磷酸铁锂/石墨烯复合材料的合成及电化学性能

采用研磨、超声分散与搅拌干燥的工艺方法制备磷酸铁锂/石墨烯复合材料。利用TEM,SEM,XRD和Raman对材料组织结构进行表征,并组装成扣式电池进行电化学性能测试。SEM图像表明,在该工艺所制备的磷酸铁锂/石墨烯复合材料中,石墨烯贴附在磷酸铁锂颗粒表面,并且均匀地分散在复合材料中形成良好的导电网络。电化学测试结果显示,添加2%(质量分数)石墨烯后,磷酸铁锂的倍率性能和循环性能都得到明显提高。具体表现为:倍率性能方面,在5C充放电条件下,放电比容量提高到94.2mAh·g~(-1),是添加前的2.53倍;循环性能方面,100次循环(1C充放电)后容量衰减由添加前的43.5%下降到添加后的9.6%。这种简便的工艺能够实现石墨烯在电极材料中的均匀分散,充分发挥石墨烯优异的导电性,进而提升磷酸铁锂正极材料电化学性能。     

利用碳等离子体热处理方法在钨金属和单晶硅片表面制备站立式石墨烯

利用等离子体热处理方法,分别在W金属和单晶Si基底表面直接制备了站立式石墨烯。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)对获得的样品进行了结构和成分的表征,并用硬度计对样品表面硬度进行了测量。结果表明,在W金属和单晶Si基底表面分别形成了成分为W₂C-WC/石墨烯和SiC/石墨烯的复合层,且均匀的分布在相应的基底上。W₂C-WC/石墨烯复合层制备成功后,金属W的表面硬度为502.95 HV0.01,与纯金属W基底的硬度450.41 HV0.01相比,表面硬度增加52.54 HV0.01,提高了11.6%;SiC/石墨烯复合层制备成功后,SiC/石墨烯表层的硬度为836.76 HV0.025,与单晶Si基底的硬度812.74 HV0.025相比,表面硬度增加24.02 HV0.025,提高了2.95%。     

敏化工艺对硒化铅薄膜形貌和性能的影响

用醋酸铅、硒粉及亚硫酸硒钠为主要原料采用化学液相沉积的方法在玻璃衬底上制备出了一系列的硒化铅半导体薄膜材料,采用在有氧环境下对薄膜进行热处理来实现薄膜的敏化过程,用SEM、XRD、EDS和IR等分析手段对薄膜的形貌、结构以及性能进行了表征。当敏化温度低于375℃时薄膜晶粒尺寸变化不大,但表面O/(Se+Pb)原子比随敏化温度的升高而明显升高,同时薄膜结构有所变化。硒化铅薄膜经过敏化处理后具有了一定的光电特性,在光照条件下薄膜的电阻变化率在5%～10%左右。     

Zn、Pr共掺In2O3陶瓷材料的高温热电传输性能

利用放电等离子SPS烧结工艺制备得到Zn、Pr共掺的In2O3多晶陶瓷材料。通过研究材料的热电传输性能和微观结构,发现共掺工艺对SPS烧结的In2O3陶瓷材料的传输性能有着显著的影响,其结构为多孔结构。低浓度共掺的样品在测试温度范围内能够得到较高的电导率(约100S/m)和热电势(约200μV/K)。其中试样In1.92(Pr,Zn)0.08O3的热导率973K最低为2.5W/(m.K),该样品可获得最高的热电功率因子3.5×10-4 W/(m.K2),对应其热电优值0.10。其性能表明利用放电等离子SPS烧结工艺制备的In2O3基陶瓷作为n型高温热电材料具有很好的潜力。     

300M钢的热变形行为及其变形组织演变研究

基于热压缩实验,对300M钢在应变速率为10s-1下的热变形行为及其变形组织演变进行了研究。结果表明:在试样高度压下量为50%,变形温度为700～750℃时,300M钢的应力-应变曲线呈流变失稳型,且变形组织出现绝热剪切;当变形温度为800～1000℃时,300M钢的应力-应变曲线呈双峰不连续动态再结晶型,且热变形过程出现了两轮动态再结晶;当变形温度为1050～1180℃时,300M钢的应力-应变曲线呈单峰不连续动态再结晶型,且热变形过程只发生了一轮动态再结晶。     

PS@Au核壳复合粒子的可控合成及粒径对催化性能的影响

采用适当的化学镀工艺,通过对核层聚苯乙烯微球粒径的调制,可控合成了粒径连续可调的PS@Au核壳复合粒子,其球形度较高,无团聚,催化活性优良。利用SEM、XRD和UV-Vis,结合催化性能测试,研究了粒径对PS@Au核壳复合粒子催化性能的影响。结果表明:PS@Au核壳复合粒子较大的比表面积是其取得优良催化性能的物理本质,此外,粒径对其表面微观形貌、Au纳米粒子的生长方式及其催化性能都有显著影响。粒径较小时,核层曲率较大,Au纳米粒子呈发散式生长,表现出孤立的纳米颗粒状结构。此时,比表面积和表面能最大,催化活性最高。随着粒径增大,曲率逐渐减小,Au纳米颗粒表现出近似的薄膜状结构,比表面积和表面能逐渐降低,催化性能逐渐下降。核壳复合粒子的粒径达到400 nm时,Au纳米粒子的表面形貌开始由孤立的颗粒状结构向连续薄膜状过度。     

A100超高强度钢的动态再结晶行为及组织演变研究

借助Gleeble-3500热模拟试验机研究了A100超高强度钢在变形温度为850~1200℃、应变速率为0.001~10 s~(-1)和变形程度为60%条件下的热变形行为。基于实验数据计算了动态再结晶激活能,通过引入无量纲Z参数表征了动态再结晶的临界应变/应力、峰值应变/应力和稳态应变/应力模型,并绘制了动态再结晶状态图,同时对该钢的组织演变进行了分析。结果表明:该钢的动态再结晶激活能为380.177 k J·mol~(-1);随着变形温度的升高或应变速率的下降,Z参数逐渐减小,更容易发生动态再结晶行为,但其晶粒尺寸随之增大,其中在950~1050℃、0.01~0.1 s~(-1)和1050~1150℃、1~10 s~(-1)范围内进行热加工可获得细小、均匀的晶粒组织。根据实验结果建立了动态再结晶晶粒尺寸预测模型,其预测值与实验值具有较高的吻合度。     

石墨/聚苯乙烯插层复合材料的介电性能研究

采用浓酸处理和高温快速热冲击的工艺制备了单层石墨。用高分辨透射电镜观察了其有序的微观结构,并做了选区电子衍射分析。使用热压成型的工艺制备了单层石墨/聚苯乙烯(PS)复合材料。介电性能测试表明该复合材料的渗流阈值仅为0.1%(质量分数),这样低的渗流阈值有利于使用该类材料的电容器向微型、轻质发展。同时还发现,采用电场诱导和不施加电场的情况下制备的单层石墨/聚苯乙烯复合材料的介电性能有较大区别。     

Co反点阵列薄膜的制备及形貌对其磁性的影响

采用胶体晶体模板方法,通过变换聚苯乙烯(PS)微球粒径和溅射时间制备了相同厚度的孔径1~5μm的Co反点阵列薄膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)和振动样品磁强计(VSM)考察了样品的结构和磁学特性。发现Co反点阵列薄膜的矫顽力和剩磁比最大达到253.18×10-4 T和0.85,分别为Co薄膜的3.4和2.3倍,并且随孔径的增大逐渐降低。结合理论分析结果表明,Co反点阵列薄膜本身的形状各向异性是其取得优良磁学性能的原因,孔径和孔间距这两种形状因素造成的形状各向异性的变化是其磁性发生变化的物理本质。     

模板组装微结构技术在贵金属新材料开发中的应用

模板组装微结构技术使贵金属微观结构的精确设计、控制及合成成为可能,贵金属有序结构及核壳结构是减少贵金属用量并提高其性能的典型形式。其将结构本身新奇的物理化学性质与贵金属的优异特性有机结合,已成为贵金属材料研究的一个崭新方向和材料科学的研究热点。结合笔者的近期工作,总结与评述了近年来国内外在贵金属有序材料和贵金属核壳材料领域的一些主要进展和研究成果,并分析了其发展前景和今后的研究方向。