锂离子电池负极材料Li4Ti5O12的研究进展

Li₄Ti₅O₁₂材料具有稳定、安全、寿命长等显著优点,是锂离子电池负极材料的研究热点。介绍了Li₄Ti₅O₁₂的结构特点和储能机制,对制备Li₄Ti₅O₁₂的高温固相合成法、微波合成法、溶胶凝胶法以及其他制备方法进行讨论和概述,同时对离子掺杂、表面包覆和形貌调控等改性研究进行了总结和评述。最后,对Li₄Ti₅O₁₂的发展前景进行了展望。     

Cu/Ni3Ti原位复合材料的显微组织和力学性能

通过真空电弧熔炼法制备了Cu/Ni₃Ti原位复合材料。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、显微硬度计和纳米压痕仪分别测试了Cu/Ni₃Ti原位复合材料的相组成、微观组织形貌、显微硬度和弹性模量。结果显示,Ni₃Ti相在铜基体中呈针状分布,且铸锭边缘与心部平均晶粒直径分别约为1.74和249 μm。Cu/Ni₃Ti原位复合材料在时效温度为550℃时的强化效果最佳,此时铜基体与Ni₃Ti相的显微硬度最大值分别达到了174和209。在热处理后,Ni₃Ti相的最大硬度和弹性模量分别达到10.5 GPa和249.7 GPa,远高于Cu基体,Ni₃Ti相是一种理想的增强相。     

Li3O+超碱团簇的结构及储氢性能的理论研究

采用杂化密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,在6-311++G (d, p)基组水平上对Li₃O ^{0, +}超碱团簇的几何结构和稳定性进行理论计算,并研究了Li₃O⁺团簇的储氢性能。结果表明,Li₃O⁺团簇结构相比中性Li₃O团簇结构的动力学稳定性要高。氢分子在Li₃O⁺团簇表面能以介于物理吸附与化学吸附之间的形式吸附,每个Li原子最多可以有效吸附三个H₂,储氢质量分数可达33.01 wt%。H₂分子在Li₃O⁺团簇表面的平均吸附能范围为1.959~3.591 kCal/mol,该吸附能满足在近室温条件下可逆吸放氢反应的热力学要求。     

Al2O3对Mo-W-Co高温合金力学性能的影响

通过改变Mo-W-Co高温合金中Al₂O₃的含量,研究Al₂O₃对Mo-W-Co高温合金硬度和耐磨性能的影响.采用球磨、压制成形和真空烧结等工艺制备Mo-W-Co-Al₂O₃高温合金,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和金相显微镜(OM)对制备好的合金的相结构、形貌和粒度进行分析,并测试合金的硬度和耐磨性能.结果表明:添加Al₂O₃能提高Mo-W-Co高温合金的硬度和耐磨性能,当w_Al2O3为5%时,Mo-W-Co高温合金的硬度和耐磨性能达到最佳效果;在真空烧结时,Al₂O₃在合金中形成了γ-Al₂O₃相,是影响合金组织和性能的关键相.     

Bi7O9I3的制备及光催化氮氧化物去除

利用简易溶剂热—球磨法制备了n型半导体Bi₇O₉I₃，并对其组分、光学性质、电化学性质进行了分析表征。结果表明：球磨使粉末材料的颗粒尺寸减小、带隙略微变宽，产生的光生电子和空穴更容易迁移和分离，这都有助于增强体系的光催化氮氧化物（NO_x）的去除能力。在可见光照射下，溶剂热—球磨法制备的Bi₇O₉I₃可去除体积分数40%的NO，明显高于溶剂热法制备的Bi₇O₉I₃的活性。物种捕捉试验表明，光催化过程中起主要作用的是超氧自由基和空穴，据此初步推测了Bi₇O₉I₃的光催化机制。重复试验表明，溶剂热—球磨法制备的催化剂具有良好的重复利用性和结构稳定性。     

理论研究半金属TiB2的电子结构和光学特性

为了系统地分析半金属TiB₂的能带结构及光学特性，采用密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法，计算分析了TiB₂的电子结构及光学特性。能带结构表明TiB₂具有直接带隙宽度为0.388 eV的半金属材料，在费米能级附近，态密度的价带主要由Ti的3p价电子和B的2p价电子起作用，导带由Ti的3d价电子起主要贡献。从获得的光学特性参数发现在光子能量为0.73 eV处，Ti的4s3p和B的2p电子发生共振，复介电函数的峰值主要出现在低能区，材料对紫外光的最大吸收系数为4.03×10⁵cm^-1。本研究得到的光学特性参数在光电子器件、微电子和紫外探测器等制作方面有着较好的参考作用。     

稀土Sm2O3对WCoB-TiC复相陶瓷组织的影响

以WC、TiB₂、Co粉末为基本原料,添加稀土Sm₂O₃为抑制剂,采用真空液相反应烧结技术制备WCoB-TiC复相陶瓷材料,利用XRD、SEM和EDS对其微观形貌和相组成进行表征。结果表明,添加一定量稀土Sm₂O₃后,WCoB-TiC复相陶瓷晶粒细小且分布均匀,晶粒的长大得到抑制;随着稀土Sm₂O₃的过量加入,复相陶瓷中有棒状晶粒出现,晶粒有粗化的趋势。在1400℃下烧结时,当Sm₂O₃添加量为0.3%时,制成的WCoB-TiC复相陶瓷材料密度达到10.01g/cm³,硬度HRA达到 91。     

Al2O3/WO3/ZrO2催化剂的制备及在酯交换反应中的研究

以松木为模板,采用模板法将不同含量的Al₂O₃添加到WO₃/ZrO₂复合氧化物中,采用X射线衍射、BET比表面积分析、拉曼光谱和NH₃等温吸附测试等手段对其进行表征,以评估其改进结果。将Al₂O₃/WO₃/ZrO₂催化剂应用到甲醇与乌桕油（非食用油）的酯交换反应中,在其他反应条件相同,Al₂O₃质量分数为3%时,生物柴油最高产率达到83.1%。结果表明：添加Al₂O₃稳定了ZrO₂的四方相结构,使得催化剂比表面积更大、孔数量增加;模板法制备的催化剂孔径分布均匀,WO₃呈高度分散无定型状态;引入Al₂O₃增加了WO₃/ZrO₂催化剂的中强酸性,对弱酸性和强酸性无明显改变。     

纳米原料制备Na0.7CoO2多晶

 按照化学摩尔配比计算原料、采用固相反应法合成了Na_0.7CoO₂样品,XRD测量结果表明合成的Na_0.7CoO₂是单相多晶.在冰水混合物温度下测量的Raman光谱证明了合成的Na_0.7CoO₂多晶具有成分准确和物相单一的特点.分析表明粒径为20～5nm的Co₃O₄原料具有高的烧结驱动能和大比表面积,这是烧结Na_0.7CoO₂多晶不需氧气保护、温度较低的主要因素.     

CH2(X3B1)分子的结构与解析势能函数

 运用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法在6-311++G^**水平上,对基态CH₂分子的结构进行了优化计算,得到CH₂分子的稳定结构为C_2v构型,电子态为X³B₁,平衡核间距R_CH=0.1072nm、离解能D_e=8.034eV,用多体项展式理论推导了基态CH₂分子的解析势能函数,其等值势能图准确再现了基态CH₂分子的结构特征及其势阱深度与位置.     

新型超硬材料I-4碳的第一性原理研究

应用基于粒子群优化算法的卡里普索(CALYPSO)晶体结构预测方法 ,发现了一种新型的具有四方结构的C的同素异形体,空间群为I-4,将其命名为I-4碳.利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法对I-4碳的电子能带结构、电子态密度、声子谱、弹性常数以及体弹模量进行研究.计算结果发现:I-4碳动力学稳定,并且具有较大的体弹模量(432.12 GPa)和剪切模量(488.46 GPa);同时,从理论上算出其维氏硬度值可达到83.35 GPa.计算结果表明:I-4碳有望成为一种潜在的超硬材料.     

第一性原理研究c-BN和h-BN的弹性性质与电子结构

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对c-BN和h-BN的弹性性质和电子结构进行理论计算,通过Voigt-Reuss-Hill方法计算得到多晶体的体模量、切变模量及杨氏模量.结果表明:c-BN和h-BN的弹性模量分别为913 GPa和239 GPa,切变模量分别为409 GPa和98 GPa,硬度分别为67和16 GPa.K/G和泊松比均表明2种化合物具有很大的脆性.同时,根据计算得到的2种化合物的电子结构图进一步分析了二者弹性性质的差异.     

混凝土压缩损伤参数的尺寸效应分析

浇筑标准及非标准尺寸混凝土试件,以掺入引气剂模拟初始损伤,研究混凝土压缩损伤参数的尺寸效应,当非标准尺寸试件在m(引气剂)∶m(水泥)=0、0.001、0.002和0.003时,其弹性模量随引气剂量的增加而减小,分别为32.76、28.77、26.80和26.29 GPa,经由损伤理论对实验数据的拟合分析,得出混凝土的无损弹性模量为36.38 GPa,初始弹性模量为32.76 GPa,峰值弹性模量为26.7 GPa。拟合分析结果可验证损伤参数尺寸效应的一般规律,并可导出大尺寸试件的损伤参数。     

氯化钠结构相变和弹性性质的第一原理计算

基于第一性原理平面波赝势密度泛函方法，研究了NaCl的高压结构相变和弹性性质．计算结果表明，在零温下NaCl从B1结构到B2结构的相变压强为29．7GPa,这与实验值和其它的理论计算结果符合的很好．利用准谐德拜模型，讨论了NaCl在0-70GPa范围内下的德拜温度θ、压缩波速度Vp和剪切波速度Vs．     

热解碳的纳米硬度及弹性模量

借助纳米力学测试系统的纳米压痕法,测定了高温处理前、后的纯热解碳和3D正交编织碳/碳复合材料中热解碳的纳米硬度和弹性模量,讨论了加载和卸载过程的载荷 位移特征.测试结果表明,热解碳在高温处理前,只发生弹性变形,高温处理后不仅发生弹性变形,也产生塑性变形.测得高温处理前纯热解碳的模量为33.84 GPa,高温处理后的热解碳模量为4.65 GPa,二者的差值是乱层结构向石墨结构转变引起的,3D碳/碳复合材料中的热解碳模量为30.08GPa.     

MX(M=Fe,Ru,Co和Rh, X= Si和Ge) 合金化合物的热力学性质和硬度的第一性原理计算

基于第一性原理,利用赝势平面波法分析MX型合金化合物的结构性质、弹性性质和力学稳定性。计算得到的MSi/Ge的结构参数和形成焓与实验结果以及其他理论计算结果相吻合,结果表明MSi/Ge具有热力学稳定性且易于合成。计算得到了MX型合金化合物的弹性常数、体积模量、剪切模量、杨氏模量、弹性各向同性指标以及泊松比。基于弹性常数,得到了CoSi/Ge和RhSi/Ge的德拜温度-压强曲线。基于计算硬度的半经验模型,计算了该系列物质的硬度。其中,RhSi、FeGe和CoGe具有较高的弹性模量和较低的泊松比,具有成为超硬材料的潜质。     

高压下USe和UTe的结构相变和弹性性质的第一性原理计算

利用基于密度泛函的第一性原理,计算了USe和UTe的压致结构转变和弹性系数的压力效应。压力作用下晶体结构优化的结果显示:二者均发生了从B1结构到B2结构的压致结构转变,转变压力分别为28.4,15.0 GPa,结构转变时伴有体积突变,属于一级相变。弹性系数的计算结果表明:两种化合物的B1相中弹性系数随着压力的增加呈现线性增加的特征;根据晶体力学稳定条件判据,预言了常压下两种化合物的B1结构是一种亚稳相。     

硫化镁晶体的弹性与热力学性质的研究

利用第一性原理超软赝势平面波的方法,对MgS晶体结构进行了几何优化,得到了其晶格参数为0.522 78 nm;在优化结构的基础上计算出带隙为2.873 eV,属于间接带隙半导体;零温零压下的弹性常数为C11=134.02 GPa、C12=38.5 GPa、C44=53.9 GPa及弹性模量B0=70.3 GPa;根据德拜模型近似,由弹性常量计算了德拜温度为557.2 K,并进一步得到定容热容随温度的变化关系,在高温下,热容接近杜隆—珀蒂极限.     

AlN／CrN纳米多层膜的制备及性能的研究

采用多弧离子镀技术制备A1N／CrN纳米多层膜,研究了多层膜调制周期对A1N生长结构的影响以及纳米多层膜的机械性能．结果表明：在小调制周期下A1N会以立方结构存在,并与CrN层形成同结构共格外延生长,使纳米多层膜产生较大的晶格畸变;A1N／CrN纳米多层膜硬度和弹性模量随着调制周期的减小呈现上升的趋势,当调制周期小于8nm时其增速明显增大,并在调制周期为3．8nm时达到最高硬度35．0GPa和最高弹性模量405GPaA1N／crN纳米多层膜的硬度和弹性模量在小调制周期时的升高与c-A1N的产生并和CrN形成的共格结构有关．     

立方氮化硼的电子结构与热力学性质研究

利用第一性原理超软赝势平面波的方法,对立方氮化硼晶体结构进行了几何优化,得到晶格参数为0.359 3 nm;在优化结构的基础上计算得到带隙为4.654 eV,属于间接宽带隙半导体;零温零压下的弹性常数为C11=804.6 GPa、C12=161.2 GPa、C44=463.9 GPa及弹性模量B0=375.7 GPa;根据德拜模型近似,由弹性常量计算了德拜温度为1 924.8 K,并进一步得到定容热容随温度的变化关系,在高温下,热容接近杜隆—珀蒂极限。