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二维MXene材料在新型薄膜太阳能电池技术中的研究进展

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无机材料学报 2024年第2期39卷 215-224页

作者：费玲雷蕾汪德高中国科学院宁波材料技术与工程研究所先进能源材料工程实验室宁波315201 中国科学院大学北京100049 中国科学院宁波材料所前沿交叉科学研究中心宁波315201

太阳能作为自然界中丰富的可持续清洁能源,可以在解决当前能源短缺问题的同时有效减少因过度消耗化石燃料造成的环境污染问题。近年来,第三代新型薄膜太阳能电池,如染料敏化太阳能电池(DSSCs)和钙钛矿太阳能电池(PSCs)等,凭借其原料丰... 详细信息

太阳能作为自然界中丰富的可持续清洁能源,可以在解决当前能源短缺问题的同时有效减少因过度消耗化石燃料造成的环境污染问题。近年来,第三代新型薄膜太阳能电池,如染料敏化太阳能电池(DSSCs)和钙钛矿太阳能电池(PSCs)等,凭借其原料丰富、制造成本低廉和光电性能良好等优点而受到广泛关注。然而,新型薄膜太阳能电池器件的电荷传输性能和运行稳定性与正式商用的要求仍有一定差距。二维MXene材料具有比表面积高、表面官能团丰富、导电性优良、功函数可调和亲水性等优点,已成为能源转换领域的研究热点。鉴于此,本文在综述二维MXene材料的结构、光学和电学特性的基础上,阐述了近些年二维MXene材料应用于新型薄膜太阳能电池的研究进展,并重点探讨了二维MXene材料增强太阳能电池光电性能的机制。二维MXene材料可通过作为钙钛矿太阳能电池中钙钛矿层和电荷传输层的添加剂、修饰染料敏化太阳能电池的光电阳极和制备电极,来调整能带对齐、降低功函数、拓宽吸光范围和形成“柱撑效应”,有效改善器件的光吸收效率、载流子迁移率和电荷提取能力,从而提升器件的光电性能和稳定性。最后,结合目前的研究进展,对二维MXene材料在新型薄膜太阳能电池技术中的发展前景及面临的挑战提出了建议。

关键词： MXene 纳米材料太阳能电池光电性能能源专题评述

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Cu含量对管线钢耐微生物腐蚀性能的影响

金属学报 2024年第1期60卷 43-56页

作者：曾云鹏严伟史显波闫茂成单以银杨柯中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016 中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心沈阳110016 中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016

含Cu耐微生物腐蚀管线钢的开发和应用是解决管道微生物腐蚀难题的有效措施。本工作利用电化学测试及SEM、激光共聚焦显微镜(CLSM)等分析技术,研究了不同Cu含量(0、0.7%、1.34%,质量分数)的X65级管线钢在无菌和接种硫酸盐还原菌(SRB)的... 详细信息

含Cu耐微生物腐蚀管线钢的开发和应用是解决管道微生物腐蚀难题的有效措施。本工作利用电化学测试及SEM、激光共聚焦显微镜(CLSM)等分析技术,研究了不同Cu含量(0、0.7%、1.34%,质量分数)的X65级管线钢在无菌和接种硫酸盐还原菌(SRB)的近中性模拟土壤浸出液(NS4)中的腐蚀行为,为耐微生物腐蚀管线钢的优化设计提供依据。结果表明,随着Cu含量的升高,含Cu管线钢的抗菌性能和耐蚀性能均有所提高;当Cu含量从0增加到0.70%时,试样表面的点蚀坑密度从714 cm^(-2)下降到244 cm^(-2);当Cu含量达到1.34%时,点蚀坑密度进一步下降到67 cm^(-2);含Cu钢在腐蚀过程中持续释放的铜离子在接菌环境中的杀菌作用和其对腐蚀产物层的改善作用,以及其在无菌环境中所形成的Cu2O等保护性腐蚀产物是含Cu管线钢具有优异耐蚀性能的关键原因。

关键词：微生物腐蚀硫酸盐还原菌含Cu管线钢抗菌性能耐蚀性能

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静电悬浮下铌异质形核及枝晶生长

Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第4期34卷 1333-1346页

作者：王艳秋郑福陆潇晓孙志斌中国科学院国家空间科学中心北京100190 中国科学院大学北京101499

采用无容器静电悬浮实验技术,对纯度99.7%和99.95%铌材料的过冷程度和形核凝固机制进行了系统研究。通过经典形核理论分析测量和计算得到材料样品在形核和凝固过程的热物理参数和热动力学参数。实验结果统计分析表明:铌样品的最大过冷度... 详细信息

采用无容器静电悬浮实验技术,对纯度99.7%和99.95%铌材料的过冷程度和形核凝固机制进行了系统研究。通过经典形核理论分析测量和计算得到材料样品在形核和凝固过程的热物理参数和热动力学参数。实验结果统计分析表明:铌样品的最大过冷度为455.7 K,临界过冷度约为739 K。系统分析并计算得到铌样品最大概率形核过冷度、指前系数、成核活化能、固液界面自由能和关键晶核尺寸。样品的枝晶生长速度与过冷度呈幂函数关系,在过冷度454 K时,枝晶生长速度达到42.1 m/s。考虑非等温条件下界面能的各向异性对自由枝晶生长的影响,理论预测结果与实验获得实验结果一致。

关键词：液态铌异质形核枝晶生长形核凝固机制无容器静电悬浮

微弧氧化时间对锆合金表面MAO/Cr复合涂层结构与性能的影响

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金属学报 2024年第5期60卷 691-698页

作者：王郑王振玉汪爱英杨巍柯培玲中国科学院宁波材料技术与工程研究所、中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室宁波315201 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 西安工业大学材料与化工学院西安710021

自福岛核事故发生以来,事故容错燃料包壳涂层受到了广泛关注。本工作通过微弧氧化(MAO)和高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)2种技术在Zirlo锆合金基体上制备了MAO/Cr复合涂层,研究了微弧氧化时间对MAO/Cr复合涂层微观结构、力学性能以及抗高... 详细信息

自福岛核事故发生以来,事故容错燃料包壳涂层受到了广泛关注。本工作通过微弧氧化(MAO)和高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)2种技术在Zirlo锆合金基体上制备了MAO/Cr复合涂层,研究了微弧氧化时间对MAO/Cr复合涂层微观结构、力学性能以及抗高温水蒸气氧化性能的影响。结果表明:当微弧氧化时间由3 min增加到9 min时,复合涂层表面(200)织构系数由83%增加到100%;随着微弧氧化时间的增加,复合涂层的断裂韧性呈先增大后减小的趋势,在6 min时达到峰值4.64 MPa·m^(1/2);经900℃水蒸气氧化1 h后,复合涂层体系均产生明显分层,其中MAO3min/Cr与MAO6min/Cr复合涂层增重幅度较小,而MAO9min/Cr复合涂层增重幅度较大,并在表截面形成大量微裂纹。当微弧氧化时间为6 min时,制备的复合涂层具有出色的力学性能和优异的抗高温水蒸气氧化性能。

关键词：微弧氧化高功率脉冲磁控溅射微观结构力学性能抗高温水蒸气氧化

冷轧中锰钢的再结晶调控及其对力学性能的影响

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金属学报 2024年第2期60卷 189-200页

作者：胡宝佳郑沁园路轶贾春妮梁田郑成武李殿中中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016 中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016

为探究铁素体再结晶对冷轧中锰钢微观组织与力学性能的影响规律,以0.15C-5Mn(质量分数,%)冷轧中锰钢为研究对象,采用两步临界区退火的热处理方法,利用SEM、TEM和EBSD等表征手段和力学性能测试方法,研究了铁素体再结晶调控对冷轧中锰钢... 详细信息

为探究铁素体再结晶对冷轧中锰钢微观组织与力学性能的影响规律,以0.15C-5Mn(质量分数,%)冷轧中锰钢为研究对象,采用两步临界区退火的热处理方法,利用SEM、TEM和EBSD等表征手段和力学性能测试方法,研究了铁素体再结晶调控对冷轧中锰钢多样化残余奥氏体形成及其力学性能的影响。结果表明,通过在不同温度预先调控冷轧中锰钢中的铁素体再结晶,可获得由不同比例的等轴状再结晶铁素体和马氏体组成的双相细晶组织。经常规退火处理后,在终态组织中形成了不同体积分数的超细晶再结晶铁素体和呈等轴状/板条状形貌的多样化细晶残余奥氏体,使中锰钢在拉伸变形过程中表现出多样化的TRIP效应,在提升冷轧中锰钢强塑性能的同时,其Lüders变形也获得改善。

关键词：冷轧中锰钢铁素体再结晶残余奥氏体 TRIP效应力学性能

基于含氧氢化钆薄膜的宽波段调制光致变色智能窗

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无机材料学报 2024年第4期39卷 441-448页

作者：李众少李明曹逊中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050 中国科学院大学材料科学与光电工程中心北京100049

光致变色窗户因结构简单、被动调光和零能耗输入而被认为是一种高效的节能智能窗,然而有关光致变色智能窗的研究很少涉及中红外(MIR)波段,这限制了节能效率。本研究通过在ITO衬底上生长稀土含氧氢化物(ReO_(x)H_(y))薄膜,实现了宽波段... 详细信息

光致变色窗户因结构简单、被动调光和零能耗输入而被认为是一种高效的节能智能窗,然而有关光致变色智能窗的研究很少涉及中红外(MIR)波段,这限制了节能效率。本研究通过在ITO衬底上生长稀土含氧氢化物(ReO_(x)H_(y))薄膜,实现了宽波段调制的能力。所开发的光致变色智能窗口能够通过感应光强度自动调节发射率,同时保持可见光和近红外(NIR)调制(ΔT_(sol)=35.1%,ΔT_(l um)=37%,Δ(ε8-13μm=0.12))。研究还通过优化制备气氛,实现了GdO_(x)H_(y)的一步制备并提高了稳定性,通过综合表征分析了光致变色机理。总之,这种跨越可见光-近红外-中红外的被动协同调制方法有望推动光致变色智能窗的发展。

关键词：光致变色稀土含氧氢化物智能窗动态辐射制冷

W/Cr共掺杂对CaBi_(2)Nb_(2)O_(9)陶瓷晶体结构及电学性能的影响

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无机材料学报 2024年第8期39卷 887-894页

作者：黄建锋梁瑞虹周志勇中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050 中国科学院大学材料科学与光电工程中心北京100049

铌酸铋钙(CaBi_(2)Nb_(2)O_(9),CBN)是一种典型的铋层状结构压电材料,具有高居里温度(约943℃)、高稳定性等特点,是600℃以上高温压电振动传感器的重要候选功能元件,但其压电系数和高温电阻率较低,严重制约了CBN在高温压电振动传感器领... 详细信息

铌酸铋钙(CaBi_(2)Nb_(2)O_(9),CBN)是一种典型的铋层状结构压电材料,具有高居里温度(约943℃)、高稳定性等特点,是600℃以上高温压电振动传感器的重要候选功能元件,但其压电系数和高温电阻率较低,严重制约了CBN在高温压电振动传感器领域的实际应用。为了提高CBN压电陶瓷的高温稳定性,采用固相法制备了W/Cr共掺杂的CaBi_(2)Nb_(1.975)W_(0.025)O_(9)-x%Cr_(2)O_(3)(CBNW-xCr,0

关键词：高温压电陶瓷晶体结构压电性能赝四方畸变

M50轴承钢热变形过程中孔洞形成及演化机制

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金属学报 2024年第1期60卷 57-68页

作者：侯志远刘威峰徐斌孙明月时婧任少飞中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016 中国海洋大学材料科学与工程学院青岛266003 中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016

M50轴承钢广泛应用于航空发动机主轴轴承的制造,轴承钢热加工产生的孔洞极易作为疲劳裂纹的萌生源导致轴承的疲劳破坏。本工作通过热模拟实验和OM、SEM、EBSD、原位扫描等方法系统研究了不同应变速率(0.001~1 s^(-1))、变形温度(1000~1... 详细信息

M50轴承钢广泛应用于航空发动机主轴轴承的制造,轴承钢热加工产生的孔洞极易作为疲劳裂纹的萌生源导致轴承的疲劳破坏。本工作通过热模拟实验和OM、SEM、EBSD、原位扫描等方法系统研究了不同应变速率(0.001~1 s^(-1))、变形温度(1000~1150℃)和应变(10%~50%)对M50轴承钢内部孔洞产生行为的影响,以及后续保温处理过程中孔洞的愈合机制。结果表明,轴承钢内部一次碳化物M2C和MC与基体硬度的差异导致非协调变形,从而在碳化物与基体交界处产生孔洞,此外碳化物的破碎也会促使孔洞在其内部形成。通过对不同条件下孔洞的产生情况进行定量分析发现,在高应变速率(1 s^(-1))、低变形温度(1000℃)、中等变形量(30%)的条件下,M50轴承钢内部产生的孔洞最多。变形后的保温处理可显著促进孔洞的愈合,其中保温处理后孔洞愈合区域富集Cr元素。

关键词： M50轴承钢一次碳化物孔洞热变形愈合

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“环境催化城市”：概念提出和研究展望

化学进展 2024年第04期36卷 466-470页

作者：马金珠楚碧武马庆鑫何广智刘倩王书肖贺克斌赵进才贺泓中国科学院生态环境研究中心中国科学院大学清华大学中国科学院化学研究所中国科学院城市环境研究所

大气污染是城市环境质量改善面临的重大挑战。城市化过程既是造成城市大气高度复合污染的重要原因，也为城市自净化大气污染物提供了可人为强化的条件。“环境催化城市”是指将城市中的建筑物内外、硬化地面等表面涂覆催化材料，在自然... 详细信息

大气污染是城市环境质量改善面临的重大挑战。城市化过程既是造成城市大气高度复合污染的重要原因，也为城市自净化大气污染物提供了可人为强化的条件。“环境催化城市”是指将城市中的建筑物内外、硬化地面等表面涂覆催化材料，在自然界的光、热等条件下实现环境中低浓度气态污染物自发催化净化的城市。构建“环境催化城市”对低碳控制大气复合污染，持续改善室内外环境空气质量，规划建设“自净城市”意义重大。本文提出了“环境催化城市”概念，并对如何完善和发展“环境催化城市”理论和实践进行了展望。

关键词：环境催化城市霾化学环境容量臭氧催化分解自净城市