锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的制备与性能

采用共沉淀法制备粒径10 μm左右的前驱体Ni_0.8Co_0.15Al_0.05（CO₃）_x（OH）_y,然后采用该前驱体和LiOH·H₂O成功制备了锂离子电池正极材料LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂（LiNCA）,并详细研究了煅烧氛围、煅烧温度和煅烧方式等条件对LiNCA电化学性能的影响。研究表明,在O₂中煅烧获得的LiNCA放电容量达到170 mAh·g^-1,50次循环后容量保持率达到95%,性能明显优于空气氛围中煅烧得到的LiNCA。在O₂氛围下,700~750℃温度范围煅烧得到的LiNCA性能最好,煅烧温度过高或过低,LiNCA性能均明显下降。将前驱体在O₂氛围中450℃条件预煅烧,然后与LiOH·H₂O在700~750℃混合煅烧的煅烧方式,得到的LiNCA放电容量明显提高,可达190 mAh·g^-1。     

Er2SiO5纳米粉体的并流共沉淀法合成

以Er₂O₃和正硅酸乙酯(TEOS)为原料,采用并流共沉淀法合成了纳米Er₂SiO₅粉体。研究了前驱体Si/Er摩尔比、煅烧温度以及反应体系pH值对Er₂SiO₅物相组成和显微结构的影响,并探讨了Er₂SiO₅粉体的合成机理。结果表明：前驱体Er/Si摩尔比为20∶12,煅烧温度为1300℃时,Er₂SiO₅粉体由X2-Er₂SiO₅纯相组成,具有近球形形貌特征。低Er/Si摩尔比可降低Er₂SiO₅的结晶温度并促进X2-Er₂SiO₅的生成,反应体系pH值的升高则对■结构的生成具有一定的促进作用。Er₂SiO₅前驱体是以■网络结构形式存在的,煅烧过程中通过分解和结构重组逐步生成Er_2<...     

SrSc0.5Nb0.5O3改性BNT基无铅陶瓷的储能特性研究

采用SrSc_0.5Nb_0.5O₃与(Bi_0.5Na_0.5)(Ti_0.95Al_0.025Nb_0.025)O₃固溶构建了无铅陶瓷体系材料(1-x)(Bi_0.5Na_0.5Ti_0.95Al_0.025-Nb_0.025O₃)-x(SrSc_0.5Nb_0.5O₃)(简记为(1-x)BNTA-x SSN,x=5%、10%、15%、20%,摩尔分数)。通过传统固相反应法制备陶瓷,研究了SrSc_0.5Nb_0.5O₃的引入对其结构、相变、储能和介电性能的影响。研究结果表明,(1-x)BNTA-x SSN样品为钙钛矿结构。其最大介电常数对应温度T_m...     

Ti811合金表面激光熔覆Ti2Ni+TiC+Al2O3+CrxSy复合涂层的组织和性能

以TC4+Ni45+Al₂O₃+MoS₂+Y₂O₃混合粉末为熔覆材料,采用同轴送粉技术在Ti811合金表面进行激光熔覆制备复合涂层,使用SEM、EDS和XRD等手段分析了涂层的微观组织,测试了涂层的显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明,在激光熔覆过程中Ti811合金中的Ni和C分别与Ti发生反应,原位生成金属间化合物Ti₂Ni和硬质增强相TiC;MoS₂分解后S与Cr发生硫化反应生成了软质润滑相Cr_xS_y。网状形态的Ti₂Ni、近球状和枝晶形态的TiC以及点状的Al₂O₃,均匀分布在熔覆层中。硬质相强化和软质相润滑的共同作用,使激光熔覆层具有较高的显微硬度和较优良的耐磨性能。激光功率为900 W的熔覆层其平均显微硬度值达1303.5HV_0.5,其耐磨性能最佳。     

化学共沉淀法合成低热膨胀ZrW2O8/ZrO2复合材料

采用化学共沉淀法合成前驱体,前驱体经1150℃烧结得到ZrW₂O₈/ZrO₂复合材料。对ZrW₂O₈/ZrO₂前驱体进行傅里叶变换红外光谱、热重-差示扫描量热分析;通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和热膨胀仪对合成样品的晶体结构、断面形貌和热膨胀性能进行表征。研究结果表明:合成的复合材料的组元为α-ZrW₂O₈和m-ZrO₂相,化学均匀性良好且易烧结;随着ZrW₂O₈质量分数增加,复合材料的热膨胀系数减小,其中26%ZrW₂O₈/ZrO₂复合材料在30~600℃的平均热膨胀系数为-0.5649×10-6K-1,近似为0。      

液硅渗透法制备Ti3SiC2改性C/CSiC复合材料

采用浆料浸渗结合液硅渗透法原位生成高韧性Ti₃SiC₂基体, 制备Ti₃SiC₂改性C/C-SiC复合材料。研究了TiC颗粒的引入对熔融Si浸渗效果的影响, 分析了Ti₃SiC₂改性C/C-SiC复合材料的微结构和力学性能。实验结果表明: TiC与熔融Si反应生成Ti₃SiC₂是可行的, 而且C的存在更有利于生成Ti₃SiC₂; 在含TiC颗粒的C/C预制体孔隙(平均孔径22.3 μm)内, 熔融Si的渗透深度1 min内可达10.8 cm; Ti₃SiC₂取代残余Si后提高了 C/C-SiC复合材料的力学性能, C/C-SiC-Ti₃SiC₂复合材料的弯曲强度达203 MPa, 断裂韧性达到8.8 MPa·m1/2; 对于厚度为20 mm的试样, 不同渗透深度处材料均具有相近的相成分、 密度和力学性能, 无明显微结构梯度存在, 表明所采用的浆料浸渗结合液硅渗透工艺适用于制备厚壁Ti₃SiC₂改性C/C-SiC复合材料构件。      

Ti3AlC2-Al2O3/TiAl3复合材料在Al液中的熔蚀-磨损行为及其交互作用机制

通过对比分析Ti₃AlC₂-Al₂O₃/TiAl₃复合材料在纯腐蚀、纯磨损及熔蚀-磨损三种条件下的材料流失特征,研究了Ti₃AlC₂-Al₂O₃/TiAl₃复合材料在Al液中的熔蚀-磨损行为及熔蚀与磨损的交互作用机制。结果表明,Ti₃AlC₂-Al₂O₃/TiAl₃复合材料在Al液中的熔蚀-磨损体积损失比H13钢的体积损失低了两个数量级,随着载荷和转速的上升,Ti₃AlC₂-Al₂O₃/TiAl₃复合材料的磨损由磨粒磨损逐渐向黏着磨损转变。Ti₃AlC₂-Al₂O₃/TiAl₃复合材料的熔蚀、磨损交互作用率的最大值为47.5%,在低载荷或低转速条件下由于铝熔体的润滑作用,Ti₃AlC₂-Al₂O₃/TiAl₃复合材料甚至表现出负的交互作用。这一方面是由于Ti₃AlC₂-Al₂O₃/TiAl₃复合材料在Al液中腐蚀时不生成其它界面产物,而仅为极少量Ti元素的溶解;另一方面则是由于TiAl₃基体与Al₂O₃二者所形成的空间网络状结构改善了Ti₃AlC₂-Al₂O₃/TiAl₃复合材料在Al液中的耐磨损性能。      

宏量制备层状Ti3C2及其超级电容的性能

将钛粉、铝粉、石墨粉和少量锡粉混合,用原位烧结技术宏量制备高纯度前驱体材料Ti₃AlC₂,再以浓氢氟酸为刻蚀剂进行选择性刻蚀,改变刻蚀时间宏量制备出层间距可调节的层状剥离Ti₃C₂。使用X射线衍射和场发射扫描电子显微镜分别表征了Ti₃AlC₂和Ti₃C₂的结构和层间距微观形貌,并对用Ti₃C₂制成的电极进行了电化学性能测试分析。结果表明,相比其它在相同条件下制备的电极其比容量大幅度提高,且具有良好的超级电容性能。     

Fe3O4负载Ti3C2Tx对Pb(Ⅱ)的吸附性能研究

Ti₃C₂T_x MXene材料具有二维层状结构及丰富的表面官能团,是一种非常有潜力的重金属离子吸附材料,但其层间距较小,且在水溶液中的稳定性较差。本工作探索了Ti₃C₂T_x的改性策略,提高其化学稳定性与离子吸附容量,利用一步水热方法制备出不同Fe₃O₄掺杂量的Fe₃O₄-Ti₃C₂T_x(FeMX)复合吸附剂材料。研究结果表明：FeMX吸附剂对Pb(Ⅱ)的理论饱和吸附量可达到210.54 mg/g。研究进一步揭示了FeMX材料对Pb(Ⅱ)离子的吸附机理,Fe₃O₄纳米颗粒均匀分散、插层在Ti₃C₂T_x纳米片层间,有效增加了Ti₃C₂T_x     

超临界CO2流体辅助合成Si-Fe-Fe3O4-C复合材料及储锂性能

硅碳负极是未来锂离子电池材料发展的重点方向之一,本文针对传统球磨法制备硅碳负极复合不均匀、界面融合差等问题,提出了一种超临界二氧化碳(scCO₂)流体介质球磨合成Si-Fe-Fe₃O₄-C复合材料的新方法。研究发现,纳米硅和中间相碳微球(MCMB)在scCO₂介质球磨混合过程中,CO₂和Fe反应先得到均匀分散的Si-FeCO₃-C前驱体,然后FeCO₃原位高温固相分解得到Si-Fe-Fe₃O₄-C复合材料。同时,在scCO₂流体渗透下,MCMB剥离成石墨片,并与纳米硅和Fe-Fe₃O₄实现较好的界面融合,Fe-Fe₃O₄的引入显著提升了硅碳负极的储锂容量、循环稳定性和倍率性能,Si-Fe-Fe₃O₄-C复合材料在0.2 A·g?1下100次循环后可逆容量保持在1065 mA·h·g?1。本方法利用超临界流体渗透性好、扩散能力强等特点,合成工艺简便,容易工业化实施,具有商业化开发潜力。      

Preparation and characterization of porous Nb2O5 nanoparticles

Porous niobium oxide (Nb₂O₅) nanoparticles have been successfully prepared without any surfactant assisting. They were characterized by X-ray diffraction (XRD), nitrogen sorption, transmission electron microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM). The results show that the porous Nb₂O₅ nanoparticles are polycrystalline, the Brunauer–Emmett–Teller (BET) surface area is 12.09 m²/g and the average pore size is 3.4 nm. In addition, spherical and flake-like Nb₂O₅ samples were obtained and characterized. Possible explanations for the formation of Nb₂O₅ nanocrystals with different morphologies are discussed.     

Effect of La2O3 addition and O2 atmosphere on the electric properties of SnO2TiO2

The electric properties of (Sn, Ti)O₂ doped with 1.00 mol% CoO, 0.05 mol% Nb₂O₅ and x mol% La₂O₃ (0.25≤x≤1.00) have been studied. Sn_0.25Ti_0.75Co_0.01Nb_0.005 doped with 0.50 mol% La₂O₃ has a nonlinearity coefficient of 6. An increase in the concentration of La₂O₃ raised its resistivity, thereby altering the electric properties of the material. A thermal treatment in oxygen atmosphere increased the nonlinearity coefficient to a value of 9.     

通过构筑嵌覆型碳结构提升Nb2O5的储锂性能

嵌入型过渡金属氧化物因具有安全的工作电压、高比容量和快速的嵌锂能力而受到广泛关注.但低本征电导率特性严重影响其作为锂电负极材料的寿命和性能.本文通过简便易行、可规模化放大的二氧化碳热处理方法构筑了具有新型嵌覆型碳结构的Nb₂O₅/C纳米杂化材料.在控制碳含量的前提下,实现了颗粒聚集体内部表面可控碳包覆.以嵌覆型碳结构的Nb₂O₅/C纳米杂化材料为负极组装的锂离子电池在40 mA g(-1)电流密度下容量可达387 mA hg(-1),而在200 mA g(-1)电流密度下循环500次后,容量保持率在92%以上.采用电化学滴定、差分电化学质谱(DEMS)等方法对嵌覆型五氧化二铌/碳纳米杂化材料脱嵌锂动力学过程以及产气行为进行了研究.本文提出的嵌覆型碳结构有望为高性能嵌入型过渡金属氧化物的结构设计提供参考.     

Ti3SiC2/Cu复合材料的制备与摩擦磨损性能

以Ti₃SiC₂陶瓷粉和Cu粉作为原料,采用放电等离子烧结(SPS)工艺制备Ti₃SiC₂/Cu块体复合材料,研究不同Ti₃SiC₂添加含量及烧结温度对Ti₃SiC₂/Cu复合材料的组织、致密度和显微硬度的影响,研究SPS后Ti₃SiC₂/Cu复合材料的摩擦磨损性能。研究表明:采用SPS工艺制备的Ti₃SiC₂/Cu复合材料的Ti₃SiC₂在Cu中分布均匀,但随着Ti₃SiC₂含量的增加和烧结温度的升高,组织中出现团聚趋势,部分Ti₃SiC₂与Cu在界面处发生互溶现象,互溶增强了Ti₃SiC₂与基体的结合能力;Ti₃SiC₂含量和烧结温度对Ti₃SiC₂/Cu复合材料的致密度和显微硬度影响较大,当烧结温度为900℃时,Ti₃SiC₂/Cu复合材料的致密度达到99.7%,接近完全致密,Ti₃SiC₂/Cu复合材料的硬度较纯Cu提高了2倍左右;对于不同Ti₃SiC₂含量的Ti₃SiC₂/Cu复合材料的磨损机制也有所差异,当Ti₃SiC₂含量较低时(1vol%~5vol%),磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损;随着Ti₃SiC₂含量的增加(10vol%~15vol%),Ti₃SiC₂发挥了本身的自润滑性,Ti₃SiC₂/Cu复合材料的摩擦磨损性能有所改善,磨损机制转为犁削磨损和轻微黏着磨损;当Ti₃SiC₂含量增加到20vol%时,Ti₃SiC₂/Cu复合材料的磨损表面变得均匀而平整,表明Ti₃SiC₂/Cu复合材料的耐磨性提高。      

高镍LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的锂离子导体Li3PO4的包覆改性及电化学性能研究

采用典型的溶胶-凝胶法,在高镍LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂正极颗粒表面包覆不同含量的Li₃PO₄锂离子导体。利用X射线衍射仪,扫描电镜对Li₃PO₄包覆前后的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂样品的晶体结构和微观形貌进行分析。结果表明,合成材料的层状结构明显,阳离子混排度低,并且Li₃PO₄成功包覆在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂颗粒表面。另外,对4个样品进行了首次充放电,倍率放电和循环性能比较,结果表明经过Li₃PO₄包覆后的正极材料的综合电化学性能明显比未包覆样品优越。首次库伦效率从未包覆样品的84.2%提高到2%(质量分数)Li₃PO₄包覆样品的89.2%。而且在5C高倍率,2%(质量分数)Li₃PO₄包覆LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的放电比容量是129.7 mAh/g,远远高于未包覆样品的92.6 mAh/g。同时,在常温和高温环境下循环100次后,2%(质量分数)Li₃PO₄包覆LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的容量保持率比未包覆样品分别高出7.1%和9.9%。     

Raman Studies of ${rm Ti}_{bm{ 1-x}} {rm Fe}_{bm x} {rm O}_{bm 2}$ Nanoparticles

Ti_1-xFe_xO₂ (x = 0.00-0.13) nanoparticle samples were prepared by hydrolysis method. We investigated the effects of Fe doping on the structural and magnetic properties of the Ti_1-xFe_xO₂ nanoparticle system. Scanning electron microscopy and X-ray diffraction measurements confirm that the particle size of the powder is in nanoscale, and that the magnetic Fe impurities substitute for the Ti sites in the anatase TiO₂ phase. All the samples with x > 0 were found to be super-paramagnetic at room temperature by magnetization measurements. Raman spectra also strongly support that the Fe atoms go into the Ti-site in theTiO₂ structure. For comparison, ceramic Ti_1-xFe_xO₂ samples were also prepared by usual ceramic method. Ferromagnetism was observed only in the ceramic Ti_1-xFe_xO₂ system. Additional Raman peak at around 610 cm^-1 is observed only in the ceramic samples. This may be related to the clusters created by mixture of various valence state of Fe, which probably would be the cause for ferromagnetism observed in the ceramic Ti_1-xFe_xO₂ system.     

Line-focus acoustic microscopy measurements ofNb2O5/MgO and BaTiO3/LaAlO3thin-film/substrate configurations

Line-focus acoustic microscopy has been used to measure the phase velocities of surface acoustic waves on bare MgO and bare LaAlO₃ , and on Nb₂O₅/MgO and BaTiO₃/LaAlO₃ thin-film/substrate configurations. The thin films are polycrystalline materials. The substrates are anisotropic single-crystals. The measured angular variation of the surface acoustic wave velocities has been used to determine the elastic constants of MgO substrate and Nb₂O₅ thin-film. It has been assumed that the Nb₂O₅ films may be considered as essentially isotropic. The measurements for LaAlO₃ and BaTiO₃/LaAlO₃ show anomalies which are attributed to twinning in the LaAlO₃ substrate     

Raman scattering study on ferroelectric (Ba0.32Sr0.68)2Nb2O7 ceramics

Raman scattering technique was applied to examine the Ba-doping effect to the two low temperature phase transitions of Sr₂Nb₂O₇ (SN) in the temperature range from −190 to 600 °C. The line shape of Raman spectra can be well fitted by multidamped harmonic oscillator model. We did not observe any soft mode related to the two low temperature phase transitions corresponding to those of the pure SN. It is correlated to the disappearance of the incommensurate phase in (Ba_0.32Sr_0.68)₂Nb₂O₇ ceramics. However, the temperature dependence behavior of the three low frequency modes indicates another new structural phase transition around 270 °C. It is considered that the reduction of the interlayer interaction caused by partial replacement of Sr-site by Ba-site, whose ionic radius is larger than that of Sr, may be the reason for the disappearance of the incommensurate phase transition in (Ba_0.32Sr_0.68)₂Nb₂O₇ ceramics.     

MgAl2O4:Mg荧光粉的合成及其发光性能

用超声辅助聚丙烯酰胺凝胶法合成了MgAl₂O₄:Mg荧光粉。在MgAl₂O₄体系中引入的Mg金属颗粒抑制了MgAl₂O₄相的形成,在900℃及以上的温度烧结MgAl₂O₄:Mg干凝胶粉末,镁颗粒氧化成MgO。Mg金属颗粒的引入使MgAl₂O₄:Mg荧光粉的形貌由细小的纳米颗粒变为方便面型;MgAl₂O₄:Mg荧光粉的颜色由在600℃烧结时的暗棕色变为在800℃烧结时的白色,在1000℃烧结时白色变暗。随着烧结温度的提高MgAl₂O₄:Mg荧光粉的能带先增大后略微减小。引入镁颗粒使荧光光谱中位于395和425 nm的两个荧光峰淬灭,在650、656和680 nm出现三个新的荧光发射峰,且随着烧结温度的提高发光强度减弱。金属颗粒的表面等离子体共振导致MgAl₂O₄主晶格荧光淬灭,缺陷能级使MgAl₂O₄:Mg荧光粉产生了新的荧光发射峰。