗糙度R a平均值为18 nm。