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金属有机框架材料电池隔膜的最新应用

化学进展 2024年第8期36卷 1217-1236页

作者：肖鹏程聂赛群罗明亮陈佳瑶罗伏利赵田刘跃军湖南工业大学包装与材料工程学院

随着新能源行业的快速发展，对于各种不同高性能电池的研究已成为当前的热点。隔膜作为电池的重要组成部分之一，能有效防止电池正负极直接接触并为离子传输提供有利通道。然而，传统聚合物电池隔膜通常存在热稳定性不足、离子输运能力... 详细信息

随着新能源行业的快速发展，对于各种不同高性能电池的研究已成为当前的热点。隔膜作为电池的重要组成部分之一，能有效防止电池正负极直接接触并为离子传输提供有利通道。然而，传统聚合物电池隔膜通常存在热稳定性不足、离子输运能力差、电解液浸润性差等问题。金属-有机框架材料（MOFs）作为一种新型的多孔晶体材料，由于其高孔隙率、高比表面积和出色的热稳定性，已成为当前高性能电池隔膜的研究热点。本文综述了各类MOFs/MOFs基材料在电池隔膜中的应用，并全面讨论了MOFs基电池隔膜的优缺点。最后，介绍了MOFs基电池隔膜领域亟待解决的问题以及MOFs在电池隔膜上的发展前景。

关键词：金属-有机框架电池隔膜制备

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三维碳气凝胶材料的制备与应用研究进展

工程科学学报 2024年第3期46卷 447-457页

作者：韩露王一帆崔文琦魏春艳周兴海高原吕丽华大连工业大学纺织与材料工程学院大连116034

依据碳气凝胶制备原料的不同对其进行了分类,主要分为石墨基碳气凝胶、有机碳气凝胶和杂化碳气凝胶三大类.介绍了三维碳气凝胶的常用制备方法,主要包括溶胶–凝胶法、水热法、化学气相沉积法和冰模板法,简述了每种制备方法的优缺点,并... 详细信息

依据碳气凝胶制备原料的不同对其进行了分类,主要分为石墨基碳气凝胶、有机碳气凝胶和杂化碳气凝胶三大类.介绍了三维碳气凝胶的常用制备方法,主要包括溶胶–凝胶法、水热法、化学气相沉积法和冰模板法,简述了每种制备方法的优缺点,并分析了不同制备工艺对碳气凝胶材料结构和性能的影响.概述了碳气凝胶材料在吸油、储能、隔热、催化、吸波、光热转化和柔性传感器等领域的应用.碳气凝胶材料质轻、比表面积大、吸附容量高等优点,使其优于传统吸油材料;高导电性以及电化学性能稳定,可被用作超级电容器电极材料、燃料电池催化剂、催化剂载体材料和柔性传感器;超低的导热系数,使其具有优异的隔热性能;较高的阻抗匹配特性,使其能够作为高效的电磁吸波材料;宽的光吸收范围,使其在光热转化应用中具有良好的前景.分析了目前碳气凝胶材料制备和应用领域所存在的问题,基于此展望了其未来的发展趋势和方向,包括开发低成本、可再生的环境友好的前驱体材料,优化碳气凝胶制备工艺,缩短生产周期以及拓宽其高端应用领域.

关键词：碳气凝胶多孔结构低热导率传感器超级电容器光热转化

静电溶液喷射纺丝制备蜂窝多孔碳纳米纤维及其超级电容器性能

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复合材料学报 2024年第6期41卷 3001-3010页

作者：朱琳王一帆韩露周兴海单熙雅崔文琦高原吕丽华大连工业大学纺织与材料工程学院大连116034

一维多孔碳纳米纤维具有比表面积高、长径比大、电子传输高效等特点,成为超级电容器电极材料的热门选择。利用静电溶液喷射纺丝技术,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为成碳高聚物,聚四氟乙烯乳液(PTFE)为制孔剂,结合高温碳化工艺得到蜂窝多孔碳... 详细信息

一维多孔碳纳米纤维具有比表面积高、长径比大、电子传输高效等特点,成为超级电容器电极材料的热门选择。利用静电溶液喷射纺丝技术,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为成碳高聚物,聚四氟乙烯乳液(PTFE)为制孔剂,结合高温碳化工艺得到蜂窝多孔碳纳米纤维超级电容器电极材料。通过SEM、TEM、Raman、XRD和BET等测试对制备的电极材料形貌和结构进行了表征,并分析了制孔剂含量对纤维形貌、孔结构及电化学性能的影响。结果表明:当纺丝液中PVP∶PTFE质量比为1∶10时,制备的电极材料具有最大的比表面积165 m2/g;在0.5 A·g^(-1)电流密度下,其比电容值高达277.5 F·g^(-1);在二电极体系中,其功率密度为250 W/kg时,能量密度可达31.6 W·h/kg;经10000圈充放电循环后,其电容保持率可达98.4%,展示出了良好的电容性能和循环性能。这种独特的高孔隙率蜂窝多孔碳纳米纤维电极材料能够为电荷存储提供充足的活性位点,同时为电子/离子的快速传输提供便利通道,对高性能超级电容器电极材料的开发具有一定参考和指导意义。

关键词：静电溶液喷射蜂窝多孔碳纳米纤维制孔剂超级电容器电极材料

金属板材弯曲测试装置控制系统设计及试验分析

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华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第6期52卷 142-147页

作者：韩飞杜佳亮北方工业大学机械与材料工程学院北京100144

针对仅通过单轴拉伸试验无法准确表征材料在弯曲过程中力学性能变化的问题,设计了基于模糊比例积分微分(PID)控制的金属板材弯曲测试装置控制系统.首先,给出了控制系统的总体设计;然后,为了确保装置运动过程的稳定性,建立了装置的机电... 详细信息

针对仅通过单轴拉伸试验无法准确表征材料在弯曲过程中力学性能变化的问题,设计了基于模糊比例积分微分(PID)控制的金属板材弯曲测试装置控制系统.首先,给出了控制系统的总体设计;然后,为了确保装置运动过程的稳定性,建立了装置的机电耦合仿真模型,并提出基于模糊PID的自适应控制方法,以实现装置工作过程中PID控制器参数的自适应在线整定;最后,搭建金属板材弯曲测试装置控制平台并对高强钢DP980进行弯曲测试试验.结果表明:采用基于模糊PID自适应控制方法的平台定位误差测试结果为±0.005°,降低了轴向力对板材弯曲过程的干扰;弯曲试验获得的高强钢DP980的力学性能参数与拉伸试验得到的参数存在明显差别,利用弯曲数据进行有限元仿真可以更好地描述板材在弯曲过程中的力学性能变化.

关键词：板材弯曲变形控制系统模糊PID控制有限元仿真力学性能

基于夹持粘贴式的光纤光栅传感器力热耦合测试

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光子学报 2024年第3期53卷 27-37页

作者：李鑫黄薏静于纪成徐赵洁马冠军北方工业大学机械与材料工程学院北京100144

针对力热耦合环境中对结构件应变测试的准确获取问题,提出一种基于夹持粘贴式与温度补偿解耦的裸光纤光栅传感器应变测试方法。首先,通过有限元分析对比夹持粘贴式、表面粘贴式两种与基材集成方式的应变传递率,两者应变传递率分别为99.... 详细信息

针对力热耦合环境中对结构件应变测试的准确获取问题,提出一种基于夹持粘贴式与温度补偿解耦的裸光纤光栅传感器应变测试方法。首先,通过有限元分析对比夹持粘贴式、表面粘贴式两种与基材集成方式的应变传递率,两者应变传递率分别为99.47%与95.8%;然后,以光纤胶粘应变传递理论及有限元仿真分析不同标距比对夹持粘贴式光纤光栅传感器应变传递率的影响,发现随着标距比增加,应变传递率逐渐衰减。基于粘贴形式与标距比分析结果,选取标距比为1的夹持式裸光纤光栅与基材粘贴集成为试验件,同时集联一条裸光纤光栅温度传感器,在完成对光纤光栅温度/应变标定测试后,进行100~250℃、3 000με范围内的试验件梯度高温拉伸测试。实验结果表明,利用温度补偿法解耦出光纤光栅传感器测量的应变结果与标准高温应变片结果的平均相对误差最大值为2.26%。该研究结果对高温下光纤光栅传感器应变测量与集成的工程应用具有一定参考意义。

关键词：光纤光栅传感器应变传递夹持粘贴式有限元分析高温应变测试温度补偿解耦

冷却速率对Al-4%V中间合金含V相类型及尺寸的影响

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稀有金属 2024年第5期48卷 618-631页

作者：蒙毅李岑杨越北方工业大学机械与材料工程学院北京100144

Al-V中间合金制备工艺参数直接影响其中不同含V相的形成。将Al-V中间合金熔体在1150℃条件下,分别浇入“楔形”水冷铜模、石墨模和耐火材料模,制备不同冷却速率条件下的Al-4%V(质量分数)中间合金。定量统计合金中不同含V相占比、平均尺... 详细信息

Al-V中间合金制备工艺参数直接影响其中不同含V相的形成。将Al-V中间合金熔体在1150℃条件下,分别浇入“楔形”水冷铜模、石墨模和耐火材料模,制备不同冷却速率条件下的Al-4%V(质量分数)中间合金。定量统计合金中不同含V相占比、平均尺寸和尺寸分布等本征参数,探究这些参数受平均凝固冷却速率(v_(s))的影响规律。结果表明:当v_(s)处于120.4~308.5℃·s^(-1)的范围时,只形成Al_(3)V相,其面积占比随v_(s)的增大先增加后降低,最大面积分数达到14.56%。当v_(s)低于120.4℃·s^(-1)时,随v_(s)升高Al_(3)V面积占比迅速增加而Al_(10)V面积占比迅速降低直至最终几乎消失;而当v_(s)高于308.5℃·s^(-1)时,反而是Al_(3)V面积占比随v_(s)升高而迅速减少直至最终几乎消失,Al_(10)V面积占比大幅增加。v_(s)升高可有效细化Al_(10)V相和Al_(3)V相:当v_(s)较低(≤54.0℃·s^(-1))时,v_(s)的增加对Al_(3)V相细化效果更显著;反之,当v_(s)超过54.0℃·s^(-1)时,v_(s)的增加对Al_(10)V相细化效果更显著,其平均尺寸最小可低至4.1μm^(2)。v_(s)对Al_(10)V相尺寸波动的影响比Al_(3)V相的大:Al_(10)V相的尺寸波动随v_(s)的降低而增大,而Al_(3)V相尺寸波动随v_(s)的增大先增加后降低,v_(s)在120.4℃·s^(-1)时Al_(3)V尺寸波动最大。

关键词：中间合金 V结晶相凝固冷却速率尺寸分布

基于等效元件和相位补偿法的双倍分辨率波片测量

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中国激光 2024年第8期51卷 94-99页

作者：陈强华邵多刘福铭关裕吕洪波司丽娜阎红娟豆照良北方工业大学机械与材料工程学院北京100144

提出了一种基于等效元件和相位补偿法的高精度任意波片相位延迟量和方位角同时测量的方法。在测量光路中的待测波片之前插入一个可旋转半波片,利用反射镜使测量光两次过该半波片和待测波片,相当于测量一个相位延迟量为待测波片两倍的等... 详细信息

提出了一种基于等效元件和相位补偿法的高精度任意波片相位延迟量和方位角同时测量的方法。在测量光路中的待测波片之前插入一个可旋转半波片,利用反射镜使测量光两次过该半波片和待测波片,相当于测量一个相位延迟量为待测波片两倍的等效波片,可以实现双倍分辨率检测。采用双频激光源和相位检测方式,旋转半波片补偿测量光相位,将测量光相对参考光的相位差变化先后调整为最大值和最小值,由二者之差即可得到任意待测波片的相位延迟量,同时根据最大值或最小值对应的半波片方位角即可确定待测波片的方位角。本方法所测量的波片相位延迟量从原理上避免了一般光强法所受到的光强波动的影响,以及许多方法所受到的双折射器件方位角定位精度的影响。系统采用双频外差干涉光路,具有共光路性质,稳定性高。测量系统结构简单、元件少,测量快捷。此外,由于测量光束两次通过待测波片的同一位置,因此所提方法还可以用于测量楔形结构的双折射器件。现有条件下的误差分析表明,相位延迟量的测量不确定度约为3.3',快轴方位角的测量不确定度优于5.4''。实验对比结果表明所提方法与其他方法测量结果的一致性很好。

关键词：测量波片测量相位延迟量等效元件相位补偿双倍分辨率外差干涉

中高体积分数SiC_p/Al复合材料的力学性能及强化机制

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材料工程 2024年第4期52卷 110-119页

作者：崔岩廖家杰曹雷刚杨越北方工业大学机械与材料工程学院北京100144

采用热等静压粉末冶金工艺,以2024和6061铝合金为基体,分别制备体积分数为35%,45%,55%的中高体积分数SiC_(p)/Al复合材料。探究基体合金与SiC体积分数对复合材料力学性能的影响。结果表明:相同体积分数时,以2024铝合金为基体的复合材料... 详细信息

采用热等静压粉末冶金工艺,以2024和6061铝合金为基体,分别制备体积分数为35%,45%,55%的中高体积分数SiC_(p)/Al复合材料。探究基体合金与SiC体积分数对复合材料力学性能的影响。结果表明:相同体积分数时,以2024铝合金为基体的复合材料具有更高的弯曲强度和弹性模量;但以6061铝合金为基体的复合材料则呈现出了更高的断裂应变。随着体积分数的增加,两类复合材料力学性能的变化规律相同,弯曲强度呈先增大后减小的趋势,当体积分数为45%时达到峰值,分别为656.54 MPa和548.00 MPa;弹性模量呈持续上升趋势,当体积分数为55%时分别达到202 GPa和188 GPa。基体合金差异对力学性能的影响在体积分数较低时更为明显,提高体积分数将会弱化这种差异。结合理论公式计算发现,对于微米级的增强体颗粒,Orowan机制带来的强化效应极小,可忽略不计;其他各类强化机制的强化效果将随着增强体体积分数的增加呈现不同程度的提高;几何必须位错强化和热错配强化对材料屈服强度的贡献始终占据主导地位。

关键词： SiC_p/Al复合材料体积分数力学性能强化机制

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棉秆皮微晶纤维素/改性氧化石墨烯阻燃纤维的制备及其性能

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纺织学报 2024年第1期45卷 39-47页

作者：谷金峻魏春艳郭紫阳吕丽华白晋赵航慧妍大连工业大学纺织与材料工程学院辽宁大连116034

为提高棉秆皮微晶纤维素(MCC)纤维的阻燃性能,采用9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)为改性剂对氧化石墨烯(GO)进行改性,将改性后的GO(DOPO-GO)与MCC共混,通过湿法纺丝制得MCC/DOPO-GO阻燃纤维,并对其阻燃性能、热学性能和力... 详细信息

为提高棉秆皮微晶纤维素(MCC)纤维的阻燃性能,采用9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)为改性剂对氧化石墨烯(GO)进行改性,将改性后的GO(DOPO-GO)与MCC共混,通过湿法纺丝制得MCC/DOPO-GO阻燃纤维,并对其阻燃性能、热学性能和力学性能进行分析。结果表明:添加DOPO-GO阻燃剂的MCC纤维的极限氧指数为27.3%,较MCC纤维提高了66.5%;与MCC纤维相比,MCC/DOPO-GO阻燃纤维热分解所需的热焓值由221.8 J/g提升至1502 J/g,热学稳定性得到提高;MCC/DOPO-GO阻燃纤维燃烧后形成的残炭致密且连续,石墨化程度提高;MCC/DOPO-GO纤维的力学性能也得到了极大改善,其断裂强度由MCC纤维的0.4 cN/dtex提高至2.2 cN/dtex。

关键词：棉秆皮微晶纤维素 9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物氧化石墨烯阻燃性能力学性能