Ti/RuO2-IrO2 阳极在碱性体系的失效行为研究

钛基涂层阳极因其具有优良的电催化性活性和稳定性,在废水处理,氯碱工业、电解、海水防污、阴极保护等领域都有广泛的发展和应用。本论文主要以Ti/RuO2-IrO2阳极为研究对象,对其在碱性析氧条件下的主要失效机制进行了深入的研究。主要通过X射线衍射仪（XRD）、热场发射电子扫描显微镜(SEM)及能谱(EDS)分析其失效前后的形貌和物相变化,利用标准强化电解寿命试验、电化学分析等手段探讨了Ti/RuO2-IrO2涂层阳极在碱性环境中的性能。结果表明,碱性体系中的强化电解并不是均匀的,可分为4个阶段;电极在碱性体系下的腐蚀是由外向内的,Ti/RuO2-IrO2涂层钛阳极的电解失效机制是物理作用和化学作用的叠加,物理变化主要表现为涂层变薄、裂纹加宽甚至剥落,化学变化表现为涂层中的贵金属氧化物逐渐被腐蚀,裸露出钛及其氧化物,导致电阻增大。     

红外透明导电金属化合物薄膜的研究进展

红外透明导电薄膜是指同时具有高红外透射率和高电导率的功能薄膜材料,其在电磁屏蔽涂层、红外光电探测器、人体红外治疗、红外发光二极管等领域有重要应用。尽管研究者已经报道了许多关于透明导电膜的综述,但是以往研究者主要关注可见光波段的透明导电,忽视了红外波段透明导电研究的系统总结和评述。本综述主要关注了N型金属氧化物和非氧化物以及P型金属氧化物、硫化物和卤化物。首先依据德鲁德自由电子理论模型分析了金属化合物红外透明性能与导电性能难以兼容的物理起源,然后归纳总结了金属化合物的制备、结构和光电性质,揭示了现有N型金属化合物普遍存在导电性高但红外透射率低的问题,P型金属化合物普遍存在红外透射率高但导电性低的问题。针对这些性能方面的瓶颈问题,讨论了薄膜制备、缺陷控制、能带化学调制以及新材料设计等方面的改性思路和可行性方法。最后展望了金属化合物未来发展方向以及仍需解决的难题,以期为设计和制备高性能的红外透明导电薄膜提供参考。     

碳化锗双层膜作为增透保护膜的制备及性能

利用磁控溅射方法在ZnS基底上设计并制备了一种Ge1-xCx双层膜,研究发现双面镀Ge1-xCx双层膜后,ZnS基底在8～11.5μm远红外波段的平均透过率提高了9.5%,硬度提高了近3倍,而且该双层膜还具有良好的热稳定性和耐热冲击能力。研究结果表明,此Ge1-xCx双层膜是一种高效的ZnS红外窗口增透保护膜。     

通过提高生长温度改善碳化锗薄膜的性能

利用磁控溅射制备碳化锗(Ge1-xCx)薄膜,系统地研究了生长温度(Tg)对所获薄膜成分及性能的影响并揭示了它们之间的内在关系。研究发现所有Ge1-xCx薄膜样品均为非晶结构,随着Tg从60℃增加到500℃,膜中锗含量增加,而碳含量相对降低,这种成分的改变增加了膜中组成原子的平均质量,进而导致薄膜折射率从2.3增加到4.3,这种折射率大范围连续可调的特性十分有利于Ge1-xCx多层红外增透保护膜的设计和制备。此外研究还发现,随着Tg的增加,Ge1-xCx膜中Ge—H和C—H键逐渐减少,这不但显著减小了薄膜在～5.3μm和～3.4μm处的光吸收,而且显著提高了薄膜的硬度。这些结果表明,提高生长温度是调制Ge1-xCx薄膜成分、改善其光学和力学性能的有效途径。     

非晶金刚石与非晶碳化锗复合增透保护膜系的设计与实现

为了有效保护硫化锌等红外光学元件并提高其在工作波段的透过率,根据薄膜光学原理进行增透设计,从而获得膜系光学参数;采用射频磁控溅射技术制备非晶碳化锗薄膜,通过调整甲烷流速比调整薄膜的折射率,根据流速比和沉积时间控制膜厚,再用过滤阴极真空电弧技术制备非晶金刚石薄膜,分别改变衬底偏压和沉积时间控制薄膜的折射率和膜厚.利用光谱椭偏仪和台阶仪表征薄膜折射率和膜厚,通过小角X射线反射和X射线光电子谱测试非晶金刚石薄膜的密度和非晶碳化锗薄膜中的锗含量,使用纳米压痕仪和傅里叶红外透射谱仪确定薄膜的硬度和红外透过率.试验表明,非晶金刚石和非晶碳化锗薄膜的折射率分别与薄膜的密度和薄膜中的锗含量密切相关,非晶金刚石与非晶碳化锗复合膜系是硫化锌等红外光学元件性能优异的增透保护膜.     

Reactive magnetron sputtering of germanium carbide films at different substrate temperature

To explore the relationship between the chemical bonding and mechanical properties for germanium carbide (Ge1-xCx) films,the Ge1-xCx films are prepared via reactive magnetron sputtering in a mixture of CH4/Ar discharge,and their composition,chemical bonding and hardness were investigated as a function of substrate temperature (Ts). The results show that Ts remarkably influences the chemical bonding of Ge1-xCx film,which results in a pronounced change in the film hardness. As Ts increases from ambient (60 ℃) to 500 ℃,the Ge content in the film gradually increases,which promotes forming sp3 C-Ge bonds in the film at the expense of sp2C-C bonds. Furthermore,it is found that with increasing Ts the fraction of C-H bonds in Ge1-xCx film gradually decreases,which is attributed to an enhancement in the desorption rate of C-Hn(n=1,2,3) species decomposed from methane. The transition from graphite-like sp2 C-C to diamond-like sp3C-Ge bonds as well as the reduction in C-H bonds in the film with increasing Ts promotes forming the compact three-dimensional network structure,which significantly enhances the hardness of the film from 5.8 to 10.1 GPa.     

高效铂锰合金氧还原催化剂的制备及性能

以氮掺杂科琴黑(N-KB)为载体，采用浸渍还原法合成铂锰合金催化剂(Pt-Mn-N-KB)。通过透射电子显微镜、 X射线衍射仪、比表面测定仪和X射线光电子能谱等对催化剂的形貌、结构和表面组成等进行表征，并对催化剂在中性和碱性电解液中的氧还原性能进行测试。结果表明：Pt-Mn-N-KB催化剂上的Pt-Mn颗粒分散均匀且无团聚现象，平均粒径为1.6 nm。Pt-Mn-N-KB催化剂在碱性电解液中表现出的半波电位为0.884 V,起始电位接近1.01 V,在中性电解液中表现出的半波电位为0.686 V,起始电位为0.83 V,均优于商业铂碳Pt-C的。作为空气阴极应用于铝空气电池，在碱性电解液中表现出的超高功率密度为117.29 mW/cm²,在中性电解液中的为25.65 mW/cm²(中性),相对于商业铂碳Pt-C的分别提高32%和28%     

1700℃流动氮气下金属铝–镁铝尖晶石复合材料的物相组成与反应机理(英文)

研究了高纯氮气下先后进行580℃保温8 h、1 700℃保温3 h热处理后Al–MgAl₂O₄复合材料的物相组成和反应机理。结果表明:经580℃保温8 h后,Al–MgAl₂O₄复合材料形成分层现象,即外层区含金属铝–氮化铝壳核结构。当温度升至某一特定值时,金属铝–氮化铝壳核结构破裂,金属铝Al(l/g)溢出/逸出,与N₂和O₂分别反应生成AlN和Al₂O(g),促进化学计量比的镁铝尖晶石(MgAl₂O₄)分解形成富氧化铝的镁铝尖晶石(Al₂O₃-rich spinel)和镁蒸气(Mg(g))。一方面,AlN与富氧化铝的镁铝尖晶石形成MgAlON尖晶石;另一方面,AlN与Mg(g)和O₂发生固溶体反应生成氮化铝固溶体,(Mg,Al)(N,O)。内层区的材料物相组成不同于外层区,含有许多由气–气反应Al₂O(g)+O₂(g)+N₂(g)+Mg(g)→MgAlON(s)或Al(g)+O₂(g)+N₂(g)+Mg(g)→MgAlON(s)生成的片状MgAlON;此外,内层区富氧化铝的镁铝尖晶石没有进一步转变为MgAlON尖晶石。