连续纤维增强陶瓷基复合材料研究与应用进展

连续纤维增强陶瓷基复合材料作为新型轻质结构材料受到各国高度关注。该材料在保持陶瓷材料的耐高温、抗腐蚀等优点的同时,克服了陶瓷材料的脆性,具有高的应用可靠性,成为目前最具潜力的高温热结构材料之一。近40多年,欧美等发达国家对陶瓷基复合材料开展了广泛的研究,已在航空航天、新能源等领域实现了工程应用或工程验证。针对不同服役环境,综述了不同类型陶瓷基复合材料研究及应用进展,并结合本团队的研究工作对陶瓷基复合材料的研究趋势进行了总结和展望,旨在为进一步推动陶瓷基复合材料的研究和发展提供参考。

带有修调的分段曲率补偿带隙基准电路

为得到高精度低温度系数、高电源抑制比的基准电压,同时为了降低工艺中非理想性因素的影响,设计了一种新的带有修调的分段曲率补偿基准电路.通过利用电阻分压和工作在亚阈值区域的MOSFET的电学特性,产生正温度系数和负温度系数的电流,在高温段和低温段分别对带隙基准电压进行曲率补偿,提出了一种新的快速优化基准电压温度系数的芯片级修调方法,包含温度系数修调和电压幅值修调,可以快速获得最低温度系数对应码值以提升工作效率.基于0.35μm BCD工艺,流片验证了该修调方案的可行性.结果表明:在-40℃~125℃内,基准电压最低仿真温度系数为0.84×10^-6/℃,最低实测温度系数为5.33×10^-6/℃,随机抽样结果显示温度系数的平均值为7.47×10^-6/℃;采用基于计算斜率的修调方法,测试10块芯片的平均修调次数为3.5次,与使用逐次逼近的修调方法相比,效率提升59.8%;低温度系数的带隙基准电压有利于提升电池管理芯片对电池剩余电量估算的准确性,该带隙基准电路已成功应用于电池管理芯片内高精度模数转换器中.

SiC_(f)/SiC复合材料的RMI制备方法以及微观结构和性能优化

反应熔体渗透(RMI)是制备高密度陶瓷基复合材料的有效方法之一,而熔体的渗透和复合材料的形成主要取决于预制体的孔隙结构。本研究将硅熔体渗透到具有不同孔隙结构的含碳预制体中,制备了SiC纤维增强SiC基复合材料(SiC_(f)/SiC),并研究了孔隙结构对熔体浸润和SiC_(f)/SiC复合材料的影响。研究结果表明:具有较均匀孔径的预制体可以使熔体浸润更充分,制备的复合材料具有更少的残余孔隙及更优的力学性能。该研究对反应熔渗制备复合材料的孔结构调控具有指导意义。

用稻壳制备亚甲基蓝高吸附容量的超高比表面积活性炭

活性炭因具有高比表面积和丰富的孔结构而被广泛应用于吸附水处理中的污染物。稻壳具有独特的组成和微观结构,是制备活性炭的优质碳源。以稻壳为原料,利用过饱和KOH溶液的预活化和活化双重作用,在不同温度下制备出超高比表面积活性炭。随着活化温度的升高,活性炭的比表面积和总孔容逐渐增大。900℃下制得的活性炭具有超高比表面积,达到3600 m^(2)/g,总孔容为3.164 cm^(3)/g,明显优于商用活性炭(YP-80,比表面积为1310 m^(2)/g,总孔容为0.816 cm^(3)/g)。具有最高比表面积的稻壳活性炭对亚甲基蓝的最大吸附量达到983 mg/g,几乎是YP-80(525 mg/g)的两倍。通过吸附动力学拟合,吸附亚甲基蓝的过程与拟二级动力学模型一致,表明该过程为化学吸附。

基于结构调节碳材料的掺氮种类和含量及其超级电容器储能应用

碳材料是极具潜力的超级电容器电极材料,但是其容量较低。异质原子掺杂,尤其是氮掺杂,是大幅度提高碳材料电化学性能的有效方法。但是在碳材料中实现高含量的活性氮掺杂仍极具挑战。本研究通过Si–O–Si网络和氧化铝之间的相互作用成功调节碳材料的掺氮种类及其含量。除此之外,通过调节前驱体组成,碳材料的结构可以从珊瑚状转变为三维结构。在反应中,氧化物中的氧原子可以和碳材料中氮原子成键,氮原子不易逃离,从而实现高含量氮掺杂(5.29at%@1000℃)。另一方面,相互作用使碳材料孔体积增大(1.78 m^(3)·g^(-1))和孔径分布加宽(0.5~60 nm)。因此,获得的富氮掺杂碳材料具有302 F·g^(-1)@1 A·g^(-1)的高容量和177 F·g^(-1)@120 A·g^(-1)的杰出倍率性能。此独特的固氮方法是一种有潜力的制备高性能超级电容器电极材料的策略。

掺磷非晶氧化钛负载铂用于高效催化氧化挥发性有机化合物

高活性催化剂是挥发性有机化合物(VOCs)催化氧化消除的关键因素。本研究通过简单的共沉淀法成功制备了具有高比表面积的非晶介孔磷掺杂氧化钛负载铂催化剂(Pt/ATO-P)。通过P掺杂,既可获得非晶介孔结构,又可获得高ATO-P比表面积(可达278.9m2·g-1)。非晶介孔Pt/ATO-P催化剂显示出优异的VOCs催化氧化性能和良好的热稳定性。Pt/ATO-P样品在空速为36000m L·h-1·g-1、甲苯浓度为10000m L·m-3的反应条件下,对甲苯催化氧化的T50和T90(实现50%和90%转化率所需的温度)分别为130℃和140℃,明显优于无磷催化剂Pt/TiO2。这些发现可以为拓展非晶介孔磷化材料在环境净化和能源转化等领域的应用提供重要参考。