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新型复合阳极材料高活性涂层的制备与性能研究

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新型复合阳极材料高活性涂层的制备与性能研究

作者：韩朝辉昆明理工大学

学位级别：硕士

随着人类对可持续发展的深入了解,绿色工业技术以及工艺日益受到重视。“十二·五”规划的中,对节省资源、环境的保护以及节能降耗提出了更高更严峻的要求,湿法冶金工业作为有色金属行业中是资源、环境以及能源的消耗大户,倍受各方面的... 详细信息

随着人类对可持续发展的深入了解,绿色工业技术以及工艺日益受到重视。“十二·五”规划的中,对节省资源、环境的保护以及节能降耗提出了更高更严峻的要求,湿法冶金工业作为有色金属行业中是资源、环境以及能源的消耗大户,倍受各方面的关注。然而,电极作为湿法冶金工业中的核心主体以及重要装备,有着电化学体系的“心脏”之称,其不仅影响着电化学反应的速率、产品的质量以及能耗等,甚至会直接影响到电化学反应过程的成败。同时,电极的性能成为关系整个电解系统的关键因素之一。本文作者从高成本的Ti阳极涂层入手,使用一些高活性、低成本的贱金属氧化物或微量的稀土元素来代替单一稀贵金属的使用,发挥涂层的优异性能、延长涂层的使用寿命,并为了拓宽Ti基涂层阳极的适用范围,降低制造成本,彻底摆脱稀贵金属的束缚,利用电镀法,在Ti基表面电镀β-PbO2的新型涂层电极。同时为了提高电极的性能,创新性的使用A1作为电极材料的基体,为解决A1在酸中易溶解的缺点,在A1表面包覆一层导电性能优异、耐蚀性好的硼化物,保护基体不被酸腐蚀,使涂层与基体能够很好的结合,尽最大限度的发挥出它的优势,开发一种低成本、高活性、低贵金属载量、长寿命的涂层阳极是本研究的一个重要目标。本研究采用了热分解法、电镀法制备了不同基体、不同涂层组成的新型涂层电极材料,对不同工艺条件下所制备的涂层电极的表面形貌、物相组成、电化学性能以及表面分形维数进行了研究分析,优化出最佳的涂层组元以及制备工艺,探讨了具体工艺、涂层组成对各项性能的影响,并为了验证新型极板在实际使用过程中的效果,针对不同的电沉积体系,结合课题组前期的研究成果,以层状复合材料为基体,通过制备本研究的成果,制备出是适用于不同电沉积体系的新型高活性涂层复合电极材料,进行了现场模拟实验,系统考察了新型电极板在实际使用过程中槽电压、上板量、电流效率、电能单耗等极板的各项性能参数。研究结果表明：利用贱金属替代稀贵金属的使用最佳工艺为：烧结温度为450℃、保温时间为10min,涂层的组成为：RuO2-TiO2-SnO2三元氧化物涂层。利用多组元的交互作用,在传统Ti基析氯型涂层基础上掺杂La,最佳含量为ωLa=1.875%。在不同基体(Ti、Al)上引中间层,不仅可以改善电极电化学性能,而且可以完善涂层与基体间的结合,为提高电极寿命奠定了基础。同时,在电镀β-PbO2的新型涂层时,也加入Sn-Sb氧化物中间层,在一定的电流密度下,电极的极化电位可大幅度下降,可降低450mV。通过在不同电沉积体系中的模拟生产实验研究,可以看出：不同阳极板的有着其自身适用的不同的电沉积体系,通过不同电极在电沉积Co、Ni、Zn的模拟生产实验研究中,电极在实际使用过程中的各项具体性能指标有不同程度的提高,在降低槽电压、电能单耗,提高阴极上板量、电流效率以及降低阴极析出产品中的杂质含量、提高阴极产品的质量等方面有着显著的效果,仅就节省电耗一项的直接经济效益就可达8亿人民币。本项目的研究不仅对降低湿法冶金工业电沉积体系的能耗意义重大,而且还为促进电化学工业的技术进步奠定基础,并且其的研究对电极材料的应用将具有深远的一定的历史意义,为建设节约型、低能耗的可持续发展社会作出贡献。

关键词： Ti阳极多组元涂层电化学性能节能降耗分形维数

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巨型钢框架静力和动力性能分析

巨型钢框架静力和动力性能分析

作者：韩朝辉西安建筑科技大学

学位级别：硕士

世界建筑发展到今天,超高层建筑在建筑领域扮演着越来越重要的角色。巨型结构是一种新型的超高层建筑结构体系,结构体系的主、次结构受力明确,布置灵活,可满足特殊的建筑形式和建筑功能的要求。巨型结构是由巨型的构件组成的简单而巨型... 详细信息

世界建筑发展到今天,超高层建筑在建筑领域扮演着越来越重要的角色。巨型结构是一种新型的超高层建筑结构体系,结构体系的主、次结构受力明确,布置灵活,可满足特殊的建筑形式和建筑功能的要求。巨型结构是由巨型的构件组成的简单而巨型的桁架或框架等,作为高层建筑的主体结构,与其他结构构件组成的次结构共同工作的一种结构体系。本文主要针对巨型结构的一种特定形式巨型钢框架,应用有限元程序ETABS对其静力性能、动力特性、抗震性能等进行了较为系统、深入、全面的研究。首先,根据目前高层建筑发展趋势,结合工程实例介绍了巨型结构的概念、特点、分类及应用情况。其次,分析了巨型钢框架的静力性能,深入研究了结构在竖向荷载和水平风荷载作用下的传力机理、力学特性和变形特点。以结构的内力、变形、效率和经济性为主要考察点,探讨了主、次框架之间不同连接型式、楼板刚度、和次框架的开洞位置及数量对巨型钢框架抗侧刚度的影响,并得到了一些有意义的结论。再其次,对巨型钢框架模型进行了常遇地震下的弹性时程分析和罕遇地震下的弹塑性时程分析。选用典型的地震波,依据我国的相关规范进行时程分析。讨论了地震波输入维数、二阶效应、阻尼比和阻尼器对时程分析的影响,从而得到了一些有益的结论。最后,对本文的研究工作进行了总结,给出研究中的一些结论,并指出在进一步研究中亟待解决的问题。

关键词：超高层建筑巨型钢框架主次结构静力性能动力性能时程分析粘弹性阻尼器

中微孔复合分子筛Y/MCM-41的合成及其催化性能

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中微孔复合分子筛Y/MCM-41的合成及其催化性能

作者：韩朝辉太原理工大学

学位级别：硕士

相对于微孔分子筛，MCM-41分子筛具有规整的六方有序孔道排列，孔径可在1.5～10nm之间调节，从而在石油化工和精细化工等领域具有潜在的用途。然而，其水热稳定性较差，极大地限制了其用途。研究发现，中孔分子筛中引入微晶可以提高其... 详细信息

相对于微孔分子筛，MCM-41分子筛具有规整的六方有序孔道排列，孔径可在1.5～10nm之间调节，从而在石油化工和精细化工等领域具有潜在的用途。然而，其水热稳定性较差，极大地限制了其用途。研究发现，中孔分子筛中引入微晶可以提高其水热稳定性。本文针对中孔分子筛中引入微晶进行了深入的研究。本文采用两步晶化法，即先合成Y型分子筛的固液混合体，然后再填加模板剂、水玻璃，用浓硫酸调节PH值来制备含有微晶的中孔分子筛Y／MCM-41，并考察了原料加入量、时间、温度等因素对产品的影响。结果表明：采用两步晶化法能够成功的合成Y／MCM-41分子筛;原料的填加顺序对Y／MCM-41分子筛的合成影响不大;但加入的量影响非常明显，通过加入不同用量的水玻璃可以制得MCM-41和Y相对含量不同的Y／MCM-41;在第一步晶化过程中，随着晶化时间的增加，产品中中孔分子筛的相对含量增加;在第二步晶化时，最佳温度为130℃，而时间最好在1天。太原理工大学硕士毕业论文采用XRD、SEM和BET等技术对Y/MCM一41物理化学性能进行表征。结果发现:Y/MCM一41同时具有Y和MCM一41分子筛的特征峰;并且其晶相形貌与纯Y和MCM一41分子筛的晶相形貌明显不同，NZ吸附一脱附曲线只表现出MCM一41的特征，即出现滞后环，根据脱附等温线计算出该分子筛的孔径在微孔和中孔范围都有分布。针对Y/MCM一41的催化活性，采用苯酚的烷基化反应来考察。结果表明:Y/MCM一41分子筛具有比Y型或MCM一41更高的催化活性;而对于Y/MCM一41(D)分子筛，随着叔丁醇和温度的增加，苯酚的转化率也增加，且使用寿命也较长;对于Y/MCM-41(A)分子筛，随着反应时间的增加，苯酚的转化率增加，但反应3小时之后，苯酚转化率增加就不明显了。

关键词：复合分子筛中孔微孔合成

二组元(RuO2-TiO2)及三组元(RuO2-SnO2-TiO2)Ti阳极涂层的微观组织对其电化学性能的影响

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复合材料学报 2013年第6期30卷 121-126页

作者：韩朝辉竺培显郭佳鑫马会宇昆明理工大学材料科学与工程学院昆明650093

通过热分解法制备了二组元(RuO2-TiO2)和三组元(RuO2-SnO2-TiO2)Ti阳极涂层,并通过SEM、XRD以及电化学工作站对其结构及性能进行测试。结果表明:在烘干温度130℃,热氧化温度500℃,烧结时间15min,退火时间1h的条件下,所制备的三组元(RuO2... 详细信息

通过热分解法制备了二组元(RuO2-TiO2)和三组元(RuO2-SnO2-TiO2)Ti阳极涂层,并通过SEM、XRD以及电化学工作站对其结构及性能进行测试。结果表明:在烘干温度130℃,热氧化温度500℃,烧结时间15min,退火时间1h的条件下,所制备的三组元(RuO2-SnO2-TiO2)Ti阳极涂层性能较为优异,析氯电位为1.128V,析氧电位为1.674V。在二组元(RuO2-TiO2)涂层中加入Sn组元,可以减少贵金属Ru的使用量,降低钛阳极涂层的成本;而且所形成的SnO2可提高涂层表面的电催化活性,降低电极的析氯电位、析氧电位,延长电极的工作寿命。

关键词：钛阳极活性涂层 RuO2-TiO2涂层 RuO2-SnO2-TiO2涂层电化学性能

Ti-Al层状复合材料相界面扩散反应层的电子结构

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复合材料学报 2014年第5期31卷 1350-1356页

作者：韩朝辉周生刚竺培显郭佳鑫昆明理工大学材料科学与工程学院昆明650093

采用热压扩散焊接法制备Ti-Al层状复合材料,在不同的焊接温度条件下进行热压扩散焊接,利用SEM、EDS、XRD以及基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理模拟计算等分析测试手段研究了Ti-Al扩散偶的扩散反应层的反应产物以及电子结构特征。结果... 详细信息

采用热压扩散焊接法制备Ti-Al层状复合材料,在不同的焊接温度条件下进行热压扩散焊接,利用SEM、EDS、XRD以及基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理模拟计算等分析测试手段研究了Ti-Al扩散偶的扩散反应层的反应产物以及电子结构特征。结果表明:当焊接温度≥560℃时,Ti-Al扩散偶相界面扩散反应层的反应产物主要是以金属间化合物Al3Ti为主,反应产物Al3Ti的总态密度(TDOS)的赝能隙为2.8eV,相邻的Al原子和Ti原子的局域态密度(PDOS)的赝能隙也为2.8eV,金属间化合物Al3Ti中所含的共价键较少,而金属键较多。因此,Al3Ti表现出更多的金属特性,具有较好的导电性,为Ti-Al层状复合材料作为一种新型电极材料奠定了基础。

关键词：层状复合材料扩散反应层 Ti-Al金属间化合物第一性原理电子结构

表面处理对碳纤维基β-PbO_2电极性能的影响

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材料工程 2018年第1期46卷 125-132页

作者：许健竺培显韩朝辉曹勇周生刚昆明理工大学材料科学与工程学院电渣室昆明650093

对碳纤维布进行表面处理,采用电沉积法制备碳纤维基β-PbO_2电极材料,并对碳纤维基β-PbO_2电极材料的导电性能、电化学性能和耐腐蚀性能进行研究。结果表明:通过表面处理,能够显著改善碳纤维的表面粗糙度和化学活性。热空气氧化温度为... 详细信息

对碳纤维布进行表面处理,采用电沉积法制备碳纤维基β-PbO_2电极材料,并对碳纤维基β-PbO_2电极材料的导电性能、电化学性能和耐腐蚀性能进行研究。结果表明:通过表面处理,能够显著改善碳纤维的表面粗糙度和化学活性。热空气氧化温度为400℃时,碳纤维表面的化学活性最高;热空气氧化和液相氧化双重氧化发现,碳纤维表面的化学活性进一步提高,表面的沟槽和凹坑更为明显,经此表面处理条件后制备的碳纤维电极界面电阻率最低为6.19×10^(-5)Ω·m,导电性能和电化学性能最好,耐腐蚀性能最强,腐蚀速率仅为1.44×10^(-3)g·cm^(-2)·h^(-1),由此说明,不同表面处理条件能够极大地影响碳纤维电极材料界面结合性能,从而影响碳纤维基β-PbO_2电极材料的导电性能、电化学性能和耐腐蚀性能。

关键词：碳纤维基β-PbO2电极表面处理界面电阻率电化学性能耐腐蚀性能

稀土La对RuO_2-TiO_2涂层钛阳极表面结构和性能的影响

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材料热处理学报 2015年第7期36卷 217-221页

作者：范农杰竺培显韩朝辉周生刚昆明理工大学材料科学与工程学院云南昆明650093

以热分解法制备Ru-Ti氧化物涂层钛阳极为基础,在涂层中添加了La元素,观察并研究其对钛基涂层电极结构及其性能的影响。利用SEM、XRD、电化学工作站等分析测试手段,对所制备出的涂层钛电极的表面形貌和性能进行表征。结果表明,在反应温度... 详细信息

以热分解法制备Ru-Ti氧化物涂层钛阳极为基础,在涂层中添加了La元素,观察并研究其对钛基涂层电极结构及其性能的影响。利用SEM、XRD、电化学工作站等分析测试手段,对所制备出的涂层钛电极的表面形貌和性能进行表征。结果表明,在反应温度为450℃、涂层生成物含La量为1.875%时,可以明显改善钛基涂层电极的表面形貌与组织,达到细化晶粒的效果;在电化学性能方面,相比不含La的纯钛基体电极,La元素的掺入可以有效提高电极催化活性,达到节能降耗的目的。

关键词： DSA涂层镧元素热分解法钛阳极电化学性能

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基于CPCI的信号采集板卡设计

电子器件 2016年第4期39卷 851-855页

作者：韩朝辉孟令军文波中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室电子测试技术国家重点实验室太原030051

基于CPCI总线和信号采集的相关技术,提出了一种以FPGA为核心的CPCI信号采集板卡的设计。该板卡主要由电源模块、时钟网络、DDRII高速缓存阵列、CPCI通信单元、FMC子卡接口等单元组成。详细描述了板卡软硬件实现的原理,提出了流水线的设... 详细信息

基于CPCI总线和信号采集的相关技术,提出了一种以FPGA为核心的CPCI信号采集板卡的设计。该板卡主要由电源模块、时钟网络、DDRII高速缓存阵列、CPCI通信单元、FMC子卡接口等单元组成。详细描述了板卡软硬件实现的原理,提出了流水线的设计思路,着重介绍了基于乒乓结构的高速DDRII缓存阵列以及CPCI总线的设计思路和实现方式。通过实验验证,高速DDRII缓存阵列可以达到400 Mbit/s的传输速率,PLX9656可工作在66 MHz的时钟下,并且板卡具有较高的稳定性。

关键词： CPCI 信号采集 FPGA DDRII PLX9656

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高能场作用下低品位红土镍矿的浸出研究

湿法冶金 2012年第3期31卷 141-143页

作者：韩朝辉竺培显周亚平梁方昆明理工大学材料科学与工程学院云南昆明650093

研究了常规热酸浸出低品位红土镍矿过程中加入高能场对镍浸出率以及浸出渣形貌的影响。结果表明:在高能场中,Ni、Fe的浸出率都有不同程度提高,高能场作用15min时,浸出率提高幅度最大,其中Ni浸出率较Fe浸出率提高幅度更高。

关键词：红土镍矿高能场浸出镍