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单壁碳纳米管在单金属层状双氢氧化物上的手性选择性生长

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科学通报 2024年第16期69卷 2288-2297页

作者：李雅涵郝树兰徐宁宁高 秦潇藩郗心砚何宁何茂帅青岛科技大学化学与分子工程学院青岛266042 青岛科技大学中德工程学院青岛266042

制备具有窄手性分布的单壁碳纳米管(single-walled carbon nanotubes,SWNTs)粉体是实现其潜在应用的基础和前提.本文设计并开发了分别含有单金属钴(Co)和镍(Ni)的层状双氢氧化物(layered double hydroxides,LDHs)催化剂前驱体,利用一氧... 详细信息

制备具有窄手性分布的单壁碳纳米管(single-walled carbon nanotubes,SWNTs)粉体是实现其潜在应用的基础和前提.本文设计并开发了分别含有单金属钴(Co)和镍(Ni)的层状双氢氧化物(layered double hydroxides,LDHs)催化剂前驱体,利用一氧化碳作为碳源,系统研究了碳纳米管在不同温度下的化学气相沉积合成.在反应气氛下,煅烧后的Co/Mg/Al LDHs催化剂在600℃即可活化,进而选择性生长出小直径、富集(6,5)手性的SWNTs产物.而煅烧后的Ni/Mg/Al LDHs催化剂在600℃的低温下无法活化生长出SWNTs.尽管进一步提升反应温度至700℃能够活化催化剂,但是由于还原形成的Ni纳米粒子在较高反应温度下容易团聚,所得到的SWNTs的手性分布相对较宽.这项工作不仅实现了窄手性分布SWNTs在单金属LDHs上的催化生长,同时还有助于加深对催化剂活化及SWNTs生长机制的理解.

关键词：单壁碳纳米管手性选择性生长层状双氢氧化物一氧化碳化学气相沉积

燃料还原法原位制备高稳定性/催化活性SOFC钴基钙钛矿阳极

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无机材料学报 2024年第8期39卷 911-919,I0008,I0009页

作者：潘建隆马官军宋乐美郇宇魏涛济南大学材料科学与工程学院济南250022

受固体氧化物燃料电池(SOFCs)原位还原脱溶纳米金属阳极技术的启发,本工作采用煅烧后的Sr2V0.1Co0.9MoO6前驱体(包含其他相的钙钛矿)在空气气氛下与电解质共烧制备出单电池,避免了为防止阳极氧化而需在还原/惰性气氛下制备电池的苛刻条... 详细信息

受固体氧化物燃料电池(SOFCs)原位还原脱溶纳米金属阳极技术的启发,本工作采用煅烧后的Sr2V0.1Co0.9MoO6前驱体(包含其他相的钙钛矿)在空气气氛下与电解质共烧制备出单电池,避免了为防止阳极氧化而需在还原/惰性气氛下制备电池的苛刻条件。制备电解质片上的阳极前驱体仅需在燃料侧原位还原4 h,便可形成纯相Sr2V0.1Co0.9MoO6(R-SVCMO)阳极。结果表明,R-SVCMO在活化能显著降低的同时电导率由2.7 S·cm^(-1)提高至21.6 S·cm^(-1)。当R-SVCMO为阳极的单电池分别以H2和湿CH4为燃料气时,在850℃的最大功率密度(Pmax)分别达到862和514 mW·cm^(-2),显示出优秀的催化性能。还原前后阳极在100~850℃的平均热膨胀系数(TEC)分别为1.15×10^(-5)和1.23×10^(-5) K^(-1),均与传统SOFC电解质相近。因此,还原过程不会导致阳极层体积产生变化,可以显著提高电池结构稳定性(退化率仅为0.13%)。加之R-SVCMO是在燃料气氛下合成的,其作为阳极表现出极高的长期稳定性和催化活性。R-SVCMO对湿CH4的催化效率达到60%,并能够稳定运行1450 h,相应的单电池可在0.7 V稳定运行450 h。综上所述,本研究采用燃料原位还原法制备了具有优异电化学性能和结构稳定性的单电池。

关键词：固体氧化物燃料电池燃料还原制备技术高稳定性阳极甲烷燃料

绣球花状ZnIn_(2)S_(4)/CoWO_(4)S型异质结的构建及可见光催化产氢性能

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高等学校化学学报 2024年第5期45卷 81-91页

作者：赵玉彤王仕凯赵福萍陈志合赵丽杰张大凤葛博蒲锡鹏聊城大学材料科学与工程学院聊城252059

通过合理设计异质结结构来加速光催化产氢反应在高效光催化材料的开发中发挥着不可或缺的作用.ZnIn_(2)S_(4)(ZIS)由于其优异的光电性能和较负的导带位置,在光催化产氢领域受到了广泛关注,但其仍存在严重的光生载流子复合和团聚问题.为... 详细信息

通过合理设计异质结结构来加速光催化产氢反应在高效光催化材料的开发中发挥着不可或缺的作用.ZnIn_(2)S_(4)(ZIS)由于其优异的光电性能和较负的导带位置,在光催化产氢领域受到了广泛关注,但其仍存在严重的光生载流子复合和团聚问题.为此,首先通过理论计算预测了ZnIn_(2)S_(4)/CoWO_(4)(ZIS/CWO)S型异质结的能带结构及电子转移路径,并通过电子局域函数和电荷密度差分确定了异质结界面处的电子交换.随后,采用超声-搅拌-煅烧法将CWO纳米颗粒分散并负载到ZIS花球表面,获得了绣球花状ZIS/CWOS型异质结光催化剂.由于ZIS与CWO之间紧密的界面以及形成的内部电场,致使ZIS/CWOS型异质结的光生电子-空穴对得到了有效分离,进而提高了光催化产氢效率.同时,实验结果确定了S型异质结的形成和载流子的传输路径,揭示了光催化反应机理.

关键词：光催化产氢 S型异质结 ZnIn_(2)S_(4) CoWO_(4) 理论计算

AP2铝硅合金超疏水表面的制备和耐腐蚀性研究

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表面技术 2024年第8期53卷 191-201,219页

作者：焦一帆王守仁王高琦张明远济南大学机械工程学院济南250022

目的针对AP2铝硅合金中相组织结构种类较为丰富的特点,通过化学刻蚀的方法,构建出层次丰富、耐腐蚀性强的超疏水表面结构。方法由于在不同刻蚀溶液中,所构建出的表面润湿性存在较大差距。因此采用正交设计的方法设计试验,找到最适宜的... 详细信息

目的针对AP2铝硅合金中相组织结构种类较为丰富的特点,通过化学刻蚀的方法,构建出层次丰富、耐腐蚀性强的超疏水表面结构。方法由于在不同刻蚀溶液中,所构建出的表面润湿性存在较大差距。因此采用正交设计的方法设计试验,找到最适宜的刻蚀浓度和反应时间。由于AP2铝硅合金中含量最多的Al与Si元素之间的固溶度低,NaOH溶液可以对主体α-Al相进行刻蚀,HCl溶液可以腐蚀Al、Cu、Mg、Si等元素形成的金属间相(IMPs)和共晶硅相,采用先碱后酸的刻蚀方法相比使用单一的刻蚀溶液推测能形成更丰富的触突结构。结果在0.25 mol/L NaOH溶液和9 mol/L HCl溶液中分别刻蚀60 s,在2%(质量分数)十七氟癸基三甲氧基硅烷(FAS-17)溶液表面改性的条件下,成功构建出了表面接触角为157°,滚动角为5.64°的超疏水表面。表面腐蚀电位由抛光后的−1.282 V提高到了超疏水表面制备完成后的–1.228 V,腐蚀速率由抛光后的1.07×10^(–4)A/cm^(2)降低到7.44×10^(–5)A/cm^(2),耐腐蚀性显著提高。结论制备的超疏水表面的耐腐蚀性有显著提高,为亚共晶铝硅合金材料在超疏水方向的应用提供了一定的参考。

关键词：铝硅合金先碱后酸超疏水化学刻蚀耐腐蚀

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磁热耦合下的比例电磁铁热稳健性再设计

华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第6期52卷 89-98页

作者：刘宸宇王安麟李晓田刘家铭李晓祥同济大学机械与能源工程学院上海201804

针对工程机械比例阀用电磁铁的耐久性问题,为提高在随机载荷条件下抵抗热失效的能力,综合多物理场耦合理论与稳健性优化理论,提出了比例电磁铁的参数化再设计模型。以一种具有盆式吸合结构的比例电磁铁为研究对象,通过稳态电磁测试和温... 详细信息

针对工程机械比例阀用电磁铁的耐久性问题,为提高在随机载荷条件下抵抗热失效的能力,综合多物理场耦合理论与稳健性优化理论,提出了比例电磁铁的参数化再设计模型。以一种具有盆式吸合结构的比例电磁铁为研究对象,通过稳态电磁测试和温度分布测试,验证了所提出的参数化模型的有效性,并在保证电磁算力精度的前提下,标定了系统中量值模糊的导磁、传热等参数;以电磁铁和线圈主要结构参数为控制因子,以生产工艺条件不确定性导致的线圈漆包铜导线线径随机误差为噪声因子,基于田口方法设计正交试验,定义了多因素加权的比例电磁铁热稳健性再设计评价函数;以挖掘机现场试验获得的比例电磁铁热负载作为响应计算热源,在不导致线圈绝缘破损失效的许用温升约束下,进行关键结构参数在噪声扰动下系统响应变异最小的再设计。研究结果表明:线圈长度和匝数是影响电磁铁热稳健性的主要因素,由绕线工艺决定的线圈窗口形态决定了系统的导磁、传热能力。文中提出的比例电磁铁热稳健性再设计方法对于磁热耦合下的机电产品定制化设计具有工程化参考价值。

关键词：比例电磁铁线圈多物理场耦合热稳健性再设计田口方法

不同冷却条件下钛铝合金切削加工材料去除机理和加工表面完整性

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航空学报 2024年第13期45卷 210-228页

作者：王相宇王锦辉仇文豪牛金涛付秀丽乔阳济南大学机械工程学院济南250022

钛铝合金具有密度小、强度高、抗高温蠕变与抗氧化能力强等优势,在航天航空工业的应用前景广阔。但由于材料导热性能差、加工硬化严重、低温脆性,在切削加工中切削温度高,导致切削加工效率低、刀具寿命低和表面完整性差,限制了材料的应... 详细信息

钛铝合金具有密度小、强度高、抗高温蠕变与抗氧化能力强等优势,在航天航空工业的应用前景广阔。但由于材料导热性能差、加工硬化严重、低温脆性,在切削加工中切削温度高,导致切削加工效率低、刀具寿命低和表面完整性差,限制了材料的应用推广。针对钛铝合金切削温度高的问题,基于其力学性能对温度敏感的特性,在钛铝合金Ti-48Al-2Cr-2Nb材料力学性能、材料去除机理和切削加工表面完整性等方面开展了研究工作。通过霍普金森冲击剪切试验研究了材料在不同温度下的动态失效行为和断裂机理;通过有限元仿真和试验研究了不同冷却条件和切削参数下直角车削的切屑形貌及其形态演化,分析了材料去除机理;对材料进行了3种冷却条件下的端面车削试验,分析了表面粗糙度的变化规律;结合材料的断裂机理和片层组织断裂形式,揭示了微凹坑与微裂纹等表面缺陷的形成原因;结合切削力与切削温度分析了加工硬化程度与硬化层深度,揭示了硬度的变化原因。

关键词：冷却条件切削温度钛铝合金表面完整性材料去除机理

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超声滚压表面复合强化研究综述

表面技术 2024年第10期53卷 41-55,109页

作者：梁浩潘永智孙玉涵张艺嘉潘延安付秀丽济南大学机械工程学院济南250022

超声滚压技术通过位错的湮灭和产生将晶粒细化至纳米级,提高了材料硬度和耐磨损等性能。探讨了如何进一步提升材料的使役性能,通过将超声滚压与其他处理技术相结合形成复合加工工艺,克服单一超声滚压处理工艺的局限性,如超过塑性变形的... 详细信息

超声滚压技术通过位错的湮灭和产生将晶粒细化至纳米级,提高了材料硬度和耐磨损等性能。探讨了如何进一步提升材料的使役性能,通过将超声滚压与其他处理技术相结合形成复合加工工艺,克服单一超声滚压处理工艺的局限性,如超过塑性变形的极限或过度强化带来的起皱、开裂和压溃等。超声滚压表面复合强化技术作为特种复合加工工艺,在零件高性能表面制造中具有明显优势。根据超声滚压在复合工艺中的位置顺序,分别介绍了超声滚压前端强化、同步强化和后续强化3种加工类型。超声滚压前端复合加工技术主要包括超声滚压复合物理气相沉积技术和超声滚压复合离子注入技术等。在超声滚压同步强化方面,讨论了声电耦合和温度场辅助超声滚压对变形层厚度和摩擦磨损性能的影响。在超声滚压后续强化方面,介绍了涂层复合超声滚压技术,讨论了它对涂层裂纹、孔隙以及表面粗糙度的影响。此外,分析了超声滚压对复合强化过程中材料微观组织演化和塑性变形的作用机制,总结了这些技术在改善表面强化效果和满足复杂服役要求方面的研究现状。最后,展望了超声滚压复合强化技术的应用前景和发展方向,强调了它在提高材料使役性能方面的研究价值和目标。

关键词：超声滚压复合强化微观组织演化表面强化

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铜合金表面激光制备Ni60-WC-Cu涂层的显微组织与摩擦磨损性能

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中国有色金属学报 2024年第4期34卷 1252-1267页

作者：张振宇王守仁王高琦段旭楠赵鹏杨海宁济南大学机械工程学院济南250022

激光熔覆涂层是解决铜合金零件因摩擦磨损导致失效的一种方法,但铜合金由于其对激光能量的高反射性、高导热性,使得在铜合金表面进行激光制备涂层成为一个难题。本文在白铜基体表面制备了不同WC含量的Ni60-WC-Cu复合涂层,对涂层相结构... 详细信息

激光熔覆涂层是解决铜合金零件因摩擦磨损导致失效的一种方法,但铜合金由于其对激光能量的高反射性、高导热性,使得在铜合金表面进行激光制备涂层成为一个难题。本文在白铜基体表面制备了不同WC含量的Ni60-WC-Cu复合涂层,对涂层相结构、微观形貌和显微硬度进行分析,并通过摩擦磨损试验,研究了涂层的耐磨性及磨损机理。结果表明:涂层中的相主要为NiW,其峰值随着WC含量的增加而增大;WC含量在20%与25%时观察到熔覆区出现大量的胞晶、枝晶组织,涂层顶部出现团聚状硬质相;涂层硬度均高于基体,WC含量为25%涂层的平均硬度为908.4HV;涂层耐磨性优于铜合金基体,随着WC含量增加,涂层耐磨性逐渐提高并均优于基体,氧化磨损、疲劳磨损和磨粒磨损;WC含量为25%时,涂层表现出最好的耐腐蚀性能;WC含量为20%时,表现出良好的导电率。

关键词：激光熔覆铜合金复合涂层显微组织摩擦磨损

高频动态压电式压力传感器结构设计与实验研究

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西安交通大学学报 2024年第6期58卷 203-214页

作者：王桂从孟令源李映君刘源蔡思康济南大学机械工程学院济南250022

针对激波压力信号快速测量需求的提升,提出了一种基于压电效应的高频动态激波压力传感器结构形式及测量原理。通过分析激波信号的时频特性,确定高频动态压电式压力传感器的性能需求;采用高频动态压电式压力传感器的测量原理,对提出的激... 详细信息

针对激波压力信号快速测量需求的提升,提出了一种基于压电效应的高频动态激波压力传感器结构形式及测量原理。通过分析激波信号的时频特性,确定高频动态压电式压力传感器的性能需求;采用高频动态压电式压力传感器的测量原理,对提出的激波压力测量进行了分析;基于变形协调一致原则,建立了静力学和动力学模型,分析传感器结构参数对灵敏度和固有频率的影响规律;将优化后的传感器三维模型导入ANSYS中进行静力学、动力学和压电耦合分析,验证了传感器结构及其测量原理的可行性。通过准静态标定和动态标定实验,得到传感器的电压灵敏度、非线性度和固有频率等测量性能指标,实验结果表明:研制的高频动态压电式激波压力传感器样机具有高灵敏度3.19 mV/kPa、高固有频率特性95.625 Hz和短上升时间10.45μs特性,能够满足实际测试需求。

关键词：力学模型压力传感器激波标定实验压电陶瓷