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功能化MXene在锂硫电池中应用研究进展

材料导报 2024年第12期38卷 8-16页

作者：姜宇杨蓉张乾伟樊潮江董鑫蒋百铃燕映霖西安理工大学复合材料及其产品智能制造技术国际联合研究中心西安710048 西安理工大学材料科学与工程学院西安710048

MXene作为新兴的二维导电材料,在储能器件的电极和电解质设计及应用等方面引起了科研人员的兴趣。近年来,在锂硫电池研究中,MXene材料优异的导电性及对多硫化物的吸附作用使锂硫电池的性能明显提升。功能化设计可避免MXene材料自堆叠等... 详细信息

MXene作为新兴的二维导电材料,在储能器件的电极和电解质设计及应用等方面引起了科研人员的兴趣。近年来,在锂硫电池研究中,MXene材料优异的导电性及对多硫化物的吸附作用使锂硫电池的性能明显提升。功能化设计可避免MXene材料自堆叠等缺陷,调控其对多硫化物的吸附强度,并赋予MXene催化多硫化物氧化还原反应的功能。本文综述了功能化MXene材料目前主要的制备方式及其对表面官能团的影响,分析了功能化MXene对多硫化物的吸附作用和对穿梭效应的抑制机制及对氧化还原反应动力学的提升机理,讨论了MXene材料在锂硫电池应用中可能存在的问题和改性前景。

关键词： MXene材料制备锂硫电池穿梭效应催化

性能增强的双层TiO_2复合膜染料敏化太阳能电池

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无机材料学报 2017年第10期32卷 1049-1054页

作者：冉慧丽黄浩马梦君翟进生范佳杰郑州大学材料科学与工程学院郑州450001 郑州大学国家低碳环保材料智能设计国际联合研究中心郑州450001

采用水热法制备了一维TiO_2纳米棒阵列、二维Ti O2纳米片和三维TiO_2微球。将TiO_2纳米棒阵列/纳米片-微球双层薄膜应用于染料敏化太阳能电池(DSSC),研究了TiO_2纳米片与微球的质量比对电池光电性能的影响。采用场发射扫描电镜、氮气吸... 详细信息

采用水热法制备了一维TiO_2纳米棒阵列、二维Ti O2纳米片和三维TiO_2微球。将TiO_2纳米棒阵列/纳米片-微球双层薄膜应用于染料敏化太阳能电池(DSSC),研究了TiO_2纳米片与微球的质量比对电池光电性能的影响。采用场发射扫描电镜、氮气吸附脱附等温线、X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱、荧光光谱和电化学阻抗谱对样品进行了表征。研究表明,纳米片与微球的质量比显著影响膜电极的光学和电学特性,以及电池的光电性能。含50wt%TiO_2纳米片膜电极具有最高的染料吸附量、最强的光吸收、最小的传输电阻和最低的荧光强度。含25wt%、50wt%、75wt%和100wt%纳米片的DSSC的效率分别为1.46%、1.71%、1.26%和1.13%。含50wt%纳米片的电池具有最优的性能,这是因为该组分电极具有较好的光吸收特性、较小的载流子复合速率以及较快的电子传输。

关键词：水热法 TiO2 双层膜染料敏化太阳能电池(DSSC)

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超构表面:设计原理与应用挑战(特邀)

中国激光 2024年第1期51卷 259-279页

作者：马耀光高宇斌浙江大学极端光学技术与仪器全国重点实验室光电科学与工程学院先进光子学研究中心嘉兴研究院智能光子研究中心浙江大学杭州国际科创中心浙江杭州310027

作为一种二维形式的超构材料,超构表面允许以前所未有的自由度对光的振幅、相位、偏振等维度进行灵活高效的调控,有望突破传统光学的限制,实现低成本、高性能、超轻超薄、功能新颖的新型光学元件,近年来引起了学术界和产业界越来越浓厚... 详细信息

作为一种二维形式的超构材料,超构表面允许以前所未有的自由度对光的振幅、相位、偏振等维度进行灵活高效的调控,有望突破传统光学的限制,实现低成本、高性能、超轻超薄、功能新颖的新型光学元件,近年来引起了学术界和产业界越来越浓厚的研究兴趣。从物理机理、相位调控到正向设计方法,系统回顾了超构表面的设计原理。介绍了这些机理如何用于实现丰富的应用,包括功能复用、宽带宽、大视场、多层级联、非局域超构表面等,涵盖了最主要和最新的发展方向。最后,讨论了超构表面在走向实用化的道路上所面临的器件设计和加工制造上的挑战,并对领域未来的发展进行展望。

关键词：材料超构表面超构透镜成像光学全息复用消色差成像

石墨烯量子点/CdS/CdSe共敏化太阳能电池

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无机材料学报 2017年第10期32卷 1042-1048页

作者：刘永强黄浩翟进生马梦君范佳杰郑州大学材料科学与工程学院郑州450001 郑州大学国家低碳环保材料智能设计国际联合研究中心郑州450001

以三维锐钛矿TiO_2微球为上层光散射层材料,以商业纳米TiO_2为下层连接材料,采用刮刀法制备了一种新颖的双层TiO_2薄膜,并应用于量子点敏化太阳能电池(QDSSC)。其中,石墨烯量子点(GQDs)采用滴液法引入,Cd S/Cd Se量子点采用连续离子层... 详细信息

以三维锐钛矿TiO_2微球为上层光散射层材料,以商业纳米TiO_2为下层连接材料,采用刮刀法制备了一种新颖的双层TiO_2薄膜,并应用于量子点敏化太阳能电池(QDSSC)。其中,石墨烯量子点(GQDs)采用滴液法引入,Cd S/Cd Se量子点采用连续离子层吸附法(SILAR)制备。采用场发射扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱及荧光光谱对样品进行表征。实验还制备了Cd S/Cd Se量子点敏化及石墨烯量子点/Cd S/Cd Se共敏化太阳能电池,并研究了石墨烯量子点及Cd S不同敏化周期及对电池性能影响。研究结果表明,石墨烯量子点及Cd S不同敏化周期对薄膜的光学性质、电子传输及载流子复合均有较大影响。优选条件下,TiO_2/QGDs/Cd S(4)/Cd Se电池的光电转换效率为1.24%,光电流密度为9.47 m A/cm^2,显著高于TiO_2/Cd S(4)/Cd Se电池的这些参数(0.59%与6.22 m A/cm^2)。这主要是由于TiO_2表层吸附石墨烯量子点后增强了电子的传输,减少了载流子的复合。

关键词：石墨烯量子点(GQDs) Cd S/Cd Se量子点 TiO2微球共敏化太阳能电池

高温海洋环境下过渡金属基合金的腐蚀与防护研究进展

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表面技术 2022年第5期51卷 198-213,233页

作者：曹国钦陈朝阳万冬阳水季川马铭萱胡俊华郑州大学材料科学与工程学院郑州450001 低碳环保材料智能设计国际联合研究中心郑州450001 海军研究院北京102442

综述了高温海洋腐蚀环境的类型,以及各类合金在不同环境下的腐蚀失效机理。重点考察了Fe、Ti、Ni基合金内部的主要元素在高温下的扩散行为,及其与侵蚀性离子之间的交互作用。从盐雾腐蚀以及熔融热腐蚀2个角度,讨论了化学/电化学反应发... 详细信息

综述了高温海洋腐蚀环境的类型,以及各类合金在不同环境下的腐蚀失效机理。重点考察了Fe、Ti、Ni基合金内部的主要元素在高温下的扩散行为,及其与侵蚀性离子之间的交互作用。从盐雾腐蚀以及熔融热腐蚀2个角度,讨论了化学/电化学反应发生的可能性。基于氧化腐蚀过程中复合氧化膜的形成过程,总结了氧化膜与侵蚀性离子以及杂质气体的再作用机理,明确了保护性氧化膜和非保护性氧化膜的类型。从合金化的角度,揭示了Cr、Al等元素对防腐性能提升的关键作用,指出了材料计算在高温海洋环境的潜在应用价值。最后归纳了高温海洋环境下的涂层防护手段和材料体系,其中结构稳定性和界面反应问题是涂层材料研究的重点。在未来研究方向上,指出应该重点关注腐蚀过程中活性元素的交互作用以及钝化膜的形成机理,筛选有效防护元素。利用氧化、盐雾等多种腐蚀条件,依托构效关系进行涂层优化,形成系统的海洋高温涂层防护方案。高熵合金涂层作为新兴体系在高温防护上的应用具有研究价值。

关键词：海洋环境盐雾腐蚀熔融盐腐蚀钝化膜涂层

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废旧磷酸铁锂电池正极材料回收技术研究进展

稀有金属与硬质合金 2024年第5期 109-114页

作者：周勇谭鑫陈雨阳黄宗朋石润锋中机国际工程设计研究院有限责任公司锂离子电池及材料智能制造先进技术湖南省工程研究中心

分析了废旧磷酸铁锂电池正极材料的成分、性能指标及回收价值；详细综述了当前废旧磷酸铁锂电池正极材料回收技术的最新研究进展，包括物理法(磁选法、浮选法、重力分选法)和化学法(干法、湿法);最后指出废旧磷酸铁锂电池正极材料回收... 详细信息

分析了废旧磷酸铁锂电池正极材料的成分、性能指标及回收价值；详细综述了当前废旧磷酸铁锂电池正极材料回收技术的最新研究进展，包括物理法(磁选法、浮选法、重力分选法)和化学法(干法、湿法);最后指出废旧磷酸铁锂电池正极材料回收技术的发展方向和挑战，旨在促进磷酸铁锂废旧电池正极材料的回收和可持续利用。

关键词：废旧磷酸铁锂电池正极材料回收技术研究进展发展方向

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超表面的矢量光场调控

光电工程 2024年第8期51卷 8-31页

作者：梁茂伟卢德宙马耀光浙江大学极端光学技术与仪器全国重点实验室光电科学与工程学院嘉兴研究院智能光电创新中心浙江大学杭州国际科创中心浙江大学先进光子学国际研究中心

矢量光场由于其独特的光场分布特性，在许多领域都得到了广泛且深入的研究与应用。传统光场调控手段受限于材料的光学特性及物理尺寸，难以实现灵活高效的动态操控功能。超表面凭借其亚波长结构设计所带来的额外自由度，突破了上述局限... 详细信息

矢量光场由于其独特的光场分布特性，在许多领域都得到了广泛且深入的研究与应用。传统光场调控手段受限于材料的光学特性及物理尺寸，难以实现灵活高效的动态操控功能。超表面凭借其亚波长结构设计所带来的额外自由度，突破了上述局限，使得对矢量光场的振幅、相位、偏振态乃至传播方向等的独立调控成为可能。本文结合国内外矢量光场领域的基础理论及最新进展，系统地阐述了矢量光场的基本原理及其数学模型，重点介绍了目前超表面生成矢量光场的方法，以及这种矢量光场在聚焦、轨道角动量检测、高精度定位等方面应用的具体案例与创新成果。

关键词：矢量光场超表面光场调控

面向AI时代的纤维增强树脂基复合材料工艺仿真

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航空材料学报 2024年第5期44卷 17-36页

作者：周钰博李敏王绍凯顾轶卓陶飞陈祥宝张佐光北京航空航天大学国际前沿交叉科学研究院数字孪生国际研究中心北京100191 北京航空航天大学材料科学与工程学院北京100191 中国航发北京航空材料研究院北京100095

纤维增强树脂基复合材料制造工艺是保证其产品结构效率和应用可靠性的关键,通过计算机进行工艺仿真是提高复合材料制造质量与降低制造成本的重要手段。传统工艺仿真依赖于制造过程中的物理化学机理,通过有限元/有限体积等数值计算方法,... 详细信息

纤维增强树脂基复合材料制造工艺是保证其产品结构效率和应用可靠性的关键,通过计算机进行工艺仿真是提高复合材料制造质量与降低制造成本的重要手段。传统工艺仿真依赖于制造过程中的物理化学机理,通过有限元/有限体积等数值计算方法,以及计算机图形学等辅助设计方法来求解相关机理模型的数学方程,目前已在增强体/预浸料的铺覆、树脂的渗透流动、热固性树脂的固化行为、热传导与热交换、非线性力学及残余应力与固化变形预测等方面得到广泛应用。近年来,人工智能(AI)的迅猛发展,其技术基础机器学习(ML)与人工神经网络(ANN)相结合,已用于增强体铺覆、液体成型工艺和热压罐工艺领域,主要目的是数据挖掘和建立降阶模型。前者可以建立工艺条件与制件固化质量、力学性能等之间的关系,后者则可以提高工艺仿真的计算效率。然而受限于纤维增强树脂基复合材料制造过程复杂、不可测、成本高的特点,在AI时代的起点,仅依赖实验获得的数据量难以满足ML的要求,同时数据驱动AI还面临模型代表性、普适性、可解释性不确定的问题。因此,基于物理化学机理的传统工艺仿真可为数据驱动ML仿真提供大量可靠数据,进而通过AI建立更多描述复合材料工艺的定量模型,扩展工艺仿真可计算的过程;同时,通过AI技术提高计算效率后,满足实时性要求的工艺仿真可进化为制造过程的数字孪生(DT),从而可为复合材料降低成本、提高全寿命周期管理的科学性提供新的技术支撑。

关键词：复合材料工艺仿真人工智能机器学习固化仿真固化变形

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柔性表面增强拉曼散射基底的研究进展

激光与光电子学进展 2024年第9期61卷 112-122页

作者：王金阳夏津张慧亮河北工程大学数理科学与工程学院河北邯郸056038 河北省计算光学成像与光电检测技术创新中心河北邯郸056038 河北省计算光学成像与智能感测国际联合研究中心河北邯郸056038

表面增强拉曼散射(SERS)是一种非接触式、无损伤、高灵敏的光谱分析技术,具备分子指纹识别能力,在材料学、化学、物理学、地质学和生命科学等学科有着广泛的应用。相较于传统的刚性基底,柔性SERS基底能够对非平面表面的分析物进行原位... 详细信息

表面增强拉曼散射(SERS)是一种非接触式、无损伤、高灵敏的光谱分析技术,具备分子指纹识别能力,在材料学、化学、物理学、地质学和生命科学等学科有着广泛的应用。相较于传统的刚性基底,柔性SERS基底能够对非平面表面的分析物进行原位检测和现场实时检测。然而,设计和制备高灵敏、高重现性的柔性SERS基底仍存在一些挑战。因此,综述了柔性SERS基底的最新研究进展,探讨了5种不同类型柔性SERS基底的制备、性能和应用以及未来发展趋势,对SERS基底的研究具有一定指导意义。

关键词：光谱学表面增强拉曼散射柔性薄膜纳米材料快速检测