硅渣基高可溶性硅矿物材料制备及性能研究

以硅渣为原料,引入NH4OH、KOH和CaO碱性组分,通过水热法制备有效释放可溶性硅的K_(8)CaSi_(10)O_(25)/硅渣矿物材料。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)仪等对样品进行形貌和结构表征。研究了水热反应时间对产物可溶性硅浸出率的影响规律。结果表明,水热反应后,微米级硅渣块体表面负载了具有弯曲薄片状纳米结构的K_(8)CaSi_(10)O_(25),改性后的硅渣矿物的枸溶性硅为1197.5 mg/L,浸出率较原始硅渣提高了约60倍,水溶性硅为519.8 mg/L,浸出率较原始硅渣提高了约50倍。

电推进系统空心阴极发射体材料的研究与开发进展

空心阴极作为电推力器的核心部件,其发射体材料的研究与开发一直是电推进领域研究的热点。从目前空心阴极的应用化角度来看,BaO-W阴极由于其发射电流密高、服役寿命长等特性,已经在电推力器中得到广泛应用并展示了出色的工作性能。LaB_(6)阴极由于其优异的热电子发射特性和高稳定性,它的研究与应用进一步推动电推进技术的发展。C12A7电子化合物阴极显示出出色的热电子发射性能同时其还具有较低的功函数,使其在电推进领域的应用极具潜力。未来,进一步研究和开发工作将有助于其在航天、卫星和深空探测等更广泛领域的应用。综上所述,BaO-W阴极,LaB_(6)阴极再到极具应用潜力的C12A7电子化合物阴极,发射体的热电子发射性能、工质中的放电行为及工作寿命等服役特性是决定空心阴极工作性能的关键因素。因此,文章总结了国内外发射体材料的研究现状及开发进展,并对其未来的发展前景进行了展望。

g-C_(3)N_(4)材料在光催化能源转换领域的新进展

类石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))作为当前光催化领域的热点材料,尽管在可见光响应范围和载流子的迁移/分离方面不如人意,但其不含金属、稳定性好,结构易于调控等优点依然备受关注,尤其是近年来基于g-C_(3)N_(4)的形貌与电子结构调控取得了大量的突破性进展.本文系统地综述了针对g-C_(3)N_(4)缺陷的不同改性和优化方法,从形貌调控、结构优化、构建异质结三方面介绍了g-C_(3)N_(4)光催化材料的最新研究进展,重点阐述了针对改善光催化分解水效率的各种改性优化策略.以材料的维度尺寸作为切入点介绍了不同形貌g-C_(3)N_(4)的制备方法,从掺杂与缺陷调控角度总结了g-C_(3)N_(4)结构与光生载流子分离以及催化性能的关系,并且依据不同异质结类型归纳了g-C_(3)N_(4)基光催化材料体系.最后,对g-C_(3)N_(4)基光催化材料今后的发展与面临的挑战进行了展望和总结.

复合石墨烯/硅半球的宽带太赫兹超材料吸收器

提出了一种性能可调的宽带、极化与入射角不敏感的超材料太赫兹吸收器,该吸收器自上而下分为四层结构,分别是:硅半椭球/半球体复合结构、连续石墨烯层、PDMS介质层和金属背板。通过在TE波垂直入射条件下仿真,在已知结果基础上,对不同石墨烯化学势和不同结构条件下的电场结果分析表明,在硅半椭球/半球体亚波长复合结构所形成的连续、多模法布里-珀罗共振,以及由石墨烯所激发的多个离散的等离子体共振的协同作用下,其吸收光谱得到平滑和扩展,使该结构可实现吸收率宽范围可调,以及接近100%吸收率的宽频带吸收特性。特别的,当石墨烯化学势分别为0.2与0.9 eV时,其分别可获得约5.7 THz与7 THz的宽带太赫兹波吸收(吸收率超过90%),且其最大吸收率接近完美吸收(约99.8%)。此外,该结构还具有360°极化不敏感和高于60°的入射角不敏感等优异特性,在以上角度范围内,吸收器吸收率仍可保持到90%以上。在太赫兹波探测、光谱成像以及隐身技术等方面具有潜在的应用前景。

有机粘结剂状态对硬质合金增材制造的影响

有机粘结剂被广泛应用于选区激光烧结等硬质合金3D打印技术中。本文通过机械混合与溶胶凝胶法制备了两种含有不同有机粘结剂的硬质合金生坯,研究有机粘结剂的含量、分布和粒径等参数对硬质合金块体烧结致密化的影响。通过宏观与微观体视学表征技术对样品的组成和结构进行了分析。结果表明,有机粘结剂对烧结效果的影响是多种因素共同作用的结果。烧结产物的致密度随有机粘结剂含量升高而降低,随有机粘结剂粒径降低、分布均匀度提高而上升。本研究显示,对烧结质量的优化不能单纯依靠降低有机相含量,而应综合考虑影响有机相微观状态的各种因素。

三乙醇胺对液体无碱速凝剂“促-抑”水泥早期水化的调控机理研究

三乙醇胺(TEA)作为水泥混凝土中常用的早强组分,对早期强度发展有显著的促进作用。近年来随着喷射混凝土和液体无碱速凝剂的快速发展,三乙醇胺以其优良的早强特性逐渐得到广泛应用。然而,不同条件下由三乙醇胺制备的速凝剂性能不尽相同,甚至截然相反,其对水泥早期水化的影响规律及作用机理亟待明确。本工作制备了不同TEA比例的液体无碱速凝剂,从凝结时间、早期强度、水化放热行为、水化物相、热分析等方面详细研究了液体无碱速凝剂中TEA对水泥早期水化的影响规律。结果表明,当TEA占液体无碱速凝剂质量的0.25%时,凝结时间最短,初凝109 s,终凝324 s,1 d强度最高,达到12.32 MPa,满足喷射混凝土用速凝剂的国标要求。TEA在低掺量时能够加速液体无碱速凝剂对水泥早期水化的促进作用,而TEA在高掺量下会对水泥早期水化有明显的削弱和抑制。此外,通过电导率、核磁氢谱等手段研究了TEA与铝相的络合机制,揭示了TEA对液体无碱速凝剂“促-抑”水泥早期水化的调控机理:(1)低TEA掺量时,TEA络合偏铝酸根离子,参与加速C_(3)A的早期水化;(2)高TEA掺量时,会生成大量钙矾石和TEA-Ca络合物,覆盖在C_(3)A表面抑制水化。本工作系统探究了不同TEA掺量的液体无碱速凝剂对水泥早期水化的影响规律和调控机理,为开发高性能液体无碱速凝剂提供了重要的研究基础和科学指导。

钢渣胶凝活性与体积稳定性优化研究现状

随着粗钢产量的逐年递增,我国钢渣累积存放量也不断上升,将钢渣用作辅助胶凝材料是提高钢渣综合利用率、降低水泥混凝土行业碳排放的有效措施。然而,钢渣存在的胶凝组分含量少且活性低、膨胀组分含量较高等问题限制了其在水泥和混凝土中的应用。目前,用于改善钢渣胶凝活性与体积稳定性的方法主要有机械粉磨、高温活化、碱活化、酸活化、有机物活化及碳化活化等。机械粉磨主要通过物理方式破坏钢渣晶体结构、减小颗粒粒径,但其能耗较高且仅对早期强度有利。高温活化主要包括高温养护和高温调质/重构:高温养护通过改变钢渣水化所处的外界环境促进水化,但较高温度会使钙矾石分解并引入孔洞;高温调质/重构工艺直接改变了钢渣的矿物组成,但存在能耗高和匀质性差的问题。碱活化可以促进离子溶出并消耗氢氧化钙,但存在碱骨料反应和泛碱等问题。酸活化也可以促进离子溶出,增大钢渣比表面积,但过量酸会消耗钢渣中活性组分。有机物活化中,醇胺可以通过络合作用促进离子溶出,但不同分子结构的醇胺作用机理仍不明确。碳化活化通过钙镁矿物与CO_(2)反应形成碳酸盐填充孔隙,但CO_(2)向试块内部的扩散阻力使内外碳化程度不均匀。通过钢渣的来源和组成,分析钢渣活性低和体积稳定性差的原因,归纳目前常见的改善钢渣胶凝活性和体积稳定性的方法,指出各方法目前面临的困境并作出展望,以期为钢渣性能的进一步优化和在水泥混凝土工业中的进一步应用提供参考。

机器学习预测混凝土材料耐久性的研究进展

基于实验研究的混凝土材料耐久性评价周期长、成本高、效率低,传统经验公式对耐久性的预测精度有限且无法根据性能反推混凝土的配合比设计,因此开发新型高效的材料质量控制和性能预测工具已是当务之急。通过梳理建立机器学习模型的流程,总结常用算法的基本工作原理和优势,归纳基于机器学习的各耐久性指标预测算法,探讨其应用效果和发展方向,为机器学习技术在混凝土领域的深度开发和应用提供了依据。

叶轮零件磨粒流抛光机理与数值模拟的研究

目的解决增材制造TC4钛合金(Ti6Al4V)叶轮零件表面粗糙度过大的问题。方法采用磨粒流抛光技术对增材制造TC4钛合金叶轮零件进行抛光,研究磨粒粒径、工作压力与抛光时间等因素对叶轮零件表面粗糙度和形貌的影响规律。同时利用Fluent软件对磨粒流抛光过程进行仿真,建立三维叶轮模型,以实际加工条件为仿真参数,探究磨粒对近壁面静压、动压、湍动能、湍流强度的作用机理。结果当磨粒流抛光的磨粒粒径为0.425 mm、加工压力为9 MPa、抛光时间为20 min时,获得了表面粗糙度Ra<2.5μm的增材制造叶轮零件。磨粒流抛光后表面摩擦系数从0.4281降低为0.3853,磨损机制由粘着磨损和剥落磨损变为磨粒磨损。仿真结果表明,随着磨粒流体自上而下运动,叶片间距逐渐增大,叶轮表面所受动压、湍流强度及湍动能逐渐减弱,因与约束装置的作用,底部的动压、湍流强度和湍动能又增大,因此叶轮叶片上端抛光较好,中间部位抛光效果一般,下端抛光效果也较明显。结论磨粒流抛光过程中,试样表面因塑性变形产生了加工硬化,晶粒得以细化,从而有效提高了其耐磨性能。通过数值模拟与试验分析验证了复杂曲面磨粒流抛光技术的有效性,为磨粒流抛光技术提供理论基础。

纳米结构稀土永磁材料的制备及表征研究进展

稀土永磁材料是迄今磁性能最强、应用最广泛的一类永磁材料。与传统的粗晶稀土永磁材料相比,纳米结构稀土永磁材料因其独特的显微组织结构而具有显著不同的磁性能,从而引发了研究者的广泛关注。全面回顾了近年来R-Co(R=Sm, Pr, Y, La)和R-Fe-B(R=Nd, Pr, Tb, Dy)体系纳米结构永磁材料的发展历程。重点介绍了用于R-Co和R-Fe-B纳米结构材料的制备方法,包括熔体快淬、高能球磨(HEBM)、表面活性剂辅助球磨(SABM)和机械化学合成等方法。还讨论了将纳米结构前驱体制备成块状磁体的先进技术,其中包括放电等离子烧结(SPS)、感应加热法(IHC)、冲击波压实(SWC)、燃烧驱动压实(CDC)、高压温压(HPWC)等方法。同时介绍了各向同性以及各向异性的纳米结构单相R-Co和R-Co/Fe纳米复合磁体的微结构特性和磁性能。讨论了各向同性和各向异性纳米结构单相R_(2)Fe_(14)B磁体,以及由硬磁相和软磁相组成的交换耦合纳米复合R-Fe-B/Fe(Co)磁体的磁性。

焦亚硫酸钠的辅助保持效应研究

文章采用液相Ca2+浓度、FT-IR、XRD和SEM等方法探讨焦亚硫酸钠辅助保持机理。实验发现,焦亚硫酸钠的加入早期生成亚硫酸根,降低液相Ca2+浓度、抑制硅酸三钙水化并延缓氢氧化钙的生成,使水化早期钙矾石(AFt)生成量减少,并使其形貌变长变细,随水化龄期增加,加速钙矾石消失,形成大量片层状单硫型水化硫铝酸钙(AFm)。焦亚硫酸钠主要是通过碱性环境下生成亚硫酸根,延缓并参与水泥水化,同时降低Ca2+浓度,减慢水泥水化对聚羧酸减水剂的消耗,以实现辅助保持效果。

水化热调控材料的研究进展

大体积混凝土具有体型厚实、原材料用量大、结构复杂和水化放热多等特点,在应用过程中易出现热裂缝,降低构件的使用性能、安全承载能力、耐久性和服役寿命。水化热调控材料能够降低混凝土内部温度梯度,减少温度应力,从而降低混凝土产生热裂缝的风险。总结了水化热调控材料的种类及其对水化放热的影响,归纳了水化热调控材料的作用机理,探讨了其使用效果和发展方向,为高能效、低成本水化热调控材料的研究开发提供设计依据。

典型合金循环利用研究进展及挑战

作为关键基础材料,高性能合金在高端装备制造、新能源等战略性新兴产业中发挥着至关重要的作用。随着我国战略性新兴产业的发展壮大,对合金材料的需求将大幅增加。合金材料的制备需要消耗大量金属矿产资源,特别是涉及多种稀缺金属。与此同时,废旧合金的社会累积量逐年增加,影响生态环境。因此,如何协调资源、发展和环境之间的关系成为国际研究热点,发展循环经济被认为是实现可持续发展的重要出路。硬质合金、轻质合金和高温合金在国民经济和国防领域具有广泛且重要的应用,本文以碳化钨硬质合金、轻质铝合金和高温镍基合金三类典型合金为研究对象,系统分析了其资源储备、废料特点和回收再利用现状,并对典型合金循环利用未来发展方向进行了展望。

硅藻土纳米结构铁/锌氧化物制备及As(V)吸附研究

以硅藻土为基体,ZnCl2为锌源,FeC2O4为铁源,氨水为沉淀剂,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,利用水热法,通过控制水热温度及时间在硅藻土表面制备了纳米花片状结构铁酸锌;采用X射线粉末衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、比表面积(BET)分析仪、X射线光电子能谱(XPS)分析等技术对样品进行表征分析。制备的纳米结构ZnFe2O4呈尖晶石结构,比表面积为313 m^2/g。研究了ZnFe2O4/硅藻土样品对As(V)吸附性能,其对As(V)的最大饱和吸附容量为186 mg/g,最佳条件下As(V)吸附去除率均达99%。

聚磷酸减水剂的合成及对硫铝酸盐水泥性能的影响

以烯基磷酸酯为单体合成一种适用于硫铝酸盐水泥的聚磷酸减水剂(PPE),研究了不同结构PPE对硫铝酸盐水泥净浆流动度的影响,当n(HPEG)∶n(MOEP)∶n(TGA)∶n(APS)=1∶4∶0.2∶0.1时,合成PPE对硫铝酸盐水泥的分散性和分散保持性均优于普通聚羧酸减水剂(PCE)。通过X射线光电子能谱分析了PPE在硫铝酸盐水泥颗粒表面的作用机理,结果表明,掺入1%PPE时,硫铝酸盐水泥颗粒表面的Ca2p和Al2p分别发生0.173 eV和0.175 eV的峰位偏移,高于PCE的偏移值,说明PPE能以强化学吸附的方式附着在硫铝酸盐水泥颗粒表面,发挥减水分散作用。

ECR辐照装置中的离子束流分布模拟

面向等离子体材料作为聚变等离子体和核反应堆结构之间的主要界面,遭受恶劣的辐照条件,为了提升对面向等离子体材料的改进研究,实验室模拟聚变环境装置.基于已搭建完成的用于研究聚变反应堆中等离子体-材料相互作用的电子回旋共振(electron cyclotron resonance,ECR)直线等离子体装置,使用有限元方法计算模拟了腔室内励磁线圈与永磁体叠加磁场的分布情况以及在此背景磁场下带电粒子在磁场中的运动轨迹.结果表明:磁场模拟结果与实验数据较为符合,共振面位置随线圈电流的增大而远离微波窗口.带电粒子轨迹模拟结果与实验中近似梨形等离子体束的分布一致,且到达样品台的束流密度随着励磁线圈电流的增大而增大.该研究可为ECR直线等离子体装置的进一步优化提供参考.

MM′X型磁相变材料的若干研究进展

在向绿色可持续发展目标迈进的过程中,能效比低且排放温室气体的传统气体压缩制冷技术面临较大环保压力。基于磁热效应的磁制冷技术绿色而高效,是新型固态制冷领域中具有较大实用化潜力的一种。磁制冷技术的核心是寻找成本低廉、无毒害、制冷区间大以及制冷效率高的制冷工质材料。近年来,具有马氏体相变的MM′X型化合物由于其较宽的相变调节温区和较高的磁热效应而颇受关注,成为磁致冷材料领域内研究的热点之一。国内外学者在优化MM′X体系性能及通过不同方式实现其磁结构耦合方面已经取得了令人瞩目的成果。将在简要回顾MM′X体系发展历程的基础上,着重介绍几个新的研究动向,包括双晶位掺杂调节相变、稀土元素替代、引入d-d杂化效应以及应对MM′X体系的粉末化问题等内容。

含添加剂形成相硬质合金的制备及界面结合强度评估

以原位还原碳化技术制备的复合粉末和粗颗粒WC为原料,结合低压烧结技术,制备出五种含有不同添加剂形成相的硬质合金。通过XRD、SEM和EDS技术对制备合金的相组成、微观组织和元素分布进行了表征和分析,获得添加剂形成相的分布特征。基于界面结合强度与界面电子功函数梯度的对应关系,利用原子力显微镜对硬质合金的电子功函数进行测定,计算获得WC/Co、WC/添加剂形成相和Co/添加剂形成相界面处的电子功函数梯度,实现硬质合金中添加剂与WC和Co相形成界面结合强度的评估。

基于第一性原理计算的纳米氧化钨研究进展

纳米氧化钨作为一种具有独特物理化学性质的半导体功能材料,已被广泛应用于环境、能源、生命科学、信息技术等领域。本文基于第一性原理计算在纳米氧化钨中的应用进展,概述了量子力学基础上的第一性原理及密度泛函理论的发展历程及基本理论,介绍了该领域常用的MS(Materials studio)、VASP(Vienna ab initio simulation package)等模拟计算软件,并分类阐述了第一性原理计算对氧化钨的微观电子结构、物质相互作用、分子热动力学等方面的研究成果。最后提出了第一性原理计算在纳米氧化钨这类半导体材料研究中存在的问题及未来发展趋势。

铝离子电池研究进展

铝元素在地壳中的储量丰富,来源广泛,并且金属铝的安全性高,在离子电池领域中具有广阔的应用前景.尽管铝金属在离子电池中具有如此诱人的优势,但铝离子电池的能量密度、稳定性以及所使用的电解液安全性和成本依然制约其发展.对铝离子电池的最新工作进行梳理、分析和总结,并进一步探讨其作为新型储能体系的机遇和挑战.主要从正极材料、电解液及铝金属负极3个方面对近期的铝离子电池相关工作进行了总结,为开展高能量密度、高稳定性铝离子电池的研究奠定基础.