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金属颗粒增强镁基复合材料制备技术及性能的研究进展

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材料导报 2024年第17期38卷 151-164页

作者：肖璐刘婷婷陈先华郑开宏潘复生重庆大学材料科学与工程学院重庆400044 重庆电子工程职业学院智能制造与汽车学院重庆401331 西南大学材料与能源学院重庆400715 广东省科学院新材料研究所广州510650

镁基复合材料具有低的密度、优异的力学性能等特点,在汽车、电子、航空航天等领域有广阔的应用前景。本文综述了国内外金属颗粒增强镁基复合材料的研究进展,详细介绍了金属颗粒增强镁基复合材料常见制备方法的特点,分析了金属颗粒增强... 详细信息

镁基复合材料具有低的密度、优异的力学性能等特点,在汽车、电子、航空航天等领域有广阔的应用前景。本文综述了国内外金属颗粒增强镁基复合材料的研究进展,详细介绍了金属颗粒增强镁基复合材料常见制备方法的特点,分析了金属颗粒增强镁基复合材料的界面结构和主要强韧化机理。最后,对金属颗粒增强镁基复合材料制备材料及工艺的发展进行了展望。

关键词：金属颗粒镁基复合材料增强体强化机理界面结构

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“环境催化城市”：概念提出和研究展望

化学进展 2024年第04期36卷 466-470页

作者：马金珠楚碧武马庆鑫何广智刘倩王书肖贺克斌赵进才贺泓中国科学院生态环境研究中心中国科学院大学清华大学中国科学院化学研究所中国科学院城市环境研究所

大气污染是城市环境质量改善面临的重大挑战。城市化过程既是造成城市大气高度复合污染的重要原因，也为城市自净化大气污染物提供了可人为强化的条件。“环境催化城市”是指将城市中的建筑物内外、硬化地面等表面涂覆催化材料，在自然... 详细信息

大气污染是城市环境质量改善面临的重大挑战。城市化过程既是造成城市大气高度复合污染的重要原因，也为城市自净化大气污染物提供了可人为强化的条件。“环境催化城市”是指将城市中的建筑物内外、硬化地面等表面涂覆催化材料，在自然界的光、热等条件下实现环境中低浓度气态污染物自发催化净化的城市。构建“环境催化城市”对低碳控制大气复合污染，持续改善室内外环境空气质量，规划建设“自净城市”意义重大。本文提出了“环境催化城市”概念，并对如何完善和发展“环境催化城市”理论和实践进行了展望。

关键词：环境催化城市霾化学环境容量臭氧催化分解自净城市

3d过渡金属单原子掺杂石墨烯缺陷电催化还原CO_(2)的第一性原理研究

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无机材料学报 2024年第7期39卷 845-852,I0012-I0014页

作者：靳宇翔宋二红朱永福吉林大学材料科学与工程学院长春130025 中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050

将CO_(2)高效转化为有价值的化学品(如CO和HCOOH等)是缓解环境问题、实现碳中和的重要措施。然而CO_(2)还原反应(CO_(2)RR)有着产物多样和路径复杂的特点,再加上目前难以确定影响CO_(2)RR活性的真正因素,使得设计对特定产物有高选择性... 详细信息

将CO_(2)高效转化为有价值的化学品(如CO和HCOOH等)是缓解环境问题、实现碳中和的重要措施。然而CO_(2)还原反应(CO_(2)RR)有着产物多样和路径复杂的特点,再加上目前难以确定影响CO_(2)RR活性的真正因素,使得设计对特定产物有高选择性和高活性的催化剂十分具有挑战性。本研究从第一性原理出发,系统研究了3d过渡金属单原子掺杂石墨烯单个空位(TM@CSV)和双空位(TM@CDV)电催化还原CO_(2)的潜力,具体涵盖基底的稳定性、中间产物热力学吸附以及与之竞争的析氢反应(HER)。通过对Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu和Zn掺杂石墨烯缺陷后形成的20种催化剂进行筛选,发现Sc原子掺杂石墨烯单个空位的Sc@CSV和Sc、Ti原子掺杂石墨烯双空位的Sc@CDV和Ti@CDV同时具备吸附CO_(2)分子和抑制HER的能力。其中Sc@CDV对HCOOH表现出最佳的活性和选择性,速率决定步骤的吉布斯自由能差仅为0.96 eV。最后,通过电子结构分析进一步揭示了Sc@CDV优于其他催化剂的原因是Sc@CDV调整了费米能级附近的活性电子态,从而实现对CO_(2)的高效还原。

关键词：第一性原理单原子催化剂 CO_(2)还原反应 HCOOH 碳中和

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C/SiC-BN复合材料的制备及氧化行为

无机材料学报 2024年第7期39卷 779-786页

作者：姜灵毅庞生洋杨超张悦胡成龙汤素芳沈阳工业大学材料科学与工程学院沈阳110870 中国科学院金属研究所沈阳110016

C/SiC复合材料作为一种高温结构材料,在航空航天热防护领域具有广泛的应用前景。然而,该材料的中低温抗氧化性能相对较差,制约了其在更广泛领域的应用。本研究采用料浆抽滤工艺,通过调节料浆中陶瓷含量在纤维增强体中引入不同含量的抗... 详细信息

C/SiC复合材料作为一种高温结构材料,在航空航天热防护领域具有广泛的应用前景。然而,该材料的中低温抗氧化性能相对较差,制约了其在更广泛领域的应用。本研究采用料浆抽滤工艺,通过调节料浆中陶瓷含量在纤维增强体中引入不同含量的抗氧化组元BN,再通过反应熔体渗透法制备C/SiC-BN复合材料。系统研究了不同BN含量对复合材料结构组成及抗氧化行为的影响,并分析相关氧化机理。研究结果表明:引入BN颗粒显著降低了C/SiC的开口孔隙率,并明显提高了C/SiC的起始氧化温度。引入质量分数3%BN时,C/SiC-BN复合材料(B3样品)的抗氧化性能最优,其在900、1200和1500℃静态氧化1 h的质量损失率分别为0.009%、–0.301%、–0.596%,显著优于C/SiC。1500℃氧化后,B3样品的强度保持率最高,达到52%。900℃氧化时,C/SiC-BN复合材料主要经历C相和BN相的氧化,以O_(2)扩散反应控制的缓慢失重为主;1200℃氧化时,C相和BN相氧化速率加快,SiC发显著氧化,生成的B_(2)O_(3)、硼硅酸盐和SiO_(2)等氧化产物减缓了O_(2)的扩散速率,减小了基体碳的损伤;1500℃氧化时,SiC氧化速率加快,生成的SiO_(2)在复合材料表面形成的连续氧化膜阻碍了O_(2)的向内扩散。B_(2)O_(3)、CO等气体产物溢出及持续生成SiO_(2)主导了整个氧化过程。

关键词：料浆浸渍 C/SiC BN 微观结构氧化行为

基于含氧氢化钆薄膜的宽波段调制光致变色智能窗

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无机材料学报 2024年第4期39卷 441-448页

作者：李众少李明曹逊中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050 中国科学院大学材料科学与光电工程中心北京100049

光致变色窗户因结构简单、被动调光和零能耗输入而被认为是一种高效的节能智能窗,然而有关光致变色智能窗的研究很少涉及中红外(MIR)波段,这限制了节能效率。本研究通过在ITO衬底上生长稀土含氧氢化物(ReO_(x)H_(y))薄膜,实现了宽波段... 详细信息

光致变色窗户因结构简单、被动调光和零能耗输入而被认为是一种高效的节能智能窗,然而有关光致变色智能窗的研究很少涉及中红外(MIR)波段,这限制了节能效率。本研究通过在ITO衬底上生长稀土含氧氢化物(ReO_(x)H_(y))薄膜,实现了宽波段调制的能力。所开发的光致变色智能窗口能够通过感应光强度自动调节发射率,同时保持可见光和近红外(NIR)调制(ΔT_(sol)=35.1%,ΔT_(l um)=37%,Δ(ε8-13μm=0.12))。研究还通过优化制备气氛,实现了GdO_(x)H_(y)的一步制备并提高了稳定性,通过综合表征分析了光致变色机理。总之,这种跨越可见光-近红外-中红外的被动协同调制方法有望推动光致变色智能窗的发展。

关键词：光致变色稀土含氧氢化物智能窗动态辐射制冷

W/Cr共掺杂对CaBi_(2)Nb_(2)O_(9)陶瓷晶体结构及电学性能的影响

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无机材料学报 2024年第8期39卷 887-894页

作者：黄建锋梁瑞虹周志勇中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050 中国科学院大学材料科学与光电工程中心北京100049

铌酸铋钙(CaBi_(2)Nb_(2)O_(9),CBN)是一种典型的铋层状结构压电材料,具有高居里温度(约943℃)、高稳定性等特点,是600℃以上高温压电振动传感器的重要候选功能元件,但其压电系数和高温电阻率较低,严重制约了CBN在高温压电振动传感器领... 详细信息

铌酸铋钙(CaBi_(2)Nb_(2)O_(9),CBN)是一种典型的铋层状结构压电材料,具有高居里温度(约943℃)、高稳定性等特点,是600℃以上高温压电振动传感器的重要候选功能元件,但其压电系数和高温电阻率较低,严重制约了CBN在高温压电振动传感器领域的实际应用。为了提高CBN压电陶瓷的高温稳定性,采用固相法制备了W/Cr共掺杂的CaBi_(2)Nb_(1.975)W_(0.025)O_(9)-x%Cr_(2)O_(3)(CBNW-xCr,0研究了W/Cr元素共掺杂对晶体结构和电学性能的影响。结果表明:W/Cr元素共掺杂使压电陶瓷晶体结构由正交晶系向四方晶系转变,晶体结构畸变程度增强,并且压电性能和绝缘性能显著提高。当x=0.1时,CBNW-0.1Cr压电陶瓷的居里温度为931℃,压电系数为15.6 pC/N,600℃时电阻率达到106Ω·cm量级,介电损耗仅为0.029,该体系在高温压电领域有重要的潜在应用前景。

关键词：高温压电陶瓷晶体结构压电性能赝四方畸变

PEMFCs金属极板表面改性MAX相涂层的制备与应用研究进展

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表面技术 2024年第15期53卷 1-20,33页

作者：张家阅马冠水王开杭李淑钰李昊陈嫦颖王振玉汪爱英宁波大学材料科学与化学工程学院浙江宁波315211 中国科学院宁波材料技术与工程研究所中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室浙江宁波315201

金属双极板是质子交换膜燃料电池系统的关键组件,但在酸性环境中易腐蚀、导电性能退化、寿命短。Mn+1AXn(MAX)相涂层作为具备金属高导电性和陶瓷耐蚀抗氧化性的材料,在改性金属双极板涂层研究中备受关注。综述了金属双极板表面防护MAX... 详细信息

金属双极板是质子交换膜燃料电池系统的关键组件,但在酸性环境中易腐蚀、导电性能退化、寿命短。Mn+1AXn(MAX)相涂层作为具备金属高导电性和陶瓷耐蚀抗氧化性的材料,在改性金属双极板涂层研究中备受关注。综述了金属双极板表面防护MAX相涂层材料与应用技术的最新研究进展。MAX相涂层的制备方法多样,包括化学气相沉积、物理气相沉积、固相反应和喷涂制备等方法。针对不同的制备方法,详细描述了MAX相涂层的制备过程,并阐述了不同制备方法对MAX相涂层材料的表面形貌和微观结构间的影响变化。特别关注了MAX相涂层在质子交换膜燃料电池中的应用,并重点分析了以Ti-Al-C、Ti-Si-C和Cr-Al-C为代表的MAX相涂层。通过电化学腐蚀测试来测量涂层在酸性环境中的腐蚀速率,以及涂层腐蚀前后的界面接触电阻测试,对涂层导电耐蚀性能的变化等进行了详细阐述。同时,对MAX相涂层的导电耐蚀机制及表/界面服役损伤机理进行了深入分析。从涂层的元素组成、晶体结构和第一性原理等方面,揭示了涂层中元素分布和相互作用对导电性能的影响。此外,还分析了晶化程度、钝化膜成分差异和原子取向等因素对涂层耐蚀性能的影响。最后,围绕目前双极板表面MAX相涂层在实际应用中存在的问题进行了探讨,并提出了未来研究的重点方向。

关键词：质子交换膜燃料电池金属双极板 MAX相涂层导电性能耐腐蚀性能

Ti-DLC薄膜压阻性能及载流子输运行为研究

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无机材料学报 2024年第8期39卷 879-886,I0001,I0002页

作者：赵志翰郭鹏魏菁崔丽刘山泽张文龙陈仁德汪爱英宁波大学材料科学与化学工程学院宁波315211 中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋关键材料重点实验室宁波315201 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

围绕压阻传感器领域对高性能类金刚石(Diamond Like Carbon,DLC)薄膜压阻敏感材料的需求,针对金属掺杂DLC存在的载流子输运行为和实际多工况(如温度、湿度等)下压阻性能不明的问题,本工作以Ti-石墨复合拼接靶为靶材,采用高功率脉冲磁控... 详细信息

围绕压阻传感器领域对高性能类金刚石(Diamond Like Carbon,DLC)薄膜压阻敏感材料的需求,针对金属掺杂DLC存在的载流子输运行为和实际多工况(如温度、湿度等)下压阻性能不明的问题,本工作以Ti-石墨复合拼接靶为靶材,采用高功率脉冲磁控溅射技术,高通量制备出4种Ti含量(原子分数为0.43%~4.11%)的Ti掺杂类金刚石(Ti-DLC)薄膜,研究了Ti含量对薄膜组分结构、电学性能、变湿度环境下压阻性能的影响规律。结果表明:Ti含量(原子分数)在0.43%~4.11%范围内,掺杂Ti原子均以固溶形式均匀镶嵌于非晶碳网络中,Ti-DLC薄膜电学行为表现为典型半导体特性,在200~350 K温度范围内,薄膜电阻率均随温度升高而降低。载流子传导机制在200~270 K内为Mott型三维变程跳跃传导,在270~350 K范围内则为热激活传导。Ti-DLC薄膜压阻系数(Gauge Factor,GF)最大值为95.1,在20%~80%相对湿度范围内,所有样品GF均随湿度增加而增大,这可能是引入的固溶Ti原子缩短了导电相之间的平均距离,同时吸附表面水分子导致电阻变化。

关键词： Ti掺杂类金刚石薄膜电学性能可变湿度压阻行为

Ce^(3+)掺杂石榴石基荧光材料的光谱调控研究进展

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硅酸盐学报 2024年第3期52卷 1128-1148页

作者：田燕娜范金太姜本学陈杰周圣明中国科学院上海光学精密机械研究所中国科学院强激光材料重点实验室上海201800

Ce^(3+)掺杂石榴石基荧光材料凭借其良好的物化特性、高荧光转换效率、较短的荧光寿命、激发光谱与紫外/蓝光发光二极管发射谱的高效匹配等特点,被广泛用于照明、显示、医学成像等领域。得益于石榴石结构丰富的阳离子格位,通过多种类基... 详细信息

Ce^(3+)掺杂石榴石基荧光材料凭借其良好的物化特性、高荧光转换效率、较短的荧光寿命、激发光谱与紫外/蓝光发光二极管发射谱的高效匹配等特点,被广泛用于照明、显示、医学成像等领域。得益于石榴石结构丰富的阳离子格位,通过多种类基质化学组分取代可实现Ce^(3+)发射波长从460~610 nm范围内的连续可调,不仅大大拓宽了其潜在应用场景,也为Ce^(3+)发光理论的建立和完善提供了广泛的素材。然而随着近年来相关实验探索的大幅增加,种类较为庞杂的Ce^(3+)掺杂石榴石基荧光材料特性与发射波长调控理论常常出现无法解释甚至矛盾之处,成为阻碍Ce^(3+)掺杂石榴石基荧光材料发展的重要瓶颈之一。针对这一问题,本文简要介绍了基质化学组分取代调控Ce^(3+)发射波长的几种主要理论,综述了近年来Ce^(3+)掺杂石榴石基荧光材料的研究进展,并结合理论与实验,主要从[CeO_(8)]畸变因子角度出发,讨论了离子取代对Ce^(3+)发光性能的影响。

关键词：石榴石荧光材料铈氧十二面体热稳定性