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三维多级钴酸镍结构的形貌调控及其电化学性能

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复合材料学报 2024年第1期41卷 281-292页

作者：李群张阔李艳华王书桓倪国龙华北理工大学冶金与能源学院唐山063210

形貌结构的调控对材料的电化学性能具有重要影响。本文采用溶剂热法结合煅烧在不同溶剂比及温度下合成不同形貌结构的钴酸镍,利用XRD及SEM和TEM等对样品的物相组成及形貌结构进行了表征,并对其电化学性能进行了分析。结果表明:当水与乙... 详细信息

形貌结构的调控对材料的电化学性能具有重要影响。本文采用溶剂热法结合煅烧在不同溶剂比及温度下合成不同形貌结构的钴酸镍,利用XRD及SEM和TEM等对样品的物相组成及形貌结构进行了表征,并对其电化学性能进行了分析。结果表明:当水与乙醇体积比为1∶1时,样品为中空的海胆状NiCo_(2)O_(4),随着水比例的增加,形貌逐渐转变为规则的中心放射状的针状形貌,且有第二相物质的存在。在水与乙醇体积比为1∶1时,随着温度的增加,形貌主要由毛绒球向花状、海胆状、中心放射状的针状过渡,而样品均为纯NiCo_(2)O_(4)。90℃合成的样品具有较好的电化学性能,在1 A·g^(−1)电流密度下,比电容高达1287.5 F·g^(−1),当扫速从20~100 mV·s^(−1)变化时,电容保持率达到59.4%,循环1500圈,比电容保持率高达80.1%,此外,在整个电化学反应过程中扩散控制过程起主导作用。

关键词： NiCo_(2)O_(4) 形貌调控生长机制电极材料超级电容器储能电化学性能

CoCrFeMnNi系高熵合金制备技术研究现状

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材料导报 2024年第11期38卷 184-195页

作者：曹炜鹏李杰孙小斌吴凯迪万德成冯运莉华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210

与传统合金的设计理念完全不同,高熵合金是由至少五种元素以等原子比或近等原子比组成的合金,并表现出许多传统合金所不具备的性能。其中,CoCrFeMnNi系高熵合金作为最早开发的高熵合金,引发了研究者的广泛关注。制备技术的发展对开发性... 详细信息

与传统合金的设计理念完全不同,高熵合金是由至少五种元素以等原子比或近等原子比组成的合金,并表现出许多传统合金所不具备的性能。其中,CoCrFeMnNi系高熵合金作为最早开发的高熵合金,引发了研究者的广泛关注。制备技术的发展对开发性能优异的高熵合金以及促进高熵合金的实际应用具有至关重要的作用。本文介绍了高熵合金主流制备技术的工作原理及特点,包括机械合金化、雾化法、熔铸法、粉末冶金、增材制造、磁控溅射和激光熔覆,并着重对不同方法制备的CoCrFeMnNi系合金的组织及性能进行了对比分析,最后在此基础上对高熵合金制备技术的未来发展进行了展望。

关键词：高熵合金 CoCrFeMnNi 制备技术增材制造

铈在ThMn_(12)型低稀土永磁合金中的研究进展

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中国稀土学报 2024年第2期42卷 195-203,I0001页

作者：程星宇弭弘尧冯运莉华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210

相较于价格昂贵的Nd,Sm等稀土元素,Ce在稀土永磁合金的制备中,由于其储量极其丰富、价格低廉,因此被称为“自由稀土”,已显示出更大的应用潜力。ThMn_(12)型低稀土永磁合金具有较高的居里温度、较大的饱和磁化强度和磁晶各向异性场,符... 详细信息

相较于价格昂贵的Nd,Sm等稀土元素,Ce在稀土永磁合金的制备中,由于其储量极其丰富、价格低廉,因此被称为“自由稀土”,已显示出更大的应用潜力。ThMn_(12)型低稀土永磁合金具有较高的居里温度、较大的饱和磁化强度和磁晶各向异性场,符合风力发电、电动汽车等领域对高性能永磁体的要求。从降低成本,保留性能的角度,整理了Ce部分掺杂的RFe_(12)化合物(R以Nd,Sm,Zr为主)的研究进展,包括掺杂含量及磁性能等。其次对近年来纯铈基Ce(Fe,M)_(12)化合物的研究进展做了总结与讨论,包括常用模拟计算方法、一元Ce的γ→α相变、Ce的价态、有潜力的Ce(Fe,M)_(12)化合物以及其中的间隙原子效应等,最后对发展新型高性能永磁体做了问题总结与展望。

关键词： Ce 降低成本元素取代 Ce(Fe,M)_(12)化合物模拟计算

混合光谱曲线的Fast ICA盲源解混及影响因子研究

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光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1312-1320页

作者：戴佳乐汪金花李孟倩韩秀丽缪若梵华北理工大学矿业工程学院河北唐山063210

混合物高光谱分析是矿物无损检测的关键技术。文中将混合物350~2500 nm区间光谱反射率变化看作时域变化的一维序列信号,将混合物光谱分离转变为时域信号的盲源分离问题。为了分析混合光谱解混速度和准确度的影响因子,采用Fast ICA数学... 详细信息

混合物高光谱分析是矿物无损检测的关键技术。文中将混合物350~2500 nm区间光谱反射率变化看作时域变化的一维序列信号,将混合物光谱分离转变为时域信号的盲源分离问题。为了分析混合光谱解混速度和准确度的影响因子,采用Fast ICA数学模型对混合物实测高光谱反射曲线进行了盲源解混试验,从解混过程的白化方式、初始权阵,源光谱高斯性3个方面分析了光谱解混的结果,为混合物光谱检测的后期分析提供了研究基础。选取化学纯氧化铜和氧化亚铜混合物、碱式碳酸铜和氢氧化铜混合物为试验对象,采用解混性能指数PI、光谱均方根误差和光谱角距离作为评价指标,开展了源光谱高斯性与g函数、ZCA和PCA白化方式、及单位权、随机权、指定权3种初始权对解混光谱结果影响的对比实验。实验结果表明:Fast ICA算法在未知混合矿物高光谱先验信息的基础上,能够有效分离出混合物组分源光谱,样本分离精度PI值均小于0.18,光谱盲源解混的效果显著。解混后光谱曲线与源光谱曲线在特征趋势上保持一致,具有相同的吸收位置和特征峰,但是存在一定尺度的差异。另外,源光谱的高斯性与解混g函数的选取会直接影响解混结果,亚高斯区间曲线分离精度优于超高斯部分。依据高斯性进行分段解混结果的吸收特征会更加突出,与源光谱反射率数值差异也随之增大;光谱预处理的白化方式会对解混结果精度产生微小影响,经过ZCA白化后解混结果的分离精度、光谱的准确度均略高于PCA白化;在Fast ICA模型3种初始权解混结果对比发现,以初次迭代结果计算的指定权进行迭代解混时,其分离精度、解混准确度及解混时间均为最佳,解混过程更易收敛。结果表明,根据全波段高斯性来选取g函数解混效果最优,分离指数PI小于0.14,光谱角距离在0.1左右,ZCA白化比PCA白化对解混光谱的影响更小,ZCA白化后的两组混合物解混的分离指数在0.1左右,而PCA白化的分离指数PI均高于0.13,当指定权作初始权时有助于提高牛顿迭代中收敛速度,使解混光谱更接近组分已知光谱,指定权的解混时间低于0.2 s,其他两种定权方式均在0.3 s以上。

关键词：混合光谱解混 Fast ICA盲源解混高斯性白化初始权

光沉积Pt复合石墨相氮化碳实现高效光催化产氢

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复合材料学报 2024年第1期41卷 219-226页

作者：牛凤延何齐升武世然郭晨曦雷伟岩沈毅华北理工大学材料科学与工程学院唐山063210 华北理工大学矿业与工程学院唐山063210

贵金属作为助催化剂,可以提高石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))光催化产氢的性能,引起了人们的广泛关注。但是,由于贵金属的不可再生性和高价格,“更少的贵金属,更好的性能”始终是目标。为了实现这一目标,通过光沉积还原法成功制备了一系列... 详细信息

贵金属作为助催化剂,可以提高石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))光催化产氢的性能,引起了人们的广泛关注。但是,由于贵金属的不可再生性和高价格,“更少的贵金属,更好的性能”始终是目标。为了实现这一目标,通过光沉积还原法成功制备了一系列不同铂负载量氮化碳复合材料(Pt/CN),并用于光催化产H_(2)。结果表明:不同Pt负载量的Pt/CN复合材料都表现出优异的光催化产氢性能。并发现当Pt的负载量为0.5wt%时,Pt/CN复合材料具有最优异的光催化产氢活性,产氢量为409.2μmol/g,是纯CN(17.8μmol/g)的23倍,同时证实了Pt和CN二者之间形成了肖特基势垒,使导带的电子快速迁移到Pt上,降低了CN的电子-空穴复合速率。并且Pt作为光催化分解水的活性位点,促进水中的绝大部分氢质子快速吸附到Pt位点,得到电子被还原为H_(2),实现了高效光催化产氢。

关键词：石墨相氮化碳光催化产氢铂光沉积复合比

米花型银-氮化钛薄膜SERS基底的制备及罗丹明6G的检测研究

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红外与激光工程 2024年第2期53卷 159-167页

作者：邸志刚高建鑫贾春荣周昊李金鑫刘花菊魏恒勇华北理工大学电气工程学院河北唐山063210 华北理工大学材料科学与工程学院河北唐山063210

罗丹明6G的痕量检测需要具有较高的灵敏度,为提高SERS基底的增强因子从而提高检测灵敏度,设计了米花型SERS基底,采用有限元法对其拉曼增强效果进行仿真,模拟不同中心球半径r、米花花瓣轴a、b、c以及中心球与花瓣间距d条件下电场强度的变... 详细信息

罗丹明6G的痕量检测需要具有较高的灵敏度,为提高SERS基底的增强因子从而提高检测灵敏度,设计了米花型SERS基底,采用有限元法对其拉曼增强效果进行仿真,模拟不同中心球半径r、米花花瓣轴a、b、c以及中心球与花瓣间距d条件下电场强度的变化,得出最佳结构参数,并计算其SERS增强因子。随后利用电化学沉积法制备该基底,并探究电压值以及柠檬酸三钠和AgNO_(3)的浓度配比对基底结构和性能的影响,从而制备出与理想物理模型形态最接近的米花型银/氮化钛薄膜基底。然后用其对罗丹明6G(R6G)进行痕量检测,探究该基底的拉曼增强效果以及稳定性。实验结果表明,当沉积电压为2V,柠檬酸三钠与AgNO_(3)浓度配比为1∶1 (2 mmol/L∶2 mmol/L)时,得到的米花型TiN-Ag复合SERS基底与理想化模型仿真形态最接近。经过计算得到该基底的增强因子可达10^(15),对罗丹明6G的检测限可达10^(-13)mol/L。实验结果证明设计的基底灵敏度高、稳定性强,可对食品非法添加剂的痕量检测提供技术支撑。

关键词：表面增强拉曼光谱米花型结构氮化钛薄膜痕量检测罗丹明6G

Fe含量对NdFe_(10.25)TiNb_(0.25)N/α-Fe永磁合金微观组织与磁性能的影响

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稀有金属材料与工程 2024年第9期53卷 2596-2603页

作者：朱子建张颖隆弭弘尧冯运莉华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210

研究了Fe含量对NdFe_(10.25)TiNb_(0.25)/x%α-Fe(质量分数)永磁合金微观组织和磁性能的影响。结果表明,合金铸锭均是由α-Fe相、1:12相和富Nd相组成,Fe含量增加,α-Fe相含量增加,1:12相含量减少。合金薄带晶粒尺寸随着Fe含量的增加而... 详细信息

研究了Fe含量对NdFe_(10.25)TiNb_(0.25)/x%α-Fe(质量分数)永磁合金微观组织和磁性能的影响。结果表明,合金铸锭均是由α-Fe相、1:12相和富Nd相组成,Fe含量增加,α-Fe相含量增加,1:12相含量减少。合金薄带晶粒尺寸随着Fe含量的增加而逐渐减小,并产生Fe_(2)Ti相,Fe_(2)Ti相和富Nd相含量随着Fe含量的增加而逐渐减少。当x≥15时,合金薄带只有1:12相和α-Fe相,平均晶粒尺寸减小到60 nm以下。渗氮后平均晶粒尺寸减小15%~20%,磁性能得到明显改善。x=15时,得到的氮化合金薄带磁性能较佳,矫顽力为80396 A/m,饱和磁化强度为130.7 (A·m^(2))·kg^(-1),比x=0时矫顽力提高了25%,饱和磁化强度提高了12%。粘结后最大磁能积先下降后升高,x=15时最高,达到了32.08 kJ/m^(3),相比于x=0时的22.92 kJ/m^(3),增幅达到了40%。x=15时的氮化合金薄带高温结构稳定性较好,在360℃以下保持结构稳定,高温应用潜力大。

关键词： NdFe_(10.25)TiNb_(0.25)/α-Fe合金 Fe含量熔体快淬微观组织磁性能

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碱渣改性充填体早期力学特性及能量演化特征

材料导报 2024年第9期38卷 136-142页

作者：孙海宽甘德清薛振林刘志义张雅洁华北理工大学矿业工程学院河北唐山063200 华北理工大学河北省矿业开发与安全技术重点实验室河北唐山063200

为探究碱渣改性充填体的早期力学特性及能量演化特征,利用WHY-600压力机开展了单轴压缩试验,分析了其抗压强度、弹性模量、破裂模式及能量变化,结合响应曲面法,对质量浓度、尾砂级配及碱渣添加量进行寻优分析。结果表明:随碱渣添加量增... 详细信息

为探究碱渣改性充填体的早期力学特性及能量演化特征,利用WHY-600压力机开展了单轴压缩试验,分析了其抗压强度、弹性模量、破裂模式及能量变化,结合响应曲面法,对质量浓度、尾砂级配及碱渣添加量进行寻优分析。结果表明:随碱渣添加量增加,充填体失稳破坏位移量、单轴抗压强度、弹性模量先增大后减小,当碱渣添加量为5%时,充填体抗压强度大,抵抗变形能力强;随碱渣添加量增加,充填体耗散能、弹性变形能、峰值强度下单位体积应变能及总能量均先增加后减小;单轴压缩条件下,碱渣改性充填体破坏模式为半贯穿或贯穿的斜剪切、平行双裂隙以及倒Y型裂隙,破坏程度随碱渣添加量增加而增大;建议采用质量浓度77%、细粗尾砂级配3:7、碱渣添加量5.35%的配比来制备碱渣改性充填体,经计算其抗压强度为5.3458 MPa,能满足矿山早期生产需求。研究结果为碱渣改性材料的可行性提供了一定的理论依据。

关键词：碱渣改性充填体单轴抗压强度能量演化特征破裂模式配比参数寻优

基于改进EMD-小波包的爆破振动信号降噪方法研究

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振动与冲击 2024年第11期43卷 264-271,287页

作者：闫鹏张云鹏侯善营张为为杨曦华北理工大学矿业工程学院河北唐山063210 华北理工大学河北省矿业开发与安全技术重点实验室河北唐山063210 华北理工大学建筑工程学院河北唐山063210

针对经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)存在模态混叠和降噪效果不佳的问题,依据分解—正交—聚类—降噪—重构的思想,提出了改进EMD-小波包的爆破振动信号降噪方法。该方法融合了核主成分分析的正交性、K-means算法的聚... 详细信息

针对经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)存在模态混叠和降噪效果不佳的问题,依据分解—正交—聚类—降噪—重构的思想,提出了改进EMD-小波包的爆破振动信号降噪方法。该方法融合了核主成分分析的正交性、K-means算法的聚类特性以及小波包的降噪优势,不仅可以消除EMD的模态混叠,也具有良好的降噪效果。研究结果表明:与自适应噪声完备集合经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise analysis, CEEMDAN)和EMD方法相比,在模拟信号降噪试验中,改进EMD-小波包方法的信噪比(7.9 dB)最大,均方根误差(2.96)最小。在实测爆破振动信号降噪中,改进EMD-小波包方法降噪后的信号与原始信号相关系数最大为0.91。改进EMD-小波包和CEEMDAN方法的降噪效果相对理想,且改进EMD-小波包方法对10~60 Hz低频信号能量保存效果较好,对60 Hz以上中高频噪声的滤除效果最好。

关键词：爆破振动信号经验模态分解(EMD) 核主成分分析(KPCA) K-means算法小波包降噪