生物遗态分级孔结构碳负极材料及其储锂性能

以橙子皮为原材料,通过高温热解制备出具有分级多孔结构的生物遗态碳材料,并以这种碳材料作为锂离子电池负极考察其电化学性能。研究表明,橙子皮基碳为无定型碳材料,从SEM照片可以看出,其具有相互连通的蜂窝状孔结构,孔径约在1-4μm。BET测得的比表面积约为52 m^2·g^(-1)。以橙子皮碳为原材料制备锂离子电池负极,在电流密度100 mAg^(-1)下,具有832 m Ahg^(-1)、393 mAhg^(-1)的首次放充电比容量,首次循环库伦效率为47.2%。200次循环后比容量仍保持在343 mAhg^(-1),库伦效率在95%以上,在2 Ag^(-1)的电流密度下仍具有149 mAhg^(-1)的比容量。

硫酸化焙烧——水浸法从镍精矿中同步提取金属及矿相转化

提出低温NH_(4)HSO_(4)焙烧—水浸工艺从金川镍精矿中同步提取Ni、Cu和Co,并系统研究硫酸化焙烧和水浸出过程中一些因素对金属提取的影响。结果表明,在优化的焙烧和水浸条件下,95.7%Ni、98.9%Cu和96.8%Co被提取。利用TG-DTA、XRD、SEM和EDS等手段分析矿相的转化机理,在NH_(4)HSO_(4)及其分解的SO_(3)和NH3的硫酸化反应下,有价金属被转化为水溶性金属—铵配合物从而得到有效的提取。通过提高浸出温度使铁离子与铵离子结合形成NH_(4)[Fe_(3)(SO_(4))_(2)(OH)_(6)]沉淀可除去浸出液中的杂质铁。在焙烧过程中收集的挥发物为(NH_(4))_(2)SO_(4)和(NH_(4))_(2)SO_(3),可用作硫酸化焙烧的试剂。

高性能锂离子电池用N掺杂C-Sn交联纳米纤维自支撑电极的理性设计

为了提高碳材料作为锂离子电池负极材料的比容量,将氮掺杂的碳纤维与高容量的Sn进行复合。通过静电纺丝及低温碳化制备了均匀镶嵌Sn纳米颗粒的氮掺杂碳纳米纤维(C-Sn)复合膜。该复合膜直接用作自支撑锂离子电池负极时表现出较好的电化学性能,Sn的引入显著提高了碳纳米纤维膜的电化学性能。碳均匀包覆Sn后形成的纤维结构可以促进离子电子的传导,并能有效缓冲Sn纳米粒子在循环过程中的体积变化,从而有效抑制粉化与团聚。Sn含量约为25.6%的CSn-2电极具有最高的比容量和更优异的倍率性能。电化学测试结果表明,在2A·g^(-1)的电流密度下,充放电循环1000圈后充电(放电)比容量为412.7(413.5)mAh·g^(-1)。密度泛函理论(DFT)计算结果表明,N掺杂非晶碳与锂具有良好的亲和性,有利于将合金化反应之后形成的SnxLiy合金锚定在碳表面,进而缓解了充放电过程中的Sn的体积变化。本文为高性能储锂材料的设计提供了一种切实可行的策略。

钠离子电池用高性能锑基负极材料的调控策略研究进展

锑(Sb)具有高的理论比容量、较小的电极极化、合适的Na^(+)脱嵌电位、价格低廉以及环境友好的优势,而成为一种具有较大应用前景的钠离子电池负极材料。但是,Sb基负极材料的一个重要挑战是在循环过程中高比容量伴随着大的体积变化,进而导致活性材料粉化,并从集流体上脱落,这大大限制了其在钠离子电池领域的大规模应用。因此,如何解决Sb基负极材料充放电过程中体积膨胀问题对于高性能的钠离子电池设计是至关重要的。本文详细综述和讨论了Sb基材料的结构-性能关系及其在钠离子电池中的应用,详细介绍了钠离子电池Sb基负极材料在氧化还原反应机理、形貌设计、结构-性能关系等方面的最新研究进展。本综述的主要目的是探讨影响Sb基负极材料性能的决定因素,从而提出有前途的改性策略,以提高其可逆容量和循环稳定性。最后,对Sb基钠离子电池负极材料的未来发展、面临的挑战和前景进行了展望。本文可为Sb负极材料的构建和优化提供具体的观点,阐明了Sb基负极材料未来的发展方向,从而促进钠离子电池的快速发展和实际应用。

氧化锆陶瓷增韧机制及其粉体制备的研究进展

氧化锆陶瓷优异的韧性、高硬度、高抗弯强度及良好的生物相容性,在结构陶瓷、功能陶瓷和电子陶瓷方面得到广泛应用。本文综述了氧化锆的增韧机制,氧化锆增韧机制可分为相变增韧、应力微裂纹增韧、铁弹性增韧及耦合反应增韧。氧化锆粉体特性对陶瓷品质有直接影响,制备高品质氧化锆粉体是获得性能优异氧化锆陶瓷的前提,制备氧化锆粉体的方法有液相法、气相法以及固相法等,本文介绍氧化锆粉体的主要制备方法,并总结各种方法的优缺点。

Fe掺杂对Ni-Mn-Ti全d族Heusler合金马氏体相变和磁性能影响的研究

Ni-Mn-Ti基全d族Heusler合金因具有良好的力学性能和弹热效应而成为金属功能材料领域的研究热点,然而此类合金具有临界应力和滞后较大的问题限制了其实际应用.有研究学者发现Ni-Mn基合金掺杂Fe不仅可以降低相变滞后,还可以大幅提高合金力学性能.鉴于此,本文采用第一性原理计算系统地研究了Fe掺杂对Ni_(50-x)Mn_(37.5)Ti_(12.5)Fe_(x)(x=3.125,6.25,9.375)全d族Heusler合金的相稳定性、马氏体相变和磁性能的影响.结果表明随着Fe掺杂量的增多,奥氏体的晶格常数逐渐减小;相稳定性随着Fe掺杂量的增加而逐渐降低,但在不同成分下,马氏体始终比奥氏体更稳定,表明合金可以发生马氏体相变.合金的奥氏体相为铁磁性,磁矩主要由Mn原子提供,而马氏体相由于正常占位的Mn(MnMn)原子与占据Ti位的富余Mn(MnTi)原子的磁矩反平行排列而表现为反铁磁性.Fe取代Ni使Ni_(50-x)Mn_(37.5)Ti_(12.5)Fe_(x)合金系奥氏体和马氏体之间的能量差△E、电子浓度e/a和电子密度n都呈现减小趋势,表明合金的马氏体相变温度随着Fe原子掺杂量的增多而下降.本文旨在为新型Ni-Mn-Ti-Fe合金的成分设计和性能优化提供指导.

Ni-X-In(X=Mn,Fe和Co)合金的缺陷稳定性和磁性能的第一性原理研究

Ni-Mn-In是一种新型的磁控形状记忆合金,它通过磁场诱导逆马氏体相变实现形状记忆效应.实验中常围绕化学计量比Ni_2MnIn合金进行成分调整,以获得适宜的马氏体相变温度与居里温度,在这个过程中必然会产生多种点缺陷.本文使用量子力学计算软件包VASP,在密度泛函理论的框架下通过第一原理计算,系统地研究了非化学计量比Ni-X-In(X=Mn,Fe和Co)合金的缺陷形成能和磁性能.反位缺陷中,In和Ni在X亚晶格的反位缺陷(In_X和Ni_X)的形成能最低,Ni和X反位于Y的亚晶格(Ni_Y和X_Y)得到较高的形成能.因此,In原子可以稳定立方母相的结构,而X原子对母相结构稳定性的影响则相反;空位缺陷中最高的形成能出现在In空位缺陷,再次肯定了In原子对稳定母相结构的作用.此外,详细研究了点缺陷周围原子的磁性能以及电荷分布.本文的计算结果在指导实验中的成分设计和开发新型磁控形状记忆合金方面具有重要意义.

SiO_2&Fe改性酚醛树脂的制备及性能研究

采用原位改性技术,将纳米二氧化硅(SiO_2)及其铁(Fe)的复合纳米粒子对酚醛树脂进行了改性处理,通过改变纳米SiO_2和Fe的质量配合比等实验条件制得改性酚醛树脂。对改性酚醛树脂的微观结构进行全面分析,对改性酚醛树脂的游离醛和固含量等性质做了详尽的研究,得到了综合性能最佳的改性酚醛树脂。结果表明,当纳米SiO_2与Fe质量配合比为1∶1.5时,改性树脂的游离醛为7.294%,固含量为74.26%;通过微观结构分析发现,纳米粒子均匀的分散在树脂中,酚醛树脂通过化学键键合在纳米粒子表面,达到了增强复合材料界面键合力的目的。

水热合成Ni掺杂LiMnPO_4/C及其电化学性能研究

以PEG-400为溶剂和碳源,水热法合成Ni掺杂LiMn_(1-x)Ni_xPO_4/C正极材料。采用XRD、SEM、BET、充放电和循环伏安测试等材料和电化学性能表征和测试手段,研究了不同Ni掺杂量对LiMnPO4/C晶体结构、微观形貌及电化学性能的影响规律。结果表明,Ni掺杂后样品没有改变纯相LiMnPO4的物相结构,掺杂能减少晶粒尺寸,一次粒径50-100nm,呈类球形分散均匀。Ni掺杂量0,0.04,0.08,0.12mol.%,0.05C倍率对应首次放电比容量123.7mAh/g,138.6mAh/g,145.1mAh/g和129.1mAh/g;循环20周,比容量为111.3mAh/g,128.3mAh/g,138.9mAh/g和121.8mAh/g;容量保持率为89.98%,92.57%,95.72%和94.35%。LiMn_(0.92)Ni_(0.08)PO_4/C正极材料具备较好的循环性能和倍率性能,在0.05C,0.1C,0.5C和1C倍率下对应的首次放电比容量为145.1mAh/g,143.8mAh/g,140.2mAh/g和136.9mAh/g。掺杂后样品的循环可逆性得到改善,抑制了材料嵌脱锂过程中的极化现象。

氢化铈的制备及其与高氯酸铵的反应特性

采用直接氢化法制备了氢化铈,利用硬脂酸(SA)对氢化铈进行表面安定处理。使用XRD、SEM等方法对氢化产物结构和表面形貌进行了表征。利用DSC研究了不同氧平衡的氢化铈与高氯酸铵(AP)复合活性材料的反应温度及反应热值。运用TG-MS和XRD手段对复合活性材料的反应产物进行了检测,并初步分析了氢化铈与AP的反应机理。结果表明:所制备的氢化铈为面心立方结构的CeH 2.73。安定性处理后,氢化铈表面形成一层完整的、油腻质感的包覆膜,显著提高了其在空气中的稳定性。零氧平衡的复合活性材料具有最佳的反应放热性能,其反应热值为3630 J·g-1。

氢化铈的安定性处理

采用溶液包覆法,分别以硬脂酸、石蜡和聚偏二氯乙烯为包覆材料,探究了包覆材料与氢化铈的结合方式、包覆膜结构以及包覆后氢化铈室温时的防水性能和抗氧化性能.结果表明,当包覆量为4%(包覆材料与氢化铈的质量百分比)及以上时,采用硬脂酸和石蜡为包覆材料的氢化铈安定性处理效果较好,包覆后的氢化铈粉末均具有至少15 d防水和抗氧化能力,包覆膜与氢化铈之间以物理方式结合;而采用聚偏二氯乙烯为包覆材料时,氢化铈表面基本不能形成包覆膜,包覆效果差,无法对氢化铈起到安定性处理作用.

碳化硅和碳化硼在电催化中的应用

燃料电池是具有广泛应用前景的新能源技术。碳载铂基催化剂(Pt/C)是最常用的燃料电池电极催化剂,不过Pt/C稳定性较差、且成本高昂,严重限制了燃料电池的规模化应用。共价型碳化物碳化硅和碳化硼,由于具有极强的共价键,其物化稳定性优异,成为制备高稳定性、低成本的燃料电池催化剂的重要基础材料。本文总结了相关研究成果,介绍了碳化硅和碳化硼的独特优势,讨论了相关研究的发展方向。

金刚石基燃料电池催化剂的研究进展

金刚石是由共价键方式连接的sp^3杂化碳原子组成,具有极强的稳定性。含硼金刚石(BDD)薄膜、BDD颗粒、非掺杂纳米金刚石(ND)等新型金刚石又兼具一定的导电性,因此成为高稳定性燃料电池催化剂的理想载体材料。研究者进一步发现通过对上述新型金刚石进行适当功能化处理,可以进一步提高催化剂的催化活性和稳定性。对金刚石进行掺杂处理,既包括向金刚石晶格中掺杂,也包括向金刚石衍生的石墨结构中进行掺杂,能够得到新型高稳定性燃料电池非铂催化剂,且金刚石sp^3结构在提高非铂催化剂稳定性方面作用独特。本文总结介绍了相关研究成果,希望能为后续研究提供参考借鉴。

Mn^(4+)激活荧光粉可用锰源与制备方法

Mn^(4+)激活荧光粉可在蓝光激发下发射波长可调的红光,是当前白光发光二极管用荧光粉的研究热点之一。在制备Mn^(4+)激活红光荧光粉时,有多种锰源可供选择,如K_(2)MnF_(6)、KMnO_(4)、Mn(HPO_(4))_(2)、MnCO_(3)、MnO_(2)、MnO、Mn(NO_(3))_(2)、Mn(CH_(3)COO)_(2)等。本文综述了文献中在制备Mn^(4+)激活氟化物、氟氧化物和氧化物基质红光荧光粉时采用的锰源,列举了相应的制备方法,并总结了采取不同锰源和制备方法对所合成荧光粉的荧光性质(如量子效率)等方面的影响。最后就如何控制Mn^(4+)激活荧光粉中锰离子价态等进行了展望。

SmN晶体的电子多构和高压相变的第一性原理

利用基于密度泛函理论的第一性原理，研究了SmN晶体的电子结构和高压相变．SmN晶体的电子结构具有半金属特征，多数自旋电子显示金属导电性，少数自旋电子显示半导体导电性．高压相变的结果显示，smN晶体经历从Nacl型（B1）到cscl型（B2）结构转变的压致结构相变，相变压力117GPa．弹性系数的结果显示，在环境压力下SmN晶体的弹性系数满足玻恩稳定条件，标志着B1相是力学稳定结构．声子谱结果显示，在环境压力下B1相是热力学稳定结构，与弹性系数的计算结果一致．

晶化热处理工艺对白榴石微晶玻璃性能影响的研究

实验采用化工原料制备以白榴石为主相的K_2O-Al_2O_3-SiO_2系统微晶玻璃,采用X射线衍射分析(XRD)探究了晶化处理温度、晶化处理时间对白榴石析晶状况的影响,并优化热处理工艺参数,成功采用熔体冷却析晶法制备了白榴石晶体。通过三点抗弯强度、显微硬度、透光性等检测手段对压制烧结成型的试样进行性能测试与分析,结果表明,晶化处理温度及晶化处理时间对白榴石析晶状况影响较大。烧结样品的最佳晶化处理温度为1000℃,透光性良好,光吸收系数0.79 cm^(-1),三点抗弯强度115.72 MPa,维氏硬度473.4 HV,满足ISO6872牙科陶瓷材料的要求。

AAO模板法制备LiAlO_2及复合LiFePO_4/LiAlO_2电化学性能研究

以两步阳极氧化法制备AAO模板,用制备的AAO模板与LiNO_3通过水热反应合成锂快离子导体LiAlO_2。通过溶胶凝胶法制备LiFePO_4前驱体,并与LiAlO_2复合制备LiFePO_4/LiAlO_2正极材料。采用XRD、SEM、电化学性能测试等手段对材料相结构、微观形貌和电化学性能进行测试和表征。结果表明,以复合正极材料放电比容量为目标,确定了AAO水热反应得到前驱体LiAl(OH)_4·H_2O的优化实验工艺:反应温度220℃,反应时间48 h,反应物摩尔比n(Al):n(Li)=1:3。此前驱体经800℃煅烧得到α-LiAlO_2,LiFePO_4/3wt.%LiAlO_2复合正极材料,0.1C倍率10周平均放电比容量达到135 mAh/g左右。

钙钛矿型(La_(0.2)Li_(0.2)Ba_(0.2)Sr_(0.2)Ca_(0.2))TiO_(3)高熵氧化物陶瓷的制备及性能研究

高熵陶瓷是近年来在高熵合金基础上逐渐发展起来的一种新的陶瓷材料体系,它的出现为开发具有优异性能的非金属材料提供了新的理念和路线。本研究采用固相烧结法制备A位等摩尔比的钙钛矿型高熵氧化物陶瓷(La_(0.2)Li_(0.2)Ba_(0.2)Sr_(0.2)Ca_(0.2))TiO_(3),并探索了烧结温度对高熵陶瓷的物相结构及电学性能的影响。结果表明,陶瓷经现有温度烧结后均表现为立方钙钛矿结构,并且展现出良好的绝缘性,其漏电流密度在10^(-8)~10^(-6)A/cm^(2)数量级。尽管随烧结温度的升高,陶瓷的晶粒尺寸不断增大,但该显微结构与介电性能的关联并不显著。当烧结温度为1350℃时,介电常数出现最大值,在频率为100 Hz下,介电常数约为230。同时,该高熵陶瓷的介电温谱表明陶瓷存在弛豫行为,其介电常数的弛豫峰随着频率的增加向高温方向移动。

作用于全固态电致变色器件的钛酸锂薄膜的制备及性能研究

利用射频溅射法在室温下制备了可作为离子传导层的非晶态钛酸锂(LixTiyOz,LTO)薄膜,并利用XRD,SEM、紫外-可见分光光度计等,探究溅射功率对沉积薄膜微观结构和性能的影响.之后将其应用于电致变色器件,并以器件变色响应速度、变色均匀性、循环测试后的衰减程度等性能作为主要参数,探索最适合作为电致变色器件电解质层的LTO薄膜制备工艺.结果表明,当溅射功率为100W时,所制备的LTO薄膜为非晶态,表层均一致密,厚度约为165nm,光学平均透过率达70%以上.将其应用到电致变色器件中,器件着色、褪色时间可缩短到13,14秒,变色性能优异.

基于大黄米的生物形貌分级多孔SiC材料(英文)

研究了大黄米向生物形貌Si C的转化。大黄米经800℃炭化转变成碳模板,在1600℃下与熔融硅反应生成Si C。以TG技术考察大黄米向碳模板转化过程的失重行为,以XRD、SEM等方法对碳模板和Si C的物相、形貌结构进行分析。结果表明,相比于大黄米,碳模板发生了大约82%的失重和20%~30%的各向异性收缩,表面分布有孔隙通道,内部呈蜂窝状的分级孔道结构。最终的产物以β-Si C为主,且较好地复制了碳模板的宏观形貌和微观结构,表明碳模板成功转化为生物行貌的Si C材料。