锂离子电池负极材料NiSi_2嵌锂性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究锂离子电池负极材料NiSi_2的嵌锂路径。首先计算Li嵌入NiSi_2各反应的嵌锂形成能、理论质量比容量和体积膨胀率,然后研究Li_xNi_8Si_4(x=0,1,4)的电子结构,计算其能带结构、态密度和差分电荷密度。研究结果表明:Li嵌入NiSi_2最有可能的3步反应路径为12Li~++12e~-+7NiSi_2→Li_(12)Si_7+7Ni Si,13Li~++13~e-+8NiSi→Li_(13)Si_4+4δ-Ni_2Si和Li~++e~-+δ-Ni_2Si→Li Ni_2Si;Li_xNi_8Si_4呈现出金属特性,Ni-Si之间形成较强的共价键,能够有效缓解嵌锂过程中的体积膨胀,稳定基体骨架,从而提高材料的循环性能。     

扩散连接Al/Ni/0Cr18Ni9Ti复合材料的界面组织

选取纯Ni箔作过渡层,采用真空热压扩散工艺,在加热温度480℃、压力10 MPa、真空度1.0×10-2Pa的工艺条件下,制备了变形铝合金2024和不锈钢0Cr18Ni9Ti双金属复合材料.利用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪和显微硬度仪等测试分析方法,对双金属复合材料的2个连接界面及基体进行了组织、性能分析.结果表明:不锈钢/纯Ni界面形成了宽约8μm的互扩散区,但其过渡区无金属间化合物生成;Al/Ni界面生成了宽约4μm的扩散过渡区,过渡区的相组成为金属间化合物Al3Ni2、Al3Ni及Al3Ni5.     

Ni单晶与外延生长In膜界面化合物的形成

用扰动γγ角关联方法研究了低指数Ni单晶衬底与外延生长In膜界面的互扩散和界面化合物的形成。与Ni/In薄膜系统的结果进行了比较.除观察到相图中已知的全部Ni/In化合物外,发现了一个新的Ni/In化合物.相出现的次序都是从富In相到富Ni相.单晶衬底情况下,相形成与In膜厚度及衬底取向有关.     

固相Ni在含Fe液相Zn中的溶解行为

利用金相显微镜、扫描电镜及能谱分析研究了固相Ni在450℃静止的含Fe液相Zn中的溶解行为,并利用自然对流下的质量传输准数方程和考虑金属间化合物层形成的溶解速率模型,分析了固相Ni在含Fe液相Zn中的溶解速率控制机制.结果表明:固相Ni浸入含Fe液相Zn中会形成与纯液相Zn中相似的γ-Ni2Zn5和δ-NiZn8相层;但由于液相中含Fe,合金层外一定区域内有Γ2-Fe5Zn6Ni89粒子生成;Ni在不饱和Fe液相Zn中的溶解速率控制步骤与在纯液相Zn中相同,为界面反应和合金相层中的扩散速率所控制,而Ni在过饱和Fe液相Zn中溶解的主要控制机制是溶质Ni原子通过液相Zn中浓度边界层的扩散.说明液相Zn中所含的Fe加速了Ni的溶解.     

AuSn/(Ni/AlSi)焊点的界面反应及剪切强度

分别采用双辊甩带快速凝固技术和喷射沉积技术制备AuSn焊料和AlSi合金,研究AuSn/(Ni/AlSi)焊点的界面反应特征及固相老化退火时间对焊点组织和剪切强度的影响。研究结果表明:在300℃钎焊90 s后,AuSn/(Ni/AlSi)焊点形成细小的层状(ζ-Au5Sn)+(δ-AuSn)共晶组织和针状的(Ni,Au)3Sn2相。焊点在200℃固相老化退火不同时间后,共晶组织明显粗化,焊料/基体界面处形成(Au,Ni)Sn+(Ni,Au)3Sn2复合金属间化合物(IMC)层,且随退火时间延长逐渐增大。退火时间达1 000 h时,在(Ni,Au)3Sn2/Ni界面处产生(Ni,Au)3Sn相。当退火时间小于300 h时,焊点剪切强度随退火时间延长逐渐降低,断裂形式主要是发生在焊料/IMC界面的脆性断裂。退火时间继续延长剪切强度基本不变,断裂主要发生在IMC内部,而且从断裂模型沿晶断裂转变为穿晶断裂。     

PECVD SiO_2/InP结构的AES和XPS分析

本文介绍了经不同表面处理制成的PECVD Si为_2/InP 結构的俄歇电子能谱(AES)和X光电子能谱(XPS),分析了SiO_2/InP结构介质层、界面过渡区和体内区的化学组分和组志。并研究了表面处理对SiO_2/InP界面过渡区宽度及其化学物理结构的影响。     

氨辅助浸渍法制备抗烧结Ni/SiO_2催化剂及其甲烷二氧化碳重整反应的性能

以硝酸镍为前驱盐、商品SiO2为载体,采用氨水辅助浸渍法通过改变n(NH_3)/n(Ni)制备了系列Ni/SiO_2催化剂,并将其应用于甲烷二氧化碳重整(DRM)制合成气反应.实验结果表明:在浸渍过程中加入氨水可显著改善Ni/SiO2催化剂的DRM反应活性、稳定性和抗积碳性;随着氨水添加量的增加,催化剂活性相分散度提高,当浸渍液中n(NH_3)/n(Ni)≥6时,经800℃焙烧后催化剂上NiO物种的平均粒径小于5nm.通过改变氨水、SiO_2、前驱盐的浸渍顺序,发现只有用硝酸镍与一定浓度的氨水配成的混合溶液浸渍SiO_2才能获得具有良好分散度的Ni/SiO_2催化剂.氨水与Ni形成的镍氨络合物能够避免在浸渍过程中生成Ni(OH)2沉淀,进而有利于Ni物种在SiO_2表面均匀分散.氨水所形成的碱性环境还可使载体表面Si—O物种部分溶解或"软化",进而促进Ni物种与载体表面相互作用,在后续的焙烧过程中生成与SiO_2具有较强相互作用的Ni物种以及表面镍硅酸盐物种.这些物种具有良好的抗烧结性能,可防止Ni物种在高温下团聚,并在600℃以上通H_2还原后得到分散性良好且具有较强抗烧结性能的金属Ni颗粒.     

等离子喷涂NiCrAl/ZrO2过渡层对FeCrAl/γ-Al2O3结合性能的影响

为改善催化剂中 γ-Al2 O3 分散层与 Fe Cr Al基体的结合力 ,采用等离子喷涂技术在合金表面制备了 Ni Cr Al/Zr O2 混合涂层作为过渡层。利用 X射线衍射仪、扫描电镜和电子探针仪 ,研究了 10 73 K氧化后过渡层的变化 ,并考察了超声振动和热冲击后涂层的剥落情况。结果表明 ,过渡层表面相主要是 Ni和 Zr O2 ;内部组织包括喷涂材料层、氧化物夹杂、孔洞及未熔融颗粒 ;与基体为冶金结合。随着高温氧化时间增加 ,过渡层表面 Ni O晶粒增多并长大 ;内部发生了合金元素互扩散 ;界面处 Ni,Al含量明显增加。这种表面预处理形成了粗糙多孔的过渡层 ,提高了氧化铝分散层与金属基体的粘结力 ,并缓解了界面处的热应力     

激光熔覆Ni-Si基复合涂层组织与性能

利用激光熔覆技术在Ni基高温合金表面制备(Ti,W)C陶瓷增强Ni-Si金属间化合物基复合涂层.通过SEM、XRD、EDS等方法研究涂层相及组织,并测量其显微硬度.结果表明,熔覆层与基体呈冶金结合,结合质量良好;熔覆层主要由Ni固溶体、Ni3(Si,Ti)金属间化合物和(Ti,W)C复相陶瓷组成;熔覆层组织均匀,硬度较高.     

地面用丝网印刷绒面硅太阳电池的研究

本文讨论了具有Ni—Si接触的丝网印刷绒面硅太阳电池的工作原理、制造方法及光电特性。利用电阻率为1Ωcm左右的P型[100]复拉单晶硅制成的φ75mm圆形电池,在AM1.5条件下,开路电压560～580mv,效率9～11％。通过烧结改善了Ni-Si接触,解决了Ni-Si接触电极的牢固度问题。丝网印刷绒面电池的试制成功,为进一步降低地面应用硅太阳电池成本,扩大批量生产能力,提供了新方法。     

添加元素对反应烧结碳化硅导电特性的影响

研究了Ni、Mo和Al元素对反应烧结碳化硅导电特性的影响．试样通过室温、高温电阻率的测定和显微组织分析,可知在室温与高温下,加入Ni、Mo和Al均可明显降低反应烧结碳化硅的电阻率,随着Ni、Mo和Al加入量的增加,碳化硅的室温电阻率也下降．其中,Ni、Mo对反应烧结碳化硅电阻率的影响比Al大．在烧结过程中,Ni、Mo分别与液态Si反应,并在碳化硅粒子界面处生成Ni     

高压条件下几种简单金属的溶化性质

熔化熵和熔化体积是物质的重要热学参量,研究物质在高压条件下的熔化性质有助于推动高压物理、材料科学和凝聚态物理等学科的发展.应用分子动力学方法计算铝、铜、镍、钽、硅5种单质分别在2、4、6和8GPa压强下与熔化有关的参量.计算结果表明:铝、铜、镍、钽4种单质的熔化温度随压强增大而增大,熔化体积增率和熔化熵随压强增大而减小;硅单质的熔化温度和熔化熵随压强增大而减小,熔化体积增率随压强增大而增大.并对硅单质在高压条件下所表现出的特殊熔化性质进行理论解释.     

Phase-selection and metastable phase formation in highly undercooled eutectic Ni_(78.6)Si_(21.4)alloys

A large undercooling (250 K) was achieved in eutectic Ni78.6 Si21.4 melt by the combination of molten-glass denucleation and cyclic superheating. The metastable phase formation process in the bulk undercooled eutectic Ni78.6 Si21.4 melts was investigated. With the increase of undercooling, different metastable phases form in eutectic Ni78.6 Si21.4 melts and part of these metastable phases can be kept at room temperature through slow post-solidification. Under large undercooling, the metastable phases β2-Ni3Si, Ni31Si12 and Ni3Si2 were identified. Especially, the Ni3Si2 phase was obtained in eutectic Ni78.6 Si21.4 alloy for the first time. Based on the principle of free energy minimum and transient nucleation theory, the solidification behavior of melts was analyzed with regard to the metastable phase formation when the melts were in highly undercooled state.     

Solid state interfacial reactions in electrodeposited Ni/Sn couples

Ni/Sn couples, prepared by sequentially electroplating Ni layers and Sn layers on metallized Si wafers, were employed to study the microstructures and growth kinetics of Ni-Sn intermediate phases, when the Ni/Sn couples were aged at room temperature or annealed at temperatures from 150 to 225℃ for various times. The results show that the NiSn phase and Ni₃Sn₄ phase are formed, respectively, in the aged couples and annealed couples. The Ni₃Sn₄ layer is continuously distributed between the Ni and Sn sides in the annealed Ni/Sn couples. The Ni₃Sn₄ growth follows parabolic growth kinetics with an apparent activation energy of 39.0 kJ/mol.     

Interfacial behavior of Fe76Si9B10P5/Zn0.5Ni0.5Fe2O4 amorphous soft magnetic composite during spark plasma sintering process

Fe_(76)Si_9B_(10)P_5/Zn_(0.5)Ni_(0.5)Fe_2O_4 amorphous composite with micro-cellular structure and high electrical resistivity was prepared by spark plasma sintering(SPS) at 487 °C. XRD and SEM results showed that the Fe_(76)Si_9B_(10)P_5 alloy powders remained the amorphous state and the composite was dense. A fusion zone at interface of Fe_(76)Si_9B_(10)P_5 cell body and Zn_(0.5)Ni_(0.5)Fe_2O_4 cell wall was observed by TEM, which also indicates the formation of local high temperature. The interface bonding based on the formation of local high temperature in SPS process was observed. It is believed that the tip effect of Zn_(0.5)Ni_(0.5)Fe_2O_4 nanoparticles promotes the local discharging and plasmas creation in the gaps, and the discharging energy forms an instantaneous local high temperature to complete the local sintering and the densification of Zn_(0.5)Ni_(0.5)Fe_2O_4 particles at a low nominal sinter temperature. Simultaneously, the local high temperature stimulates the adjacent gaps discharging, thus facilitate the continuous formation of new discharging path. Finally, sintering and densification of the amorphous composite is complete.     

Ni,Si,Mn和Ti对高强度铜合金力学性能和导电性能的影响

利用合金化方法，并借助金相、SEM等测试分析手段研究了Ni／Si，Mn／NiSi和Ti对纯铜显微组织、力学性能和导电性能的影响．结果表明，Ti，Ni和Si均有提高合金组织稳定性的作用，但Mn，Ni和Si的加入不能有效地阻碍合金组织在高温下的长大．Ti，Ni和Si的加入还大幅度提高了合金强度．含w(Ni)=6％和w(Si)=1．42％的铜合金的抗拉强度达到了907MPa，同时，合金的导电性也保持在较高水平，达到了强度和导电性的良好匹配．然而：Mn，Ni和si的加入没有明显的强化作用．反而使导电性大幅降低。     

造纸污泥焚烧中Zn/Cu/Ni/Mn的热力学平衡分布

采用化学热力学平衡分析方法,应用造纸污泥实测数据预测了其焚烧中重金属(Ni、Mn、Zn和Cu)的迁移和转化规律.研究结果表明,考虑矿物质存且在低温条件下,造纸污泥焚烧中重金属Ni和Zn易与Fe2O3结合形成稳定的固体化合物,从而抑制了Ni和Zn的挥发性,而对Mn和Cu没有影响.焚烧温度为400—1800K范围内有矿物质存在条件下,Mn未出现其气体产物,而其他三种金属在高温条件下则以其气态单质或气态氧化物挥发进入大气环境.焚烧过程中只有小部分气态CuCl生成,未见其它气态金属氯化物;在焚烧温度为400—1800K条件下未发现金属硫化物或者硫酸盐生成,表明在有矿物质存在条件下S对金属的挥发性影响很小.在未考虑矿物质存在条件下,S在低温条件下易与重金属结合形成金属硫酸盐固体从而拟制了金属的挥发;随着温度的升高,Cl和重金属易形成金属氯化物气体,促进了金属的挥发特性,并且Cl对Cu的挥发影响较大,其次为Zn和Mn,影响较小的金属是Ni.从而根据污泥在不同焚烧温度下不同的产物形态进行重金属的污染控制.     

Cu-Ni-Si基引线框架合金的组织和性能

设计了4种不同成分的引线框架铜合金,通过对比其硬度、强度、导电性以及软化温度等,分析了合金中P,Ni,Si,Cr合金元素对合金各性能的影响.研究结果表明:采用合理的热处理工艺可以使Cu-3Ni-0.6Si基合金在时效过程中析出尺寸在20～40 nm之间的δ-Ni2Si颗粒,使合金的强度和导电率达到良好的匹配;微量的P能有效地提高合金的强度、硬度和弹性模量,同时使Ni2Si析出颗粒的弥散度提高,尺寸减小,但会降低合金的导电率;少量的Cr能有效提高合金的强度和软化温度.     

高温氨气氛下镍纳米催化剂的结构研究

研究了高温氨处理过程对SiO2/Si基底表面镍纳米薄膜显微结构变化的影响,探讨了镍纳米薄膜显微结构随氨气介入时间、薄膜厚度以及氨气刻蚀温度等参数变化的规律,并对氨在其变化过程中的作用机制进行了初步分析.结果表明:SiO2/Si基底表面镍纳米薄膜转变成高密度、小直径、均匀镍纳米颗粒的关键是恰当的氨气介入时间和刻蚀温度;硅表面的二氧化硅层有效地隔离了镍原子和硅原子的扩散,这种隔离层对镍纳米薄膜的显微结构有很大的影响,起到了阻碍硅和镍发生化合反应的作用,维持了镍在基底表面物质的量的恒定.     

Growth of graphite film over the tops of vertical carbon nanotubes using Ni/Ti/Si substrate

A substrate with Ni/Ti/Si structure was used to grow vertical carbon nanotubes (CNTs) with a graphite fihn over CNT tops by thermal chemical vapor deposition with CH₄ gas as carbon source. The carbon nanotubes and the substrate were characterized by a field emission scanning electron microscope for the morphologies, a transmission electron microscope for the microstructures, a Raman spectrograph for the ctystallinity, and an Auger electron spectrometer for the depth distribution of elements. The result shows that when the thickness ratio of Ni layer to Ti layer in substrate is about 1, a graphite film with relatively good quality can be formed on the CNT tops.