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SO^(2-)_4掺杂对Nasicon型Li_3Fe_2(PO_4)_3正极材料电化学性能的影响

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高等学校化学学报 2017年第1期38卷 108-114页

作者：张勃何臖华正伸王新彭会芬河北工业大学材料科学与工程学院天津300130 天津市材料层状复合与界面控制技术重点实验室天津300130

采用溶胶-凝胶法用SO^(2-)_4部分代替Li_3Fe_2(PO_4)_3中的PO^(3-)_4阴离子制得Li_(3-x)Fe_2(PO4)_(3-x)(SO_4)_x(x=0~0.90)正极材料,通过X射线衍射、充放电技术、循环伏安特性测试及电化学阻抗谱表征了掺杂材料的相组成及电化学性能.... 详细信息

采用溶胶-凝胶法用SO^(2-)_4部分代替Li_3Fe_2(PO_4)_3中的PO^(3-)_4阴离子制得Li_(3-x)Fe_2(PO4)_(3-x)(SO_4)_x(x=0~0.90)正极材料,通过X射线衍射、充放电技术、循环伏安特性测试及电化学阻抗谱表征了掺杂材料的相组成及电化学性能.结果表明,SO^(2-)_4主要以固溶形式存在于Li_3Fe_2(PO_4)_3中,产物中还伴有少量Fe_2O_3第二相析出.SO^(2-)_4掺杂使Li_3Fe_2(PO_4)_3的放电容量呈抛物线形规律变化,并在掺杂浓度x=0.60时达到最佳值,该样品在0.5C倍率下的首次放电容量为111.59 mA·h/g,比未掺杂的样品提高了18.4%;60次循环充放电后的容量保持率为96%;将该样品的放电倍率由0.5C逐渐提高至5C,再降至0.5C,并在每个倍率下循环10次,材料的最终放电容量仍能达到首次放电容量的97%.导致这些变化的原因是SO^(2-)_4掺杂使材料的氧化还原性能增强,电池内阻减小,极化程度降低及Li^+扩散系数增大.

关键词：正极材料 Nasicon型Li3Fe2(PO4)3 SO(2-)4掺杂电化学性能

离子掺杂对Nasicon型化合物电化学性能的影响

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硅酸盐学报 2017年第6期45卷 756-764页

作者：华正伸冯晓晶王晓然彭会芬河北工业大学材料科学与工程学院天津300130 天津市材料层状复合与界面控制技术重点实验室天津300130

Nasicon化合物的优点是变换其中的过渡金属不会改变其结构,由此衍生的化合物既可作为电池的电极材料,也可是固体电解质。综述了阴阳离子掺杂对材料电化学性能的影响,发现阳离子掺杂对改善Nasicon固体电解质的离子导电性能比较有效,其中L... 详细信息

Nasicon化合物的优点是变换其中的过渡金属不会改变其结构,由此衍生的化合物既可作为电池的电极材料,也可是固体电解质。综述了阴阳离子掺杂对材料电化学性能的影响,发现阳离子掺杂对改善Nasicon固体电解质的离子导电性能比较有效,其中LiGe_2(PO_4)_3基化合物的离子电导率最高(如:Al^(3+)浓度为0.5时产物的σ_(298)=5.1×10^(–3) S/cm,电化学势能窗为6 V);阴离子掺杂虽也能显著改善其离子电导率,但绝对值不如前者高,约为10^(–4) S/cm。阳离子掺杂能显著改善Li3V2(PO_4)_3正极材料的电化学性能,其中Nb^(3+)的掺杂效果最好,0.5 C倍率下的放电性能高达162.4 mA·h/g;而阴离子掺杂则能显著提高Li_3Fe_2(PO_4)_3的放电性能,VO_4^(3–)掺杂浓度为0.45时,所得化合物在2C倍率下的放电容量高达96.6 mA·h/g,并且循环60次的容量保持率为96%。

关键词：固体电解质电极材料离子掺杂电化学性能

冷却速度对Zn-Al-Mg合金组织及腐蚀性能的影响

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材料热处理学报 2015年第4期36卷 49-55页

作者：马瑞娜范永哲杜安张平平河北工业大学材料科学与工程学院天津300130 天津市材料层状复合与界面控制技术重点实验室天津300130

研究了不同冷速下Zn+6%Al+3%Mg合金原始镀液凝固组织和形貌的变化,并对不同冷速下合金的耐腐蚀性能进行了分析。结果表明,不同冷速条件下,合金中出现先析出相Al、Al和Zn、Al/Mg Zn2共晶组织、Zn/Al/Mg Zn2三元共晶组织,但炉冷,水冷下还... 详细信息

研究了不同冷速下Zn+6%Al+3%Mg合金原始镀液凝固组织和形貌的变化,并对不同冷速下合金的耐腐蚀性能进行了分析。结果表明,不同冷速条件下,合金中出现先析出相Al、Al和Zn、Al/Mg Zn2共晶组织、Zn/Al/Mg Zn2三元共晶组织,但炉冷,水冷下还生成了Zn/Al/Mg Zn11三元共晶。随冷却速度增加,晶粒尺寸愈加细小。空冷下合金耐腐蚀性能相对较好,炉冷相对较差,这与其晶粒度和Mg2Zn11相有关。

关键词： Zn-Al-Mg合金冷却速度组织形态腐蚀

MoO_4^(2-)取代对Nasicon型Li_3Fe_2(PO_4)_3正极材料电化学性能的影响

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无机化学学报 2016年第12期32卷 2109-2116页

作者：张勃何珺华正伸鲁豪祺王新彭会芬河北工业大学材料科学与工程学院天津300130 天津市材料层状复合与界面控制技术重点实验室天津300130

以MoO_4^(2-)部分取代Li3Fe2(PO4)3中的PO_4^(3-),研究表明:加入的MoO_4^(2-)离子主要以固溶形式存在于Li3Fe2(PO4)3中,起到了显著改善其电化学性能的作用。其中,MoO_4^(2-)掺杂浓度为0.3的样品表现出最佳的电化学性能,其在0.5C倍率下... 详细信息

以MoO_4^(2-)部分取代Li3Fe2(PO4)3中的PO_4^(3-),研究表明:加入的MoO_4^(2-)离子主要以固溶形式存在于Li3Fe2(PO4)3中,起到了显著改善其电化学性能的作用。其中,MoO_4^(2-)掺杂浓度为0.3的样品表现出最佳的电化学性能,其在0.5C倍率下的首次放电容量为113.7 m Ah·g^(-1),这一数值比未掺杂的提高了20.7%;经过60次循环充放电,容量保持率为94%。将放电倍率从0.5C逐步增大至5C,再降至初始的0.5C,并在每个倍率循环10次,这一材料的最终放电容量可达首次0.5C的95%。这些优异的性能应归因于MoO_4^(2-)掺杂使材料的氧化还原能力增强,氧化还原电对的电势差减小,电池内部的电荷转移电阻减小,以及Li+扩散系数增加。

关键词：正极材料锂电池混合阴离子效应阴离子掺杂电化学性能

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石墨和炭黑制备的TiCN涂层及其磨损性能

材料热处理学报 2015年第11期36卷 188-193页

作者：米鹏博何继宁阎殿然张建新秦艳芳河北工业大学材料科学与工程学院天津300132 天津市材料层状复合与界面控制技术重点实验室天津300132

采用等离子喷涂的方法,利用石墨和炭黑两种碳源成功制备出纳米晶Ti CN涂层。对两种喂料进行差热分析,对涂层的相组成、组织结构、晶粒度及磨损性能进行了分析。结果表明,采用炭黑和石墨分别可以制备出主相为Ti C0.2N0.8和Ti C0.7N0.3的... 详细信息

采用等离子喷涂的方法,利用石墨和炭黑两种碳源成功制备出纳米晶Ti CN涂层。对两种喂料进行差热分析,对涂层的相组成、组织结构、晶粒度及磨损性能进行了分析。结果表明,采用炭黑和石墨分别可以制备出主相为Ti C0.2N0.8和Ti C0.7N0.3的致密涂层,主相的平均晶粒度为71.68 nm(Ti C0.2N0.8)、59.44 nm(Ti C0.7N0.3);两种涂层都具有较高的硬度和优异的耐磨性,并且随涂层中C含量的增加而提高,Ti C0.7N0.3的耐磨性能相对更好。

关键词： Ti CN涂层石墨炭黑耐磨性

晶界偏析以及界面相和纳米晶材料力学性能的调控

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材料研究学报 2023年第5期37卷 321-331页

作者：姜水淼明开胜郑士建河北工业大学材料科学与工程学院天津300401 天津市材料层状复合与界面控制技术重点实验室天津300401

介绍晶界偏析理论并总结了三种经典平衡偏析理论模型,简述晶界偏析工程理论和晶界偏析对材料力学性能的影响、讨论晶界偏析与界面相的关系并详细阐述了“界面相”。根据原子尺度界面结构特征将界面相分为六类,介绍了由晶界热力学决定的... 详细信息

介绍晶界偏析理论并总结了三种经典平衡偏析理论模型,简述晶界偏析工程理论和晶界偏析对材料力学性能的影响、讨论晶界偏析与界面相的关系并详细阐述了“界面相”。根据原子尺度界面结构特征将界面相分为六类,介绍了由晶界热力学决定的界面相转变。界面相转变后在晶界处形成新结构,而新界面结构根据其不同性质既可能提高材料性能,也可能产生不利的影响。晶界处的Ⅵ型界面相(如非晶晶间膜)抑制裂纹形核和降低晶界损伤,而削弱晶界处原子键强度的Ⅱ型界面相和Ⅲ型界面相(如Ni合金晶界处成分为Bi的双原子层界面相)产生晶界脆化。同时,纳米晶金属材料的强度高但是热稳定性和塑性较差,一直是研究的热点。界面相使晶界能显著降低和钉扎晶界而优于晶界偏析,因此界面相能显著提高纳米晶金属材料的热稳定性。而非晶晶间膜(Ⅵ型界面相)作为位错的形核点和吸收体,可提高纳米材料的延展性。同时,非晶晶间膜能提高晶界抗剪切能力,抑制纳米晶金属材料的晶粒滑动和旋转,从而进一步提高纳米晶金属材料的强塑性。最后,总结了晶界偏析和界面相对材料性能的调控并展望了以后的发展。

关键词：评述材料科学基础学科晶界偏析界面相纳米晶金属材料热稳定性力学性能

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层剥离高岭土改性煤沥青的结构与热稳定性

精细化工 2018年第4期35卷 700-704页

作者：高丽雅韩双福马瑞辉陈韫廷张福强河北工业大学化工学院天津300130 天津市材料层状复合与界面控制技术重点实验室天津300130

在超声波作用下,以二甲基亚砜（DMSO）插层处理高岭土,通过熔融复合法改性煤沥青。采用XRD、FTIR、SEM、TEM、TG、DSC表征测试了插层高岭土的层间距、层间相互作用、层分散形态,以及改性煤沥青的热稳定性。结果表明,DMSO削弱了层间铝羟... 详细信息

在超声波作用下,以二甲基亚砜（DMSO）插层处理高岭土,通过熔融复合法改性煤沥青。采用XRD、FTIR、SEM、TEM、TG、DSC表征测试了插层高岭土的层间距、层间相互作用、层分散形态,以及改性煤沥青的热稳定性。结果表明,DMSO削弱了层间铝羟基与硅氧键间的氢键作用,插层高岭土的层间距由0.716 nm增加至1.124nm,插层率达到98.57%;熔融复合后,高岭土发生层剥离,（001）衍射峰消失,以薄片形态分散于煤沥青中。薄片形态的高岭土通过延缓空气传输速率的方式改善了煤沥青的热稳定性,当插层高岭土掺杂质量分数为6%时,插层高岭土改性煤沥青的最大失重速率所对应温度为650℃,对应的失重为78.04%,而最大失重速率处原煤沥青失重85.41%。原煤沥青失重50%时的温度为490℃,而改性煤沥青达到550℃。未掺杂高岭土时,煤沥青软化点为42.3℃,改性煤沥青软化点增加到45.4℃,继续增加高岭土质量分数,软化点上升幅度减小。

关键词：插层高岭土改性煤沥青层剥离层状结构热稳定性建筑用化学品

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沉淀强化高熵合金研究进展

材料导报 2022年第21期36卷 117-123页

作者：白曦方伟常若斌于浩洋闫皎辉殷福星河北工业大学材料科学与工程学院能源装备材料技术研究院天津市材料层状复合与界面控制技术重点实验室

高熵合金是一类由多种主要元素共同组成的新型金属材料，其具有独特的微观结构和可调性能，在国内外已获得广泛关注。沉淀强化被证明是提高高熵合金屈服强度的一种非常有效的手段，并且沉淀相和基体之间的共格界面对于实现强度和塑性的... 详细信息

高熵合金是一类由多种主要元素共同组成的新型金属材料，其具有独特的微观结构和可调性能，在国内外已获得广泛关注。沉淀强化被证明是提高高熵合金屈服强度的一种非常有效的手段，并且沉淀相和基体之间的共格界面对于实现强度和塑性的良好结合非常重要。合理控制沉淀相的类型、形状、大小和体积分数是提高合金强塑性的关键因素。研究证实，采用不同的轧制、退火和时效等热处理工艺可调控合金的基体微观组织、沉淀相特征。沉淀强化高熵合金虽然表现出优异的拉伸性能和热稳定性，但目前对其疲劳、蠕变和氧化行为及相关机理等尚不清晰。因此，应对材料进行综合评价以促进性能优越的高温器件的合理设计和制造。使用计算模拟的方式对沉淀相的元素分布、电子结构、成键状态等内在特性进行量化研究，对沉淀相的演化过程进行针对性的预测和控制，有助于合理设计合金成分体系。本文综述了沉淀强化高熵合金的相形成、力学性能、热稳定性和计算机建模等方面的研究进展，归纳总结了相关问题，对今后设计沉淀强化高熵合金具有一定的指导意义。

关键词：高熵合金沉淀强化沉淀行为性能计算模拟

Al−10Nb−3Ce−2.5B孕育剂对Zn−Al共析合金显微组织、阻尼和拉伸力学性能的影响

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第2期34卷 465-479页

作者：张建军殷福星余晖冀璞光刘力李玉芳焦志娴王清周河北工业大学材料科学与工程学院天津市材料层状复合与界面控制技术重点实验室天津300130 广东省科学院新材料研究所广州510651

制备一种新型Al−10Nb−3Ce−2.5B孕育剂,并系统研究其对锌铝共析(ZA22)合金显微组织、阻尼和拉伸力学性能的影响。结果表明,该孕育剂对ZA22合金中的α相具有显著的细化作用(α相最低可被细化至约16μm),并可使得α相的形貌从粗大枝晶状转... 详细信息

制备一种新型Al−10Nb−3Ce−2.5B孕育剂,并系统研究其对锌铝共析(ZA22)合金显微组织、阻尼和拉伸力学性能的影响。结果表明,该孕育剂对ZA22合金中的α相具有显著的细化作用(α相最低可被细化至约16μm),并可使得α相的形貌从粗大枝晶状转变为细小花瓣状。通过边−边匹配晶体学模型(E2EM)建立孕育剂中CeB_(6)和NbB_(2)颗粒与α相之间的位向关系(ORs),并基于该E2EM模型揭示孕育剂对ZA22合金的细化机理。与未细化ZA22合金相比,孕育细化ZA22合金的高温阻尼性能,特别是逆共析转变阻尼峰得到显著提升。此外,孕育细化ZA22合金的室温拉伸力学性能也得到了显著提高,具有最佳细化效果的ZA22合金的抗拉强度和伸长率分别比未细化ZA22合金的高18.56%和119.04%。对相关机理进行了讨论。

关键词： Zn−Al共析合金孕育剂显微组织细化阻尼拉伸力学性能