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Modification strategies for non-aqueous, highly proton-conductive benzimidazole-based high-temperature proton exchange membranes

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Chinese Chemical Letters 2024年第4期35卷 43-51页

作者： Yunfa Dong Shijie Zhong Yuhui He Zhezhi Liu Shengyu Zhou Qun Li Yashuai Pang haodong xie Yuanpeng Ji Yuanpeng Liu Jiecai Han Weidong He National Key Laboratory of Science and Technology on Advanced Composites in Special Environments and Center for Composite Materials and StructuresHarbin Institute of TechnologyHarbin 150080China School of Petroleum Engineering Chongqing University of Science and TechnologyChongqing 401331China School of Physics University of Electronic Science and Technology of ChinaChengdu 610054China MIIT Key Laboratory of Critical Materials Technology for New Energy Conversion and Storage School of Chemistry and Chemical EngineeringHarbin Institute of TechnologyHarbin 150001China Chongqing Research Institute Harbin Institute of TechnologyChongqing 401151China School of Mechanical Engineering Chengdu UniversityChengdu 610106China

High-temperature proton exchange membranes(HT-PEMs) possess excellent thermal and outstanding electrochemical stability, providing an avenue to realize high-temperature proton exchange membranes fuel cells(HT-PEMFCs) with both superior power density and long-term durability. Unfortunately, polybenzimidazole(PBI), a typical material for conventional HT-PEMs, fails to compromise the high nonaqueous proton conductivity and high mechanical properties, thus hindering their practical applications.Achieving efficient nonaqueous proton conduction is crucial for HT-PEMFC, and many insightful research works have been done in this area. However, there still lacks a report that integrates the host-guest interactions of phosphoric acid doping and the structural stability of polymers to systematically illustrate modification strategies. Here, we summarize recent advancements in enhancing the nonaqueous proton conduction of HT-PEMs. Various polymer structure modification strategies, including main chain and side group modification, cross-linking, blocking, and branching, are reviewed. Composite approaches of polymer, including compounding with organic porous polymers, filling the inorganic components and modifying with ionic liquids, etc., are also covered in this work. These strategies endow the HT-PEMs with more free volume, nanophase-separated structure, and multi-stage proton transfer channels, which can facilitate the proton transportation and improve their performance. Finally, current challenges and future directions for further enhancements are also outlined.

关键词： Benzimidazole Nonaqueous proton conduction Free volume Nanophase-separated structure Structure modification

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基于差示扫描量热法的费托蜡非等温结晶动力学

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中国石油大学学报（自然科学版） 2024年第2期48卷 209-216页

作者：谢浩东张帆张胜振陈胜利北京低碳清洁能源研究院北京102211 中国石油大学(北京)化学工程与环境学院北京102249 中国石油大学(北京)机械与储运工程学院北京102249

以滴熔点为113、104、92、83、78和73℃的6种窄馏分费托蜡为研究对象,采用差示扫描量热法(DSC)研究其在不同冷却速率下的非等温结晶过程,应用Jeziorny法和莫志深法对结晶动力学参数进行理论预测,通过Kissinger方程计算非等温结晶活化能... 详细信息

以滴熔点为113、104、92、83、78和73℃的6种窄馏分费托蜡为研究对象,采用差示扫描量热法(DSC)研究其在不同冷却速率下的非等温结晶过程,应用Jeziorny法和莫志深法对结晶动力学参数进行理论预测,通过Kissinger方程计算非等温结晶活化能。结果表明:不同蜡样品的非等温结晶过程相似,并且结晶过程依赖于冷却速率;所采用的动力学模型与试验数据吻合良好,Avrami指数n平均值在1~2之间,说明结晶过程为二次成核,成核后生长形成棒状或纤维状晶体;蜡样品的非等温结晶活化能越小或冷却速率越快,越容易发生结晶。

关键词：费托蜡差示扫描量热法非等温结晶结晶动力学结晶活化能

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38MnVTi非调质钢的TTT曲线的测定与分析

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重庆理工大学学报（自然科学） 2024年第1期38卷 221-228页

作者：陈浩东谢丁陈元芳重庆理工大学材料科学与工程学院重庆400054 重庆市模具技术重点实验室重庆400054

研究了38MnVTi非调质钢在等温冷却过程中的奥氏体转变产物及转变量与时间的关系。通过Gleeble-1 500D热模拟试验机获得不同等温温度的膨胀曲线。采用膨胀法,通过Gleeble-1 500D热模拟试验机获得不同等温温度的膨胀曲线,再计算和运用Ori... 详细信息

研究了38MnVTi非调质钢在等温冷却过程中的奥氏体转变产物及转变量与时间的关系。通过Gleeble-1 500D热模拟试验机获得不同等温温度的膨胀曲线。采用膨胀法,通过Gleeble-1 500D热模拟试验机获得不同等温温度的膨胀曲线,再计算和运用Origin软件拟合得到38MnVTi非调质钢的等温转变曲线(TTT曲线)。结果表明:38MnVTi非调质钢渗碳体的析出温度为750℃、铁素体析出温度为840℃、马氏体析出温度为360℃以及马氏体转变终止温度为212℃。在540、510、480、430℃等温冷却条件下贝氏体的最大转变量分别为16.9%、26.8%、38.5%、55.3%。

关键词：非调质钢 TTT曲线膨胀法热模拟

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范德华层状材料Cu_(2x)Fe_(1-x)PS_(3)的二维介磁性

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Science China Materials 2024年第2期67卷 658-664页

作者：周浩东刘洋汪子人郭宇桥谢毅吴长征 Hefei National Research Center for Physical Sciences at the Microscale University of Science and Technology of ChinaHefei 230026China Key Laboratory of Precision and Intelligent Chemistry CAS Key Laboratory of Mechanical Behavior and Design of MaterialsUniversity of Science and Technology of ChinaHefei 230026China Institute of Energy Hefei Comprehensive National Science CenterHefei 230031China

复杂的磁有序,如介磁性和斯格明子,因其在自旋电子学中的潜在应用和对磁性的基本认知的意义而广受关注.然而,在本征范德华层状材料中很少观察到复杂的磁有序,这限制了二维磁性在该领域的探索.本文报道了一种新的化合物Cu_(2x)Fe_(1-x)PS... 详细信息

复杂的磁有序,如介磁性和斯格明子,因其在自旋电子学中的潜在应用和对磁性的基本认知的意义而广受关注.然而,在本征范德华层状材料中很少观察到复杂的磁有序,这限制了二维磁性在该领域的探索.本文报道了一种新的化合物Cu_(2x)Fe_(1-x)PS_(3),它是第一种具有场诱导铁磁性的介磁范德华层状材料.在该化合物中,单价Cu以二聚体的形式部分取代FePS3晶格中Fe的位置.Cu的取代破坏了FePS^(3)的二维伊辛反铁磁结构,导致弱铁磁性和反铁磁性共存.更重要的是,当外磁场垂直于材料的ab平面时,我们可以观察到场诱导的铁磁性.此材料的介磁相变本质归因于未补偿反铁磁结构在外磁场下转变为非共线磁结构.我们的工作为实现二维介磁有序化提供了一条道路.

关键词： van der Waals material doping meta-magnetic transition field-induced ferromagnetism

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半封闭式车站列车风压极值分布规律研究

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振动与冲击 2024年第12期43卷 1-8页

作者：郑华冬郑浩东王贞谢伟平吴斌武汉理工大学海南研究院海南三亚572025 武汉理工大学土木工程与建筑学院武汉430070

为了研究半封闭式车站内风压极值的分布规律,对高速列车通过高铁站时引起的列车风压进行数值模拟,并通过现场实测数据验证数值模型的准确性。基于验证的数值模型,研究列车分别以250 km/h、300 km/h和350 km/h的速度通过高铁站时,两个典... 详细信息

为了研究半封闭式车站内风压极值的分布规律,对高速列车通过高铁站时引起的列车风压进行数值模拟,并通过现场实测数据验证数值模型的准确性。基于验证的数值模型,研究列车分别以250 km/h、300 km/h和350 km/h的速度通过高铁站时,两个典型区域(临近站台区Ⅰ、远离站台区Ⅱ)的风压(头波、尾波的正压和负压)极值分布规律,并提出相应的风压极值经验公式。研究结果表明:风压极值与列车速度之间呈非线性关系;相同的车速下,区域Ⅰ和区域Ⅱ内列车风压极值随着水平距离的增加呈指数函数形式衰减,而衰减的速度与高度成反比;当水平距离小于15 m时,相同高度下区域Ⅰ的头波正压极值总是比区域Ⅱ的大,而区域Ⅰ的头波负压极值的绝对值又总比区域Ⅱ的小;当水平距离超过15 m时,车站内的风压极值逐渐趋于稳定,并且区域Ⅰ内趋于稳定的风压极值要强于区域Ⅱ;所提经验公式能够较为准确地描述半封闭式高铁站内列车风压极值分布规律。研究成果可为半封闭式车站的结构设计提供参考。

关键词：半封闭式高铁站现场实测列车风压力极值滑移网格

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电驱动矿用自卸车轮毂驱动系统动态疲劳可靠性分析

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机械强度 2024年第3期46卷 717-727页

作者：杨昊东剡昌锋谢和平康建雄张珂兰州理工大学机电工程学院兰州730050 北京博华信智科技股份有限公司北京100020 徐州徐工矿业机械有限公司徐州221000

针对在设计阶段无法准确评估实际载荷下轮毂驱动系统可靠性的问题,提出了一种适用于设计阶段的轮毂驱动系统可靠性评估方法。以额定设计静载荷代替实际随机载荷,计算了轮毂驱动系统各个齿轮副动态疲劳可靠性。并通过Romax Design软件模... 详细信息

针对在设计阶段无法准确评估实际载荷下轮毂驱动系统可靠性的问题,提出了一种适用于设计阶段的轮毂驱动系统可靠性评估方法。以额定设计静载荷代替实际随机载荷,计算了轮毂驱动系统各个齿轮副动态疲劳可靠性。并通过Romax Design软件模拟试验了实际载荷下的轮毂驱动系统各个齿轮副的疲劳损伤与可靠性,验证了此方法的可行性,为轮毂驱动系统的可靠性设计提供了理论依据和实际试验指导。

关键词：轮毂驱动系统疲劳损伤动态疲劳可靠度 Romax Design疲劳寿命试验

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沸石基金属硫化物加氢裂化催化剂研究进展

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石油学报（石油加工） 2024年第3期40卷 619-628页

作者：胡尊龙葛思达谢浩东陈胜利吴志杰中国石油大学(北京)化学工程与环境学院重质油全国重点实验室和CNPC催化重点实验室北京102249

加氢裂化作为生产柴油、润滑油、喷气燃料等清洁油品和石脑油、烯烃裂解原料等化工品的重要工艺技术,在石油化工行业中发挥着不可替代的作用。加氢裂化反应中的双功能催化剂是由金属中心和酸性载体组成,沸石基金属硫化物催化剂在工业加... 详细信息

加氢裂化作为生产柴油、润滑油、喷气燃料等清洁油品和石脑油、烯烃裂解原料等化工品的重要工艺技术,在石油化工行业中发挥着不可替代的作用。加氢裂化反应中的双功能催化剂是由金属中心和酸性载体组成,沸石基金属硫化物催化剂在工业加氢裂化反应中一直占据主导地位。重点总结并讨论了沸石基硫化物加氢裂化催化剂的加氢活性相以及载体的酸性质、织构性质等对催化剂活性以及选择性的影响;分析了金属中心与酸性中心之间的平衡匹配(即双中心数量配比和距离)对催化性能的影响,探讨了双中心协同作用的机理;并对高效加氢裂化催化剂的开发进行了总结与展望。

关键词：加氢裂化硫化物催化剂沸石双功能催化剂金属中心酸性中心协同作用

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凹模对钢/铝自冲铆接成形及组织的影响

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湖北汽车工业学院学报 2024年第2期38卷 29-33,41页

作者：覃宇李兵谢昊东湖北汽车工业学院材料科学与工程学院湖北十堰442002

以厚度为1 mm的DC04钢板和2 mm的AA6061-T6铝合金为铆接对象,通过有限元模拟、静力学测试、金相、扫描电镜、硬度测试等方法研究了3种凹模对钢/铝自冲铆接接头力学性能和组织性能的影响。结果表明:3种凹模铆接试样的等效应力和等效塑性... 详细信息

以厚度为1 mm的DC04钢板和2 mm的AA6061-T6铝合金为铆接对象,通过有限元模拟、静力学测试、金相、扫描电镜、硬度测试等方法研究了3种凹模对钢/铝自冲铆接接头力学性能和组织性能的影响。结果表明:3种凹模铆接试样的等效应力和等效塑性应变发生的位置大致相同;凸台凹模铆接试样的头部高度、最小底部厚度、内锁值分别为0.18 mm、0.59 mm、1.09 mm,与模拟准确度一致;3种凹模由拉伸试验测得的最大载荷力分别为2.89 kN、3.14 kN、3.37 kN,凸台凹模铆接试样拥有更高的强度和承载能力;凹模铆接接头宏观失效形式为上基板撕裂失效,凸台凹模接头处的硬度值略高于母材本身的硬度,在铆钉管脚处更加明显。

关键词：自冲铆接数值模拟静力学试验硬度测试

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红外光谱结合统计学方法对纸质包装盒的检验研究

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包装工程 2024年第9期45卷 178-184页

作者：汪子拓姜红谢皓东杨棋驭徐沐暄中国人民公安大学侦查学院北京102600 万子健检测技术(北京)有限公司司法鉴定中心北京100141 食品药品安全防控山西省重点实验室太原030006 中国人民公安大学信息网络安全学院北京102600

目的建立一种高效准确的红外光谱检验纸质包装盒的研究方法。方法利用傅里叶变换红外光谱仪测得了56个不同类型不同来源的纸质包装盒的红外光谱数据;根据纸盒主要填料的不同,将样品初步分为三大类;利用主成分分析对初步分类后的数据降维... 详细信息

目的建立一种高效准确的红外光谱检验纸质包装盒的研究方法。方法利用傅里叶变换红外光谱仪测得了56个不同类型不同来源的纸质包装盒的红外光谱数据;根据纸盒主要填料的不同,将样品初步分为三大类;利用主成分分析对初步分类后的数据降维,提取出4个主成分,再利用系统聚类将样品最终分为6组,使用K-means聚类算法结合Pearson卡方检验进行验证,与最终分类的结果基本吻合。基于该分组,训练朴素贝叶斯分类、随机森林模型、XGBoost分类3种判别模型,实现对新样品组别的分类预测。结果56个快递包装纸盒样品被分为3类,而后进一步细分为6组,3种判别预测模型均有较高的准确率,其中随机森林模型的准确率最高。结论该方法快速方便地实现了对样品的区分,并且可以实现无损检验,为犯罪现场纸质包装盒的鉴别提供依据,从而为公安侦查工作的开展提供帮助。

关键词：纸质包装盒傅里叶变换红外光谱法 Pearson卡方检验朴素贝叶斯分类随机森林模型 XGBoost分类

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Unified throughout-pore microstructure enables ultrahigh separator porosity for robust high-flux lithium batteries

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Electron 2023年第1期1卷 37-49页

作者： Dongjiang Chen Yuanpeng Liu Chao Feng Yuhui He Shengyu Zhou Botao Yuan Yunfa Dong haodong xie Guangfeng Zeng Jiecai Han Weidong He National Key Laboratory of Science and Technology on Advanced Composites in Special Environments Harbin Institute of TechnologyHarbinChina Center for Composite Materials and Structures Harbin Institute of TechnologyHarbinChina State Key Laboratory of Electronic Thin Film and Integrated Devices University of Electronic Science and Technology of ChinaChengduChina Chongqing Research Institute Harbin Institute of TechnologyChongqingChina Interdisciplinary Graduate Program in Materials Science Vanderbilt UniversityNashvilleTennesseeUSA

With small thickness,commercial polyolefin separators own low porosity to ensure sufficient thermomechanical properties,resulting in tortuous and enlarged Li+diffusion pathways that induce large overpotentials and detrimental dendrite growth.As a dilemma,the exploration of highly porous separators has been challenged by their large thickness,impairing the applicability of such pursuits.Herein,an ultraporous architecture is designed to shorten Li+transfer pathways by impregnating electrolyteaffinitive poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)into ultralight~3μm 3D-polytetrafluoroethylene scaffold(abbreviated as UP3D).The UP3D separator with a porosity of 74%gives rise to 70%enhancement in Li+transference and 77%reduction in Li+transfer resistance(2.67 mΩmm^(−1))and thus enables an ultrahigh Li+flux of 22.7 mA cm^(−2),effectively alleviating Li+concentration gradient across the separator.With the separator,the LiFePO4 half cell delivers a capacity of 118 mAh g^(−1) with an unparalleled capacity retention of 90%after 1000 cycles at 2 C,and a graphite||LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_(2)pouch full cell delivers an areal energy density of 6.8 mWh cm^(−2)at 8.848 mA(1.4 mA cm^(−2))with a high cathode loading of 134.9 mg.Such results,together with the scalable production of the separator,reflect its promising potential in high-flux battery applications of separators that require both ultrahigh porosity and reliability.

关键词： Li deposition Li-ion batteries polytetrafluoroethylene separator ultrahigh porosity

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