卤化物钙钛矿材料是当前学术界的研究热点,但对二维、三维卤化物钙钛矿材料的性能对比分析却少有。为此,本文从三维和二维卤化物钙钛矿材料的晶体结构、电子结构角度出发,总结了发生维度变化后两种材料的不同物理化学性质以及性质改变的原因,并分析了其不同性质所适用的领域及面临的问题,为钙钛矿材料未来的研究提供了思路。
首先,三维和二维卤化物钙钛矿均有带隙可调和对缺陷容忍性高的特点,但在结构稳定方面二维材料较三维钙钛矿材料稳定性较高,原因在于二维材料能量低且对变形的容忍度更高。其次,由于三维卤化物钙钛矿材料降维后得到二维卤化物钙钛矿,过程中周期性金属骨架被破坏,部分电子施主缺陷或空穴受主缺陷在二维材料中能级较深,导致材料载流子浓度下降,电子传输性能下降,因此二维材料较三维材料电学传输能力差。同时,二维材料量子效应凸显,二维卤化物钙钛矿材料相较三维材料光吸收能力下降,因而三维卤化物钙钛矿相较二维材料更适合应用于太阳能电池吸光层。再次,一方面,用于发光器件的三维卤化物钙钛矿材料外量子效率较低,需要引入功函数匹配的半导体材料形成异质结构才能高效应用,所以其较少应用于发光器件;另一方面,二维卤化物钙钛矿虽然可实现多种连续发光频谱,但需要提高加工工艺以适应大规模商业化生产需求。最后,传统钙钛矿材料作为含铅离子化合物材料,分解会对环境造成影响,应当考虑开发无铅稳定的新型卤化物钙钛矿。

随着科学技术的高速发展,光伏电池等领域所需的材料既需要具有良好的耐高温能力,又需要具有较高的透光率。聚酰亚胺(PI)材料虽然具备超越其他聚合物的耐高温性能,但其高度共轭的刚性分子链易生成电荷转移络合物(CTC),使PI的耐高温性能与透光率成为两种相互矛盾的性能。而通过对PI的分子结构进行设计可以有效减少CTC的产生,平衡两类相互矛盾的性能,实现PI材料的综合性能最优化。通过分子结构设计增强PI材料的综合使用性能的研究已经受到国内外研究人员的广泛关注。本文从PI最具代表性的耐高温性能和透光能力出发,综述了PI的主链、侧基、非平面结构和端基与性能之间的关系,并且分析了不同结构与性能之间的规律和联系,最后展望了PI材料未来的发展趋势。

高熵陶瓷材料通常是指由五种或五种以上金属阳离子以等物质的量或近等物质的量组成的多组元固溶体。近年来,高熵陶瓷(High-entropy ceramics, HECs)由于具有单一的晶体结构和优异的物理化学性能,成为陶瓷领域的研究热点之一。本文介绍了国内外高熵陶瓷材料,如高熵碳化物、高熵氮化物、高熵氧化物、高熵硼化物、高熵硅化物和高熵硫化物的发展状况,总结了高熵陶瓷制备、结构性能与应用的研究工作,并对高熵陶瓷的发展方向和前景进行了分析和展望。

电弧增材制造技术以其成形速度快、材料利用率高、生产成本低等优势,在航空航天、船舶制造、汽车工业等领域已取得广泛应用。本文首先介绍了电弧增材制造在质量调控方面的发展现状,包括工艺参数、基板和层间温度以及保护气体;其次,结合国内外最新研究成果,论述了沉积路径的发展情况,并对成形件的力学、疲劳、腐蚀性能进行了分析,介绍了电弧增材制造技术在大型化、整体化零部件制造中的典型应用;最后总结了电弧增材制造面临参数动态监测技术尚不成熟,成形工艺优化不够系统,标准制定不足,疲劳和腐蚀机理研究不够等主要挑战,并对其未来的发展趋势给出了相关建议,即建立参数控制数据库、开发新型材料、建立工艺流程库、完善软硬件系统等。

为了提高待测物的表面增强拉曼散射光谱(SERS)的检测性能,采用超声技术在有序介孔碳(OMC)上负载Ag和Au纳米颗粒(NPs)制备出OMC/Ag@Au NPs复合材料并以其作为SERS检测基底。通过TEM、SEM和XRD等技术对材料进行结构表征,以罗丹明6G(R6G)为探针分子,对材料的SERS检测性能进行评价。研究结果表明,OMC/Ag@Au NPs复合材料的孔径为5.9 nm,比表面积高,为426.1 m²·g^-1,对有机物分子表现出较强的吸附富集作用,R6G的检测限达到10^-8 mol/L,拉曼位移在613 cm^-1处峰值强度的相对标准偏差(RSD)为3.7%,且该复合材料在室温条件下储存45 d后仍能保持高SERS活性。由此可见,采用超声技术制备OMC/Ag@Au NPs复合材料的方法简便,复合材料的SERS检测灵敏度高、均一性和稳定性好。这是由于:一方面,Ag和Au NPs的表面等离子体共振效应(SPR)产生电磁增强作用;另一方面,OMC对R6G分子的吸附作用产生化学增强作用。该复合材料在有机物检测领域具有很大的应用潜力。

电极材料是保证氧传感器性能的关键。电极材料的多孔性和突出的原子振动非简谐效应对其导电性有重要的影响。为了提高电极材料的导电性能,本工作考虑到原子的非简谐振动,应用固体物理理论和方法,研究了氧传感器多孔电极材料电导率及其热稳定性随温度、时间、颗粒半径的变化规律,并探讨了原子非简谐振动和孔隙率的影响。结果表明:多孔Pt电极材料的电导率小于块状电极材料的电导率,且颗粒愈小,两者的差愈大;多孔Pt电极材料的电导率及其热稳定性系数均随温度的升高而非线性减小,当温度T<300 K时,减幅较大,当温度T>1 000 K时,则减幅极小并趋于常量。电导率随时间延长而减小,但减幅极小;电导率随颗粒半径的增大非线性增大。孔隙率对电极材料的电导率有影响:颗粒愈小,孔隙率愈大。电极材料的电导率愈小,颗粒的体内与表面层的电导率的差愈大。考虑到原子振动的非简谐效应,电极材料的电导率大于简谐近似时的结果,且温度愈高,非简谐与简谐近似下的差值愈大,即非简谐效应愈显著。

随着社会经济的发展,能源短缺和环境污染问题越来越显著,探索电解水获得氢能、超级电容器的研究和水中污染物离子的处理逐渐受到人们的广泛关注。电催化分解水制氢需要高效的电催化剂,超级电容器需要具有优异电化学性能的电极材料,水中有毒污染离子的去除也需要高效低廉的吸附剂。而层状双金属氢氧化物(LDH)体现出多方面的特性,如记忆效应、良好的催化性能、阴离子交换性、酸碱性以及热稳定性等,有望用于解决上述问题。
LDH具有优异的性能,而且成本较低,组成结构可调控,层间可以进行插层反应。然而,LDH的电子传输能力差,会降低其电化学性能;在合成时易团聚,电导率低且催化活性也不高。LDH的制备方法多种多样,可通过改进LDH的合成方法,将LDH和各种功能材料进行复合来解决这些问题。
近年来,研究者们将LDH原位生长在各种导电载体上,以提高LDH的导电性;开发纳米合成技术,将合成的LDH剥离出纳米片或直接在导电基上垂直定向生长出二维LDH纳米片,使有利于催化反应的活性位点大量暴露在材料表面,从而提高其催化活性;将LDH与石墨烯复合,使超级电容器电极材料的比电容增大,导电性和循环稳定性增强,并且还可以提升LDH对CO₂的吸附能力,使LDH广泛用于解决能源危机和环境污染问题。
本文综述了几种LDH的制备方法及其复合材料的合成方法,归纳了LDH及其复合材料近年来在催化、储能以及环境保护中的应用。对LDH在电催化水氧化和光催化方面的应用分别做了介绍,然后阐述了LDH材料在超级电容器和处理水体污染等环境问题方面的应用。

苯系物广泛存在于水体和大气环境中,难降解和高毒性的特点使其对人体健康和生态环境产生严重威胁。光催化技术因具有反应条件温和、氧化还原能力强、绿色无二次污染等特点而备受关注,可用于污染物降解、能源转化,尤其对于难降解苯系物的治理具有显著优势。
宽带隙光催化剂具有价带位置更正、氧化能力强、光化学稳定性高和造价低等特性,在苯系物降解中发挥了重要作用,被广泛应用于苯系物等难降解污染物的治理。但宽带隙光催化剂光响应范围有限、表面电势高和光生电子空穴对难以分离等特点,限制了其在实际治理工艺中的应用。另外,苯系物种类繁多、结构复杂,以及当前原位表征技术尚未普及等因素,导致对苯系物的转化机理和开环机理的认识不足,制约了高效治理苯系物光催化剂的设计制备和光催化技术在治理苯系物方面的实际应用。
基于以上问题,本文围绕宽带隙光催化氧化技术在苯系物降解中的重要进展,介绍了光催化降解苯系物的反应机理、宽带隙半导体性能影响因素,总结了宽带隙光催化剂改性策略的最新进展并分析了其形成机制和促进光催化苯系物降解的作用机理,最后针对宽带隙光催化剂降解反应机理的研究、提高降解效率和实际应用等方面提出了展望。

氢能作为一种可燃烧的新型能源,凭借其清洁无污染等优点,被认为是人类从根本上解决能源与环境等全球性问题的理想替代能源。电解水是生产高纯度氢气的重要方法之一,也是现代清洁能源技术的重要组成部分。随着实际需求的不断增长,如何利用高效低耗的电催化剂来提升反应速率,已经成为当前新能源领域的研究重点之一。
电解水反应由阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER)两个半反应组成,其中HER反应相对容易进行;而相比于HER反应,OER反应动力学缓慢, 是影响电解水效率的主要原因。为了提高电解水制氢的能量转化效率,高效OER电催化剂成为研究电解水制氢技术的关键因素。
过渡金属催化剂由于其特殊的d轨道结构和在地球上丰富的储备量成为OER催化剂研究领域的热点,但是目前存在的主要问题是,与贵金属催化剂相比,过渡金属催化剂的催化活性较差。因此,发展一些高催化活性和高效稳定的电催化剂,成为该领域研究关注的重点。在过去的十余年间,硫化物、硒化物、磷化物和硼化物等非贵金属基OER电催化剂被大量研究并取得了长足的发展。在这些催化剂中,硫化物型电催化剂不仅具有成本优势,而且在析氧过电位、耐久性等方面正在接近甚至超越RuO₂和IrO₂等贵金属催化剂,颇具应用潜力。
本文主要介绍了电解水析氧反应在不同电解质中的反应机理,从硫化物型OER电催化剂的物理化学性质入手,证实了硫化物型OER电催化剂在析氧反应中具有独特的优势,最后综述了有关硫化物型OER电催化剂在改进策略等方面的研究进展。

甲醛作为室内空气的主要污染物之一,对人类的健康造成极大的危害。能否有效去除甲醛已成为人们关注的热点,而吸附法被认为是一种去除甲醛的重要方法。本研究采用低浓度的硝酸、草酸、双氧水和氢氧化钠于常温下浸渍处理竹质活性炭,利用环境扫描电子显微镜(E-SEM)、比表面积分析仪(BET)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)对改性前后的活性炭形貌、孔隙特征和表面官能团进行表征,并运用静、动态甲醛检测分析装置评价改性后的竹质活性炭对甲醛的吸附效果。结果表明,与未处理竹质活性炭相比,四种改性处理的竹质活性炭样品表面都有不同程度的蚀刻和皱缩,微孔数量均有不同程度的增加,但氢氧化钠改性竹质活性炭平均孔径为1.89 nm,小于未处理竹质活性炭孔径。改性前后竹质活性炭的FTIR特征吸收峰的峰形没有明显变化,只是峰强有所差异;XPS结果表明改性后竹质活性炭的含氧量均有所增加;改性活性炭对甲醛的去除能力明显提高了,其中硝酸改性竹质活性炭性能最好,主要原因是硝酸改性活性炭表面羰基和酯基的协同作用增强,提高了活性炭的极性,有利于对极性甲醛分子的吸附。

以混凝土和砂浆为代表的水泥基材料凭借其硬化后优异的力学性能和耐久性能被广泛应用于工程领域。然而,水泥基材料的多孔性和亲水性致使其在使用过程中很容易受到外界水和侵蚀离子的加速破坏,尤其是在潮湿、临海、寒冷地区,严重影响了其结构的耐久性和使用寿命。(超)疏水水泥基材料是通过对常规水泥基材料进行表面或整体(超)疏水改性制成的新型建筑材料,与常规水泥基材料相比,其具有更好的疏水性、抗渗性、抗冻性和抗氯离子侵蚀性,在一些特殊工程领域具有非常好的应用前景。因此,针对(超)疏水水泥基材料的研究引起了国内外学者越来越多的关注。
近年来,国内外学者针对(超)疏水水泥基材料进行了大量科学研究并取得了非常丰硕的研究成果,这为(超)疏水水泥基材料的工程应用提供了重要参考。本文将对近年来国内外针对(超)疏水水泥基材料的最新研究成果进行综合介绍,其中重点包括以下几个方面:(1)现有的表面润湿模型,包括Young氏模型、Wenzel模型和Cassie-Baxter模型;(2)水泥基材料(超)疏水改性方式,包括表面改性和整体改性,并对比了改性方式对水泥基材料润湿特性的影响;(3)(超)疏水表面改性和整体改性对水泥基材料力学性能的影响规律;(4)(超)疏水表面改性和整体改性对水泥基材料耐久性的影响效果。最后对(超)疏水水泥基材料的研究结论进行了归纳总结并对研究前景进行了展望,以期能够为开发性能优异、经济环保的(超)疏水水泥基材料提供借鉴与参考。

本实验研究了21种合金元素对纯铝导电性能的影响,并综合分析其影响因素及机制。研究结果表明,合金元素会导致纯铝的电导率下降,且不同元素造成的下降幅度存在差异。铝基体中固溶度极低的合金化元素的影响较小,而溶解度较大的固溶型元素的影响则相对较大,且电导率下降幅度与元素类型密切相关。固溶型元素对铝合金电阻率的影响是固溶原子与基体Al原子的原子半径差(Δr)、化合价差异(ΔZ)、核外电子分布和凝固反应类型等因素的共同作用。其中,化合价差异和凝固反应类型起主要控制作用,其次是核外电子分布。过渡族元素具有化合价差异大、凝固过程为包晶反应且外层电子空位数多等特性,导致纯铝的电导率快速降低。

TiO₂是一种价格低廉、稳定的半导体材料,被广泛应用于光催化水裂解、污水处理等众多领域,但其只能吸收高能量的紫外光,限制了实际应用。本工作采用氢氟酸溶液刻蚀纯钛片,然后在一系列温度下对其进行热处理,使其表面与氧气反应生成TiO₂薄膜,随后将样品置于氢气气氛下进行还原处理。通过XRD对其进行物相表征,SEM观察微观形貌,利用电化学工作站测试样品的光响应曲线、线性扫描伏安曲线以及电化学阻抗谱,并根据线性扫描伏安曲线计算出样品的光转换效率。结果表明,经过HF处理后,所形成的TiO₂纳米薄膜暴露(101)晶面。同时,经过HF处理和氢气还原制备的样品的光电性能有了较大提升,光电流密度最高可达1.04 mA/cm²,是未经HF处理和氢气还原薄膜的11.5倍,是仅经HF处理薄膜的2.97倍,最大光转换效率提升了70%。该方法制备的纳米薄膜材料在光催化降解、产氢等领域具有潜在的应用价值。

近年来,普鲁士蓝(PB)及普鲁士蓝类化合物(PBAs)用于钠离子电池电极材料方面的研究逐渐深入。作为金属有机框架(MOFs)材料,PB及PBAs是具有可调控的化学组成和物理性质的简单配位聚合物。PB及PBAs可直接作为高性能钠离子电池正极材料,也可以通过与其他材料复合用于钠离子电池正极;此外,利用PB及PBAs作为前驱体制备各类具有纳米结构的金属化合物(如金属氧化物、金属硫化物、金属硒化物和金属磷化物等)及金属化合物复合材料,并用于钠离子电池负极。本文简要介绍了PB、PBAs和以它们为前驱体制备的金属化合物及复合材料在钠离子存储方面的应用研究进展。

随着半导体产业技术的进步,电子信息及智能设备对小体积、低功耗、高集成度、性能优异的半导体器件的需求越来越大。二维(2D)层状半导体材料有着原子级厚度的几何结构,并且由于尺寸效应、量子效应的影响,该类材料往往表现出独特的电学、光学性质。2D材料基电子器件的迁移率、开关比及光电响应等性能优良,在高性能芯片、光电探测器、传感器及柔性电子器件领域有着广阔的应用前景。   传统传感器的选择性低、功率要求大且灵敏度低,使其应用受到一定的限制。研制出成本低、稳定性高、检测限低及智能化的微型传感器是该领域的关键方向之一。近年来,层出不穷的新材料和新结构被应用于各种传感器中,包括氮化硼(h-BN)、黑磷(BP)及2D过渡金属硫族化合物(TMDs)等,这些新材料显著改善了传感器件的性能。然而,制备难度大、材料成本高等缺点限制了2D材料基传感器的大规模应用,同时,传感器的稳定性及重复性也有待进一步提高。   本文归纳了基于TMDs电子器件的最新研究进展,从敏感材料、传感性能、灵敏度等方面对气体传感器、葡萄糖传感器及pH传感器进行了探讨,分析了2D材料基传感器的性能特点并对其应用前景进行了展望。根据不同材料的性能优化器件的结构,通过表面掺杂、修饰、改性等方式对2D材料进行处理,最终为制备高稳定性、高灵敏度的传感器提供参考。

随着工业化的快速发展,以臭氧为氧化剂的高级氧化技术被广泛应用于水污染处理、空气净化以及杀菌消毒领域。然而,过量未反应的臭氧被排放到空气中,造成严重的空气污染问题,威胁人类生命健康。相比于传统的吸附、热分解、药液吸收等臭氧治理技术,催化臭氧分解技术通过催化材料加速臭氧的分解过程,因其安全高效、绿色环保的优势而备受关注。随着研究的不断深入,臭氧分解催化材料的种类更加丰富,包括非金属碳材料、贵金属、过渡金属氧化物、金属-有机框架材料等,其应用形式也从粉末型催化材料发展到整体式催化材料。
然而,在实际应用中,臭氧分解催化材料面临着活性和抗湿性两个主要问题:前期研究表明,过氧物种在催化材料表面活性位点的脱附是反应的速控步;而过氧物种会覆盖臭氧分解催化剂活性位点,导致催化活性降低;除此之外,臭氧往往伴随着大量的水汽,其与臭氧在活性位点的竞争吸附,会导致催化剂活性位点的失活。因此,急需开发高催化活性和高耐湿性的臭氧分解催化材料。
对于活性来说,通过提高比表面积、构建氧空位、晶面调控、掺杂和表面修饰等手段可以提高催化材料表面的活性位点数量,促进催化反应过程得失电子循环以增强催化材料的活性。对于抗湿性来说,疏水性处理是提高催化材料抗湿性的有效措施。近几年来,研究学者发现,一些独特的活性位点可以把水当作助催化剂,这一方面提高了催化活性,另一方面避免了水的竞争吸附导致催化材料稳定性的下降。
本文归纳了气相臭氧分解催化材料的研究进展,介绍了气相臭氧分解的过程和机理,系统梳理了不同类型催化材料在催化臭氧分解过程中的优势和存在的问题,并在此基础上着重介绍了臭氧分解催化材料活性提升和稳定性提高的策略;以期为制备高效稳定的新型臭氧分解催化材料、推动臭氧氧化技术在化工领域得到更大规模的推广和应用提供参考。

本工作采用X射线衍射(XRD)分析方法,研究了在不同柠檬酸钠掺量下半水石膏在蒸压时不同晶面的结晶习性。运用Materials Studio 2017软件进行分子动力学模拟,研究了柠檬酸钠吸附在半水石膏晶体不同晶面的结晶习性。基于等温等容系统(NVT)对柠檬酸钠吸附于半水石膏晶体不同晶面的最低能运动轨迹进行模拟,研究了半水石膏晶体不同晶面的力学性能。XRD分析结果表明:柠檬酸钠的掺量为0.06%(质量分数,下同)时,半水石膏晶体的(200)晶面、(020)晶面和(400)晶面衍射峰强度最高,即晶面发育较好。分子动力学模拟结果表明:从柠檬酸根离子与半水石膏晶面距离来看,(200)晶面和(400)晶面是柠檬酸根离子与Ca²⁺的主要结合位点;相互作用能从小到大的顺序为ΔE₍₄₀₀₎<ΔE₍₂₀₀₎<ΔE₍₁₁₁₎<ΔE₍₂₀₄₎<ΔE₍₀₂₀₎,则柠檬酸钠更易于与半水石膏晶体的(200)晶面、(400)晶面作用,从而抑制半水石膏晶体在C轴方向上生长;从弹性模量(E)、体模量(K)和剪切模量(G)等力学性能的参数可知,柠檬酸根离子与(200)晶面和(111)晶面上钙离子之间主要有较强的结合力,即柠檬酸根离子易于吸附在C轴方向的晶面上。柠檬酸根离子使半水石膏晶体在垂直于C轴方向上的尺寸变大,对半水石膏晶体在C轴方向上的强度的影响显著。试验所得的晶面分析结果与模型研究的结果具有互证性。

随着工业的飞速发展和人们环保意识的日益增强,传统润滑油在避免环境污染等方面越来越难以满足人们的使用要求,而环境友好型润滑剂成为摩擦学研究的重要方向。水基润滑剂具有成本低、冷却性能优、可生物降解和安全性能好等优点,是一种典型的绿色环保型润滑剂,既可以满足生态环境保护的使用要求,又可以满足某些特殊环境的使用需求。但在实际应用中,需要引入纳米添加剂来解决水介质的运动黏度小、润滑性能有限和易腐蚀等问题。石墨烯基材料是一种具有优异力学性能的片层结构纳米材料,且片层之间的滑动属于超润滑滑动,作为水基润滑添加剂使用潜力巨大。然而,石墨烯是由类苯环为单元组合而成的稳定结构,片层之间存在强烈的π-π相互作用,在水基介质中很容易产生聚集沉淀。因此,近年来许多学者开始采用不同的方法对石墨烯基材料进行功能化修饰,逐渐发现修饰后的石墨烯基材料在水基溶液中具有较好的分散稳定性,并且保持石墨烯原有的力学和润滑性能,作为添加剂显著提升了水基介质的润滑性能。
本文归纳了目前石墨烯面向水润滑潜在应用的常用改性方法:(1)利用氧化石墨烯等片层上的含氧基团作为“锚固点”与修饰分子发生化学反应的共价键功能化修饰;(2)利用修饰分子与石墨烯基材料之间的π-π相互作用、离子相互作用和氢键等作用力进行结合的非共价键功能化修饰;(3)对石墨烯基材料进行尺寸调控。修饰后得到的石墨烯基水润滑添加剂能够有效降低工件间的摩擦系数和磨损率,并提高水基润滑剂的缓蚀效率。但是,石墨烯基材料作为水基润滑添加剂使用,其在水中达到长期的分散稳定性还具有一定的挑战性。并且目前所采用的多为油基润滑剂的评价体系,缺少对其冷却性能和生物降解性的测试标准与方法,因此需要建立一套针对石墨烯基水润滑添加剂的完整、系统的评价体系。

随着氢能产业的发展,氢燃料电池汽车因无污染、零排放等优点逐渐进入公众的视野,引起了人们的强烈关注。在氢燃料电池汽车系统中,车载储氢罐发挥着至关重要的作用,为提高其体积储氢密度并确保其应用的安全性,国际标准组织氢技术委员会规定储氢罐最多可充入70 MPa的氢气。因此,实现氢气的安全、高效加注是氢燃料电池汽车市场化的关键,这也对加氢站中氢压缩机的研发提出了更高的要求。   现阶段,大多数已建成的加氢站均使用机械式氢压缩机,其普遍存在安全性差、振动与噪音大以及维护成本高等缺点。金属氢化物氢压缩机是利用储氢合金(氢压缩材料)在不同温度下平台压的不同对氢气进行增压。相比传统的机械式氢压缩机,金属氢化物氢压缩机具有安全、环保、无振动和噪音、密封性好、无摩擦、能有效提纯氢气以及维护成本低等优点。为提升其加氢压力和压缩比,通常将几种不同的氢压缩材料串接设计为多级氢压缩机。而提升各级氢压缩材料的热力学与动力学性能则是优化整个金属氢化物氢压缩系统性能的关键。   氢压缩材料的改性主要集中于合金化。例如:LaNi₅合金A侧常被混合稀土Mm和Ml取代,而B侧常被Co、Al、Mn、Sn等元素取代,改性后的AB₅型合金因具有较低的吸放氢平台、较强的抗毒化性能与循环稳定性,通常作为高密度储氢材料或初级氢压缩材料;而TiCr₂合金A侧常被同族的Zr取代,B侧常被同周期的V、Mn、Fe、Co、Ni等元素取代,改性后的AB₂型合金具有较高的吸放氢平台、较大的储氢量,一般可作为中级或末级氢压缩材料。除此之外,具有极高平台压的ZrFe₂基合金也是应用于氢压缩领域的潜在材料。   本文首先介绍了金属氢化物氢压缩机的工作原理与特点,然后设计了三级氢压缩机系统并综述了各级氢压缩材料的研究进展,最后还对未来氢压缩材料的发展方向进行了展望。

有机-无机杂化卤素钙钛矿晶体表面的缺陷浓度远高于其内部,严重影响了钙钛矿太阳能电池的光电转化效率和稳定性。通过开发多功能钝化剂可有效降低钙钛矿表面的缺陷密度,是进一步提高钙钛矿薄膜质量的一种有效途径。本研究中,我们首次应用了一种多功能的钝化材料: 1-腈丙基-3-甲基咪唑氯盐,将其涂敷到钙钛矿表面可以同时钝化铅离子和碘离子缺陷,使载流子寿命延长两倍以上。最终,通过钝化甲脒铅碘钙钛矿表面,反式钙钛矿太阳能电池开路电压提高了40 mV,光电转化效率达到22.53%。同时,这种离子液体钝化处理使得太阳能电池的稳定性有所提升,封装器件在空气中60 ℃和AM1.5G标准光照条件下以最大功率点效率追踪500 h,效率仍保持在90%以上。

制造业的发展可提升一个国家的综合竞争力,其中金属材料发挥了重要作用。而热处理作为改善金属材料使用性能的重要基础工序,存在影响因素多、研发周期长的问题。因此,优化工艺,缩短周期,提高效率和质量是十分必要的。传统的热处理工艺,多凭经验而定,具有一定的盲目性、成本高和效率低等缺点。计算机与热处理技术的结合打破了这一瓶颈,使热处理过程“可视化”—可以观测到工艺参数对组织、性能的影响,使工艺优化有据可依,节省了大量能源及时间,缩短了研发周期,提升了生产效率。此外,还可实现对热处理相变机理的研究,深入分析相变对使用性能的影响。目前,在热处理模拟方面,应用较多的模拟方法主要有有限元法、蒙特卡罗法、元胞自动机法和相场法,它们在模拟中各有千秋。有限元法以耦合多场的优势侧重于探索热处理工艺参数的影响,目的是优化热处理工艺,解决工程实际应用问题。后面三种方法主要是针对相变机理的研究,其中蒙特卡罗法和元胞自动机法更多用来模拟相变过程中的形核位置及晶粒长大现象;相场法多模拟相变的介观形貌,探究相变的演变过程机理。
本文对这几种模拟方法在热处理方面的应用现状进行了总结介绍,并对比了这几种方法的优缺点,为研究人员选用模拟方法提供参考依据。重点分析了有限元法在热处理数值模拟中的应用,在此基础上对热处理数值模拟的未来发展进行了展望,指出基于有限元算法的跨尺度多场耦合集成计算将是未来发展方向之一。

农林废弃生物质主要由木质素、纤维素等组成,来源广泛、可再生,通过对其进行精深加工,可获得具有高附加值的产品,是一种潜在的化石资源替代品,对绿色可持续发展具有重大意义。在生物质资源化产品中,生物质炭材料可通过热解和水热两种炭化方法获得,功能性炭材料的设计与制备是近年来的研究重点。生物质合成气可通过气化、热解、水热气化等方法获得,主要含有H₂、CO等气体,可直接作为燃料,或者作为合成生物质油及其他化学品的原料,目前的研究主要致力于提高生物质合成气的产率和质量。生物质油则可通过热解、水热液化等方法得到,或以生物质合成气为原料经费托合成获得,生物质油主要含有烷烃、烯烃、芳香族化合物等,通过精炼可作为汽油、柴油的替代品,提高生物油的产率及选择性是近年来的研究重点。
本文根据生物质深加工产物形态的不同,将生物质精深加工技术分为固相、气相、液相等三类,从生物质利用技术的原理、工艺条件、最新进展等角度,对农林废弃生物质资源的精深加工研究进展进行了梳理和系统总结,列举了部分代表性研究成果,旨在进一步理解生物质农林废弃物资源化精深加工技术发展的前沿动态、前景与潜力,为探求绿色可持续发展提供新的工程化思路与方法。

近年来,食品安全问题引起了人们的广泛关注。非食用色素因价格低廉、着色能力强而被非法用于食品加工过程,严重威胁消费者生命健康。苏丹I和罗丹明B是食品加工中最常被滥用的两种典型非食用有机着色剂,进入人体后会在相应酶的作用下产生致癌物。高效液相色谱法是用于违禁色素分离检测的主要方法,但该方法所需仪器昂贵,专业程度高且操作繁琐,限制了其在色素鉴定中的应用。棉线作为一种低成本固定相已被用于有机色素的色谱分离,但是对于其亲疏水性在色素分离中的作用目前仍不清楚,也未见将该系统直接用于色素分离收集的报道。
针对上述问题,本研究采用等离子体可控预处理的方式实现对棉线亲疏水性能的调控,并进一步探究了棉线亲疏水性在棉线基色谱分离和收集过程中的作用。在等离子体处理过程中,调整了棉线的缠绕方式、等离子体功率和暴露时间,并通过扫描电镜、接触角测试和线上液体流动实验对棉线内部结构以及棉线亲疏水性进行了表征。结果表明,等离子体处理并不影响棉线的加捻结构和纤维间空隙大小;棉线以“之”字形悬空缠绕在支架上可增大暴露面积,从而获得更高的亲水性能;棉线的亲水性高度依赖于等离子处理时间和仪器功率,在10.15 W的等离子机中处理8 min被证明是最佳处理参数,可使棉线具有最高的亲水性能。X射线光电子能谱分析(XPS)表明,经等离子体处理后棉线的含氧基团显著增多,这可能是棉线亲水性提高的原因。以乙醇/水溶液为展开剂,探究了棉线亲水性对色素分离的影响,发现棉线亲水性提高可以显著增强色素的分离效果。色素与棉线的结合力以及流动相在棉线上的流动能力可能是色素分离效果的决定性因素。在色素分离收集实验中,分别以乙醇/水溶液和甲酸/甲醇溶液作为展开剂对罗丹明B和苏丹I进行分离收集,并对不同阶段的洗脱液进行了紫外吸收光谱分析。在乙醇/水溶液体系中,两种色素虽然可先后通过棉线固定相,但在苏丹I洗脱液中仍然含有微量的罗丹明B;而在甲酸/甲醇溶液体系中,两种色素可以更有效地分离,且分离速度更快。
综上,本研究揭示了亲水性在线基色谱系统中的关键作用,开发了一种简便、低廉和易于操作的线基色素分离方法,并将其用于非食用色素苏丹I和罗丹明B的有效分离和收集。本研究有望为高性能线基色谱分离系统的设计和构建提供理论指导,并进一步拓展线基流控分离方法的应用领域。

氮化铀(UN)核燃料具有铀原子密度高、熔点高、导热性好、耐辐照、良好的液态金属相容性等特点,被认为是小型模块化反应堆及事故容错燃料的重要候选燃料。相对氧化铀核燃料,氮化铀燃料合成工艺复杂,制造及保存难度高,并且其性能随着合成工艺不同而有所差异,进而影响其在反应堆的服役性能。本文主要介绍了碳热还原氮化路线、金属氮化路线、铀氟铵化合物氮化路线、溶胶-凝胶法4种氮化铀合成工艺,并对各方法的原理、研究现状、优缺点等进行了分析,以期为氮化铀合成工艺发展提供参考。

采用溶胶凝胶煅烧法合成了La_0.5Sr_0.5Co_0.8Mn_0.2O_3-δ纳米粉,通过X射线衍射、电子显微镜、X射线光电子能谱和碘定量滴定等测试方法对合成物进行了表征,并以四溴双酚A为模型污染物,考察其催化性能。结果表明,合成的纳米 La_0.5Sr_0.5Co_0.8Mn_0.2O_3-δ具有钙钛矿R-3c结构,平均晶粒尺寸为40～70 nm。与通氮气煅烧的样品相比,弱氧化煅烧样品的非化学计量氧浓度适中,钙钛矿结构中B位离子平均价态相对较稳定,其催化性能较强且相对较稳定,可再生循环使用四次。

电化学传感器因具有灵敏度高、检出限低、响应性快等优点而在分析检测领域扮演着重要的角色。然而,传统的电极存在导电性差、响应信号弱、稳定性差等缺点,从而限制了电化学传感器的广泛应用。为解决这些问题,修饰材料被科研工作者们用于对电极进行改性处理以提高其性能。目前报道较多的修饰材料有石墨烯、碳纳米管、金属有机框架、导电聚合物等,但是这些材料存在制备过程繁琐、成本较高等问题或者导电性差、活性位点少等缺陷。与这些材料相比,生物质炭材料具有原料可再生、来源广泛、制备过程简便且导电性较好等优点,还能实现循环利用,符合当前绿色化学的理念。因此,生物质炭材料是一类极具潜力的、适用于构建电化学传感器的修饰材料。
本文根据生物质炭材料的原料来源将其分为植物基、动物基和微生物基炭材料,并归纳了物理活化热解法、化学活化热解法、水热炭化法及熔融盐炭化法等几种常见的制备方法;然后分析了影响以生物质炭材料构建的电化学传感器性能的几个因素,其中生物质炭材料的孔道结构和电导率对电化学传感器性能的影响最大; 最后介绍了以生物质炭材料构建的电化学传感器在化学检测和生物检测方面的应用现状,并对生物质炭材料在今后被用于电化学传感领域时需解决的问题进行了概括。

混凝土是土木工程建设的重要材料。由于设计、施工、服役环境及其材料自身等原因,混凝土在投入使用时就存在部分非结构裂缝。工程实践发现,在长期动荷载作用下,混凝土裂缝会在长度、宽度和深度方向出现扩展和演变,而动荷载和环境共同作用将会加快裂缝的扩展,加速混凝土材料的劣化,导致混凝土力学和耐久性能降低,严重影响其结构安全。
动荷载的长期作用将导致混凝土裂缝尖端附近的应力场和位移场出现复杂的变化,从而引起应力集中和应变能释放,当裂缝尖端应力强度因子大于材料断裂韧度时,裂缝将发生失稳扩展。动荷载对裂缝中的水产生动水压,动水压作用下水对裂缝内壁产生反复冲刷和溶蚀,导致裂缝内壁的集料和水化产物流失,从而加速了裂缝的扩展。低温冻融过程中,水在裂缝内壁反复结冰溶解,在裂缝内产生了冻胀应力,而动荷载作用使裂缝发生的体积变化增大了冻胀应力,同时冻融对裂缝内壁的集料和水化产物产生了剥蚀作用,加速了混凝土裂缝的扩展。动载-水-冻融共同作用对混凝土宏观裂缝的扩展演化更加复杂,目前尚无系统研究。
本文归纳了目前对混凝土宏观裂缝在动载-水-冻融共同作用下扩展演变研究的最新进展,梳理了动荷载作用下水和冻融对裂缝扩展演化的加速机制、裂缝扩展与演化的计算方法和有效预测模型,并提出了该研究方向需要进一步解决的问题,以期为进一步掌握混凝土结构的长期服役性能、完善混凝土结构损伤理论及养护维修技术奠定基础。

透光水泥基复合材料是一种集承载、采光和装饰功能于一体的绿色建筑材料,可以作为建筑围护结构应用于墙面和地面空间。虽然光纤直径对透光水泥基复合材料的力学和透光性能影响显著,但目前光纤直径与透光水泥复合材料性能之间的关系仍缺乏系统研究。本工作中采用直径为0.25~1.00 mm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光纤,系统研究了其直径对透光水泥基复合材料力学性能、透光性能以及孔隙率的影响规律。结果表明:压力载荷方向垂直于光纤轴向时,透光水泥基复合材料的抗压强度和抗折强度在光纤直径为0.25 mm时分别达到了27.22 MPa和5.43 MPa,较水泥基体分别提高了9.76%和18.56%;压力载荷方向平行于光纤轴向时,透光水泥基复合材料的抗压强度和抗折强度在光纤直径为0.25 mm时分别达到了30.33 MPa和2.37 MPa,较水泥基体分别提高了22.30%和降低了48.25%。光纤/水泥基体界面有效阻碍了断裂时裂纹的扩展,提高了水泥基复合材料的强度,并且光纤直径越小,其对水泥的增强效果越显著。光纤掺入后水泥基复合材料变为各向异性材料,施加载荷的方向对其抗折强度影响显著,当载荷方向垂直于光纤轴向时,光纤的掺入对水泥基复合材料主要起到增韧增强的作用,提高了水泥基复合材料的抗折强度;当载荷方向平行于光纤轴向时,界面有效促进裂纹产生,抗折强度减小。透光水泥基复合材料的透光率在波长为400~800 nm时均小于理论值(1.0%),光线在PMMA光纤中传输时的固有损耗和界面散射,是影响复合材料透光率的重要原因。

智能材料是指在磁场、电场、应力等环境变量作用下性能可控的新型功能材料,是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料。磁流变材料是一种重要的场响应型智能材料,主要成分为磁性颗粒和非磁性基载液,其物理和流变特性受磁场影响,并且具有优异的可控性,这种特性使磁流变材料受到学者的广泛关注,在科学与工程领域拥有良好的应用前景。
近年来出现的磁流变材料包括磁流变液、磁流变脂和磁流变弹性体等,目前磁流变液的研究与应用较为广泛,磁流变液可通过外部磁场进行调控,流变性质在几个数量级上表现出阶跃性和可调性的变化,可以在几毫秒内从类流体转变为类固体状态。在零磁场强度下,磁流变液的行为类似于非牛顿流体,具体特性取决于磁流变液的自身组分,通常表现出具有屈服应力的宾汉塑性流体行为。磁流变液可以在阻尼器、减震器和离合器等领域提供半主动控制,但沉降问题一直制约着磁流变液的发展。磁流变脂以润滑脂为基载液,润滑脂的特殊结构能够有效改善磁流体的沉降稳定性,因此在磁流变器件应用领域展现出显著优势。
本文从磁流变脂制备、流变特性、磁流变脂器件及其潜在应用这四个方面综述了磁流变脂材料及其应用研究进展,针对磁流变脂的材料特性和实际应用展开讨论,与磁流变液进行相应的比较,并对磁流变脂作为润滑材料的发展趋势进行了展望。

与铸造镁合金相比,变形镁合金可获得更高的强度、更好的延展性以及更多样化的力学性能,从而满足多样化镁合金结构件的应用需求。但由于变形镁合金绝对强度低、塑性变形能力差,其应用范围受到了极大的限制。近期研究发现,对变形镁合金进行预时效处理能够显著提高合金的综合力学性能,因此总结和归纳预时效对变形镁合金的影响具有重要的理论参考价值和实践指导意义。
预时效是在塑性加工前进行时效处理的一种时效方法,预时效处理可通过欠时效、峰值时效和过时效等工艺调控析出相的大小、形状、分布和位向,析出相在后续的加工变形过程中具有改善材料组织与性能的重要作用。预时效提供的析出相,在后续塑性加工变形过程中为动态再结晶提供形核核心,促进动态再结晶,细化晶粒,激活非基面滑移,弱化基面织构,且晶界析出相可显著抑制晶粒长大,有效阻碍位错运动,也可使位错累积增多,小角度晶界增多。此外,增加析出相含量能减小晶粒尺寸,抑制{1012}拉伸孪晶的形核和长大,增加{1011}压缩孪晶和{1011}-{1012}双孪晶含量,这些孪晶增加了动态再结晶的形核核心,改变了晶粒取向,进而大幅提高了合金的强度、屈服应力和峰值应力,同时也保证了合金的延展性,极大地改善了镁合金的综合力学性能。
本文针对Mg-Al系、Mg-Zn系、Mg-Sn系和Mg- RE系等四系合金,总结分析了预时效对变形镁合金组织与性能的影响,着重从压缩、拉伸、挤压和轧制等变形工艺角度进行综述,为制备综合力学性能优良的镁合金提供参考。此外,本文指出了预时效变形镁合金在未来的发展动态和研究重点。

锂离子电池作为电动车的动力核心,其性能和安全性直接关系到整车质量和行驶里程。电池的充放电性能和循环寿命受到温度的影响。本文简要介绍了电池发热机理和温度对电池性能的影响,主要综述了基于相变材料的电动汽车电池热管理技术的应用和发展。从材料角度,文中列举并分析了具有合适相变温度的PCM的潜热、导热系数等热物理性质,结论是:有机材料在满足潜热和相变温度的同时,还具备优异的成型性,而其较一般的导热性能和机械性能可通过添加改性剂来增强和优化;从装置角度,基于相变材料的热管理模块可以在被动模式下实现电芯间更均匀的温度分布、较小的温度波动和较低的能耗,而与传统的空冷、液冷方式结合后,混合热管理系统显示出更好的协同效果。目前,有关集成相变材料的电池组实验研究仍较少,但已有的计算流体动力学研究表明,借助相变材料,电池温度性能得到了优化和完善。最后分析了该新型热管理技术的发展瓶颈、可行的解决方案和未来研究方向。

采用第一性原理方法计算比较了Ag、O和N单掺杂、Ag-O和Ag-N二元掺杂以及Ag-O-N三元共掺杂闪锌矿ZnS的晶型结构、电荷分布、能带和态密度以及光学特性。N、O对晶格结构的影响大于Ag,结构优化和电荷分布结果显示晶格畸变随着掺杂组分的增多不断增大。形成能计算表明,N最易掺杂,组分越多,掺杂越难实现。Ag、O和N各组分掺杂ZnS后能带间隙均有所减小,Ag、N掺杂ZnS更有利于价带顶上移,部分能带越过费米能级,形成电子跃迁的过渡能级,有利于光催化反应。Ag-O-N三元掺杂ZnS后在可见光区的吸收峰最大,有利于提高ZnS对可见光的利用率。

界面太阳能蒸发是一种高效、低成本的水净化技术,光热转换材料、微观结构热管理是实现高效太阳能驱动蒸汽产生的关键。聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一种环保且结构可灵活设计的柔性硅橡胶,通过填料可有效改善硅橡胶的热导率系数。纳米硫化铜(CuS)在近红外光几乎100%吸收,是一种新型的光热转换材料。本工作以方糖为模板、纳米二氧化硅(SiO₂)和铝粉(Al)为填料制备了多孔的SiO₂-PDMS/ PDMS-Al双层硅橡胶,分别构建隔热、导热层,通过聚乙烯醇(PVA)将纳米CuS附着于PDMS-Al层作为光热转换材料。这种硅橡胶复合材料不仅提高了光热转换材料的亲水性,太阳光吸收率达到97.3%,在1 kW/m²光照下能获得77.03%的蒸发效率,而且具有良好的循环稳定性。PDMS复合光热材料从微观结构上减少了界面太阳能蒸发过程中的热损失,对推广该技术应用于海水淡化、污水处理等具有重要的意义。

铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池具有转换效率高、生产成本低、不衰退和污染小等优点,是很有前景的新型薄膜太阳能电池,其实验室测试光电转换效率已达23.35%。探究CIGS的光电转化机制和器件性能的提升方法对推动光伏产业的发展具有重要意义。本文综合分析了CIGS的发展历程、原理、结构和提升其性能的主要技术途径。重点介绍了:(1) NaF-PDT、KF-PDT、RbF-PDT和Cs-PDT等多种碱金属的后沉积处理技术的发展;(2) 采用Zn(O,S)、ZnS、(Zn,Mg)O等无镉缓冲层材料替代CdS缓冲层进行缓冲层结构优化;(3) 利用双层或三层Mo背电极来解决Mo表面缺陷问题;(4) 在氧化锌中掺杂其他元素(如用铝、氯或硼代替锌的阳离子掺杂)来提高导电性,进而优化窗口层。进而分析了CIGS太阳能电池的光电转化机制和影响因素,以及基于理论优化工艺技术路线方法。最后,讨论了CIGS薄膜太阳能电池相关技术的发展趋势。

当前核燃料包壳主要以热中子吸收截面极低、熔点较高的锆合金作为主要构件材料。2011年日本福岛核电站失水事故使人们意识到锆合金在事故工况高温蒸汽环境中会快速氧化失效,并产生氢气造成氢爆。为了应对锆合金包壳材料的这一缺陷,提升核反应堆安全性,耐事故燃料(Accident tolerant cladding, ATF)包壳材料的开发成为了当前研究热点。   在锆合金表面制备涂层以提高其抗氧化性能是ATF包壳开发的重要发展方向之一。目前已开发了多种针对锆合金的涂层材料,包括纯金属涂层、MAX相涂层、合金涂层以及氧化物涂层等。在众多涂层材料中,纯铬涂层能有效提升锆合金包壳的抗高温氧化性能和高温强度,且涂层加工方法简单、经济性良好。铬涂层是极具应用潜力的候选材料,也是当前的研究热点。   本文以铬涂层锆合金耐事故燃料包壳材料的事故工况为主题,综述了铬涂层的氧化动力学、铬-锆中间层生长动力学、铬涂层长期氧化失效机制、诱发铬涂层短期快速失效的因素以及涂层强化机制方面的研究进展,汇总了国内外目前在ATF包壳领域取得的进展,为铬涂层锆合金耐事故燃料包壳材料的基础理论研究、关键技术攻关和未来商业应用提供有益的参考。

铜及其合金具有优良的耐腐蚀、导电导热性能及机械加工性能,广泛应用于电气、轻工、机械制造等领域。随着生产条件的不断优化,为同时满足不同的应用需求,人们期望获得综合性能更加优良或某一性能特别突出的零部件,但传统制造加工方法工艺复杂,且生产过程中材料利用率较低,存在很大的局限性。为实现零件表面合金化,改善零件表面性能缺陷,表面涂层技术被开发并广泛应用;为实现复杂结构零件的成形,人们开发了增材制造技术。铜合金增材制造技术通过逐层累积的方法,可以高效快速地制造出各类精密零部件,不仅使合金材料利用率高,还能够满足各种结构复杂零部件的成形需求,是当下铜合金应用的研究热点。近年来,国内外研究人员利用铜合金涂层改善零件表面性能的主要技术有沉积、热喷涂、冷喷涂等,对铜合金增材制造技术的研究主要集中在激光增材制造技术,从工艺优化到组织性能分析,都对未来的研究提供了很大的理论依据,但对电子束增材、电弧增材等其他增材制造技术的关注比较少,对于铜合金增材制造过程中成分均匀化的热处理工艺及增材后具备优良的导电、导热、致密度等问题有待进一步研究。
本文归纳了铜合金表面涂层以及增材制造技术的工艺原理及研究现状,通过对比各类不同增材制造方法,分析了各增材制造技术工艺参数对成形件微观组织及力学性能的影响,对各技术所获得成形件的优缺点进行总结,并对未来铜合金增材制造重点关注方向进行展望,为制备性能更优良的铜合金成形件以及工艺应用奠定了基础。

镁合金作为目前最轻的商用金属结构材料,在航空航天、汽车、3C产品等领域具有广泛的应用前景。同时,面对全球铁铝资源日趋紧缺和我国大量进口铁铝矿石的困境,推广应用镁合金材料具有重要的战略意义。
与常用的钢铁材料和铝合金相比,镁合金的研究与开发还不充分,应用也受限。镁合金的耐腐蚀性能差,部分原因是镁的化学活性高,且表面生成的保护膜不具备保护作用。尤其在高温下,镁及其合金极易氧化,甚至燃烧,释放大量的热,这成为限制镁合金大量推广应用的瓶颈之一。
针对镁及其合金极易氧化的问题,近年来研究学者围绕其氧化机制和影响因素开展了大量的研究,认为镁合金的氧化受氧化膜P-B值、镁的蒸发、扩散等因素影响。目前,大多通过合金化的方式来提高镁的抗氧化性。镁合金抗氧化性研究为高抗氧化性镁合金的研发提供了理论支持,同时扩大了镁合金的高温应用前景,并将为镁合金行业带来巨大的经济效益。
本文归纳总结了国内外镁及其合金氧化特征及氧化机理的研究进展。首先,简述了镁的氧化;然后,分析了镁氧化的机理和影响因素,重点讨论了P-B值、扩散、蒸发、金相组织、合金元素对镁及其合金氧化行为的影响规律及作用机理;最后,总结了目前研究中的不足,提出了镁抗氧化性研究方向的建议。

采用共沉淀法制备Ce(OH)₃包覆Zn-Al-LDHs,并且将其作为锌镍二次电池的新型负极材料。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对Ce(OH)₃包覆Zn-Al-LDHs进行形貌和微观结构的表征,结果表明,Ce(OH)₃成功包覆在Zn-Al-LDHs表面。通过循环伏安曲线(CV)、Tafel极化曲线、交流阻抗曲线(EIS)和恒电流充电放电测试研究了其作为锌镍电池负极材料的电化学性能,结果表明,Ce(OH)₃包覆Zn-Al-LDHs表现出很好的循环可逆性能和抗腐蚀性能,Ce(OH)₃包覆Zn-Al-LDHs电极在Zn-Ni二次电池中的循环稳定性和充放电特性得到了明显提高,经过80次循环后,其循环保持率可以达到94.5%。

为评价硬质沥青的疲劳性能,通过旋转薄膜烘箱试验(RTFOT)和压力老化试验(PAV),选用具有代表性的四种硬质沥青和对比试样SBS改性沥青进行了短期老化和长期老化,采用不同温度下的线性振幅扫描试验(LAS)测试了各沥青试样的储能模量、损耗模量、剪切应变、剪切应力等疲劳参数,采用粘弹连续介质损伤模型(VECD模型)计算了沥青的疲劳寿命。结果表明:不同程度的老化均会降低硬质沥青重复荷载作用下应力-应变承受能力、抵抗损伤能力和疲劳寿命;温度升高会一定程度提升硬质沥青抵抗损伤能力和疲劳寿命,降低虚模量衰减;硬质沥青标号越高,则疲劳性能越好,不同油源的同等标号硬质沥青针入度越高,则疲劳性能越好;应力-应变曲线中峰值应力处的应变可以作为评价硬质沥青路面疲劳寿命的评价指标。

噪声是载人航天器的重要环境因素之一,航天器环境噪声升高会直接影响航天员工作和休息,进而影响空间科学任务。然而,以往在轨运行的载人航天器存在较多噪声过大的问题,多孔吸声材料已经在国际空间站应用并取得良好的降噪效果,我国空间站预计2022年底建成,了解声学多孔材的声学模型以及吸声机理对我空间站运营阶段的降噪具有重要的意义。
基于刚性框架假设,多孔吸声材料声学等效模型分为经验模型和唯像模型,Delany-Bazley是常用的经验模型,采用此模型不能对多孔材料吸声的性能提供精确的预测,唯象模型考虑了声波在材料孔隙和空腔中的传播,可以准确预测吸声性能,因此Johnson-Champoux-Allard唯象模型被众多学者应用。流阻、孔隙率、曲率、粘胶特征长度和热特性长度等多孔材料声学特性参数是准确建立多孔材料Johnson-Champoux-Allard模型的关键,流阻测试方法包括直接气流法、声学阻抗管法、交流法和比较法;孔隙率的测试方法分为直接测试方法和声学阻抗管测试方法;曲率、粘性特征长度和热特性长度可以通过超声波进行直接测试,直接测量通常比较复杂、不太可靠并且具有破坏性,反演优化方法是获得多孔材料曲率、粘性特征长度和热特性长度的常用方法。
本文概述了多孔吸声材料在国际空间站的应用情况,综述了多孔吸声材料声学等效模型的研究进展,介绍了多孔吸声材料吸声原理、声学扰动基本方程以及声学属性参数的测试方法,重点介绍了多孔吸声材料声学等效模型中的经验模型和唯像模型,进而对多孔材料声学等效模型中的声学特征参数的测试方法进行详细论述。