超级绝热型防火材料的研究进展及其在城市地下空间的应用展望

超级绝热型防火材料,是一种具有纳米孔隙结构及超低导热系数的无机材料,可分为溶胶-凝胶法气凝胶复合材料和气相法氧化物纳米粉末基材料两种.其基础组成氧化物为SiO2和更高熔点的Al2 O3、ZrO2,且研究发现合适的复合组元比单组元在火灾温度下具有更好的耐热稳定性.红外遮光剂是显著降低材料高温导热系数的关键组分,通过比红外消光系数测定以及基于Mie散射理论等的数值计算为红外遮光剂的合理选择提供了依据.超级绝热型防火材料,具有高效防火的特点,只要很小的厚度就能达到较高的耐火等级.随着气凝胶材料从超临界干燥向常压干燥的发展,以及超级绝热型防火材料总体生产成本的降低,这种材料将在城市地下空间被动防火系统中发挥重要的作用.     

材料微结构对红外发射率的影响

低发射率红外伪装材料主要采用金属材料、ATO材料和光子晶体材料,由于机械物理性能限制,难以满足工程伪装多波段兼容性要求.利用后向散射效应研制低发射率红外伪装材料是一种全新的技术途径,其主要机理是通过对红外透明材料发泡,在材料内部形成微气室空腔,使入射光线在材料内部的传输过程中发生多次反射,从而提高材料的综合反射效果.对微泡结构材料内部的后向散射效应进行了深入研究,建立了非均匀涂层光线传输模型,并定量分析了材料的物性参数和结构参数对材料表面等效发射率的影响.     

尖晶石氧化物能量和结构的第一性原理计算和机器学习

正尖晶石氧化物AB正尖晶石氧化物AB_2O4结构,可通过对A和B位点分别置换73种元素产生5 329种原子构型.利用高通量第一性原理方法计算了这5 329种正立方尖晶石氧化物结构的形成能和晶格常数,并提出了 "中心-环境"(center-environment,CE)特征模型,构建同时包含局部成分和结构信息的特征作为机器学习(machine learning,ML)方法的输入变量.结合第一性原理计算数据,使用随机森林算法开发了机器学习模型,准确有效地预测了尖晶石氧化物结构的形成能和晶格常数.通过比较机器学习预测的假想结构与实验结构的形成能,预测出了 361种更稳定的新尖晶石氧化物结构.讨论了与尖晶石氧化物稳定性相关的"好"与"坏"的构成元素,有助于指导实验合成新的、稳定的尖晶石氧化物.     

基于第一性原理计算Co基尖晶石MCo2O4(M=Fe,Mn, Cu,Ni)磁性和电性

利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理对Co基尖晶石氧化物MCo₂O₄(M=Mn, Fe, Ni, Cu)的电子结构和磁学性质进行了计算，得出Co基尖晶石氧化物的稳定结构，总结了这些化合物呈正尖晶石和反尖晶石分布时的电子结构和磁构型.比较计算CoFe₂O₄和FeCo₂O₄发现改变阳离子的分布会影响材料的电学性质，通过研究得出，Co基尖晶石氧化物结构为正尖晶石的材料都具备铁磁性，结构为反尖晶石的材料都具备亚铁磁性.     

Zn2SnO4复合氧化物气敏特性研究

采用烧结法合成Zn_2SnO_4复合氧化物,具有反尖晶石结构的弱N型半导体材料,其气敏性能引人注目,尤其是对乙醇具有较高的灵敏度和选择性.当掺入少量氧化物杂质,可以看到灵敏度和最佳工作温度都有所改善,其中以稀土氧化物效果为最佳.     

Fe2O3基红外辐射材料发射率影响因素研究

通过分析Fe2O3基红外辐射涂料不同温度下的发射率曲线,研究了影响红外辐射涂料发射率的一些重要因素,并对它们影响机理,通过x射线衍射光谱分析进行了初步探讨.试验结果表明:涂料中加入非金属氧化物SiC可以提高发射率;0.1 mm是涂层的最佳厚度;合理控制预处理工艺可以提高发射率.     

双钙钛矿Sr2-xKxCOSbO6(0≤x≤0.4)系列氧化物结构及电学性质

采用传统的固相反应法合成了系列多晶样品Sr2-xKxCoSbO6(0≤x≤0.4),利用粉末X线衍射(XRD)和红外光谱对系列氧化物的晶体结构进行了表征,它们都属于单斜晶系,空间群为P21/n.通过标准的四引线法测量了材料的电性能,在300～473 K温度内样品呈现典型的半导体性质,进一步研究了样品的导电机制.     

烧结对铋修饰尖晶石锂锰氧化物电化学性能的影响

用高温固相法合成了铋修饰锂锰氧化物,研究了烧结对样品结构及电化学性能的影响.结果表明:烧结使尖晶石型锂锰氧化物的结晶更加完整,有利于材料电化学性能的稳定.     

失效红外低发射率涂层发射率测量及分析

红外低发射率涂层容易产生鼓泡、脱落、磨损、划痕、积污等问题。为了保证红外低发射率涂层具有较长的使用寿命,需要对红外低发射率涂层在使用过程中的性能状态进行及时测量评估。采用便携式红外发射率测量仪和便携式红外热像仪对5种温度条件下的脱落、划痕和积污涂层进行对比测试,研究发现：脱落和积污对红外低发射率涂层的影响较大,划痕也将使得红外低发射率涂层的发射率增大,划痕宽度和划痕间距对发射率的影响程度需要及时定量地测量及评估;基于反射法的便携式发射率测量仪受测量区域的涂层粗糙度等表面状态影响较大,而便携式红外热像仪测量结果受温度影响较大。     

高热震稳定性红外辐射节能涂料的制备与性能

以MnO2、Fe2O3、CuO、Co2O3等过渡金属氧化物为原料,经高温固相反应形成具有尖晶石结构的红外辐射粉料,并进一步与莫来石高温焙烧制备复合红外辐射粉料,然后与硅酸盐粘接剂混合制备了高热震稳定性的红外辐射涂料.对材料的结构、理化性能以及耐热震稳定性进行了研究,结果表明:所制备的具有尖晶石结构的红外辐射粉料和复合红外辐射粉料均具有优良的红外辐射性能,室温全波段辐射率分别为0.91和0.90,各个波段内的法向辐射率均在0.92以上;涂覆复合红外辐射涂料后,高铝砖的辐射吸热和热交换能力明显增加,600℃时蓄热能力提高4.99%,1200℃时蓄热能力提高20.98%;复合红外辐射涂料的膨胀系数和基体膨胀系数匹配性较好,具有良好的耐热震稳定性.     

Preparation of high emissivity NiCr<Subscript>2</Subscript>O<Subscript>4</Subscript> powders with a spinel structure by spray drying

Spray-drying was used to produce the high emissivity NiCr₂O₄ powders with a spinel structure. Preliminary investigations focused on fabricating the high emissivity powders for infrared radiation coatings and finding the relationship between microstructure and emissivity. The NiCr₂O₄ powders were characterized for composition, microstructure, and infrared emissivity by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), infrared radiant instrument, and Fourier transform infrared spectra (FT-IR). Thermogravimetry and differential thermal analysis show that the appropriate baking temperature for NiCr₂O₄ powder preparation is about 1200°C. The emissivity measurement and FT-IR spectra show that, because of the special spinel structure, the NiCr₂O₄ powders have a high emissivity about 0.91. Spray-drying is a suitable method to produce the high emissivity ceramic powders.     

Synthesis of NiCr<Subscript>2</Subscript>O<Subscript>4</Subscript> spinel coatings with high emissivity by plasma spraying

Air plasma spraying (APS) was used to produce high emissivity coatings with a NiCr₂O₄ spinel structure. The relationship between the emissivity and the crystal structure was investigated. X-ray diffraction (XRD) analyses show that NiCr₂O₄ spinel has been fabricated with the space group Fd3m. Scanning electron microscope (SEM) photographs show that the coating consists of a laminated structure with homogeneous grains and high porosity because of the unique feature of plasma spraying. The emissivity measurement and Fourier transformation infrared radiation (FT-IR) spectra show that NiCr₂O₄ has a high emissivity of about 0.91 because of its special spinel structure. APS is a suitable method to produce high emissivity coatings.     

尖晶石型铁氧体红外辐射陶瓷的结构与性能研究

采用Fe2O3、MnO2、CuO、Co2O3为主要原料,制得铁氧体样品.测量了样品的红外辐射率,用XRD分析了样品的物相,用SEM研究了样品的微观形貌,用EPMA研究了样品的元素面分布,用XPS研究了样品中Fe、Mn、Co、Cu元素的价态分布.结果表明,样品的红外辐射率很高,全波段辐射率高达0.87,8～14!m光谱辐射率均大于等于0.90,是优良的红外辐射陶瓷;样品中,CoFe2O4和MnFe2O4、CuFe2O4、CuMn2O4等彼此以固溶体的形式存在,形成了复杂的多组份铁氧体,基本属于混合尖晶石型结构,结晶良好;铁氧体中,Fe、Mn、Co元素离子均以三价和二价共存.     

高发射率陶瓷涂层可延长耐火材料的使用寿命

高发射率陶瓷涂层可有效地阻止那些通常可透过并破坏耐火材料的氧化物、气流等流体的扩散,从而提高耐火材料的使用寿命、炉温均匀性,减少能耗。经过3年的监测,高发射率陶瓷涂层被证明可减少能量消耗和提高耐火材料的使用寿命。     

金属颜料对保温涂料发射性和反射性的影响

论文基于高原、严寒及寒冷地区对外墙涂料光学性能的要求,研究涂料组分中各类金属颜料对其红外发射率及太阳能反射比的影响。研究结果表明：金属颜料能显著降低油性涂料的红外发射率;颜料种类、掺量及形貌对涂料的发射率有较大影响;铜粉对油性涂料发射率的降低效果最好;发射率随颜料掺量的增加而降低,在40%~50%范围内达到最低;同掺量下片状铜粉在油性涂层中的效果优于球状的;漂浮型铝颜料对油性涂料发射率的降低效果优于非漂浮型铝颜料。水溶性金属铝粉能显著降低水性涂料的红外发射率,红外发射率和太阳能反射比均随铝粉的粒径增大而下降。上述各类涂料涂层的红外发射率均可达到0.35~0.45、太阳能反射比0.39~0.56,基本符合采暖地区外墙涂料光学性能的要求。     

红外辐射加热过程分析

根据物体对辐射的吸收理论，阐明当光辐射波长与金属氧化物共振吸收波长匹配时，辐射能量将全部被吸收。由一定成分的金属氧化物组成的红外涂料，将产生特定波段的红外辐射，在金属加热过程中红外辐射传递将起着快速加热的作用。     

基于红外热像仪的物体表面发射率测量方法

目前利用红外热像仪难以测得物体准确的发射率，因此根据红外热像仪对物体的输出响应，提出了一种新的利用红外热像仪精确测量物体发射率的方法.该方法针对双参考体方法计算公式中n取值不准确之处加以改进，推导出了物体发射率新的计算公式，系统地分析了该方法精确测量物体发射率的条件，建立了一套完整的利用红外热像仪精确测量物体发射率的方法.实验验证表明该方法可获得满意的测量结果.     

碳包覆改性尖晶石型LiMn_2O_4正极材料研究进展

尖晶石型LiMn_2O_4正极材料因其高电压、低成本、高安全性等优点被广泛研究和应用,但其充放电过程中Li~+的嵌/脱会伴随着锰的溶解、电解液的腐蚀和Jahn-Teller效应等问题,使得电化学性能变差.表面包覆和离子掺杂是有效改善LiMn_2O_4容量衰减和提高其循环稳定性的主要方法.其中,表面包覆材料通常有各类碳材料、氧化物、氟化物、金属单质和磷酸盐等.综述了不同碳源和方法对LiMn_2O_4进行碳包覆后的性能影响,展望了碳包覆对LiMn_2O_4正极材料未来的研究方向与发展前景.