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β-Ga_(2)O_(3)的p型掺杂研究进展

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发光学报 2024年第4期45卷 557-567页

作者：何俊洁矫淑杰聂伊尹高世勇王东博王金忠哈尔滨工业大学材料科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001

β-Ga_(2)O_(3)具有超宽禁带宽度、高击穿场强、较高的巴利加优值等优点使其成为一种新兴半导体材料,在高功率电子器件、气体传感器、日盲紫外探测器等方面有着极大的应用潜力,但p型掺杂难的问题成为了β-Ga_(2)O_(3)发展的巨大障碍。... 详细信息

β-Ga_(2)O_(3)具有超宽禁带宽度、高击穿场强、较高的巴利加优值等优点使其成为一种新兴半导体材料,在高功率电子器件、气体传感器、日盲紫外探测器等方面有着极大的应用潜力,但p型掺杂难的问题成为了β-Ga_(2)O_(3)发展的巨大障碍。本文首先简要概述了β-Ga_(2)O_(3)的优点,并介绍了其晶体结构和基本性质。其次,说明了β-Ga_(2)O_(3)的本征缺陷,尤其是氧空位对导电性能的影响。然后,详细讨论了β-Ga_(2)O_(3) p型掺杂的研究现状,包括p型掺杂困难的原因和N掺杂、Mg掺杂、Zn掺杂、其他受主元素掺杂、两种元素共掺杂以及其他方法。最后,总结并对β-Ga_(2)O_(3)未来的发展进行了展望。

关键词： β-Ga_(2)O_(3) 本征缺陷 p型掺杂宽禁带半导体半导体

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玻璃纤维及偶联剂对聚乳酸降解性能的影响

复合材料学报 2024年第2期41卷 694-701页

作者：吕东阳陈利王静天津工业大学纺织科学与工程学院天津300387 天津工业大学复合材料研究院先进纺织复合材料教育部重点实验室天津300387

聚乳酸因其优异的性能广泛应用在骨折内固定领域,但其存在降解速度过快导致的弯曲和剪切性能下降问题,因此复合改性是提高其性能的途经之一。本文采用三维编织技术制备了玻璃纤维(GF)和聚乳酸(PLA)混编预制体,并采用偶联剂KH550对预制... 详细信息

聚乳酸因其优异的性能广泛应用在骨折内固定领域,但其存在降解速度过快导致的弯曲和剪切性能下降问题,因此复合改性是提高其性能的途经之一。本文采用三维编织技术制备了玻璃纤维(GF)和聚乳酸(PLA)混编预制体,并采用偶联剂KH550对预制体进行改性处理。采取热压成型工艺制备复合材料。在37℃条件下将复合材料浸泡在磷酸盐缓冲溶液(PBS)中进行体外降解实验。结果显示:GF质量分数增加会降低复合材料的质量损失率及吸水率。降解28天后,GF质量分数为40wt%的结晶度较GF质量分数为30wt%的试样增加了12.3%,GF质量分数为30wt%、35wt%和40wt%时,弯曲强度分别下降了32.3%、28.13%和16.16%,剪切强度分别下降了53.74%、51.1%和47.18%。说明提高GF质量分数有助于维持复合材料的力学性能,缓解因降解引起的界面损伤。KH550的引入使降解介质(PBS缓冲液)pH值下降幅度小。降解28天后,改性复合材料弯曲强度下降了22.85%,剪切强度下降了56.11%。结合SEM图像,发现降解第7天时GF质量分数为30wt%的试样出现细小沟壑,第28天时表面损伤明显。而GF质量分数为40wt%的试样降解损伤较小。可见,GF对PLA复合材料的力学性能和结晶度起到促进作用,同时抑制了PLA的降解。KH550改善了GF和PLA的界面,对降解介质p H值变化影响较小。

关键词：聚乳酸玻璃纤维偶联剂三维编织降解性能

等离子体渗氮气压对合金钢渗氮层微观结构和性能的影响

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表面技术 2024年第7期53卷 200-207页

作者：王怡萱安徽工业大学材料科学与工程学院安徽马鞍山243002

目的选择M50NiL钢(高合金钢)和AISI 4140钢(低合金钢)2种合金钢,研究渗氮气压对合金钢等离子体渗氮层组织结构、渗层厚度、硬度、韧性和摩擦磨损性能的影响规律。方法根据离子渗氮GB/T 30883—2017,在0~500 Pa渗氮气压范围内选择170、25... 详细信息

目的选择M50NiL钢(高合金钢)和AISI 4140钢(低合金钢)2种合金钢,研究渗氮气压对合金钢等离子体渗氮层组织结构、渗层厚度、硬度、韧性和摩擦磨损性能的影响规律。方法根据离子渗氮GB/T 30883—2017,在0~500 Pa渗氮气压范围内选择170、250、350 Pa 3个渗氮气压进行等离子体渗氮,研究渗层微观结构和性能。结果对于M50NiL和AISI 4140两种合金钢,350 Pa时渗层厚度均最大,170 Pa次之,250 Pa厚度最小。M50NiL钢在350 Pa渗氮和AISI 4140钢在170 Pa渗氮时,表面层具有最优的强韧性。摩擦磨损性能显示,170 Pa和350 Pa气压渗氮的摩擦磨损性能明显优于250 Pa气压渗氮,其中磨损率规律与渗氮层的韧性值测试结果吻合。结论气压影响了氮离子的能量和分布,从而影响了渗层厚度,钢中的合金元素含量和气压共同影响表面强韧化效果,并且表面强韧化效果直接影响渗氮层的摩擦磨损性能。

关键词：气压等离子体渗氮硬度摩擦磨损合金钢

钛氧化物改性SiO负极在锂离子电池中的研究进展

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精细化工 2024年第6期41卷 1170-1183页

作者：雷迁王帅吴沁宇马扬洲宋广生安徽工业大学材料科学与工程学院安徽马鞍山243032

SiO负极虽具有高比容量、合理的工作电压,但仍面临首次库仑效率低、体积膨胀大(~160%)及导电性差等硅基负极材料共性问题,使其在锂离子电池(LIBs)中的大规模商业化应用严重受阻。而在众多金属氧化物中,钛氧化物负极因在充放电过程中体... 详细信息

SiO负极虽具有高比容量、合理的工作电压,但仍面临首次库仑效率低、体积膨胀大(~160%)及导电性差等硅基负极材料共性问题,使其在锂离子电池(LIBs)中的大规模商业化应用严重受阻。而在众多金属氧化物中,钛氧化物负极因在充放电过程中体积变化小(<4%),锂化后兼具优异的锂存储能力和热稳定性等优势,近些年被多次报道用于改善SiO的电化学综合性能。首先,从SiO的微观结构与锂化机制出发,简要概括了SiO与众多金属氧化物复合改性案例;然后,重点综述了钛氧化物改性SiO负极的研究工作,着重从TiO_(2)与TiO_(2–x)改性SiO负极两方面进行归纳与分析;最后,总结了钛氧化物提高SiO电化学性能的机理及改性工艺与电化学性能之间的构效关系,并对实现满足高能量密度SiO基负极商业化的目标进行展望:充分利用有关软件算法模拟具有最低化学复杂性体系,有利于深入分析反应过程与电化学机理;加强新型低成本钛氧化物(如Ti_(2)O_(3))用于改性SiO负极,有利于推动SiO基负极学术探究与商业应用。

关键词：锂离子电池 SiO负极金属氧化物钛氧化物 TiO_(2) TiO_(2–x)

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高聚物改良砂土强度特性和变形特征试验研究

复合材料学报 2024年第8期41卷 4272-4286页

作者：白玉霞刘瑾宋泽卓张晨阳何承宗邓永锋湖北工业大学土木建筑与环境学院武汉430068 湖北工业大学河湖健康智慧感知与生态修复教育部重点实验室武汉430068 河海大学地球科学与工程学院南京211100

基于高聚物加固砂土展开抗剪和抗压试验,分析了高聚物掺量、养护时间和干密度对加固砂土强度和变形特征的影响,并阐明其相关性,最后结合SEM图像揭示了高聚物加固砂土的破坏机制。结果表明:(1)3个研究变量对加固砂土抗压和抗剪强度有显... 详细信息

基于高聚物加固砂土展开抗剪和抗压试验,分析了高聚物掺量、养护时间和干密度对加固砂土强度和变形特征的影响,并阐明其相关性,最后结合SEM图像揭示了高聚物加固砂土的破坏机制。结果表明:(1)3个研究变量对加固砂土抗压和抗剪强度有显著促进作用,其中高聚物含量和养护时间对抗剪强度的影响主要体现在黏聚力上,并且强度与养护时间强正相关,与高聚物含量和干密度中等正相关,可用对数函数(或线性函数)表示其关系;(2)3个研究变量增加时,试样剪切特征由剪切硬化型转变为剪切软化型、破坏位移逐渐减小(干密度减小时),轴向应力-应变曲线表现明显的峰后缓和现象并产生明显的变化,破坏模式以鼓胀并伴有裂缝为主,形态由E型逐渐变为G型(干密度减小时);(3)加固砂土变形特征与养护时间强正相关,与干密度中等负相关,而与高聚物含量相关性不显著,峰值应变与3个研究变量呈多项式(或线性)关系;(4)对于高聚物加固砂土,最佳掺量为约2%,养护24 h及以上时效果显著;(5)高聚物通过吸附、粘结和填充作用在砂粒间形成有效稳定的三维网状膜结构,从而改良砂土微观结构,高聚物在荷载下的变化类型占比决定了加固砂土的变形能力和破坏模式,而这与高聚物掺量、养护时间和干密度密切相关。

关键词：高聚物砂土强度特性变形特征相关性分析微观机制

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超高温陶瓷复合材料研究进展

无机材料学报 2024年第6期39卷 571-590页

作者：张幸红王义铭程源董顺胡平哈尔滨工业大学航天学院复合材料与结构研究所哈尔滨150001

随着高速飞行器朝着更宽空域、更长时间和更高速度的方向发展,对飞行器的鼻锥、前缘和发动机燃烧室等关键结构的热防护性能提出了更加严苛的要求,发展在极端环境下使用的高性能热防护材料是当前的研究重点。超高温陶瓷复合材料具有优异... 详细信息

随着高速飞行器朝着更宽空域、更长时间和更高速度的方向发展,对飞行器的鼻锥、前缘和发动机燃烧室等关键结构的热防护性能提出了更加严苛的要求,发展在极端环境下使用的高性能热防护材料是当前的研究重点。超高温陶瓷复合材料具有优异的抗氧化烧蚀性能,是一类极具应用潜力的非烧蚀型热防护材料。然而,本征脆性问题限制了超高温陶瓷复合材料的工程化应用,需通过组分结构调控对其进行强韧化。同时,飞行器有效载荷提升也对超高温陶瓷复合材料提出了轻量化的要求。本文系统概述了超高温陶瓷复合材料近年来取得的主要研究进展,包括压力烧结、泥浆浸渍、前驱体浸渍裂解、反应熔渗、化学气相渗透/沉积与“固-液”组合工艺等制备方法,颗粒、晶须、软相物质、短切纤维和连续纤维等强韧化方法及其机制,抗氧化烧蚀性能与机理,以及轻量化设计等。讨论了超高温陶瓷复合材料组分、微结构和性能之间的关系,并指出了超高温陶瓷复合材料目前存在的挑战以及未来的发展趋势。

关键词：超高温陶瓷复合材料强韧化抗氧化烧蚀轻量化综述

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纳滤膜在盐湖提锂领域的研究进展

精细化工 2024年第7期41卷 1404-1413页

作者：李海柯张环王晓磊王会才天津工业大学材料科学与工程学院天津300387 天津工业大学环境科学与工程学院天津300387 天津工业大学省部共建分离膜与膜过程国家重点实验室天津300387 天津工业大学沧州研究院河北沧州061000

中国锂(Li)资源消耗量占全球消耗量的40%,然而其产能仅满足工业需求的20%,80%的Li需要进口,研究新一代提Li技术迫在眉睫。纳滤(NF)膜具有选择性离子分离能力,在Mg^(2+)、Li^(+)的选择性分离中表现出突出的潜力。商用NF膜多荷负电,受Don... 详细信息

中国锂(Li)资源消耗量占全球消耗量的40%,然而其产能仅满足工业需求的20%,80%的Li需要进口,研究新一代提Li技术迫在眉睫。纳滤(NF)膜具有选择性离子分离能力,在Mg^(2+)、Li^(+)的选择性分离中表现出突出的潜力。商用NF膜多荷负电,受Donnan效应和静电引力影响,其对正离子的分离能力有限。近年来的研究发现,荷正电NF膜可以有效分离具有相似水合物离子半径的Mg^(2+)和Li^(+)。该文介绍了NF膜中离子传输理论和选择性筛分机理,综述了商用NF膜在盐湖提Li领域的研究现状及不足,分析了荷正电NF膜的制备方式(包括胺单体的选取、纳米材料掺杂、引入中间层及表面接枝等)对提升Mg^(2+)、Li^(+)的选择性分离性能的影响规律。最后,总结了荷正电NF膜在实际工程应用中的挑战和前景。

关键词：盐湖提锂筛分机理商用纳滤膜膜改性荷正电纳滤膜

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双工位针刺机器人系统设计

纺织学报 2024年第7期45卷 204-212页

作者：李皎辛世纪陈利陈小明天津工业大学纺织科学与工程学院天津300387 天津工业大学先进纺织复合材料教育部重点实验室天津300387 天津工业大学机械工程学院天津300387

针对单工位针刺成型系统中人和机器无法高效协同生产,预制体生产效率较低;现有的直线型双工位针刺机器人设备需要2个外部回转轴带动双工位参与织物针刺,系统编程难度较高,且工位切换时需要占据的空间大的问题。提出一种混合切换双工位... 详细信息

针对单工位针刺成型系统中人和机器无法高效协同生产,预制体生产效率较低;现有的直线型双工位针刺机器人设备需要2个外部回转轴带动双工位参与织物针刺,系统编程难度较高,且工位切换时需要占据的空间大的问题。提出一种混合切换双工位针刺机器人系统,并开展了双工位针刺成形系统的机械结构设计、异型预制体模具和针刺工艺设计、控制系统设计、运动仿真以及预制体制备的实验验证。结果表明:系统成功实现了大尺寸异型曲面预制体的高效针刺成形,直线/旋转混合切换的双工位使得实现预制体的自动换装的同时又能保证系统空间占用量小;双工位中只有针刺工位上的外部回转轴与6关节机械臂联动,系统较为简单,编程方便;同时提高了数控回转工作台的承载力且将针刺末端执行器的布针数量增加至25针,满足了大尺寸预制体的针刺成形,并使得针刺成形效率直接提高2倍。本文系统可应用于批量化制备大尺寸异型曲面复材预制体。

关键词：双工位预制体机器人针刺技术异型曲面复合材料

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