真空材料放气率高精度测量装置

介绍了上海光源二期线站工程机械真空辅助实验室研制的一套基于双通道气路转换法的真空材料放气率高精度测量装置，对同步辐射真空系统中常见的无氧铜材料样品开展放气率测试研究。实验测量并计算得出样品与本底和本底在不同温度状态、排气时间、气路转换后的放气量。结果显示，经72h,150℃高温烘烤后的无氧铜放气率为3.06×10^-12Pa·m³·s^-1·cm^-2，表明装置具有较高的放气率测试精度，可以满足同步辐射装置对超高真空材料放气率的测量要求。     

Fe/Al异质金属接头界面组织演变、生长动力学及力学性能

采用真空扩散连接方法研究Fe/Al异质金属接头界面组织演变规律、金属间化合物(intermetallic compound,IMC)生长动力学及力学性能。结果表明：焊接温度为550 ℃时,接头界面无IMC生成,当焊接温度超过575 ℃时,界面由Fe₂Al₅及少量FeAl₃ IMC构成,且随焊接温度升高IMC层迅速长大。在120 min保温时间条件下,接头剪切强度随焊接温度的升高先增加后降低,当焊接温度为575 ℃时,接头剪切强度达到最大值37 MPa。在550~625 ℃范围内,基于热力学分析得出Fe₂Al₅的吉布斯自由能ΔG_Fe-Al最低,而FeAl₃的ΔG_Fe-Al次之,在接头界面处IMC生成顺序为Fe₂Al₅→FeAl₃。Fe/Al接头界面IMC的生长随焊接温度呈抛物线规律,其生长激活能为282.6 kJ·mol^-1。在575,600,625 ℃条件下,界面IMC的生长速率分别为1.13×10^-14,3.59×10^-14,1.21×10^-13 m²·s^-1。     

高温后高强混凝土受压动态损伤

对45个高强混凝土（HSC）棱柱体进行高温加热,温度分别为20℃、200℃、400℃、600℃和800℃。然后对棱柱体进行高温后轴向动态受压试验,应变率分别为10^-5 s^-1、10^-3 s^-1和0.067 s^-1。结果表明：随着经历温度的升高,HSC将会出现裂缝,细观结构变得松散;高温对HSC造成的损伤随温度的升高而增大,而应变率对高温后HSC的损伤没有明显影响;经历相同的高温损伤后,HSC的相对受压强度随应变率的增大而增大;轴向应变对高温后HSC造成的损伤在峰值应变前缓慢增大,达到峰值应变后迅速增大;温度越高,峰值应变对应的HSC损伤越小,而经历相同温度后不同应变率下峰值应变处HSC损伤的变化趋势并不明显。基于试验及理论分析,建立了HSC高温损伤以及高温损伤后相对受压强度的计算公式。     

同步加速器装置中多丝束流剖面探测结构材料出气率测量

简要阐述了基于小孔流导法的SPP方法测量实验样品材料出气率的实验方法及装置,测量了同步加速器中多丝结构材料在常温及100、150、200℃的烘烤温度下保温48 h的出气速率,并测量了不同烘烤温度下保温结束降至室温48 h后多丝结构的出气速率,确定了该多丝结构材料的适宜烘烤温度为150℃,为多丝结构材料在真空系统中的使用提供了设计依据。     

硫化物固态电解质Li6PS5Cl的球磨-固相烧结制备与性能

硫银锗矿结构的硫化物固态电解质Li₆PS₅Cl（LPSC）具有离子电导率高（>3×10^-3 S·cm^-1）和对锂稳定性良好等特点,是构建全固态锂离子电池的理想电解质材料之一,具有良好的发展前景。本工作采用高能球磨和惰性气氛固相烧结相结合的方法制备硫银锗矿型固态电解质LPSC,并采用粉末X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman spectra）和扫描电子显微镜（SEM）等对其进行表征,探究制备工艺对LPSC结构、成分和电学性质等的影响。结果表明：高能球磨会破坏原料的晶粒,降低晶粒尺寸,延长球磨时间有利于LPSC前驱体粉末的非晶化和后续烧结,提高烧结温度将促进制备的LPSC电解质的物相变纯和离子电导率升高,但烧结温度过高会导致LPSC的分解。综合考虑球磨时间和烧结温度对材料离子电导率和电子电导率的影响,经8 h球磨和500℃烧结制备的LPSC在室温下具有最高的离/电子电导率比（2.091×10⁵）,其离子电导率高达4.049×10^-3 S·cm^-1,而电子电导率仅为1.936×10^-8 S·cm^-1。利用该电解质制备的712 NCM/LPSC/In-Li全固态电池在0.1 C的充放电倍率下首周放电比容量高达151.3 mAh·g^-1,且具有优良的循环稳定性。     

MPCVD制备纳米金刚石真空窗口的研究

微波等离子体化学气相沉积装置用于制备纳米金刚石膜和纳米金刚石真空窗口,气源为H₂、CH₄、Ar和少量O₂。扫描电镜、拉曼光谱、X射线衍射仪、原子力显微镜用于表征和分析纳米金刚石膜,自制的漏气率测量装置测出纳米金刚石真空窗口漏气率。结果表明:金刚石膜厚20μm、表面平均粗糙度Ra=34.6 nm,平均晶粒尺寸35 nm,金刚石窗口漏气率为2.78×10^-9Pa·m³/s。     

高效气体发生器氦检系统的设计研制

针对汽车安全气囊气体发生器自动化装配生产线中氦检工位检测精度与工作节拍矛盾的问题,结合真空箱氦检法的优点,设计了高效气体发生器氦检系统。基于发生器结构组成和氦检工作原理的特点,进行了理论计算和气动控制系统设计,在该系统中进行了大漏检测、无氦气填充实心件检测和标准件在线检测实验。实验结果证明,系统大漏防错件检测压力均大于180 Pa,合格产品检测压力均小于60 Pa,无氦气填充实心件的氦检漏率在10^-10Pa·m³/s数量级,在线产品氦检泄漏率均小于2.7×10^-7Pa·m³/s,氦检节拍小于8 s,氦检系统的检测功能、工艺流程和防错等方面能够满足发生器自动化产线要求。     

大容积密闭容器背压法漏率检测关键技术研究

围绕容积为10⁴cm³量级的密闭容器开展背压法漏率检测关键技术研究,分析了压氦压力、压氦时间、容器内外壁气体解吸附等因素对实验结果的影响机制,建立了一套可用于大容积密闭容器的背压法检漏流程。理论和实验研究结果表明,将背压法用于预制漏率为10^-6Pa·m³/s量级的大容积密闭容器的漏率检测是可行的。随着漏孔漏率的降低(低于10^-7Pa·m³/s量级),试验件的最低可检漏率也将逐渐低于氦质谱检漏仪的有效检测漏率,而由于被检对象的本底漏率值无法提前获知,将造成将背压法用于更低漏率的大容积密闭容器的漏率测试结果误差极大地增加。相关研究结果对于大容积密闭容器的漏率检测具有一定的理论指导价值。     

新型铝奥氏体耐热合金的高温塑性变形行为和热力工性能

新型含铝奥氏体耐热合金(AFA)进行压缩热模拟试验,使用OM和EBSD等手段研究了这种合金在950~1150℃和0.01~5 s^-1条件下的微观组织演变、建立了基于动态材料模型热加工图、分析了变形参数对合金加工性能的影响并按照不同区域组织变形的特征构建了合金的热变形机理图。结果表明：新型AFA合金的高温流变应力受到变形温度和应变速率的显著影响。在变形温度为950~1150℃和应变速率为0.18~10 s^-1条件下,这种合金易发生流变失稳。在变形温度为1050~1120℃、应变速率0.01~0.1 s^-1和变形温度1120~1150℃、应变速率10^-0.5~10^-1.5 s^-1这两个区间,这种合金发生完全动态再结晶行为且其再结晶晶粒均匀细小,功率耗散因子η达到峰值45%。新型AFA合金的热加工艺,应该优先选择再结晶区域。     

表面处理对碳纤维基β-PbO_2电极性能的影响

对碳纤维布进行表面处理,采用电沉积法制备碳纤维基β-PbO_2电极材料,并对碳纤维基β-PbO_2电极材料的导电性能、电化学性能和耐腐蚀性能进行研究。结果表明:通过表面处理,能够显著改善碳纤维的表面粗糙度和化学活性。热空气氧化温度为400℃时,碳纤维表面的化学活性最高;热空气氧化和液相氧化双重氧化发现,碳纤维表面的化学活性进一步提高,表面的沟槽和凹坑更为明显,经此表面处理条件后制备的碳纤维电极界面电阻率最低为6.19×10^-5Ω·m,导电性能和电化学性能最好,耐腐蚀性能最强,腐蚀速率仅为1.44×10^-3g·cm^-2·h^-1,由此说明,不同表面处理条件能够极大地影响碳纤维电极材料界面结合性能,从而影响碳纤维基β-PbO_2电极材料的导电性能、电化学性能和耐腐蚀性能。     

锆掺杂磷灰石型硅酸镧制备及其电导增强机理

采用尿素-硝酸盐燃烧法在600℃下制备了Zr掺杂磷灰石型硅酸镧La_9.33Si_6-xZr_xO₆(x=0.00、0.05、0.10、0.15、0.20)(LSZO)。根据线收缩率、致密度和SEM形貌图确定了最佳烧结温度为1550℃;运用XPS和IR等表征手段确定了掺杂位点，Zr⁴⁺进入晶格内部取代部分Si⁴⁺形成[Si(Zr)O₄]四面体；EIS测试表明：Zr掺杂都能提高LSO的电导率，未掺杂的La_9.33Si₆O₂₆在600℃下的电导率为3.31×10^-5 S·cm^-1,La_9.33Si_5.90Zr_0.10O₂₆有着最佳电导，性能(600℃测试温度下电导率到达8.79×10^-4 S·cm^-1)活化...     

Enhancing electrocatalytic N2-to-NH3 fixation by suppressing hydrogen evolution with alkylthiols modified Fe3P nanoarrays

Electrocatalytic N₂ reduction provides an attractive alternative to Haber-Bosch process for artificial NH₃ synthesis.The difficulty of suppressing competing proton reduction,however,largely impedes its practical use.Herein,we design a hydrophobic octadecanethiol-modified Fe₃P nanoarrays supported on carbon paper(C18@Fe₃P/CP)to effectively repel water,concentrate N₂,and enhance N₂-to-NH₃ conversion.Such catalyst achieves an NH₃ yield of 1.80×10^-10 mol s^-1·cm^-2 and a high Faradaic efficiency of 11.22%in 0.1 M Na₂SO₄,outperforming the non-modified Fe₃P/CP(2.16×10^-11 mol s^-1·cm^-2,0.9%)counterpart.Significantly,C18@Fe₃P/CP renders steady Nrfixing activlty/selectivity in cycling test and exhibits durability for at least 25 h.First-principles calculations suggest that the surface electronic structure and chemical activity of Fe₃P can be well tuned by the thiol modification,which facilitates N₂ electroreduction activity and catalytic formation of NH₃.     

硬质涂层与齿轮钢的摩擦性能研究

采用阴极多弧离子镀在M42工具钢表面制备了Al66Cr34N和Ti₆₂Al34Si4N两种硬质涂层, 并在室温大气环境下采用球/盘式摩擦磨损仪研究它们同40Cr齿轮钢的摩擦磨损行为。采用表面接触角测试仪OCA40Micro、3D表面形貌仪、扫描电子显微镜、电子能谱分析了涂层磨痕, 探讨了两种涂层与齿轮钢对摩的磨损机理。结果表明:两种涂层与40Cr齿轮钢摩擦时, 失效的主要机理均为粘着磨损, 伴随着氧化磨损。在与40Cr对磨时, Ti₆₂Al34Si4N涂层与40Cr的亲和力强, 摩擦过程中接触面温度较高, 容易融合形成高结合力粘结节点;表现高的摩擦系数0.6~0.7, 和初始阶段高的磨损率 (最高7.5×10^-15m³/N·m)。Al66Cr34N涂层与40Cr的亲和力较弱, 摩擦系数0.45~0.6, 初始磨损率最低为2×10^-16m³/N·m。     

基于BaO-CaO-Al2O3-B2O3-SiO2体系探究BaCO3的残余量及其对玻璃热性能的影响

采用中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC, Intermediate Temperature-Solid Oxide of Fuel Cell)封接玻璃BaO-CaO-Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂体系探究三种熔制工艺(1300℃保温1 h; 1400℃保温1 h; 1400℃保温3 h)对玻璃原料BaCO₃的残余量及玻璃热性能的影响。利用差热-热重分析(DTA-TG)对配方粉体和不同熔制工艺获得玻璃的热性能进行表征, 根据DTA-TG数据进行了计算并验证BaCO₃的残余量。通过傅里叶红外光谱、XRD和热膨胀系数测定仪对样品进行了表征。结果表明: 采取1300℃保温1 h制备的玻璃中仍有59wt% BaCO₃未分解, 并且析出的单斜BaAl₂Si₂O₈晶体降低了玻璃的膨胀系数; 1400℃保温3 h制备的玻璃由于Al₂O₃含量增加, 玻璃软化点(T_s)明显升高(>800℃), 1400℃保温1 h制备的玻璃在室温到玻璃温度转变点范围内的膨胀系数为10.3×10^-6 K^-1。因此对于本实验玻璃配方, 1400℃保温1 h是最为合适的熔制工艺, 可以用于SOFC电堆的封接。     

聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/MXene复合材料的制备及电容性能研究

MXene材料具有组分灵活可调、电容量较高等优势在超级电容器储能领域备受关注。采用电化学法制得聚3, 4-乙烯二氧噻吩/Nb₂CT_x MXene (PEDOT/MXene)复合电极材料。结果表明,在扫描速率为30 mV·s^-1时,PEDOT/MXene的面积比电容可达250.21 mF·cm^-2,当电流密度从0.1 mA·cm^-2增加到5 mA·cm^-2时,PEDOT/MXene的面积比电容保持率为83.5%,远优于PEDOT的64.1%,并且在100 mV·s^-1的扫描速率下循环测试1 000次后初始电容保持率可达84%,表现出良好的倍率性能和稳定性。工作为基于MXene基材料构筑高性能电化学储能界面提供了一定的借鉴。     

混凝土动态双轴压缩强度准则细观研究

由于物理试验设备和条件限制，目前对混凝土动态双轴压缩强度准则的研究仅停留在低应变率范围(10^-5 s^-1～10^-2 s^-1)。针对这些强度准则在更高应变率范围内是否适用，该研究建立了细观随机骨料模型，对边长100 mm的混凝土立方体试块开展了动态双轴压缩细观模拟分析。研究了应变率和侧应力比对混凝土动态双轴压缩破坏模式及压缩强度的影响，建立了适用于更高应变率的动态强度准则。研究结论：相同侧应力比下，随应变率增大，混凝土内部损伤区域增多，动态压缩强度增大；相同应变率下，随侧应力增大，混凝土破坏模式由柱状压裂变为片状劈裂，动态压缩强度先增大后减小。现有的混凝土动态双轴压缩强度准则在应变率为10^-5 s^-1～1 s^-1时很难适用，而该研究建议的强度准则适用于更高的应变率范围，并且得到了不同物理试验的初步验证。     

退火温度对氢掺杂AZO薄膜热稳定性的影响

利用直流磁控溅射方法低温沉积了氢掺杂AZO (H-AZO) 薄膜, 研究了不同退火温度下H-AZO薄膜的电学、结构和光学性能的变化。结果表明, 300℃退火时, H-AZO薄膜的电阻率和光学带隙不变。而400℃退火时, 薄膜电阻由4.7×10^-4升高到1.43×10^-3Ω·cm, 并且光学带隙减小。由于300℃退火时H-AZO薄膜的热稳定性好, 将其用作低温制备薄膜太阳电池的透明导电膜具有很好的发展潜力。     

GaN基异质外延生长的ZnO单晶电输运特性研究

报道了一种新方法生长的ZnO单晶的电输运特性,利用该方法在GaN外延膜表面生长了尺寸为25 mm×25 mm,平均厚度7 mm的ZnO单晶块。通过研究ZnO单晶不同深度处的电输运特性,判断了ZnO单晶内部不同位置的结晶质量。以GaN表面为起始面,沿[0002]方向,随着距GaN表面距离的增加,常温下的ZnO单晶载流子浓度从1.28×10¹⁹降到4.00×10¹⁷ cm^-3,载流子迁移率从64.9升至144 cm²/(V·s),电阻率从7.53×10^-3升至1.09×10^-1Ω·cm。位错密度计算结果表明,随着远离GaN衬底,晶体内位错密度逐渐减少,二次离子质谱测试结果中,Ga⁺等杂质含量随着远离GaN衬底逐渐减少,在距离GaN表面约4 mm以后,主要杂质含量明显降低。由此表明,采用价格相对较低的GaN衬底可以获得较大尺寸,品质较好的ZnO单晶。     

基于常压氦质谱累积检漏的定/变容漏率标定技术研究

漏率标定技术是航天器密封性能检测的重要组成部分,直接决定计算漏率的大小。为减小漏率标定测试数据误差,提高检测精度,本文基于常压氦质谱累积检漏法,通过理论分析与实验,研究了注入氦气量、收集室体积、航天器漏率等参数对漏率标定数据的影响。结果表明,测试数据与注入的氦气量呈线性关系,并随着收集室体积的增加而减小;收集室累积空间体积在30~100 m³之间时,漏率标定测试数据变化率在10^-9量级且相对稳定,有助于完善漏率标定数学模型;通过标准漏孔模拟航天器的漏率,当漏率小于1×10^-4Pa·m³/s时,标定测试数据(1 h内)相对偏差小于30%,同时可采取缩短漏率标定时间、风机循环使氦气分布均匀等方式提高航天器的漏率检测精度。     

Y3+掺杂Li4Ti5O12负极材料的电荷输运特性及电化学性能研究

以Li₂CO₃与锐钛矿型TiO₂为原料,六水合硝酸钇（Y（NO₃）₃·6H₂O）为钇源,采用球磨辅助固相法合成了Li₄Ti_5-xY_xO₁₂（x=0,0.05,0.10,0.15,0.20）负极材料。通过X射线衍射分析（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）与X射线光电子能谱（XPS）分别对材料的物相与形貌进行表征分析,并利用电化学工作站对材料的电化学性能与电荷输运特性进行测试。结果表明,Y³⁺掺杂没有影响尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂（LTO）材料的尖晶石结构,x=0.15时,Li₄Ti_4.85Y_0.15O₁₂样品的离子与电子电导率分别为2.68×10^-7 S·cm^-1和1.49×10^-9 S·cm^-1,比本征材料提升了1个数量级,表现出良好的电荷输运特性。电化学测试表明,Li₄Ti_4.85Y_0.15O₁₂样品在0.1 C倍率首次放电比容量可达171 mAh·g^-1,且在10 C与20 C高倍率下仍然拥有102 mAh·g^-1和79 mAh·g^-1的较高比容量,循环200周次后容量保持率分别为92.6%和89.1%,表现出良好的倍率特性。