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快充型锂离子电池电极材料与电解液结构调控及设计

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化学进展 2024年第1期36卷 132-144页

作者：玉笛声刘昌林林雪盛利志江丽丽北华大学材料科学与工程学院吉林132013 吉林化工学院材料科学与工程学院吉林132022

实现锂离子电池的快速充电是促进电动汽车普及、解决环境和能源问题的有效途径。然而,常规锂离子电池体系在快速充电条件下的缓慢动力学和安全风险的增加严重阻碍了该技术的实际应用。本文综述了快充型锂离子电池电极材料和电解液在结... 详细信息

实现锂离子电池的快速充电是促进电动汽车普及、解决环境和能源问题的有效途径。然而,常规锂离子电池体系在快速充电条件下的缓慢动力学和安全风险的增加严重阻碍了该技术的实际应用。本文综述了快充型锂离子电池电极材料和电解液在结构调控与设计方面的研究进展。首先,详细介绍了通过电极材料的结构调控来提高锂离子在电极材料中扩散速度的方法。然后,阐述了通过对锂离子溶剂化结构的调控来提高锂离子在电解液中的传输和相界面处转移速度的方法。最后,对快充型锂离子电池所面临的关键科学问题进行了总结以及对未来的研究方向进行了展望。

关键词：负极材料正极材料电解液快充锂离子电池

高强韧钢淬火-配分工艺中碳配分计算模型的研究进展

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材料导报 2024年第8期38卷 229-237页

作者：刘杨王刚王岭齐鹏远杨健王博全郑伟营口理工学院材料科学与工程学院辽宁营口115014

淬火-配分(QP)钢作为第三代先进高强钢,为汽车轻量化、能源使用效率提升及更早地实现“碳达峰、碳中和”的目标提供了重要保障。在淬火-配分(QP)工艺中,淬火过程形成初始组织(残余奥氏体+马氏体),配分过程则是保留和稳定残余奥氏体的关... 详细信息

淬火-配分(QP)钢作为第三代先进高强钢,为汽车轻量化、能源使用效率提升及更早地实现“碳达峰、碳中和”的目标提供了重要保障。在淬火-配分(QP)工艺中,淬火过程形成初始组织(残余奥氏体+马氏体),配分过程则是保留和稳定残余奥氏体的关键环节。QP钢配分时除了会发生碳配分,还常常伴有置换原子短程扩散、奥氏体/马氏体界面迁移、奥氏体/马氏体间相变、奥氏体/贝氏体间相变及碳化物析出等现象,使得对配分过程组织演化和碳浓度分布的研究变得十分困难。国内外学者以相关实验为基础,针对具体配分过程提出了许多计算模型,以达到对最终组织相组成的准确预测,并揭示配分过程中多现象同时发生的潜在机制。本文从以下两方面对QP钢碳配分过程的计算模型进行了综述:(1)基于热力学和动力学建立的计算模型,主要包括理想化的CCE模型、考虑界面移动性的QP-PE模型和QP-LE模型、考虑碳化物析出的CCEθ模型和QPT-LE模型、考虑贝氏体相变的耦合模型以及考虑多现象同时发生的耦合模型;(2)利用相场手段进行的相关计算模拟。最后,对今后碳配分过程的模拟计算研究前景做出展望。

关键词：先进钢淬火-配分碳配分强韧性计算模型

磺化聚乙烯醇/侧链交联型磺化聚芳醚酮复合质子交换膜的制备与性能

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复合材料学报 2024年第5期41卷 2465-2476页

作者：程海龙郑锐孙娇娇韩康辉李奥管丹丹栾立伟陶璐静吉林化工学院材料科学与工程学院吉林132022

磺化芳香类聚合物质子交换膜(PEM)为了达到较好的质子传导性能就必需具有较高的磺化度,然而较高的磺化度就会增加PEM的溶胀率、降低PEM的尺寸稳定性及增加PEM的甲醇渗透率等一系列问题。为此,通过直接缩聚的方法合成了含有羧基的聚芳醚... 详细信息

磺化芳香类聚合物质子交换膜(PEM)为了达到较好的质子传导性能就必需具有较高的磺化度,然而较高的磺化度就会增加PEM的溶胀率、降低PEM的尺寸稳定性及增加PEM的甲醇渗透率等一系列问题。为此,通过直接缩聚的方法合成了含有羧基的聚芳醚酮共聚物(PAEK-x),利用刚果红作为交联剂并引入磺酸基团,与磺化聚乙烯醇(SPVA)复合制备磺化聚乙烯醇/磺化聚芳醚酮交联复合膜(Cr-SPAEK-x),通过红外光谱对交联复合膜进行了表征。对膜的性能测试发现,该系列交联复合膜表现出了良好的热性能、力学性能、氧化稳定性和适度的吸水性。交联结构形成于PAEK-x的羧基与刚果红的氨基及SPVA的羟基之间,不消耗膜中的传导基团磺酸基,因此该系列交联复合膜表现出了较高的质子传导率,酚酞啉(PPL)摩尔含量为100mol%的磺化聚乙烯醇/磺化聚芳醚酮交联复合膜Cr-SPAEK-100在25℃和80℃分别达到了0.053 S·cm^(-1)和0.109 S·cm^(-1)。交联网络结构的形成,抑制了膜的水溶胀性,提高了膜的尺寸稳定性,即使是吸水率最高的Cr-SPAEK-100膜的溶胀率室温下也只有5.26%,同时由于致密的交联网络结构的形成及具有高阻醇性能的SPVA的引入,有效地降低了该系列交联复合膜的甲醇渗透系数,最高也只有3.92×10^(-7)cm^(2)·s^(-1),可见该系列交联复合膜有望在直接甲醇燃料电池中得到应用。

关键词：侧链交联型磺化聚芳醚酮磺化聚乙烯醇交联复合质子交换膜尺寸稳定性阻醇性能

生物可降解聚酯/生物陶瓷3D打印骨组织工程支架研究进展

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复合材料学报 2024年第4期41卷 1672-1693页

作者：刘嗣聪刘宏治殷亚然浙江理工大学材料科学与工程学院杭州310018 浙大宁波理工学院材料科学与工程学院宁波315100

移植骨植入物是目前治疗骨缺损的公认有效手段之一。生物可降解聚酯/生物陶瓷复合材料结合了生物可降解聚酯的良好力学性能、可降解性能和生物陶瓷的成骨活性,为骨植入物材料提供了新的选择。骨组织工程通过模拟骨骼微环境,加速骨缺损... 详细信息

移植骨植入物是目前治疗骨缺损的公认有效手段之一。生物可降解聚酯/生物陶瓷复合材料结合了生物可降解聚酯的良好力学性能、可降解性能和生物陶瓷的成骨活性,为骨植入物材料提供了新的选择。骨组织工程通过模拟骨骼微环境,加速骨缺损修复。将生物可降解聚酯/生物陶瓷复合材料制备成骨组织工程支架,能进一步加快骨修复进程。3D打印技术的引入能使生物可降解聚酯/生物陶瓷骨组织工程支架的制备过程精确、可重复且具备高自由度,展现出了良好的发展前景。本文阐述了骨组织工程支架应具备的各项性能,总结了近年来国内外学者对生物可降解聚酯/生物陶瓷骨组织工程支架上述性能的改善策略,并展望未来该研究领域的发展方向。

关键词：生物可降解聚酯生物陶瓷 3D打印骨组织工程支架骨修复

镍基单晶高温合金发展趋势：新型研究技术驱动合金化设计

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稀有金属材料与工程 2024年第8期53卷 2375-2389页

作者：崔壮刘满平曾迎马辉孙少纯赵国平江苏大学材料科学与工程学院西南交通大学材料科学与工程学院

镍基单晶高温合金成分复杂且任一元素合金化作用不同，传统的“经验-试错”及相图计算等合金化设计方法难以满足新型合金快速研发的需求。“材料基因组工程”可以快速获得材料成分-组织-工艺-性能之间的关系，极大提高了新型材料的研发... 详细信息

镍基单晶高温合金成分复杂且任一元素合金化作用不同，传统的“经验-试错”及相图计算等合金化设计方法难以满足新型合金快速研发的需求。“材料基因组工程”可以快速获得材料成分-组织-工艺-性能之间的关系，极大提高了新型材料的研发速率，降低生产成本。本文简述了镍基单晶高温合金的合金化设计发展趋势，包括高通量制备与表征技术、机器学习等新型研究技术在合金化设计中的应用，并阐述了原子探针层析技术定量研究合金微观组织中元素特征的能力，以期为镍基单晶高温合金的合金化设计提供思路。

关键词：单晶高温合金合金化高通量机器学习原子探针

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铝合金阳极氧化方法及成膜机理的研究进展

表面技术 2024年第9期53卷 1-10页

作者：薛合刘灿灿唐大兴王润窦文众梁军南京工业大学材料科学与工程学院南京211816 东莞理工学院材料科学与工程学院广东东莞523808

对铝合金阳极氧化的发展现状及趋势进行了总结和展望。首先,介绍了阳极氧化工艺的类型,并着重阐述了最常用的酸性阳极氧化以及碱性阳极氧化的特点。随后,概括了阳极氧化膜生长机理的研究进展,包括氧化膜的生长过程及提出的相关理论。此... 详细信息

对铝合金阳极氧化的发展现状及趋势进行了总结和展望。首先,介绍了阳极氧化工艺的类型,并着重阐述了最常用的酸性阳极氧化以及碱性阳极氧化的特点。随后,概括了阳极氧化膜生长机理的研究进展,包括氧化膜的生长过程及提出的相关理论。此外,对碱性阳极氧化的研究现状进行了归纳,并简要介绍了其与酸性阳极氧化在氧化膜结构特点及生长机理方面的异同。最后,针对当前阳极氧化技术存在的问题和面临的挑战,对其未来的发展趋势做了展望,并指出了阳极氧化技术的发展方向。

关键词：铝合金阳极氧化氧化膜生长机理

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轻质高强黄土陶粒的制备及性能研究

建筑材料学报 2024年第7期27卷 637-644页

作者：熊鑫吴智姜鹏程王健阳鑫湖南工学院材料科学与工程学院湖南衡阳421002

提出了一种以黄土为原材料,粉煤灰漂珠(简称漂珠)为成孔模板的陶粒制备新工艺.研究了漂珠粒径和掺量对多孔陶粒结构和性能的影响.结果表明:在陶粒生料制备阶段,通过调整漂珠的粒径和掺量即可达到对陶粒中孔隙结构进行构筑和调控的目的;... 详细信息

提出了一种以黄土为原材料,粉煤灰漂珠(简称漂珠)为成孔模板的陶粒制备新工艺.研究了漂珠粒径和掺量对多孔陶粒结构和性能的影响.结果表明:在陶粒生料制备阶段,通过调整漂珠的粒径和掺量即可达到对陶粒中孔隙结构进行构筑和调控的目的;本工艺制备的烧结黄土陶粒实现了低密度、高强度及低吸水率三者兼顾,各项性能指标远优于GB/T 17431.1—2010《轻集料及其试验方法第1部分:轻集料》中的相关规定.

关键词：高强陶粒孔结构设计粉煤灰漂珠黄土筒压强度

B_(4)C含量对(Ti_(0.25)Zr_(0.25)Hf_(0.25)Ta_(0.25))B_(2)-B_(4)C陶瓷力学性能及抗氧化性能的影响

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无机材料学报 2024年第6期39卷 697-706页

作者：刘国昂王海龙方成黄飞龙杨欢郑州大学材料科学与工程学院郑州450001

新型高熵硼化物陶瓷具有优异的高温稳定性、低热导率等优点,在高温热防护领域具有广阔的应用前景。本研究采用硼/碳热还原法结合热压烧结技术在1900℃下制备了(Ti_(0.25)Zr_(0.25)Hf_(0.25)Ta_(0.25))B_(2)-B_(4)C高熵硼化物陶瓷,并研究... 详细信息

新型高熵硼化物陶瓷具有优异的高温稳定性、低热导率等优点,在高温热防护领域具有广阔的应用前景。本研究采用硼/碳热还原法结合热压烧结技术在1900℃下制备了(Ti_(0.25)Zr_(0.25)Hf_(0.25)Ta_(0.25))B_(2)-B_(4)C高熵硼化物陶瓷,并研究了B_(4)C第二相含量对其力学及抗氧化性能的影响规律。结果表明,B_(4)C均匀分布在高熵基体中,有效改善了高熵陶瓷的相对密度和力学性能。当B_(4)C体积分数为20%时,复相陶瓷的抗弯强度、断裂韧性以及维氏硬度均达到最高,分别为(570.0±27.6)MPa、(5.58±0.36)MPa·m^(1/2)和(24.6±1.1)GPa。微观结构分析表明,B_(4)C能够钉扎晶界、细化晶粒,并能够引入裂纹偏转、分支等增韧机制,最终实现复相陶瓷的强化及韧化。此外,利用静态氧化实验,揭示了B_(4)C含量对复相陶瓷800~1400℃抗氧化性能的影响。当B_(4)C体积分数不小于20%时,其氧化生成的玻璃相B_(2)O_(3)能够均匀包裹(Zr,Hf)O_(2)、TiO_(x)及Ta_(2)O_(5)等高熵基体对应的氧化物,从而在陶瓷表面形成均匀致密的氧化层,抑制氧向基体内部扩散,降低氧化层厚度并提升复相陶瓷的抗氧化性能。本工作能够为高熵硼化物陶瓷的力学及抗氧化性能研究提供实验依据和数据支撑。

关键词：高熵硼化物陶瓷 B_(4)C 力学性能抗氧化性能

三维多孔铜及表面修饰铋协同构筑无枝晶锂金属电极

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高等学校化学学报 2024年第6期45卷 85-97页

作者：王帅孙雨涵高欣宋瑞赵铭钦卢垚鲍晓冰罗巧梅苟蕾樊小勇长安大学材料科学与工程学院西安710061

以化学镀制备的具有微米级三维(3D)多孔结构的3D多孔铜为基底,在其表面电沉积铋修饰层,构建了3D Cu@Bi;将其作为锂金属电极集流体.孔径约5μm的3D多孔结构具有高表面积,有利于降低局部电流密度,电流密度分布更均匀,其大容纳空间可缓解... 详细信息

以化学镀制备的具有微米级三维(3D)多孔结构的3D多孔铜为基底,在其表面电沉积铋修饰层,构建了3D Cu@Bi;将其作为锂金属电极集流体.孔径约5μm的3D多孔结构具有高表面积,有利于降低局部电流密度,电流密度分布更均匀,其大容纳空间可缓解体积变化和释放应力,抑制锂枝晶生长.Bi的亲锂性促进了界面动力学,降低了形核过电位,增强了锂沉积/剥离的可逆性.在3D多孔结构和铋修饰层的协同作用下,锂金属沉积容量>4 mA·h/cm^(2)时,电极表面仍保持平整、光滑;由其组装的半电池经过200次循环后,库仑效率(CE)可保持在98.5%以上;由其组装的对称电池在电流密度为0.5 mA/cm^(2),面容量为1 mA·h/cm^(2)时,可稳定循环1500 h以上,循环100次后电极表面仍光滑、无枝晶;以磷酸铁锂为正极组装的LFP||3D Cu@Bi@Li全电池在1.0C倍率下经过200次循环后,显示出132 mA·h/g的高容量和约87.2%的容量保持率.

关键词：锂电池锂金属电极三维多孔集流体铋修饰层无锂枝晶