Be掺杂石墨双炔作为锂离子电池负极材料的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了Be在不同位置掺杂的石墨双炔作为锂离子电池负极材料的性能.通过计算不同掺杂浓度下石墨双炔的形成能和内聚能,表明Be掺杂的石墨双炔具有很好的实验合成前景.更重要的是,掺Be后的石墨双炔具有良好的导电性能.Be掺杂的石墨双炔对单个锂的吸附能为-4.22 eV,相较于硼,氮掺杂石墨双炔以及本征石墨双炔大幅度提升.随着储锂数量的增加,其对锂的吸附能依旧大于固体锂的内聚能,并且平均开路电压在0—1 V之间,充分保证了电池的安全性.除此之外,将储锂容量提升为881 mAh/g,是未掺杂石墨双炔的1.14倍,是石墨的2.36倍.同时,锂在Be掺杂的石墨双炔上扩散性能也有所提升.对于C_(Ⅲ)位掺杂体系,通过研究低锂浓度、中锂浓度、高锂浓度阶段的离子输运.研究发现随着锂浓度的增大,扩散势垒分别为0.38,0.44,0.77 eV,锂离子的移动变得困难,但依然优于其他元素掺杂的石墨双炔.综上所述,铍掺杂石墨双炔作为优异的锂离子电池负极材料具有很大潜力.

材料凝固过程观测实验的设计与改进

对材料科学与工程学科中的材料凝固过程观测实验进行了设计和改进.通过增加体视金相显微镜观测设备,可以更细致地观测凝固过程;通过增加冷却和加热系统,使反应条件变得更精确可控,同时还提高了实验教学质量,增加了实验内容,完善了凝固实验的知识点.新设计和改进后的实验,使学生对材料的凝固条件和过程的理解更加深刻.

SiC/C3N4复合材料的光催化降解亚甲基蓝性能研究

采用冷却结晶法制备不同配比的SiC与三聚氰胺前驱体,煅烧后得到SiC/C 3N 4复合材料,研究了在白炽灯照射下复合材料对亚甲基蓝的光催化降解性能。结果表明,SiCN100型SiC/C 3N 4复合材料的光催化降解能力最强,光照150 min时亚甲基蓝的降解率达到76%,光降解反应速率常数为0.00757 min^-1,是纯SiC的6倍,且该催化剂在循环测试中性能稳定。采用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见-漫反射光谱(UV-Vis DRS)和光致发光光谱(PL)表征了SiC/C 3N 4复合材料,并通过活性基团捕获实验,深入分析了亚甲基蓝的光催化降解机理,发现电子在降解过程中起最关键的作用,活性基团对降解率的影响程度依次为e->h^+>·O2^-。

应用型本科《材料现代测试方法》课程理论与实践教学探讨

本文分析了"新工科"背景下我校材料化学专业《材料现代测试方法》理论及实验课的教学现状。结合笔者讲授该课程的教学实践体会,有针对性地提出了在教学内容、教学模式、教学手段和成绩考核评定等几方面所做的一些教学改革与实践措施,并对如何激发学生对该课程的学习兴趣,提升本科课程教学质量进行了相关探讨。

功能材料课程教学改革探索

作为材料科学与工程、材料化学和材料物理等材料类本科专业的一门专业必修课,《功能材料》课程内容涵盖面广,是一门多学科知识交叉的前沿类课程。该课程要求学生掌握功能材料的结构与性能及应用之间的关系,为今后从事新材料的研究与开发奠定坚实的基础。笔者在近几年教学工作的基础上,对本课程的教学工作中存在的问题进行了梳理和总结,并相应地提出了一些可行的解决方案以供读者参考。

虚拟仿真技术在高分子材料课程设计课程中的应用

在当前现代信息技术逐渐影响甚至塑造新的教育教学形态的大背景下,越来越多的高校开始重视信息化教学资源的建设,积极推动虚拟仿真技术在实验教学中的应用。文章从高分子材料课程设计的角度,分析了传统实验教学所面临的困境和虚拟仿真技术在本实验课程教学中的优势。

基于就业导向的《材料连接原理与技术》课程教学改革探索

材料连接原理与技术是材料成型及控制工程专业的一门实用性较强的专业拓展课程。然而,目前传统的教学模式注重课堂理论教学,忽视实践环节,已难以培养满足现代企业对焊接专业人才的需求。本文通过分析传统教学模式中存在的缺点和不足,从理论教学内容、实践教学环节以及教学形式等三个方面进行探索,提出及时更新理论教学内容、增加实践教学环节、创新教学形式等课程改革措施,使学生的理论联系实践的能力获得显著提高。

新工科视域下材料成型及控制工程专业的改革与探索

为了适应新一轮的科技变革,支持创新驱动发展等国家重大战略。2017年开始,教育部开始积极推进新工科建设,先后推动“复旦共识”、“天大行动”和“北京指南”[3],并2019年,第二批新工科研究与实践项目指南发布,正在努力探索具有中国特色的工程教育模式,不断的开拓中国高等工程教育高质量发展的新格局,从而实现中国高等教育强国的建设[4]。

协同添加剂对电子电镀铜成核及镀层形貌与结构的影响机制

基于以1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚(PAN)为协同添加剂、用于印制电路板(PCB)通孔均匀增厚的酸性硫酸铜电子电镀配方及工艺,通过电化学计时电流法阐明了单一添加剂及各添加剂间协同作用对铜电结晶过程的影响机制.聚乙二醇(PEG)破坏铜成核过程,聚二硫丙烷磺酸钠(SPS)与PAN不影响铜成核行为的发生,PEG,SPS和PAN共同作用可进一步促进铜晶核的形成.通过电化学原位拉曼光谱从分子层面证实了添加剂PEG和SPS均可促进PAN在铜电极表面吸附.通过扫描电子显微镜分析了添加剂对铜镀层形貌的影响,只有SPS可细化铜镀层颗粒,PEG,SPS和PAN协同作用有利于获得颗粒更加细小且均匀的铜镀层.通过X射线衍射分析揭示了铜镀层晶面取向及添加剂吸附的晶面位点,PEG和PAN均易吸附于(111)晶面,抑制(220)晶面择优;而SPS易吸附于(220)晶面,促进(220)晶面择优.PEG和SPS共同作用可使铜沿着(111),(200)和(220)晶面生长,(200)为相对的择优晶面.3种添加剂间复杂的协同作用促使铜进一步沿(111)和(200)晶面择优生长.

工业气氛下电流场辅助Ni-ZrO_(2)陶瓷扩散焊

目的研究电流驱动下金属Ni向ZrO_(2)陶瓷的定向扩散以及界面化学反应,实现两者在工业气氛下的快速连接。方法在1200℃下采用独特的电流场耦合扩散焊连接系统制备Ni-ZrO_(2)扩散偶样品。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)对不同直流电参数(电流密度0~5.09 mA/mm^(2))下制备的样品界面焊缝形貌以及原子分布进行观察和解析;测试Ni-ZrO2扩散偶的剪切强度,并结合不同样品的界面微观结构演变初步揭示电流场辅助Ni-ZrO_(2)的连接机制。结果电流场有效地促进了工业气氛下金属-陶瓷界面的交互作用,当电子流由金属Ni指向ZrO_(2)陶瓷时,界面反应层厚度随着电流密度的增大而持续增大;样品接头的连接强度随着电流强度的增大呈先升高后降低的趋势,在1200℃下通电(电流密度为3.82 mA/mm^(2))5 min时得到最佳剪切强度164 MPa。结论施加直流电场引发的金属电迁移效应和固体电解质陶瓷中氧离子的定向运动是促进界面互扩散以及化学反应的重要原因,而局部的过度“失氧”容易导致陶瓷结构和功能特性丧失。与高真空环境相比,在工业气氛下界面附近较高的氧浓度抑制了陶瓷变质,使焊接接头在电流强度较大时仍然保持了较高的剪切强度。

La内嵌graphene/MoS_(2)层的储氢性能研究

运用密度泛函理论研究了La内嵌graphene/MoS_(2)层的储氢性能.由于La的内嵌graphene/MoS_(2)异质结的层间距被拉大.详细研究了氢气分子在La内嵌的graphene/MoS_(2)结构上的吸附行为.结果表明,一个La原子最多可以吸附六个氢气分子,采用GGA/PBE泛函计算得到氢气分子的平均吸附能为0.198 eV.合适的吸附能使得设计材料能够在温和条件下实现可逆存储.重要的是,La原子能够分散地内嵌在graphene/MoS_(2)异质结中,这将为氢气分子提供更多吸附位.研究表明理论上预测La内嵌graphene/MoS_(2)材料是一种潜在的储氢材料.

“技术创新方法”课程项目化教学过程中的问题及对策

“技术创新方法”课程的项目化教学能有效提升教学质量,但也存在一些不可回避的问题,本文针对“技术创新方法”课程在项目化教学上具有的共性和特有问题,以提升教学效率、培养学生综合能力为目标,提出改进课程项目化教学体系,拓展案例库渠道,融合信息化、导论式教学,构建多元授课模式,联接项目化教学与竞赛,切入现有评价方式等对策,同时,应对项目化教学过程中的一些问题进行规避,这对促进我国高等院校项目化教学的发展升级、深化教学质量和学生素养的教学改革具有重要意义。

微波等离子体原子发射光谱分析原油中微量金属元素

研究建立了原油中微量金属元素低成本高通量测定的分析方法。原油样品经HNO_(3)+H_(2)O_(2)密闭压力消解后,直接采用微波等离子体原子发射光谱(MP-AES)测定其中的12种微量金属元素Cu、Fe、Zn、Pb、Ni、K、Mn、Ba、Cr、V、Mg、Al。通过选择待测元素的分析波长,并结合快速线性干扰校正(FLIC)技术校正了光谱干扰,选择Y和Lu为内标元素校正了基体效应,稳定了分析信号。采用标准参考物质NIST SRM 1084a(润滑油中的磨损元素)评价了分析方法的准确性。结果表明:所有分析元素的线性关系良好(线性相关系数≥0.9995);该方法的检出限(MDL)为0.04~1.15μg/g,NIST SRM 1084a的测定值与认定值基本一致,验证了所建立的方法准确可靠,使用N2为等离子体气体的MP-AES显著降低了分析成本。该方法为原油中多种微量金属元素的高通量分析提供了新策略。

大型铝电解槽内空间分布性信息在线检测研究进展

铝电解槽的大型化发展过程中,槽内空间分布性、均勾性问题严重干扰电解过程的高效控制。研究开发针对铝电解槽内空间分布性信息的在线检测方法具有重要的现实意义。详细介绍了铝电解槽側壁溫度的多种测量方法及应用,指出了存在的问题;详细综述了大型槽电解过程阳极电流分布的现行测量方法与应用,并对存在的主要问題和发展方向进行了分析。

微波等离子体原子发射光谱法测定偏远矿区海泡石中的主微量元素

海泡石是具有层状结构的含水富镁硅酸盐黏土矿物,其中无机元素含量是揭示其成矿物质来源、成矿流体性质和矿床成因的重要依据,通常采用电感耦合等离子体发射光谱/质谱法(ICP-OES/MS)进行测定,等离子体(ICP)的高温激发会产生成大量谱线干扰,维持ICP稳定工作需使用高纯氩气,持续供气对于偏远矿区海泡石的检测还将面对气体采购和运输不便的问题。本文基于微波等离子体原子发射光谱(MP-AES)的低温激发技术减少光谱干扰,建立了准确测定偏远矿区海泡石中主量元素Mg、Al、Ca、Fe、K、Na和微量元素Cu、Zn、Mn、Pb含量的分析方法。利用硝酸-盐酸-氢氟酸混合酸对海泡石进行微波消解,避免了样品处理过程中分析元素的损失,加快了样品处理速度,同时提高了样品溶液的稳定性。通过选择各元素光谱线的分析波长,并利用快速线性干扰校正(FLIC)技术校正光谱干扰,以Lu为内标元素校正基体效应,提高了灵敏度和准确度。各元素的检出限为0.19~14.6μg/L。海泡石国家标准物质(GBW07138)各元素测定值与认定值的相对误差在-5.0%~6.7%之间。本方法具有检出限低、线性范围宽、结果准确等优点;MP-AES采用自带的氮气发生器为等离子体提供氮气作为工作气,无需引入复杂气体,提高了分析效率,尤其适用于气体采购和运输不便的偏远矿区。

石墨烯和氧化石墨烯水基润滑添加剂在镁合金冷轧中的摩擦学行为

选用石墨烯和氧化石墨烯作为水基润滑添加剂,对比研究两种纳米材料对AZ31镁合金在冷轧过程中的摩擦学性能的影响。采用场发射扫描电镜(FESEM)和拉曼光谱仪(Raman)对石墨烯和氧化石墨烯水基润滑液润滑条件下轧后板材表面形貌和成分进行了分析,探讨了石墨烯和氧化石墨烯作为水基润滑添加剂的润滑机理。结果表明,石墨烯和氧化石墨烯在水中最优含量为0.5%(质量分数),摩擦因数分别为0.132和0.038,磨损体积分别为23.1 mm^3和2.59 mm^3。同时氧化石墨烯水基润滑液优良的润滑性能降低了镁合金轧制过程中的轧制力,改善了轧后板材表面质量。相同测试条件下,氧化石墨烯水基润滑液的润滑性能优于石墨烯水基润滑液,主要原因是其在水中良好的分散性和在镁合金表面优异的润湿性。

基于正交设计的局部结构镁合金板材零件热冲锻成形工艺优化

板材冲锻成形技术是一种板材零件的成形方法,在板材形状成形的同时对于局部特征结构进行体积成形。对于一些带有凸台、凸筋类局部结构的板材零件,其成形过程需要运用冲锻成形的方法来实现。铝合金、镁合金等轻合金比较适用于冲锻成形这种方法。该工艺具有生产效率高、材料利用率高、零件精度高等特点,现已广泛应用于小型板成形零件的生产当中,同时也是材料成形领域中的研究热点。针对带有局部特征结构的AZ31镁合金板材零件的热冲锻成形过程进行模拟,设计正交模拟方案,考察温度、凸模内孔圆角半径、摩擦因子、板材厚度和板材直径等参数对成形性能的影响。结果表明,一定的摩擦条件、良好的成形温度、合理的模具结构和板材厚度的选择,可以有效减小成形所需的最大载荷,并能够获得成形性能更好的工件。

210 t转炉氧枪射流性能优化与工业应用

为改善国内某钢厂210 t大型转炉供氧强度低、冶炼周期长等问题,对目前所用六孔氧枪喷头参数进行优化设计,利用数值模拟明确射流动力学特征。结果表明:枪位在1.5 m之前,轴向速度变化随倾角变化不明显,当枪位超过1.5 m时,随着喷孔倾角增加,轴向速度减小幅度增大。射流聚并行为随着倾角增加得到明显改善。射流有效动能随射流行进快速下降,枪位1.5 m时只占比初始动能的20%左右,随后动能衰减趋缓,到2.7 m时动能损耗仅5%左右。优化后的210 t转炉六孔氧枪设计参数为:倾角15.5°,马赫数2.06,喉口直径45.89 mm,出口直径61.14 mm。工业试验的结果表明,优化后的氧枪比优化前所用氧枪的吹氧时间减少了43 s,脱磷率提高了11.4%。

Fe_(2)(SiO_(3))_(3)为载氧体的甲烷化学链部分氧化制合成气的热力学研究

采用热力学软件Factsage8.1建立了以Fe_(2)(SiO_(3))_(3)为载氧体的甲烷化学链部分氧化制合成气反应模型,基于最小吉布斯自由能原理,对甲烷化学链部分氧化制合成气过程进行了热力学计算与分析;以甲烷转化率、CO选择性、H2选择性及CO_(2)选择性等指标评价Fe_(2)(SiO_(3))_(3)的反应活性,研究了Fe_(2)(SiO_(3))_(3)与甲烷摩尔比、温度及压力等条件对反应的影响,并得到了优化的反应条件。研究结果表明,优化反应条件为Fe_(2)(SiO_(3))3与甲烷摩尔比0.34、反应温度900℃、压力0.1 MPa。在此条件下,甲烷转化率为98.0%,CO选择性为99.0%,H2选择性为98.0%,CO_(2)选择性为1.0%。

5356铝合金连续铸造梯形铸锭Mg的质量分数分布

为制备成分均匀的5356铝合金连续铸造梯形铸锭,按照连续铸造机H型结晶轮圆周方向取2点钟至4点钟的区段制造了连续铸造实验装置.借助SEM、EDS能谱、线扫描对制得的梯形铸锭横断面进行成分分析,结果表明横断面上存在着晶内偏析、晶界偏析和宏观偏析.晶界偏析第二相为β-Al_3Mg_2,且晶界处Mg的质量分数高于晶内;宏观偏析表现为横断面中心Mg的质量分数明显低于四角Mg的质量分数,并在梯形横断面上出现厚度1mm左右的Al_8Mg_5连续网状组织.