高镍三元正极材料具有能量密度大,电压平台高,无记忆效应等优势,受到研究者们的广泛关注。但受限于其循环稳定性差,阳离子混排,热稳定性差等缺陷,高镍三元正极仍需进行广泛深入的研究。围绕高镍三元正极材料的不足,概括了近年来离子掺杂、表面包覆、共改性、浓度梯度、电解质改性和结构调控等改性策略的最新进展,并对未来的研究方向进行了探讨与展望。

随着社会经济的快速发展,能源与环境问题越来越突出,解决问题的关键是寻找可持续的、可再生的绿色新能源。电催化水裂解技术在解决清洁能源短缺和环境污染等关键问题上具有突出的优势。金属有机骨架(metal-organic frameworks, MOFs)及其衍生物由于具有可定制的结构、超大的表面积和设计灵活性,被认为是电催化制氢的理想多孔材料。从电催化水裂解的反应原理、决定电催化活性的相关因素入手,总结并举例说明了近年来基于MOFs及其衍生物的水裂解电催化剂的研究进展。最后,强调了水裂解领域存在的许多挑战,并提出了基于MOFs和衍生物作为电催化剂用于水裂解制氢的展望。

合金元素Bi的价格较低,在镁中有较高的固溶度,随着温度降低,其固溶度减小,析出Mg₃Bi₂相,提高了镁的力学性能,因此Mg-Bi系合金具有良好的固溶和时效硬化潜力。在Mg-Bi系合金中加入Sn、Mn、Al、Ca、Zn等元素,改善合金组织,能够进一步提高合金的力学性能及耐腐蚀性。文中介绍了国内外学者对Mg-Bi系合金的研究进展,在总结Mg-Bi二元合金研究成果基础上,系统的概述了Mg-Bi-Sn系、Mg-Bi-Mn系、Mg-Bi-Al系、Mg-Bi-Ca系、Mg-Bi-Zn系等合金的组织和性能,综述了合金化对合金第二相、晶粒尺寸、织构、动态再结晶的影响,阐述了合金元素种类、添加量及热加工参数与合金力学性能的关系。总结了Mg-Bi系合金研究中存在的问题,并对今后的研究工作进行了展望。

纤维素是自然界中最丰富的资源之一,以纤维素为原料制备的第三代气凝胶兼有传统气凝胶的高孔隙率和大比表面积以及本身优异性。然而,固有的可燃性、较差的力学性能和较低的热稳定性限制了其使用范围。目前将纤维素气凝胶进行功能化,开发多种功能化的复合气凝胶已成为研究热点。从纤维素气凝胶的制备过程,功能化方法,以及主要应用领域进行了概述,最后对功能化纤维素气凝胶存在的问题进行了讨论。

以ZnO作为光催化剂,稀土元素Ce为添加相,通过水热法制备了不同摩尔比Ce掺杂的ZnO纳米复合材料,以甲基橙(MO)染料为降解对象,研究了Ce掺杂摩尔比对ZnO纳米复合材料的晶格结构、微观形貌和光催化性能的影响。结果表明,制备的Ce-ZnO纳米复合材料均为六方晶系纤锌矿结构,外观为不规则的颗粒状,Ce掺杂后使ZnO的表面粗糙度增加。Ce掺杂后在ZnO中无新产物产生,没有影响ZnO的结构。随着Ce掺杂摩尔比的增大,Ce-ZnO的比表面积逐渐增大,吸收边先增大后减小,禁带宽度先降低后升高,光致发光强度先降低后增大。0.6%Ce-ZnO的比表面积达到33.91 m²/g,吸收边最大为394 nm,禁带宽度最小为2.97 eV,对应的光致发光强度最低。光催化降解测试表明,随着Ce掺杂摩尔比的增大,Ce-ZnO对MO的光催化降解率先增大后降低,0.6%Ce-ZnO在180 min时对MO的降解率达到最大值95.36%。强酸或强碱条件下均不利于光催化反应的进行,在pH值=5的弱酸条件下0.6%Ce-ZnO对MO的降解率最高达到99.16%。0.6%Ce-ZnO光催化剂重复使用5次时对MO的降解率依旧超过70%,具有良好的使用稳定性和经济效益。

近年来,光电催化技术(PEC)因其融合了电化学与光催化技术的优势而备受瞩目。这一技术不仅展现了优良的催化性能,还解决了传统粉末光催化剂难以分离回收的难题。光电极的基底材料是PEC技术的核心,其显著影响着电子转移的效率、光生载流子的复合率以及光电极的稳定性。尽管PEC技术已取得诸多成果,但关于光电极基底材料的研究进展尚未得到充分的文献报道。鉴于此,在系统地对光电极基底材料进行分类,包括金属、导电玻璃、碳基材料以及其它新兴材料,并深入回顾近年来关于这些材料的研究进展。详细论述光电极的制备方法、性能表现以及作用机理,以期为读者提供一个全面而深入的理解。同时,我们也对光电极基底材料的未来研究方向提出了一些建议,希望能为该领域的进一步发展提供有益的参考。

以乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺为氮源,以硼酸为硼源制备不同前驱体,通过高温氨解直接合成硼碳氮(BCN-x,分别记为BCN-EDA,BCN-DETA和BCN-TETA)。利用XRD、SEM、TEM、XPS、UV-Vis和PL对其组成、形貌和光学性能进行表征。并在无牺牲剂和助催化剂的条件下,对BCN-x样品的光催化还原CO₂性能进行了评估。结果表明,所制备的样品均为片状结构,且BCN-EDA具有较高的结晶度、较好的光生载流子分离效率。所制备的BCN-x可以在350～780 nm可见光照射下将CO₂还原为CO和CH₄,且BCN-EDA表现出最佳的光催化CO₂还原性能,CO产量为32.20 μmol/g,且在20 h内能保持相当的光催化稳定性。

金属软磁粉芯生坯强度通常较低,在制造过程中需采用含浸树脂的方法提高强度。采用非活性稀释剂(四氯乙烯)和活性稀释剂636(三羟甲基丙烷三缩水甘油醚)作为135环氧树脂/甲基四氢苯酐含浸体系的混合稀释剂,研究了四氯乙烯的用量对于铁硅铝软磁粉芯抗压强度的影响以及含浸工艺对铁硅铝软磁粉芯磁性能的影响。同时,结合实测抗压强度和孔隙率对复合材料抗压强度公式进行了修正,得出了金属软磁粉芯抗压强度的计算公式。结果表明,经含浸处理后,软磁粉芯的抗压强度显著提高,在树脂与稀释剂的质量比约为1∶2时达到最大值18.43 MPa,且磁性能与含浸之前的样品相比没有明显变化。这表明在该配比下,稀释剂可以和环氧树脂充分均匀混合,并且可以与固化剂更好地发生交联固化,从而有效提高环氧树脂的力学性能。对含浸工艺和软磁粉芯抗压强度计算公式的研究结果,可为提高软磁粉芯强度的量产工艺开发提供参考。

纳米陶瓷涂层是一种采用不同纳米增韧方法和制备工艺获得的陶瓷涂层,纳米结构的引入能够在一定程度上改善陶瓷涂层的脆性。介绍了纳米结构增韧陶瓷涂层的常用增韧方法及其增韧机理,包括晶须增韧、纳米线增韧、碳纳米管增韧、纳米颗粒增韧、纳米多层膜增韧、纳米超晶格增韧以及仿生结构增韧,简述了近几年纳米增韧陶瓷涂层的主要制备工艺,主要有溶胶-凝胶法、气相沉积法、热喷涂技术(如等离子喷涂、超音速喷涂)以及磁控溅射等。最后,总结了不同纳米增韧陶瓷涂层制备过程中存在的难题与挑战,并对纳米增韧陶瓷涂层的研究方向与应用前景进行了展望。

金刚石/铝复合材料具有高导热和低密度等优点,是理想的航天电子器件散热材料。然而,目前对影响金刚石/铝复合材料热导率的影响因素和可靠性研究仍有不足。采用放电等离子烧结法,综合考虑了烧结温度、保温时间和金刚石粒径组合的影响,制备了热导率为462 W/(m·K)的金刚石/铝复合材料。同时,验证了复合材料在高低温和振动环境中的扩热可靠性。结果表明,当热流密度为70 W/cm²时,与铝合金扩热板相比,金刚石/铝复合材料将带动热源温度下降13 ℃,在高低温和振动环境中仍具有热物理性质稳定性和结构可靠性,有效提升了电子设备的总体散热能力,为航空航天电子器件的发展提供了一种稳定、可靠的散热方案。

磁流变液作为一种兼具磁性和流动性的智能流体,已在众多领域得到广泛应用。双分散磁流变液具有极佳的沉降稳定性、再分散能力和磁流变特性,是未来磁流变液最由前途的发展方向之一。结合近年来研究进展,重点介绍了双分散磁流变液的稳定化机制,并基于微观结构演变、实验影响因素和本构力学模型对双分散磁流变液磁流变特性进行了综述。最后,对双分散磁流变液的工业应用提出展望。

由于传统能源的大量消耗与环境污染等问题,探索高效清洁的新型能源显的越来越重要。锌空电池作为一种绿色清洁能源受到了广泛的关注,然而其阴极氧还原(ORR)反应较为缓慢限制了其大规模应用。因此开发一种高效、绿色经济的非贵金属催化剂对氧还原反应至关重要。以金属-有机骨架(MOF)作为前驱体,通过高温热解合成了铁基氮掺杂碳电催化剂(Fe-N-C)。Fe-N-C催化剂由于其较强的金属-氮配位结构可以避免金属原子的聚集和溶解,使金属原子均匀分散在氮掺杂的碳载体上,实现较高的ORR性能。制备的Fe-N-C-2催化剂具有丰富的孔隙结构和大量的Fe-N_X活性位点。其在碱性电解质中半波电位为0.91 V,在酸性电解质中半波电位为0.75 V。同时将其应用于锌空电池具有高达1.47 V的开路电压和163.1 mW/cm²的功率密度。该策略为设计二维结构以构建高性能电催化剂提供了一种有前途的方法。

ETFE薄膜在自然环境老化后的力学性能是ETFE结构长期使用性能评价的基础。选取在室外自然环境长期使用后的ETFE薄膜,开展了微观形貌表征和宏观力学性能试验,采用能量法确定了自然环境老化ETFE薄膜的屈服点及弹性模量,基于数理统计分析了材料力学参数标准值。研究结果表明,自然环境老化作用使ETFE薄膜材料表面微观形貌粗糙,截面褶皱纹理密集,晶粒尺寸增大了7.8%。老化ETFE薄膜破断强度下降显著,屈服应力及弹性模量降低较大,其标准值为11.73、703.2 MPa,降低了14.9%、13.5%。研究扩展了ETFE薄膜材料力学的研究范畴,可为准确评估ETFE结构长期使用性能提供重要的力学参数。

铁尾矿转化为高附加值产品的功能化利用越来越受关注和期待。本文以铁尾矿为原料,引入锌离子水热合成了介孔硅酸锌复合材料,包括由层状纳米片组装而成的花瓣状硅酸锌类物质(zincsilite)和异晶锌(hemimorphite)复合材料,以及由短棒组装而成的椭球状硅锌矿(willemite)复合材料。其中,花瓣状异晶锌复合材料具有典型的片状粒子聚集形成的狭缝孔结构,孔隙宽度约为3.385 nm,比表面积为96.15 m²/g。该复合材料对染料亚甲基蓝(MB)有高效吸附效应,10 min内去除率接近100%,在染料废水处理领域具有潜在的应用前景。

简述了空心玻璃微珠的表面改性方法以及在涂料中的应用情况,分类总结了其在隔热涂料、防火涂料、吸波涂料和防腐涂料中的最新研究进展,并对未来空心玻璃微珠在涂料中的应用方向拓展进行了展望。

钛植入物术后细菌感染是临床上常见的并发症。通过水热处理和退火处理,在Ti表面构建了缺氧钛酸钡纳米棒(BaTiO_3-x)阵列。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪证实了BaTiO₃纳米棒的合成,采用X射线光电子能谱确认了氧空位的存在。以甲基紫(MV)为捕获剂验证了BaTiO_3-x纳米棒阵列在超声下的活性氧(ROS)产生能力。结果表明BaTiO_3-x纳米棒阵列在超声波(US)辐照下可有效产生羟基自由基(·OH)。抗菌实验表明,BaTiO_3-x纳米棒阵列超声作用15 min对金黄色葡萄球菌(S. aureus)展现出优良抗菌能力,抗菌率达到90.92%。研究为钛植入体表面超声响应抗菌涂层的制备提供了思路。

以KMnO₄和MnCl₂·4H₂O为原料通过水热法制备出二氧化锰电极材料,利用SEM、XRD观察材料的微观形貌并确定其晶型,通过放电测试和电化学测试研究二氧化锰作为电极材料的ORR电催化性能。研究结果表明,水热反应温度为180 ℃、KMnO₄:MnCl₂·4H₂O摩尔比为2.5:1时,能够制得均匀纳米线状的α-MnO₂,其作为催化剂制备的空气阴极在极化电压为1.0 V时极化电流密度最大,达到76.15 mA/cm²,并且具有最小的阻抗,说明氧还原反应阻力最小,在10,20,30,40 mA/cm²电流密度下放电电压分别为1.64,1.49,1.36和1.23 V,放电性能相较于5%铂碳催化剂提升10%左右。

目前,开发可再生能源已经成为全球可持续能源战略中的一个重要内容。氢能是世界上最清洁的能源,被认为是最有潜力的替代能源。目前工业制氢含有大量杂质,因此,氢的提纯是利用氢能不可或缺的一环。目前钯及其合金膜在氢分离上是最常见的材料,但它们过于昂贵和产量不足,我们需要去寻找新的性能优异的氢分离膜。研究发现V/Nb及其合金膜的氢渗透系数远大于Pd,且成本相比钯金属更为低廉,是替代Pd金属的最佳氢分离膜材料。目前对V/Nb基合金膜的研究已有许多,本文介绍了合金膜的透氢原理、氢分离膜的制备方法及其优缺点以及V/Nb基合金近年来的研究现状,并展望未来氢分离膜的研究发展趋势。

随着人工智能可穿戴技术的快速发展,带动了具备可拉伸、可压缩和可扭曲特性的柔性传感材料的蓬勃兴起。镓基液态金属(LM),由于其卓越的导电性、导热性、流动性、高表面张力和可塑性等特点,已被广泛应用于制备柔性传感材料。然而,有关镓基液态金属用于制备柔性传感材料的方法,特别是与柔性基体材料复合,迄今缺乏全面的综述。着重介绍了镓基液态金属用于柔性传感材料的制备方法,包括直接结合法、液滴法和液态金属作为引发剂法。其次,对镓基液态金属柔性传感材料应用的最新进展进行探讨。讨论了镓基液态金属柔性传感材料在可回收利用方面取得的进展。最后,就目前研究中仍存在的问题提出建议,并对未来进行展望。

水凝胶因其出色的生化和机械性能,在抗旱、保鲜、调湿等领域均有广泛的应用,在伤口敷料领域也具有突出的优势。因其良好的亲水性、生物相容性和类似细胞外基质的三维多孔结构等特征,水凝胶敷料的研究备受关注,并逐渐呈现出功能化甚至智能化。然而,目前仍缺乏对功能性水凝胶敷料的系统性阐述。介绍了不同类型的功能性水凝胶敷料,提出了水凝胶敷料在研究和应用过程中面临的挑战,展望了功能性水凝胶敷料在未来的发展前景。

尖晶石结构过渡金属氧化物的纳米阵列相对其纳米线和纳米颗粒具有独特的优势,在能源存储、催化、磁性和光电等诸多领域具有重要的应用。概述了水/溶剂热法制备尖晶石结构过渡金属氧化物纳米阵列的过程中影响其结构形貌的多种因素(基底、反应温度、反应时间和原料等),探讨了纳米阵列的结构形貌与性能之间的关联性,简介了尖晶石结构过渡金属氧化物分级结构纳米阵列的相关研究,希望能为设计开发多功能或功能集成化的纳米阵列并拓宽其应用范围起到推动作用。

层状钒氧化物电极材料具有容量高、高温性能好、成本低、安全性好等一系列优点,是下一代高性能二次离子电池的备选电极材料之一。虽然目前层状钒氧化物电极材料的电化学性能在不断提升,但层状钒氧化物在循环过程中结构稳定性差的问题始终没有得到解决。层状NH₄V₄O₁₀材料由于其特殊的结构稳定性,得到了广泛的关注和应用。本文系统地总结和讨论了层状NH₄V₄O₁₀材料在不同种类离子电池中的电化学性能、储能机制,并将NH₄V₄O₁₀材料的优化策略进行了分类和阐述。最后对层状NH₄V₄O₁₀材料的发展前景进行了展望,为进一步提升其电化学性能提供了新的见解。

采用溶液共混法制备了石墨烯-聚苯乙烯复合材料,通过XRD、SEM、FT-IR、力学性能测试、热失重分析、导热系数及THR分析等手段,研究了复合材料中氧化石墨烯(GO)的质量分数对复合材料物相结构、微观形貌、力学性能、热性能和阻燃性能的影响。结果表明,聚苯乙烯吸附在GO表面,GO与聚苯乙烯复合后增大了表面粗糙度,复合后没有改变聚合物的链结构。适量GO的掺杂改善了石墨烯-聚苯乙烯复合材料的力学性能,PG-6%的复合材料的拉伸强度、断裂延伸率、弹性模量均达到最大值,分别为38.8 MPa、10.37%和1 505 MPa,相比纯PS分别提高了26.38%、8.06%和31.90%。复合材料的导热系数和热扩散系数均随GO占比的增大而先增大后降低,PG-6%复合材料的导热系数和热扩散系数达到最大值,分别为0.170 W/(m·K)和0.171 mm²/s。适量GO的添加改善了复合材料的阻燃性能,使点燃难度增加,放热率降低,PG-6%的复合材料的阻燃性能最优,FPI最高为0.386。

选择月桂酸和甘油为原料、对甲苯磺酸为催化剂,通过单因素试验测定了反应温度、反应时间、搅拌速度、原料摩尔比、催化剂用量等对月桂酸单甘油酯(GML)纯度的影响,研究了GML浓度和pH值变化对金黄色葡萄球菌的抑制效果。结果表明,在n(甘油)∶n(月桂酸)=3∶1,反应温度为180 ℃,反应时间为3.5 h,搅拌速度为250 r/min,对甲苯磺酸用量为0.4%(质量分数)条件下制备出的GML纯度最高,该工艺为最优合成工艺;正交试验测试表明,合成温度对GML纯度的影响最大,最优合成工艺下制备出的GML初始纯度为47.7%,提纯后纯度可达97.2%。抑菌性能测试表明,GML对金黄色葡萄球菌的抑制效果与其浓度呈正相关,当浓度达到12 mg/mL时,抑菌圈的直径达到了最大值16.1 mm;GML对金黄色葡萄球菌的抑菌率均随着时间的增加逐渐降低,在pH值=5.7和7.2的条件下,GML对金黄色葡萄球菌的抑菌半衰期分别为54和49 h,可见弱酸条件下GML对金黄色葡萄球菌的抑菌半衰期更大,抑菌效果更佳。

采用溶胶-凝胶法制备了以正十八烷(C₁₈)相变材料为芯材、二氧化硅(SiO₂)为壳材的相变纳米胶囊(NEPCM),引入硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)对SiO₂表面进行功能化处理,此外APTES的引入促进正硅酸乙酯(TEOS)水解缩合形成致密SiO₂壳层。研究了不同芯/壳质量比对NEPCM的微观形貌、相变焓值的影响规律,同时,对NEPCM的热循环稳定性,防泄漏性,热稳定性,对建筑内部温度调节等性能也进行了详细的研究。结果表明,随着核/壳质量比的变化,NEPCM相变焓值随着改变。在核/壳质量比为1/1.3时,所制备的纳米胶囊的相变焓值最高,达到了140.57 J/g,包覆率达到61.6%;与此同时,由于有致密SiO₂壳材的保护,相较于纯C₁₈,NEPCM具有良好的防泄漏性,在经过150次冷热循环后其焓值仅下降0.13%,具有优良的热循环稳定性和耐久性。此外,当NEPCM用于建筑热管理时,其有效地把室内温度到达峰值温度的时间延缓了385 s,并将峰值温度降低了9 ℃,表明NEPCM具有优良的蓄热调温性能。与此同时,APTES的引入使NEPCM外壳功能化,其表面氨基与有机聚合物的官能团之间的高效相互作用为高效制备纳米复合材料提供了广阔的应用前景。

组元多样性是改善Fe基非晶纳米晶合金非晶形成能力和软磁性能的重要方式之一,基于Nanomet合金,通过Fe基二元相图设计成分,利用单辊甩带法制备出Fe₈₀(Al_xSi_y)_2.4B_12.6P₄Cu₁(x/y=0,1/5,1/2,1/1,2/1)合金,探讨了x/y变化对合金非晶形成能力、热稳定性与软磁性能的影响,研究表明,x/y比例的提高能够增强合金的初晶相晶化温度与非晶形成能力,当x/y=1时,Fe₈₀(Al₁Si₁)_2.4B_12.6P₄Cu₁合金的非晶形成能力较高,退火温度窗口拓宽,在500 ℃退火1 min后表现出优异的软磁性能,其中矫顽力为1.27 A/m,磁导率达17551,由于Fe含量并没有变化,Al的掺杂对合金的饱和磁感应强度影响较小。

随着煤炭等不可再生资源的日益枯竭,生物基替代材料得到了广泛关注,木质素来源广泛,储量巨大,但全球仅有约5%得到了资源化利用。因此本研究采用一步法,以木质素磺酸钠为原料,FeCl₃作为活化剂,尿素为氮源,制备了一种分级多孔木质素基氮硫共掺杂活性炭,探究其在超级电容器和CO₂吸附领域的应用潜力,为木质素的资源化利用提供理论支持。研究发现在6 mol/L KOH为电解液的三电极体系中,AC-1-NS在0.5 A/g的电流密度下具有高达275 F/g的比电容,AC中丰富的孔结构和杂原子决定其优异的电化学性能,掺氮引入的N-5、N-6、N-Q,掺硫引入的-SOx-导致不同AC的比电容产生差距。AC-2-NS的比表面积达到1 510 m²/g、微孔率为75.8%,CO₂吸附量达到2.86 mmol/g,孔结构和杂原子掺杂共同决定其性能。

采用气溶胶辅助化学气相沉积(AACVD)以单丁基氯化锡(MBTC)为锡源、氟化铵(NH₄F)为氟源、甲醇做溶剂、五氯化钽(TaCl₅)为钽源在钠钙玻璃上成功沉积Ta掺杂的FTO(TFTO)薄膜。通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、X光电子能谱(XPS)、分光光度计、霍尔效应测试仪等设备分析了薄膜的物相组成、微观形貌、光学性能、电学性能和低辐射性能。结果表明,钽掺杂的FTO薄膜具有四方金红石结构,为N型半导体。当Ta/Sn为1%(原子比分数)时,可见光区段透射比T为74.18%、电阻率ρ为2.78×10^-4 Ω·cm、载流子浓度n为1.44×10²¹ cm^-3、迁移率μ为18.73 cm²/V·s、红外反射率R_IR为94%、辐射率ε为0.12。

双碳背景下,电催化CO₂制甲醇等化合物有重要研究价值。为了提高CO₂的转化率和甲醇的选择性,本文借助兼具酸碱性的铜铝类水滑石(CuAl-LDHs)和具有优异导电性的碳纳米管材料(CNTs),协调构筑了LDHs/CNTs杂化物,实现了两种材料的优势互补,使其制甲醇性能和导电性能双向提高。研究结果表明,相较于LDHs,杂化物中二者良好的分散性和丰富的弱碱位点更有利于CO₂分子在其表面大量吸附并快速扩散,同时具有高迁移率的晶格氧和高还原电位的一价铜物种在催化剂表面形成了氧化还原循环,显著降低了传质阻力和电子转移难度,使得CuAl-LDHs/5%CNTs在-0.6 V(针对可逆氢电极)下对甲醇拥有较高的选择性和电流密度,最高可达80.7%和-6.5 mA/cm²,为开发在低电位高电流密度下具有高CO₂转化率的LDHs基电催化剂提供了重要参考。

通过单辊甩带法制备成分为Fe_80.5-xCo_xSi_3.5B_13.5Cu₁Nb_1.5(x=0, 3, 5, 7, 9)非晶合金带材,研究了Co含量及退火温度对非晶纳米晶合金软磁性能与组织结构的影响。其中,退火温度为510 ℃,Co含量x=5时,Fe_75.5Co₅Si_3.5B_13.5Cu₁Nb_1.5非晶合金形成了由非晶基体和纳米晶粒组成的双相结构,晶粒尺寸D约为13.5 nm,具有低矫顽力H_c=2.5 A/m及高饱和磁感应强度B_s=1.59 T,获得了优异综合软磁性能。通过磁光克尔(magnetic-optical kerr, MOKE)显微镜观测合金表面磁畴结构,当退火温度为510 ℃,Co含量x=5时,内应力释放相对完全,纳米晶微观结构更加均匀,条状磁畴更清晰平直,磁畴的变化与H_c变化相对应。

使用化学机械抛光制备硅基铌酸锂单晶异质集成薄膜,研究了在薄膜制备过程中不同阶段下薄膜状态,利用原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱分析(XPS)对单晶铌酸锂的表面形貌与元素含量变化进行了表征,并通过高压极化装置对铌酸锂薄膜实现了大面积周期性极化。研究结果表明,随着研磨步骤的进行,样品表面粗糙度逐渐降低,完成最终抛光工艺后,样品表面均方根粗糙度基本达到初始样品水平;抛光过程会导致Li缺失,但是可以通过后续工艺进行修复,研磨过程中引入的杂质元素会随着工艺的进行逐渐被去除,最终得到高质量硅基铌酸锂单晶薄膜;使用高压极化装置对铌酸锂薄膜进行极化,得到周期极化的条形电畴反转单元结构。该研究对制造基于铌酸锂的高性能传感器件具有重要意义。

近年来,具有超高离子塞贝克系数的离子热电器件(ionic thermoelectric, iTE)受到广泛关注。与电子型热电器件不同,iTE以离子作为电荷载体,其中离子导电凝胶因其出色的TE特性和柔性可拉伸性,展现出巨大的发展潜力。综述了凝胶基iTE材料的研究现状。通过考察iTE的两种主要的工作机理,即离子扩散效应和温差电池效应,对影响凝胶基iTE材料热电性能的因素进行了深入分析。介绍了目前凝胶基离子热电材料的性能调控策略,同时对凝胶基离子热电材料的应用方式进行了阐述,探讨了离子热电材料进一步发展所面临的挑战。通过关注离子热电材料的最新创新成果,期望能为凝胶基离子热电材料的未来发展提供有价值的参考。

金属是工业和日常生活最常用的原材料之一,金属设备遍及生活的方方面面。但是随着使用时间的延长,这些设备将不可避免的发生锈蚀,严重降低设备性能、缩短服役寿命,甚至可能导致安全事故事故的发生,因此延缓金属的腐蚀至关重要。长久以来,涂覆有机涂层法是最便捷高效的防腐措施。超疏水涂层凭借独特的材料特性和巧妙的表面结构,不仅能够阻止腐蚀性介质的入侵,同时可以延缓污垢的附着。在这次研究中,以硅藻(DE)土为“桥梁”,将具有Cl^-固化效果的Ni-Co LDH和Fe₃O₄磁性纳米材料进行组装,并进行疏水改性,制备了磁性疏水Fe₃O₄/Ni-Co/DE磁性微胶囊填料,实现了硅藻微胶囊的Cl^-固化和疏水的协同防腐。另外,将获得的磁性疏水填料与聚偏二氟乙烯(PVDF)混合,制备了具有钢铁自粘附特性的疏水防护涂层。测试结果表明自粘附涂层最大疏水角为151.52°,在模拟海水中浸泡20 d后最优异自粘附涂层的阻抗模值仍然高达10¹¹ Ω·cm²,表现出优异的自清洁和防腐蚀性能。

以聚苯乙烯颗粒(EPS)作为掺杂材料,通过不同的表面活性剂对其进行亲水改性,在此基础上将聚苯乙烯颗粒掺入到泡沫混凝土中,研究了亲水改性后的聚苯乙烯颗粒对混凝土力学性能和保温性能的影响。结果表明,未改性的聚苯乙烯属于憎水材料,接触角为112°,三乙醇胺改性后接触角降低至31°,具有优异的亲水性。泡沫混凝土具有多孔特征,孔径分布为20~230 μm,凝固时间随聚苯乙烯颗粒掺杂量的增多不断降低,流动度先增大后降低,EPS-0.9%的凝固时间为90 min,流动度最高为17.9 mm。随着EPS颗粒掺杂量的增多,泡沫混凝土的抗压强度持续降低,抗折强度先降低后轻微升高,导热系数和干密度先降低后增大,抗碳化性能持续降低。在28 d龄期时,EPS-1.2%试样的抗压强度达到最低值5.2 MPa,碳化深度达到最大值2.13 mm;EPS-0.6%试样的抗折强度达到最大值0.57 MPa;EPS-0.9%试样的干密度和导热系数达到最低值,分别为357 kg/m³和0.069 W/(m·K),保温性能最优。

作为柔性传感器的优良材料,导电水凝胶在人体可穿戴设备领域具有广泛的应用前景。将水凝胶基底聚乙烯醇(PVA)与乙二醇(EG)混合,制备了几种不同PVA质量比的PVA/EG导电水凝胶。针对10%、20%、30%PVA/EG水凝胶进行了结构和形态的表征,其中20%PVA/EG水凝胶的相对背景强度和晶体含量较高,且表面孔隙最多。通过万能材料试验机对20%PVA/EG导电水凝胶试样进行拉伸和压缩,测试了灵敏度、线性度、响应时间、稳定性和温度可靠性等传感性能。结果表明,导电水凝胶灵敏度系数最高达到0.74,线性相关系数达到0.987,响应时间低至80 ms,50次15%循环拉伸时的相对电阻变化基本恒定,且试样在-20 ℃低温下仍可正常工作。最后,将导电水凝胶试样粘贴在手指、脊椎和足部等人体不同部位,进行了运动试验,验证了该导电水凝胶在各类人体运动监测中的可行性。

为解决MnO₂材料在水系锌离子电池(ZIBs)中存在的导电性差、材料利用率低等问题,以农业废弃物椰壳为原料,将低成本、来源丰富、绿色可再生的生物质资源引入到电极材料中,通过高温碳化得到导电性优异的椰壳碳,用水热法在椰壳碳表面生长MnO₂纳米粒子,获得椰壳碳@MnO₂复合纳米材料。借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电化学技术等表征测试手段,分析该复合材料的形貌结构以及电化学性能。结果表明椰壳碳@MnO₂在100 mA g^-1的电流密度下,经过300次循环,比容量仍高达到344.6 mA h g^-1,性能远高于商用MnO₂材料(64.3 mA h g^-1);椰壳碳@MnO₂优异的导电性,纳米化的结构设计提高了材料利用率,减少了离子扩散路径,带来更快的离子扩散速率,提高了材料的倍率性能,具有良好的应用前景。

利用单铜辊甩带法制备 (Fe_1-xNi_x)₈₃Si₁B₁₆(x=0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5)非晶合金带材,并进行退火处理。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、振动样品磁强计(VSM)、直流/交流磁化特性自动测试分析仪(BH)、维氏硬度计、Instron 机械试验机分析研究不同的Fe/Ni比例对于FeNiSiB合金带材的非晶形成能力、软磁性能和力学性能的影响。结果表明随着Ni元素不断替换Fe元素,FeNiSiB合金带材会有晶化的趋势,并且有α-Fe相析出,第一晶化温度T_x1不断降低,力学性能有所提升,维氏硬度和抗拉强度分别高达770.0和2452 MPa。适当的Fe/Ni比例会使得材料的软磁性能显著提升,其中 (Fe_0.8Ni_0.2)₈₃-Si₁B₁₆在退火处理后饱和磁感应强度Bs为1.62 T,矫顽力Hc仅为0.5 A/m,初始磁导率μi为33 000。

汽车工业的不断升级,对铝合金的性能和轻量化效果提出了更高要求。热处理是提高铝合金性能的有效方式之一,但如何获得最优的热处理工艺参数组合,成为行业亟需解决的问题。以6082铝合金型材前碰横梁为研究对象,系统深入研究了热处理工艺参数(固溶温度、固溶时间、时效温度、时效时间)对力学性能的影响,并建立了力学性能与热处理工艺参数的关系模型,并通过ESDB、SEM等手段分析了不同工艺参数下的微观形貌。结果表明,当固溶温度为530 ℃、固溶时间为1 h、时效温度为170 ℃、时效时间为6 h时,6082铝合金型材的力学性能最优,其屈服强度达313 MPa,抗拉强度达350 MPa,断后延伸率达13.21%;建立Y值(屈服强度、抗拉强度、断后延伸率)与关键工艺因子的关系模型,其中固溶温度对力学性能的影响最大;固溶温度为530 ℃时,晶粒尺寸最小,析出的细小Mg2Si相和Al(FeMnSi)相使力学性能最优,其拉伸断口主要为韧窝断裂。为铝合金型材热处理工艺的优化提供理论依据和实践指导。

水系锌离子电池因其能量密度较高、成本低廉且环保等优点而备受关注。在目前常用的锌离子电池负极材料中,钒基复合材料由于其多种价态(V⁵⁺、V⁴⁺、V³⁺、V²⁺)和不同的结构特点,在扮演锌离子电池阴极材料时具备较高的比容量,因此具有广阔的研究前景。然而,钒基复合材料由于循环稳定性差和较低的导电率,在锌离子电池的应用中受到限制。为了解决这一问题,研究采用了简单的水热法制备了比商用五氧化二钒(V₂O₅)具有更大比表面积的纳米片。这种V₂O₅纳米颗粒作为锌离子电池的阴极材料,在较低电流密度下,其可提供364 mAh g^-1的优异比容量,在高电流密度下表现出156 mAh g^-1的高可逆比容量。经过200次循环后,其容量仍能保持初始容量的85%,不仅提供了比商用V₂O₅更好的循环稳定性,还具备较高的比容量。基于其制备方法简单并具有良好的电化学稳定性,该纳米颗粒展示出在锌离子电池负极材料上的应用潜力。

相变混凝土(phase change concrete,PCC)是一种新型建筑材料,在相变温度范围内吸收或释放大量热量,在节能和环保方面体现了优异性能。首先综述了相变混凝土的基本原理及其发展应用概况;其次分析了相变混凝土材料性能、力学性能、热学性能的研究现状,指出了当前研究中存在的问题与挑战;最后总结了相变混凝土的试验研究与工程实际应用,并提出了基于相变混凝土复合材料的智能化发展建议。