双A层MAX相Mo2Ga2C的热压烧结研究

本工作采用真空热压烧结的方法, 研究Mo₂Ga₂C粉体的烧结性能, 制备致密的Mo₂Ga₂C块体材料, 并且表征所制备材料的微观结构。实验发现750 ℃是合适的烧结温度, 过高的烧结温度(850 ℃)会导致样品分解, 主要产物为Mo₂C。在750 ℃烧结过程中, 随着烧结时间的延长, 样品的晶粒没有明显长大, 但是样品内部空隙显著变小, 内部织构增强, 相对密度明显提高。因为Mo₂Ga₂C晶体的片状结构, 热压烧结过程中, 部分片状晶粒会偏转, 导致烧结样品的多数晶粒的(00l)晶面会倾向垂直于热压方向。在750 ℃烧结8 h, 可以得到几乎完全致密(相对密度98.8%)的Mo₂Ga₂C块体材料。     

层状陶瓷材料MAX相的摩擦学性能研究进展

MAX相是一类三元层状化合物,由于其同时具备金属和陶瓷的优异性能,近年来受到人们的广泛关注。MAX相的层状结构预示其将有望成为性能良好的固体润滑材料。主要介绍温度、滑动速度、载荷、对偶种类和显微结构等因素对MAX相材料摩擦磨损性能的影响,综述了MAX相材料在摩擦学方面的研究进展。     

基于A位元素置换策略合成新型MAX相材料Ti3ZnC2

MAX相材料是一类兼具金属和陶瓷特性的三元层状材料, 在高温导电、耐磨、耐腐蚀和耐辐照损伤等方面性能优异。目前已经合成出的MAX相材料已有70余种, 但A位元素一直局限在ⅢA和ⅣA主族元素, 如Al、Si、Ga等, 而以副族元素占据A位的MAX相鲜有报道。本研究以Ti₃AlC₂为前驱体, 利用熔盐中的A位置换反应, 制备出了A位为Zn元素的全新MAX相材料Ti₃ZnC₂。结合X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等分析手段对Ti₃ZnC₂的成分和结构进行了确认, 并通过密度泛函理论对Ti₃ZnC₂的结构稳定性和晶格参数进行了确定。进一步通过热力学计算对Fe、Co、Ni、Cu等几种元素的A位置换反应进行了预测, 发现采用这几种元素的氧化物进行置换反应在热力学上也都具有可行性。本研究所提出的元素置换策略是在保持MAX相六方层状晶体结构的基础上, 利用Al、Zn在高温下形成共晶产物实现Zn原子向A层内的迁移, 而熔盐介质的存在促进了反应动力学。本方法巧妙地避免了MAX相传统合成过程中竞争相的形成, 如M-A合金相, 因此可以用于探索更多未知的MAX相材料。     

硫族MAX相硼化物的物相稳定性和性能预测

Zr₂SB、Hf₂SB、Zr₂Se B、Hf₂Se B、Hf₂Te B都是近期发现的硫族MAX相硼化物,与典型MAX相相比,具有明显不同的性质,因此备受人们关注。本文采用第一性原理并结合“线性优化法”、键刚度模型和准简谐近似研究了MAX相硼化物(M=Zr,Hf;A=S,Se,Te)的物相稳定性、力学性能和热性能。理论分析结果与目前可用的实验结果一致。经热力学和本征稳定性分析后发现,只有M₂AB可以稳定存在。较短的M-A键与M-B键长使Hf系化合物的键刚度高于Zr系化合物,这也同样导致Hf系化合物的硬度高于Zr系。随着A元素由S到Se再到Te,M-B与M-A键长逐渐增加,键刚度减小导致弹性模量降低。而且,这些化合物的体积模量取决于其平均化学键刚度。更加重要的是,最弱键和最强键的刚度比(k_min/k_max)较高,显示这些MAX相硼化物不同于传统MAX相,均呈本征脆性。考虑晶格振动(声子)和电子激发的贡献后计算得到M<...     

新型MAX相的相图热力学研究

本研究通过使用相图计算(Calculation of Phase Diagrams,简称CALPHAD)耦合第一性原理计算的方法,以相图作为判断依据,探究Ti₃Au C₂、Ti₃Ir C₂、Ti₃Zn C₂和Ti₂Zn C新型MAX相在不同温度下的热力学稳定性。使用相图计算(CALPHAD)方法建立起研究体系的热力学数据库,耦合第一性原理得到的新型MAX相生成焓数据,最终得到包含新型MAX相的三元相图。研究结果表明Ti₃Au C₂、Ti₃Ir C₂、Ti₃Zn C₂和Ti₂Zn C的MAX相具有很好的热力学稳定性,与实验结果吻合。本研究为确定新型MAX相的热力学稳定性提供了系统的研究方法,可应用于指导合成更多未知的MAX相材料。     

熔盐法合成纳米层状Sc2SnC MAX相

MAX相是一类兼具金属和陶瓷特性的三元层状材料,也是合成二维MXenes的前驱体材料.理论预测稳定的三元层状MAX相材料约有600余种,目前实验合成的三元层状MAX相材料已有80余种,但M位主要为前过渡族金属,而对M为稀土元素的三元MAX相鲜有报道.本研究以Sc、Sn,和C元素粉为原料,通过熔盐法合成了M位为稀土元素S...     

高韧性三元层状陶瓷:从MAX相到MAB相

三元层状化合物MAX相和新近引起人们注意的MAB相以其兼具陶瓷和金属的共同特性成为结构陶瓷领域20余年的研究热点,而高损伤容限和高断裂韧度是其区别于传统陶瓷的本质特征.本文简要回顾了MAX相的整体发展脉络和MAB相的最新研究进展,重点分析了纳米层状结构对宏观力学行为的影响及其内在机制.基于第一性原理计算结果建立的键刚度模型在实现对化学键强度的定量表征基础上,更重要的是阐明了"足够"弱的层间结合是三元层状陶瓷表现出非凡力学性能的根本原因.而Fe2AlB2在室温附近所出现的磁热效应(MCE)则显示了MAB相化合物在功能领域的良好应用前景.经过20余年的持续研究,MAX相化合物的结构和性能逐渐变得清晰,目前针对具体场景的应用研究在世界各地蓬勃开展起来.然而,目前对MAB相化合物的认识还很有限.因此,合成和表征现有已知MAB相化合物的结构、力学性能、物理性能以及基于应用背景的使役行为是现阶段的重要任务.其中,基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理数值模拟可扮演重要角色,正如其在理解MAX相化合物的非凡性能和发现新型化合物时所起的重要作用一样.     

MAX相陶瓷增强金属基复合材料:制备、性能与仿生设计

由于原子间存在共价键、金属键与离子键的混合键合状态,MAX相陶瓷兼具金属和陶瓷材料的性能特点,并且常与金属之间表现出良好的润湿性,有助于形成强界面结合,独特的层状原子结构使MAX相陶瓷表现出良好的断裂韧性、阻尼与自润滑性能。因此,作为金属基复合材料的增强相, MAX相陶瓷具有显著优势,本文着重介绍相关研究进展。目前,MAX相陶瓷增强金属基复合材料主要通过搅拌铸造、粉末冶金和熔体浸渗等途径制备,得到的复合材料表现出优于金属基体的强度、硬度与模量,同时还具备良好的耐磨、导电、抗电弧侵蚀等性能。此外,借助真空抽滤、冰模板等工艺可实现超细片状MAX相陶瓷粉体的择优定向排列,然后利用金属熔体浸渗多孔陶瓷骨架,可获得具有类贝壳结构的MAX相陶瓷增强金属基仿生复合材料,进一步提升材料的强韧性能。MAX相陶瓷增强金属基复合材料在承载、电接触等应用领域具有显著优势和广阔前景。     

三元层状碳氮化合物(MAX相)及其衍生二维纳米材料(MXene)研究趋势与展望

近年来,三元层状碳氮化合物(MAX相)及其衍生二维纳米材料MXene受到了科学界的广泛关注。MAX相的晶体结构由M_n+1X_n结构单元与A元素单原子面交替堆垛排列而成,兼具金属和陶瓷的诸多优点,在高温结构材料、摩擦磨损器件、核能结构材料等领域有较大的应用潜力。MAX相的A层原子被刻蚀之后获得成分为M_n+1X_nT_x(T_x为表面基团)的二维纳米材料,即MXene,具有丰富的成分组合以及可调谐的物理化学性质,在储能器件、电磁屏蔽、电子器件等领域表现出良好的应用前景。本文简要介绍近年来国内外MAX相和MXene材料领域在成分与结构、合成方法、性能与应用研究等方面的研究动态,据此展望未来几年该类新颖材料的发展方向。     

PbZrO_3含量对PZN-PZ-PT因溶体弥散性相变的影响

报道了相界附近PZN-PZ－PT三元系固溶体弥散性相变,并研究了PbZrO3含量对PZN－PZ－PT固溶体弥散性相变的影响,发现随着PbZrO3含量的增加,PZN－PZ－PT固溶体弥散程度有所增加．     

Structural Engineering Enabled Bimetallic (Ti1-yNby)2AlC Solid Solution Structure for Efficient Electromagnetic Wave Absorption in Gigahertz

Microstructures play a critical role to influence the polarization behavior of dielectric materials, which determines the electromagnetic response ability in gigahertz. However, the relationship between them, especially in the solid-solution structures is still absent. Herein, a series of (Ti_1-yNb_y)₂AlC MAX phase solid solutions with nano-laminated structures have been employed to illuminate the aforementioned problem. The relationship has been investigated by the lattice distortion constructed via tuning the composition from Ti to Nb in the M-site atomic layer. Experimental characterizations indicated that the dielectric response behaviors between declined conduction loss and boosted polarization loss can be well balanced by niobium atom manipulative solid-solution engineering, which is conducive to impedance matching and electromagnetic absorption performance. Theoretical calculation further proved that the origin of electric dipoles is ascribed to the charge density differences resulting from the altered microscopic atomic distribution. As a result, the Ti_1.2Nb_0.8AlC exhibits the mostly optimized microwave absorption property, in which a minimum reflection loss of −42 dB and an effective absorption bandwidth of 4.3 GHz under an ultra-thin thickness of 1.4 mm can be obtained. This work provides insight into the structural engineering in modifying electromagnetic response performance at gigahertz and which can be expanded to other solid-solution materials.     

PbZrO3含量对PZN-PZ-PT因溶体弥散性相变的影响

报道了相界附近ＰＺＮ－ＰＺ－ＰＴ三元系固溶体弥散性相变,并研究了ＰｂＺｒＯ３含量对ＰＺＮ－ＰＺ－ＰＴ固溶体弥散性相变的影响,发现随着ＰｂＺｒＯ３含量的增加,ＰＺＮ－ＰＺ－ＰＴ固溶体弥散程度有所增加。     

SrV_（6－x）Al_xO_（11）固溶体的结晶学和电性能研究

本文报道了ＳｒＶ－６－ｘＡｌｘＯ１１固溶体的形成条件、固溶体各组份的结晶学参数和电导性能，从结构上讨论了Ａｌ３＋部分取代对固溶体各组份晶胞参数的影响，用简单的Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型拟合了ｌｎ（σＴ）与１０００／Ｔ之间的关系，并据此计算得团溶体各组份的活化能和指前因子，固溶体各组份均具有较高的室温电导率，其中ｘ＝０．６组份为最大，其值达１．０×１０－１Ｓ．ｃｍ－１．     

双微乳液法制备CoFe2O4纳米颗粒及其磁性能研究

以TritonX-100／正己醇／正己炕／水为反应介质，采用双微乳液法合成了尖晶石型CoFe2O4磁性纳米颗粒。利用TG-DSC、FTIR、TEM、XRD、VSM等测试技术对CoFe2O4煅烧前后的结构和磁性能进行表征。结果表明，采用微乳液法制备的CoFe2O4前驱物经煅烧后可获得纳米级磁性微粒。煅烧温度对微粒粒径和磁性能有较大影响，经300℃煅烧后的微粒粒径为15nm，700℃煅烧后微粒粒径增大为52am。样品的饱和磁化强度和剩余磁化强度也随热处理温度的升高而增加。     

AIN-SiC固溶体的制备及介电性能

以碳化硅和铝粉为原料,均匀混合后在不同气氛中于2000℃下保温0．5h制得粉体。用X射线衍射分析（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对其进行表征。同时在8．2～12．4GHz频率范围内测试其介电性能。结果表明：在N2气氛中,当铝的含量较少时,未出现AIN物相,当铝含量超过10at%时,AIN相开始出现,并且AIN的含量随着铝含量的增加而增加。掺杂铝样品与未掺杂铝样品相比,其介电常数实部ε′和介电损耗tanδ皆降低,且随着铝含量的增加而逐步降低,主要是因为AIN具有较低的介电常数实部和损耗。     

雪花状钴微晶的液相法制备与性能

采用改进的液相还原法制备了纳米钴微晶,并对产物进行了XRD、TEM、SAED表征。结果表明,纳米钴微晶呈雪花状、结晶度高;运用网络矢量分析仪(VNA)与振动样品磁强计(VSM)对其吸波性能与磁性能进行了测试,结果表明其吸波性能与磁性能较好,在2290MHz处,有最大回损值为-12.86db;矫顽力高达250.59Oe。采用DSC分析研究了纳米钴微晶对高氯酸铵(AP)热分解的催化性能,结果显示在钴微晶的存在下,AP的高低温放热峰相连且合并成一个高而大的放热峰,峰温最大幅度降低了102.6℃,表观分解热显著增大,表明纳米钴微晶对AP热分解有着极强的催化活性。     

One‐Step Solution Phase Growth of Transition Metal Dichalcogenide Thin Films Directly on Solid Substrates

Ultrathin transition metal dichalcogenides (TMDs) have exotic electronic properties. With success in easy synthesis of high quality TMD thin films, the potential applications will become more viable in electronics, optics, energy storage, and catalysis. Synthesis of TMD thin films has been mostly performed in vacuum or by thermolysis. So far, there is no solution phase synthesis to produce large‐area thin films directly on target substrates. Here, this paper reports a one‐step quick synthesis (within 45–90 s) of TMD thin films (MoS₂, WS₂, MoSe₂, WSe₂, etc.) on solid substrates by using microwave irradiation on a precursor‐containing electrolyte solution. The numbers of the quintuple layers of the TMD thin films are precisely controllable by varying the precursor's concentration in the electrolyte solution. A photodetector made of MoS₂ thin film comprising of small size grains shows near‐IR absorption, supported by the first principle calculation, exhibits a high photoresponsivity (>300 mA W^?1) and a fast response (124 µs). This study paves a robust way for the synthesis of various TMD thin films in solution phases.     

Ni2O3对C3S形成过程的影响及其固溶效应

C3S是水泥熟料中最重要的矿物,杂质离子固溶进入C3S晶格并促进其单斜型或三方型稳定存在,研究离子在C3S中的固溶作用机理,能更深入了解阿利特的微结构及性质。利用化学分析、XRD、DTA及相图分析,研究Ni2O3对C3S形成过程的影响及其固化效应。结果表明:Ni2O3主要以+2价的形式在CaO-Si O2二元体系中存在,因其优先与Si O2反应形成固溶体,f-CaO随Ni2O3掺量递增而增大;当Ni2O3掺量大于其CaO-Si O2二元体系固溶极限时,f-CaO变化趋势呈相反趋势,且促进C3S形成效应明显。通过最小二乘法及Ni2O3固溶度的精确界定,可推导出Ni2O3在C3S中的固溶反应分子式为:(Ca3-0.53xNi0.53x)(Si1-0.47xNi0.47x)O5(x=0.0442)。     

镁铝尖晶石固溶体成分对TiN析出行为的影响

通过2205双相不锈钢渣-钢反应平衡实验,得到不同炉渣配比下的MgO-Al_2O_3二元系固溶体夹杂,当反应达到平衡后,向钢中添加了0.05%的Ti,进而得到了"MgO-Al_2O_3固溶体+TiN"的复合夹杂。试样经水淬后,通过电镜分析夹杂物,然后采用10%的草酸进行电解,与不加Ti的铸态组织δ铁素体晶粒形貌、尺寸进行了对比。实验结果发现:TiN析出量随MgO-Al_2O_3固溶体中Al_2O_3比例的增加而增加,铸态δ铁素体晶粒可得到明显细化,实验结果发现富MgO的MgO-Al_2O_3固溶体以及MgO·Al_2O_3析出TiN很少,δ铁素体细化效果不明显。通过热力学计算、异质形核理论以及实验结果证明,MgO-Al_2O_3二元系固溶体夹杂物成分由炉渣成分及钢中Mg、Al活度共同决定,MgO-Al_2O_3固溶体中Al_2O_3含量增加,使MgO·Al_2O_3晶格发生畸变,这与点阵中存在着空位密切相关。由于空位富集,使得点阵常数e不均匀,也由于空位改变晶格场,引起O2-的移动或转移,形成缺位尖晶石固溶体。晶格的能量状态发生变化促进了Ti原子和N原子在MgO-Al_2O_3夹杂物表面析出。