LiNO_3-NaNO_3-KNO_3三元熔盐材料的设计及热稳定性研究

采用共形离子溶液模型(conformalionic solution model, CIS)在二元熔盐体系相图的基础上,对三元熔盐体系LiNO_3-NaNO_3-KNO_3进行了相图计算,得到该三元体系最低共熔点为117.7℃,相应的摩尔分数组成分别为x(LiNO_3)=0.375,x(NaNO_3)=0.075,x(KNO_3)=0.550。按照热力学最低共熔点计算结果,采用熔融法制备了三元硝酸熔盐,通过DSC和TG实验测定其最低共熔点为118.3℃,这与计算得到的结果 (117.7℃)基本一致。TG测试结果表明当温度低于587.2℃时,该三元熔盐体系较为稳定,其工作温度范围为118.3～587.2℃,该三元硝酸熔盐适合在太阳能热发电中作为高温传热蓄热材料使用。     

含钙三元氯化物体系相图计算与熔盐热稳定性

为寻求太阳能热利用高温传热储热材料,以盐湖资源为原料,提出分支/分区相图计算方法,设计NaCl-CaCl₂-KCl和KCl-CaCl₂-MgCl₂熔盐传热储热材料。基于正规溶液模型,以不同分支不同相互作用系数,计算了5个边界体系相图,实现用正规溶液模型计算含化合物体系复杂相图。含化合物KCl-CaCl₂和KCl-MgCl₂体系及3个不含化合物二元体系的计算相图与实验相图十分吻合。以分区域方法计算三元体系相图,预测出5个低共熔点来指导熔盐制备。采用差示扫描量热法测试并验证熔盐最低共熔点,确定其工作温度下限;以质量损失实验,确定其工作温度上限。结果表明,钠钾钙和钾镁钙氯化物熔盐能在550~850℃和480~700℃内稳定运行,可用作高温传热储热流体。     

离子对(Nb5+-Cr3+)掺杂对0.93Bi0.5Na0.5TiO3-0.07BaTiO3陶瓷微观结构和电学性能的影响

采用固相烧结法制备(Bi_0.5Na_0.5)_0.93Ba_0.07Ti_1-x(Nb_0.5Cr_0.5)_xO₃(摩尔分数x=0%、0.5%、1%、2%、2.5%、5%)(简称BNBT-xNC)无铅压电陶瓷,研究离子对(Nb⁵⁺-Cr³⁺)对0.93Bi_0.5Na_0.5TiO₃-0.07BaTiO₃(简称BNT-7BT)陶瓷微观结构、介电、铁电和应变性能的影响。结果表明,所有组分为伪立方相。随着离子对(Nb⁵⁺-Cr³⁺)含量增加,BNBT-xNC陶瓷的铁电弛豫特性明显改变,在较低掺杂浓度下(0%≤x≤1%)为非遍历弛豫态,随含量增加(1%≤x≤2%),出现非遍历-遍历弛豫态共存,最后转变为遍历弛豫态(2.5%≤x≤5%);陶瓷从铁电态向弛豫态转变,应变性能先增加后降低,最大应变S_max和逆压电常数d^*₃₃在x=2%时达到最大,分别为0.22%和431 pm/V。     

三元体系K +,Cs +//SO4 2——H2O 298.2 K稳定相平衡研究

采用等温溶解法开展了三元体系K ⁺,Cs ⁺//SO₄ ^2--H₂O 298.2 K稳定相平衡研究,测定了该体系溶解度、密度及折光率。结果表明,该三元体系在298.2 K下属于复杂体系,有固溶体（K,Cs）₂SO₄产生,且固溶体相区最大;其稳定相图包含3条单变量曲线、3个析出相区和2个共饱点;共饱点处对应的液相组成分别为w（K₂SO₄）=11.69%、w（Cs₂SO₄）=4.02%和w（K₂SO₄）=3.39%、w（Cs₂SO₄）=60.84%。平衡液相的密度和折光率随Cs₂SO₄含量的增大呈现递增的趋势。采用经验公式对平衡液相的折光率进行理论计算,计算值和实验值具有良好的一致性。     

氯化物熔盐材料的制备及其热物理性质研究

制备了NaCl-CaCl₂、NaCl-KCl-CaCl₂、NaCl-CaCl₂-MgCl₂、KCl-CaCl₂-MgCl₂、NaCl-KCl-MgCl₂、NaCl-KCl-CaCl₂-MgCl₂六种氯化物熔盐材料。采用差示扫描量热法确定它们的低共熔点和组成，测量其比热容、密度、黏度等热物性。测试熔盐材料的质量损失曲线确定工作温度上限，根据测试的结果，对其储能密度进行计算。研究结果表明：NaCl-KCl-CaCl₂-MgCl₂熔盐材料熔点为380.3℃，流动性较好，工作温度范围为430~700℃，储能密度为625.1 J·cm^-3，是六种熔盐中熔点最低、储能密度最大的熔盐，适合作为传热储热材料。NaCl-KCl-CaCl₂熔盐熔点为503.8℃，工作温度范围为550~850℃，储能密度为559.9 J·cm^-3，储能密度仅次于NaCl-KCl-CaCl₂-MgCl₂熔盐，适合作为高温储热熔盐材料。     

Sm掺杂Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PZT压电陶瓷的研究

本文通过一步反应合成法制备了铌镁-锆钛酸铅(Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-Pb(Zr,Ti)O₃,PMN-PZT)压电陶瓷,研究了稀土元素钐(Sm)掺杂对PMN-PZT(x%(摩尔分数)Sm-PMN-PZT)结构与电学性能的影响规律,得到了具有高压电性、高机电耦合系数和高居里温度的压电陶瓷。当x=2.0时,压电常数d₃₃=611 pC/N,机电耦合系数k_p=0.68,介电损耗tan δ=1.65%,相对介电常数ε_r=2 650,居里温度T_C=283 ℃。测试压电陶瓷电致应变性能,在3 kV/mm下单极电致应变达到0.20%,显示出其大应变材料的特征。结果表明,Sm掺杂PMN-PZT压电陶瓷具有优异的综合电学性能,有望在换能器、传感器以及致动器等领域广泛应用。     

ZnO-B2O3玻璃对Li2Zn3Ti4O12-CaTiO3复合陶瓷低温烧结及性能的影响

采用传统固相反应法制备0.94Li₂Zn₃Ti₄O₁₂-0.06CaTiO₃(LZT-CT)复合陶瓷,采用高温熔融法制备ZnO-B₂O₃(ZB)玻璃;以ZB玻璃为烧结助剂,研究了添加不同质量分数(x=0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%)的ZB玻璃对LZT-CT复合陶瓷的烧结特性、物相组成、微观结构以及微波介电性能的影响。结果表明:ZB玻璃能有效地将LZT-CT复合陶瓷的烧结温度从1 175 ℃降低到875 ℃,并促进了LZT-CT复合陶瓷的致密化。当ZB玻璃掺量x≤2.5%时,LZT-CT复合陶瓷中除了LZT、CT相,没有出现其他新相。随着ZB玻璃添加量增加,复合陶瓷的体积密度、介电常数(ε_r)、品质因数(Q×f)均先增加后减小,谐振频率温度系数(τ_f)变化不大,在(-2.25~4.51)×10^-6/℃波动。当ZB玻璃掺量为2.0%时,LZT-CT复合陶瓷在875 ℃烧结2 h,获得最大体积密度(4.22 g/cm³)以及优异的微波介电性能,ε_r=23.9,Q×f=58 595 GHz,τ_f=-0.14×10^-6/℃。     

新能源汽车电池用无镁储氢合金的制备与性能研究

采用真空电弧熔炼和925 ℃/12 h退火的方法制备了Y_1-xLa_xNi_3.25Al_0.15Mn_0.15储氢合金（x=0~1）,研究了x值对储氢合金物相组成和电化学性能的影响。结果表明,x=0和0.15的储氢合金主要由LaNi₅和Ce₂Ni₇相组成,x=0.25、0.33和0.5储氢合金主要由Ce₅Co₁₉和Ce₂Ni₇相组成,x=0.75和1储氢合金主要由PuNi₃、LaNi₅和Ce₂Ni₇相组成;相同充放电循环周次下,x=0.15~1储氢合金的放电容量和抗氢致非晶化能力都高于x=0储氢合金,且随着x从0增加至1,储氢合金的最大放电容量（C_max）、容量保持率（S₁₀₀）、氢扩散系数（D₀）和高倍率放电性（HRD₉₀₀）都呈现先增加后减小趋势,在x=0.33时取得C_max、S₁₀₀、D₀和HRD₉₀₀最大值。Y_1-xLa_xNi_3.25Al_0.15Mn_0.15储氢合金的循环稳定性与合金电极的耐腐蚀性密切相关,高倍率放电性能取决于储氢合金的氢扩散速率。     

氢化物载体LaMg2Ni对汽车用Mg2Ni 合金储氢性能的影响

采用机械球磨法制备了Mg₂Ni-x%LaMg₂Ni复合材料（质量分数x=0、10、20和30）,研究了LaMg₂Ni含量对Mg₂Ni基复合材料物相组成、显微形貌和储氢性能的影响。结果表明,未添加LaMg₂Ni的Mg₂Ni合金在充分氢化后主要由Mg₂NiH₄和Mg₂NiH_0.3组成,而添加LaMg₂Ni的Mg₂Ni基复合材料主要由Mg₂NiH₄和LaH₃组成;充分放氢后,Mg₂NiH₄和Mg₂NiH_0.3转变为Mg₂Ni,而LaH₃相仍然存在。添加LaMg₂Ni的Mg₂Ni基复合材料中都弥散分布着白亮色LaH₃颗粒,x=20时白亮色细小颗粒分布最为均匀,且随着LaMg₂Ni含量增加,Mg₂Ni基复合材料基体中镧元素含量逐渐增多。不同LaMg₂Ni含量的Mg₂Ni基复合材料的最大吸氢容量从大至小顺序为：x=0、x=10、x=20、x=30,最大放氢容量从大至小顺序为：x=20、x=10、x=30、x=0,即添加LaMg₂Ni后Mg₂Ni基复合材料的储氢性能得到改善,且x=20时Mg₂Ni基复合材料具有最高的储氢容量,这主要与Mg₂Ni基复合材料中含有弥散分布的LaH₃相以及La元素扩散至基体有助于氢的吸附/脱附有关。     

五元体系HCl-NaCl-CaCl2-H3BO3-H2O在298.15K的Pitzer模型及其应用研究

采用等温溶解法测定了三元体系CaCl₂-H₃BO₃-H₂O在298.15 K的溶解度和液相的折射率,该三元体系为简单共饱型,有1个共饱点,2条溶解度曲线和2个单盐结晶区,分别为CaCl₂·6H₂O和H₃BO₃。结合本文测定和文献中的溶解度数据,拟合了五元体系HCl-NaCl-CaCl₂-H₃BO₃-H₂O中含H₃BO₃的Pitzer参数,结合固相的溶解平衡常数,构建了该五元体系的Pitzer模型,并计算了该五元体系及其子体系的溶解度。根据Pitzer模型和计算相图,对氯化钠、氯化钙共存卤水中硼酸的分离进行了计算,获得了分离过程中的析盐顺序和卤水组成的变化规律。计算结果表明酸性条件下更容易实现H₃BO₃的分离。     

四元溴化盐熔体表面张力特性

表面张力的大小直接决定着熔盐的热传输能力。基于拉脱法测量表面张力的原理,改进了测量高温熔盐表面张力的实验系统;以化学纯LiNO₃进行标定获得了仪器系数,然后分别以NaNO₃和Solar salt混合盐验证了实验系统和拉脱法测量高温熔盐表面张力的可靠性。在此基础上,以KBr、LiBr、NaBr、CaBr₂为基础配制了4种不同组分的混合溴化盐,测量了4种混合溴化盐在不同温度下熔体的表面张力,拟合得到了4种混合溴化盐表面张力随温度变化的实验关联式。实验结果表明4种混合溴化盐的表面张力随温度升高呈线性下降,与已知熔体表面张力随温度变化规律一致。     

掺镁碳酸熔盐液体导热特性

为克服碳酸熔盐热导率较低的不足,提出通过向三元碳酸熔盐（Li₂CO₃-Na₂CO₃-K₂CO₃）掺杂金属镁粉来改善导热性能的新思路,采用静态熔融法制备了掺杂1%、2%掺镁碳酸熔盐复合材料。采用扫描电镜-X射线能谱、阿基米德法、差示扫描量热法（DIN比热测试标准）和激光闪光法,分别观察了掺镁碳酸熔盐形貌结构,测量了熔盐和复合熔盐液体的密度、比热容、热扩散系数,最后计算获得复合熔盐液体的热导率。研究结果表明,镁粉的加入改变了纯盐（三元碳酸熔盐）的形貌结构,熔体内形成大量的2~5 μm球体颗粒,与纯盐相比,1%掺镁碳酸熔盐液体密度、热扩散系数和热导率都得到增强,液体比热容减小,复合熔盐液体的平均热导率增加了21.67%;2%掺镁碳酸熔盐液体密度、热扩散系数和热导率同样得到增强,虽然复合熔盐液体的比热容减小,但其平均热导率仍然增加了19.07%。1%掺镁碳酸熔盐具有更高的液体密度、热扩散系数和热导率,可作为传热介质在太阳能热发电传蓄热系统推广。     

添加纳米MgO和SiO2颗粒对二元碳酸盐(Li2CO3-K2CO3)比热容的影响

熔盐作为一种新型传热工质,由于其液体使用范围宽,比热容相对较高,蓄热能力强,已被广泛应用于聚热太阳能电站的储热传热介质,而通过增强熔盐的比热容可以显著提高其储热密度。将纳米SiO₂和MgO颗粒分别均匀分散到二元共晶碳酸盐（Li₂CO₃-K₂CO₃）中,制备出两种稳定的纳米流体,采用差式扫描量热法（DSC）分析纳米颗粒对熔盐比热容的影响。实验结果显示,添加20 nm的纳米颗粒对碳酸盐的比热容有显著影响：通过添加纳米MgO和SiO₂颗粒,纳米熔盐比热容相比基盐分别平均提高了27.5%～34.1%,11%～20.7%。经过多个固-液循环后,测得两种纳米流体的比热容变化率均低于4.31%,且具有良好的热稳定性。采用电子扫描显微镜表征纳米流体的微观结构,纳米流体在固态时的SEM图像显示在熔盐表面形成了特殊的纳米结构。     

Ionic conduction in anodic oxide films on aluminium in molten LiNO3 + KNO3 + NaNO3 electrolyte

Steady-state ionic conduction studies in the anodic growth of films on aluminium in molten LiNO₃ + NaNO₃ + KNO₃ have been made. The breakdown voltage of the film is 73 V, unaffected by change of cd or temperature. The film-forming characteristics of anodic oxide films on aluminium in molten salt electrolytes are different from that of anodic films formed in aqueous electrolytes. The Tafel slope decreases with increase of temperature. Dignam's equation for ionic conduction has been examined critically. His parameter μ^* depends on temperature, whereas i₀ and φ are temperature-independent, which explains the variation of Tafel slope with temperature.     

Phase diagram of the Al2O3–ZrO2–Nd2O3 system

The phase diagram of the Al₂O₃–ZrO₂–Nd₂O₃ system was constructed in the temperature range 1250–2800 °C. The liquidus surface of the phase diagram reflects the preferentially eutectic interaction in the system. Two new ternary and one new binary eutectics were found. The minimum melting temperature is 1675 °C and it corresponds to the ternary eutectic Nd₂O₃·11Al₂O₃ + F-ZrO₂ + NdAlO₃. The solidus surface projection and the schematic of the alloy crystallization path confirm the preferentially congruent character of phase interaction in the ternary system. The polythermal sections present the complete phase diagram of the Al₂O₃–ZrO₂–Nd₂O₃ system. No ternary compounds or regions of remarkable solid solution were found in the components or binaries in this ternary system.     

添加纳米SiO2对四元溴化盐相变热物性的影响

熔点、熔化潜热和分解温度是熔盐传热蓄热材料的重要热物性参数。以分析纯NaBr、KBr、CaBr₂和LiBr配制四元溴化盐,分别将颗粒平均直径为10、20、50 nm的纳米SiO₂颗粒按一定含量分散入所配制四元溴化盐中配制得到25种不同含量和粒径的纳米SiO₂溴化盐,利用DSC法研究添加纳米SiO₂含量和粒径对四元溴化盐熔点、熔化潜热及分解温度的影响。结果表明,随着纳米SiO₂含量的增大,溴化盐的熔点先降低后升高,但变化范围较小;熔化潜热先升高后逐步降低,变化较大。添加10 nm SiO₂颗粒含量为质量分数1.5%时,最大熔化潜热为47.06 J·g^-1,提高89.6%;添加10 nm SiO₂颗粒含量为质量分数0.7%时,最高分解温度为876.3℃。