基于A位元素置换策略合成新型MAX相材料Ti3ZnC2

MAX相材料是一类兼具金属和陶瓷特性的三元层状材料, 在高温导电、耐磨、耐腐蚀和耐辐照损伤等方面性能优异。目前已经合成出的MAX相材料已有70余种, 但A位元素一直局限在ⅢA和ⅣA主族元素, 如Al、Si、Ga等, 而以副族元素占据A位的MAX相鲜有报道。本研究以Ti₃AlC₂为前驱体, 利用熔盐中的A位置换反应, 制备出了A位为Zn元素的全新MAX相材料Ti₃ZnC₂。结合X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等分析手段对Ti₃ZnC₂的成分和结构进行了确认, 并通过密度泛函理论对Ti₃ZnC₂的结构稳定性和晶格参数进行了确定。进一步通过热力学计算对Fe、Co、Ni、Cu等几种元素的A位置换反应进行了预测, 发现采用这几种元素的氧化物进行置换反应在热力学上也都具有可行性。本研究所提出的元素置换策略是在保持MAX相六方层状晶体结构的基础上, 利用Al、Zn在高温下形成共晶产物实现Zn原子向A层内的迁移, 而熔盐介质的存在促进了反应动力学。本方法巧妙地避免了MAX相传统合成过程中竞争相的形成, 如M-A合金相, 因此可以用于探索更多未知的MAX相材料。     

Cr8Nb3CSiMnTi系堆焊合金的组织及耐磨性研究

为解决中铬合金耐磨性不足的问题，采用“复合粉粒+H08A实心焊丝”埋弧焊方法制备Cr8Nb3CSiMnTi系中铬耐磨合金，借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及附属能谱仪(EDS)等手段，研究了碳含量对该合金组织和耐磨性的影响。结果表明：中铬堆焊合金的基体由α-Fe构成，硬质相包括(Fe, Cr)₇C₃、(Fe, Cr)₃C碳化物和(Nb, Ti)C等相；随着碳含量升高，α-Fe固溶的铬含量持续减小，沿晶(Fe, Cr)₇C₃型碳化物数量增多，形态从孤立状依次改变为树枝状、定向聚集态等，与(Nb, Ti)C相的间距随之减小。湿砂橡胶轮式磨损试验结果显示，随碳含量提高，堆焊合金的耐磨性先显著改善然后降低，这主要与沿晶碳化物(Fe, Cr)₇C₃数量提高以及其与(Nb, Ti)C相的间隔距离改变有关；堆焊合金的韧性则先持续下降，然后上升，这不仅决定于基体数量，而且与沿晶碳化物的形态及其分布有关；其磨损机制包括显微切削和剥落，以显...     

NiCuNbCr焊料Ti_3Al/GH4169合金氩弧焊接头的组织及性能

采用钨极氩弧焊方法,使用自行设计制备的NiCuNbCr合金作为焊料,实现Ti3Al基合金与GH4169高温合金异种材料之间的焊接。采用扫描电镜(SEM)及能谱分析(XEDS)等方法对接头横截面的微观组织进行分析。结果表明:GH4169/焊缝界面以及焊缝均主要由Ni元素的固溶体组成,其中固溶了Cu,Fe,Cr,Nb几种元素;而焊缝/Ti3Al界面分为3层组织,其相组成从Ti3Al母材到焊缝方向依次为:固溶了Ni和Cu元素的Ti2AlNb相、Al(Ni,Cu)2Ti金属间化合物及(Nb,Ti,Mo)固溶体;(Ni,Nb,Cr)及Ni(Cu,Ti)固溶体;Ni的固溶体,固溶元素为Cu,Nb和Cr。接头的平均室温抗拉强度为140.7MPa。拉伸试样断裂于被焊Ti3Al母材表面的扩散反应层,它主要由固溶了Ni和Cu元素的Ti2AlNb相与Al(Ni,Cu)2Ti金属间化合物组成,该界面是Ti3Al/GH4169接头的薄弱环节。     

AB2型LaMgNi3.7M0.3(M=Ni、Al、Mn、Co、Sn、Cu)贮氢合金的晶体结构及电极性能

系统研究了LaMgNi3.7M0.3（M=Ni、Al、Mn、Co、Sn、Cu）合金的组织结构和电化学性能。XRD和电子探针显微分析（EPMA）结果表明：该系列合金主相均为LaMgNi4相，其中含Mn、Cu和Co元素在LaMgNia合金相中有一定的固溶度，LaMgNi3.7Sn0.3合金中的Sn元素主要以LaNiSn相析出；XRD全谱拟合分析表明：LaMgNi3.7Al0.3中Al元素主要占据在LaNi5相的3g位置。合会化元素在LaMgNi4相中的固溶度从大到小的顺序是Mn〉Cu〉Co〉Al〉Sn。电化学实验表明，该系列合金经1～3次循环即可活化，最大放电容量由245．2mAh／g（M=Sn）变化至293．2mAh／g（M=Co），但合金电极的循环稳定性均较差。合金电极的高倍率放电性能（HRD900%）从大到小依次为Al〉Sn〉Cu〉Mn〉Ni〉Co，其中氢原子在合金中的扩散时合金电极的高倍率放电性能起主要作用。     

Q460FRW耐火钢的组织稳定性

采用Thermo-Calc热力学软件计算Q460FRW耐火钢的平衡态析出相。利用金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜观察和分析Q460FRW耐火钢600℃保温处理前后的基体与析出相演变。结果表明:600℃下的平衡态析出相由M7C3,M23C6(M=Fe,Cr,Mo,Mn)和MX(M=Nb,Ti;X=C,N)构成。热机械控制工艺下,组织主要由粒状贝氏体和针状铁素体构成。600℃保温处理后,粒状贝氏体中的M/A组元逐渐分解,针状铁素体逐渐转变为块状铁素体。随600℃下保温时间的延长,富Cr/Mn的M7C3相尺寸持续增加,富Nb/Ti的MX相尺寸在小幅度增加后保持稳定,未发现M23C6型析出相。在保温过程中,Mo主要以固溶态存在,其对耐火性能的作用主要为固溶强化。     

综合利用铬铁合金制备复合掺杂磷酸铁锂的研究

以铬铁合金为原料,以草酸作为沉淀剂来沉淀铬铁合金浸出液中的Fe,在沉淀Fe的过程中铬铁合金浸出液中微量的Mn、Ni、Co等多种元素被同时沉淀于草酸亚铁中,可以得到掺杂的草酸亚铁Fe(1-x)MxC2O4(M=Ni、Mn、Co等),然后制备得到复合掺杂磷酸铁锂LiFe(1-x)MxPO4/C(M=Ni、Mn、Co等),并对其进行了形貌及电化学性能的测试。电化学测试结果表明,该材料具有良好的电化学性能,0.1 C下的放电容量达到162 mAh/g,1 C下循环50次容量保持率达到98.2%。     

La2BO4(B:B位元素)系列混合导体掺杂成份优化规律研究

基于材料基因组计划(MGI)研究方式, 利用密度泛函理论(DFT)的第一性原理的总能量计算方法, 以K₂NiF₄型La₂BO₄(B:B位元素)相关的几种相结构为计算模型, 针对4~6周期48种B位金属元素替换, 进行几何优化的总能量计算, 得到这些相关虚拟相结构的结合能随元素的变化规律。通过层状相La₂BO₄与立方相LaBO₃的比较, 着重讨论了一些重要B位元素(Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Se)对稳定La₂BO₄复合氧化物相稳定性的影响作用和趋势。结合相关的实验数据, 进一步讨论了掺杂B位元素的优化稳定区域。本定量分析方法为此类材料的合成和成份优化设计提供了一种行之有效的分析方法。     

Mn掺杂Ni(OH)2的合成及电化学性能研究

本工作采用缓冲溶液法制备Mn掺杂Ni(OH)₂(Ni_1-xMn_x(OH)₂, x=0.1, 0.2, 0.3, 0.4), X射线衍射测试表明样品主要是β相, 有少量Mn₃O₄杂相; 循环伏安测试表明, x=0.2的材料还原峰积分面积最大、还原分支的峰电流最高; 恒流充放电测试表明, 在100 mA/g电流密度下, Ni_0.8Mn_0.2(OH)₂放电比容量最高, 其第20次循环放电比容量为271.8 mAh/g, 同等条件测试的商用β-Ni(OH)₂放电比容量为253.6 mAh/g; 在300、500 mA/g电流密度下, Ni_0.8Mn_0.2(OH)₂放电比容量仍保持最高, 分别为294.7、291.5 mAh/g, 而且Mn掺杂Ni(OH)₂的循环稳定性也优于商用β-Ni(OH)₂。Mn掺杂可改善镍电极的循环稳定性、降低镍电极成本, 具有广阔的应用前景。     

含Al耐热奥氏体不锈钢的团簇式成分设计

表面生成Al2O3保护膜的奥氏体不锈钢具有良好的高温服役性能,为了使Al强烈促进铁素体的生成需要精确匹配奥氏体稳定元素Ni和Al的含量。为此,本文先引入“团簇加连接原子”结构模型,解析该类不锈钢的成分特征,确定其16原子团簇式,进而结合当量计算并基于橡树岭实验室推出的成分,固定C含量(质量分数)为0.1%,设计了固定Ni含量提高Al(代替Cr)含量和固定Al含量提高Ni(代替Fe)含量两个成分系列,分别为Al _x Si_0.05Nb_0.15-Fe_8.7Ni_3.0Mn_0.3-Cr_3.6-x Mo_0.2(x=0.8,1.0和1.1)和Al₁Si_0.05Nb_0.15-Fe_11.7-y Ni _y Mn_0.3-Cr_2.6Mo_0.2(y=3.2,3.4,3.7和4.0),研究了Ni和Al的不同匹配对固溶水淬(1250℃/1.5 h)加时效态(800℃/24 h)奥氏体稳定性的影响。Ni含量为3.0的16原子团簇式,Al含量为0.8时为单相奥氏体;Al含量为1.0和1.1时,奥氏体失稳而铁素体形成。在Al含量为1.0的16原子团簇式中,Ni含量为3.2~4.0时均为单相奥氏体。即在16原子团簇式模型下Al_0.8(2.45%)和Al₁(3.08%)分别需要Ni_3.0(20.00%)和Ni_3.2(21.43%)以避免形成铁素体,最终确定该类不锈钢的理想团簇式为[(Al,Si,Nb)₁-(Fe,Ni,Mn)₁₂](Cr,Mo,W)₃。     

低温相变V1-xMoxO2-yFy(M)的固相合成及其光学隔热性能研究

为解决低温热致相变性VO₂(M)智能窗材料实际应用对绿色节能生产技术的需求,借助偏心振动磨作为预处理分散设备,以V₂O₅和酸为原料,优化了固相法合成VO₂(M)的合成工艺,研究了Mo/F共掺型低温热致相变V_1-xMo_xO_2-yF_y 材料的制备工艺及Mo/F掺量对VO₂(M)的相变调控规律,评价了其光学及隔热性能。结果显示10 min/10.0 g原料的研磨时间和750℃的焙烧温度下可获得纯相VO₂(M)。以钼酸铵和氟化铵为Mo/F共掺原料,可获得相变温度随掺量呈规律性下降的低温热致相变V_1-xMo_xO_2-yF_y(M),2%Mo和3%F掺杂后VO₂(M)相变温度降低至38.20℃。VO₂(M)和V_1-xMo_x<...     

Ba(Ti0.96Sn0.04)O3陶瓷的物性研究

采用传统固相反应法制备了Ba(Ti_0.96Sn_0.04)O₃无铅压电陶瓷, 对其压电性能、介电性能、铁电性能和微观结构等进行了研究。研究发现, 原料以及制备工艺对Ba(Ti_0.96Sn_0.04)O₃陶瓷的压电性质具有较大的影响。与BaTiO₃陶瓷相比, Ba(Ti_0.96Sn_0.04)O₃陶瓷的正交-四方相变温度T_O-T得到了一定的提高, 并且T_O-T附近的热滞只有1.8℃。陶瓷的微观形貌呈现出较为复杂的畴结构, 主要以90°平行带状畴为主, 偶尔有少量不同构型的180°畴。电滞回线呈现为理想的近似矩形饱和形状的曲线, 剩余极化强度P_r为18.9 μC/cm², 矫顽场E_c为 2.5 kV/cm。此外, 非180°畴的翻转是引起陶瓷逆压电常数d₃₃^*的主要因素, 其值可达550 pm/V。     

钒微合金钢中α-Fe/V4C3界面结构与稳定性的第一性原理计算

为了探讨α-Fe/V₄C₃的界面稳定性,利用第一性原理平面波赝势方法优化(100)_α-Fe/(100)_V4C3三种不同原子堆积序列(Fe-on-C,Fe-on-V和Bridge)的界面构型。通过界面分离功分析α-Fe/V₄C₃界面的结构稳定性,计算三种构型的界面分离功分别为4.29,1.43,2.70 eV,分离功越大表明界面稳定性越强,在α-Fe中析出的V₄C₃主要以Fe-on-C构型存在,其界面稳定性最强。通过态密度,差分电荷密度和电子局域化函数研究α-Fe/V₄C₃的电子结构性质。结果表明：在Fe-on-C构型中,界面处Fe原子存在电荷贫化区,丢失的电荷转移到界面处,由于C原子具有强电负性,在界面处形成较强的混合离子/共价键,并且Fe和C原子的键合作用明显强于Fe和V原子。通过总态密度和分波态密度发现,Fe-d轨道与C-p轨道在－4.5~－2.5 eV的区域内发生电子轨道杂化,形成Fe—C共价键。     

(1-x)K0.48Na0.52NbO3-xBi0.45Nd0.05(Na0.92Li0.08)0.5ZrO3无铅压电陶瓷相结构及压电性能

为了在获得较高压电性能的同时又不大大降低陶瓷的居里温度(T_C), 设计和制备了Bi_0.45Nd_0.05(Na_0.92Li_0.08)_0.5ZrO₃改性的K_0.48Na_0.52NbO₃系无铅压电陶瓷((1-x)KNN-xBNNLZ), 研究了BNNLZ含量对KNN基无铅压电陶瓷相结构和电学性能的影响。研究结果表明, 所有陶瓷样品均具有较高的居里温度T_C(>300℃)。随着BNNLZ含量的增加, 陶瓷的正交-四方相变温度(T_O-T)不断向低温方向移动, 而三方-正交相变温度(T_R-O)不断向高温方向移动, 最终在陶瓷中形成了三方-四方(R-T)共存相, R-T共存相处于0.05<x<0.07范围。BNNLZ的加入引起陶瓷相结构的演化改变导致压电常数(d₃₃ )、介电常数(ε_r )、剩余极化强度 (P_r )和机电耦合系数(k_p )都先增大后减小, 当x=0.06时陶瓷具有最佳压电性能: d₃₃=313 pC/N, k_p=42%, P_r=25.48 μC/cm², ε_r=1353, tanδ=2.5%, T_C=327℃。     

二元钒硼化物的反应合成及其放电性能

以单质元素粉末为原料, 采用1500℃高温反应合成不同成分的钒硼化物粉末, 并以制备粉末为活性物质, Ni为导电剂, NH₄HCO₃为造孔剂, 采用粉末冶金工艺制备了多孔V-xB/Ni型(x=2/3~2)负极电极片, 探讨不同物相钒硼化物作为空气电池电极活性物质的高容量输出性能。结果表明, 当原料粉末中V:B原子比为1:1、1:2时, 可分别制得具有单一物相的VB和VB₂化合物粉末, 当V:B=3:2时, 合成产物包含V₃B₂和少量VB相, 当V:B=2:3时, 合成产物为V₂B₃、V₃B₄和少量VB₂三相混合。制备的V-xB/Ni型电极的孔隙率为60.25~61.75%, 放电容量为6129~7901 mAh, 比容量为2724~3511 mAh/g。V-xB/Ni型电极的放电性能随着B含量的增加明显提升, 所制备 V-2B/Ni型电极的放电性能最优, 其比容量为3512 mAh/g, 库伦效率为86.5%, 能量密度达到2504 Wh/kg。     

二元锰钒氧化物薄膜的制备及室温铁磁性研究

本工作采用磁控溅射技术在蓝宝石衬底上制备了钒氧化物(VO_x)磁性薄膜,研究了共沉积Mn元素对VO_x表面形貌及铁磁性的影响。结构与形貌表征结果表明:本文制备的VO_x薄膜是一种化学计量比在V₂O₃与VO₂之间的纯相钒氧化物薄膜,Mn元素的引入使VO_x晶格发生轻微畸变,并且导致VO_x的形貌由纳米棒状结构演化为球状;磁学性能结果表明:VO_x薄膜呈现出室温铁磁性,随着Mn元素含量的增加,薄膜的饱和磁矩先增大后减小,Mn元素与V元素比例为1∶1时,表面形貌最规则且具有最大饱和磁矩345 emu/cm³。     

导电二维碳化钼MXene材料的制备与理论研究

以Mo、Y、Al和C元素粉为原料, 用放电等离子烧结技术(SPS)在1550 ℃合成了新颖的(Mo_2/3Y_1/3)₂AlC MAX相, 并用较温和的化学刻蚀方法剥离得到相应手风琴状形貌的MXene。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和能谱分析(EDS)手段对材料的化学组成、微观结构等进行了表征, 确定最终产物为表面带有官能团的Mo_1.33CT₂ MXene。同时利用第一性原理密度泛函理论计算方法研究了新颖(Mo_2/3Y_1/3)₂AlC MAX相以及对应的Mo_1.33CT₂ MXene的电子结构和性能, 计算结果表明两者均呈现出金属特性, 有望应用于储能、生物传感器和电催化等方面。     

Spectroscopic Evidence for Anionic Coordination Complexes of the Transition Metals with C70 and the Higher Fullerenes C76, C78, C82, C84, C86, C90, and C92

The carbonylate anions [M(CO)₅]^- (M = Mn, Re), [Co(CO)₄]^-, [CpFe(CO)₂]^-, and [CpM(CO)₃]^- (M = Mo, W) react with C₇₀ via single electron transfer processes to give, respectively, the corresponding 17-electron, metal-centered radicals Co(CO)₄, M(CO)₅ (M = Mn, Re), CpFe(CO)₂, and CpM(CO)₃ (M = Mo, W) in addition to the radical anion C₇₀^-. In secondary thermal or photochemical processes, the metal-centered radicals Co(CO)₄ and M(CO)₅ (M = Mn, Re) combine with the C₇₀^- to form the new η²-C₇₀ complexes [Co(CO)₃(η²-C₇₀)]^- and [M(CO)₄(η²-C₇₀)]^-. However, the metal-centered radicals CpM(CO)₃ (M = Mo, W) require photolysis to react with C₇₀^- to form [CpM(CO)₂(η²-C₇₀)]^-, whereas neither thermolysis nor photolysis induces reaction between CpFe(CO)₂ and C₇₀^-. The photochemical reaction of [Mn(CO)₅]^- with a mixture of higher fullerenes known to contain at least C₇₆, C₇₈, C₈₄, C₈₆, and C₉₀ resulted similarly in the formation of the higher fullerene complexes [Mn(CO)₄(η²-C_n)]^- (n = 76, 78, 80, 82, 84, 86, 88, 90, 92, 96, and 98), all identified using electrospray mass spectrometry.     

羰基铁的电子吸收效能研究

通过释放化学物质主动扰动电离层继而人工影响电波的传播效果, 具有广阔的应用前景。本文运用阴极射线管 (CRT) 评价法和离子迁移谱 (IMS) 评价法对羰基铁的电子吸收效能进行了实验评价。CRT评价法表明, 在低压1~4 Pa条件下, 羰基铁相对而言具有优越的电子吸收效能, 特别是在1.9~2.7 Pa的压力下, 其电子吸收效能优于CO、CO₂和SF₆;IMS评价法表明, 羰基铁表现出明显的电子吸收效能, 且对电子的吸收效果随着进样量增加而增强, 在相同的进样分子数时, 相对于CO、CO₂, 羰基铁的电子吸收效能更优。此外, 考虑到羰基铁相对较低的毒性, 认为羰基铁是有潜力的、有广泛应用前景的电子扰动物质。     

高质量水系钠离子电池正极Fe4[Fe(CN)6]3的合成及其电化学性能

采用水热法合成高质量的Fe₄[Fe(CN)₆]₃(HQ-FeHCF)纳米材料, 并对材料进行X射线衍射(XRD), 扫描电子显微镜(SEM), 透射电子显微镜(TEM)和热重分析测试(TGA)等表征。结果表明：Fe₄[Fe(CN)₆]₃呈规则立方体, 颗粒大小约500 nm, 属面心立方结构。Fe₄[Fe(CN)₆]₃在NaClO₄-H₂O-聚乙二醇电解液中1C、2C、5C、10C、20C、30C和40C的容量分别为124、118、105、94、83、74和64 mAh·g ^-1, 表现出优异的倍率性能; 以5C倍率循环500次, 容量保持率接近100%, 表现出极佳的循环稳定性。以Fe₄[Fe(CN)₆]₃和磷酸钛钠分别为正负极的全电池工作电压高达1.9 V, 能量密度可达126 Wh·kg ^-1; 以5C倍率恒流充放电测试140次后全电池容量保持率为92%, 且库伦效率始终接近100%。