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Nd^(3+)掺杂对PLZS反铁电体介电性能和储能性能的影响

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硅酸盐学报 2024年第4期52卷 1192-1199页

作者：焦安德赵烨韩沛孙宁宁卢春晓杜金花李雍张奇伟郝喜红内蒙古科技大学材料与冶金学院内蒙古自治区铁电新能源材料与器件重点实验室内蒙古包头014010

近年来,随着科学技术的发展,高功率密度和快速充放电陶瓷引起了人们的广泛关注。采用流延法和固相烧结法制备了Pb_(0.98–1.5x)La_(0.02)Nd_(x)(Zr_(0.60)Sn_(0.40))_(0.99)5O_(3)(x=0,0.02,0.04,0.06,简写为PL100xNZS)反铁电陶瓷,并研究了反铁电陶瓷的相组成、储能性能、介电性能和充放电性能。研究结果表明:PL100xNZS的主晶相为正交相钙钛矿结构,随着Nd^(3+)掺杂量的增多,反铁电–铁电相转变电场(EAFE-FE)增加,故其储能性能增强。当Nd^(3+)掺杂量为x=0.04时,陶瓷的储能密度为14.8 J·cm^(–3),储能效率为85%。此外,充放电测试结果显示PL4NZS陶瓷具有高的电流密度和功率密度,分别为3360 A/cm^(2)和504 MW·cm^(–3),且放电速度极快,t_(0.9)为28 ns。该结果表明PL4NZS材料在脉冲功率电容器领域具有重要的应用价值。

关键词：锆锡镧铅反铁电陶瓷储能密度介电性能放电性能

中温固体氧化物燃料电池双层电解质及其制备技术的研究进展

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稀土 2024年第5期 136-146页

作者：张纯刘丽霞彭军刘媛媛安胜利内蒙古科技大学材料与冶金学院内蒙古自治区先进陶瓷材料与器件重点实验室内蒙古科技大学化学与化工学院

固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell,SOFC）是一种新型能源转换装置,其中电解质是其核心部件之一。为实现SOFC商业化的发展,关键因素是将SOFC从高温做向中温,而中温下固体电解质又表现出很多缺点,如CeO2基电解质低氧分压下内部... 详细信息

固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell,SOFC）是一种新型能源转换装置,其中电解质是其核心部件之一。为实现SOFC商业化的发展,关键因素是将SOFC从高温做向中温,而中温下固体电解质又表现出很多缺点,如CeO2基电解质低氧分压下内部产生电子电导降低了电池输出性能、ZrO2基电解质中温下电阻急剧变大、LaGaO3基电解质与电极之间的界面反应、Bi2O3基电解质还原气氛下还原成金属铋,这些缺点会限制材料的应用。为解决这些存在的问题,在此基础上构造双层电解质,双层电解质能够阻隔CeO2基电解质电子传导,阻隔Bi2O3基还原气氛下电解质还原成金属以及LaGaO3基电解质与电极间的界面扩散反应等问题,进而提升电池的输出性能。通过薄膜制备技术将ZrO2基电解质做成薄膜也可以实现中温的应用。本文对广泛研究的DOC/掺杂Bi2O3、掺杂ZrO2/DOC、掺杂ZrO2/稳定Bi2O3等体系的中温固体氧化物燃料电池双层电解质发展进行了概述,介绍了电解质薄膜的制备技术（包括脉冲激光沉积、磁控溅射、流延法以及一些化学沉积法）,运用薄膜制备技术制出的双层电解质在固体燃料电池中得到广泛应用。最后对电解质薄膜化以及制备双层电解质在SOFC中的发展趋势进行了展望。

关键词：固体氧化物燃料电池固体电解质中低温发展双层电解质薄膜制备技术

3D核壳结构NiMoO@CoFe-LDH纳米棒的高效析氧及全解水性能研究

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无机材料学报 2024年 1254-1266页

作者：岳全鑫郭瑞华王瑞芬安胜利张国芳关丽丽内蒙古科技大学材料科学与工程学院内蒙古科技大学内蒙古自治区先进陶瓷材料与器件重点实验室内蒙古科技大学轻稀土资源绿色提取与高效利用教育部重点实验室

电解水制氢因具有绿色环保、制氢纯度高等优点而得到了科学界的广泛关注。然而,电催化水分解过程中缓慢的阳极析氧反应（OER）极大地阻碍了电解水制氢的发展进程,使其在实际应用中面临着许多挑战。本研究采用水热和电沉积相结合的策略,... 详细信息

电解水制氢因具有绿色环保、制氢纯度高等优点而得到了科学界的广泛关注。然而,电催化水分解过程中缓慢的阳极析氧反应（OER）极大地阻碍了电解水制氢的发展进程,使其在实际应用中面临着许多挑战。本研究采用水热和电沉积相结合的策略,成功在导电泡沫镍（NF）基底上制得了一种以晶体NiMoO4纳米棒为“核”、非晶态CoFe-LDH纳米片为“壳”的新型三维（3D）核壳异质结构催化剂。这种特殊的3D核壳结构充分激发了NiMoO4和CoFe-LDH的电催化潜力,极大地提升了电化学水分解反应的效率。通过NiMoO4和非晶态CoFe-LDH的协同作用,NiMoO4@CoFe-LDH/NF纳米催化剂产生了更多的活性位点,表现出了高效的电子转移能力和优异的OER电催化活性。电化学测试表明,当电沉积时间为60s时,NiMoO4@CoFe-LDH/NF具有最优异的电化学性能,在10和100 mA·cm-2下的过电位η10和η100只有168和216mV,且具有极小的Tafel斜率和出色的长期稳定性。同时,NiMoO4@CoFe-LDH||NiMoO4全解水系统也表现出了较低的驱动电压,在1.57 V电压下即可产生10 mA·cm-2的电流密度。这项工作为设计开发高效的电解水催化材料提供了新的思路。

关键词：析氧反应水热和电沉积法 3D核壳结构全解水

ZrO_(2)/LaAl_(11-3x)Ni_(3x)O_(18)复相陶瓷材料的制备及性能研究

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稀土 2024年第2期45卷 66-73页

作者：高俊峰崔世闯郭瑞王青春内蒙古科技大学材料与冶金学院内蒙古包头014010 内蒙古自治区新型陶瓷材料与器件重点实验室内蒙古包头014010

传统蓝色陶瓷通常以CoAl_(2)O_(4)为着色剂,此着色剂目前存在的主要问题是价格高、储量少及高毒性等问题。为了解决这些问题,本论文合成了一种完全无钴的新型蓝色陶瓷材料,即利用固相反应法在LaAl_(11)O_(18)中引入Ni^(2+),合成了掺杂... 详细信息

传统蓝色陶瓷通常以CoAl_(2)O_(4)为着色剂,此着色剂目前存在的主要问题是价格高、储量少及高毒性等问题。为了解决这些问题,本论文合成了一种完全无钴的新型蓝色陶瓷材料,即利用固相反应法在LaAl_(11)O_(18)中引入Ni^(2+),合成了掺杂氧化镍的陶瓷颜料LaAl_(11-3x)Ni_(3x)O_(18),然后在1450℃下经高温烧结制备出颜色饱满、力学性能优异的ZrO_(2)/LaAl_(11)O_(18)钴蓝色复相陶瓷。经过一系列表征表明,在LaAl_(8.75)Ni_(2.25)O_(18)之后的样品中开始出现镍铝尖晶石(NiAl_(2)O_(4))的物相结构,颜色中心的形成与Ni^(2+)取代Al^(3+)产生的电子跃迁和LaAl_(11)O_(18)中La^(3+)的存在有关,样品的颜色中心吸收和反射特定可见光的波长,使得该陶瓷样品呈现钴蓝色,且断裂韧性的增加与LaAl_(11)O_(18)板块状晶粒有着紧密的联系。由于该复相陶瓷与钴蓝色几乎一致的颜色以及较好的力学属性,有望在工业上替代CoAl_(2)O_(4)着色剂,有着很大的潜力和应用空间。

关键词：六铝酸镧 ZrO_(2)复相陶瓷能量跃迁力学性能

稀土铈对20CrMnTi钢中TiN相析出热力学计算及分析

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钢铁 2024年第4期59卷 66-73,84页

作者：王健彭军张芳彭继华刘爽安胜利内蒙古科技大学材料与冶金学院内蒙古包头014000 内蒙古自治区先进陶瓷材料与器件重点实验室(内蒙古科技大学) 内蒙古包头014010 教育部轻稀土资源绿色提取与高效利用重点实验室(内蒙古科技大学) 内蒙古包头014010 内蒙古科技大学稀土产业学院内蒙古包头014010

TiN夹杂物尺寸和形貌对20CrMnTi齿轮钢产品质量、服役性能均有影响,控制TiN析出尺寸及形貌是提高20CrMnTi钢服役稳定性的关键。利用计算及试验等方法,对添加稀土铈元素前后20CrMnTi钢中TiN夹杂形核行为进行了研究。并对钢中夹杂物形貌... 详细信息

TiN夹杂物尺寸和形貌对20CrMnTi齿轮钢产品质量、服役性能均有影响,控制TiN析出尺寸及形貌是提高20CrMnTi钢服役稳定性的关键。利用计算及试验等方法,对添加稀土铈元素前后20CrMnTi钢中TiN夹杂形核行为进行了研究。并对钢中夹杂物形貌、种类、尺寸等进行了表征及统计分析;研究了稀土铈对20CrMnTi钢中TiN夹杂物改质的行为机理。结果表明,热力学计算TiN析出温度为1744 K。温度为1873 K时,钢液中无法析出TiN等夹杂物,即TiN只能在钢液凝固过程中析出长大。当钢中钛质量分数大于0.03%时,Ti-N平衡趋于平缓,温度对其析出影响相对较小,并且20CrMnTi钢中析出的TiN易富集长大形成大尺寸含钛夹杂物。加入稀土铈元素后,钢中会形成Ti、O、Ce、Al、N等元素富集的复合相,该复合相棱角收缩,外形为球形或者椭球形状,较TiN、Al_(2)O_(3)-TiN夹杂物尺寸更小。经相鉴定分析可知,该复合相为钢中稀土铈与Al_(2)O_(3)反应生成的CeAlO_(3),可作为TiN夹杂物的形核核心,形成椭球型的CeAlO_(3)-TiN复合夹杂物,进而达到改质含钛夹杂物的目的。铈元素加入后,钢中含TiN夹杂物总面积并没有减小,但形成了更为细小的含TiN复合相CeAlO_(3)-TiN。因形成尺寸更小的复合夹杂物CeAlO_(3)-TiN,使钢中尺寸大于5μm夹杂物占比降低了17.2%,细化了钢中含TiN夹杂物,有效减小了钢中TiN夹杂物尺寸,从形貌和尺寸上,达到改质钢中TiN的效果。

关键词：齿轮钢稀土铈微合金化夹杂物形核核心

PtCo高指数晶面氧还原过程的密度泛函理论研究

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无机材料学报 2024年

作者：刘磊郭瑞华王丽王艳张国芳关丽丽内蒙古科技大学材料科学与工程学院内蒙古科技大学内蒙古自治区先进陶瓷材料与器件重点实验室内蒙古科技大学轻稀土资源绿色提取与高效利用教育部重点实验室内蒙古科技大学化学与化工学院包头稀土研究院

Pt3Co催化剂是Pt基合金中氧还原反应（ORR）活性最高的催化剂，合成Pt3Co高指数晶面（HIFs）是一种提高其催化性能的有效策略，但拥有最高ORR活性的HIFs尚未明确，并且目前缺乏对Pt3Co HIFs ORR的系统研究。本研究构建了六种不同Pt3Co H... 详细信息

Pt3Co催化剂是Pt基合金中氧还原反应（ORR）活性最高的催化剂，合成Pt3Co高指数晶面（HIFs）是一种提高其催化性能的有效策略，但拥有最高ORR活性的HIFs尚未明确，并且目前缺乏对Pt3Co HIFs ORR的系统研究。本研究构建了六种不同Pt3Co HIFs，通过从头算分子动力学（AIMD）计算证明了其稳定性，通过密度泛函理论（DFT）计算了六种Pt3Co HIFs的ORR过程中间物*O、*OH、*OOH的结合能（BE），通过d带中心(εd)、Bader电荷及配位数（CN）解释了其在台阶与边缘位点BE不同的原因。同时分析了吸附原子CN与εd的关系，通过ORR自由能台阶图分析了ORR过程中的过电位（η），发现η大小主要与*OH结合能（BE-*OH）有关，其中η最小的晶面为Pt3Co（211）晶面，Pt3Co（211）在台阶处的η达到了0.294 eV。本工作为高ORR活性HIFs催化剂研发提供了一定的理论依据。

关键词： Pt Co催化剂高指数晶面密度泛函理论氧还原反应

碳热还原白云鄂博矿制备高性能Fe-Al_(2)O_(3)复合材料

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粉末冶金工业 2024年第2期34卷 11-20页

作者：陈宇昕徐文盛王宁内蒙古科技大学材料与冶金学院内蒙古包头014010 内蒙古自治区先进陶瓷材料与器件重点实验室内蒙古包头014010 轻稀土资源绿色提取与高效利用教育部重点实验室内蒙古包头014010

以白云鄂博铁精矿为主要原料,活性炭为还原剂,采用碳热还原法制备了Fe-Al_(2)O_(3)复合材料。研究了不同还原剂添加量对还原过程、复合材料组织和性能的影响。XRD结果表明,较低的还原剂含量导致C1样品主要由Al_(2)O_(3)、Fe、尖晶石和... 详细信息

以白云鄂博铁精矿为主要原料,活性炭为还原剂,采用碳热还原法制备了Fe-Al_(2)O_(3)复合材料。研究了不同还原剂添加量对还原过程、复合材料组织和性能的影响。XRD结果表明,较低的还原剂含量导致C1样品主要由Al_(2)O_(3)、Fe、尖晶石和少量氧化铁组成。随着还原剂用量的增加,尖晶石和氧化铁的衍射峰消失。同时,C1~C4样品中还含有少量的钙长石,随着还原剂用量的增加,钙长石含量逐渐减少。SEM分析表明,金属相以颗粒状均匀分布在氧化铝基体中,氧化铝晶界处存在少量玻璃相。断裂机制分析表明,金属相通过塑性变形吸收能量以提高复合材料的力学性能。样品的最佳性能为:密度为4.12 g/cm^(3),孔隙率为0.62%,线性收缩率为17.55%,抗折强度为308 MPa,硬度为13.02 GPa,耐酸性为93.55%,耐碱性为98.85%。该课题提供了一种利用天然矿物制备高性能复合材料的低成本清洁工艺。

关键词：白云鄂博矿复合材料碳热还原力学性能粉末冶金

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基于Y系列不对称小分子受体材料的研究进展

中国科学：化学 2024年第6期54卷 837-855页

作者：张英楠陈毅朱甜甜李海阳詹传郎内蒙古师范大学化学与环境科学学院先进材料化学与器件内蒙古自治区高等学校重点实验室呼和浩特010022

近年来,高效的小分子受体材料(small-molecule acceptors, SMAs)的设计和性能研究方面所取得的进步,使得有机太阳能电池(organic solar cells, OSCs)领域取得了快速发展,有望替代传统硅基太阳能电池在一些细分领域得到应用.在众多的OSC... 详细信息

近年来,高效的小分子受体材料(small-molecule acceptors, SMAs)的设计和性能研究方面所取得的进步,使得有机太阳能电池(organic solar cells, OSCs)领域取得了快速发展,有望替代传统硅基太阳能电池在一些细分领域得到应用.在众多的OSC小分子受体材料中,具有A-DA’D-A (D和A分别指电子给体和受体单元)型结构的不对称稠环小分子受体材料因其优异的光伏性能备受人们关注,其具有更大的偶极矩和更强的分子间相互作用,有利于分子堆积及增强电子迁移率,这类材料的光电转换效率最高已经突破19%.本综述聚焦于不对称稠环小分子的分子结构(包括端基、中心核以及侧链)的设计及晶体结构方面,总结了基于Y系列的不对称稠环型小分子受体的研究进展.通过分子结构-材料性能-光伏性能之间的构效关系总结,为开发高性能的不对称稠环小分子受体材料提供一种分子设计策略.

关键词：有机太阳能电池受体材料分子结构不对称稠环受体

Sc_(2)O_(3)和Y_(2)O_(3)复合掺杂ZrO_(2)热障涂层陶瓷材料的组织结构与力学性能

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材料工程 2024年第6期52卷 139-146页

作者：王志刚刘仍谦谢敏张永和王炫力宋希文常振东刘德林牟仁德内蒙古科技大学材料科学与工程学院内蒙古包头014010 轻稀土资源绿色提取与高效利用教育部重点实验室(内蒙古科技大学) 内蒙古包头014010 中国航发北京航空材料研究院北京100095

质量分数为7±1%氧化钇部分稳定氧化锆(7YSZ)是广泛应用的热障涂层陶瓷材料。然而,其在1200℃以上长期服役存在相稳定性差、烧结加剧和力学性能下降等弊端。因此,本工作提出新型Sc_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)协同掺杂ZrO_(2)热障涂层陶瓷材料... 详细信息

质量分数为7±1%氧化钇部分稳定氧化锆(7YSZ)是广泛应用的热障涂层陶瓷材料。然而,其在1200℃以上长期服役存在相稳定性差、烧结加剧和力学性能下降等弊端。因此,本工作提出新型Sc_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)协同掺杂ZrO_(2)热障涂层陶瓷材料,采用固相合成法制备了摩尔分数为7.5%Sc_(2)O_(3)-x%Y_(2)O_(3)-(92.5-x)%ZrO_(2)(x=0,0.1,0.2,0.3)陶瓷。通过X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)等手段,重点探究Y_(2)O_(3)掺杂含量对高温固相合成陶瓷材料的微观组织结构演变行为以及维氏硬度、断裂韧性、弹性模量和三点抗弯强度等力学性能的影响规律。结果表明:Sc_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合掺杂ZrO_(2)陶瓷材料经1450℃×3.5 h高温烧结的致密度大于97%,主要由四方相结构组成,该材料的维氏硬度、弹性模量、断裂韧性和三点抗弯强度与传统8YSZ相当,分别为13~14 GPa,211~214 GPa,6.5~7.0 MPa·m^(1/2),520~850 MPa之间;断裂机制主要为穿晶断裂和沿晶断裂的混合方式,其中以穿晶断裂为主导。Sc_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合掺杂ZrO_(2)陶瓷可作为一种潜在的高温热障涂层陶瓷材料。

关键词：热障涂层稀土掺杂氧化锆氧化钪微观组织力学性能

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