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2022年  第29卷  第6期

基于贝叶斯优化的超低Co含量新型Cu–Ni–Co–Si–X合金二次形变-时效参数快速设计

张洪涛，付华栋，沈煜恒，谢建新

封面故事：合金成分设计与制备工艺优化是提升合金性能的最主要手段，近年来快速发展的数据驱动方法可大大提高设计效率、降低研发成本，为成分理性设计和工艺参数高效优化提供了智能化解决方案。传说老君控制三昧真火炼制丹药，救世济民，今人工智能调控成分与工艺，推动材料科学发展。正如封面论文所展示，采用先进的贝叶斯优化机器学习方法，实现了高性能铜合金成分、工艺参数的快速设计。

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特约综述
生物质冶金综述：预处理技术、冶金机理和流程设计
张建良, 傅泓源, 刘彦祥, 党晗, 叶涟, Alberto N. Conejo, 徐润生
2022, 29(6): 1133-1149. doi: 10.1007/s12613-022-2501-9
中文摘要(3449) PDF(447) SpringerLink
摘要:
随着现代工业的发展，化石燃料的过度使用和温室气体猛增引发的气候变化成为了人类面临的全球性问题，对生命系统造成了严重威胁。中国作为全球最大的能源消费国和CO2排放国，明确提出2030年前力争“碳达峰”和2060年前实现“碳中和”的目标。冶金行业作为能源密集型产业，每年消耗大量的化石燃料，排放大量的CO2，其中最主要的钢铁冶金过程的能量消耗和污染物排放占到全国的15%以上。加快钢铁工业能源结构调整，推动可再生清洁能源来代替传统化石能源，实现钢铁生产过程环境友好、能源可持续利用，是钢铁工业低碳绿色高质量发展的必由之路。生物质是一种碳中性、环境友好的可再生能源，生物质能也是我国亟待开发利用的巨大资源财富。将生物质应用于钢铁工业能减少化石燃料的消耗和CO2等温室气体的排放，也可以推动能源结构清洁低碳化，加快钢铁企业走绿色低碳发展之路。本文主要阐述了近年来在生物质冶金方面的研究情况，提出了生物质冶金的概念，分析了生物质冶金的科学原理，讨论了生物质预处理技术及生物质炼铁技术基础，提出了生物质冶金流程的新思路，分析了生物质冶金的经济社会效益，旨在为生物质冶金基础理论和工业应用的发展提供参考。
研究论文
磷酸铵强化硫化蓝铜矿及其对浮选的影响
张谦, 文书明, 丰奇成, 王涵
2022, 29(6): 1150-1160. doi: 10.1007/s12613-021-2379-y
中文摘要(1122) PDF(49) SpringerLink
摘要:
蓝铜矿是一种重要的氧化铜矿物，采用常规的硫化–黄药浮选法回收蓝铜矿时浮选效果不理想。本研究通过微浮选试验、飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)、X射线光电子能谱(XPS)、Zeta电位、接触角、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱和紫外–可见光(UV–Vis)光谱检测研究了(NH4)3PO4和Na2S对蓝铜矿表面的强化硫化效果。微浮选试验表明，(NH4)3PO4和Na2S同时加入可提高蓝铜矿的可浮性；ToF-SIMS和XPS分析表明，与蓝铜矿–Na2S体系相比，(NH4)3PO4和Na2S处理后的蓝铜矿表面硫组分含量较高，Cu(I)组分含量也得到增加；硫化前采用(NH4)3PO4预处理后，蓝铜矿表面Zeta电位呈负偏移，且矿物表面的接触角增大，即(NH4)3PO4的加入增强了蓝铜矿表面的硫化，促进了黄药的吸附；FT-IR和UV–Vis分析表明，在蓝铜矿浮选过程中，(NH4)3PO4的加入增加了矿物表面黄药的有效吸附量，降低了黄药的使用量。因此，(NH4)3PO4有利于蓝铜矿的硫化浮选。
研究论文
煅烧温度对氢氧化钙溶液处理过的玉米秸秆灰活性的影响
戚庭野, 王昊晨, 冯国瑞, 张玉江, 白锦文, 韩艳娜
2022, 29(6): 1161-1169. doi: 10.1007/s12613-020-2148-3
中文摘要(3042) PDF(64) SpringerLink
摘要:
本研究评估了煅烧温度对玉米秸秆灰火山灰活性的影响。将经500℃、700℃、850℃煅烧后的玉米秸秆灰样品分别在氢氧化钙溶液中溶解6个小时，并得到其残留样品。用Fourier变换红外光谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱对玉米秸秆灰样品和玉米秸秆灰残留样品进行分析，确定化学键形式、矿物组成、微观结构和Si 2p转化行为，并研究了玉米秸秆灰-氢氧化钙混合溶液的电导率、pH值、电导率损失随溶解时间的变化规律。玉米秸秆灰的主要氧化物成分为二氧化硅和氧化钾。与其他煅烧温度相比，经500℃煅烧后的玉米秸秆灰Si4+溶解度含量较高。由于玉米秸秆灰在700℃下含有较多的KCl，有加快反应速率的作用，因此经700℃煅烧的玉米秸秆灰与氢氧化钙混合溶液的电导率和电导率损失均高于其他煅烧温度。玉米秸秆灰样品中检测有水化硅酸钙，玉米秸秆灰残留样品中发现有较小的立方形和接近球形的水化硅酸钙颗粒。总的来说，在500℃下玉米秸秆灰具有最佳的火山灰活性但要考虑凝聚的影响。
研究论文
高炉炼铁工艺中超高TiO2炉渣：密度和表面张力
庞正德, 蒋宇阳, 凌家伟, 吕学伟, 严志明
2022, 29(6): 1170-1178. doi: 10.1007/s12613-021-2262-x
中文摘要(1595) PDF(111) SpringerLink
摘要:
针对高炉冶炼超高（>80%）甚至全钒钛磁铁矿工艺流程，为了优化高炉造渣制度，进行了一系列关于高钛型炉渣（BFS）物理化学性质方面的研究。本工作分别利用阿基米德原理和最大气泡压力法研究了高钛型炉渣的密度和表面张力。系统探究了TiO2含量和MgO/CaO质量比对CaO–SiO2–TiO2–MgO–Al2O3炉渣密度和表面张力的影响规律。结果发现，随着TiO2含量从20wt%增加到30wt%，炉渣密度逐渐降低，但随着MgO/CaO质量比从0.32增加到0.73，熔渣密度略有增加。从硅酸盐网络结构角度来看，炉渣密度与结构聚合度（DOP）具有一致的变化规律。TiO2的加入会降低炉渣体系中(Q3)2/(Q2)比值（其中，Q2和Q3分别代表桥氧数为2和3的网络结构单元），进而降低炉渣结构聚合度，导致炉渣密度降低。随着TiO2含量从20wt%增加到30wt%，CaO–SiO2–TiO2–MgO–Al2O3炉渣的表面张力显著降低。相反，随着MgO/CaO质量比从0.32增加到0.73，表面张力增加。此外，利用基于Butler公式的Tanaka模型获得了1723 K下含钛炉渣等表面张力图，为高炉冶炼超高比例（>80%）甚至全钒钛磁铁矿工艺中造渣制度的优化提供了数据支撑。
研究论文
BaO和MgO含量对CaO–Al2O3系保护渣与钢基底之间润湿行为的影响
周乐君, 罗豪, 王万林, 吴厚发, 高尔卓, 周游, 黄道远
2022, 29(6): 1179-1185. doi: 10.1007/s12613-021-2300-8
中文摘要(1049) PDF(72) SpringerLink
摘要:
结晶器内的界面现象对连铸过程的顺行和铸件的质量有很大的影响，虽然钢–渣之间的界面特性已经被许多研究者研究过，但是这些研究大多是已钢或铁为研究对象。传统的CaO–SiO2系保护渣在参与高铝钢连铸时会与钢中的Al发生化学反应，导致保护渣的成分和性能发生变化，从而影响连铸顺行。因此，性能稳定的非反应型CaO–Al2O3系保护渣，成为高铝钢连铸过程的一种潜在功能材料。本文采用卧滴法，研究了BaO和MgO含量对非反应型CaO–Al2O3系保护渣润湿行为的影响，测量了渣-钢之间的接触角，并计算了界面张力。此外，还利用XPS测定了钢-渣界面处的氧种类，以证明保护渣成分和界面之间的内在联系。研究结果表明：BaO和MgO对保护渣的润湿行为有着不同的影响，具体而言，当BaO含量从3wt%增加到7wt%时，渣与IF钢的接触角从62.4°增加到74.5°，界面张力也从1630.3 mN/m增加到1740.8 mN/m。 XPS的结果表明，随着BaO的加入，钢–渣界面处的熔体结构发生聚合，O−(非桥氧)和O2−（游离氧）的比例降低，而O0(桥氧)的比例增加，这说明BaO的加入会降低熔剂对IF钢的润湿性。而当MgO含量从3wt%增加到7wt%时，渣与IF钢基体的接触角从62.4°减少到51.3°，界面张力也从1630.3 mN/m降低到1539.7 mN/m。加入MgO时，钢–渣界面处的熔体结构发生解聚，由于部分O0分解为O−和O2−，导致O0的比例减少，这说明MgO提高了IF钢的润湿性，使熔剂更容易在IF钢表面浸润。引起这一结果的主要原因是，Mg2+离子半径小于Ba2+离子，Mg2+的静电势也高于Ba2+，较高的静电势导致O2−和Mg2+之间产生较强的极化效应，导致熔体中Mg–O键由离子键向共价键转变，从而使得Mg2+的电荷补偿效应远远小于Ba2+。
研究论文
高强系泊链钢在二氧化硫污染海洋大气环境下的应力腐蚀行为
柳蒙浩, 刘智勇, 杜翠薇, 詹晓琴, 杨小佳, 李晓刚
2022, 29(6): 1186-1196. doi: 10.1007/s12613-020-2192-z
中文摘要(4045) PDF(51) SpringerLink
摘要:
随着陆地油气资源枯竭，越来越多的国家正在寻求开发利用海洋资源。为避免海上石油平台在海啸、台风和巨浪等恶劣环境倒塌，抗拉强度高达1000 MPa的R5级系泊链钢被广泛应用于海上石油平台。然而，以往的研究证明应力腐蚀开裂是导致系泊链钢失效的主要因素。因此，研究系泊钢的应力腐蚀过程具有重要意义。本文旨在研究海洋大气环境下硫化物浓度对系泊链钢应力腐蚀行为的影响规律及机制。本文采用了慢应变速率拉伸、电子背散射衍射和扫描电镜研究了硫化物浓度对系泊链钢应力腐蚀行为的影响规律，采用了电化学极化、X射线光电子能谱和X射线能谱等手段研究了不同硫化物浓度对系泊链钢腐蚀行为的影响，以此为基础阐明了高强系泊链钢在海洋大气环境下的应力腐蚀机制。研究结果表明，随着模拟海洋大气环境中SO2污染程度的增加，腐蚀电流密度增大，腐蚀产物致密性更高，更易萌生点蚀。随着模拟海洋大气环境中SO2污染程度的增加，系泊链钢的应力腐蚀敏感性增大。断口结果表明应力腐蚀裂纹萌生于点蚀，裂纹以沿晶和穿晶混合的方式扩展。由此总结系泊链钢在该环境下的应力腐蚀由阳极溶解机制和氢脆机制共同控制。
研究论文
基于贝叶斯优化的超低Co含量新型Cu–Ni–Co–Si–X合金二次形变-时效参数快速设计
张洪涛, 付华栋, 沈煜恒, 谢建新
2022, 29(6): 1197-1205. doi: 10.1007/s12613-022-2479-3
中文摘要(1224) PDF(89) SpringerLink
摘要:
采用传统试错方法快速设计铜合金工艺参数，同步提升呈倒置矛盾关系的力学和导电性能非常困难。本研究旨在开发一种稀贵Co元素节约型Cu–Ni–Co–Si合金，Co含量低于C70350合金（ASTM标准）下限的一半，而性能达到与C70350合金相同水平。采用贝叶斯优化算法和实验迭代相结合的研究策略，突破时效强化铜合金形变-时效参数试错设计效率低、成本高的难题，仅用32次实验（包括27次基本样本数据获取实验，5次迭代验证实验）快速设计了新型铜合金的二次形变-时效参数（冷轧变形量90%，时效温度450°C，时效时间1.25 h）。经实验验证新型铜合金样品的硬度、抗拉强度和导电率为HV (285 ± 4)、(872 ± 3) MPa和(44.2 ± 0.7)% IACS，达到商用引线框架C70350合金的性能水平。本文研究工作为实现材料制备工艺参数快速设计、力学和导电性能同步提升提供了新的思路。
研究论文
机械振动对铸造A308 (LM21)铝合金物理、冶金和力学性能的影响
Siddharth Yadav, S.P. Tewari, J.K. Singh, S.C. Ram
2022, 29(6): 1206-1215. doi: 10.1007/s12613-020-2209-7
中文摘要(2209) PDF(79) SpringerLink
摘要:
本文研究了A308压铸合金在机械振动作用下凝固过程中的组织、物理和力学性能。采用功率放大器作为功率输入器件，在31 μm的恒定振幅下，采用不同频率(0、20、30、40、50 Hz)进行功率输入。采用X射线衍射、光学显微镜和扫描电子显微镜观察了固定和振动条件下铸态试样的形态变化。利用ImageJ软件对铸件的金相特征进行了评价。在30 Hz频率下，与固定铸造相比，初晶α-Al晶粒尺寸、枝晶臂间距、共晶硅平均面积、长径比和孔隙率等冶金特征平均值分别降低了34%、59%、56%、22%和62%。力学性能测试表明，在30 Hz频率下，铸件的屈服强度(YS)、抗拉强度(UTS)、伸长率(EL)和显微硬度(HV)分别比固定铸造提高了8%、13%、17%和16%。拉伸试样的断口表现为脆性面、解理面、韧性撕裂和韧窝形貌的混合断裂行为。小韧窝的存在表明在断裂前发生了塑性变形。
研究论文
2219-T87铝合金TIG焊缝拉拔式摩擦塞补焊接头的微观组织及力学性能分析
邵震, 崔雷, 杨立军, 卢鹏, 王惠苗, 孙转平, 宋健岭
2022, 29(6): 1216-1224. doi: 10.1007/s12613-020-2222-x
中文摘要(1593) PDF(55) SpringerLink
摘要:
本文研究了6 mm厚2219-T87铝合金TIG焊缝拉拔式摩擦塞补焊接头的微观组织，析出相演变规律以及力学性能。当使用7000 r/min主轴转速，12 mm进给量以及20–22 kN 轴向拉力时，焊接接头成形良好且无焊接缺陷，塞棒与试板之间通过再结晶的方式形成了冶金结合。根据微观组织特征不同，接头可划分为热影响区、热机械影响区、再结晶区、TIG焊缝-热影响区以及TIG焊缝-热机械影响区。TIG焊缝-热机械影响区晶粒受到焊接过程中塞棒旋转挤压作用而发生剧烈塑性变形。热机械影响区发生软化的主要原因是θ'相的溶解以及θ相的粗化。拉伸试验结果表明，轴向拉力为22 kN时，对应接头抗拉强度最高，为237 MPa；接头在TIG焊缝–热机械影响区发生断裂。断口形貌分析表明接头具有良好的塑性与韧性。
研究论文
热处理对TiAl合金显微组织的影响
余稳, 周建新, 殷亚军, 涂志新, 冯新, 南海, 林均品, 丁贤飞
2022, 29(6): 1225-1230. doi: 10.1007/s12613-021-2252-z
中文摘要(1688) PDF(79) SpringerLink
摘要:
本研究的目的是探究热处理对γ-TiAl合金显微组织的影响。通过铸造方法制备了两根Ti–47Al–2Cr–2Nb（原子百分比）合金铸锭，并对它们进行了两种类型的热处理。通过光学显微镜和扫描电子显微镜对合金原始铸态以及热处理态的显微组织进行了详细表征，同时也对两根铸锭的化学成分进行了检测。研究结果表明，当在1270–1185°C温度范围内进行热处理时，具有46.36at%较低Al含量的铸锭只能获得片层组织，而具有47.01at%较高Al含量的铸锭既可获得近片层组织，也可获得双态组织。这表明，对Ti–47Al–2Cr–2Nb合金而言，Al含量的微量降低将对热处理后的显微组织类型产生影响。在铸态和热处理态的显微组织中均观察到少量的B2相。当在较高的温度进行热处理时（例如1260°C）， B2相主要分布在晶界上。然而， 当在较低的温度进行热处理时（例如1185°C），B2相将同时在晶界和片层团内析出。另外，本文也就热处理对晶粒细化和其他显微组织参数的影响进行了分析讨论。
研究论文
CrHfNbTaTi和CrHfMoTaTi难熔高熵合金相构成、微观结构及压缩性能
乙姣姣, 曹甫阳, 徐明沁, 杨林, 王璐, 曾龙
2022, 29(6): 1231-1236. doi: 10.1007/s12613-020-2214-x
中文摘要(4127) PDF(77) SpringerLink
摘要:
随着工业技术的发展，对高温金属材料的需求日益增长。2010年高温高熵合金的提出，为新型高温合金的设计开发提供了新思路，逐渐成为近年来的研究热点。本文基于广泛研究的HfNbTaTiZr高熵合金，通过元素置换设计了CrHfNbTaTi和CrHfMoTaTi难熔高熵合金，对真空电弧炉熔炼条件获得的铸态试样的相构成、微观结构以及压缩性能进行了系统研究。研究结果表明CrHfNbTaTi和CrHfMoTaTi难熔高熵合金均由BCC和Laves相构成；CrHfNbTaTi的屈服强度从HfNbTaTiZr的926 MPa提升至1258 MPa，并且保留优异的塑性（约15.0%的压缩应变）。本文通过表征与分析CrHfNbTaTi和CrHfMoTaTi难熔高熵合金因元素置换而产生的形貌和成分分布的演变，表明类网状的枝晶间形貌有利于难熔高熵合金压缩性能的提升，而由Mo元素参与形成的枝晶被枝晶间壳层松散包裹结构则降低了CrHfMoTaTi难熔高熵合金的屈服强度并增加了它的脆性。
研究论文
H68/AZ31B复合板连接界面接合形貌及力学性能
张婷婷, 王文先, 张杰, 闫志峰
2022, 29(6): 1237-1248. doi: 10.1007/s12613-020-2240-8
中文摘要(1061) PDF(24) SpringerLink
摘要:
镁/铜合金金属层状复合板兼具镁合金轻质高强和铜合金耐蚀性优及导电性好的特点，属于结构和功能与一体的复合材料。本文提出采用爆炸焊接方法制备H68/AZ31B复合板，并对其连接界面形貌、微观组织形貌特征及界面微区力学性能进行系统表征分析。对界面区组织进行EDS和TEM分析研究发现，其连接界面过渡区有三部分典型特征：1）靠近H68铜合金侧的扩散层组织；2）局部金属熔化的凝固结晶组织，其组织成分包括Cu、CuZn2和α-Mg；3）靠近AZ31B镁合金侧的大塑性变形区；对近界面区的组织进行EBSD分析发现，H68铜合金侧的组织呈现混合孪晶组织的多边形规则晶粒形貌，而靠近AZ31B镁合金侧的组织呈现细小的等轴再结晶晶粒形貌；采用纳米压痕对连接界面过渡区进行测试表征发现，过渡区组织硬度远高于两侧基体的硬度。综合分析发现，爆炸焊接H68/AZ31B复合板连接界面的接合机理可以归纳为两侧基体金属合金的互扩散和界面微区金属局部熔化凝固结晶的冶金结合机理。
研究论文
不同凝固冷却速率下制备的Al–15Mg2Si复合材料的力学性能
E. Safary, R. Taghiabadi, M.H. Ghoncheh
2022, 29(6): 1249-1260. doi: 10.1007/s12613-020-2244-4
中文摘要(1345) PDF(90) SpringerLink
摘要:
本文研究了不同的冷却速率(2.7、5.5、17.1和57.5°C/s)对Al–15Mg2Si复合材料的凝固参数、显微组织和力学性能的影响。结果表明，高冷却速率使Mg2Si颗粒细化，形貌更加致密，微裂纹倾向降低。随着冷却速率从2.7℃/s增加到57.5℃/s，原始Mg2Si颗粒的平均半径和含量分别从20 µm和13.5%下降到约10 µm和7.3%。提高冷却速率还改善了微成分的分布，降低了晶粒尺寸和微孔的体积分数。力学性能的研究结果表明，将冷却速度从2.7℃/s提高到约57.5°C/s，硬度和质量指数分别提高了25%和245%。高冷却速率还将断裂机制从以脆性为主的模式改变为包含大面积凹陷区的高能韧性模式。
研究论文
烧结 Al‒B4C 复合材料的往复滑动磨损性能
Mahmut Can Şenel, Yusuf Kanca, Mevlüt Gürbüz
2022, 29(6): 1261-1269. doi: 10.1007/s12613-020-2243-5
中文摘要(1185) PDF(96) SpringerLink
摘要:
采用粉末冶金法制备了不同 B4C 含量（1wt%、6wt%、15wt% 和 30wt%）的碳化硼增强铝基复合材料（Al‒B4C），并研究了 B4C 含量对其力学性能和摩擦学行为的影响。在7 N载荷下， Al‒30B4C 复合材料的密度最高 (~2.54 g/cm3)、孔隙率最低 (4%)、维氏硬度最高 (HV ~75)、重量损失最低 (0.4 mg) 和比磨损率最低 (0.00042 mm3/ (N·m))，与纯铝相比，硬度提高167%，失重降低75.8%，比磨损率降低76.7%。此外，磨损表面的扫描电镜图像显示，Al‒B4C复合材料在7 N载荷下的最窄磨损槽为0.85 mm，主要磨损机制为磨粒磨损机制。根据摩擦分析，表面之间的摩擦系数随着碳化硼含量的增加和外加载荷的减少而增加。总之，就 Al‒B4C 复合材料的摩擦学和力学性能而言，B4C 是一种有效的增强材料。
研究论文
Zn–38Al–3.5Cu–1.2Mg/SiCp复合材料稳定化处理下的磨损行为
刘升, 袁清, 司马玉童, 刘晨曦, 韩芳, 乔文玮
2022, 29(6): 1270-1279. doi: 10.1007/s12613-020-2217-7
中文摘要(1256) PDF(22) SpringerLink
摘要:
高铝锌合金由于其高温耐磨性较差而受限于各种重型传动领域的使用，碳化硅增强体的加入有效改善了当前的困境。然而以高铝锌合金为基体的复合材料仍然有明显的时效缺陷，且随着重载长程传动的持续而引起摩擦温度剧增，复合材料摩擦表面微观组织中固溶体的溶解度增大，耐磨α相和减摩η相均向软基β相转换引起了微观结构的不稳定，从而导致摩擦工况中复合材料使用性能的不稳定。本文采用搅拌联合熔体超声工艺制备了纳米Zn–38Al–3.5Cu–1.2Mg/SiCp复合材料试样，研究了不同稳定化处理下复合材料的干摩擦磨损行为，分析了磨损性能与磨损量、磨损表面形貌、纳米增强体的分散性以及复合材料微观组织结构的关系。研究结果表明，稳定化的复合材料内部的纳米SiCp分布更加均匀，经稳定化处理后的复合材料的显微硬度随着接触表面温度的升高而在增大，未经过稳定化处理的复合材料显微硬度随着接触表面温度升高基本不变，并且稳定化工艺最优为380℃ × 6 h + 170℃ × 48 h。稳定化处理有利于复合材料中纳米增强体颗粒的分散，不仅细化了晶粒大小还增强了耐磨性，同时由于纳米SiCp的高温热稳定性还进一步抑制了在磨损时复合材料微观结构中硬质相向软质相的转变过程，同时稳定化处理也有利于缓解纳米SiCp在基体界面处所引起的裂纹源。
研究论文
基于自组装二氧化钛空穴阻挡层的高效钙钛矿太阳能电池
却中保, 楚亮, 翟帅博, 冯奕霏, 陈晨, 刘维, 胡瑞媛, 胡静, 李兴鳌
2022, 29(6): 1280-1285. doi: 10.1007/s12613-021-2361-8
中文摘要(992) PDF(18) SpringerLink
摘要:
器件兼容功能层的自组装工艺是一种简单、可行和节能的策略。在介孔钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells, PSCs)中，致密的TiO2膜起到空穴阻挡层的作用，而介孔的TiO2膜起到电子传输层的作用。然而，这两层通常都要通过高温退火法获得。在此，我们通过室温自组装工艺沉积了致密的TiO2薄膜，以作为PSCs有效的空穴阻挡层。通过沉积时间控制致密TiO2薄膜的厚度。优化致密TiO2薄膜的厚度(80 nm)，有无空穴传输层的介孔PSCs的能量转化效率分别为17.95%和10.66%。值得注意的是，基于自组装TiO2的全低温PSCs显示出16.41%的能量转化效率。
研究论文
新型Cr3+激活的远红光荧光粉
赵芳仪, 宋振, 刘泉林
2022, 29(6): 1286-1294. doi: 10.1007/s12613-021-2363-6
中文摘要(3653) PDF(140) SpringerLink
摘要:
远红光和近红外光谱在食品分析、植物生长、夜视、生物成像、安全监控、虹膜识别等领域具有广泛的应用价值，近年来对远红光和近红外荧光粉的研究获得了越来越多的关注。本文采用高温固相法合成了一系列Cr3+激活的β-Ca3(PO4)2结构的远红光-近红外发光材料Ca9M(PO4)7:Cr3+ (M = Al, Ga, Sc, In, Lu, Y)，并对这一系列样品进行了XRD、光谱、紫外漫反射及扫描电镜测试。随着M3+离子类型由半径较小的Al3+变为半径较大的Y3+，发射光谱由694 nm红移至795 nm；由于M3+离子半径的增加为Cr3+离子提供了更为宽松的八面体环境，晶体场强度降低，从而引起发射光谱的红移。其中，当M3+离子为Ga3+时发射光谱强度最大，在440 nm蓝光激发下，该荧光粉可呈现出峰位在735 nm的宽带远红光发射，发射范围从650 nm到850 nm，并在690 nm和698 nm处呈现出两个尖锐的R线发射。Ca9Ga0.97 (PO4)7:0.03Cr3+荧光粉的内量子效率达到55.7%；且该样品具有优异的发光热稳定性能，在423 K时发射光谱的强度仍可保持室温的68.5%。由于Ca9Ga(PO4)7:Cr3+荧光粉的发射光谱与植物远红光光敏色素PFR的吸收光谱存在很大的光谱重叠，通过搭配450 nm蓝光芯片进行封装所得到的LED器件有望用于室内植物种植领域，从而促进植物生长。
研究论文
Pt掺杂ZnSnO3纳米立方体对ppb级NO2的敏感强化研究
殷尧禹, 沈岩柏, 赵思凯, 李昂, 卢瑞, 韩聪, 崔宝玉, 魏德洲
2022, 29(6): 1295-1303. doi: 10.1007/s12613-020-2215-9
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摘要:
采用简易的一步水热法优化合成出不同Pt浓度掺杂的钙钛矿型ZnSnO3纳米立方体（ZSNCs），并利用XRD、SEM、TEM、EDS和XPS等表征手段对所制备材料的晶体结构、微观形貌、表面特性等进行了详细的分析表征。研究发现，所制备的Pt掺杂ZSNCs纳米立方体形貌均一，边长约为 400 nm，引入的Pt以PtO和PtO2的形式均匀负载在ZSNCs纳米立方体的表面上。以所获Pt掺杂ZSNCs纳米立方体为敏感材料制备出气敏元件，并详细研究了其气敏特性。结果表明，Pt掺杂可有效提升ZSNCs纳米立方体对NO2的敏感能力，当Pt掺杂浓度为1%（Pt/Zn摩尔比）时，ZSNCs纳米立方体对NO2具有最佳的气敏特性。在125℃的最佳工作温度下，1% Pt掺杂ZSNCs纳米立方体对500 ppb NO2的灵敏度为16，是未掺杂ZSNCs纳米立方体的11倍，且检测下限低于50 ppb，同时气敏元件也具有优异的稳定性和NO2选择性。结合结构表征和气敏特性测试结果，综合电子敏化和化学敏化效应阐述了Pt掺杂对ZnSnO3纳米立方体NO2敏感性能的增强机理，并建立了气敏反应模型。
勘误
Erratum to: Slags containing transition metal (chromium and vanadium) oxides—Conversion from ticking bombs to valuable resources: Collaborative studies between KTH and USTB
Seshadri Seetharaman, Lijun Wang, and  Haijuan Wang
2022, 29(6): 1304-1304. doi: 10.1007/s12613-022-2495-3
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摘要:
勘误
Erratum to: Effect of extrusion process on microstructure and mechanical and corrosion properties of biodegradable Mg–5Zn–1.5Y magnesium alloy
Hassan Jafari, Amir Houshang Mojiri Tehrani, and  Mahsa Heydari
2022, 29(6): 1305-1305. doi: 10.1007/s12613-022-2433-4
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摘要:

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