二氧化硅气凝胶的性能受热过程的影响

成功地以水玻璃为硅源,经乙醇溶剂替换及六甲基二硅醚和盐酸的混合液对SiO₂湿凝胶表面基团改性后,常压干燥制备出低密度、高比表面积、超疏水、低热导率的高性能SiO₂气凝胶块体.SiO₂气凝胶在室温至400℃附近具有稳定的疏水性能,460℃附近气凝胶由疏水型完全转变成亲水型.重点研究了室温至400℃之间,SiO₂气凝胶的微观结构和物理性能受热处理过程的影响.SiO₂气凝胶即使经过400℃高温热处理后,仍能保持优异的疏水性能、较高的比表面积和较低的热导率等.     

瞬态热冲击下热电材料梁的温度场及热应力分析

基于热电材料特性,通过热电平衡方程和本构方程,得出热电材料梁瞬态模型的控制方程.采用分离变量法结合模型的初始条件和边界条件求出热电材料梁的非线性瞬态温度场,根据热应力理论分析求出瞬态热应力场,利用数学软件MATLAB给出了热电材料梁的呈抛物线分布的瞬态温度场和瞬态热应力场的特性曲线,研究了热冲击载荷下的热电材料梁在热电耦合环境中的热应力分析.讨论了不同时刻温度场和应力场随厚度的变化,以及对比p型和n型Bi₂Te₃热电材料梁热应力特性曲线.结果表明:瞬态温度场受其瞬态项的影响随厚度增加有增有减;瞬态温度场和瞬态热应力场随时间的增加最终趋于稳态不再随时间变化;趋于稳态后的Bi₂Te₃热电材料梁的热应力最值大于瞬态下的热应力最值;p型Bi₂Te₃热电材料梁的热应力总是大于n型Bi₂Te₃热电材料梁的热应力.     

TiO2-SiO2复合气凝胶的常压干燥制备及光催化降解含油污水活性

以钛酸四丁酯和正硅酸乙酯为原料,利用溶胶凝胶工艺制备出不同硅含量的TiO₂-SiO₂复合醇凝胶.结合老化液浸泡和小孔干燥工艺,在常压下干燥得到完整的TiO₂-SiO₂复合气凝胶块体.采用扫描电子显微镜、BET比表面积测试、X射线粉末衍射等测试手段对复合气凝胶的微观结构和物化性能进行了测试和表征.测试结果表明,复合气凝胶具有良好的性能,Ti和Si元素在气凝胶中分布均匀.随着SiO₂含量的增加,复合气凝胶的密度逐渐变小,比表面积增大,孔隙率增加,转变为锐钛矿相的相变温度升高.经高温煅烧晶化处理,复合气凝胶转变为锐钛矿相结构.以乳化后的渤海原油水溶液作为含油污水模拟溶液,测试了复合气凝胶对含油污水的催化降解性能.污水降解结果显示复合气凝胶对渤海原油污水具有较好的催化降解活性.在SiO₂摩尔分数低于30%时,随着硅含量的增加,复合气凝胶的光催化降解率升高;但当SiO₂摩尔分数高于30%后,继续增加SiO₂掺入量,反而造成复合气凝胶催化能力下降.对于SiO₂摩尔分数为30%的复合气凝胶,获得了最佳的催化降解效果,90 min催化降解率达95%.     

块状低密度C/SiO2复合气凝胶的制备

采用溶胶凝胶法结合CO₂超临界干燥工艺制备间苯二酚甲醛/SiO₂（RF/SiO₂）复合气凝胶,RF/SiO₂气凝胶高温炭化得到块状低密度C/SiO₂复合气凝胶研究反应物质量分数对溶胶凝胶过程和热处理过程的影响,考察不同热处理温度对C/SiO₂复合气凝胶孔结构的影响。结果表明:反应物质量分数为13%时,RF/SiO₂气凝胶受热处理工艺的影响较小,炭化温度升高至1200℃对C/SiO₂气凝胶网络结构有明显的改善作用。     

SiO2包覆对爆炸喷涂自敏涂层发光和摩擦性能的影响

采用溶胶-凝胶法在铝酸锶荧光粉表面包覆SiO₂层,以45号钢为基体,采用爆炸喷涂技术制备不同SiO₂包覆质量分数下的SrAl₂O₄∶Eu²⁺, Dy³⁺/Cu-14Al-X自敏复合涂层.对比研究了不同包覆质量分数下铝酸锶粉末与自敏涂层的发射光谱和余辉衰减曲线,复合涂层的摩擦系数与磨损量以及SiO₂包覆质量分数对自敏涂层的发光性能和摩擦学行为的影响.结果表明:SiO₂包覆使得铝酸锶在爆炸喷涂制备过程中得到了保护,提高了涂层的发光性能.随着SiO₂包覆质量分数的增加,复合涂层结构致密度、硬度和耐磨性提高.20%包覆质量分数下铝酸锶粉末硬度为564.5HV,比未包覆铝酸锶粉末的涂层提高了38%.由于破碎后的SiO₂包覆层具有自润滑效果,包覆后复合涂层的摩擦系数相对稳定,15%SiO₂包覆质量分数下复合涂层摩擦系数为0.182,具有最优的摩擦性能.     

CaO–SiO2–Al2O3–4.6wt%MgO–Fe2O3废汽车催化剂熔炼渣系的冶金特性研究

本文系统地研究了废汽车催化剂（SAC）与含铜电镀污泥（CBES）协同熔炼过程中形成的CaO?SiO₂?Al₂O₃?4.6wt%MgO?Fe₂O₃五元渣系的冶金特性。通过傅立叶变换红外吸收光谱、拉曼光谱、FactSage热力学计算和粘度测试研究了该渣系的熔渣结构、熔化温度和粘度特性。实验结果表明,Fe₂O₃含量（3.8wt%?16.6wt%）、CaO/SiO₂质量比（0.5?1.3）和SiO₂/Al₂O₃质量比（1.0?5.0）的提高可以促进硅酸盐网络的解聚,同时以四面体和八面体单元形式存在的大量Fe₂O₃确保了Al3+离子的电荷补偿,使得Al₂O₃仅表现为酸性氧化物。热力学计算和粘度测试结果表明,随着Fe₂O₃含量、CaO/SiO₂比和SiO₂/Al₂O₃比的增加,熔渣中发生硅酸盐网络结构解聚和低熔点相变,促进了熔点和粘度的降低;而进一步增加会导致新的高熔点物相形成,反而导致粘度和熔点回升。根据实验分析,优选的低聚合度、粘度和熔点炉渣组成为:Fe₂O₃含量为10.2wt%?13.4wt%,CaO/SiO₂比为0.7?0.9和SiO₂/Al₂O₃比为3.0?4.0。本研究为SAC和CBES协同熔炼过程中的炉渣设计提供了理论支持。     

Pt掺杂ZnSnO3纳米立方体对ppb级NO2的敏感强化研究

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。     

以双硅源为前驱体调控制备SiO2杂化膜及其脱盐性能

该文以3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)和1,2-双(三乙氧基硅基)乙烷(BTESE)为硅源,采用溶胶-凝胶法制备SiO₂杂化膜.探究了物质的量比例n(APTES):n(BTESE)对SiO₂杂化膜的结构及其脱盐性能的影响.XRD、TEM等表征结果表明:在APTES与BTESE发生水解共缩合反应时SiO₂膜仍是非晶态结构,其结构没有发生变化.在30 ℃下、质量分数为3.5%的NaCl溶液中,当n(APTES):n(BTESE)=5:95时,优化制备的SiO₂杂化膜的水通量为15.6 kg·m^-2·h^-1,盐截留率接近100%.     

合成条件对高硅SSZ-13分子筛膜单气体渗透性能的影响

采用2次水热合成法在多孔莫来石支撑体外表面上制备高硅SSZ-13分子筛膜,考察了合成溶胶中的Si/Al比、晶化时间、晶化温度、H₂O/SiO₂比对合成高硅SSZ-13分子筛膜的单气体渗透性能的影响.高硅SSZ-13分子筛膜的CO₂和CH₄的单气体渗透性能依赖于合成溶胶中的Si/Al比,Si/Al比越高,越有利于气体分离.其次,合成溶胶中H₂O/SiO₂比和晶化条件也能够影响分子筛晶体形貌、分子筛层厚度以及分子筛膜的单气体渗透性能.当合成溶胶的摩尔配比为1.000 SiO₂:0.100 Na₂O:0.100 TMAdaOH:80.000 H₂O:0.005 Al₂O₃,晶化时间和温度分别为48 h和160 ℃时,制备的高硅SSZ-13分子筛膜具有最佳的单气体渗透性能,对CO₂的渗透速率可达到3.0×10^-7 mol· m^-2·s^-1·Pa^-1),CO₂/CH₄的理想选择性为39.     

In2O3多孔有序薄膜的制备及其对丁酮气敏特性

利用气/液界面自组装法和溶液浸渍转移法制备了单层和双层氧化铟多孔有序气敏薄膜,并对其进行了气敏特性测试,同时利用多物理场耦合进行气敏特性仿真研究.结果表明,制备的气敏薄膜具有规则的孔道结构,孔壁呈现为具有大比表面积的片状结构.基于该气敏材料的气体传感器对丁酮表现出优良的气敏特性,单层In₂O₃多孔有序气体传感器在最佳工作温度350℃的条件下对质量分数为100×10^-6的丁酮的灵敏度为15.37,响应时间仅为4.3s;双层In₂O₃多孔有序气体传感器在最佳工作温度375℃的条件下对质量分数为100×10^-6的丁酮的灵敏度为20.45,响应时间为22.7s.仿真结果与气敏特性测试结果吻合较好.     

用加热丝直接测量气敏电阻温度

本文利用白金丝作为直热式烧结型气敏电阻的加热电极，测量其阻值随加热电流变化的情况。据此，通过计算给出气敏电阻温度与加热电流的关系，从而可以了解气敏电阻温度对其气敏特性的影响．     

MEMS微型热敏传感器数值模拟

借助计算流体动力学软件Fluent,采用有限体积法、非定常N-S方程、Realizablek-ε湍流模型及无滑移壁面边界条件对微电子机械系统(MEMS)微型热敏传感器进行三维数值模拟.全面地分析了传感器绝缘层材料、空腔内介质材料以及结构尺寸参数对其灵敏度的影响情况,探讨了提高传感器灵敏度的方法.同时,设计了一款高灵敏度的MEMS微型热敏传感器.数值模拟结果发现,采用具有较低热导率的结构材料及工作气体,隔热效果最佳;合理优化传感器尺寸参数有助于获得较高的灵敏度.该结果对微型热敏传感器的优化设计和实际加工、制造提供了依据.     

一种以SU-8为流道材料的集成微流体

根据微流量传感器测热式原理,利用Comsol多物理场模拟仿真软件,对微流量传感器进行模拟仿真,分析了流量传感器的关键参数对其灵敏性的影响.在此基础上,设计了一种集成在微流体管道内的微流量传感器.以离子束刻蚀方法制作微电极,SU 8负光刻胶直接制作流道,将该负光刻胶与聚二甲基硅氧烷(PDMS)进行键合封装.最后,对该微流量传感器进行了流速测试.     

新型α-Fe_2O_3-SnO_2气敏元件的研制

采用混合盐溶液共沉淀法,我们配制出残存SO_4~(2-)的α-Fe_2O_3-SnO_2气敏材料,通过控制和改善材料的微观构造,提高了不添加资金属催化剂的α-Fe_2O_3的气敏活性。研制出旁热式气敏元件、测试了静态特性。该元件具有成本低、功耗低、输出线性好,不易受乙醇干扰及机械强度高特点。     

气体分子对纳米材料硅石气凝胶热传导的影响

以动态热线法测量不同气压下纯硅石凝胶和ＴｉＯ２掺杂硅石气凝胶的气态热导率,研究ＴｉＯ２掺杂对硅石气凝胶气态热传导的影响。实验结果表明,硅石气凝胶的微孔洞中气体分子热运动受限,考虑气体分子间,气体分子与固体颗粒间撞对气体分子平均自由程影响的气态传导理论能很好的解释实验现象,理论和实验都表明,ＴｉＯ２掺杂硅石气凝胶的气态热导率较大。     

煤气热水器的化学清洗

对煤气热水器管壁水垢的形成原因及其化学成分进行了分析，基于煤气热水器的铜管壁构造特点，采用柠檬酸与表面活性剂复配技术，研究了用化学清洗法除去换热器的铜管壁水垢，恢复热水器性能的方法；使用该清洗方法可以有效保护煤气热水器不受强酸的化学腐蚀，同时又能够延长煤气热水器的使用寿命和提高煤气热水器的热效率。     

二氧化锡材料对异丙醇的敏感特性研究

基于纳米材料SnO_2的气敏元件对大多数的挥发性气体具有敏感性,以SnO_2为基料制备了旁热式异丙醇气敏元件.对比了纯SnO_2气体元件和掺杂ZnO气体元件对异丙醇的气敏特性,通过控制变量法,选择在相同的烧结温度或工作温度下进行测试.结果表明:在烧结温度为400℃,工作温度为300℃的条件下,掺杂为1%ZnO的SnO_2气敏元件对异丙醇气体的气敏特性较好.讨论了SnO_2材料对异丙醇的敏感机理.     

微型触觉传感器敏感单元的分析和测试

对 Ｅ 型方膜结构传感器敏感单元进行了静态特性（ 变形、应力等） 和动态特性（ 固有频率、振型等） 的理论分析和有限元（ Ｆ Ｅ Ｍ） 计算．并采用自反馈光纤式麦克尔逊干涉仪测试了其动态特性参数．这一研究为微型触觉传感器敏感单元的优化设计和应用提供依据和支持     

带有热管热回收装置的燃气热水器系统性能实验研究

设计了一种加装于常规燃气热水器尾部烟道的冷凝式热管换热器,通过实验测试分析了热负荷和进水流量对该换热器蒸发段显热、潜热回收量以及燃气热水器热效率的影响。实验结果表明,燃气热水器热负荷对热管换热器热回收量有重要影响,随着热负荷从0.51 m3/h增加至0.59 m3/h,显热和潜热的回收量分别从2 671 kJ/h增加至3 283 kJ/h、735 kJ/h增加至1 126 kJ/h,燃气热水器的平均热效率能够达到94%,按燃气低位热值计算,最高热效率可达到101%。     

基于氧化石墨烯微加热器的微气泡研究

氧化石墨烯具有良好的光热转换效率,能在微纳米尺度的区域内形成热梯度场。利用氧化石墨烯沉积在微纳米光纤表面可组成微加热器,输入红外光（ASE宽带光源产生的光）,微加热器会加热周围液体,并在微纳米光纤上产生微热气泡和椭圆形微气泡,但两者产生的行为方式不同。结果表明,微热气泡直接形成于氧化石墨烯微加热器表面,而当微加热器置于气液交界面时,椭圆形微气泡则形成于微纳米光纤上。该研究结果加深了对微气泡物理行为的认识,对发展新兴的基于气泡的光热转化设备起到了推动作用。