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结构稳定的高比容量高熵型层状氧化物钠离子电池正极材料研究

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常熟理工学院学报 2024年第5期38卷 19-22页

作者：陈雨豪李晓季红梅常熟理工学院材料工程学院江苏常熟215500 常熟理工学院江苏省新型功能材料重点建设实验室江苏常熟215500

依据不同金属离子在钠离子电池层状氧化物储电过程中的作用特点,选择了Ni、Mn、Fe、Cu、Ti 3个过渡金属元素以一定的组成比例采用球磨和高温固相烧结结合的方法制备了新型无Co高熵层状氧化物正极材料NaNi_(0.3)Cu_(0.1)Fe_(0.1)Mn_(0.44... 详细信息

依据不同金属离子在钠离子电池层状氧化物储电过程中的作用特点,选择了Ni、Mn、Fe、Cu、Ti 3个过渡金属元素以一定的组成比例采用球磨和高温固相烧结结合的方法制备了新型无Co高熵层状氧化物正极材料NaNi_(0.3)Cu_(0.1)Fe_(0.1)Mn_(0.44)Ti_(0.06)O_(2).合理的元素组合和组成使得具有高熵特征的材料在充放电过程中生成的Na-空位规则度较低,相转移可逆性高,从而表现出理想的储电性能.其在较高的电流密度(1 C)下,依然能提供较多的钠离子储存位点,且结构稳定性较高,放电比容量为123.6 mAh/g.循环200圈后,比容量依旧保持在104.6 mAh/g,保持率为84.6%.

关键词：钠离子电池电极材料层状氧化物

氮掺杂三维硬碳材料的设计合成及其储锂性能研究

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常熟理工学院学报 2024年第5期38卷 15-18页

作者：吕玮阳毛旭东唐钰婷张恒王程杰陈纪然陶石常熟理工学院电子信息工程学院江苏常熟215500 常熟理工学院江苏省新型功能材料重点建设实验室江苏常熟215500

硬碳(HCs)在下一代高密度锂离子电池(Lithium-Ion Batteries,LIBs)候选负极中得到广泛的关注.然而,电压滞后、低速率容量和较大的初始不可逆容量严重影响了其广泛应用.本文提出了熔融盐法制备基于三维框架和分层多孔结构氮原子(N)掺杂H... 详细信息

硬碳(HCs)在下一代高密度锂离子电池(Lithium-Ion Batteries,LIBs)候选负极中得到广泛的关注.然而,电压滞后、低速率容量和较大的初始不可逆容量严重影响了其广泛应用.本文提出了熔融盐法制备基于三维框架和分层多孔结构氮原子(N)掺杂HC负极(NHC),在10.0 A/g下具有315 mAh/g的优良倍率性能,在3 A/g下进行1000次循环后,具有90.3%的长期循环稳定性.此外,所构建的软包全电池提供了483.8 Wh/kg的高能量密度和快速充电能力.本研究的通用策略为合理设计先进碳质材料开辟了新途径.

关键词：硬碳氮掺杂负极锂离子电池

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机器学习辅助的WC-Co硬质合金硬度预测

物理学报 2024年第12期73卷 300-310页

作者：宋睿刘雪梅王海滨吕皓宋晓艳北京工业大学材料科学与工程学院新型功能材料教育部重点实验室北京100124

硬度是硬质合金材料的一项典型代表性能,受多种因素的影响且各因素间常存在关联关系.本文旨在获得WC-Co硬质合金硬度的关键影响因素并实现硬度的高通量预测.建立了以硬质合金硬度为目标变量,以原料成分、烧结工艺和烧结体表征信息为特... 详细信息

硬度是硬质合金材料的一项典型代表性能,受多种因素的影响且各因素间常存在关联关系.本文旨在获得WC-Co硬质合金硬度的关键影响因素并实现硬度的高通量预测.建立了以硬质合金硬度为目标变量,以原料成分、烧结工艺和烧结体表征信息为特征的数据集;通过对特征的皮尔逊相关系数和SHAP分析,发现WC晶粒尺寸和Co含量对硬质合金硬度的影响最为显著.基于机器学习的支持向量机、多项式回归、梯度提升决策树、随机森林等算法,分别构建了硬质合金硬度预测模型.采用10折交叉验证方法对模型进行定量评估,结果表明梯度提升决策树算法模型具有最高的精度和较强的泛化能力,是最适合硬质合金硬度预测的机器学习方法.基于优选模型的高通量预测数据,采用多项式回归算法确定了硬质合金硬度与Co含量和WC晶粒尺寸之间的定量关系,预测准确率达到0.946.本研究为硬质合金性能的准确高效预测提供了数据驱动方法,可为高性能硬质合金材料的设计研发提供重要参考.

关键词：硬质合金硬度机器学习高通量预测

自蔓延法制备富锂型正极材料及其储锂性能研究

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常熟理工学院学报 2024年第5期38卷 28-33页

作者：杨玉波杨延朴杨集舜苗晓伟杨刚苏州大学材料与化学化工学部江苏苏州215006 常熟理工学院江苏省新型功能材料重点建设实验室江苏常熟215500

基于高比容量、高电压区间和长循环等优异性能,富锂型正极材料在锂离子电池领域的应用受到广泛关注.本文通过自蔓延燃烧法制备富锂正极材料xLi_(2)MnO_(3)·(1-x)Li Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)(x=0.4、0.5、0.6),并探讨了x值、烧结... 详细信息

基于高比容量、高电压区间和长循环等优异性能,富锂型正极材料在锂离子电池领域的应用受到广泛关注.本文通过自蔓延燃烧法制备富锂正极材料xLi_(2)MnO_(3)·(1-x)Li Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)(x=0.4、0.5、0.6),并探讨了x值、烧结温度对于材料的形貌和电化学性能的影响.利用X射线衍射(X-Ray Diffraction,XRD)、扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、比表面及粒径分析等方法对材料的物相结构和微观形貌进行了表征,并探讨了材料对其电化学性能的影响.样品均为纯相的层状结构,所得材料的粒径尺寸约为200 nm.自蔓延燃烧法制备的富锂正极材料具有较好的电化学性能,0.6Li_(2)MnO_(3)·0.4LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)的首圈放电比容量为255 mAh/g.在2.3~4.8 V、0.1 C的充放电条件下,经过100圈充放电后,其容量保持率达84%.

关键词：自蔓延法层状正极材料锂离子电池

基于搅拌摩擦加工技术的镁基复合材料研究进展

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机械工程学报 2024年第8期60卷 48-64页

作者：蹇文轩丛孟启雷卫宁江苏理工学院江苏省先进材料设计与增材制造重点实验室常州213001 江苏理工学院机械工程学院常州213001 江苏理工学院材料工程学院常州213001

镁与镁合金具有密度较小、比强度高和易加工等优点,随着科技水平的不断进步,航空航天等领域对镁合金的性能要求越来越高,镁基复合材料的发展与研究日益受到高度重视。而搅拌摩擦加工技术(Friction stir processing,FSP)由于具有低成本... 详细信息

镁与镁合金具有密度较小、比强度高和易加工等优点,随着科技水平的不断进步,航空航天等领域对镁合金的性能要求越来越高,镁基复合材料的发展与研究日益受到高度重视。而搅拌摩擦加工技术(Friction stir processing,FSP)由于具有低成本、高效率与绿色节能等独特优势,在航空航天与汽车等领域有着广阔的应用前景,已成为复合材料制造领域热门研究之一。近年来国内外研究人员尝试通过搅拌摩擦加工技术对不同类型的增强体与镁合金进行加工从而制备出了许多性能优异的复合材料。目前,主要增强体分为颗粒、纤维、石墨烯等,针对镁基复合材料搅拌摩擦加工的国内外研究进展展开综述,对适用于镁基复合材料的搅拌摩擦加工技术及其基础问题研究、加工工艺对复合材料组织与性能的影响等方面的重要研究成果进行举例和分析,进一步提出了镁基复合材料搅拌摩擦加工技术研究的发展方向,以期为搅拌摩擦技术在镁基材料加工领域的研究和应用发展起到指导作用。

关键词：镁基复合材料搅拌摩擦加工增强体复合增强

激光重熔对等离子喷涂AlCoCrFeNi高熵合金涂层组织和耐腐蚀性能的影响

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中国表面工程 2024年第3期37卷 125-133页

作者：董天顺刘建辉马庆亮刘琦付彬国李国禄陆鹏炜河北工业大学材料科学与工程学院天津300401 河北省新型功能材料重点实验室天津300401

现有关于高熵合金涂层重熔处理的研究大多集中在涂层的组织结构、力学性能和耐磨损性能等方面,对其耐腐蚀性能的研究较少。为了揭示激光重熔对高熵合金涂层耐腐蚀性能的影响,采用等离子喷涂技术在AISI 1045钢表面制备AlCoCrFeNi高熵合... 详细信息

现有关于高熵合金涂层重熔处理的研究大多集中在涂层的组织结构、力学性能和耐磨损性能等方面,对其耐腐蚀性能的研究较少。为了揭示激光重熔对高熵合金涂层耐腐蚀性能的影响,采用等离子喷涂技术在AISI 1045钢表面制备AlCoCrFeNi高熵合金涂层,并采用激光重熔工艺对其进行重熔处理,对重熔前后涂层的组织结构和耐腐蚀性能进行对比研究。结果表明:激光重熔基本消除了喷涂层中的孔隙和裂纹等缺陷,涂层与基体之间由机械结合转变为冶金结合;重熔层由BCC固溶体相和少量FCC析出相组成,组织形态呈树枝晶状。极化曲线和电化学阻抗谱分析表明,激光重熔可以改善AlCoCrFeNi高熵合金涂层在3.5%NaCl溶液中的耐腐蚀性能。激光重熔后,涂层的自腐蚀电位从-0.421 6 V增加到-0.282 1 V,腐蚀电流密度从4.809×10^(-7)A/cm^(2)降低到1.475×10^(-7)A/cm^(2)。长期浸泡腐蚀试验也表明重熔层的耐腐蚀性能要显著优于喷涂层。通过等离子喷涂结合激光重熔技术得到缺陷较少、耐腐蚀性较好的高熵合金涂层,对于高熵合金的广泛应用具有重要的参考价值。

关键词：高熵合金涂层激光重熔显微组织耐腐蚀性能

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柔性抗冻导电凝胶的构筑

高分子材料科学与工程 2024年第6期40卷 144-151页

作者：徐艺倩卢麒麟闽江学院福建省新型功能性纺织纤维及材料重点实验室福建福州350108

为解决传统水凝胶材料在低温时发生冻结,导致其部分力学功能丧失的问题,文中利用甘油体系纳米纤维素(CNC)与α-硫辛酸之间的氢键,再以FeCl3为交联剂,进一步诱导硫辛酸聚合形成凝胶网络,构筑了柔性抗冻导电凝胶CNC/α-硫辛酸凝胶。该凝... 详细信息

为解决传统水凝胶材料在低温时发生冻结,导致其部分力学功能丧失的问题,文中利用甘油体系纳米纤维素(CNC)与α-硫辛酸之间的氢键,再以FeCl3为交联剂,进一步诱导硫辛酸聚合形成凝胶网络,构筑了柔性抗冻导电凝胶CNC/α-硫辛酸凝胶。该凝胶具有优异的力学性能、导电性能及灵敏的应变传感性能。CNC/α-硫辛酸凝胶的拉伸性能和抗冻测试表明,甘油体系纳米纤维素含量为1.5 g时,凝胶的拉伸断裂应力达到16 kPa,断裂伸长率为805.5%,且在-40℃的低温条件下电导率仍能维持在0.029S/m,抗冻导电性能良好。应变传感性能测试表明,凝胶具有灵敏的应变传感能力,在应变150%~200%时,凝胶的灵敏度系数(GF)值达到2.36,能够进行人体运动监测,表明CNC/α-硫辛酸凝胶可作为柔性应变传感器用于智能可穿戴设备。

关键词：纳米复合凝胶柔性抗冻导电应变传感纳米纤维素 α-硫辛酸

ZIF-8/TiO_(2)复合介观晶体的制备及光催化活性

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无机材料学报 2024年第8期39卷 937-944页

作者：马彬彬钟婉菱韩涧陈椋煜孙婧婧雷彩霞厦门理工学院材料科学与工程学院福建省功能材料及应用重点实验室厦门361024 广西大学资源环境与材料学院南宁530004

TiO_(2)的微观形貌、颗粒尺寸及比表面积是影响其光催化活性的重要因素,介观晶体是一类由无机纳米粒子沿着相同的结晶轴方向有序排列的超结构材料,在光催化领域具有重要的研究价值。本工作分别以六氟钛酸铵和硼酸为钛源和氟离子捕获剂,... 详细信息

TiO_(2)的微观形貌、颗粒尺寸及比表面积是影响其光催化活性的重要因素,介观晶体是一类由无机纳米粒子沿着相同的结晶轴方向有序排列的超结构材料,在光催化领域具有重要的研究价值。本工作分别以六氟钛酸铵和硼酸为钛源和氟离子捕获剂,以无水乙醇和去离子水的混合溶液为溶剂,采用简单绿色的方法制备了NH4TiOF3介观晶体前驱体,然后用硼酸溶液酸洗,使NH4TiOF3介观晶体通过拓扑转变形成TiO_(2)介观晶体。最后采用沸石咪唑骨架材料ZIF-8纳米粒子对TiO_(2)介观晶体进行修饰,制备了ZIF-8/TiO_(2)复合介观晶体材料,并研究了其光催化降解亚甲基蓝的活性。实验结果表明,ZIF-8纳米粒子能够均匀生长在TiO_(2)介观晶体表面,形成比较致密的包覆层。ZIF-8/TiO_(2)复合介观晶体光催化剂具有较高的比表面积和较窄的禁带宽度,其光生电子和空穴的分离效率得到一定程度的提高。其中,样品M-TiZIF-2(加入4 mmol硝酸锌的复合介观晶体)展现出最高的光催化活性,其一级反应速率是TiO_(2)介观晶体的42倍,是ZIF-8单元材料的16倍。总之,在ZIF-8纳米粒子和TiO_(2)介观晶体的协同作用下,ZIF-8/TiO_(2)复合介观晶体材料显示出更优异的光催化性能。

关键词： TiO_(2)介观晶体 ZIF-8纳米粒子光催化复合介观晶体

熔体旋甩工艺对Mg_(2)(Si_(0.4)Sn_(0.6))Sb_(0.015)固溶体微结构和热电性能的影响研究

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材料导报 2024年第12期38卷 27-31页

作者：刘洪亮郭志迎袁晓峰朱尊伟高倩倩张忻安阳工学院材料科学与工程学院河南安阳455000 北京工业大学新型功能材料教育部重点实验室北京100124

Mg_(2)(Si,Sn)基材料是环境友好的热电材料,具有较好的应用前景。本工作采用熔体旋甩(MS)结合放电等离子烧结(SPS)技术(MS+SPS)制备了单相的Mg_(2)(Si_(0.4)Sn_(0.6))Sb0.015固溶体,通过将机械合金化(MA)与放电等离子烧结(SPS)技术(MA+S... 详细信息

Mg_(2)(Si,Sn)基材料是环境友好的热电材料,具有较好的应用前景。本工作采用熔体旋甩(MS)结合放电等离子烧结(SPS)技术(MS+SPS)制备了单相的Mg_(2)(Si_(0.4)Sn_(0.6))Sb0.015固溶体,通过将机械合金化(MA)与放电等离子烧结(SPS)技术(MA+SPS)结合制备的相同样品进行对比,研究MS工艺对样品微结构以及热电性能的影响。结果表明,MS得到的固溶体薄带主要由200~500 nm的小颗粒组成,将薄带研磨制粉经SPS烧结后得到的致密块体具有明显细化的晶粒和分布均匀的共格纳米析出相。与MA+SPS工艺制备的样品相比,MS+SPS制备的固溶体的迁移率明显降低,在一定温度范围内,电阻率略有升高,Seebeck系数显著增加,热导率和晶格热导率显著降低。MS+SPS制备的Mg_(2)(Si_(0.4)Sn_(0.6))Sb0.015固溶体热电性能明显提高,在643 K时其最大ZT值达到1.30。

关键词： Mg_(2)Si_(0.4)Sn_(0.6)固溶体熔体旋甩(MS) 纳米析出相热电性能

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