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单离子导体型聚合物电解质的研究进展

高分子材料科学与工程 2024年第6期40卷 171-181页

作者：张艳妮张乾张琦赵晋源杜亚平西安理工大学理学院化学系陕西西安710054

研发一种具有高能量密度、更长循环寿命和更高安全性的固态锂电池,是近几年为下一代电池设定的主要目标之一。传统液态电解质存在易燃、易泄露等缺陷,限制了其在锂离子电池中的应用。聚合物电解质具有更高的安全性能,兼具高可加工性、... 详细信息

研发一种具有高能量密度、更长循环寿命和更高安全性的固态锂电池,是近几年为下一代电池设定的主要目标之一。传统液态电解质存在易燃、易泄露等缺陷,限制了其在锂离子电池中的应用。聚合物电解质具有更高的安全性能,兼具高可加工性、高柔韧性、低可燃性以及宽电化学窗口等优势,有望替代液态电解质,并在下一代高能量密度储能装置中极具应用潜能。与传统双离子导体聚合物电解质(DICPEs)相比,单离子导体型聚合物电解质(SICPEs)具有高的离子迁移数(tLi+接近1),可有效避免浓差极化的形成,抑制锂枝晶生长。文中总结了近几年SICPEs体系的研究进展,梳理了合成方法、分子结构设计,分析了当前单离子导体体系的主要挑战,并对未来该领域的发展方向进行了展望,为锂离子电池用单离子导体的研究提供技术创新方面的启发。

关键词：聚合物电解质单离子导体离子电导率离子迁移数

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环氧树脂基导热复合材料的研究现状及展望

化工新型材料 2024年第S1期52卷 19-24,31页

作者：王波张乾邢晶凯刘腾腾张艳妮西安理工大学理学院应用化学系西安710054

目前提高环氧树脂导热系数的途径主要有两种,本征型和填充型,其中填充复合型以其较高的导热系数和复合稳定性等优点而被广泛使用和研究。主要介绍了填充型环氧树脂基导热复合材料的发展进程,简述了其导热机理,探讨了不同导热填料复合材... 详细信息

目前提高环氧树脂导热系数的途径主要有两种,本征型和填充型,其中填充复合型以其较高的导热系数和复合稳定性等优点而被广泛使用和研究。主要介绍了填充型环氧树脂基导热复合材料的发展进程,简述了其导热机理,探讨了不同导热填料复合材料的研究进展,并简述了其在电子封装、航天航空领域的主要应用,最后提出了导热材料现阶段仍需解决的问题,对其未来的发展方向进行了展望。

关键词：环氧树脂导热填料导热系数复合材料

稀土铈改性石墨烯/水性环氧树脂复合涂料涂装技术研究

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中国腐蚀与防护学报 2024年第1期44卷 107-118页

作者：陈施润陈文革钱颖张辉西安理工大学材料科学与工程学院西安710048

将制备的稀土铈改性石墨烯/水性环氧树脂复合涂料,以喷涂、滚涂和刷涂的方式在Q235钢表面进行涂覆,研究其组织结构及防腐性能。结果表明,稀土铈或CeO_(2)以纳米颗粒状化学负载在石墨烯表面,改性石墨烯以小片层均匀分布在环氧树脂中。复... 详细信息

将制备的稀土铈改性石墨烯/水性环氧树脂复合涂料,以喷涂、滚涂和刷涂的方式在Q235钢表面进行涂覆,研究其组织结构及防腐性能。结果表明,稀土铈或CeO_(2)以纳米颗粒状化学负载在石墨烯表面,改性石墨烯以小片层均匀分布在环氧树脂中。复合涂料涂覆于Q235钢表面后存在片层状石墨烯的堆叠结构。截面断口呈现河流状“银纹”。不同涂装方式制备的复合涂层的防腐机理为,喷涂法依靠高速运动的气体将雾化的涂料液滴冲击到基体表面并快速聚集、铺展成膜,在净化基体表面的同时提高涂层与基体的结合。滚涂法依靠线棒涂布器、刷涂法依靠软毛刷使涂层与基体结合,涂膜中的涂料分子易堆叠,表面易形成微孔。测得涂层附着力为0~1级,硬度达2H,面粗糙度~2μm,腐蚀速率为1.565×10^(-4)~5.889×10^(-3)mm/a。其中,喷涂法制备的涂层综合性能最好。

关键词：稀土改性石墨烯水性涂料涂装技术

聚硅氧烷固态电解质的研究现状及未来发展趋势

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化工新型材料 2024年

作者：刘腾腾张乾邢晶凯王波徐琛李珺鹏西安理工大学

聚硅氧烷（PS）因较低玻璃化温度（Tg＜-100℃），良好的耐热性、优异的离子电导率和电化学稳定性，以及分子结构设计多样化等特点，在固态电解质领域具有巨大的应用潜力。尽管已有大量PS固态电解质的研究报道，但仍然面临着一些挑战，... 详细信息

聚硅氧烷（PS）因较低玻璃化温度（Tg＜-100℃），良好的耐热性、优异的离子电导率和电化学稳定性，以及分子结构设计多样化等特点，在固态电解质领域具有巨大的应用潜力。尽管已有大量PS固态电解质的研究报道，但仍然面临着一些挑战，难以满足实际应用的要求。介绍了目前PS聚合物固态电解质的现状，主要包括优缺点与性能要求，从化学改性和物理改性两个方面阐述了改性策略，总结PS聚合物基固态电解质的改性方法，并分析了未来的发展趋势。

关键词：聚合物固态电解质聚硅氧烷改性策略结构设计

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退役风电叶片资源化利用技术研究进展

复合材料学报 2024年第3期41卷 1192-1203页

作者：张效林杨梦豪曹靖何军高丽敏李欣西安理工大学印刷包装与数字媒体学院西安710048 江苏斯维圣新材料有限公司淮安223113

风力发电因其清洁、高效、可再生等优点,成为我国能源发展战略行动计划的重要一环,我国已成为全球风电装机规模最大的国家。随着风电机组退役潮的到来,退役风电叶片(Retired wind turbine blades,RWTB)成为我国急需解决的大型固体废弃... 详细信息

风力发电因其清洁、高效、可再生等优点,成为我国能源发展战略行动计划的重要一环,我国已成为全球风电装机规模最大的国家。随着风电机组退役潮的到来,退役风电叶片(Retired wind turbine blades,RWTB)成为我国急需解决的大型固体废弃材料。风电叶片主要由玻璃纤维/碳纤维/植物纤维增强复合材料制备而成,传统处理方式主要为填埋和焚烧,不仅造成大量资源浪费,而且导致环境污染。对RWTB的资源化和高值化利用已成为国家高度关注的研究热点。本文简述了国内外风电装机规模及RWTB的发展规模,综述了风电叶片的现有回收技术(机械回收、热解回收、化学回收)及RWTB的回收应用现状,总结分析了各类回收技术及应用领域的优缺点。对RWTB的回收技术及应用前景进行了分析展望,提出“多措并举”的梯级利用及尽可能避免出现二次废弃物的“高效规范全利用”是RWTB回收利用技术重要的研究方向。

关键词：风力发电退役风电叶片玻璃纤维机械回收热解回收化学回收

ZnSe及其Mn掺杂复合材料光吸收催化性能和高压结构性能研究

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光谱学与光谱分析 2024年第2期44卷 380-385页

作者：王世霞王晓雨胡天意上海理工大学材料与化学学院上海200093

ZnSe半导体材料是制备光电器件和光催化反应催化剂的重要原材料。其单体材料具有强光下易变质、电子-空穴复合等现象。通过元素掺杂制备ZnSe复合材料,并与单体材料对比研究了元素掺杂所提升的ZnSe的光学及结构性能。首先采用水热法实验... 详细信息

ZnSe半导体材料是制备光电器件和光催化反应催化剂的重要原材料。其单体材料具有强光下易变质、电子-空穴复合等现象。通过元素掺杂制备ZnSe复合材料,并与单体材料对比研究了元素掺杂所提升的ZnSe的光学及结构性能。首先采用水热法实验室制备纯ZnSe和Mn∶Zn加入比分别为5%、10%、15%和20%的ZnSe复合材料,对比材料形貌、结构,光吸收和催化性能,结果显示掺杂比为10%的样品结晶度最高,杂质成型量最少,催化性能最佳。采用Mao-Bell型金刚石压腔结合原位拉曼光谱探究纯ZnSe和掺杂比为10%的样品的高压结构相变行为,以探究元素掺杂对样品结构性能的影响。研究结果:(1)扫描电子显微镜(SEM)图显示,加入Mn元素后制得的ZnSe样品形貌为球状,与纯样大致相同,球状颗粒表面有小颗粒负载,且随着Mn加入量的增加,表面负载的物质增多;(2)X射线衍射(XRD)图谱表明,ZnSe样品结构为立方闪锌矿结构,随着Mn加入量的增加,样品MnSe特征峰增强,杂质MnO_(2)成型越完全。掺杂比为10%的样品ZnSe结晶度高,杂质成型量少;(3)固体紫外漫反射(UV-Vis)结果表明,掺杂比为10%的样品对光的吸收边最大,禁带宽度最小,为1.65 eV;(4)光催化实验结果显示,掺杂比为10%的样品催化降解甲基橙的效率最大,6 h降解85.4%。研究表明掺杂Mn元素比为10%的ZnSe复合材料,光吸收和催化性能相对最好。金刚石压腔结合原位拉曼光谱探究ZnSe样品和掺杂比为10%的样品的高压相变结果表明,(1)纯ZnSe的LO声子模在压力上升到12.3 GPa时基本消失,TO声子模在压力上升到20.8 GPa时消失,整个加压过程中没有新峰生成,纯ZnSe发生闪锌矿相向岩盐矿相转变的高压行为;(2)复合材料的TO声子模在6.9 GPa时发生劈裂,在8.0 GPa时208 cm^(-1)处有新峰出现,表明在此压力下部分样品由闪锌矿相转变为辰砂矿相。在10.8 GPa时辰砂矿相的峰消失,体系发生由辰砂矿相向岩盐矿相转变;加压至18.8 GPa,LO声子模非常微弱,几近消失,此时体系中的闪锌矿相完全转化为岩盐矿相。研究了不同条件下ZnSe的光催化性能和相变行为,探究了不同掺杂比对ZnSe光催化性能的影响,确定掺杂比为10%的ZnSe样品为最佳掺杂比复合材料,丰富了极端条件下ZnSe的物理化学性质的多样性研究。

关键词： ZnSe Mn掺杂光吸收性能光催化性能高压相变

两种钛合金半穿甲战斗部侵彻单层钢靶性能试验研究

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兵器装备工程学报 2024年第6期45卷 81-86页

作者：畅博张帆彭军全嘉林张萌昭西安近代化学研究所西安710065 西安理工大学西安710054

选取亚稳态β型TB17和高损伤容限α+β型TC4-DT两种高韧钛合金材料,对2种钛合金材料在高应变率条件下动态力学响应特性进行测试分析,并应用125 mm火炮发射装置开展2种钛合金半穿甲战斗部侵彻单层钢靶性能试验研究。结果表明,作为半穿甲... 详细信息

选取亚稳态β型TB17和高损伤容限α+β型TC4-DT两种高韧钛合金材料,对2种钛合金材料在高应变率条件下动态力学响应特性进行测试分析,并应用125 mm火炮发射装置开展2种钛合金半穿甲战斗部侵彻单层钢靶性能试验研究。结果表明,作为半穿甲战斗部的壳体材料,应选择屈服强度与冲击韧性匹配性好的钛合金,其中更应关注钛合金材料的塑性变形能力和抗冲击韧性;随着侵彻着角的增加,侵彻单层钢靶过程弹体头部侵蚀量及径向墩粗程度更严重,不利于弹体保持侵彻强度及装药安定性。

关键词：钛合金半穿甲战斗部单层钢靶侵彻着角

CoSe2基异质结的制备及其压电催化析氢性能研究

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CoSe2基异质结的制备及其压电催化析氢性能研究

作者：杜佳珊西安理工大学

学位级别：硕士

全球能源需求的日益增长以及气候的快速变化,决定了化石燃料向替代能源和可持续能源的迫切过渡。在这种情况下,氢是最有前途的清洁燃料之一。电解水是最成熟的水分解技术,它具有加工简单、产氢纯度高等优点,但需要外部供电,而这种电源... 详细信息

全球能源需求的日益增长以及气候的快速变化,决定了化石燃料向替代能源和可持续能源的迫切过渡。在这种情况下,氢是最有前途的清洁燃料之一。电解水是最成熟的水分解技术,它具有加工简单、产氢纯度高等优点,但需要外部供电,而这种电源很少来自可再生能源。由阳光驱动的光催化水分解是一种低成本的可持续制氢方法,但其转换效率不足且稳定性有限等挑战仍未得到有效解决。因此,开发环保、高效且低成本的可再生水分解方法势在必行。近年来,研究人员利用自然界中无处不在的机械能,包括风、潮汐、声音等,作为水分解的能量来源。然而,环境中可用的机械能通常非常微弱且高度分散。为此,开发对微小机械刺激具有高响应的压电纳米材料是实现高压电催化性能的关键。过渡金属钴（Co）因其丰富的元素储量和独特的电子构型而得到关注,硒化物和硫化物等钴基化合物已成为优良的非贵金属基催化剂。在这些催化剂中,硒化钴（CoSe2）因其出色的金属导电性、本征活性、良好的稳定性和成本效益而受到广泛关注。本论文以CoSe2为基体材料,通过SnSe、ZnO和ZnS的复合对其进行改性,以提升材料的压电催化析氢性能。通过XRD、SEM及XPS等测试对不同样品进行表征,并利用气相色谱对材料的压电催化析氢性能进行验证,得出最优的压电催化复合材料。主要研究内容如下:（1）采用水热法制备CoSe2纳米材料,通过改变水热反应的条件,包括反应温度、反应时间以及不同元素摩尔比,得出结晶度最佳的CoSe2样品,并对CoSe2进行了 XRD、SEM、XPS及UV-vis DRS等表征实验。此外,探讨了不同应力条件（牺牲剂的种类、超声功率）对CoSe2纳米材料的析氢性能的影响。实验结果显示,CoSe2样品呈现出棒状纳米花结构,具有一定的压电催化性能,且稳定性良好,在120W的超声功率下,以甲醇为牺牲剂,CoSe2压电材料的平均析氢速率可达279.06μmol/g/h。（2）通过共沉淀法合成CoSe2/SnSe纳米复合材料并对其进行系列表征。SEM图像表明,CoSe2花状纳米棒附着在SnSe纳米片上,XPS测试结果证实了CoSe2和SnSe属于化学结合。此外,利用电化学工作站和气相色谱对催化剂样品的电化学性能和压电催化析氢活性进行评估。实验发现,CoSe2/SnSe复合催化剂（Sn:Co=1:1）的瞬态电流密度远高于CoSe2和SnSe,在使用甲醇作为牺牲剂且超声功率为120 W时,CoSe2/SnSe系列催化剂中的Sn:Co=1:1压电析氢活性最好,平均析氢产率为345.53μmol/g/h,这一结果与瞬态电流响应曲线完全一致。（3）通过两步水热法制备CoSe2/ZnO复合纳米材料,并对不同复合比例的复合材料进行了一系列形貌与化学性能的表征测试。SEM图像表明,CoSe2花状纳米棒均匀地生长在ZnO纳米棒上。电化学测试结果表明,在一定电流密度下,CoSe2/ZnO系列催化剂中CZ-2的过电位最低,说明其压电催化活性最佳。此外,通过改变外部应力条件对CoSe2/ZnO系列复合材料的析氢性能进行分析,得出纳米复合材料的最优复合比,即CoSe2/ZnO系列催化剂中CZ-2的压电催化析氢效果最佳,每小时氢气的平均产率可达458.81μmol/g,分别是CoSe2和ZnO的2.14和3.38倍。（4）在水热法制备的CoSe2/ZnO复合催化剂基础上,采用原位硫化策略制备CoSe2/ZnO/ZnS三元复合材料,并对其微观形貌及压电性能进行了表征。XRD结果表明,本文所制备的复合材料具有较高的纯度和结晶度;XPS结果显示,与CoSe2、ZnO和ZnS纯物质相比,三元复合材料中Se、Zn和S的特征峰对应的结合能均发生了偏移,说明三种材料之间形成了较强的相互作用界面,表明有双异质结生成。利用电化学工作站和气相色谱对催化剂样品的压电催化析氢性能进行了测试与分析,探讨了不同外界条件对催化剂析氢性能的影响,实验结果显示,当超声功率为120 W,采用甲醇为牺牲剂时,CoSe2/ZnO/ZnS系列催化剂中CZS-2的压电催化析氢效果可达831.14μmol/g/h,约为CoSe2/ZnO催化剂的两倍多。此外,对三元复合催化剂材料的稳定性和可重复使用性进行了验证,结果表明,在经历过4次循环之后,样品仍表现出良好的析氢效率。

关键词：压电催化 CoSe2/SnSe CoSe2/ZnO CoSe2/ZnO/ZnS 析氢

TiAl金属间化合物塑性变形机理的第一性原理研究

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TiAl金属间化合物塑性变形机理的第一性原理研究

作者：白敏西安理工大学

学位级别：硕士

TiAl金属间化合物由于优异的力学性能在航空航天等领域具有广泛的应用前景。目前,以γ-TiAl和α2-Ti3Al两种金属间化合物为基体的TiAl合金能够得到实际工程应用,但室温塑性差和成型困难限制了其大规模商业应用。TiAl金属间化合物可以通... 详细信息

TiAl金属间化合物由于优异的力学性能在航空航天等领域具有广泛的应用前景。目前,以γ-TiAl和α2-Ti3Al两种金属间化合物为基体的TiAl合金能够得到实际工程应用,但室温塑性差和成型困难限制了其大规模商业应用。TiAl金属间化合物可以通过形变诱导相变显著提高材料的性能,但目前对于TiAl金属间化合物塑性变形机理缺乏足够的认识。本文以双相TiAl合金中γ-TiAl和α2-Ti3Al相为研究对象,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,结合广义层错能理论与特殊准随机结构模型等方法,研究γ-TiAl和α2-Ti3Al变形机理;并分析了γ-TiAla/2{0001}基面位错分解;研究Al含量对γ-TiAl和α2-Ti3Al相塑性变形行为的影响。论文取得的主要结果如下:(1)研究化学计量比的γ-TiAl和α2-Ti3Al变形机理,分析应力诱导γ-TiAl和α2-Ti3Al相变过程中的滑移能垒与临界剪切应力。发现在γ-TiAl中沿a/2{0001}滑移时能垒最低。γ-TiAl中a/6{0001}滑移时的临界剪切应力Tmax小于沿γ-TiAl滑移,通过比较位错形核过程的最大剪切应力,发现易于发生α2-Ti3Al→γ-TiAl相变。(2)研究化学计量比的γ-TiAl a/2{0001}位错的分解。发现对于刃位错和螺位错,γ-TiAl a/2位错倾向于分解成a/6+a/6两个肖克莱不全位错。对于γ-TiAl和α2-Ti3Al来说,螺位错分解产生的层错区域宽度小于刃位错产生的层错区域宽度。(3)研究Al含量对FCTTi1-xAlx和HCPTi1-xAlx塑性变形行为的影响。发现随着Al含量的增加,FCT Ti1-xAlx的滑移能垒和临界剪切应力呈增加趋势,HCP Ti1-xAlx呈减少趋势,并且开动FCT Ti1-xAlx的临界剪切应力大于HCPTi1-xAlx。即当Al含量较低时,Ti1-xAlx合金倾向于采用HCP结构,FCT结构的塑性强于HCP相,发生HCPTi1-xAlx→FCTTi1-xAlx相变,会显著提高材料塑性。而当Al含量较高时,Ti1-xAlx合金倾向于采用FCT结构,HCP结构的塑性强于FCT相,发生HCP Ti1-xAlx→FCT Ti1-xAlx相变,反而不利用于提高材料塑性。

关键词：第一性原理金属间化合物变形机理位错分解 Al含量