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碳微球/多孔VO(B)复合材料的水热合成及其电化学性能研究

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化工新型材料 2024年

作者：杨子娄有信曹晓润尹蕊娄广辉张伟河南建筑材料研究设计院有限责任公司齐鲁工业大学(山东省科学院)材料科学与工程学院

钒氧化物及其复合材料是一种理想的锂离子电池电极材料。使用一步水热法合成了碳微球/多孔VO2(B)复合材料，采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和电池测试系统对该复合材料的结构、形貌和电化学性能进行了表征测试。结果表明：碳微球/多孔... 详细信息

钒氧化物及其复合材料是一种理想的锂离子电池电极材料。使用一步水热法合成了碳微球/多孔VO2(B)复合材料，采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和电池测试系统对该复合材料的结构、形貌和电化学性能进行了表征测试。结果表明：碳微球/多孔VO2(B)复合材料由无定型碳微球和由柔性弯曲的VO2(B)纳米条自构筑的多孔VO2(B)复合而成，当电流密度分别为0.5A/g、1A/g、2A/g和5A/g时，其放电比容量可分别达到748.4mAh/g、612.2mAh/g、457.5mAh/g和359.6mAh/g，经250次循环，其容量保持率可达90.7%(在5A/g时)。

关键词：碳微球多孔VO (B) 水热法电化学

ZnIn_(2)S_(4)修饰TiO_(2)的分级S型异质结用于促进光催化析氢

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第4期59卷 334-345页

作者：张宝龙刘方璇孙彬高婷婷周国伟齐鲁工业大学(山东省科学院)化学与化工学院山东省高校轻工精细化学品重点实验室济南市多尺度功能材料工程实验室山东济南250353 烟台先进材料与绿色制造山东省实验室山东烟台264006

利用半导体光催化裂解水制氢被认为是解决日益严重的环境污染和能源短缺问题的有效途径之一,然而半导体光吸收范围窄、光生载流子复合率高以及光催化剂氧化还原能力差等问题限制了该技术的发展.为克服这些难题,构建能带结构匹配的S型异... 详细信息

利用半导体光催化裂解水制氢被认为是解决日益严重的环境污染和能源短缺问题的有效途径之一,然而半导体光吸收范围窄、光生载流子复合率高以及光催化剂氧化还原能力差等问题限制了该技术的发展.为克服这些难题,构建能带结构匹配的S型异质结成为提高光催化活性的有效策略.该结构能实现光生载流子的空间分离和转移,有效地抑制其复合,同时保留了光催化体系的强氧化还原能力.本文利用原位化学浴沉积法成功地将ZnIn_(2)S_(4)纳米片修饰在花状TiO_(2)微球表面,制备了具有独特分级结构的TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4) S型异质结光催化材料,并研究了其光催化析氢活性.Zeta电位结果表明,TiO_(2)带有正电荷,可以率先吸附溶液中的S2-并与后续加入的In3+和Zn2+原位反应生成ZnIn_(2)S_(4),进而构建稳定的TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4)异质结光催化剂.X射线粉末衍射、扫描电镜和透射电镜等结果证实了TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4)异质结光催化剂的成功制备.紫外-可见漫反射结果表明,ZnIn_(2)S_(4)的引入明显增强了TiO_(2)的光吸收能力.结合莫特-肖特基曲线、X射线光电子能价带谱和紫外光电子能谱等表征结果,确定了TiO_(2)和ZnIn_(2)S_(4)的能带结构及费米能级位置.光电流密度、电化学阻抗、表面光电压、荧光光谱和时间分辨荧光光谱等测试结果表明,TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4)异质结具有较好的光生载流子分离和转移效率以及更长的光生载流子寿命.线性扫描伏安和接触角测试证明了TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4)异质结具有更低的过电势和良好的亲水性,更有利于析氢反应发生.通过阿伦尼乌斯方程对反应温度和析氢速率之间的关系进行拟合,结果发现,TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4)异质结具有更低的析氢反应表观活化能,从而更有利于光催化析氢反应发生.非原位和原位X射线光电子能谱以及电子自旋共振光谱等结果表明,TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4)异质结遵循S型电子转移机理.在模拟太阳光照射下,最佳配比的TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4)异质结的光催化析氢速率达6.85 mmol g^(-1) h^(-1),分别约为纯TiO_(2)和ZnIn_(2)S_(4)的171.2倍和3.9倍.此外,经六次循环后催化材料仍保持良好的光催化析氢活性,表明具有紧密界面接触的分级结构异质结可以有效地抑制ZnIn_(2)S_(4)的光腐蚀,且保持良好的结构稳定性.综上,本文构建了TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4) S型异质结,有效促进了光生载流子的空间分离和转移,同时保留了其强氧化还原能力,从而提高光催化析氢活性.本研究为设计和合成高效的异质结光催化剂提供了参考.

关键词： TiO_(2) 分级结构 ZnIn_(2)S_(4) S型异质结光催化析氢

基于IDA方法的柱承式筒仓结构地震易损性分析

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防灾减灾工程学报 2024年第3期44卷 640-648页

作者：许启铿李建业刘涛王桂玲刘强任国旗河南工业大学土木工程学院河南郑州450001 机械工业第六设计研究院有限公司河南郑州450001

易损性分析是柱承式筒仓结构开展基于性能设计研究的重要基础。为此,选用某钢筋混凝土柱承式筒仓为研究对象,通过有限元软件ABAQUS,分别采用混凝土损伤塑性模型和理想弹塑性模型(Dracker-Prager)模拟筒仓结构及仓内粮食颗粒,建立考虑粮... 详细信息

易损性分析是柱承式筒仓结构开展基于性能设计研究的重要基础。为此,选用某钢筋混凝土柱承式筒仓为研究对象,通过有限元软件ABAQUS,分别采用混凝土损伤塑性模型和理想弹塑性模型(Dracker-Prager)模拟筒仓结构及仓内粮食颗粒,建立考虑粮食-仓体相互作用的柱承式筒仓非线性有限元模型。根据增量动力分析法(IDA),按照谱相容性原则选取10条地震动记录,分别以最大层间位移角和地面峰值加速度作为筒仓结构工程需求参数和地震动强度参数,进行空仓、半仓、满仓三种储粮工况的柱承式筒仓结构地震易损性分析以及地震损伤风险评估。结果表明:(1)三种储粮工况下柱承式筒仓结构最大层间位移角均发生在柱顶位置,支承柱进入塑性状态的层间位移角分别为0.015、0.013、0.011 rad;(2)储粮质量大小是决定柱承式筒仓结构损伤刚度退化的重要因素;(3)三种储粮工况下的柱承式筒仓结构均满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标;(4)满仓工况筒仓50年超越倒塌极限状态的概率为0.45%,小于FEMA P750中定义的50年倒塌风险的限值1%。研究成果可为筒仓结构基于性能的设计研究及抗震性能评估提供依据。

关键词：柱承式筒仓增量动力分析法易损性分析有限元模型粮食颗粒

钴锰共掺杂金属有机框架催化过一硫酸盐降解四环素的性能

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中国粉体技术 2024年第2期30卷 113-122页

作者：耿上帅王皓企梁飞王立君魏东闫涛闫良国济南大学水利与环境学院山东济南250022 山东省核与辐射安全监测中心山东济南250117 山东水务投资有限公司山东济南250101 山东省机械设计研究院山东济南250031 齐鲁工业大学机械工程学院山东济南250031

【目的】制备高效固体催化剂,实现水中污染物四环素(tetracycline,TC)的高效降解。【方法】采用溶剂热法制备钴、锰共掺杂的金属有机框架化合物MIL-88B(Co-Mn),并用于催化过一硫酸盐去除水中TC,分别考察钴、锰不同物质的量比对催化剂性... 详细信息

【目的】制备高效固体催化剂,实现水中污染物四环素(tetracycline,TC)的高效降解。【方法】采用溶剂热法制备钴、锰共掺杂的金属有机框架化合物MIL-88B(Co-Mn),并用于催化过一硫酸盐去除水中TC,分别考察钴、锰不同物质的量比对催化剂性能的影响,进行实验条件优化。【结果】在催化剂Co(NO_(3))_(2)·6H_(2)O和Mn(NO_(3))_(2)·4H_(2)O的物质的量比为3∶2,反应体系pH为5,TC质量浓度为10 mg/L,催化剂质量浓度为20 mg/L,过一硫酸盐浓度为2 mmol/L,反应时间为60 min时,TC去除率可达94%以上;所制备的MIL-88B(Co-Mn)催化剂具有良好的循环利用性,经过4次循环,TC去除率仍大于90%。【结论】制备的MIL-88B(Co-Mn)是一种高效催化剂,在处理抗生素废水的过程中证明是可行的,能有效催化过一硫酸盐去除水中TC。

关键词：溶剂热法钴锰共掺杂金属有机框架过硫酸根四环素

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小型太阳能测波浮标标体优化设计与分析

船海工程 2024年第3期53卷 125-130页

作者：郑珊珊郑良张继明宋苗苗雷卓闫星魁高赛玉程凯宇扈威姜梓良齐鲁工业大学(山东省科学院)海洋仪器仪表研究所山东青岛266061 齐鲁工业大学(山东省科学院)海洋技术科学学院山东青岛266061 国家海洋监测设备工程技术研究中心山东青岛266001

为解决小型测波浮标电量储存有限,无法长期海上服役,以及须定期拖曳上岸进行人工充电,维护成本高的问题,设计一种新型太阳能测波浮标。基于光照面积计算,增设柔性太阳能电池板及其透明保护罩,且对太阳能板的固定方式进行,优化设计,利用I... 详细信息

为解决小型测波浮标电量储存有限,无法长期海上服役,以及须定期拖曳上岸进行人工充电,维护成本高的问题,设计一种新型太阳能测波浮标。基于光照面积计算,增设柔性太阳能电池板及其透明保护罩,且对太阳能板的固定方式进行,优化设计,利用Inventor软件建立三维仿真模型,在此基础上借助Maxsurf软件及HydroStar软件对模型进行稳性分析和水动力分析,生产样机并进行海试实验。海试结果显示,浮标下水后姿态良好,新增设太阳能电池板日均发电量可达5.29 Ah,满足浮标日常需求,浮标整体性能得到有效优化和提升。

关键词：小型测波浮标优化设计稳性分析水动力分析

夹杂物对42CrMo4钢塑性及韧性的影响分析

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热加工工艺 2024年第12期53卷 81-86,99页

作者：孙振栋窦存超郭宁沈德鹏刘哲程林刘永超唐炳涛齐鲁工业大学(山东省科学院)机械工程学院山东济南250300 金雷科技股份公司山东济南271104

风电主轴材质42CrMo4钢内部夹杂物的存在导致大锻件热成形中易出现微裂纹等缺陷。针对不同种类的夹杂物进行研究,探究其在热成形中的损伤失效行为。对原铸态42CrMo4钢进行取样、抛磨、腐蚀后进行夹杂物形貌的SEM观察与EDS成分检测,并对... 详细信息

风电主轴材质42CrMo4钢内部夹杂物的存在导致大锻件热成形中易出现微裂纹等缺陷。针对不同种类的夹杂物进行研究,探究其在热成形中的损伤失效行为。对原铸态42CrMo4钢进行取样、抛磨、腐蚀后进行夹杂物形貌的SEM观察与EDS成分检测,并对基体损伤较大的夹杂物做纳米压痕实验以获得其真实的力学性能参数。结果表明:铸态42CrMo4钢室温下组织为铁素体和珠光体的共存组织,主要存在Al_(2)O_(3)、TiN、硅酸盐类夹杂物及少量的CaS类夹杂物。纳米压痕实验表征得到在相同载荷下TiN的残余压痕深度最小,说明其塑性变形最小,弹性回复能力最好,Al_(2)O_(3)次之;室温下基体弹性性能最差,其塑性变形最大。在夹杂物附近观察到了部分孔洞,表明夹杂物较基体硬度大,在成形过程中会破坏基体的连续性,形成裂纹等缺陷从而影响产品质量。

关键词： 42CrMo4钢热成形夹杂物基体损伤失效

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中厚板铝/铜异种金属双面搅拌摩擦接头微观组织与力学性能

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机械工程学报 2024年

作者：唐九兴石磊武传松吴明孝高嵩国网河南省电力公司电力科学研究院齐鲁工业大学(山东省科学院)机械工程学院山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室

采用双面搅拌摩擦焊实现了12 mm AA6061-T6铝合金与T2纯铜的焊接，研究工艺参数对接头微观组织与力学性能的影响。研究发现，当两面焊缝采用相同工艺参数时，由于焊接变形，两面的焊缝成形具有明显差异，难以同时兼顾双面焊缝成形以获... 详细信息

采用双面搅拌摩擦焊实现了12 mm AA6061-T6铝合金与T2纯铜的焊接，研究工艺参数对接头微观组织与力学性能的影响。研究发现，当两面焊缝采用相同工艺参数时，由于焊接变形，两面的焊缝成形具有明显差异，难以同时兼顾双面焊缝成形以获得优异的接头性能。为了进一步提高接头性能，将第一道焊缝的转速和焊速分别固定为600 r/min和400 mm/min，对第二道焊缝的焊接参数进行了优化。一方面通过优化第二道焊缝的焊速，即将第二道焊缝的转速固定为600rpm，焊速分别采用300 mm/min, 200 mm/min和100 mm/min，无缺陷的焊接接头在焊速100 mm/min时取得；另一方面通过优化第二道焊缝的转速，即将第二道焊缝的焊速固定为400 mm/min，转速分别采用800 r/min和1 000 r/min。结果表明当转速800 r/min时，接头横截面无缺陷且获得了最大抗拉强度达到151 MPa，此时接头无宏观孔洞缺陷、铝/铜界面处无微裂纹且界面处生成了相对较薄的金属间化合物层，接头拉伸断裂位置于铝/铜界面，断裂方式为韧-脆混合断裂。

关键词：铝/铜异种焊接双面搅拌摩擦焊中厚板界面金属间化合物力学性能

热辅助超声滚压温度场参数影响激光熔覆涂层表面粗糙度研究

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表面技术 2024年第5期53卷 149-155页

作者：张常胜沈学会罗辉姜永泉齐鲁工业大学(山东省科学院)机械与汽车工程学院济南250353 山东建筑大学机电工程学院济南250101 浙江晶鸿精密机械制造有限公司浙江上虞312300 山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿山东烟台261400

目的降低激光熔覆涂层的表面粗糙度。方法采用激光熔覆技术制备铁基激光熔覆涂层,采用超声温滚压耦合热处理工艺对熔覆层进行熔覆后强化加工,重点研究温度场参数对成形表面粗糙度的影响,通过方差分析(ANOVA)确立参数显著性,同时利用响... 详细信息

目的降低激光熔覆涂层的表面粗糙度。方法采用激光熔覆技术制备铁基激光熔覆涂层,采用超声温滚压耦合热处理工艺对熔覆层进行熔覆后强化加工,重点研究温度场参数对成形表面粗糙度的影响,通过方差分析(ANOVA)确立参数显著性,同时利用响应曲面法(RSM)构建温度场参数影响铁基涂层表面粗糙度的预测模型,并进行参数优化。结果加热温度和保温时间对成形试样表面粗糙度的影响显著。在实验参数范围内,试样的表面粗糙度与加热温度呈正相关,与保温时间呈负相关。实验结果表明,在相同保温时间下,在加热温度100、250、400℃条件下试样的表面粗糙度Ra分别为0.237、0.158、0.096μm;在相同加热温度下,在保温时间为0.5、1、2 h条件下试样的表面粗糙度Ra分别为0.156、0.164、0.170μm。可见与保温时间相比,加热温度对涂层表面粗糙度的影响更显著。参数优化分析结果表明,在实验参数范围内,在400℃加热温度和0.5 h保温时间条件下,试样具有最小的表面粗糙度Ra(0.089μm)。结论相较于车削及常温滚压工艺,采用超声温滚压耦合热处理工艺可进一步降低激光熔覆涂层的表面粗糙度,在实验参数范围内,加热温度400℃和保温时间0.5 h是最优的温度场参数组合。

关键词：超声滚压温塑性增材制造表面粗糙度热处理铁基合金

航天运载器大型金属构件激光定向能量沉积研究及应用进展（特邀）

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中国激光 2024年第10期 33-55页

作者：周庆军严振宇张京京衣凤董鹏谢勇王福德郭宁首都航天机械有限公司北京科技大学新金属材料国家重点实验室齐鲁工业大学(山东省科学院)机械工程学院山东省机械设计研究院

激光定向能量沉积（LDED）增材制造技术由于成形效率高、材料送进方式灵活、成形自由度高等特点，非常契合当前及未来航天装备结构大型化、整体化、轻量化、高精度的发展趋势，并已在运载火箭、载人飞船、火箭发动机等领域实现牵引性应... 详细信息

激光定向能量沉积（LDED）增材制造技术由于成形效率高、材料送进方式灵活、成形自由度高等特点，非常契合当前及未来航天装备结构大型化、整体化、轻量化、高精度的发展趋势，并已在运载火箭、载人飞船、火箭发动机等领域实现牵引性应用。总结当前铝合金及其复合材料、钛合金及其复合材料、镍基高温合金及其复合材料等3类航天装备结构主体材料的LDED研究现状，在此基础上，梳理出LDED工艺的发展方向及研究进展。重点介绍航天装备主承力结构、异质合金一体化结构、集成流道整体化结构等3类典型结构LDED制造难点、研制及应用进展。最后，对LDED增材制造技术材料、工艺及装备等的发展方向进行了展望。

关键词：激光技术增材制造激光定向能量沉积金属材料大型构件航天运载器