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Landau-Devonshire理论探究不同类型铁电材料的电卡效应

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物理学报 2020年第21期69卷 322-331页

作者：高荣贞王静王俊升黄厚兵北京理工大学材料学院北京100081 北京理工大学前沿交叉科学研究院北京100081

近年来,低成本、高效、环保的电卡效应制冷材料得到了广泛研究,其中包括无机钙钛矿、有机钙钛矿、有机聚合物、分子铁电材料和二维铁电材料等.这些不同铁电材料的相变类型和电卡性能各异,而造成其差异的物理起源尚不明确.本文选择传统... 详细信息

近年来,低成本、高效、环保的电卡效应制冷材料得到了广泛研究,其中包括无机钙钛矿、有机钙钛矿、有机聚合物、分子铁电材料和二维铁电材料等.这些不同铁电材料的相变类型和电卡性能各异,而造成其差异的物理起源尚不明确.本文选择传统无机钙钛矿BaTiO3,PbTiO3和BiFeO3,有机钙钛矿[MDABCO](NH4)I3,有机聚合物P(VDF-TrFE),分子铁电体ImClO4和二维铁电体CuInP2S6这七种材料,利用Landau-Devonshire理论,研究并对比了其温变、熵变和电卡强度.通过分析自由能与极化之间的关系发现,在相变点附近,铁电材料的自由能势垒高度随温度的变化率越大,造成的极化随温度的变化率越高,而材料的电卡性能也越优异.本文揭示了不同类型铁电材料电卡性能差异的物理起源,为进一步开发具有高电卡性能的铁电材料提供理论指导.

关键词：电卡效应铁电材料热力学计算 Landau-Devonshire理论

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金属锂负极溶剂化结构调控的研究进展

高等学校化学学报 2023年第5期44卷 89-101页

作者：张硕丁俊凡许睿黄佳琦北京理工大学材料学院北京100081 北京理工大学前沿交叉科学研究院北京100081

金属锂负极具有极高的理论比容量和极低的氧化还原电位,被认为是二次电池体系中负极材料的最终选择.但在实际应用过程中,不稳定的电极/电解液界面会造成大量的锂枝晶生长,导致容量损失乃至热失控等安全问题.调控锂离子溶剂化结构,可促... 详细信息

金属锂负极具有极高的理论比容量和极低的氧化还原电位,被认为是二次电池体系中负极材料的最终选择.但在实际应用过程中,不稳定的电极/电解液界面会造成大量的锂枝晶生长,导致容量损失乃至热失控等安全问题.调控锂离子溶剂化结构,可促进有益的固态电解质界面膜(SEI)成膜组分在电极表面优先分解,进而稳定电极界面并可诱导锂离子均匀沉积,是提升液态和准固态金属锂电池电化学性能的重要手段.本文综合评述了近年来从液态到准固态电解质中锂离子溶剂化结构调控的策略和设计原则,探讨了溶剂化结构改变对电极/电解质界面的影响,并对准固态电解质的研究前景进行了展望.

关键词：锂金属电池锂枝晶溶剂化结构固态电解质界面膜准固态电解质

Al-Li合金中δ′/θ′/δ′复合沉淀相结构演化及稳定性的第一性原理探究

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金属学报 2022年第10期58卷 1325-1333页

作者：王硕王俊升北京理工大学材料学院北京100081 北京理工大学前沿交叉科学研究院北京100081

针对Al-Li合金中的复合沉淀相δ'/θ'/δ'存在的不同位相关系,采用第一性原理方法计算了不同界面结构的形成焓、界面能、解理功和理想解理强度,获得δ'/θ'/δ'在不同生长过程中的稳定界面结构。当θ'相包含奇数Cu层时,δ'/θ'采取反相(... 详细信息

针对Al-Li合金中的复合沉淀相δ'/θ'/δ'存在的不同位相关系,采用第一性原理方法计算了不同界面结构的形成焓、界面能、解理功和理想解理强度,获得δ'/θ'/δ'在不同生长过程中的稳定界面结构。当θ'相包含奇数Cu层时,δ'/θ'采取反相(anti-phase)a/2[110]结构;包含偶数Cu层时,δ'/θ'采取同相(in-phase)#2结构。且随着θ'相生长,2种位相通过沿界面[110]方向滑移a/2实现。同时,δ'相将自发在θ'相上异质形核实现该稳定的δ'/θ'界面结构。基于Rose断裂模型,稳定界面结构拥有最高的黏合强度和理想解理强度。最后,基于界面间键合原子的晶体轨道重叠布居及键长分析,揭示了电子成键和结构稳定性的关系。表明界面间Al—Al键对结构稳定性起主导,且主要源自Al原子3p—3p轨道成键态贡献。

关键词： Al-Li合金复合沉淀相界面能理想强度电子结构第一性原理计算

相场模拟应变调控PbZr(1-x)TixO3薄膜微观畴结构和宏观铁电性能

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物理学报 2020年第12期69卷 306-315页

作者：刘迪王静王俊升黄厚兵北京理工大学材料学院北京100081 北京理工大学前沿交叉科学研究院北京100081

外延生长铁电薄膜中基底失配应变能够调控微观铁电畴结构和宏观铁电性能.本文选择了三种相结构(四方相、四方和菱方混合相、菱方相)PbZr(1–x)TixO3(x=0.8,0.48,0.2)铁电薄膜,利用相场模拟研究了在不同基底失配应变(esub)作用下,三种成... 详细信息

外延生长铁电薄膜中基底失配应变能够调控微观铁电畴结构和宏观铁电性能.本文选择了三种相结构(四方相、四方和菱方混合相、菱方相)PbZr(1–x)TixO3(x=0.8,0.48,0.2)铁电薄膜,利用相场模拟研究了在不同基底失配应变(esub)作用下,三种成分铁电薄膜中微观畴结构的演化以及宏观极化-电场回线.随着应变从–1.0%变化到1.0%,三种相结构铁电薄膜的矫顽场、饱和极化值以及剩余极化值全都降低,其中PbZr0.52Ti0.48O3薄膜的饱和极化值和剩余极化值比另外两种薄膜降低更快.模拟结果表明拉应变能提高铁电薄膜储能效率,其中准同型相界处应变提升储能效率最快.本工作揭示了应变对PbZr(1–x)TixO3铁电薄膜中畴结构、电滞回线以及储能等方面的影响,为铁电功能薄膜材料的实验设计提供了理论基础.

关键词：相场模拟失配应变铁电畴电滞回线

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液滴输运功能表面的仿生设计与制备研究进展

力学进展 2024年第3期54卷 522-562页

作者：刘明陈少华北京理工大学前沿交叉科学研究院北京理工大学宇航学院

液滴输运功能表面在绿色能源、医疗科技、新材料等领域具有重要应用,例如雾中淡水收集、药物靶向治疗等.自然界具有多种可实现液滴定向运输与定点转移的生物表面,为液滴输运功能表面的设计与制备提供了绝美的范例,已涌现出大量新颖的、... 详细信息

液滴输运功能表面在绿色能源、医疗科技、新材料等领域具有重要应用,例如雾中淡水收集、药物靶向治疗等.自然界具有多种可实现液滴定向运输与定点转移的生物表面,为液滴输运功能表面的设计与制备提供了绝美的范例,已涌现出大量新颖的、巧妙的仿生设计研究成果.本文首先概括总结了自然界具有自发输运液滴的典型生物体功能表面,阐述了表征固体表面浸润性相关的基础理论;其次,综述了不同自驱动机制下液滴输运功能表面的仿生研究进展,对比分析了不同功能表面的液滴自驱动机理及影响因素;进一步分类阐述和分析了磁场、电场、温度场等外场调控实现液滴定向运输或定点转移功能表面的研究现状;最后归纳总结了此类仿生功能表面在实际工程中的应用,并对该方向的研究前景和发展趋势提出展望.

关键词：液滴输运功能表面仿生设计与制备表面浸润性外场调控

来源：博看期刊

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非线性声场下包膜微泡动力学与频率响应分析

物理学报 2024年第7期73卷 224-231页

作者：索鼎杰纪镇祥黄晓雲靳杰闫天翼北京理工大学医学技术学院北京100081 北京理工大学前沿交叉科学研究院北京100081

包膜微泡在非线性声场下的响应对高强度聚焦超声治疗具有重要意义.本文通过耦合Gilmore-Akulichev-Zener模型与脂质包膜的非线性模型,采用KZK方程仿真非线性声场,分析在不同超声频率、不同声压以及不同包膜材料的黏弹性下的微泡动力学... 详细信息

包膜微泡在非线性声场下的响应对高强度聚焦超声治疗具有重要意义.本文通过耦合Gilmore-Akulichev-Zener模型与脂质包膜的非线性模型,采用KZK方程仿真非线性声场,分析在不同超声频率、不同声压以及不同包膜材料的黏弹性下的微泡动力学行为和微泡振荡频率,并进一步对比了实际测量声场与KZK方程仿真声场下的微泡动力学行为和频率响应.研究结果表明:非线性声场会导致微泡壁的瞬时运动速率减小,声压和频率的改变对微泡动力学的影响与在线性声场中类似;包膜材料的不同可以使振荡频率中的谐波分量发生改变,其中包膜材料的弹性对微泡的频率响应影响较小,包膜的初始黏性和初始表面张力对微泡的振荡频率分布影响较大,当初始黏性越小时,二次分谐波的峰值越高,当初始表面张力越大时,主频的峰值越高.本研究进一步阐明非线性超声激励包膜微泡的微泡动力学,为包膜微泡在非线性声场下的频率响应分析奠定理论基础.

关键词：微泡动力学非线性声场包膜微泡频率响应

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含BCC/B2共格结构多主元合金研究进展

材料工程 2021年第2期49卷 1-9页

作者：董亚光陈尚王俊升靳柯北京理工大学材料学院北京100081 北京理工大学前沿交叉科学研究院北京100081

引入共格析出相是强化合金的重要方式。近年来发现在BCC结构多主元合金中引入共格B2相可有效提升其力学性能,形成了一类重要的合金体系。本文综述了含BCC/B2共格结构多主元合金的研究现状,重点讨论这一系列新型合金在成分、组织形貌、... 详细信息

引入共格析出相是强化合金的重要方式。近年来发现在BCC结构多主元合金中引入共格B2相可有效提升其力学性能,形成了一类重要的合金体系。本文综述了含BCC/B2共格结构多主元合金的研究现状,重点讨论这一系列新型合金在成分、组织形貌、结构稳定性以及力学性能等方面的特征,并指出此类合金在宽温域下强度较高、塑性因成分差异而不同的变化特点。目前,这类合金在高于500℃时的结构稳定性较差,无法满足工程应用的需求,而成分设计是解决此问题较为简单易行的方法。本文旨在为含BCC/B2共格结构多主元合金的设计提供参考。

关键词：多主元合金共格相有序BCC相结构稳定性力学性能

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锂电池中固体电解质界面研究进展

物理化学学报 2021年第11期37卷 49-61页

作者：杨毅闫崇黄佳琦北京理工大学材料学院北京100081 北京理工大学前沿交叉科学研究院北京100081

锂离子电池在电子产品和电动汽车等领域已得到广泛应用,同时具有更高比能量的锂离子电池和锂金属电池也在不断研发中。电极界面的研究在推动电池的研发和产业化过程中发挥重要作用,因为电池在首次充放电过程中电解液组分在电极/电解质... 详细信息

锂离子电池在电子产品和电动汽车等领域已得到广泛应用,同时具有更高比能量的锂离子电池和锂金属电池也在不断研发中。电极界面的研究在推动电池的研发和产业化过程中发挥重要作用,因为电池在首次充放电过程中电解液组分在电极/电解质界面上发生氧化/还原反应并形成离子导通、电子绝缘性质的界面膜,界面膜对于维持电极结构的完整性、保障锂离子快速迁移和防止电解液持续分解十分关键,因此其稳定性与电池的循环性能和使用寿命密切相关。本文综述了固体电解质界面(SEI)的研究进展,首先介绍了SEI在初次充放电阶段对电位的依赖性,讨论SEI的形成机理,具体分析了影响SEI形成的两个关键因素,即电极表面的离子特性吸附和电解液体相的溶剂化组成和结构;其次,梳理总结了界面的结构与化学组成研究进展,及锂离子在界面中可能的传导机制;此外还简要概述了影响界面膜的因素和调控界面膜的策略;最后对SEI在未来的研究方向进行了展望。

关键词：锂电池固体电解质界面溶剂化结构形成机理人工固体电解质界面

毛细管电泳法筛选脱铁转铁蛋白的核酸适配体及筛选影响因素分析

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分析化学 2020年第5期48卷 632-641页

作者：杨歌赵毅韩诗邈朱超黄渊余屈锋北京理工大学生命学院“分子医学与生物诊疗”工业和信息化部重点实验室北京理工大学前沿交叉科学研究院

核酸适配体是通过指数富集配体系统进化（SELEX）技术,在体外筛选获得的与目标分子有高亲和力与特异性的寡核苷酸序列。由于筛选过程周期长且影响因素复杂,使用常规筛选方法进行多因素影响的条件优化的工作量大,样品消耗多,目前还少有... 详细信息

核酸适配体是通过指数富集配体系统进化（SELEX）技术,在体外筛选获得的与目标分子有高亲和力与特异性的寡核苷酸序列。由于筛选过程周期长且影响因素复杂,使用常规筛选方法进行多因素影响的条件优化的工作量大,样品消耗多,目前还少有系统的研究报道。毛细管电泳（CE）具有高分辨率、快速分离、样品用量小、筛选成本低的优势,是核酸适配体筛选的有效方法。本研究以人血清中脱铁转铁蛋白（A-TF）为模式蛋白,利用CE方法研究核酸库长度、孵育温度、缓冲溶液的种类与pH值、金属离子等因素对靶蛋白与核酸库相互作用的影响。结果表明,较短序列的核酸库与靶蛋白的亲和力更高;孵育温度、缓冲液种类与pH值均影响靶蛋白与核酸复合物的形成;低浓度的K;、Ca;与Mg;可促进复合物形成。基于优化的筛选条件,经过3轮毛细管电泳法筛选,获得了A-TF的适配体Seq A3,采用CE-LIF测得复合物的亲和常数K;=0.476μmol/L。此适配体可用于人血清基质中A-TF的识别。

关键词：脱铁转铁蛋白核酸适配体筛选影响因素毛细管电泳指数富集配体系统进化