MXene/二氧化硅/六水氯化钙复合相变储热材料的制备及性能

六水氯化钙作为一类低温体储热材料,在蓄热节能方面有着巨大的应用前景。单一的六水氯化钙相变储热材料存在导热系数低和熔化时易泄漏的缺点,具有较大的内芯和互穿介孔孔道结构的介孔二氧化硅可以解决上述问题。介孔二氧化硅具有低密度,热膨胀系数小,折射率低,比表面积大等优点,但其导热系数低,需要与热性能良好的材料复合来增强导热能力。选用MXene作为导热增强材料,在其表面上生长介孔二氧化硅,再把相变材料六水氯化钙负载其中。通过综合热分析仪和红外热成像仪测定,证明复合相变材料的储热性能、热稳定性和传热速率都有显著提升;在烘箱中观察六水氯化钙的泄漏情况也明显被载体材料所抑制,成功制备一种热性能和稳定性俱佳的复合相变储热材料。

电子封装用高导热金刚石/铜复合材料的研究进展

金刚石/铜复合材料由于具有热导率高、热膨胀系数低等优异的特性,已经逐步替代传统的散热材料,成为新一代电子封装材料。近年来,价格不断下降的人造金刚石和铜这种相对价格低廉的金属结合,实现人们对电子封装材料性能优越、成本可控的要求。介绍了金刚石/铜复合材料的主要制备方法以及如何改善与提高这类材料的热导率。然而,对于当前工业化的迅猛发展以及5G时代的到来,如何实现高热导率的金刚石/铜复合材料的大规模工业生产,仍然是一个挑战。

Cl掺杂提升N-PbS热电性能的实验研究

铅基硫属化合物在中高温热电领域具有广泛的应用。相较于Te和Se元素,S元素具有含量丰富,价格低廉,且PbS热稳定性高等优点,近年来PbS热电材料引起了研究人员的广泛兴趣。然而,PbS热电材料本体固有高晶格热导率,导致其较低的热电转化效率,严重限制了其在热电领域的应用。为了降低其晶格热导率,采用Cl掺杂方法改善PbS的热电性能。实验结果表明,通过水热法制备了形貌可控的树枝状PbS基纳米材料,在烧结过程中形成了多孔结构PbS基块体材料。通过测试结果可知,Cl掺杂后的多孔PbS材料的致密度和晶格热导率显著降低,载流子浓度升高,热电性能明显改善,其中PbCl_(0.02)S_(0.98)材料在773 K时zT值达到0.71,较纯PbS提升了约108.8%。

新型二维MXenes材料在燃料电池中的应用研究进展

MXenes是一类通过选择性刻蚀MAX相材料制得的新型二维层状过渡金属碳化物和氮化物。由于其卓越的物理、电子和化学性能等,MXenes已经被广泛应用于电磁屏蔽、生物医药、能源储存、传感器和水净化等领域。同时MXenes及其复合材料由于其大比表面积、优异的导电性和稳定性等特点,可以有效提高贵金属催化剂的催化效率或直接作为一类非贵金属催化剂,被视为当前极具前途的一类燃料电池电催化剂或载体。本文详细介绍MXenes的结构、性质及其制备方法,综述MXenes及其复合材料在氧还原、甲酸氧化、甲醇氧化和乙醇氧化反应领域的最新应用研究成果,指出MXenes材料目前存在的主要问题(如难以制备分散均匀的多层MXenes薄片或少层甚至单层MXenes薄片,由于较高的表面能容易重新堆积等),提出制备更多的新型MXenes并将其与各类材料进行复合,促进MXenes及其复合材料在燃料电池领域的应用。

直接乙醇燃料电池阳极催化材料研究进展

与直接甲醇燃料电池(Direct methanol fuel cell, DMFC)相比,直接乙醇燃料电池(Direct ethanol fuel cell, DEFC)具有来源丰富、毒性低、生产和处理过程中成本较低和能量密度较高等特点,可以大量减少对传统燃料的依赖,缓解当前日益突出的世界能源危机。本文主要介绍了DEFC阳极催化剂材料的最新研究进展,如铂基和钯基催化剂的微观结构设计、成分控制和催化剂载体的优化以及一些基于过渡金属(Fe、Co、Ni等)的非贵金属催化剂等。最后,指出了DEFC阳极催化剂目前存在的问题(成本较高、活性较低和稳定性差等)并进行了展望。

三氧化钨光催化材料的研究进展

随着经济的快速发展以及城市化进程的加快,污染物的排放量日益增加,尤其是水污染,严重威胁人们的身体健康。近年来,大量光催化剂已被开发并用于废水处理。三氧化钨(WO_(3))是一种能可见光响应的光催化材料。结合国内外相关文献,综述了WO_(3)光催化剂的制备方法、形貌尺寸、光催化性能及改性的研究现状,并对WO_(3)基光催化材料的研究和发展趋势进行了展望。

有机复合相变材料光热转换和储热性能的研究进展

有机相变材料具有过冷度低、无析出、性能较稳定以及熔点温度与中低温储热系统的应用温度相匹配等优点,受到了众多研究人员和工业界人士的关注。但有机相变材料导热系数低、光热转换效率差的缺点限制了其在太阳能光热转换中的进一步应用。将金属基、碳基等材料与有机相变材料进行复合是提高其性能的有效途径。本文介绍了常见的有机复合相变材料制备方法,并对其制备流程和优缺点进行了讨论,分析了不同添加剂和制备方法对有机复合相变材料的光热转换效率、导热系数、相变焓乃至形状稳定性的影响,并对其应用前景进行了展望。

ZCNTs/EP复合材料的制备及其介电、导热性能

以环氧树脂(epoxy resin,EP)作为基体,在多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotubes,MWCNTs)表面通过原位生长2-甲基咪唑锌盐(ZIF-8),得到ZIF-8/MWCNTs(ZCNTs)复合材料。通过改变EP基体中ZCNTs含量,制备ZCNTs/EP系列复合材料,并对其介电、导热性能进行研究。研究结果表明,当填料ZCNTs质量分数为0.3%,频率为10^(2) Hz时,ZCNTs/EP复合材料的介电常数为8.19;频率为10^(2)∼10^(7) Hz时介电损耗始终低于0.025。同时,ZCNTs/EP的导热系数达到0.467 W/(m·K),比纯EP的导热系数提高了116%,显著提升了ZCNTs/EP复合材料的导热性能。

影响多孔定型相变储能材料性能的因素分析

太阳能作为一种可再生能源,因其在解决日益增长的能源需求和温室气体排放方面的巨大潜力受到越来越多的关注。然而,太阳自身的间歇性和随机性大大限制了太阳能的转换和储存效率。近年来,基于固-液相变储能材料的潜热储存系统,由于具有高储热密度和出色的化学稳定性,有望成为提高太阳能吸收和转换的合适方法。但固-液相变储能材料在实际应用中常受到自身相分离、换热速率低、过冷、熔融状态泄漏、性能不稳定等限制。其中一种解决方法是将多孔载体与固-液相变储能材料相结合来制备多孔定型相变储能材料。介绍了相变储能材料的储能机理和传热强化机理,系统分析了多孔载体材料的种类、制备方法对多孔定型相变储能材料的影响及其潜在应用。

石墨烯/h-BN面内异质结构热输运的分子动力学研究

采用非平衡分子动力学方法探究石墨烯/h-BN面内异质结构界面热导的影响因素,讨论了单空位缺陷和Stone-Wales(SW)缺陷在近界面不同位置时的声子热输运活动。模拟结果证明,当h-BN一侧单空位缺陷远离界面,界面热导随之降低;SW缺陷则由共价键类型和位置决定其对界面热导的影响,由此揭示缺陷的类型和位置对界面热导带来的调节作用。此外,讨论了界面处存在单空位缺陷时,温度变化影响界面热导背后的潜在机理。本研究对微观尺度下的二维异质结构材料的热导性能提供理论参考和实验指导。

套管式太阳能相变蓄热器强化传热数值模拟

因太阳能相变蓄热技术节约资源、保护环境,符合我国目前的能源发展要求,而受到研究人员的关注。而太阳能具有间歇性、不稳定等特点增加了其利用的难度。通过有限元数值分析方法对套管式相变蓄热器进行模拟,探究相变材料(phase change materials,PCM)在太阳能相变蓄热器中的作用。结果表明,添加膨胀石墨可大幅度提升太阳能蓄热器的蓄放热效率。相比于传统石蜡蓄热,在入口速度、环境温度等初始条件相同时,添加质量分数为20%的膨胀石墨的石蜡蓄热时长缩短了91.11%,起到强化传热的效果。该研究为研制太阳能热水器、高效换热器及建筑节能和其他领域的热能储存等提供重要参考。

表面负载金属纳米粒子的氮化物陶瓷导热填料的制备与表征

采用直接混合加热法制备氮化物陶瓷复合导热填料,这是一种可以批量生产,并且不使用溶剂、对环境友好的制备方法。通过扫描电镜、X射线衍射仪、TCI导热仪研究不同金属纳米粒子(镍、钴和银)在氮化物(氮化铝、氮化硼)上的负载情况以及负载量,并考察了复合陶瓷导热填料对聚乙烯醇基复合导热膜导热性能的影响。结果表明,金属纳米粒子成功负载到氮化物上而不改变氮化物的晶体结构。且负载金属粒子的尺寸随乙酸盐含量的增加而增大。另外,负载金属粒子的陶瓷导热填料能有效提高聚乙烯醇基复合导热膜导热能力,Ag/AlN-0.05导热膜的导热率能达到0.752 W/(m·K)。

CsPbX_(3)(X=Br,I)@ZIF-8复合材料用于高效WLED器件

纯无机铯铅卤钙钛矿材料由于其高光致发光量子产率(PLQY)、高色纯度、可调带隙、高载流子迁移率在光电子器件中引起了广泛的关注。然而,水、氧条件下稳定性较差使其实际用途受到限制,为了提升水氧环境下的稳定性,在典型热注射法合成步骤中加入干燥的纳米粒子自组装方法合成的ZIF-8粉末使钙钛矿纳米晶体在ZIF-8孔隙中原位生长得到CsPbX_(3)@ZIF-8(X=Br,I)复合材料,该合成方法步骤简单,成本低廉,合成样品具有优异的稳定性,在空气中可以稳定2年以上,水中15 d后依然观察到明亮的荧光发射。以PMMA为基体材料制备的CsPbX_(3)@ZIF-8/PMMA(X=Br,I)复合膜具有良好的光学特性,分别制成绿光CsPbBr3@ZIF-8/PMMA膜发射峰波长为525 nm与红光CsPbI3@ZIF-8/PMMA膜发射峰波长为697 nm。以蓝光LED为光源制备成的WLED器件达到白光色度坐标为(0.3112,0.3334),色温6552 K,显色指数(CRI)为73.6。

钛酸铜钙/聚偏氟乙烯复合材料制备及其宽频范围介电性能研究

通过熔融法制备了钛酸铜钙/聚偏氟乙烯(CCTO/PVDF)复合材料,采用扫描电镜、X射线衍射和介电阻抗谱仪等手段研究了CCTO填料含量、频率(10^(-1)~10^(7)Hz)等因素对复合材料微观形貌、晶相、介电性能和导电性能等方面的影响。结果表明:填料在聚合物中分散良好;填料含量对复合材料晶型结构基本没影响,物化性质稳定。随着填料含量增加,复合材料的介电常数、电导率均呈增加趋势,当填料质量含量为60%时介电性能达到最佳。在低频区,复合材料能够获得更好的介电性能。复合材料在低频条件下显示的特殊介电性能可能具有潜在的应用前景。

镍泡沫定型相变变材料制备与性能研究

以石蜡(PA)和正十八烷(C18)为相变材料,以多孔镍泡沫(NF)为支撑材料,制备了PA/NF、C18/NF复合相变材料。NF作为载体,吸附相变材料,并将其限制在多孔NF的交联空间网络结构中,防止其泄露。因为NF具有大量的孔道结构和丰富的3D立体网络金属骨架,可以有效地提高复合相变材料的导热系数,以孔径密度为110 PPI的NF为载体的C18/NF复合材料的热导率值最高达到1.44 W/(m·K),比纯C18的热导率高318%,其相变潜热值最高值为131.08 J/g,且C18/110 PPI NF复合相变材料形态的稳定性最好。

纳米模拟酶在活性氧检测中的应用研究进展

活性氧(reactive oxygen species,ROS)是一种具有强反应活性的物质,主要包括羟基自由基(·OH)、超氧阴离子自由基(·O_(2)^(-))和过氧化氢(H2O2)等。哺乳动物体内活性氧的浓度异常会引发严重疾病,如糖尿病、癌症、肿瘤和一些神经退行性疾病。因此人们对ROS的检测关注度不断提高,并提出了对于ROS检测传感器的开发需要考虑的问题(如生物相容性、检测方式的稳定性、不同种类ROS的差异性等)。过去人们开发出了基于天然酶的电化学传感器,但是天然酶存在制备复杂、提纯困难、催化活性低和稳定性差等缺点,限制了其研究与应用。近年来,众多研究发现纳米模拟酶具有独特的催化活性、选择性和稳定性等类酶性质,可以广泛用于构建检测活性氧的电化学生物传感器。本文主要介绍了近期用于检测·O_(2)^(-),H_(2)O_(2)和·OH的纳米模拟酶传感器,生命科学领域通过检测活性氧提前预防相关疾病,在环境污染防治领域可用于活性氧含量的定量检测。

超级电容器PANI/MnO_(2)复合材料电极的制备及性能研究

通过回收废旧三元锂电池正极材料中的Mn制备超级电容器PANI/MnO_(2)复合电极材料,实现废旧材料的资源化,符合绿色化学的发展要求。主要探索了两种不同氧化剂(KMnO_(4)和APS)对PANI/MnO_(2)复合材料形貌和电化学性能的影响,由实验结果可知,在KMnO_(4)氧化条件下制备的具有空隙的针棒状复合材料PANI/MnO_(2)-1的电化学性能明显略优。PANI/MnO_(2)-1作为电极时的比电容可达2183F/g,充放电100圈后比电容仍具有初始值的60.81%,循环稳定性较好,是一种性质优良的超级电容器电极材料。结果表明实验设计的废旧三元锂电池回收再利用方法切实可行,为超级电容器PANI/MnO_(2)复合材料电极的制备提供了新的研究思路。

基于CeO_(2)/V_(2)CT_(x)纳米复合材料的的电化学传感器用于羟基自由基的检测

羟基自由基(·OH)的检测在人类各种疾病的发病研究进展中起着重要作用。目前基于电化学方法检测·OH的研究主要集中在有机材料载体方面。由于有机载体在极端环境中容易降解,导致以有机材料为载体的传感器稳定性和重复性都很差。虽然有一些基于无机传感材料用于·OH的检测,对于稳定性与重复性的改善成效显著,但是其有效活性位点数和导电性能的提升仍有很大的空间。通过简单的超声方法成功合成了CeO_(2)/V_(2)CT_(x)纳米复合材料,构建了用于·OH检测的电化学传感器,该传感器具有良好的选择性和较宽的线性范围(0.3-6 mmol/L),对OH的检测限低至0.48μmol/L。传感性能的提高可以从2个方面解释:①由于V_(2)CT_(x)丰富的官能团使得·OH能够被快速吸附,从而引发具有双重氧化态(即Ce^(3+)和Ce^(4+))的CeO_(2)产生电化学反应信号;②V_(2)CT_(x)的高导电性为电信号的长距离传输提供了途径。

提升高抗冲聚苯乙烯基复合材料介电性能工艺研究

以五氧化二铌(Nb;O;)和四氧化三钴(Co;O;)为掺杂剂,通过固相反应对钛酸钡(barium titanate,BT)进行共掺杂改性。以高抗冲聚苯乙烯(HIPS)为基体,含Nb、Co的改性BT(BTNC)为填料,分别采用熔融共混法和溶液混合法制备复合材料BTNC/HIPS。扫描电镜结果显示,Nb和Co附着于BT表面可以形成具有核壳结构的BTNC,并能在HIPS中较好地分散。两种工艺制得的BTNC/HIPS复合材料在BTNC体积分数为0%~50%时,介电常数均随BTNC的增加而增大。在BTNC体积分数为50%、频率为10;Hz时,熔融共混法和溶液混合法制得的BTNC/HIPS复合材料的介电常数分别达到39和51,显示出较好的介电性能,且溶液混合法制备的BTNC/HIPS复合材料介电性能更优。

ZnO和ZnO/Au纳米流体的制备及光热转换性能

太阳能光热利用是太阳能利用的重要方面,其中,纳米流体光学特性对太阳能光热利用效率起着决定性作用。通过水热法制备不同形貌的ZnO纳米颗粒,再利用硼氢化钠还原法将Au成功还原在ZnO纳米颗粒上,制备出ZnO/Au复合纳米材料。通过SEM、XRD表征ZnO和ZnO/Au纳米粒子的形貌结构与成分。经紫外/可见/近红外吸收光谱测试表明ZnO/Au纳米流体显著提高了在可见光波段的吸收。通过光热转换实验表明,花状ZnO纳米流体的光热转换性能优于棒状ZnO纳米流体,ZnO/Au纳米流体由于Au的等离激元效应,光热转换特性增强。当浓度为1.0 mg/mL时,棒状ZnO/10%Au纳米流体光热转换效率为59%,比纯导热油纳米流体提高16%;当浓度为0.5 mg/mL时,花状ZnO/10%Au纳米流体光热转换效率为71%,比纯导热油纳米流体提高28%。