TiB2涂层熔盐电沉积制备与表征

炭阴极在铝电解槽中受熔盐和铝液腐蚀而影响寿命,而TiB₂涂层是铝电解槽理想的阴极材料。本文以石墨为基体,在KF-KCl-K₂TiF₆-KBF₄熔盐中以0.4-0.7A.cm_-2^{电流密度、}700-800℃温度电沉积TiB₂涂层,通过XRD衍射仪、SEM-EDS、表面粗糙度测量仪及附着力测试仪对不同电流密度和温度下制备的涂层进行表征。结果表明：在石墨基体上可以得到均匀连贯的TiB₂涂层;增大电流密度、降低电解温度可以细化涂层晶粒,提高涂层致密性;在0.6 A.cm_-²、750℃最优电沉积条件下制得的TiB₂涂层的厚度为229 μm,择优取向为<110>,表面粗糙度为14.85 μm,涂层与石墨基体的结合力为6.39 MPa。     

BN/Al2O3 复合粉末及其聚合物基复合材料的制备与导热性能

采用固-液相共混法制备了多种BN/Al₂O₃复合粉末,通过冻融法和表面修饰法对BN进行了改性处理,改变表面修饰剂类型和摩尔比得到了前驱体和烧结态BN/Al₂O₃复合粉末,并利用机械混合法制备了聚合物基BN/Al₂O₃复合材料,并测试分析了其导热性能。结果表明,经冻融处理的BN分散性和界面相容性明显优于未经冻融处理的BN。多巴胺对BN的改性效果优于聚乙二醇。采用多巴胺作为表面修饰剂且BN与Al(NO₃)₃的摩尔比为1:1时,能够得到纳米Al₂O₃均匀包覆的微米BN粉末,即BN/Al₂O₃微纳复合粉末,其聚合物基复合材料的导热系数可达0.62 W·m^-1·K^-1,是纯聚合物导热系数的3倍,是采用纯微米BN粉末制备的聚合物基复合材料导热系数的1.5倍。在BN表面附着的Al₂O₃可以形成层状热传导通道,能够有效提高聚合物基BN/Al₂O₃复合材料的热导率。     

SNDC/La2Mo2O9复合电解质材料的制备及性能表征

本文采用甘氨酸-硝酸盐法(GNP)和溶胶凝胶法分别合成了Sm_0.1Nd_0.1Ce_0.8O_1.9(SNDC) 和La₂Mo₂O₉(LAMOX)粉末,并用常压烧结的方法制备了不同比例的SNDC和LAMOX的复合材料,通过XRD和SEM等手段表征了不同复合比例样品的物相和表面形貌并测试了烧结样品的电导率。结果表明,复合样品的电导率在相变点前后随着复合量增加变化趋势相反,其中LAMOX含量为20mol%的样品在550℃时的电导率能达到0.01S/cm,高于同温度下SNDC电导率。     

Cu-Fe64Ni32Co4合金显微组织及热物理性能研究

本研究利用相图计算的CALPHAD方法和真空电弧熔炼技术,设计并制备了Cu_x(Fe_0.64Ni_0.32Co_0.04)_100-x(x=30, 45, 60, wt. %)系列合金。实验研究了该系列合金在不同热处理工艺时的显微组织,热导率以及热膨胀系数。研究结果表明：Cu-Fe₆₄Ni₃₂Co₄系列合金在600 °C和800 °C时效处理后均为fcc富铜相和fcc富因瓦(铁镍钴)相组成的各向同性的多晶合金。该系列合金在1000 °C淬火并在600 °C时效处理50 h后,其热膨胀系数变化范围为6.88~12.36×10_-6 K_-1;热导率变化范围为22.91~56.13 W.m_-1.K_-1;其热导率明显高于因瓦合金,其中Cu₃₀(Fe_0.64Ni_0.32Co_0.04)₇₀与 Cu₄₅(Fe_0.64Ni_0.32Co_0.04)₅₅合金的热膨胀系数可以与电子封装中半导体材料的热膨胀系数相匹配。     

Fe2O3-CaO-TiO2 体系下铁酸钙的合成过程及TiO2 和CaTiO3 的影响

为了确定高钛型钒钛磁铁矿烧结过程中铁酸钙的生成是受TiO₂还是TiO₂和CaO形成的CaTiO₃影响,首先利用Fe₂O₃和CaO的纯试剂合成了铁酸钙,并研究了TiO₂和CaTiO₃对钛铁酸钙 （FCT） 形成的影响。在Factsage 7.0软件进行热力学计算的基础上,通过在空气气氛下进行烧结,获得了在1023~1423 K温度范围内、不同烧结时间的不同样品。通过X射线衍射和扫描电镜-能谱分析等表征手段,对烧结样品的物相转变和微观结构变化进行了表征。发现FCT的形成过程主要分为2个阶段：前一阶段为1023~1223 K温度范围内Fe₂O₃与CaO之间的反应,合成产物为Ca₂Fe₂O₅,反应方程式为“Fe₂O₃(s)+ 2CaO(s)= Ca₂Fe₂O₅(s)”;后一阶段为1223~1423 K温度范围内Ca₂Fe₂O₅和Fe₂O₃的反应,主要产物为CaFe₂O₄,反应为“Ca₂Fe₂O₅(s)+ Fe₂O₃(s)= 2CaFe₂O₄(s)”,该阶段尤其是温度为1423 K时,反应速率显著加快,随温度的升高CaTiO₃显著增加。然而,Ti元素在铁酸钙中的固溶很难实现,TiO₂与铁酸钙之间的反应不是形成FCT的有效途径。随着保温时间的延长,CaTiO₃和FCT相界中Fe元素含量增加。FCT主要是通过Fe组分在CaTiO₃中固溶形成的,主要反应是“Fe₂O₃+CaTiO₃(s)=FCT(s)”。     

Ti掺杂VO2(M)粉体制备及性能研究

M相二氧化钒(VO₂(M))是一种在68℃左右具有特殊相变特性的智能隔热窗材料,然而VO₂(M)的相变稳定性还较差、对太阳光的调制能力还不够高,严重限制其在智能隔热窗中的工业化应用。本文主要以五氧化二钒为钒源,草酸为还原剂,尿素为沉淀剂,硫酸钛为掺杂剂,水热还原法制备粉体M相钛(Ti)掺杂VO₂,简称Ti-VO₂(M)粉体。通过X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-Vis-NIR)、差示扫描量热仪(DSC)和X射线能谱仪(EDS)分析所合成粉体的元素/物相组成和结构、结晶形态、太阳光反射率/透过率和相变温度的变化情况,优化Ti^₄₊掺杂量。研究发现,Ti^₄₊掺杂量控制在3%时,制备的Ti-VO₂(M)粉体的综合性能最优,为进一步应用智能隔热有机玻璃提供重要的数据与技术支撑。     

(Ca0.96D0.04)MnO3(D=Ca, Sr, Rb, Sm)氧化物的制备和热电性能研究

利用溶胶凝胶法制备出(Ca_0.96D_0.04)MnO₃(D=Ca, Sr, Rb, Sm)氧化物粉末后,先分别采用氩气气氛的放电等离子烧结和空气气氛的常压烧结制备出CaMnO₃(CMO)块体,并对其相组成进行分析,选择出更为优异的CaMnO₃块体制备方法。再进一步制备出(Ca_0.96D_0.04)MnO₃(D=Sr, Rb, Sm)氧化物块体,最后对(Ca_0.96D_0.04)MnO₃(D=Ca, Sr, Rb, Sm)块体的物相组成、显微组织和热电性能进行测试分析。实验结果表明：氩气气氛放电等离子烧结制备的CaMnO₃块体发生物相分解,原因是放电等离子烧结的烧结环境贫氧;空气气氛的常压烧结可以得到物相较纯净的(Ca_0.96D_0.04)MnO₃(D=Ca, Sr, Rb, Sm)块体;在整个测试温度范围内,(Ca_0.96D_0.04)MnO₃(D= Sr, Rb, Sm)的ZT值在873K时达到最大,分别为0.11、0.08和0.07,相比于未掺杂试样提高了约1.3~2.2倍。     

Aurivillius型钛酸铋钠的低温合成及电性能研究

以分析纯的Bi(NO₃)₃.5H₂O、Ti(C₄H₉O)₄和CH₃COONa?3H₂O为反应起始原料,通过两次水热法制备Aurivillius型钛酸铋钠(Na_0.5Bi_4.5Ti₄O₁₅,NBT),采用XRD和SEM研究两次水热条件所合成粉体的晶相组成和形貌,并测量了所得陶瓷的显微结构和电性能。研究表明,水热法所得纳米粉体由粒径～1.0μm、平均厚度<100nm的片状颗粒堆积而成,且各元素之比非常接近于NBT的化学计量比。NBT纳米粉体的合成温度低至260~270℃,是已公开报道文献中的最低温度。与传统固相烧结法所得NBT陶瓷相比较,用该水热粉体所得陶瓷具有非常相近的居里温度(≈674℃),且瓷体致密、细晶(<2μm),高温介电性能获得明显改善。     

L12型Al3Sc基金属间化合物有序化行为和力学性能的第一性原理计算

本文采用亚晶格模型,辅助以第一性原理总能计算,研究了L1₂型Al₃Sc基金属间化合物中元素的占位有序化行为和力学性能。结果表明：Al₃Sc合金呈现完全有序化,其中Al占据3c亚晶格位置,Sc占据1a亚晶格位置；L1₂-Al₃(Sc_0.75M_0.25)金属间化合物(M=Y、Ti、Zr和Hf)也呈现完全有序化,第三组元M均只占据1a亚晶格位置,这些元素的占位行为均不受温度的影响。L1₂-Al₃(Sc_0.75M_0.25)金属间化合物均满足力学稳定性条件。M为Y时,L1₂-Al₃(Sc_0.75M_0.25)金属间化合物的剪切模量、体弹模量和杨氏模量和硬度下降；M为Ti、Zr或Hf时,随着原子半径增大,剪切模量、体弹模量、杨氏模量和硬度逐渐降低,其中Ti的加入可使L1₂-Al₃(Sc_0.75M_0.25)金属间化合物的塑性和韧性达到最好。     

MoS2/Ti-WC纳米多层薄膜结构设计及其宽温域摩擦性能研究

^{目的 探究环境温度对MoS2/Ti-WC纳米多层薄膜摩擦磨损性能的影响,探讨并揭示薄膜在高温环境下的损伤机理。方法 采用非平衡磁控溅射技术制备MoS2/Ti-WC纳米多层薄膜,评价Ti、WC双功能组元以及纳米多层结构设计对薄膜表面形貌和微观结构的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、扫描探针显微镜(SPM)等表征手段对薄膜的晶体结构、表截面形貌以及表面粗糙度进行分析,利用原位纳米压痕仪对薄膜的力学性能进行评估,利用高温摩擦磨损试验机评价薄膜在不同温度环境(25~300 ℃)下的摩擦磨损性能,进一步通过激光共聚焦对磨痕和磨斑进行光学形貌分析,并利用能谱仪(EDS)和共聚焦显微拉曼光谱(Micro-Raman)对钢配副表面的摩擦转移膜进行成分分析。最终揭示MoS2/Ti-WC纳米多层薄膜在不同温度下的磨损机理。结果 MoS2/Ti-WC纳米多层的结构设计可以诱导MoS2 (002)晶面的择优生长,获得表面平整光滑、结构致密的薄膜。相比于MoS2/Ti薄膜,WC纳米层的引入,赋予薄膜更高的硬度和硬/弹比。MoS2/Ti-WC纳米多层薄膜在潮湿空气中的平均摩擦因数为0.07,平均磨损率为}6.14×10^–7 mm³/(N.m)^{。结论 MoS2/Ti-WC纳米多层薄膜在宽温域(100~300 ℃)内保持稳定的摩擦性能,这得益于薄膜纳米多层的结构设计、高的硬/弹比以及优异的抗氧化性能,同时在钢配副表面形成了连续且致密的转移膜。}     

堇青石表面化学气相沉积二氧化钛的负载机理及负载动力学

以酸蚀改性堇青石为基体,利用化学气相沉积法（CVD）在基体上负载TiO₂,采用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、BET比表面积法等对负载了TiO₂的堇青石进行表征,测定不同温度下的负载速度。结果表明：负载了TiO₂的堇青石主要由（211）及（200）取向的锐钛矿TiO₂组成,呈八面体和立方体形态,BET比表面积达78.80 m²·g^-1,平均孔径为9.80 nm,具有双峰分布特征。负载过程为TiCl₄及O₂向堇青石基体扩散吸附,TiCl₄分解为Ti⁴⁺并在高氧势下进入基体晶格形成TiO₂晶核,并经过择优取向和外延式生长,其负载沉积速率方程为,其中T为负载温度,为气相TiCl₄的分压。     

基于基团贡献法估算(富锂)锂离子电池正极材料Li1+ xM 1- x O2 的热力学性质

富锂Li_1+xM_1-xO₂材料的研究主要集中在其结构和电化学性能上,而很少关注其热力学性能。开发具有高能量密度和容量的新型富锂材料取决于这种材料的结构、热力学性质和电化学性质之间的固有关系。对富锂材料Li_1+xM_1-xO₂的热力学性质了解不足,使得新型Li_1+xM_1-xO₂材料的开发和利用受到限制。鉴于Li_1+xM_1-xO₂材料缺乏热力学数据,根据基团贡献方法的原理对LiAlO₂进行拆分。基于热力学原理,提出了用于估计LiAlO₂的ΔG^θ_f,298、ΔH^θ_f,298和C_p的数学模型。采用基团贡献法估算了56种固体无机化合物的ΔG^θ_f,298和ΔH^θ_f,298以及54种固体无机化合物的C_p,298,以检验该模型的可靠性和适用性。利用基团贡献法估算了固体无机化合物的数学模型。利用基团贡献法拟合的基团参数选择的实验数据准确可靠。在结果令人满意的基础上,建立了用于估算3种类型的Li_1+xM_1-xO₂材料的ΔG^θ_f,298,ΔH^θ_f,298和C_p的数学模型,并估算了63种常见Li_1+xM_1-xO₂材料的ΔG^θ_f,298、ΔH^θ_f,298和C_p,298。     

激光热喷涂Co30Cr8W1.6C3Ni1.4Si涂层在PAO+2.5%MoDTC油中摩擦学特性

为了提高TC4合金的耐磨性能,采用激光热喷涂技术在其表面制备了Co₃₀Cr₈W_1.6C₃Ni_1.4Si涂层。通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）分析了涂层的形貌和物相,并通过摩擦磨损实验研究了涂层在PAO+2.5% MoDTC（质量分数）油中的磨损行为。结果表明,激光热喷涂的Co₃₀Cr₈W_1.6C₃Ni_1.4Si涂层主要由Ti、WC_1-x、CoO、Co₂Ti₄O和CoAl相组成,在涂层界面形成冶金结合。在激光功率为1000、1200和1400 W时所制备的涂层平均摩擦因数分别为0.151、0.120和0.171,其对应的磨损率分别为1.17×10^-6、1.33×10^-6和2.80×10^-6 mm³?N^-1?m^-1,磨损机理为磨粒磨损,其枝晶尺寸对降磨起主要作用。     

纳米柱状多孔WO3- x /TiO2 薄膜的电致变色性能

采用反应磁控溅射在掠射角度α=0°和α=80°的条件下制备氧化钨（WO_3-x）薄膜,然后在其表面沉积二氧化钛（TiO₂）。利用X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电镜（FE-SEM）和X射线光电子能谱仪（XPS）对WO_3-x/TiO₂薄膜的晶体结构、表面/断面形貌以及表面化学成分进行表征。在三电极体系1 mol/L LiClO₄/PC溶液中,采用电化学工作站和紫外-可见分光光度计测试了WO_3-x/TiO₂薄膜的电致变色性能。XRD结果表明,WO_3-x/TiO₂薄膜为非晶态结构,与掠射角度无关。当掠射角度为80°时,获得了纳米柱状多孔薄膜。从 W 4f和Ti 2p的XPS谱图确认氧化钨为亚化学计量比的WO_3-x,而氧化钛为满足化学计量比的TiO₂。与致密薄膜相比,纳米柱状多孔薄膜需要较低的驱动电压且具有较快的响应速度。纳米柱状多孔薄膜的电荷容量为83.78 mC,是致密薄膜电荷容量30.83 mC的2倍以上。在±1.2 V驱动电压下,注入和脱出离子扩散速率分别为D_in=5.69×10^-10 cm²/s和D_de= 5.08×10^-10 cm²/s。与纯WO₃薄膜相比,WO_3-x/TiO₂薄膜的电致变色循环稳定性更好。纳米柱状多孔薄膜在可见光范围内具有较大的光调制幅度,因此其光密度变化（ΔOD）大于致密薄膜。     

稀土铈对Ni-GO镀层的组织形貌和性能的影响研究

采用电沉积方法在Q235钢上制备Ni-Go复合镀层,研究添加稀土铈对复合镀层形貌、性能的影响。结果表明,当铈浓度为0.8 g.L_-1^时,得到的复合镀层沉积速率增加到7.142 g.dm_-2^.h_^-1,^,硬度达到608.8 HV,磨损量最小,摩擦系数最低为0.387,自腐蚀电位E_corr(-0.3993 V)更正,同时腐蚀电流I_corr(3.258.10_-6 ^A.cm_-2⁾最小,腐蚀速率最低,复合镀层的耐腐蚀性能最优。研究发现,加入稀土铈后,Ni-1.0GO复合镀层的类似珊瑚状的微大尺寸的凸聚体变成了尺寸较小的珊瑚珠状的小凸聚体,镀层组织得到明显细化。在铈浓度为0.8 g.L_-1^时,Ni-1.0GO-0.8RE复合镀层的组织致密性最好,各种性能达到最佳,主要在于稀土铈提高镀液中微粒的分散能力和阴极极化率的效果,提高氢离子在阴极的析出电位,从而抑制析氢反应的发生,使得复合镀层的性能得到进一步提高。     

PREPARATION AND MAGNETIC ANISOTROPY OF NANOCRYSTALLINE Fe0.13(CoxNi1-x)0.87FINE FIBERS

以柠檬酸和金属盐为原料, 采用有机凝胶--热还原法制备了纳米晶Fe_0.13(Co_xNi_1-x)_0.87(x=0.20, 0.30, 0.50, 0.80) 微细纤维. 采用FTIR, XRD和SEM等对纤维前驱体和热还原产物的结构、物相和形貌进行了分析; 采用振动样品磁强计 (VSM) 对纤维的磁性进行了 测试. 结果表明: 纤维直径分布在0.3---2 μm之间, 表面光滑, 长径比大, 组成纤维的晶粒尺寸约为34 nm. Fe_0.13(Co_xNi_1-x)_0.87微细纤维表现出明显的磁各向异性, 该性能主要受磁晶各向异性、形状各向异性和静磁相互作用等因素影响.纤维的易磁化方向为其轴向方向, 难磁化方向为径向方向, 所制备的Fe_0.13(Co_0.50Ni_0.50)_0.87纤维的剩磁比M_r/M_s(剩余与饱和磁化强度比)最大, 达到0.48.     

镁扩散制备Pr6O11掺杂的 MgB2块体临界电流密度和磁场性能研究

采用镁扩散方法制备了Pr₆O₁₁纳米颗粒添加的MgB₂超导块体,研究了Pr₆O₁₁掺杂对其临界电流密度(J_c),不可逆磁场(H_irr)和上临界磁场(H_c2)的影响。实验结果表明Pr₆O₁₁纳米颗粒掺杂明显提高了块体的J_c,H_irr和H_c2,但没有降低其超导转变温度T_c。在20 K自场条件下,质量比为1 wt.% Pr₆O₁₁掺杂的MgB₂块体的J_c较没掺杂样品提高了将近5倍, J_c=3.61×10₅A/cm₂。在10 K温度下,MgB₂块体H_c2 和H_irr较没掺杂样品分别提高了1.9 T and 2.6 T。同时讨论了Pr₆O₁₁纳米颗粒掺杂对MgB₂块体的电性能和磁通钉扎机制的影响。     

Fe3O4/SiO2/Bi2WO6磁性复合光催化剂的制备及其光催化性能

钨酸铋(Bi₂WO₆),结构最简单的Aurivillius相化合物,是近期受到研究者关注的新型光催化材料。然而,光催化剂粉末在反应介质中难被回收,工业化应用成本较高。本文用三步方法合成了可回收的Fe₃O₄/SiO₂/Bi₂WO₆磁性复合光催化剂,通过溶剂热法合成具有磁性的Fe₃O₄,用溶胶凝胶法在Fe₃O₄表面覆盖SiO₂层,后将磁性颗粒与Bi₂WO₆纳米片相结合。光催化剂的形貌结构及性能通过XRD、SEM、PL、UV-vis进行表征测试。结果表明,直径约500 nm的Fe₃O₄微球附着在边长约500 nm的Bi₂WO₆纳米片的表面,SiO₂在两者之间起到了粘连作用。光催化剂Fe₃O₄/SiO₂/Bi₂WO₆对于罗丹明B的光降解活性较好,且有一定磁性,可以通过外加磁场将其从溶液中分离,有较大的应用潜力。     

Cr3+掺杂LiNi0.5Mn1.5O4材料的制备及性能研究

采用高温固相法合成了Cr₃₊掺杂的LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料,研究了掺杂量对材料物理性能和电化学性能的影响。利用XRD、SEM对材料的结构和形貌进行了表征,结果显示样品具有棱边清晰的尖晶石形貌。讨论了不同Cr₃₊掺杂量对LiCr_xNi_0.5-0.5xMn_1.5-0.5xO₄(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2)正极材料性能的影响。充放电测试、循环伏安和交流阻抗测试结果表明：当Cr₃₊的掺杂量为x=0.1时(LiCr_0.1Ni_0.45Mn_1.45O₄)正极材料的性能最好,0.1C、0.5C、1C、2C及5C的首次放电比容量依次为131.54mAh g_-1、126.84mAh g_-1、121.28mAh g_-1、116.49mAh g_-1和96.82mAh g_-1,1C倍率下循环50次,容量保持率仍为96.5%。     

基于第一性原理的石榴石型Li7La3Zr2O12 固态电解质的设计与合成

基于密度泛函理论（DFT）的第一原理方法计算了四方相和立方相中2种不同的Li₇La₃Zr₂O₁₂（LLZO）固体电解质材料的能带结构,晶格参数,态密度和成键特性。基于理论计算结果,通过电子结构特性解释了四面体相的离子电导率低于立方相的离子电导率的原因。基于LLZO的第一性原理计算,设计了2种晶体结构的LLZO材料,并通过高温固相法制备并分析了不同烧结时间的LLZO颗粒的性能。探索了合成工艺参数对Li₇La₃Zr₂O₁₂性能的影响。立方晶Li₇La₃Zr₂O₁₂（C-LLZO）的平均晶格大小为a=b=c=1.302 246 nm,而四方Li₇La₃Zr₂O₁₂（T-LLZO）的平均晶格大小为a=b=1.313 064 nm,c=1.266 024 nm。在1000 ℃下烧结12 h的C-LLZO为纯立方相,在室温（25 ℃）下最大离子电导率为9.8×10^-5 S·cm^-1。T-LLZO在室温（25 ℃）下的离子电导率为5.96×10^-8 S·cm^-1,在800 ℃下烧结6 h具有纯的四方相结构,与计算结果基本吻合。