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2024年  第31卷  第1期

运用CALPHAD 方法预测Mg–Al–La 合金的热导率

李鸿霞,徐文俊,张宇飞,杨胜兰,张利军,刘斌,罗群,李谦

封面故事合金化是强化铸造镁合金的重要方式,但导致热导率的大幅降低,普遍存在着“强度–导热不匹配”的问题。如果热导率也有一张地形图,那么就可以轻松地找到满足一定导热要求的合金成分范围。本工作提出合金热导率的计算方法,绘制了Mg–Al–La合金“成分–温度–热导率”分布图,有助于开发高导热高强Mg–Al合金,在航空航天装备、汽车部件、3C产品等材料设计中具有广泛的应用前景。

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特约综述
低碱度铜硫浮选分离抑制剂研究进展
丰奇成, 杨文航, 常茂寒, 文书明, 刘殿文, 韩广
2024, 31(1): 1-17. doi: 10.1007/s12613-023-2709-3
摘要:
选择性抑制剂可实现低碱度铜硫浮选分离。在铜硫矿物浮选体系中,抑制剂通常优先与黄铁矿表面发生相互作用,促使矿物表面亲水,阻碍捕收剂的吸附。本文综述了低碱度铜硫浮选分离抑制剂的研究进展,分别对无机抑制剂和有机抑制剂的应用和抑制机理进行了归纳总结。其中,无机抑制剂包括氧化剂和硫氧化合物,有机抑制剂包括天然多糖(淀粉、糊精、魔芋葡甘聚糖和半乳甘露聚糖)、改性聚合物(羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺、木质素磺酸盐和三羧酸钠淀粉)、有机酸(聚谷氨酸、腐殖酸钠、单宁酸、焦没食子酸、水杨酸和乳酸)、二甲基二硫代氨基甲酸钠和二乙烯三胺。在总结了不同类型抑制剂作用特点的基础上,本文对无机抑制剂和有机抑制剂在低碱度铜硫浮选分离中的应用前景进行了评述。此外,本文系统地介绍了不同类型有机抑制剂在矿物表面的抑制机制差异。最后,针对现有研究的不足对低碱度铜硫浮选分离抑制剂的未来研究方向提出了建议。
特约综述
炼钢生产过程中钢液脱氧方法发展与展望
王仲亮, 包燕平
2024, 31(1): 18-32. doi: 10.1007/s12613-023-2740-4
摘要:
在传统长流程炼钢生产过程中,为完成脱硅、脱磷、脱碳和升温的任务,需要在转炉中吹入过量氧气,之后在精炼过程中加入合金元素脱氧。这不可避免地在钢液中残留了大量脱氧产物,影响钢的洁净度。随着用户对钢材性能要求的不断提高,降低钢液中的氧含量并保证其高洁净度是十分必要的。经过百余年的发展,钢中的全氧含量已从约100 × 10−6降低到约10 × 10−6,部分对全氧含量要求极为严苛的钢种可控制在5 × 10−6以下。当前已经形成了成熟稳定的钢液脱氧技术,但从另一角度而言,进一步降低钢中的氧含量对于提高钢材质量已不再具有明显作用。本研究团队通过对传统工艺进行全流程优化,开发了非铝脱氧轴承钢生产技术。该技术结合了硅锰预脱氧、LF炉扩散脱氧和真空终脱氧。与此同时,成功进行了采用自然脱碳预脱氧新方法生产IF钢的工业实验。结果表明,非铝脱氧可以将轴承钢中的氧含量控制在4 × 10−6–8 ×1 0−6之间,改变夹杂物的类型,消除了大颗粒Ds类夹杂物,显著改善了钢液的流动性,并获得更高的疲劳寿命。采用自然脱碳预脱氧生产的IF钢降低了吨钢铝耗和生产成本,显著提高了铸坯质量。
研究论文
锌离子电池无锌金属负极的最新进展和展望
苗家兵, 杜英晓, 李若彤, 张泽坤, 赵宁宁, 戴磊, 王岭, 何章兴
2024, 31(1): 33-47. doi: 10.1007/s12613-023-2665-y
摘要:
锌离子电池具有成本低、能量密度高和环境友好的优点,被公认为是潜在的储能设备。但是锌负极在电池充放电过程中会出现不可避免的锌枝晶、钝化、腐蚀和氢气析出反应等问题,这成为锌离子电池实际应用的障碍。合适的无锌金属负极提供了比金属锌负极更高的工作电位,可以有效解决金属锌负极工作过程中的锌枝晶、析氢和副反应问题。电池的安全性和循环寿命的提高为锌离子电池的商业化提供了进一步的进展。在此基础上,文章系统地介绍了无锌金属负极作为“摇椅”锌离子电池锌负极的研究进展。无锌金属负极主要依据四个类别进行了讨论:过渡金属氧化物、过渡金属硫化物、MXene复合材料和有机化合物的特性和储锌机制。最后,对无锌金属负极的发展提出了进一步的展望。希望文章将为商业可充电锌离子电池的进一步发展提供参考。
特约综述
3d过渡族铁基氧化物中的金属–绝缘体相变
于谊平, 崔雨晨, 和建刚, 毛伟, 陈吉堃
2024, 31(1): 48-59. doi: 10.1007/s12613-023-2712-8
摘要:
与传统半导体不同的是,3d过渡族金属氧化物中存在有金属-绝缘体相变(MIT),并伴随有电学、光学或磁性能的变化。在这些材料中,由于Fe离子具有丰富的价态,含有Fe离子的氧化物具有广泛可调的MIT特性,在电子应用方面具有潜在的应用前景。聚焦于六类具有典型MIT特性的铁基氧化物(Fe2.5+–Fe4+),铁基氧化物MIT中的共同特性在于其MIT通常伴随着与铁的价态相关的电荷有序或电荷歧化。本文综述这些具有MIT特性的铁基氧化物的MIT特性和各自的机制;从潜在相关电子应用的角度,总结了铁基氧化物的临界温度可调性及其电阻的变化规律,并进一步与其他具有MIT性能的材料进行了对比。其中,尤其值得注意的是稀土基四重钙钛矿结构的铁基氧化物在临界温度下触发下可实现大幅度电阻率突变,且其金属绝缘体相变温度可通过稀土组分在宽温度范围调控;但其材料合成依赖于GPa级压力等高温高压极端条件,如何降低该体系材料合成压力并实现放量制备有待进一步探索。
研究论文
石蜡–CaCl2·6H2O添加量对充填体强度和传热特性的影响
李海, 金爱兵, 陈帅军, 赵怡晴, 巨有
2024, 31(1): 60-70. doi: 10.1007/s12613-023-2700-z
摘要:
深井采矿中的高温问题一直是影响工作人员身体健康和生产效率的有害因素,而将相变材料(phase change material, PCM)加入充填料浆中,利用相变材料蓄冷功能降低井下温度,是一种缓解井下高温问题的有效途径。通过室内试验制备石蜡–CaCl2·6H2O复合相变材料,研究新型材料的组成成分、相变潜热以及导热系数,并利用FLUENT软件,模拟PCM的传热特性和加入充填体后的吸热效果得出以下结论。(1) 新型石蜡–CaCl2·6H2O复合材料不仅提高了石蜡的导热系数而且克服了CaCl2·6H2O易溶于水的缺点,两种PCM复合后可优势互补。(2) 推导了石蜡与CaCl2·6H2O复合后新材料的导热系数的计算公式,并从微观上解释了导热系数变化原理。(3) 提出“焓–质配比法”计算非反应型复合PCM的相变潜热。(4) 充填体中添加石蜡–CaCl2·6H2O虽然降低了抗压强度,但提高了其吸热能力,这项研究可为绿色矿山中使用蓄热回填材料提供理论依据。
研究论文
烷基二甲基甜菜碱提高油酸钠对白钨矿的低温捕收能力
王旭, 张政权, 崔艳芳, 李卫, 杨聪仁, 宋灏, 覃文庆, 焦芬
2024, 31(1): 71-80. doi: 10.1007/s12613-023-2718-2
摘要:
提高低温环境下白钨矿的回收率一直都是矿物加工领域研究的热点。本研究通过不同规模的浮选试验评估了不同碳链长度的烷基二甲基甜菜碱提高油酸钠对白钨矿低温捕收能力的效果。并结合红外光谱、X射线光电子能谱、表面张力测量、泡沫性能测试和浮选药剂分散性测试,探究了低温下烷基二甲基甜菜碱和油酸钠的协同作用机制。浮选试验结果表明,当十八烷基二甲基甜菜碱和油酸钠按质量比4:96混合使用时,对白钨矿表现出最优的捕收能力。在8-12°C的低温环境下,可以将栾川低品位白钨矿的粗选回收率提高3.48%,大幅度提升了白钨矿回收的经济效益。机理研究结果表明,十八烷基二甲基甜菜碱不能直接对白钨矿产生捕收作用,而是通过改善油酸钠在低温环境下的分散性和起泡能力,间接提高了低温环境下油酸钠对白钨矿的捕收能力。甜菜碱可以作为一种添加剂的选择引入到油酸钠中,以改善油酸钠的低温捕收性能。
研究论文
软锰矿还原焙烧过程中物相转化精准调控
王若枫, 高鹏, 袁帅, 李艳军, 刘应志, 黄成
2024, 31(1): 81-90. doi: 10.1007/s12613-023-2688-4
摘要:
为实现低品位复杂锰矿资源高效利用,本文提出了矿物物相精准转化新技术,通过矿物物相精准转化技术将软锰矿转化高活性方锰矿,并系统研究了矿相转化过程中矿物物相转变机理。软锰矿在焙烧时间25 min、焙烧温度700°C、CO浓度20at%、总气量500 mL·min−1条件下,可获得二价锰占有率95.30%的焙烧产品,焙烧产品中的锰矿物主要以方锰矿的形式存在。利用扫描电镜和BET比表面积测试法研究了焙烧产品的微观结构演变规律,查明了软锰矿的还原从颗粒表面到内核逐步进行反应历程;采用热力学计算、X射线光电子能谱和X射线衍射分析,明确了软锰矿焙烧过程中的元素价态变化及矿物物相转变历程。
研究论文
微波焙烧–碱浸法由钼精矿制备钼酸钠
张风娟, 刘晨辉, SrinivasakannanChandrasekar, 李英伟, 徐福昌
2024, 31(1): 91-105. doi: 10.1007/s12613-023-2727-1
摘要:
钼酸钠制备工艺存在能耗高、热效率低、三氧化钼原料要求高等缺点,为了实现对钼精矿资源的绿色高效开发,本文提出了微波强化焙烧及碱浸从钼精矿中高效回收钼,并制备钼酸钠产品的新工艺。热力学分析表明了氧化焙烧钼精矿的可行性,升温有利于MoO3的生成。研究了微波焙烧温度、保温时间和功率质量比分别对钼焙砂和浸出产物钼酸钠(Na2MoO4·2H2O)的影响。在优化工艺条件下:焙烧温度700°C、保温时间110 min和功率质量比110 W/g,钼的存在状态由硫化钼转化为三氧化钼。对钼焙砂碱浸制备钼酸钠工艺进行研究,确定优化浸出条件为氢氧化钠溶液浓度2.5 mol/L、液固比2 mL/g、浸出温度60°C、浸出液终点pH为8,获得钼酸钠的浸出率为96.24%。浸出除杂后的钼酸钠的含量达到94.08%。碳酸钠溶液调节浸出液pH可有效分离出铁、铝杂质。本研究避免了传统工艺的不足,利用微波冶金的优势制备出高品质的钼酸钠,为钼精矿的高值化利用提供了新思路。
研究论文
基于氧平衡机理与深度神经网络的转炉吹氧时间混合预测模型
邵鑫, 刘青, 信自成, 张江山, 周涛, 李少帅
2024, 31(1): 106-117. doi: 10.1007/s12613-023-2670-1
摘要:
转炉工序作为炼钢–连铸区段的起始工序,其冶炼周期的大幅波动将严重干扰炼钢–连铸区段的高效调度,阻碍生产的稳定运行。转炉吹氧量是转炉冶炼过程重要的工艺参数之一,对转炉冶炼周期具有直接影响。本文建立了一种基于氧平衡机理(OBM)与深度神经网络(DNN)的转炉吹氧时间混合预测模型。混合模型通过三步法来实现转炉吹氧时间预测。首先,分别优化OBM模型与DNN模型,并应用OBM模型与DNN模型来预测转炉氧气消耗体积;其次,针对OBM模型与DNN模型的预测结果,通过优化求解得到更精准的氧气消耗体积;最后,根据各炉次的转炉供氧强度获得转炉吹氧时间。通过收集自中国某中大型炼钢厂的实际数据对所提混合模型进行了验证,并与多元线性回归模型、氧平衡机理模型以及包括极限学习机、反向传播神经网络和深度神经网络在内的神经网络模型进行了比较。测试结果表明,当采用3个隐含层,各隐含层神经元数为32-16-8,学习率为0.1的网络结构时,所提混合模型具有优于其他模型的性能表现,具备最佳的预测精度与更强的泛化能力。混合模型在±300 m3误差范围内的命中率为96.67%,判定系数(R2)与均方根误差(RMSE)分别为0.6984,150.03 m3;吹氧时间在±0.6 min误差范围内的预测命中率为89.50%,R2与RMSE分别为0.9486,0.3592 min。
研究论文Open Access
激光粉末床熔融多材料M300–CuCr1Zr异种合金的微观组织与热性能
Li Xiaoshuang, Dmitry Sukhomlinov, Que Zaiqing
2024, 31(1): 118-128. doi: 10.1007/s12613-023-2747-x
摘要:
激光粉末床融合(PBF-LB)多材料可以在一个步骤中生产具有三维梯度和附加功能的零件。本文重点研究了具有导热性能的CuCr1Zr与硬质M300工具钢两种界面构型,即M300在CuCr1Zr上和CuCr1Zr在M300上。由于铜和钢的低互溶性,在界面处形成超细晶粒。二者混合区域的大小取决于构型并且引入一组单独的界面层参数其可在0.1–0.3 mm的范围内进行调控。微裂纹和孔隙主要出现在过渡区域。尽管存在裂纹、孔隙等缺陷,与纯M300工具钢相比, CuCr1Zr占50vol%双金属零件的热扩散率显著提高了70%–150%。表明时效热处理可以同时提高CuCr1Zr的热扩散率和M300钢的硬度。
研究论文
运用CALPHAD 方法预测Mg–Al–La 合金的热导率
李鸿霞, 徐文俊, 张宇飞, 杨胜兰, 张利军, 刘斌, 罗群, 李谦
2024, 31(1): 129-137. doi: 10.1007/s12613-023-2759-6
摘要:
Mg–Al合金作为最常用的铸造镁合金,以其卓越的强度和延展性而得到广泛应用,然而由于Al元素的添加导致热导率显著降低。准确预测导热系数是设计高导热镁铝合金的关键先决条件。因此,须建立用于预测与温度和成分相关的热导率的数据库。本研究通过热力学计算设计了六种含有不同Al2La、Al3La、Al11La3相含量以及Al在α-Mg相中固溶度不同的Mg–Al–La合金。实验结果表明,在La量保持恒定的情况下,随着Al含量的增加,合金中的第二相由Al2La相向Al3La相转变,并进一步向Al11La3相转变。其中第二相对Mg–Al–La合金热扩散率的负面影响为:Al2La相 > Al3La相 > Al11La3相。然而,在第二相含量相同但种类不同的三元合金中发现位于α-Mg + Al11La3两相区内且Al在基体α-Mg中固溶度最大的三元合金对应的热导率最小。这表明,与第二相相比,Al在基体α-Mg 中固溶度的增加显着降低了合金的热导率。基于实验数据,采用相图计算(CALPHAD)方法构建了Mg–Al–La体系的热扩散热阻数据库,得到的计算结果与实验结果吻合较好,标准误差为±1.2 W/(m·K)。Mg–Al系合金热导率数据库的建立可以为高导热镁铝合金的设计提供理论指导并拓展其应用前景。
研究论文
极端温度下GH4738镍基高温合金的竞争氧化行为
徐辉, 杨树峰, 王恩会, 刘云松, 郭春雨, 侯新梅, 张延玲
2024, 31(1): 138-145. doi: 10.1007/s12613-023-2687-5
摘要:
GH4738因其优异的抗蠕变性和高温耐腐蚀性被广泛应用于发动机热端部件。然而,高推重比对镍基高温合金的高温性能提出了新挑战。本文通过等温和非等温氧化实验研究了GH4738在极端温度下的氧化行为。借助热重分析仪,观测样品氧化增重现象并绘制增重曲线。借助电子探针、扫描电子显微镜、能谱、X射线衍射仪等检测仪器对样品表面氧化膜的形貌、组成和氧化膜截面的元素分布进行探究。研究结果表明,由于合金元素的竞争性扩散,氧化层分为最外侧的多孔氧化层(OOL)、内侧相对致密的氧化层(IOL)和内部氧化区(IOZ)。氧化层相成分的变化取决于温度和时间。过高的温度会导致IOL/IOZ界面形成大量空隙。在1200°C时,IOL中Cr-rich氧化层的连续性被破坏,致使氧化膜发生剥落。氧化时间的延长导致Al-rich氧化物颗粒的尺寸随着IOZ的加深而增大。基于此,讨论了GH4738的氧化动力学,采用RPP模型描述和预测了GH4738在900–1100°C下的氧化行为,可为GH4738的高温应用提供实验基础和理论依据。
研究论文
放电等离子体烧结的含钨难熔高熵合金
Yongchul Yoo, Xiang Zhang, Fei Wang, Xin Chen, Xing-Zhong Li, Michael Nastasi, Bai Cui
2024, 31(1): 146-154. doi: 10.1007/s12613-023-2711-9
摘要:
WTaVCr难熔高熵合金是聚变堆中面向等离子体部件的一种新型候选材料。本研究用一种机械合金化结合放电等离子体烧结的粉末冶金工艺来制备这种合金。 通过X射线衍射,能量色散X射线谱和选区电子衍射分析,高熵合金样品包含体心立方结构的难熔高熵合金基体和钽钒氧化物颗粒两种相。热力学计算表明,钽和钒的高氧亲和力可以解释钽钒氧化物的形成。电子背散射衍射揭示高熵合金的平均晶粒尺寸为6.2 μm。WTaVCr在室温下的抗压强度为2997 MPa,微米和纳米硬度都显著高于钨和其他文献报道过的含钨高熵合金,其高洛氏硬度能够保持到1000°C。
研究论文
航空铝合金高耐蚀耐磨化学镀Ni–P梯度镀层
王波, 李佳蔚, 谢治辉, 王更杰, 余刚
2024, 31(1): 155-164. doi: 10.1007/s12613-023-2689-3
摘要:
铝合金具有极其优秀的物理性能,故而广泛应用在航空、汽车、电子等高端领域。但在严酷的航空环境中,由于铝的化学性质活泼,极其容易形成氧化膜,这层薄的氧化膜耐腐蚀性能差,同时其自身还存在硬度低和耐磨性差等缺点。为了克服铝合金性能方面的缺点,本文在航空铝合金表面制备了由不同磷含量的Ni–P化学镀层组成的Ni–P合金梯度镀层。采用多种表征和电化学方法对不同Ni–P镀层的形貌、相结构、元素组成和耐蚀性进行了表征。梯度涂层具有良好的附着力和耐腐蚀磨损性能,使铝合金能够在恶劣环境中应用。结果表明,二次浸锌对获得良好的结合力(81.2 N)至关重要。即使在弯曲试验(角度大于90°)后,最佳涂层也不会剥落和碎裂,并且在35°C下进行500 h中性盐雾试验后,目测未见腐蚀。高耐蚀性归因于三种不同镍合金层中这些微缺陷的错位和外层高P含量的非晶态结构。这些研究结果为探索满足复杂恶劣航空环境下铝合金零件高应用要求的功能梯度涂层提供了依据。
研究论文
N掺杂石墨烯量子点修饰的N-TiO2/P掺杂多孔g-C3N4纳米管复合光催化剂用于降解抗生素和产氢
袁静舒, 张瑶, 张笑妍, 张俊杰, 张深根
2024, 31(1): 165-178. doi: 10.1007/s12613-023-2678-6
摘要:
仅响应紫外光(~3.2 eV)和光生电荷复合率高是纯TiO2的两个主要缺点。本文联合N掺杂石墨烯量子点(N-GQDs)、形貌调控和异质结构筑合成了N-GQD/N掺杂TiO2/P掺杂多孔中空g-C3N4纳米管(PCN)复合光催化剂(简称G-TPCN)。最佳样品(掺杂0.1wt% N-GQD的G-TPCN,记为0.1%G-TPCN)的光吸收性能显著增强,归因于P/N元素掺杂改变带隙、管状结构改善光捕集以及N-GQDs的上转换效应。此外,0.1%G-TPCN内部电荷分离和转移能力显著提高,其载流子浓度分别是N-TiO2、PCN和N-TiO2/PCN (TPCN-1)的3.7倍、2.3倍和1.9倍。这一结果归因于N-TiO2与PCN之间形成的Z型异质结、N-GQDs优异的电子传导能力及多孔纳米管结构缩短电荷传输距离。与N-TiO2、PCN和TPCN-1相比,0.1%G-TPCN在可见光下产H2活性分别提高了12.4、2.3和1.4倍,环丙沙星(CIP)降解率分别提高了7.9、5.7和2.9倍。优化的性能得益于出色的光响应能力及提高的载流子分离和迁移效率。最后,提出了0.1%G-TPCN的光催化机理及CIP可能的五种降解途径。本研究阐明了多种改性策略协同提高0.1%G-TPCN光催化性能的机制,为合理设计新型光催化剂用于环境修复和太阳能转换提供了一种潜在方法。
研究论文
通过添加 Mg2+ 实现双离子载流子存储,制备高能量长寿命的锌离子混合电容器
张钧杰, 武祥
2024, 31(1): 179-185. doi: 10.1007/s12613-023-2724-4
摘要:

锌离子混合电容器(ZHCs)作为新一代锌离子储能系统,由于将电池和超级电容器完美结合,近年来引起了研究者的极大兴趣。然而,其较低的能量密度和循环能力需要进一步提高。因此,构建一种可行的储能系统对提高ZHCs的电化学性能至关重要。本文制备了以活性炭(AC)作阴极,商用锌箔作阳极,硫酸锌做电解液的AC//Zn混合电容器。通过添加不同浓度的硫酸镁调控电解液,并采用显微组织观察、电化学测量和恒电流放电试验研究了电解液中不同Mg2+含量与充放电性能的关系。结果表明,适当的增加Mg2+可以有效地提升电化学性能。加入1 M Mg2+的AC//Zn在1A/g电流密度下,比容量可达82 mAh·g−1,并且在10000圈充放电循环后容量保持率达到91%。 这些优异的性能由于Mg2+的加入展示了一种自我修复的静电屏蔽效应,以抑制阳极表面的锌枝晶和副产物的生成,它还促进了电子的转移,使法拉第氧化还原反应得以进行,从而产生大的比电容。因此,AC//Zn系统由于其优异的充放电性能和循环稳定性,在未来的储能器件中显示出潜在的应用前景。

研究论文
Na2O–V2O5–Nb2O5–P2O5玻璃体系介电特性及弛豫过程的固态阻抗谱研究
Sara Marijan, Luka Pavić
2024, 31(1): 186-196. doi: 10.1007/s12613-023-2744-0
摘要:
采用固态阻抗谱(SS-IS)研究了添加Nb2O5引起的结构改性对四元混合玻璃成型剂(MGF)体系35Na2O–10V2O5–(55−x)P2O5xNb2O5 (x = 0–40, mol%)的介电性能和弛豫过程的影响。介电参数,包括介电强度和介电损耗,由频率和温度相关的复介电常数数据确定的,揭示了Nb2O5含量对介电强度和介电损耗的显著依赖性。从以磷酸盐为主的玻璃网络(x < 10,区域I)到混合铌酸盐-磷酸盐玻璃网络(10 ≤ x ≤ 20,区域II)的转变导致介电参数增加,这与观察到的直流(DC)电导率趋势相关。在以铌酸盐为主的网络中(x ≥ 25, III区),Nb5+离子的高度极化性质导致介电常数和介电强度进一步增加。这在Nb-40玻璃陶瓷中尤为明显,该玻璃陶瓷含有具有钨青铜结构的Na13Nb35O94晶相,在303 K和10 kHz时,其介电常数最高为61.81,损耗因子最低为0.032。通过模量形式化和复阻抗数据分析的弛豫研究表明,直流电导率和弛豫过程受相同的机制影响,并归因于离子电导率。与电模量虚部M″(ω)的频率依赖性为单峰的玻璃相比,Nb-40玻璃陶瓷在相似的弛豫时间下表现出两种不同的特征。高频峰表示整体离子电导率,而额外的低频峰与晶界效应有关,这通过等效电路(EEC)模型得到了证实。介电常数和电导率谱的标度特征以及电模量验证了时间-温度叠加,并证明了Nb2O5掺入后玻璃结构的组成和改性与时间-温度叠加有很强的相关性。
研究论文
具有宽频电磁波吸收性能二氧化钛包覆羰基铁复合吸波材料的制备
苏强, 王涵群, 何云飞, 刘冬冬, 黄小萧, 钟博
2024, 31(1): 197-205. doi: 10.1007/s12613-023-2707-5
摘要:
电子设备的广泛应用所产生的电磁污染不仅影响敏感电气设备的正常运行,而且威胁着人体健康。电磁波吸收材料的应用可以有效地解决日常生产生活中的电磁污染问题。由于羰基铁在高频率下具有更高的饱和磁化强度和Snoek极限,使得其成为宽频吸收材料的理想材料之一。但是羰基铁的吸波应用也面临着一些局限性。例如,碳基铁的强氧化性导致其在高温环境中容易氧化,且其阻抗匹配差,往往导致阻抗失配,使电磁波无法有效进入羰基铁内部。在本文中,我们基于钛酸异丙酯的水解特性,提出了一种简单的二氧化钛包覆羰基铁(CIP@TiO2)复合吸波材料的制备工艺。具体步骤为以钛酸异丙酯为钛源,在无水乙醇中实现了CIP@TiO2的表面改性工艺,得到了CIP@TiO2复合吸波材料。由于羰基铁包覆了二氧化钛,CIP@TiO2复合吸波材料的介电参数显著降低,而其磁参数基本不变,这使得CIP@TiO2的阻抗匹配明显提高。此外,羰基铁和二氧化钛之间的非均相界面极化进一步增强了CIP@TiO2的电磁波吸收性能。电磁波吸收测试表明,CIP@TiO2的最小反射损耗可达−46.07 dB,当其厚度为1.5 mm时,有效吸收带宽可达8 GHz。CIP@TiO2的电磁波吸收性能在电磁波吸收强度、材料涂层厚度、有效吸收带宽等方面均有明显提高。在羰基铁表面涂覆二氧化钛后,CIP@TiO2的氧化起始温度约为400℃,而未涂覆的羰基铁的氧化起始温度约为250℃。同时,CIP@TiO2的最大氧化速率温度提高到550℃左右。
研究论文
石煤基复合相变材料的储热性能强化研究
谢宝珊, 马欢, 李传常, 陈荐
2024, 31(1): 206-215. doi: 10.1007/s12613-023-2682-x
摘要:
充分利用石煤(SC)的矿物特性和提钒后石煤的二次利用潜力,将高潜热相变材料(PCMs)与低成本矿物相结合,开发出高效复合相变储热材料。本文以经焙烧和酸浸协同提钒处理的石煤为基体、硬脂酸(SA)为 PCM、膨胀石墨(EG)为导热粒子,制备了石煤基复合相变储热材料。系统探究了不同焙烧温度和焙烧时间下原矿石煤的提钒效果,研究了提钒后石煤对复合材料负载能力和热导率的影响。结果表明,经900°C 焙烧3 h和硫酸酸浸协同处理的原矿石煤,获得了最佳提钒效果(钒浸出率35.92%);提钒作用提高了基体的比表面积,并提升了复合材料的负载量6.2%;采用石煤为基体强化了相变材料的导热性能,添加 3wt% EG分别提高了复合材料的负载能力和导热率127% 和 48.19%;所设计的复合材料具有高负载率(66.69%)和高热导率(0.59 W·m−1·K−1),其相变温度为 52.17°C,熔化潜热为 121.5 J·g−1,并具有良好的化学相容性。本工作提出二次开发石煤特性制备复合相变储热材料的新方法,在建筑节能领域的具有极大的应用前景。