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基于硅酸铝纤维的柔性氧敏感元件的制备和性能

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无机材料学报 2024年第10期39卷 1084-1090,I0001页

作者：赵雅文屈发进汪岩屹王智文陈初升中国科学技术大学材料科学与工程系合肥230026 中国科学技术大学先进技术研究院合肥230026

柔性传感器可以适应各种复杂环境和曲面形状,在生物医学、环境监测和智能可穿戴设备等领域具有广泛的应用前景。本研究旨在研发高稳定性的荧光淬灭型柔性氧敏感元件。采用硅酸铝纤维作为载体,聚二甲基硅氧烷(Polydimethysiloxane,PDMS)... 详细信息

柔性传感器可以适应各种复杂环境和曲面形状,在生物医学、环境监测和智能可穿戴设备等领域具有广泛的应用前景。本研究旨在研发高稳定性的荧光淬灭型柔性氧敏感元件。采用硅酸铝纤维作为载体,聚二甲基硅氧烷(Polydimethysiloxane,PDMS)作为基质,四(五氟苯基)卟啉铂(Platinum(Ⅱ)-5,10,15,20-tetrakis-(2,3,4,5,6-pentafluorophenyl)-porphyrin,PtTFPP)荧光分子作为氧探针,制备了柔性氧敏感元件。该元件的水接触角高达152°,显示出超疏水性,这有助于提升其在潮湿气氛和水溶液中的稳定性。元件对气相氧和溶解氧均表现出荧光淬灭效应,荧光强度与氧含量之间的关系符合Stern-Volmer方程,其气相Stern-Volmer常数KSV为0.020 h·Pa^(-1),水相Stern-Volmer常数KSV为2.94 L·mmol^(-1)。该氧敏感元件具有出色的循环可恢复性和响应性能:从氮气切换至氧气的响应时间为0.9 s,从氧气切换至氮气为2.7 s。此外,PtTFPP-PDMS膜具有出色的稳定性,暴露于100℃水蒸气15 h、在pH 1~10的水溶液中浸泡和经历400次的弯曲循环后,其相对荧光强度和水接触角均无明显变化。以硅酸铝纤维为载体的PtTFPP-PDMS柔性元件具有优异的荧光氧敏感性和稳定性,有望用于苛刻条件下气相氧和溶解氧的测定。

关键词：硅酸铝纤维 PDMS PtTFPP 柔性氧敏感元件超疏水性

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低温钠离子电池电解液研究进展

储能科学与技术 2024年第7期13卷 2206-2223页

作者：王立锋任乃青杨海姚雨余彦中国科学技术大学材料科学与工程系安徽合肥230026

发展大规模储能技术是实现清洁能源的高效利用,进而实现国家碳中和目标的关键。相较于目前广泛应用的锂离子电池,钠离子电池(sodium ion batteries,SIBs)原材料资源丰度高且成本低,是非常有潜力的一种大规模储能技术。近年来,SIBs在室... 详细信息

发展大规模储能技术是实现清洁能源的高效利用,进而实现国家碳中和目标的关键。相较于目前广泛应用的锂离子电池,钠离子电池(sodium ion batteries,SIBs)原材料资源丰度高且成本低,是非常有潜力的一种大规模储能技术。近年来,SIBs在室温下表现出优异的电化学性能,但其在低温下的应用面临着诸多挑战,这极大地限制了其在极端环境下的应用。缓慢的钠离子扩散速率和较差的电荷转移动力学是导致SIBs低温下性能差的主要原因,而这与控制体相和界面离子传输的电解液密切相关。本文首先从电解液角度简要阐述了SIBs低温性能衰退的原因;然后,从传统电解液优化和新型低温电解液两个方面综述了低温电解液的研究进展,系统地总结了低温SIBs电解液中有关碳酸酯类溶剂、醚类溶剂、添加剂和溶剂化结构的相关研究;最后,对低温电解液的发展前景予以展望。

关键词：钠离子电池低温电解液添加剂

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动态人工模拟海水环境下两种B10铜镍合金腐蚀行为

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材料工程 2024年第6期52卷 201-210页

作者：苏英管勇中国科学技术大学材料科学与工程学院合肥230026 中国科学院金属所沈阳110016

采用动电位极化曲线和电化学阻抗谱测试并结合XPS测试和SEM/EDS微观表征,通过自制的冲刷腐蚀实验装置研究了两种B10铜镍合金在不同流速和不同时间下的冲刷腐蚀行为,比较了两种铜镍合金在不同冲刷条件下的腐蚀差异。结果表明,两种铜镍合... 详细信息

采用动电位极化曲线和电化学阻抗谱测试并结合XPS测试和SEM/EDS微观表征,通过自制的冲刷腐蚀实验装置研究了两种B10铜镍合金在不同流速和不同时间下的冲刷腐蚀行为,比较了两种铜镍合金在不同冲刷条件下的腐蚀差异。结果表明,两种铜镍合金的腐蚀速率随时间的变化规律相似,在不同的流速下冲刷2 h后腐蚀速率较高,冲刷8 h后腐蚀速率较低。在低于4 m/s的流速冲刷不同时间后,A合金的耐蚀性整体上高于B合金的耐蚀性;当流速高于3 m/s且较长时间冲刷后,B合金的耐蚀性更好。这与钝化膜中Ni,Fe的化学态无关而与晶粒尺寸和孪晶数量以及Ni,Fe元素的富集有关。长时间高流速冲刷会促进钝化膜中Ni和Fe元素的富集,有利于增强钝化膜的耐蚀性。

关键词： B10铜镍合金电化学技术冲刷腐蚀钝化膜腐蚀形貌

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新能源材料为高水平科技自立自强充电

中国科学基金 2024年第3期38卷 555-556页

作者：余彦中国科学技术大学材料科学与工程系

习近平总书记在中央政治局第三次集体学习时强调要“加强基础研究，从源头和底层解决关键技术问题”。当前，新一轮科技革命和产业变革突飞猛进，科学技术和经济社会发展加速渗透融合，基础研究转化周期明显缩短，国际科技竞争向基础前... 详细信息

习近平总书记在中央政治局第三次集体学习时强调要“加强基础研究，从源头和底层解决关键技术问题”。当前，新一轮科技革命和产业变革突飞猛进，科学技术和经济社会发展加速渗透融合，基础研究转化周期明显缩短，国际科技竞争向基础前沿前移。我国的新能源材料领域目前在科技革命中勇立潮头，这与能源、材料、化学等领域长期、大量基础研究的积累与关键技术的突破密不可分。

关键词：新能源材料高水平科技自立自强充电

空心阴极放电复合稀土氧化物对Ti6Al4V合金离子渗氮组织及性能的影响

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表面技术 2024年第5期53卷 78-84,107页

作者：陈赛男董志宏鲍泽斌中国科学院金属研究所沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院合肥230026

目的改善Ti6Al4V合金的耐磨和耐蚀性能,探究辅助渗氮手段的引入对Ti6Al4V合金离子渗氮组织和性能的影响。方法利用空心阴极放电(Hollow Cathode Discharge,HCD)及稀土氧化物(Y_(2)O_(3)纳米颗粒)辅助在720℃对Ti6Al4V合金进行4 h离子渗... 详细信息

目的改善Ti6Al4V合金的耐磨和耐蚀性能,探究辅助渗氮手段的引入对Ti6Al4V合金离子渗氮组织和性能的影响。方法利用空心阴极放电(Hollow Cathode Discharge,HCD)及稀土氧化物(Y_(2)O_(3)纳米颗粒)辅助在720℃对Ti6Al4V合金进行4 h离子渗氮处理。通过光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度测试仪、往复式摩擦磨损实验仪以及电化学工作站,对比研究常规离子渗氮、HCD辅助离子渗氮以及HCD复合稀土氧化物辅助离子渗氮3种条件下Ti6Al4V合金的渗氮组织和性能。结果HCD复合稀土氧化物辅助离子渗氮条件下,Ti6Al4V合金表面生成约126μm厚的渗氮层,分别是常规离子渗氮条件和HCD辅助离子渗氮条件的3.1、2.4倍。化合物层中,TiN含量显著增加,渗氮层表面硬度达到1067.9HV0.05。渗氮层整体硬度明显提高,且硬度梯度降低。Ti6Al4V合金的摩擦系数从常规离子渗氮时的0.4降至0.2。同时,TiN含量的提高,使Ti6Al4V合金在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电流降低,极化电阻增大,耐蚀性能得到改善。结论HCD复合Y_(2)O_(3)辅助可显著提高氮势,促进氮向Ti6Al4V合金内快速扩散,提高合金的硬度,改善合金的耐磨性能和耐蚀性能。

关键词：离子渗氮空心阴极放电稀土氧化物 Ti6Al4V 摩擦磨损渗氮层

金属间化合物Pt_(7)Sb投影Berry相位与析氢催化关联的第一性原理计算

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金属学报 2024年第6期60卷 837-847页

作者：周彦余李江旭刘晨赖俊文高强马会孙岩陈星秋中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016

高效催化材料的设计是能源材料领域的重要任务之一。本工作根据寻找具有低Pt负载量的高效析氢反应(HER)催化剂的指导原则,结合投影Berry相位描述符,设计发现了性能优异的HER催化剂立方Pt_(7)Sb,其氢吸附Gibbs自由能(ΔG_(H^(*)))甚至小... 详细信息

高效催化材料的设计是能源材料领域的重要任务之一。本工作根据寻找具有低Pt负载量的高效析氢反应(HER)催化剂的指导原则,结合投影Berry相位描述符,设计发现了性能优异的HER催化剂立方Pt_(7)Sb,其氢吸附Gibbs自由能(ΔG_(H^(*)))甚至小于Pt元素。因此,在降低Pt负载量的情况下,其HER催化活性有望提高。从电子结构分析来看,2个描述符ΔG_(H^(*))和投影Berry相位之间有很好的一致性。由于投影Berry相位完全由体态(波函数相位)决定,这种一致性意味着良好的催化性能与本征电子结构的拓扑性质之间存在着密切的关系。该结果提供了一个很好的HER催化剂候选材料,降低了Pt的负载量,并为展示催化剂本征拓扑性质的作用提供了参考。

关键词：析氢反应催化剂投影Berry相位第一性原理计算

金属圆棒超声螺旋扫查检测的合成孔径成像技术

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金属学报 2024年第4期60卷 559-568页

作者：李振杰蔡桂喜张博李经明李建奎中国科学院金属研究所沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016

为实现金属圆棒的定量无损检测(QNDT),在经典的Cartesian坐标系超声合成孔径(SAFT)理论指导下,提出了极坐标系下的合成孔径聚焦成像(pSAFT)算法及其环绕式时域合成孔径聚焦技术(ST-SAFT)。基于螺旋扫查自动检测系统推导了采用有效合成... 详细信息

为实现金属圆棒的定量无损检测(QNDT),在经典的Cartesian坐标系超声合成孔径(SAFT)理论指导下,提出了极坐标系下的合成孔径聚焦成像(pSAFT)算法及其环绕式时域合成孔径聚焦技术(ST-SAFT)。基于螺旋扫查自动检测系统推导了采用有效合成孔径弧度(SAR)表示的延时叠加成像表达式;通过制备横孔型人工缺陷试样进行检测实验,将超声检测数据经ST-SAFT处理后成像为圆截面断层扫描图;再运用图像边缘识别法进行定量评价该方法对缺陷检测的定量定位分辨率。结果表明:ST-SAFT孔径测量值与实际值相当;横孔定位准确;成像分辨率显著优于B扫描结果;每圆截面成像速率可达毫秒量级,可与棒材检测一周的机械扫查速率相匹配。该技术可用于提升金属圆棒超声检测设备的技术水平和提高棒材使用安全性保障能力。

关键词：棒材质量控制超声检测环绕式时域合成孔径聚焦技术(ST-SAFT) 螺旋扫查圆截面成像

MAX相陶瓷增强金属基复合材料:制备、性能与仿生设计

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无机材料学报 2024年第2期39卷 145-152页

作者：刘艳艳谢曦刘增乾张哲峰中国科学院金属研究所沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016

由于原子间存在共价键、金属键与离子键的混合键合状态,MAX相陶瓷兼具金属和陶瓷材料的性能特点,并且常与金属之间表现出良好的润湿性,有助于形成强界面结合,独特的层状原子结构使MAX相陶瓷表现出良好的断裂韧性、阻尼与自润滑性能。因... 详细信息

由于原子间存在共价键、金属键与离子键的混合键合状态,MAX相陶瓷兼具金属和陶瓷材料的性能特点,并且常与金属之间表现出良好的润湿性,有助于形成强界面结合,独特的层状原子结构使MAX相陶瓷表现出良好的断裂韧性、阻尼与自润滑性能。因此,作为金属基复合材料的增强相,MAX相陶瓷具有显著优势,本文着重介绍相关研究进展。目前,MAX相陶瓷增强金属基复合材料主要通过搅拌铸造、粉末冶金和熔体浸渗等途径制备,得到的复合材料表现出优于金属基体的强度、硬度与模量,同时还具备良好的耐磨、导电、抗电弧侵蚀等性能。此外,借助真空抽滤、冰模板等工艺可实现超细片状MAX相陶瓷粉体的择优定向排列,然后利用金属熔体浸渗多孔陶瓷骨架,可获得具有类贝壳结构的MAX相陶瓷增强金属基仿生复合材料,进一步提升材料的强韧性能。MAX相陶瓷增强金属基复合材料在承载、电接触等应用领域具有显著优势和广阔前景。

关键词： MAX相陶瓷金属基复合材料仿生设计力学性能熔体浸渗专题评述

乙烯基醚与七元环硫羰内酯阳离子杂化共聚研究

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高分子学报 2024年第5期55卷 594-603页

作者：杨鹏熊雨卢宗斌洪春雁张泽尤业字中国科学技术大学化学与材料科学学院合肥230026

报道了七元环联苯连接的硫羰内酯(DOT)的阳离子开环聚合,得到了一种T_(g)达到98℃的新型聚硫酯高分子.随后对DOT与乙烯基醚的阳离子共聚进行探索,系统研究了催化剂等对DOT与异丁基乙烯基醚共聚的影响.并基于阳离子聚合型链转移试剂的调... 详细信息

报道了七元环联苯连接的硫羰内酯(DOT)的阳离子开环聚合,得到了一种T_(g)达到98℃的新型聚硫酯高分子.随后对DOT与乙烯基醚的阳离子共聚进行探索,系统研究了催化剂等对DOT与异丁基乙烯基醚共聚的影响.并基于阳离子聚合型链转移试剂的调控,成功构建了DOT和异丁基乙烯基醚的可控阳离子杂化共聚,制备了一种新型聚乙烯基醚-聚硫酯嵌段共聚物(数均分子量7.6~8.0 kg/mol,PDI材料提供了设计思路.

关键词：阳离子杂化聚合硫羰内酯乙烯基醚