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热电器件界面性能的研究现状

材料导报 2024年第6期38卷 85-97页

作者：长俊钢陈玉何静梁奇银雷晓波蔡芳共张勤勇西华大学材料科学与工程学院成都610036

近年来,基于塞贝克效应的热电技术不断取得进展,热电器件已在多个领域得以运用。然而热电器件的各连接界面存在诸多挑战。尤其是热电材料与电极的界面处在实际运用中面临电阻、热阻高,接头处易老化失效等问题。这使得热电器件的转化效... 详细信息

近年来,基于塞贝克效应的热电技术不断取得进展,热电器件已在多个领域得以运用。然而热电器件的各连接界面存在诸多挑战。尤其是热电材料与电极的界面处在实际运用中面临电阻、热阻高,接头处易老化失效等问题。这使得热电器件的转化效率远低于理论值,可靠性不足以支持其工业化运用,热电材料的器件化进程严重滞后于新型热电材料的开发进度。为此,本文重点归纳总结了热电器件中热电材料与电极连接界面的电传输、热传输、连接性能的评估指标及相关理论,并详细介绍了各指标的测定方法和一些常见的优化策略,以期扩展热电器件的界面研究,提升热电器件的综合性能,扩大热电器件的应用范围。

关键词：热电器件接触电阻界面热阻电极连接测量

镁合金电弧增材技术基本工艺及工艺因素影响综述

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材料导报 2024年第7期38卷 189-197页

作者：凌子涵王利卿张震赵占勇白培康中北大学材料科学与工程学院太原030051 太原科技大学材料科学与工程学院太原030024

轻量化结构件是航空航天和交通运输领域的永恒追求,结构件的轻量化主要通过结构设计和材料选择实现。因此,具有自由成型大型复杂形状构件特点的电弧增材技术受到持续关注。镁合金密度约为1.8g/cm^(3),是实际工程应用中最轻的金属结构材... 详细信息

轻量化结构件是航空航天和交通运输领域的永恒追求,结构件的轻量化主要通过结构设计和材料选择实现。因此,具有自由成型大型复杂形状构件特点的电弧增材技术受到持续关注。镁合金密度约为1.8g/cm^(3),是实际工程应用中最轻的金属结构材料之一。这两点使电弧增材镁合金大型复杂构件的生产研究受到重视。然而,电弧增材涉及电磁、传热、流体等复杂物理变化,同时镁合金又存在易氧化、易挥发等问题,这对电弧增材的工艺控制提出严峻考验。为此本文归纳总结了镁合金电弧增材技术基本工艺类别,分析了主要工艺参数对电弧增材制造镁合金成型质量、微观组织、力学性能的影响规律和深层机理,指出了镁合金电弧增材技术的现有问题,最后对镁合金电弧增材技术的未来研究方向提出了一些建议和展望。

关键词：镁合金电弧增材制造工艺因素成型质量微观组织力学性能

放电等离子体烧结制备纳米非晶Al_(2)O_(3)-La_(2)O_(3)-ZrO_(2)三元共晶氧化物

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硅酸盐学报 2024年第9期52卷 2942-2949页

作者：王江林李杰李玉李琳琳苏兴华赵鹏许西庆长安大学材料科学与工程学院西安710061

纳米非晶材料是由纳米非晶颗粒以及颗粒间非晶界面构成的新型材料,表现出很多独特性能,但其制备往往需要>1 GPa的高压来完成致密化。本工作采用溶胶凝胶法制备了较宽过冷液相区(844~914℃)、平均粒径为11.6 nm的Al_(2)O_(3)-La_(2)O_(3)... 详细信息

纳米非晶材料是由纳米非晶颗粒以及颗粒间非晶界面构成的新型材料,表现出很多独特性能,但其制备往往需要>1 GPa的高压来完成致密化。本工作采用溶胶凝胶法制备了较宽过冷液相区(844~914℃)、平均粒径为11.6 nm的Al_(2)O_(3)-La_(2)O_(3)-ZrO_(2)(ALZ)纳米非晶粉体,并通过放电等离子烧结在875~1000℃条件下制备ALZ材料。结果表明,在875、900、927℃和1000℃烧结体相对密度分别达87.6%、98.3%、96.6%和91.5%,其中,在900℃、50 MPa条件下烧结样品具有最大的相对密度和均匀的显微组织,在STEM-BF和HRTEM下观察到了纳米晶相从非晶相基质中析出现象,纳米压痕测试样品的平均纳米硬度和杨氏模量分别为12.0 GPa和159.9 GPa。上述各烧结体相对密度大小主要与ALZ纳米非晶粉末在各温度下结晶度变化,引起粉末黏性流动改变,从而影响致密化进程有关。875℃烧结中La_(0.28)Zr_(0.72)O_(1.86)结晶度较大阻碍了非晶粉末的黏性流动;而在875~900℃会发生La_(0.28)Zr_(0.72)O_(1.86)向结晶度较小La_(2)(Zr_(2)O_(7))的相变,这有利于黏性流动;927℃和1000℃烧结的样品结晶度进一步增大不利于黏性流动。

关键词：纳米非晶材料放电等离子体烧结过冷液相区氧化铝-氧化镧-氧化锆纳米压痕测试

温度和应变幅对亚稳奥氏体不锈钢S321低周疲劳行为的影响

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同济大学学报（自然科学版） 2024年第4期52卷 604-610页

作者：何国球黎若芸周志强廖逸平刘胤孚同济大学材料科学与工程学院上海201800

在室温和650℃的环境下对S321、S321H不锈钢进行了0.5%、0.7%、0.9%应变幅下的低周疲劳试验,并在室温下对S321和S321H开展了多个寿命点的疲劳加载历史试验,结合X射线衍射定量分析测算形变诱发马氏体的含量。结果表明:形变诱发马氏体的... 详细信息

在室温和650℃的环境下对S321、S321H不锈钢进行了0.5%、0.7%、0.9%应变幅下的低周疲劳试验,并在室温下对S321和S321H开展了多个寿命点的疲劳加载历史试验,结合X射线衍射定量分析测算形变诱发马氏体的含量。结果表明:形变诱发马氏体的生成会导致奥氏体钢持续循环硬化,室温下合金在初次硬化后继续二次硬化,而在650℃下没有形变诱发马氏体生成,合金在初次硬化后进入循环稳定阶段。循环过程中,碳含量越低,形变诱发马氏体含量越多,合金的循环硬化程度更高。两种温度下,两种材料的疲劳寿命在低应变幅下都相差不大,应变幅越大,两种材料的疲劳寿命相差越大,因此,可以考虑服役条件为低应变幅时使用S321不锈钢代替S321H不锈钢。

关键词：低周疲劳行为 S321不锈钢 S321H不锈钢形变诱发马氏体碳含量温度

三维多孔结构和亲锌性梯度协同构筑无枝晶锌电极

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化学学报 2024年第4期82卷 426-434页

作者：宋瑞赵铭钦王帅卢垚鲍晓冰罗巧梅苟蕾樊小勇李东林长安大学材料科学与工程学院西安710061

锌离子电池具有能量密度高、安全性好、价格低廉等优点,被认为是规模化储能的理想选择之一.然而,其锌负极在电化学循环过程中易产生枝晶、析氢和表面钝化等,造成电池库伦效率低、锌利用率低和循环寿命短等缺陷,限制了其规模化应用.本工... 详细信息

锌离子电池具有能量密度高、安全性好、价格低廉等优点,被认为是规模化储能的理想选择之一.然而,其锌负极在电化学循环过程中易产生枝晶、析氢和表面钝化等,造成电池库伦效率低、锌利用率低和循环寿命短等缺陷,限制了其规模化应用.本工作采用电沉积法在自制三维多孔铜内先沉积具有高亲锌性的PbSn合金层,再沉积Zn层,最后通过化学置换,在上层孔表面获得PbSn合金层,其在ZnSO_(4)电解液中形成较低亲锌性的PbSO_(4)层,最终形成由三维多孔内部到外部亲锌性逐渐降低的具有三维亲锌性梯度的锌电极3D Cu@PbSn@Zn@PbSn(3D Cu@PSZPS).三维多孔结构可提高电极比表面积,提供更均匀的电场分布,降低电流密度,提高锌沉积容量,抑制枝晶生长、析氢和钝化;内层孔PbSn合金具有高亲锌性,可诱导锌从内层孔沉积,抑制锌枝晶生长;Pb和Sn具有高析氢过电位,可抑制析氢,同时抑制由于析氢致使电极表面pH值升高而产生的钝化.因此该电极结构可获得优异的电化学性能,在电流密度5 mA•cm^(−2),面积容量1 mAh•cm^(−2)的条件下,可实现锌的稳定沉积/剥离900次以上,首圈成核过电位仅16.4 mV,首圈库伦效率高达99.66%;以此电极组装的对称电池可以稳定循环超过700 h;采用商业MnO_(2)与之匹配得到的MnO_(2)||3D Cu@PSZPS全电池在0.3 A•g^(−1)时具有238.7 mAh•g^(−1)的可逆比容量和300次循环后79.4%的容量保持率,在1.8 A•g^(−1)的电流密度下可稳定循环2000次以上.

关键词：水系锌离子电池负极协同策略三维多孔亲锌性梯度

磁控溅射镀铝AZ31镁合金等离子体电解氧化揭示的放电通道结构及其腐蚀行为

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第1期34卷 139-156页

作者：胡攀峰魏兵剑程昱琳程英亮湖南大学材料科学与工程学院长沙410082

在硅酸盐-六偏磷酸盐电解液中对覆盖薄磁控溅射铝层的AZ31镁合金进行等离子体电解氧化(PEO),以研究PEO机理并提高合金的耐腐蚀性。使用SEM和EDS检测涂层形貌并追踪涂层中Mg和Al元素的分布。新的涂层主要在靠近涂层/金属基体界面的放电... 详细信息

在硅酸盐-六偏磷酸盐电解液中对覆盖薄磁控溅射铝层的AZ31镁合金进行等离子体电解氧化(PEO),以研究PEO机理并提高合金的耐腐蚀性。使用SEM和EDS检测涂层形貌并追踪涂层中Mg和Al元素的分布。新的涂层主要在靠近涂层/金属基体界面的放电通道下部形成。在放电通道上部先前形成的氧化物大部分以固态形式保留在原先的位置,只有少部分熔融氧化物通过涂层的微孔流出,到达表层。阴离子可以通过涂层充满电解液的孔传输,自由地进入涂层的最深部位。在3.5%NaCl (质量分数)中进行开路电位、极化曲线和EIS测试。结果表明,致密的磁控溅射Al层可以显着提高AZ31镁合金的耐腐蚀性,其耐腐蚀性甚至优于PEO处理后的样品。

关键词： AZ31镁合金磁控溅射Al层等离子体电解氧化放电通道耐腐蚀性能

氮掺杂石墨碳负载Fe–Mn普鲁士蓝类似物衍生的FeMnO的制备及活化单过硫酸盐去除罗丹明B

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硅酸盐学报 2024年第5期52卷 1578-1588页

作者：郑佳红郑馨长安大学材料科学与工程学院西安710021

非均相催化剂活化单过硫酸盐(PMS)是一种有效的有机污染物降解技术,但硫酸根自由基(SO_(4)^(-)·)受限于较高的氧化还原电位难以得到有效激活。采用高温碳化法合成了过渡族双金属氧化物(Fe_(0.099)Mn_(0.901)O/Fe Mn_(2)O_(4))氮掺杂碳... 详细信息

非均相催化剂活化单过硫酸盐(PMS)是一种有效的有机污染物降解技术,但硫酸根自由基(SO_(4)^(-)·)受限于较高的氧化还原电位难以得到有效激活。采用高温碳化法合成了过渡族双金属氧化物(Fe_(0.099)Mn_(0.901)O/Fe Mn_(2)O_(4))氮掺杂碳纳米片催化剂,在PMS活化体系中,FeMnO@C在10 min内对罗丹明B(RhB)的降解效率达到95.5%。FeMnO@C催化剂表面Mn、Fe离子之间的氧化还原循环过程同PMS自分解后产生的一系列自由基,使得FeMnO@C保持优异的催化降解性能。捕获实验表明1O2是主要贡献自由基。此外,FeMnO@C催化剂磁性可回收具有良好的循环稳定性,在连续5次循环后仍保持84.7%的Rh B去除率。

关键词：铁、锰普鲁士蓝类似物氮掺杂碳材料高级氧化技术

模板法构筑三维钛酸钡/聚乙烯醇-氮化硼柔性电介质材料的介电储能特性

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高电压技术 2024年第6期50卷 2382-2389页

作者：杨永志姜芃晁巾翔李雨凡李永明李玉超聊城大学材料科学与工程学院聊城252059

为研究三维钛酸钡(3DBT)网络结构和BN含量对复合体系介电储能特性的影响规律,以无尘纸为模板,溶胶凝胶法制备3DBT陶瓷网络;然后将含有不同比例氮化硼(BN)纳米片/聚乙烯醇溶液(PVA-BN)反向引入到3DBT网络中,制得了3DBT/PVA-BN复合电介质... 详细信息

为研究三维钛酸钡(3DBT)网络结构和BN含量对复合体系介电储能特性的影响规律,以无尘纸为模板,溶胶凝胶法制备3DBT陶瓷网络;然后将含有不同比例氮化硼(BN)纳米片/聚乙烯醇溶液(PVA-BN)反向引入到3DBT网络中,制得了3DBT/PVA-BN复合电介质材料。研究表明,反向引入PVA溶液能够实现其对3DBT的有效包埋,赋予3DBT良好的柔韧性。当PVA达到饱和时,3DBT网络的质量分数约为27%(体积分数6.9%)。其中,3DBT/PVA-0.50%BN复合电介质材料表现出综合的介电储能特性,其介电常数和储能密度为18.1(1kHz)和1.24J/cm~3(90k V/mm下),分别是传统方法制备27%nano-BT/PVA复合材料的1.74和3.54倍。此外,获得的3DBT/PVA-BN介电材料具有更好的热稳定性,表现出良好的应用前景。

关键词：介电常数储能密度三维钛酸钡氮化硼复合材料

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等离子体渗氮气压对合金钢渗氮层微观结构和性能的影响

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表面技术 2024年第7期53卷 200-207页

作者：王怡萱安徽工业大学材料科学与工程学院安徽马鞍山243002

目的选择M50NiL钢(高合金钢)和AISI 4140钢(低合金钢)2种合金钢,研究渗氮气压对合金钢等离子体渗氮层组织结构、渗层厚度、硬度、韧性和摩擦磨损性能的影响规律。方法根据离子渗氮GB/T 30883—2017,在0~500 Pa渗氮气压范围内选择170、25... 详细信息

目的选择M50NiL钢(高合金钢)和AISI 4140钢(低合金钢)2种合金钢,研究渗氮气压对合金钢等离子体渗氮层组织结构、渗层厚度、硬度、韧性和摩擦磨损性能的影响规律。方法根据离子渗氮GB/T 30883—2017,在0~500 Pa渗氮气压范围内选择170、250、350 Pa 3个渗氮气压进行等离子体渗氮,研究渗层微观结构和性能。结果对于M50NiL和AISI 4140两种合金钢,350 Pa时渗层厚度均最大,170 Pa次之,250 Pa厚度最小。M50NiL钢在350 Pa渗氮和AISI 4140钢在170 Pa渗氮时,表面层具有最优的强韧性。摩擦磨损性能显示,170 Pa和350 Pa气压渗氮的摩擦磨损性能明显优于250 Pa气压渗氮,其中磨损率规律与渗氮层的韧性值测试结果吻合。结论气压影响了氮离子的能量和分布,从而影响了渗层厚度,钢中的合金元素含量和气压共同影响表面强韧化效果,并且表面强韧化效果直接影响渗氮层的摩擦磨损性能。

关键词：气压等离子体渗氮硬度摩擦磨损合金钢