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基于Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合材料的自供能紫外探测器的制备及性能研究

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光子学报 2024年第7期53卷 107-115页

作者：方向明周起成郭庄鹏朱恩科郝瑜睿高世勇太原学院材料与化学工程系太原030032 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院哈尔滨150001

为了获得高性能的自供能紫外探测器,结合热聚法和溶液法成功制备了Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合材料,并对其微观形貌、晶体结构、元素组成及价态进行了表征。结果表明,Bi_(2)O_(3)呈蜂窝状结构的块体,其附着在具有层状结构的g-C_(3)N_... 详细信息

为了获得高性能的自供能紫外探测器,结合热聚法和溶液法成功制备了Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合材料,并对其微观形貌、晶体结构、元素组成及价态进行了表征。结果表明,Bi_(2)O_(3)呈蜂窝状结构的块体,其附着在具有层状结构的g-C_(3)N_(4)纳米片上。基于该异质结制备了无需外加偏压即能工作的紫外探测器。在紫外光照射下,Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)光电探测器能够立即产生光电流并达到最大稳定值约0.43μA,相比于Bi_(2)O_(3)纳米块紫外探测器,其光电流提升了约1.05倍。值得注意的是,Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)紫外探测器还展现出了快的响应速度(约181.7 ms),并且其光电流与入射光强也具有良好的线性关系,表明该器件对不同强度的紫外光均能实现快速且稳定的探测。

关键词：紫外探测器自供能 Bi_(2)O_(3)纳米块 g-C_(3)N_(4)纳米片异质结

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冷喷涂金属颗粒变形行为数值模拟研究进展

表面技术 2024年第8期53卷 1-10页

作者：陈进殷强郑志明邢亚哲长安大学材料科学与工程学院材料成型及控制工程系西安710061

理解冷喷涂中的颗粒变形和沉积行为一直是科学工作的焦点。由于颗粒撞击基底后的瞬时变形行为难以通过实验观测,因此多数研究工作聚焦于数值模拟。总结了一些颗粒撞击基底的建模方法,在前人研究的基础上,针对每个模型的原理及优缺点,分... 详细信息

理解冷喷涂中的颗粒变形和沉积行为一直是科学工作的焦点。由于颗粒撞击基底后的瞬时变形行为难以通过实验观测,因此多数研究工作聚焦于数值模拟。总结了一些颗粒撞击基底的建模方法,在前人研究的基础上,针对每个模型的原理及优缺点,分析了每个方法的适用场景,给出了改善模型的方法。综述了颗粒特性、入射角度、气体预热温度等对颗粒变形行为的影响,其中粒径大小、颗粒形状等是影响颗粒变形行为的主导因素,因此重点探讨了颗粒特性的影响。颗粒的撞击变形是影响冷喷涂涂层残余应力分布的重要因素,对涂层残余应力的相关数值模拟研究进行了综述,分析了颗粒变形与颗粒残余应力的关系。最后就目前冷喷涂残余应力建模较单一的形势,探讨了如何建立一种新模型以分析涂层残余应力。

关键词：冷喷涂颗粒瞬时变形数值模拟有限元法颗粒特性涂层残余应力

通过调控表面石墨烯-环氧树脂复合涂层的仿生界面和取向以提高镁合金的防腐和热/电性能

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第1期34卷 157-170页

作者：隋普升刘成宝张爱猛孙聪崔蓝月曾荣昌山东科技大学材料科学与工程学院青岛266590 郑州大学材料科学与工程学院郑州450002

通过旋涂方法制备具有“砖泥”结构的仿生石墨烯−环氧树脂复合涂层。合成咪唑基离子液体修饰的石墨烯(GI)以改善石墨烯(G)和环氧树脂之间的界面相容性。通过扫描电镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱和傅里叶变换红外光谱观察和分析其表面... 详细信息

通过旋涂方法制备具有“砖泥”结构的仿生石墨烯−环氧树脂复合涂层。合成咪唑基离子液体修饰的石墨烯(GI)以改善石墨烯(G)和环氧树脂之间的界面相容性。通过扫描电镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱和傅里叶变换红外光谱观察和分析其表面形貌和化学结构,利用热成像仪记录表面温度变化,通过体积表面积电阻率测试仪和激光闪点法分别测定涂层的表面电阻率和导热系数,通过电化学阻抗谱和盐雾腐蚀试验表征其耐蚀性。复合涂层中的GI层呈现出近似平行的取向,从而提高热传导和静电耗散效率。穿过平面的导热系数和表面电阻率分别为0.77 W·m^(−1)·K^(−1)和1.6×10^(6)Ω·cm。电化学阻抗谱测试表明,经过40 d的浸泡,涂层的低频模量达到6.76×10^(10)Ω·cm^(2),比纯环氧涂层提高约2个数量级,表现出优异的耐腐蚀性。

关键词：仿生结构复合涂层镁合金石墨烯取向耐蚀性

B_(4)C含量对(Ti_(0.25)Zr_(0.25)Hf_(0.25)Ta_(0.25))B_(2)-B_(4)C陶瓷力学性能及抗氧化性能的影响

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无机材料学报 2024年第6期39卷 697-706页

作者：刘国昂王海龙方成黄飞龙杨欢郑州大学材料科学与工程学院郑州450001

新型高熵硼化物陶瓷具有优异的高温稳定性、低热导率等优点,在高温热防护领域具有广阔的应用前景。本研究采用硼/碳热还原法结合热压烧结技术在1900℃下制备了(Ti_(0.25)Zr_(0.25)Hf_(0.25)Ta_(0.25))B_(2)-B_(4)C高熵硼化物陶瓷,并研究... 详细信息

新型高熵硼化物陶瓷具有优异的高温稳定性、低热导率等优点,在高温热防护领域具有广阔的应用前景。本研究采用硼/碳热还原法结合热压烧结技术在1900℃下制备了(Ti_(0.25)Zr_(0.25)Hf_(0.25)Ta_(0.25))B_(2)-B_(4)C高熵硼化物陶瓷,并研究了B_(4)C第二相含量对其力学及抗氧化性能的影响规律。结果表明,B_(4)C均匀分布在高熵基体中,有效改善了高熵陶瓷的相对密度和力学性能。当B_(4)C体积分数为20%时,复相陶瓷的抗弯强度、断裂韧性以及维氏硬度均达到最高,分别为(570.0±27.6)MPa、(5.58±0.36)MPa·m^(1/2)和(24.6±1.1)GPa。微观结构分析表明,B_(4)C能够钉扎晶界、细化晶粒,并能够引入裂纹偏转、分支等增韧机制,最终实现复相陶瓷的强化及韧化。此外,利用静态氧化实验,揭示了B_(4)C含量对复相陶瓷800~1400℃抗氧化性能的影响。当B_(4)C体积分数不小于20%时,其氧化生成的玻璃相B_(2)O_(3)能够均匀包裹(Zr,Hf)O_(2)、TiO_(x)及Ta_(2)O_(5)等高熵基体对应的氧化物,从而在陶瓷表面形成均匀致密的氧化层,抑制氧向基体内部扩散,降低氧化层厚度并提升复相陶瓷的抗氧化性能。本工作能够为高熵硼化物陶瓷的力学及抗氧化性能研究提供实验依据和数据支撑。

关键词：高熵硼化物陶瓷 B_(4)C 力学性能抗氧化性能

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

三维多孔铜及表面修饰铋协同构筑无枝晶锂金属电极

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高等学校化学学报 2024年第6期45卷 85-97页

作者：王帅孙雨涵高欣宋瑞赵铭钦卢垚鲍晓冰罗巧梅苟蕾樊小勇长安大学材料科学与工程学院西安710061

以化学镀制备的具有微米级三维(3D)多孔结构的3D多孔铜为基底,在其表面电沉积铋修饰层,构建了3D Cu@Bi;将其作为锂金属电极集流体.孔径约5μm的3D多孔结构具有高表面积,有利于降低局部电流密度,电流密度分布更均匀,其大容纳空间可缓解... 详细信息

以化学镀制备的具有微米级三维(3D)多孔结构的3D多孔铜为基底,在其表面电沉积铋修饰层,构建了3D Cu@Bi;将其作为锂金属电极集流体.孔径约5μm的3D多孔结构具有高表面积,有利于降低局部电流密度,电流密度分布更均匀,其大容纳空间可缓解体积变化和释放应力,抑制锂枝晶生长.Bi的亲锂性促进了界面动力学,降低了形核过电位,增强了锂沉积/剥离的可逆性.在3D多孔结构和铋修饰层的协同作用下,锂金属沉积容量>4 mA·h/cm^(2)时,电极表面仍保持平整、光滑;由其组装的半电池经过200次循环后,库仑效率(CE)可保持在98.5%以上;由其组装的对称电池在电流密度为0.5 mA/cm^(2),面容量为1 mA·h/cm^(2)时,可稳定循环1500 h以上,循环100次后电极表面仍光滑、无枝晶;以磷酸铁锂为正极组装的LFP||3D Cu@Bi@Li全电池在1.0C倍率下经过200次循环后,显示出132 mA·h/g的高容量和约87.2%的容量保持率.

关键词：锂电池锂金属电极三维多孔集流体铋修饰层无锂枝晶

燃料还原法原位制备高稳定性/催化活性SOFC钴基钙钛矿阳极

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无机材料学报 2024年第8期39卷 911-919,I0008,I0009页

作者：潘建隆马官军宋乐美郇宇魏涛济南大学材料科学与工程学院济南250022

受固体氧化物燃料电池(SOFCs)原位还原脱溶纳米金属阳极技术的启发,本工作采用煅烧后的Sr2V0.1Co0.9MoO6前驱体(包含其他相的钙钛矿)在空气气氛下与电解质共烧制备出单电池,避免了为防止阳极氧化而需在还原/惰性气氛下制备电池的苛刻条... 详细信息

受固体氧化物燃料电池(SOFCs)原位还原脱溶纳米金属阳极技术的启发,本工作采用煅烧后的Sr2V0.1Co0.9MoO6前驱体(包含其他相的钙钛矿)在空气气氛下与电解质共烧制备出单电池,避免了为防止阳极氧化而需在还原/惰性气氛下制备电池的苛刻条件。制备电解质片上的阳极前驱体仅需在燃料侧原位还原4 h,便可形成纯相Sr2V0.1Co0.9MoO6(R-SVCMO)阳极。结果表明,R-SVCMO在活化能显著降低的同时电导率由2.7 S·cm^(-1)提高至21.6 S·cm^(-1)。当R-SVCMO为阳极的单电池分别以H2和湿CH4为燃料气时,在850℃的最大功率密度(Pmax)分别达到862和514 mW·cm^(-2),显示出优秀的催化性能。还原前后阳极在100~850℃的平均热膨胀系数(TEC)分别为1.15×10^(-5)和1.23×10^(-5) K^(-1),均与传统SOFC电解质相近。因此,还原过程不会导致阳极层体积产生变化,可以显著提高电池结构稳定性(退化率仅为0.13%)。加之R-SVCMO是在燃料气氛下合成的,其作为阳极表现出极高的长期稳定性和催化活性。R-SVCMO对湿CH4的催化效率达到60%,并能够稳定运行1450 h,相应的单电池可在0.7 V稳定运行450 h。综上所述,本研究采用燃料原位还原法制备了具有优异电化学性能和结构稳定性的单电池。

关键词：固体氧化物燃料电池燃料还原制备技术高稳定性阳极甲烷燃料

无压两步烧结法制备超细晶(Ce0.2Nd0.2Sm0.2Gd0.2Y0.2)2Zr2O7高熵陶瓷

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硅酸盐学报 2024年第9期52卷 2915-2924页

作者：耿畅李玉李琳琳张帅娄程广李汶金苏兴华长安大学材料科学与工程学院

超细晶高熵陶瓷具有优异的机械及物理化学性能。然而，由于烧结后期晶粒的快速长大，使得超细晶高熵陶瓷的常规无压烧结制备非常困难。采用两步烧结法，克服了无压烧结致密化过程中晶粒的快速长大，成功制备了理论密度为99.0%、晶粒尺寸... 详细信息

超细晶高熵陶瓷具有优异的机械及物理化学性能。然而，由于烧结后期晶粒的快速长大，使得超细晶高熵陶瓷的常规无压烧结制备非常困难。采用两步烧结法，克服了无压烧结致密化过程中晶粒的快速长大，成功制备了理论密度为99.0%、晶粒尺寸为162 nm的(Ce0.2Nd0.2Sm0.2Gd0.2Y0.2)2Zr2O7高熵陶瓷。与常规无压烧结方法相比，两步烧结所制备的样品不仅具有更细小的晶粒尺寸，还具有更均匀的微观结构，这使其具有优良的力学性能，其硬度达到12.5 GPa，断裂韧性达到2.4 MPa·m1/2。无压两步烧结法解决了传统无压烧结方法难以制备超细晶高熵陶瓷的困难，将有助于探索超细晶高熵陶瓷的物理化学性能，并有助于推动超细晶高熵陶瓷的广泛应用。

关键词：高熵陶瓷锆酸盐超细晶两步烧结力学性能

放电等离子体烧结制备纳米非晶Al2O3–La2O3–ZrO2三元共晶氧化物

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硅酸盐学报 2024年第9期52卷 2942-2949页

作者：王江林李杰李玉李琳琳苏兴华赵鹏许西庆长安大学材料科学与工程学院

纳米非晶材料是由纳米非晶颗粒以及颗粒间非晶界面构成的新型材料，表现出很多独特性能，但其制备往往需要>1GPa的高压来完成致密化。本工作采用溶胶凝胶法制备了较宽过冷液相区（844～914℃）、平均粒径为11.6 nm的Al2O3–La2O3–Zr O2... 详细信息

纳米非晶材料是由纳米非晶颗粒以及颗粒间非晶界面构成的新型材料，表现出很多独特性能，但其制备往往需要>1GPa的高压来完成致密化。本工作采用溶胶凝胶法制备了较宽过冷液相区（844～914℃）、平均粒径为11.6 nm的Al2O3–La2O3–Zr O2（ALZ）纳米非晶粉体，并通过放电等离子烧结在875～1 000℃条件下制备ALZ材料。结果表明，在875、900、927℃和1 000℃烧结体相对密度分别达87.6%、98.3%、96.6%和91.5%，其中，在900℃、50 MPa条件下烧结样品具有最大的相对密度和均匀的显微组织，在STEM–BF和HRTEM下观察到了纳米晶相从非晶相基质中析出现象，纳米压痕测试样品的平均纳米硬度和杨氏模量分别为12.0 GPa和159.9 GPa。上述各烧结体相对密度大小主要与ALZ纳米非晶粉末在各温度下结晶度变化，引起粉末黏性流动改变，从而影响致密化进程有关。875℃烧结中La0.28Zr0.72O1.86结晶度较大阻碍了非晶粉末的黏性流动；而在875～900℃会发生La0.28Zr0.72O1.86向结晶度较小La2（Zr2O7）的相变，这有利于黏性流动；927℃和1 000℃烧结的样品结晶度进一步增大不利于黏性流动。

关键词：纳米非晶材料放电等离子体烧结过冷液相区氧化铝–氧化镧–氧化锆纳米压痕测试