高温质子交换铌酸锂波导制备工艺研究

研究了一种高温质子交换制备铌酸锂光波导的工艺技术,质子源是稀释的苯甲酸熔融液,通过提高蒸气压的方法实现了350℃质子交换,X线衍射测试表明波导层具有单纯的α相结构。采用该技术实验制备了铌酸锂Y分支波导,报告了波导单模特性的测试判断方法,研究了控制波导单模传输的工艺环节。测试表明,试制样品在1 310nm和1 550nm波长下具有良好的单模传输特性。     

质子交换Z切LiNbO3光波导电光效应的研究

电光效应是LiNbO3光波导的重要特性。但质子交换对LiNbO3光波导的电光系数γ33有较大的损失,当经过一定时间的退火处时后,其值得到一定程度的恢复。采用相位检测法,测量电光系数γ33值。分别对质子交换和退火后的LiNbO3光波导进行测试。并用对测试结果进行了分析,得出了合理的结论。     

退火质子交换LiNbO3光波导的工艺研究

介绍了质子交换 Li Nb O3 光波导的制作工艺及光学特性测试 ,制作单模光波导的工艺条件及退火工艺。     

电子束熔丝增材制造TC11钛合金组织及力学性能

采用电子束熔丝增材工艺制造了直径260 mm的试环。分析了不同热处理状态的增材制造TC11钛合金微观组织和室/高温拉伸性能及其各向异性。并测试分析了锻件基体晶粒2次热处理和锻件基体与增材界面处的组织和性能。结果表明：沉积态微观组织为沿<001>β方向生长的柱状晶。晶界存在连续α相，晶体内部由集束和网篮α相组成的片层组织。经950℃/2h/空冷+530℃/6h/空冷的热处理后晶界连续α相破碎，晶内α相宽度从1.1μm增加至1.8μm。并形成具有二次α相的双片层组织。锻件与增材过渡区锻件一侧，等轴初生α相转变为“雪花”状初生α相。锻件基体2次热处理后等轴初生α相轮廓光滑，转变β相比例增加，并形成大量细小的针状二次α相。沉积态室温及500℃高温拉伸性能均具有明显的各向异性。经过热处理后室/高温拉伸性能均获得改善并高于锻件要求且各向异性明显降低。与沉积态相比，热处理态室温抗拉强度和断后伸长率各向异性分别从4.4%和27.1%降低至1.6%和5.4%。柱状晶及其晶界连续α相是引起塑性各向异性的原因。锻件+增材界面处热处理后其室/高温拉伸性能均满足锻件要求。     

国产质子交换膜燃料电池关键材料及部件的电池组性能

基于质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)技术的实际应用要求,针对其国产关键材料和部件(包括电催化剂、质子交换膜、炭纸、双极板)进行性能表征、电池组制造工艺开发和电池组应用性能研究,结果表明:国产炭纸、复合质子交换膜、复合催化剂以及薄型不锈钢双极板无论是在基本性能还是在电池组应用方面都达到了国外同类产品的水平,能够满足车用燃料电池发动机的要求。目前,复合质子交换膜产品已实现批量生产,炭纸和复合催化剂已具备批量制造能力,薄型不锈钢双极板的批量制造工艺和设备已进入开发阶段,采用这些国产材料和部件组装的PEMFC车用发动机正在进行实际应用考核。初步预计:通过这些国产关键材料和部件的应用,可以将PEMFC的材料成本降低50%以上,同时还可以大幅度提高电池性能,为推进我国燃料电池产品的实际应用奠定基础。     

锁紧螺栓数目及位置对PEMFC双极板变形影响

质子交换膜燃料电池的组装设计及方法对电池性能的优劣,有着非常重要的影响。燃料电池在组装时,由于受到螺栓锁紧时外力的作用,各组件之间容易产生变形。针对锁紧螺栓个数及位置,采用有限元ANSYS/WORKBENCH分析软件建立单质子交换膜燃料电池模型,对螺栓锁紧所造成的双极板内部位移变化情况进行数值模拟,获得双极板沿给定路径的位移变形分布和翘曲度情况,对比分析了锁紧螺栓数目及位置对双极板翘曲变形的影响,得出了最佳锁紧螺栓个数及位置,并提出了一种能提高质子交换膜燃料电池性能的封装方案。     

燃料电池式乙醇传感器的研制

利用燃料电池反应原理制备乙醇传感器,可精确检测呼气中乙醇浓度,并对烟雾、汽油等典型的干扰气体具有优异的选择性.传感器电极采用价格低廉、物理化学性质稳定的磺化聚α-甲基苯乙烯制固体质子交换膜作为载体材料,降低了传感器的制造成本,并用硅酸乙酯处理质子交换膜负载二氧化硅以改善膜的亲水吸水性能.传感器采用全固态方式装配,避免了液态电化学传感器的电解液泄漏问题.传感器电极采用丝网印刷工艺制备,提高了电极尺寸的一致性、催化剂的分散度和电极的强度,改善了传感器的稳定性,提高了生产效率.     

氢氟酸法制备氢氧化铌氨吸附的红外光谱分析

用氨水中和氟铌酸和氟氧铌酸制备的氢氧化铌表面强烈吸附氨,红外光谱分析在1400cm-1处有NH4＋的v4（F4）简正振动模式特征峰。热重分析以及在不同温度下热处理的红外光谱分析结果表明,在500℃左右才能将NH3彻底从氢氧化铌表面脱除。因此,用氨中和方法制备氢氧化铌的正确化学表达式为NbOx（OH）y（NH4）x。在室温下用不同浓度的无机酸水溶液处理氢氧化铌后的红外光谱分析结果进一步证实了上述结论。用HNO3水溶液处理氢氧化铌可将NH4＋交换下来,得到的氢氧化铌样品在300℃左右失重结束;用H2SO4水溶液处理氢氧化铌也可将NH4＋交换下来,但SO42-在其表面发生了微弱的吸附作用,用稀H3PO4水溶液只能将部分NH4＋交换下来,但同时PO34-在其表面发生了强烈的吸附作用。     

基于MEMS技术的微型质子交换膜燃料电池

介绍了微型质子交换膜燃料电池的基本工作原理.依据当前微型燃料电池的发展现状,重点探讨基于MEMS工艺的微型燃料电池微流场板、膜电极集合体等基本构件制造过程,提出了其中的关键技术和瓶颈问题.分析了微型质子交换膜燃料电池的微组装和系统集成技术,针对其中存在的问题,提出相关研究方向和解决方案.结合实例,对微型质子交换膜燃料电池的应用领域和应用形式进行了总结和展望.     

闭环光纤陀螺中铌酸锂相位调制器的背向反射及其影响

铌酸锂相应调制器是锯齿波调制闭环光纤陀螺的关键器件。本文就铌酸锂相位调制器及其驱动电路不理想而产生的边带进行理论分析和仿真研究。重点讨论铌酸锂器件波导端面的匪涅耳反射对边带影响的特点，提出了抑制边带应采取的技术措施。这为闭环光纤陀螺的输出频差补偿和标度因数线性度的改善提供了理论依据。     

钎焊耦合高温波导杆技术测厚可靠性研究

高温环境下,由于腐蚀、冲刷等原因,导致典型承压设备的壁厚减薄位置具有相对固定性,减薄部位是泄漏、开裂的高风险区,波导杆在线监测技术是提高承压设备运行安全性的有力保障。为了提升壁厚监测的长期可靠性,将波导杆与被测试样采用钎焊耦合的连接方式,探索了一种超声波长期测量高温结构壁厚测量的方法;然后通过大量试验研究,证明了基于钎焊耦合的波导杆技术可以长期稳定地激发并传递纯净的非频散类SH0波,并精确地测量了0～300℃的温度范围下SH0*波在316L不锈钢中的传播速度,为高温环境中在役设备损伤的测量提供了精准的超声波速度值。然后对不同厚度的试样,在不同温度下研究了测厚的可靠性和长期稳定性,发现基于钎焊耦合的波导杆技术可以准确地测量出试样±0.1 mm的厚度变化;该测量技术绝对误差小于0.05 mm,且各个测试点的相对误差均小于0.5%。试验结果,表明基于钎焊耦合的高温波导杆技术可以长期稳定地用于高温结构的壁厚监测,并且测量精度较高。     

光纤与S型曲线过渡的条波导的耦合

本文说明了单模光纤与钛扩散铌酸锂(Ti:LiNbO₃)条波导的耦合与波导的制作参数有关,我们制作了条宽W=6μm,长2.3cm(采用S型弯曲)的钛膜厚度为600A、750A、950A、1100A,扩散温度为1025℃,恒温9小时的Ti:LiNbO₃条波导,并测得光纤-波导(2.3cm)-光纤插入损耗在950A(Ti)(W=6μm、T=1025℃,t=9h时为最小。     

新成果信息

铌铬铸铁活塞环铌铬铸铁活塞环是为提高汽车发动机活塞环的使用寿命,采用我国资源丰富的铌作合金元素,而研究开发的汽车配件新产品。性能参数:弹性模数9500公斤力/毫米~2,抗弯强度大于50公斤力/毫米~2,弹力消失率小于8％(350±10℃一小时保温后)。使用寿命10万公里以上。比普通合金铸铁活塞环使用寿命可以提高一倍(据北京地区的测试结果)。     

流场尺寸对PEMFC性能影响

基于COMSOL Multiphysics仿真软件对质子交换膜燃料电池的阴极流场进行了仿真研究,通过对压力、速度、氧气浓度与电流密度等参数的研究来比较多通道蛇形流场的尺寸对质子交换膜燃料电池的性能影响。指导质子交换膜燃料电池流场设计。     

不同参数对质子交换膜燃料电池输出特性的影响

针对质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)的性能主要受到物理参数影响的问题,通过FLUENT软件建立燃料电池动力学模型,以对物理参数进行研究,得到了直行多流道单体质子交换膜燃料电池的极化曲线并对输出性能进行对比。结果表明:升高工作温度、升高运行压力以及降低质子交换膜厚度均有助于提高燃料电池输出电压,改善燃料电池的性能。研究结论将为PEMFC的设计和实际应用操作提供参考。     

α-FeOOH和α-Fe2O3纳米棒的制备及其对高氯酸铵热分解的催化作用

以FeSO₄·7H₂O和CH₃COONa·3H₂O为原料，采用水热方法制备α-FeOOH纳米棒，将所得α-FeOOH纳米棒于250℃烧结2 h制备α-Fe₂O₃纳米棒，采用差热-热重分析法研究了制备的α-FeOOH和α-Fe₂O₃纳米棒对高氯酸铵热分解的催化性能。结果表明：在100℃水热反应6 h可制备得到平均直径为18 nm的纯相α-FeOOH纳米棒，再于250℃烧结2 h后获得平均直径为16 nm的纯六方相α-Fe₂O₃纳米棒；α-Fe₂O₃和α-FeOOH纳米棒对高氯酸铵热分解的催化效果显著，添加质量分数2%的α-Fe₂O₃纳米棒和α-FeOOH纳米棒可使高氯酸铵的结束分解温度分别降低40,54℃,高温分解峰值温度分别降低51.1,61.6℃;当α-Fe₂...     

低碳含铌微合金钢的连续冷却相变行为及显微组织

利用Gleeble-1500D型热/力模拟试验机,采用热膨胀法测定了不同铌含量低碳含铌微合金钢在不同冷速下的相变点,研究了奥氏体连续冷却时的相变行为及铌含量和冷却速率对该钢相变组织与硬度的影响。结果表明:随着铌含量和冷速的提高,γ→α相变温度降低,相变组织变得复杂,显微硬度升高;铌含量较低(小于0.024%,质量分数)的钢在冷速较低(3℃·s~(-1))时,显微组织为较粗大的铁素体和少量珠光体,冷速提高后主要是由尖角形、多边形铁素体和贝氏体组成的混合组织;铌含量较高(0.06%)的钢在高冷速(50℃·s~(-1))下出现了针状铁素体组织。     

质子交换膜燃料电池水管理模型

水管理是质子交换膜燃料电池的关键技术之一。建立了包括电极扩散层模型、阴极催化剂层伪均质模型和质子交换膜水传递模型的一维稳态质子交换膜燃料电池水管理模型,得到的电池极化特性与试验结果吻合。在此基础上分析了电池温度和反应气体流量、压力、增湿温度和相对湿度等操作条件对电池性能的影响,为燃料电池发动机系统的仿真、优化和控制提供了一个良好的基础。     

RuO_2·nH_2O对质子交换膜燃料电池动态响应的影响

为了改善质子交换膜燃料电池在作为移动动力源时的动态响应,提出一种在质子交换膜燃料电池中引入RuO2·nH2O的方法,使质子交换膜燃料电池具备了超级电容器功能.首先以溶胶-凝胶法合成了RuO2·nH2O水溶胶,以提拉法将Nafion膜表面附上一层RuO2·nH2O;将此膜制成膜电极,通过对电极的循环伏安测试和对电池的稳态性能测试的结果证明了RuO2·nH2O的加入没有影响Pt的活性,对电池的稳态性能没有负面影响;通过对电极作多电位电势阶跃计时电流测试和脉冲电流下的电压响应测试,结果显示了RuO2·nH2O作为电容材料加入到质子交换膜燃料电池的膜电极中,在电池瞬间加载时可以缓冲电池电压大幅度衰减的现象,起到了改善电池动态响应的作用.     

质子在水中传递机制的分子模拟

质子在水中的传递机理是理解质子在充分湿润的质子交换膜中传递的基础。论文以Agmon[1]和Han[2]的研究成果为基础,对质子在水中传递过程中的电荷移动过程及其分布状态和对应的能量变化过程行进了分子模拟计算。模拟结果显示,在由H5O2+Wn构成的单元结构中出现的氢键断裂和形成过程是正电荷移动的过程;论文获得的正电荷分布及其中心移动值的大小和Agmon及Han的结果不同。论文研究成果对于理解PEM燃料电池中质子在质子交换膜中的传递机理具有重要意义。