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金属-有机框架材料在超级电容器中的优势和进展

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高等学校化学学报 2024年第2期45卷 1-15页

作者：卢春宇井源魏晓飞姚世伟王智飞王姝斌戴昉纳中国石油大学(华东)材料科学与工程学院青岛266580

金属-有机框架(Metal-organic framework,MOF)材料因其出色的比表面积、众多的活性位点、可调的孔径范围和灵活的框架结构,在气体分离、储能和催化等领域发挥着重要的作用.近年来,采用高表面积、永久孔隙以及包含固有的氧化还原活性位点... 详细信息

金属-有机框架(Metal-organic framework,MOF)材料因其出色的比表面积、众多的活性位点、可调的孔径范围和灵活的框架结构,在气体分离、储能和催化等领域发挥着重要的作用.近年来,采用高表面积、永久孔隙以及包含固有的氧化还原活性位点的MOF材料作为超级电容器的电极材料引起了研究者们的关注.本文主要从MOF在超级电容器领域的研究出发,着重介绍了其性能和结构对超级电容器电化学性能的影响,阐述了关于MOF性能调控和结构设计的研究进展.首先,MOF的电导率是影响超级电容器能量密度和功率密度的一大关键性能,而其材料的特殊结构又直接影响了导电率.其次,MOF丰富的活性位点和可调的孔径尺寸等特点都为其导电性能的提升创造了条件.此外,MOF的结构稳定性与超级电容器的循环性能密切相关,稳定结构的构建是增强超级电容器循环性能的重要前提.最后,对MOF未来在超级电容器领域中的研究进行了展望,结构的调控仍然是这一领域的重要研究方向.

关键词：金属-有机框架材料超级电容器导电率稳定性结构调控

螯合剂辅助法制备镁合金表面Mg-Al LDHs膜及其耐蚀性

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材料工程 2024年第3期52卷 166-175页

作者：王乘风杜小青陈东初魏红阳王梅丰佛山科学技术学院材料科学与氢能学院广东佛山528000 南昌航空大学材料科学与工程学院南昌330063 武汉理工大学材料科学与工程学院武汉430070

为了降低反应能耗,利用螯合剂辅助法,通过在硝酸铝(Al(NO_(3))_(3))溶液内分别添加乙二胺四乙酸四钠(EDTA-4Na)、柠檬酸钠(SC)和酒石酸钾钠(PST)三种螯合剂制备转化液,然后将镁合金样品直接浸泡在三种转化液中,于60℃,pH值为12.0下反应9... 详细信息

为了降低反应能耗,利用螯合剂辅助法,通过在硝酸铝(Al(NO_(3))_(3))溶液内分别添加乙二胺四乙酸四钠(EDTA-4Na)、柠檬酸钠(SC)和酒石酸钾钠(PST)三种螯合剂制备转化液,然后将镁合金样品直接浸泡在三种转化液中,于60℃,pH值为12.0下反应9 h,即可在镁合金表面制得不同螯合剂掺杂的Mg-Al层状双氢氧化物(layered double hydroxides,LDHs)膜。通过SEM,XRD,FT-IR等分析各LDHs膜的微观形貌、物相组成和耐蚀性。结果表明:螯合剂辅助法可以在常压、60℃环境下于镁合金表面成功制得具有典型层状结构的LDHs膜;并且所得的三种Mg-Al LDHs膜均能有效提高镁合金的耐蚀性。然后通过对比研究三种不同LDHs膜层的结构性能发现:添加PST制备得到的Mg-AlPST LDHs膜致密度最高、厚度最大,可达1.4μm。三种膜层对镁合金耐蚀性的提高效果依次为:Mg-Al-PST LDHs>Mg-Al-SC LDHs>Mg-Al-EDTA LDHs;其中覆盖Mg-Al-PST LDHs膜的镁合金相比空白镁合金,其腐蚀电流密度下降约两个数量级,腐蚀总电阻上升约一个数量级。基于对所得LDHs膜的结构、性能分析可知螯合剂辅助法可在较低能耗条件下,在镁合金表面原位制备耐蚀性较好的Mg-Al LDHs膜的原因可能是:螯合剂中的羧基可加速Al^(3+)在镁基底的沉积,并促进Al^(3+)对Mg(OH)_(2)中部分Mg^(2+)的取代而形成LDHs。

关键词：镁合金 LDHs膜原位制备螯合剂耐蚀性

颗粒负载氧化石墨烯复合水泥基材料的微观结构及自修复性能

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复合材料学报 2024年第6期41卷 3079-3091页

作者：胡德鑫单玉玺王海亮李东旭张毅安徽工业大学材料科学与工程学院马鞍山243002 南京工业大学材料科学与工程学院南京210009

以纳米SiO_(2)、CaCO_(3)粉体为氧化石墨烯(GO)载体得到SiO_(2)-GO(SG)、SiO_(2)-CaCO_(3)-GO(SCG),并将其掺入水泥基材料中,实现GO在水泥基材料中的分散,并研究其掺入对水泥基材料力学和自修复性能、水化产物和微观结构等方面的影响。... 详细信息

以纳米SiO_(2)、CaCO_(3)粉体为氧化石墨烯(GO)载体得到SiO_(2)-GO(SG)、SiO_(2)-CaCO_(3)-GO(SCG),并将其掺入水泥基材料中,实现GO在水泥基材料中的分散,并研究其掺入对水泥基材料力学和自修复性能、水化产物和微观结构等方面的影响。研究表明:SG和SCG掺入进一步提高了水泥基材料的力学性能,SCG掺入水泥28天抗折和抗压强度较空白试样分别提高了7.3%和18.7%,高于掺入SiO_(2)和SG试样。SCG掺入使水泥石具有良好的自修复性能,其中抗压强度修复率达到110.6%,28天抗渗性能修复率达到100%,裂缝面积测试表明SCG对于水泥基材料裂缝具有更明显的修复效果。XRD分析显示SiO_(2)、SG和SCG掺入均有助于促进水泥早期水化。TG分析表明,随着水化龄期的延长,SCG复合水泥试样中Ca(OH)_(2)和SiO_(2)之间的反应程度较高,与早期水化3天相比,SCG复合水泥基材料28天Ca(OH)_(2)含量降低至14.90%。微观结构分析表明SCG与水泥石界面具有更好的相容性,能够促进水泥水化后期生成较多水化硅酸钙(C-S-H)凝胶,有效填充水泥石微观裂缝,SCG复合水泥基材料具有优良的自修复性能。

关键词：氧化石墨烯纳米SiO_(2) 力学性能微观结构自修复

LLM-105的分子间相互作用和热力学性质

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物理学报 2024年第4期73卷 235-244页

作者：范俊宇高楠王鹏举苏艳太原师范学院物理系晋中030619 台州学院材料科学与工程学院台州318000 之江实验室杭州311100 大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室大连116024

应用第一性原理可以计算含能材料0 K下的结构和物理性质,但温度效应的缺失通常会导致计算数据与实验结果产生偏差.同时,与温度相关的热力学参数是含能材料在宏观和介观尺度下建模的关键输入.为此,本文以高能低感炸药1-氧-2,6-二氨基-3,5... 详细信息

应用第一性原理可以计算含能材料0 K下的结构和物理性质,但温度效应的缺失通常会导致计算数据与实验结果产生偏差.同时,与温度相关的热力学参数是含能材料在宏观和介观尺度下建模的关键输入.为此,本文以高能低感炸药1-氧-2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪(LLM-105)为研究体系,基于准简谐近似,采用色散修正的密度泛函理论研究温度加载下LLM-105的分子间相互作用和热力学性质.晶格参数和热膨胀系数的演化表明LLM-105分子间相互作用具有强烈的各向异性,其中b轴方向(分子层间)的膨胀率远高于ac平面(分子层内).Hirshfeld表面及其指纹图分析进一步证实LLM-105的分子间相互作用主要取决于O···H构成的氢键.结合Mulliken布居数和结构分析,温度加载下氢键相互作用的变化可诱发硝基旋转,并使得C—NO_(2)键的强度明显减弱,为高温分解反应的触发键提供了理论依据.此外,本文计算了等容和等压条件下的热容、熵以及等温和绝热条件下的体模量等基础热力学参数.其中绝热条件下的体模量与实验值吻合,同时体模量随温度的演化反映了LLM-105在温度加载下的软化行为.上述理论研究可用于构建含能材料在介观和宏观尺度下的模型,也为测量原子分子水平下的热力学性质提供了重要的参考价值.

关键词： LLM-105 热力学性质分子间相互作用准简谐近似

具有增强光催化和抗菌活性的TiO_(2)@Ag-GO复合材料

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中国表面工程 2024年第1期37卷 118-125页

作者：戴胜刘鲁英王致钘杨苹西南交通大学材料科学与工程学院成都610036

光催化降解环境中的污染物被认为一种理想的清洁方法,其中二氧化钛(TiO_(2))是目前最有前途的光催化材料之一。但由于能带宽、光生电子与空穴快速复合等特点,限制了其利用效率和范围,开发一种高效的TiO_(2)基光催化复合材料具有重要意... 详细信息

光催化降解环境中的污染物被认为一种理想的清洁方法,其中二氧化钛(TiO_(2))是目前最有前途的光催化材料之一。但由于能带宽、光生电子与空穴快速复合等特点,限制了其利用效率和范围,开发一种高效的TiO_(2)基光催化复合材料具有重要意义。通过简单的溶胶-凝胶法和一步Marangoni法,将TiO_(2)和Ag纳米颗粒(AgNPs)和氧化石墨烯(GO)有效结合,制备出显著增强光催化活性和抗菌能力的复合材料TiO_(2)@Ag-GO。氧化石墨烯(GO)具有多个催化活性中心,可以高效地进行光催化反应降解污染物。同时,还能提高电荷分离程度,抑制光生电子和空穴复合,提高TiO_(2)光催化活性。AgNPs具有存储电子和促进电荷分离的能力,同时释放的Ag+,赋予材料广谱的抗菌性能。光催化试验抑菌试验结果表明,复合材料能高效降解亚甲基蓝染料,2 h降解率达到74.5%,同时对金黄色葡萄球菌和铜绿杆菌有较强的杀灭作用。这种简易制备的高催化和杀菌功能的TiO_(2)基复合材料在光催化清洁领域有很大的应用潜力。

关键词：二氧化钛(TiO_(2)) Ag纳米颗粒(AgNPs) 氧化石墨烯(GO) 光催化活性抗菌性能

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XPS原位分析纯铁微动磨损摩擦氧化行为

中国表面工程 2024年第2期37卷 161-169页

作者：肖子玥盛亮亮魏雪娇魏怀正徐小军朱旻昊西南交通大学材料科学与工程学院成都610031

摩擦化学是微动磨损过程中不可避免产生的一种复杂的摩擦学行为,对材料的磨损性能及磨损机理具有重要的影响。基于原位XPS高精度切向微动磨损试验平台,系统性研究工业纯铁在真空(p=4 mPa)和大气环境下不同微动运行区域接触界面摩擦化学... 详细信息

摩擦化学是微动磨损过程中不可避免产生的一种复杂的摩擦学行为,对材料的磨损性能及磨损机理具有重要的影响。基于原位XPS高精度切向微动磨损试验平台,系统性研究工业纯铁在真空(p=4 mPa)和大气环境下不同微动运行区域接触界面摩擦化学状态及其微动磨损行为。试验结果表明,工业纯铁在大气环境下未观察到微动混合区,然而真空环境下因接触界面发生了严重粘着效应,使得微动运行难以进入滑移区而具有较宽的混合区。随着位移幅值的增加,工业纯铁在真空环境下的微动磨斑具有更多的Fe基体暴露,并伴有以FeO为主的氧化物,整体表现出较高的磨损量;相对比,在大气环境下其磨斑表面产物为以FeO和Fe_(2)O_(3)为主的氧化物,特别在滑移区几乎没有Fe单质暴露,且磨斑表面主要以Fe_(2)O_(3)氧化物为主,表现出较真空环境下更轻微的磨损。磨损结果表明,FeO和Fe_(2)O_(3)具有较好的润滑保护作用,特别是Fe_(2)O_(3)氧化物能显著提高材料表面抗微动磨损性能。利用原位XPS技术可以实现表征材料接触表面真实的摩擦化学状态,且更加准确地揭示摩擦氧化反应对微动磨损行为的影响作用机理,对丰富和发展微动磨损基础理论具有科学意义。

关键词：纯铁原位XPS分析微动磨损磨损氧化微动磨损机理

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钢轨交流闪光焊液桥爆破演化行为

焊接学报 2024年第2期45卷 105-112,I0009页

作者：杨博邓佳荣刘新吕其兵西南交通大学材料科学与工程学院成都610031

钢轨闪光焊接过程中焊件的加热、端面的保护、氧化物及污物的清除等都是由液桥的形成和爆破过程完成的.该文分析液桥在焊接过程中的演化行为,对于理解钢轨闪光焊接过程,深入研究焊接加热与保护机理有重要作用.通过特殊设计的钢轨接头和... 详细信息

钢轨闪光焊接过程中焊件的加热、端面的保护、氧化物及污物的清除等都是由液桥的形成和爆破过程完成的.该文分析液桥在焊接过程中的演化行为,对于理解钢轨闪光焊接过程,深入研究焊接加热与保护机理有重要作用.通过特殊设计的钢轨接头和常规钢轨接头的闪光焊接试验,利用高速摄影采集钢轨交流闪光焊的液桥形成与爆破过程图像,并对图形进行计算与分析.结果表明,液桥的形成和爆破时间处于毫秒级范围,产生大量有利于端面保护和液桥爆破的高压金属蒸气,爆破后的高温金属射流速度超过90 m/s;液桥在形成长大过程中在钢轨端面上动态移动,影响钢轨端面均匀加热;液桥爆破并不是在液桥初始形成的位置;焊接过程中熔体会出现“二次爆破”现象;不仅动端钢轨的送进能够形成液桥,端面熔融金属层的震荡也有利于形成液桥.

关键词：钢轨闪光焊液桥爆破演化行为高速摄影

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工艺参数对聚乳酸线材熔融沉积尺寸的影响

高分子材料科学与工程 2024年第4期40卷 104-110页

作者：王紫阳陈毅非李海梅郑州大学材料科学与工程学院河南郑州450001

熔融沉积(FDM)成型中线材直径的变化对打印精度有重要影响。文中利用实验和数值模拟方法研究了单根聚乳酸线材FDM过程中从喷嘴挤出到沉积固化各阶段的直径变化。根据FDM工艺特点及材料性能,量化分析了工艺参数(喷嘴温度、挤出速度、打... 详细信息

熔融沉积(FDM)成型中线材直径的变化对打印精度有重要影响。文中利用实验和数值模拟方法研究了单根聚乳酸线材FDM过程中从喷嘴挤出到沉积固化各阶段的直径变化。根据FDM工艺特点及材料性能,量化分析了工艺参数(喷嘴温度、挤出速度、打印速度、层高)对线材喷嘴附近、挤出胀大阶段、拉伸阶段、沉积阶段直径的影响,并推导了打印过程中线材沉积固化时直径的估算公式。研究表明,提高喷嘴温度、增大挤出速度、减少层高可有效改善打印过程中线材的尺寸稳定性,提高打印件的精度。最后,利用沉积固化时的直径公式,完成了线材直径补偿“精度实验”,补偿后打印制品尺寸精度提高了74.1%。

关键词：线材直径数值模拟打印精度工艺参数熔融沉积成型

Cu过渡层对冷喷涂CuCrZr涂层性能的影响

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表面技术 2024年第17期53卷 196-201页

作者：王博余敏吕培源陈辉西南交通大学材料科学与工程学院成都610031

目的针对冷喷涂CuCrZr涂层与CuCrZr板材在界面处的开裂问题,采用Cu涂层为过渡层,并探究Cu过渡层对CuCrZr涂层组织及性能的影响。方法采用高压氮气为工作气体,使用冷喷涂技术在CuCrZr基板上先制备一层Cu涂层打底,再继续喷涂多层CuCrZr涂... 详细信息

目的针对冷喷涂CuCrZr涂层与CuCrZr板材在界面处的开裂问题,采用Cu涂层为过渡层,并探究Cu过渡层对CuCrZr涂层组织及性能的影响。方法采用高压氮气为工作气体,使用冷喷涂技术在CuCrZr基板上先制备一层Cu涂层打底,再继续喷涂多层CuCrZr涂层。通过金相显微镜、扫描电镜、显微硬度仪和激光热导仪,对涂层的组织和性能进行表征。结果Cu+CuCrZr涂层与基板界面结合良好,涂层的孔隙率约为0.624%,CuCrZr颗粒的扁平率为(43.62±4.54)%。Cu涂层的平均硬度约为153HV,冷喷涂CuCrZr涂层的平均硬度约为173HV。采用Cu涂层打底获得的CuCrZr涂层的热导率随温度的升高而升高,在500℃时与基体相当。结论Cu过渡层促进颗粒与基体之间发生良好结合,有效防止Cu CrZr涂层与CuCrZr板材开裂。采用Cu+CuCrZr涂层能满足CuCrZr结晶器力学与导热性能的要求。

关键词： CuCrZr结晶器冷喷涂 Cu过渡层导热性能

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