Ce-C共掺SnO2导电性能和力学性质的第一性原理研究

AgSnO2触头材料由于优异的性能成为代替AgCdO的电接触材料之一,但由于SnO2导电性能较差以及硬度大,会使材料变脆,容易形成裂纹,降低了AgSnO2触头的使用寿命。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了稀土元素Ce和C单掺杂以及共掺杂SnO2的导电性能和力学性质的理论计算。通过超晶胞结构优化后的能量计算,得到了超晶胞的晶格常数、掺杂形成能、能带结构、态密度、弹性常数和德拜温度。结果表明：通过掺杂后的带隙值减小,增加了杂化轨道,能够提高SnO2的导电性能以及改善SnO2的脆韧性,从而改善AgSnO2触头的成型和使用寿命。相对于Ce、C单掺杂,Ce-C共掺杂时的电子有效质量减小,并且带隙宽度变窄,Ce-C共掺杂SnO2的导电性能更好,硬度的改善更大。     

Sn、W掺杂对Ag/Ni材料界面结合性能的研究

本文采用第一性原理赝势法,计算并分析Ag(110)/Ni(211)界面体系的能量与电子结构,讨论Sn、W掺杂前后对Ag/Ni界面性质的影响。研究结果表明：影响Ag/Ni界面结合稳定性的主要原因是Ag(spd)与Ni(spd)轨道的杂化作用和Ag-Ni金属键的结合强度。在Ag/Ni界面掺杂Sn、W原子后,掺杂体系的分离功增加,界面能降低,利于界面结合强度的增强。Sn、W的掺杂加强了Ag、Ni原子轨道的杂化作用,还增加了Ni与Sn、Ag与W、Ni与W原子间的杂化轨道,促进Ni-Sn、Ag-W、Ni-W金属键的形成,从而提升界面结合的稳定性。     

Ce-C共掺杂SnO2导电性能和力学性质的第一性原理研究

AgSnO2触头材料由于优异的性能成为代替AgCdO的电接触材料之一,但由于SnO2导电性能较差以及硬度大,会使材料变脆,容易形成裂纹,降低了AgSnO2触头的使用寿命.采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了稀土元素Ce和C单掺杂以及共掺杂SnO2的导电性能和力学性质.通过超晶胞结构优化后的能量计算,得到了超晶胞...     

基于能量传递的Ba3Y2(BO3)4:Yb3+/Er3+颜色可调上转换发光研究

采用高温固相法合成了不同Yb³⁺掺杂量的新型Ba₃Y₂(BO₃)₄:Yb³⁺/Er³⁺上转换荧光粉。借助XRD、SEM、荧光光谱等表征方法研究了Yb³⁺掺杂量对材料晶体结构、上转换发光性能的影响,探讨了材料的上转换发光机制。结果表明,Yb³⁺、Er³⁺的掺杂未引入杂相,由于Yb³⁺、Er³⁺与Y³⁺离子半径相近,随着Yb³⁺掺杂量增加,晶胞参数呈现微弱的减小趋势。Yb³⁺掺杂量0.05时,荧光粉具有最大发光强度。调控Yb³⁺掺杂量,增强了Yb³⁺与Er³⁺间的能量传递,实现了样品发光颜色由绿色→黄色→红色的转变。在980 nm激光激发下,Er³⁺的绿光和红光发射均为双光子过程。     

二维层状WS2/ZnO范德华异质结光催化剂的设计与理论研究

范德华异质结(vdWH)的构建是一种提高二维材料性能的有效途径,借助第一性原理计算方法系统地研究了WS₂/ZnO vdWH的晶体结构及其电子、光催化和光学性质。计算结果表明,二维WS₂/ZnO vdWH具有II型能带排列特征,能有效分离光生载流子,提升载流子分离效率。由于电子会自发从WS₂转移到ZnO单层,WS₂/ZnO vdWH层间会形成内建电场,有效抑制光激发载流子的复合。与WS₂和ZnO两个单层相比,WS₂/ZnO vdWH的光学吸收系数在可见光区明显提高,数量级可达104 cm^-1,具有增强的太阳能利用效率。通过能带排列计算发现,酸性条件比中性或碱性条件更利于WS₂/ZnO vdWH的光催化水解反应。此外,还探究了机械应变对WS₂/ZnO vdWH电子和光催化性质的影响规律,发现施加双轴拉伸应变可以调控WS₂/ZnO vdWH的II型异质结转变为I型异质结,有望...     

铝掺杂对高镍无钴LiNi0.95Mn0.05O2正极材料结构与性能的影响

采用固相法合成了铝掺杂的层状高镍无钴LiNi_0.95Mn_0.05O₂正极材料,并利用结构分析方法和电化学测试手段研究了铝掺杂对LiNi_0.95Mn_0.05O₂正极材料晶体结构和电化学性能的影响。结果表明,Al均匀地掺杂到了正极材料二次颗粒体相中,不仅使材料晶胞参数发生了变化,还降低了材料的Li⁺/Ni²⁺混排程度。掺杂1%铝可以提高材料的长循环性能,这归因于掺杂样品中的Al能有效抑制材料在充电过程中的H2→H3相变程度。相比于未掺杂的样品,铝掺杂样品在1C、2.7~4.3 V的测试条件下循环300圈后,其容量保持率提高了11.3%。但Al³⁺的非电化学活性会降低材料的倍率性能。     

掺杂金属离子纳米TiO2/高岭石复合光催化材料制备与表征

本研究以高岭石为载体,用Sol-gel法并掺杂金属离子制备钛溶胶,并以薄膜形式固定在高岭石表面上,经洗涤、过滤、干燥、煅烧得到纳米TiO2/高岭石复合光催化材料.利用XRD、IR、SEM、TEM、Raman等检测手段,分析研究TiO2薄膜和矿物表面的结合形态、界面的某些特性及反应的可能机理,为研究负载固定化技术,提高纳米TiO3/矿物复合材料光催化活性的途径提供理论依据.研究表明,高岭石表面TiO2是以锐钛矿形态存在.搀杂8%Zn2+的样品中发现部分Zn2+和Ti4+化合生成ZnTiO3,应当控制Zn2+含量小于8%.SEM、TEM形貌分析表明在高岭石表面均匀覆盖着1～10nm的TiO2晶体薄膜.     

Nb掺杂改性LiNiO2正极材料的制备及电化学性能研究

高镍层状氧化物LiNiO₂具有高理论比容量和相对低廉价格,被认为是下一代锂离子动力电池的正极材料之一。当LiNiO₂正极材料应用于锂离子电池时,其循环稳定性无法满足要求,需经改性后才能得以应用。采用固相法合成了Nb掺杂的层状LiNi_1-xNb_xO₂（x=0.005、0.01、0.015）正极材料,利用X射线衍射、扫描电子显微镜和X射线能谱等测试手段,分析了Nb掺杂量（摩尔百分比）对其晶体结构、微观形貌及元素分布的影响,并通过恒电流间歇滴定和交流阻抗测试研究了其电化学性能。结果表明,随着Nb元素掺杂量的提高,LiNi_1-xNb_xO₂材料的晶格晶面间距逐渐扩大,一次颗粒尺寸逐渐减小。在LiNiO₂材料中引入Nb⁵⁺离子,提高了LiNi_1-xNb_xO₂材料的锂离子扩散系数,并通过稳定晶体结构,抑制了Nb掺杂材料在充放电过程中的相变,有利于其电化学性能的提升。当Nb掺杂量为1%时,LiNi_1-xNb_xO₂材料表现出较好的倍率性能,在10 C大电流密度下的放电比容量高达134.1 mAh?g^-1;随着Nb掺杂量的增加,LiNi_1-xNb_xO₂材料循环稳定性同步提升,当Nb掺杂量为1.5%时,LiNi_1-xNb_xO₂材料经150次循环后的容量保持率为73.3%,远高于未掺杂LiNiO₂样品的36.2%。表明,Nb掺杂可改善LiNiO₂正极材料的晶体结构和电化学性能,为其在下一代锂离子动力电池的应用提供了理论依据。     

CeO2-Y2O3-ZrO2热障涂层研究进展

随着先进航空发动机涡轮叶片热障涂层服役温度、服役寿命和隔热性能等要求的不断提升,传统的6%—8%Y₂O₃部分稳定ZrO₂(YSZ)热障涂层由于存在容易产生高温相变、变形剥落等问题,已难以适应未来高温等更加严苛的工作环境。CeO₂和Y₂O₃共同稳定的ZrO₂(CYSZ)涂层具有良好的高温相稳定性、较好的抗熔盐腐蚀性能,CeO₂的掺杂能使ZrO₂材料的热导率降低,提高涂层的隔热性能、热膨胀系数和抗热震性能。综述了国内外CYSZ热障涂层的研究成果和存在的问题,阐述了CeO₂掺杂对YSZ热障涂层性能的影响机制,并简要介绍了目前国内外CYSZ热障涂层及其材料的制备技术研究进展。     

Al和Mg共掺杂LiFePO4/C正极材料的电化学性能研究

采用高温固相法合成了LiFePO₄/C和Al、Mg共掺杂的LiFe_0.95Al_0.03Mg_0.02PO₄/C复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量仪(EDS)、恒流充放电测试、循环伏安法(CV)等手段对材料的结构、形貌及电化学性能进行了表征。XRD结果表明,Al、Mg共掺杂后的样品并没有破坏LiFePO₄的橄榄石结构,同时还增强了LiFePO4结构的稳定性、提高了电子导电性和Li⁺扩散速度;通过SEM和EDS观测到LiFePO₄呈球形颗粒,并在复合样品中检测到有Al和Mg元素存在。分别以0.5C、1C、3C和5C倍率充放电,LiFe_0.95Al_0.03Mg_0.02PO₄/C的放电比容量分别为145.1、142.6、133.2和124.9 mAh/g;1C倍率下循环30次后仍保持99.2％的初始容量,显示出良好的循环寿命。     

滤纸模板法制备Ag-SnO_2电接触材料

首先以纳米SnO_2粉体和Ag NO3为原料,滤纸为模板,通过浸渍、煅烧制备了Ag-SnO_2复合粉体,然后利用Ag-SnO_2粉体为原料,采用压制、烧结工艺制备了Ag-SnO_2电接触合金。进一步通过XRD和SEM等分析手段对所制备的复合粉体和合金样品进行表征,并借助TG-DSC对滤纸前躯体的分解过程进行分析,同时研究了不同纳米SnO_2含量对Ag-SnO_2电接触合金组织和性能的影响。结果表明,所制备的Ag-SnO_2复合粉体由四方相金红石型结构的SnO_2和立方相的银组成,模板去除干净,无杂质引入。由于滤纸模板的引入使得SnO_2颗粒弥散分布于银基体中。随着SnO_2含量的增加,Ag-SnO_2电接触合金的硬度有上升趋势,但高氧化物含量也导致模板的分散效果变差,使得合金的电导率和致密度逐渐降低。     

MoS2/In2Se3异质结电子结构与光电性质研究

二维材料异质结可以利用各组份二维材料的优异物理性质,实现按需设计制备新型的功能器件。通过构建二维半导体材料MoS₂与二维铁电材料In₂Se₃的异质结,研究了铁电极化对异质结的能带结构、电荷转移、压电系数及光电响应的影响。结果发现:当极化方向沿着从MoS₂指向In₂Se₃方向时,异质结能量更低、结构更稳定、电荷转移更多、能带带隙也更小;相比于面内应变对异质结带隙产生的微弱影响,利用极化方向的翻转可有效地调控异质结的带隙,实现从Ⅰ型能带对齐到Ⅱ型能带对齐;针对最稳定的异质结结构,发现压电系数e₃₁相比于单层In₂Se₃提升了24倍。通过实验采用干法转移制备出MoS₂/In₂Se₃异质结,利用拉曼光谱与光致发光光谱对其光电特性进行表征,发现异质结区保留着各自组份材料的拉曼特征峰与激子峰信号,相比于单独的In₂S...     

Ba/Fe双掺LaCoO3热敏陶瓷材料低温离子传输机制研究

为了开发电学性能优异的深低温材料,采用传统高温固态法制备了Ba/Fe双掺杂的LaCoO₃负温度系数热敏陶瓷材料,结合XRD、SEM、XPS等测试手段,研究了材料的物相结构、微观形貌、离子价态分布等,并在22—80 K和80—290 K范围内进行了低温电学性能测试。结果表明：双掺杂改性降低了LaCoO₃材料的应用温区,ρ(22 K)在1.85×10⁵—6.94×10⁶Ω·cm范围内变化,材料常数B(22—100 K)在146.09—162.75 K范围内变化;在深低温环境下,材料的导电机理由80 K以上时的小极化子跳跃导电转变为80 K以下时的双交换导电,导致了材料常数B发生突变。由此证明,该双掺杂热敏陶瓷材料在极低温测试中具有可开发的应用潜力。     

纳米AgSnO_2触头合金的电弧侵蚀特性

采用化学共沉淀、高能球磨、常压烧结等方法制备了纳米AgSnO_2触头合金,对合金的密度、硬度、电阻率等物理性能及其组织结构进行了分析研究,利用高速摄像机对纳米AgSnO_2和商用AgSnO_2In2O3触头合金的燃弧过程进行了跟踪拍摄,对比研究了电弧侵蚀前后合金的表面形貌。结果表明,纳米AgSnO_2触头合金内部的纳米氧化物颗粒均匀弥散地分布于银基体内。与商用AgSnO_2In2O3合金相比,纳米AgSnO_2触头合金具有较高的硬度及电阻率,而密度偏低。在燃弧试验过程中,纳米AgSnO_2触头合金电弧等离子云颜色浅、体积大,电弧弧根对应的阴极斑点数量多、区域大,具有较强的分散电弧能力以及优良的耐电弧侵蚀性能。燃弧后,合金表面烧蚀轻微,电弧烧蚀率明显小于AgSnO_2In2O3合金。     

LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2表面包覆TiO2改性研究

为进一步改善LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂(NCM622)一次物料性能,采用简便易行的干法包覆方式,主要研究了TiO₂包覆量一定的情况下热处理温度、保温时间对正极材料的物理指标,以及容量、倍率、循环寿命和存储等电性能的影响。X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、扣式电池、全电池等测试分析表明,材料表面有明显的包覆物,但无新物相生成。当热处理温度为500℃、保温时间为12h时,所制备NCM622材料在3.0～4.3V电压范围0.1C放电容量为181.2mAh/g,比未包覆材料提高了2.6mAh/g;在3.0～4.4V电压范围45℃下1C充放80周,循环保持率由未包覆的95%提升至97.2%。包覆物消耗了材料表面的残碱,减缓了电解液的侵蚀,从而改善了材料的循环寿命和存储性能。包覆前后的材料分别做成600mAh的小软包电池,60℃时放置7天后材料鼓胀率由8.3%降低到4.5%;容量保持率和容量恢复率分别由89.1%、94.3%提升到90.2%、98.3%。     

锂金属专刊 废旧动力锂离子电池中LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的回收与再利用

通过碱液浸出法对废旧动力锂离子电池中的LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极材料进行处理,在NaOH浓度为0.5 mol/L、固液比为0.1 g/mL条件下,25 ℃超声15 min,浸出率可达100 %。将浸出物料通过共沉淀法,控制陈化时间分别为16、20和24 h制备新NCM523正极材料。当陈化时间为20 h时,SEM结果表明所制备出的材料形貌呈类球型,表面最为光滑。XRD精修数据显示其锂镍混排值最低,为3.21 %。将其组装成扣式电池后,在0.1 C下首次放电比容量为153.1 mAh/g,库伦效率为83.49 %。在2.0 C下循环50圈后,放电比容量为120.4 mAh/g,容量保持率为89.9 %。     

高镍正极材料LiNi0.83Co0.12Mn0.05O2双包覆改性及软包锂离子电池应用研究

对电极材料进行包覆改性,是提升锂离子电池能量密度、循环寿命和安全性等重要特性的有效策略。基于高镍三元正极材料Ni_0.83Co_0.12Mn_0.05O₂（Ni83）,通过纳米ZrO₂和纳米B₂O₃双组分包覆,制备得到了ZB-Ni83材料,并对其材料特性和软包锂离子电池性能进行了研究。ICP-OES元素分析结果表明,ZrO₂和B₂O₃已成功实现包覆,ZB-Ni83材料中锆含量为0.166 4%,硼含量为0.068 9%。XRD和SEM结果表明,ZB-Ni83材料为具有层状结构和良好结晶度的紧密实心二次球形颗粒,该结构有利于提高材料的振实密度及电解液浸润性。采用ZB-Ni83正极材料的软包锂离子电池具有良好的倍率、循环和安全性能。在2 C条件下,ZB-Ni83电芯的比容量为182 mA?h?g^–1、容量保持率为92.6%;在45 ℃高温循环及截止容量保持率85%条件下,ZB-Ni83电芯的循环次数约为1100次,而原始Ni83电芯的循环次数仅为约600次。对ZB-Ni83电芯进行满电130 ℃的热箱实验,结果未发生破裂、冒烟、爆炸、着火等现象。本研究为高镍材料的创新和改进提供了实验参考和可行思路。     

Ce含量对Ti/IrO_2-SiO_2-CeO_2电极电催化性能的影响

为降低析氧电位,改善电极表面形貌,制备电催化性能良好的Ti基IrSi电极,在煅烧温度为450℃条件下,采用热分解法制备了不同Ce含量的Ti/IrO_2+SiO_2+CeO_2氧化物电极,采用SEM对电极的表观形貌进行表征,采用循环伏安曲线、析氧极化曲线及交流阻抗图谱对电极的电催化性能进行表征。结果表明,添加适量Ce可使晶粒分散均匀,裂纹数目增多,电极表面变得平坦、致密、均匀,同时析氧电位降低,孔隙率增加,电催化活性大大提高。但过量Ce又会对电极电催化性能产生不利影响,Ce含量达到10%时,裂纹数量最多且分布均匀,涂层形貌良好,析氧电位达到最低,为1.23V,电催化性能达到最佳。     

基体温度对悬浮液等离子喷涂TiO2涂层性能的影响

采用悬浮液等离子喷涂技术(SPS),在不同基体温度下成功地制备了TiO₂涂层。通过研究基体温度对TiO₂涂层光催化性能及机械性能的影响,探究适合TiO₂光催化涂层的最佳基体温度。通过场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、同步热分析仪、紫外-可见光谱仪等,对TiO₂涂层微观形貌、物相组成、光吸收性能进行了详细分析;通过光催化测试、结合强度测试和划痕测试,深入研究了基体温度对涂层光催化性能及机械性能的影响。研究结果表明：随着基体温度由250℃降到110℃,涂层的锐钛矿含量逐渐增加了15%,间接带间隙减小了0.5 eV,同时可见光吸收强度显著提高;在可见光照射下,亚甲基蓝去除率增加了11%;随着基体温度的降低,涂层的机械性能有所减弱,结合强度降低了12.28 MPa,划痕试验的正常临界载荷减小1.77 N。该研究为选择TiO₂光催化涂层最佳基体温度提供了重要依据。