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材料的非简谐性描述符

物理学报 2024年第5期73卷 289-296页

作者：李环娅周柯尹万健苏州大学能源学院能源与材料创新研究院江苏省先进碳材料与可穿戴能源技术重点实验室苏州215006

非简谐效应是诸如软模相变、负热膨胀、多铁性和超低热导率等材料性质的根源.已有的关于量化材料非简谐性的方法没有给出清晰准确的非简谐性描述符,并且计算流程复杂,需要极其耗时的分子动力学模拟.故亟需提出一个可以快速计算的非简谐... 详细信息

非简谐效应是诸如软模相变、负热膨胀、多铁性和超低热导率等材料性质的根源.已有的关于量化材料非简谐性的方法没有给出清晰准确的非简谐性描述符,并且计算流程复杂,需要极其耗时的分子动力学模拟.故亟需提出一个可以快速计算的非简谐性描述符,用来理解、评估、设计和筛选具有强非简谐性的功能材料.本研究将晶格非谐性分解为单声子非谐性σ_((q,j))^(A),并提出温度依赖的晶格非谐性的定量描述符A_(ph)(T).该描述符既可以定量描述从Si,GaAs,CdTe,NaCl到CsPbI_(3)的晶格非谐性的变化趋势,又可以成功预测非简谐效应驱动的体积模量和晶格热导率性质的变化.本工作提出的非简谐性描述符能够快速量化材料非简谐性,并且可直观地展现材料非简谐效应的声子模态分布.本方法计算简单、高效且有效,可为基于非简谐性筛选与设计材料打下基础.

关键词：非简谐效应声子非简谐晶格热导率第一性原理计算

金属网格-透明导电氧化物复合型透明电极的瑞利分析和仿真

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物理学报 2024年第14期73卷 201-213页

作者：丁怡洋邹帅孙华苏晓东苏州大学物理科学与技术学院江苏省薄膜材料重点实验室苏州215006 江苏省先进负碳技术重点实验室苏州215123

以氧化铟锡(indium tin oxide,ITO)为代表的透明导电氧化物(transparent conducting oxide,TCO)在当前光电器件中的重要性日益增长.通过在TCO中引入金属网格构成复合电极,可以在保持良好透明性的前提下有效提升电学性能,同时降低对铟的... 详细信息

以氧化铟锡(indium tin oxide,ITO)为代表的透明导电氧化物(transparent conducting oxide,TCO)在当前光电器件中的重要性日益增长.通过在TCO中引入金属网格构成复合电极,可以在保持良好透明性的前提下有效提升电学性能,同时降低对铟的需求量,并为可穿戴设备所需的柔性电极提供可能方案.对此类电极的电学性能分析,如复合电极方阻随金属网格结构参数的变化,可为电极设计与制备提供基本的出发点,但相关理论尚十分缺乏.本文针对典型的方孔方格型金属网格-TCO复合电极,分别展开基于瑞利模型和基于有限元仿真的电学性能分析.结果表明,孔型近似导致的金属通道显著畸变是复合电极的电学计算中瑞利模型在中高开口率下失效的主要原因.据此,我们采用格型修正,通过提升瑞利模型中的原胞外边界对称性来改善金属通道的畸变.与电极仿真的对比表明,修正后瑞利模型的适用范围明显扩大,其结果可与实验数据很好地拟合,为此类复合透明电极的电学数据分析与结构设计提供了简洁高效的理论工具.

关键词：透明导电体金属网格电极复合介质有限元仿真

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等离激元CuNi合金/凹凸棒石复合材料制备及其光热催化纤维素重整产氢

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硅酸盐学报 2024年第9期52卷 3027-3035页

作者：业绪华高镕榕王宾彦吴梦姚超李霞章常州大学江苏省绿色催化材料与技术重点实验室江苏常州213164

太阳能驱动光催化产氢有望解决能源短缺和环境问题。利用可再生生物质或其衍生物作为光催化过程中的空穴牺牲剂,不仅可以降低水分解中析氧反应的热力学势垒,动力学上有利于加速氢气的生成,而且可将生物质转化为高价值的化学品。本工作... 详细信息

太阳能驱动光催化产氢有望解决能源短缺和环境问题。利用可再生生物质或其衍生物作为光催化过程中的空穴牺牲剂,不仅可以降低水分解中析氧反应的热力学势垒,动力学上有利于加速氢气的生成,而且可将生物质转化为高价值的化学品。本工作制备了一种非贵等离子体CuNi合金/凹凸棒石(Pal)纳米复合材料用于纤维素的光催化转化,发现凹凸棒石的胶体特性利于纤维素的吸附富集,CuNi合金由于2种金属之间的协同作用不仅保留了铜单质的等离子共振效应,而且可以提高稳定性和抑制氧化;CuNi合金与磷酸酸化的凹凸棒石(H-Pal)形成的肖特基结提供了电荷转移通道,提高了电荷转移效率,促进了电子空穴分离。等离子共振产生的热效应与H-Pal表面酸性位点协同作用,提供了丰富的活性位点,提高了纤维素的转化率和H2的生成率。当CuNi合金负载量为30%(质量分数)时,产氢效率最高,达到了1.67 mmol·g^(-1)·h^(-1),与此同时纤维素转化为高附加值甲酸和乳酸。

关键词：凹凸棒石铜镍合金等离激元光热催化生物质产氢

对称型固体氧化物燃料电池ReBaMn_(2)O_(5+δ)基电极材料结构与性能的理论预测与实验验证

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硅酸盐学报 2024年第6期52卷 1799-1809页

作者：张敏张旸杜志鸿赵海雷北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 新能源材料与技术北京市重点实验室北京100083

为获得高性能ReBaMn_(2)O_(5+δ)对称电极材料,本工作通过第一性原理计算分析了不同稀土元素(La,Pr,Nd,Sm,Gd,Y)对材料结构和性能的影响。计算结果表明LaBaMn_(2)O_(5+δ)不易形成层状钙钛矿结构,Gd Ba Mn_(2)O_(5+δ)的结合能最高,对... 详细信息

为获得高性能ReBaMn_(2)O_(5+δ)对称电极材料,本工作通过第一性原理计算分析了不同稀土元素(La,Pr,Nd,Sm,Gd,Y)对材料结构和性能的影响。计算结果表明LaBaMn_(2)O_(5+δ)不易形成层状钙钛矿结构,Gd Ba Mn_(2)O_(5+δ)的结合能最高,对应结构稳定性最好,而Nd Ba Mn_(2)O_(5+δ)则具有较小的Mn 3d和O_(2)p轨道之间的能量差、以及较低的O_(2)p轨道中心与Fermi面的能量差,对应材料较高的电导率和优异的催化活性。选用La,Nd和Gd作为A位元素进行实验研究。结果表明,LaBaMn_(2)O_(5+δ)难以形成单相钙钛矿,但成功合成了具有层状结构的Nd Ba Mn_(2)O_(5+δ)和Gd BaMn_(2)O_(5+δ),其在氧化和还原气氛下均保持良好的结构稳定性。相比于Gd Ba Mn_(2)O_(5+δ),Nd Ba Mn_(2)O_(5+δ)在空气和5%(体积分数) H2/Ar中均具有较高的电导率。且Nd Ba Mn_(2)O_(5+δ)电极在空气和氢气气氛下的极化阻抗均小于GdBaMn_(2)O_(5+δ),表现出更强的催化活性。以NdBaMn_(2)O_(5+δ)为对称电极,300μm的La_(0.8)Sr_(0.2)Ga_(0.8)Mg0.2O_(3)–δ为电解质制备的对称全电池,在850℃下最大功率密度达到335 mW·cm^(-2)。

关键词：对称性固体氧化物燃料电池第一性原理计算 A位双钙钛矿稀土元素

基于复合神经网络重构对象的永磁同步直线电机变参数型位移速度并行控制

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电工技术学报 2024年第8期39卷 2470-2484页

作者：鲍明堃周扬忠福州大学福建省新能源发电与电能变换重点实验室福州350116

针对永磁同步直线伺服电机(PMSLM)传统位移控制算法中控制器系数固定带来的控制精度不足等问题,提出一种基于复合神经网络重构对象的PMSLM变参数型位移速度并行控制策略。首先,利用动子位移、线速度的误差信息设计变参数并行控制器;其次... 详细信息

针对永磁同步直线伺服电机(PMSLM)传统位移控制算法中控制器系数固定带来的控制精度不足等问题,提出一种基于复合神经网络重构对象的PMSLM变参数型位移速度并行控制策略。首先,利用动子位移、线速度的误差信息设计变参数并行控制器;其次,建立含有控制对象多维信息的复合径向基神经网络观测动子位移,并得到控制对象的偏导信息;再次,基于闭环稳定条件,以周期检索的误差与控制目标的比较结果为基础,构建完整的位移速度并行控制器参数更新策略;最后,实验结果表明,该文所提控制策略能实现不同给定位移的高精度控制,且具有控制不同对象参数的泛用性。

关键词：永磁同步直线电机并行控制复合径向基神经网络变参数更新机制

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聚乙二醇基聚合物固固相变材料的研究进展

储能科学与技术 2024年

作者：陈艳黎子琦陈南豪张一弛吴晓鸿陈大柱深圳大学材料学院广东新能源材料服役安全重点实验室

固固相变材料(SSPCMs)是一类能够通过可逆相变过程高效吸收与释放热能，同时保持固态特性的新型材料，具有相变期间体积变化微小、高温下使用无泄漏和力学性能好等优点，吸引了科技界的广泛瞩目。其中，以聚乙二醇(PEG)为相变单元的聚合... 详细信息

固固相变材料(SSPCMs)是一类能够通过可逆相变过程高效吸收与释放热能，同时保持固态特性的新型材料，具有相变期间体积变化微小、高温下使用无泄漏和力学性能好等优点，吸引了科技界的广泛瞩目。其中，以聚乙二醇(PEG)为相变单元的聚合物SSPCMs凭借其高储能密度、优异的循环稳定性以及可调控相变温度等独特优势，在能量储存、温度调节及热管理等多个关键领域展现出了巨大的应用潜力。本文围绕近几年PEG基SSPCMs的研究进展，归纳总结其分类和化学制备方法。根据其存在的导热、阻燃、可回收利用差等缺陷，重点讨论了如何对其进行性能优化和改性，以拓宽PEG基SSPCMs的应用，同时总结了在电池、电子设备和柔性可穿戴设备的热管理以及太阳能热能储存等领域的潜在应用研究进展。最后，分析了PEG基SSPCMs目前所面临的挑战，指出未来的研究应致力于环境友好型和多功能化的SSPCMs研发，提高SSPCMs的综合性能、降低成本和增强可行性等，并探索其在更广泛领域的应用潜力，进一步推动其实际应用。

关键词：聚乙二醇固固相变相变材料聚氨酯复合材料

节线半金属AlB_(2)水环境下发生吸附后拓扑表面态变化

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物理学报 2024年第12期73卷 350-358页

作者：朱庞栋王长昊王如志北京工业大学材料科学与工程学院新能源材料与技术研究所新型功能材料教育部重点实验室北京100124

拓扑半金属,作为一种独特的拓扑电子态,近年来因其固有的拓扑特性和潜在的器件应用而备受研究关注.体-边界对应是拓扑半金属的一个关键特征,这意味着如果在体相中存在非平庸的能带拓扑,那么在表面会存在受拓扑保护导电状态,即拓扑表面态... 详细信息

拓扑半金属,作为一种独特的拓扑电子态,近年来因其固有的拓扑特性和潜在的器件应用而备受研究关注.体-边界对应是拓扑半金属的一个关键特征,这意味着如果在体相中存在非平庸的能带拓扑,那么在表面会存在受拓扑保护导电状态,即拓扑表面态(topological surface state,TSS).这一特征使其在电催化研究领域备受关注.本文采用第一性原理计算手段研究了AlB_(2)材料的拓扑性质,并构建(010)表面A1端面和B端面平板模型,计算得到了TSS的位置.研究了AlB_(2)表面吸附特性,发现Al端面氢吸附吉布斯自由能(ΔG_(H*))仅为-0.031 eV,相较于商业电催化析氢(hydrogen evolution reaction,HER)催化剂Pt的-0.08 eV更接近于0,展现出了优异的HER性能.观察了AlB_(2)表面吸附H,OH和H_(2)O后TSS的变化,发现当H吸附时TSS变化最显著,其次是OH吸附,H_(2)O因其电中性和弱的表面吸附对TSS的影响很微弱.并且在吸附前后,由于受拓扑保护TSS依旧存在,仅是能量发生了改变,证实了其在环境中的稳定性.本工作研究结果为不同吸附物对AlB_(2)的TSS的影响提供了系统的认识,为今后相关领域的理论和实验研究铺平了道路,也为拓扑材料的实际应用提供了理论支撑.

关键词：拓扑半金属拓扑表面态表面吸附

基于天青B的聚丙烯酰胺-丙烯酸水凝胶用于虾类新鲜度监测

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高分子学报 2024年第11期55卷 1518-1528页

作者：周长凯方鹏达张昊孙哲严锋江苏省新型高分子功能材料工程研究中心、江苏省先进负碳技术重点实验室、苏州市软材料与新能源重点实验室、苏州大学材料与化学化工学部苏州215123

随着人们生活质量的不断提高,食品的质量问题也日益受到关注.可视化智能包装材料可以通过颜色的变化,实现对食品新鲜度的实时监测.然而,由于智能包装材料响应时间长,指示剂的泄漏加重食品污染,制约了可视化智能包装材料的发展和应用.将... 详细信息

随着人们生活质量的不断提高,食品的质量问题也日益受到关注.可视化智能包装材料可以通过颜色的变化,实现对食品新鲜度的实时监测.然而,由于智能包装材料响应时间长,指示剂的泄漏加重食品污染,制约了可视化智能包装材料的发展和应用.将吩噻嗪类阳离子染料天青B(Azure B)通过阴阳离子静电相互作用固定到聚丙烯酰胺-丙烯酸水凝胶中,利用其对生物胺敏感的特性,制备出了响应快、低泄漏的可视化智能包装水凝胶薄膜材料——丙烯酰胺与天青B丙烯酸盐交联水凝胶(PAMA-Az).研究结果表明PAMA-Az薄膜材料能够实现pH和生物胺的快速响应,在氨气、挥发性盐酸的模拟实验中也表现出变色的可逆性.和共混的天青B水凝胶相比,离子间静电相互作用显著降低了指示剂的迁移率,防止了指示剂的泄露.快响应、低泄露的PAMA-Az凝胶薄膜材料成功应用于鲜虾的新鲜度的监测.

关键词： pH响应天青B 静电相互作用水凝胶薄膜智能包装

生物质热解气中含氮化合物形成与控制的研究进展

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燃料化学学报（中英文） 2024年第6期52卷 905-920页

作者：王凤超朱虹宇阴秀丽徐彬李伟振刘华财中国科学院广州能源研究所、中国科学院可再生能源重点实验室、广东省新能源和可再生能源研发重点实验室广东广州510640

热解是利用生物质能的一种高效且经济的方式,但生物质热解气中的含氮化合物使热解气品质低且燃烧导致空气二次污染。本工作总结了生物质热解气中的含氮化合物研究现状,主要综述了典型生物质热失重行为,探讨了生物质热解气中含氮化合物... 详细信息

热解是利用生物质能的一种高效且经济的方式,但生物质热解气中的含氮化合物使热解气品质低且燃烧导致空气二次污染。本工作总结了生物质热解气中的含氮化合物研究现状,主要综述了典型生物质热失重行为,探讨了生物质热解气中含氮化合物的生成机理,分析了含氮化合物的分布状况和控制的研究进展。同时,指出了含氮化合物控制在实际应用中面临的困难挑战,进一步展望了含氮化合物控制工艺优化及经济性分析的重点研究方向,为生物质热解气净化提供理论依据和技术支持。

关键词：生物质热解含氮化合物生成机理脱除

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