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固体浮力材料用复合泡沫的研究进展

材料工程 2022年第6期50卷 86-96页

作者：任素娥王雅娜杨程中国航发北京航空材料研究院北京100095 北京石墨烯技术研究院有限公司北京100094

浮力材料作为深海装置中一种重要的配重材料,能够对水下作业的设备起到浮力补偿的作用。固体浮力材料因密度低、强度高、吸水率低等特性近年来在深海测量、石油勘测、深海开发等领域受到广泛关注。本文首先简述了固体浮力材料及其应用背... 详细信息

浮力材料作为深海装置中一种重要的配重材料,能够对水下作业的设备起到浮力补偿的作用。固体浮力材料因密度低、强度高、吸水率低等特性近年来在深海测量、石油勘测、深海开发等领域受到广泛关注。本文首先简述了固体浮力材料及其应用背景,围绕其分类主要阐述了化学泡沫材料和复合泡沫材料的特点,并基于未来发展方向和应用前景,重点介绍了复合泡沫材料。以复合泡沫类型的固体浮力材料为核心,根据其基本组成,分别介绍了金属基、陶瓷基、树脂基及其他类型复合泡沫材料,综述了其组成、表界面微结构、外界加载速率等影响因素对物理性能、力学性能的影响规律,借助扫描断层显微技术和有限元方法分析破坏模式,揭示材料在不同加载速率下的力学行为和失效机理。本文在提高复合泡沫材料整体力学性能及先进实验表征方法方面提出展望:可通过修饰填料和树脂基体官能团的方法或加入第二增强相,提高材料整体力学性能;借助μ-CT和扫描电子显微镜,表征材料微观结构,揭示破坏机理。

关键词：固体浮力材料复合泡沫材料基体填料断裂机理

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质子交换膜燃料电池关键材料的研究进展

材料工程 2022年第12期50卷 35-50页

作者：杜真真王珺王晶于帆李炯利王旭东中国航发北京航空材料研究院北京100095 北京石墨烯技术研究院有限公司北京100094 北京市石墨烯及应用工程技术研究中心北京100095

燃料电池是一种非常有前景的新能源体系。燃料电池不使用热力发动机,利用电极和电解质界面发生的化学反应直接将燃料的化学能转换成电能,反应不受卡诺循环限制,因此,具有高的能量转换效率。在燃料电池中,质子交换膜燃料电池(PEMFC)在便... 详细信息

燃料电池是一种非常有前景的新能源体系。燃料电池不使用热力发动机,利用电极和电解质界面发生的化学反应直接将燃料的化学能转换成电能,反应不受卡诺循环限制,因此,具有高的能量转换效率。在燃料电池中,质子交换膜燃料电池(PEMFC)在便携式设备、交通运输以及固定装置领域具有重要的应用前景。然而,目前的PEMFC还存在一些问题,主要包括高成本、功率不足、稳定性差等问题,限制了其大规模商业化应用。这些问题的根本原因在于PEMFC中阴极催化剂、气体扩散层、质子交换膜和双极板等关键材料的成本和性能还不能满足PEMFC商业化的要求。要实现PEMFC的大规模应用,需要开发先进的阴极催化剂、气体扩散层、质子交换膜和双极板等关键材料。针对PEMFC对低成本、高性能先进材料的需求,本文综述了阴极催化剂、气体扩散层、质子交换膜和双极板等关键材料的研究进展以及应用面临的问题,并指出了未来的发展方向:加强铂合金催化剂以及金属-氮-碳(M-N-C)化合物催化剂的规模化制备工艺的探索;制备兼具高质子传导率和优异力学性能的质子交换膜;详细研究改性气体扩散层在不同的工况条件下对PEMFC性能的影响;开发具有优良耐蚀性和导电性的涂层或新型金属材料用于双极板。

关键词：燃料电池关键材料质子交换膜催化剂气体扩散层双极板

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锌离子电容器正极材料研究进展

材料工程 2022年第12期50卷 51-59页

作者：王超君王楠陈翔王继贤彭思侃王晨齐新刘佳让戴圣龙燕绍九中国航发北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心北京100095 北京石墨烯技术研究院有限公司电池材料研发部北京100094

作为新型储能设备,水系锌离子电容器具有高功率密度、大能量密度、长循环寿命和高安全性等优异性能,在民用电子设备和军用电气化武器装备领域具有极高的应用前景,有望成为代替锂离子电池的新一代储能方案。本文系统梳理了活性炭正极材... 详细信息

作为新型储能设备,水系锌离子电容器具有高功率密度、大能量密度、长循环寿命和高安全性等优异性能,在民用电子设备和军用电气化武器装备领域具有极高的应用前景,有望成为代替锂离子电池的新一代储能方案。本文系统梳理了活性炭正极材料、碳纳米管正极材料、石墨烯正极材料和生物质碳正极材料等碳基正极材料的储锌能力,总结了MXene正极材料在锌离子电容器领域的研究进展,归纳了过渡金属氧化物正极材料的锌离子储存性能,指出开发高容量、耐高压、耐低温正极材料的必要性与紧迫性。

关键词：锌离子电容器超级电容器正极材料水系储能发展趋势

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石墨烯对纯铝力学、电学和耐腐蚀性能影响

材料科学与工艺 2023年

作者：张海平孙庆泽李炯利王旭东北京石墨烯技术研究院有限公司中国航发北京航空材料研究院

为了研究粉末冶金工艺和石墨烯对纯铝力学性能和耐腐蚀性能的影响，以铝粉和氧化石墨烯粉末为原材料，采用粉末冶金工艺，制备了石墨烯铝基复合材料杆材和粉末冶金纯铝杆材，并采用相同挤压工艺获得了熔融铸造纯铝杆材，开展了3种材料... 详细信息

为了研究粉末冶金工艺和石墨烯对纯铝力学性能和耐腐蚀性能的影响，以铝粉和氧化石墨烯粉末为原材料，采用粉末冶金工艺，制备了石墨烯铝基复合材料杆材和粉末冶金纯铝杆材，并采用相同挤压工艺获得了熔融铸造纯铝杆材，开展了3种材料的力学性能、电学性能和中性盐雾腐蚀性能研究。利用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、能谱(EDS)和重量变化等手段分析了3种材料的微观组织与腐蚀产物。结果表明，粉末冶金工艺能将纯铝材料的拉伸强度提高17.2%，同时保持电阻率几乎不变；0.5%含量石墨烯可使纯铝拉伸强度提高42.5%，且电阻率仅增大1.4%。在中性盐雾环境下，铸造纯铝的腐蚀速率略高于粉末冶金纯铝，石墨烯铝基复合材料和粉末冶金纯铝的腐蚀速率相当。石墨烯可有效提高纯铝力学性能，同时不明显降低其电阻率和耐腐蚀性能。

关键词：石墨烯铝基复合材料粉末冶金力学性能电学性能耐腐蚀性能

PBAT含量对PLA基可降解共混切片及复合熔喷非织造布性能的影响

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材料工程 2023年

作者：和玉光郝思嘉田俊鹏杨程中国航发北京航空材料研究院北京石墨烯技术研究院有限公司

以聚乳酸（PLA）为基体，聚己二酸-对苯二甲酸-丁二酯（PBAT）为增韧剂，聚乙二醇（PEG）为增塑增容剂，利用双螺杆造粒机，通过熔融共混的方法制备了不同PBAT含量的PLA/PBAT/PEG共混切片，并对共混切片的熔融指数、热稳定性、脆断截面... 详细信息

以聚乳酸（PLA）为基体，聚己二酸-对苯二甲酸-丁二酯（PBAT）为增韧剂，聚乙二醇（PEG）为增塑增容剂，利用双螺杆造粒机，通过熔融共混的方法制备了不同PBAT含量的PLA/PBAT/PEG共混切片，并对共混切片的熔融指数、热稳定性、脆断截面的微观形貌进行了分析，结果表明：PEG对PLA/PBAT复合基体增塑增容效果良好，使得PBAT可均匀分散在PLA基体中，呈现出典型的“海岛”结构，提高了PLA基体的韧性。然后利用往复式熔喷机，制备了PLA/PBAT/PEG复合熔喷非织造布。通过同步热分析仪、扫描电镜、电子万能试验机研究了PBAT含量对复合熔喷非织造布的热性能、微观结构和力学性能的影响。拉伸测试结果表明，适量的PBAT与PEG可以对PLA基复合熔喷非织造布起到协同增强增韧的作用，其中PLA-3（PBAT在PLA/PBAT复合基体中的质量分数为3%）复合熔喷非织造布与同工艺纯PLA熔喷非织造布相比，横向断裂强力提高48.8%，纵向断裂强力提高28.7%，横纵向断裂伸长率均提高一倍以上。

关键词： PLA PBAT 熔喷非织造布增强增韧

MXenes二维纳米材料及其在锂离子电池中的应用研究进展

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材料工程 2019年第12期47卷 10-20页

作者：齐新陈翔彭思侃王继贤王楠燕绍九中国航发北京航空材料研究院北京石墨烯技术研究院有限公司

锂离子电池被认为是富有前途的能源储存器件,寻找高性能锂电池新材料已成为全世界的研究热点。MXenes材料是一种新型过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物二维纳米材料的统称,具有比表面积大、导电性能好、储锂容量较高、循环和倍率性能优... 详细信息

锂离子电池被认为是富有前途的能源储存器件,寻找高性能锂电池新材料已成为全世界的研究热点。MXenes材料是一种新型过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物二维纳米材料的统称,具有比表面积大、导电性能好、储锂容量较高、循环和倍率性能优异等特点,是一种具有光明应用前景的锂离子电池材料。本文对MXenes材料在锂离子电池应用研究中的重大突破进行了综述,介绍了其制备方法、结构性能、储锂机理,归纳了其在锂离子电池中的具体应用及机制,分析了当前存在问题。综述指出MXenes材料研究,应利用其自身亲水性和导电性优势,在复合电极材料、自支撑电极材料等方面重点部署,为高性能锂子电池关键技术带来突破。

关键词： MXenes 锂离子电池电极材料二维纳米材料应用研究

人造固态电解质界面在锂金属负极保护中的应用研究

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材料工程 2020年第6期48卷 50-61页

作者：齐新王晨南文争洪起虎彭思侃燕绍九中国航发北京航空材料研究院北京石墨烯技术研究院有限公司北京100095

锂金属具有最低的氧化还原电位(-3.04V vs标准氢电极)和极高的比容量(3860mAh·g^-1),是理想的锂二次电池负极材料.然而电化学循环过程中,由于锂的不均匀成核生长,其表面产生锂枝晶,锂枝晶持续生长会刺穿隔膜,造成电池短路甚至引发火灾... 详细信息

锂金属具有最低的氧化还原电位(-3.04V vs标准氢电极)和极高的比容量(3860mAh·g^-1),是理想的锂二次电池负极材料.然而电化学循环过程中,由于锂的不均匀成核生长,其表面产生锂枝晶,锂枝晶持续生长会刺穿隔膜,造成电池短路甚至引发火灾.因此需要对锂金属负极进行保护,抑制负面问题,发挥高性能.人造固态电解质界面技术是一种有效的锂金属负极保护策略,本质是预先在锂金属表面涂覆上保护层,保护层具有较高的离子传导性和电化学稳定性、较好的阻隔性和机械强度,可得到高效率、长寿命和无枝晶的锂金属负极.本文将近年来人造固态电解质界面在锂金属负极保护中的研究进展进行综述,对其制备方法、结构特点、锂金属负极循环性能、全电池电化学性能等方面作了详细介绍,分析当前存在问题并指出锂金属负极研究不仅需要加深机理研究还得与实际应用相结合.

关键词：负极保护锂二次电池锂金属电池锂枝晶抑制人造固态电解质界面

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石墨烯导热材料研究进展

材料工程 2021年第11期49卷 1-13页

作者：李岳李炯利朱巧思梁佳丰郭建强王旭东中国航发北京航空材料研究院北京100095 北京石墨烯技术研究院有限公司北京100094 北京市石墨烯及应用工程技术研究中心北京100095

石墨烯作为一种具有超高热导率的二维纳米材料,在导热领域有着广阔的应用前景。本文综述了石墨烯导热材料的研究进展,介绍了石墨烯本征热导率及其层数、缺陷、边缘情况等对热导率的影响,分析了石墨烯纤维的研究现状及存在的问题,讨论了... 详细信息

石墨烯作为一种具有超高热导率的二维纳米材料,在导热领域有着广阔的应用前景。本文综述了石墨烯导热材料的研究进展,介绍了石墨烯本征热导率及其层数、缺陷、边缘情况等对热导率的影响,分析了石墨烯纤维的研究现状及存在的问题,讨论了各类石墨烯导热薄膜(纯石墨烯薄膜/石墨烯杂化薄膜/石墨烯聚合物复合薄膜)热导率的影响因素,归纳总结了各类三维石墨烯导热材料(无规分散石墨烯三维复合材料和特定结构石墨烯三维复合材料)的结构、性能与研究现状,最后指出了目前几种导热材料研究存在的问题并展望了石墨烯未来导热领域的发展方向,尤其是在LED照明、智能手机等高功率、高度集成系统中,石墨烯导热材料有着良好的发展前景。

关键词：石墨烯热导率石墨烯纤维石墨烯薄膜三维石墨烯石墨烯基复合材料

石墨烯的液相剥离制备及在磷酸铁锂正极中的应用

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材料工程 2020年第11期48卷 108-115页

作者：南文争燕绍九彭思侃王晨王继贤中国航发北京航空材料研究院北京石墨烯技术研究院有限公司北京100095

以天然鳞片石墨为原料,通过氧化插层、高温膨胀制备石墨烯前驱体,经高压均质液相剥离,得到高结晶度、少缺陷且表面带有纳米孔洞的石墨烯。采用SEM,TEM,AFM,XRD,Raman观察材料的组织结构。将材料制成扣式电池,测试电化学性能。测试结果表... 详细信息

以天然鳞片石墨为原料,通过氧化插层、高温膨胀制备石墨烯前驱体,经高压均质液相剥离,得到高结晶度、少缺陷且表面带有纳米孔洞的石墨烯。采用SEM,TEM,AFM,XRD,Raman观察材料的组织结构。将材料制成扣式电池,测试电化学性能。测试结果表明,制备的石墨烯具有典型的褶皱弯曲结构特征,厚度为4层,结晶度高且表面带有纳米孔洞。作为正极导电添加剂用于磷酸铁锂电极,可构建高效导电导离子网络,显著提升电极倍率性能。具体表现为:10C放电倍率,放电比容量达90 mAh/g;5 C充放循环200周次,容量保持率100%,放电比容量仍达90 mAh/g。石墨烯制备方法简单,可实现工程化批量生产。

关键词：液相剥离石墨烯导电添加剂倍率性能