硅硼碳氮陶瓷(SiBCN)具有优异的抗氧化性能,在高温吸波材料领域具有广泛的应用前景。然而,纯SiBCN陶瓷中介电损耗相较少,导致其对电磁波的衰减能力较弱。为使SiBCN陶瓷能够在低温热处理后具有较好的电磁波吸收性能,本工作提出了一种简单的方法调控SiBCN的物相和显微结构以增强陶瓷对电磁波的吸收性能。实验结果表明,通过在SiBCN前驱体中掺杂纳米Ti粉,使SiBCN陶瓷在1000 ℃热处理后形成多孔结构并生成TiC、碳纳米管和晶体碳等介电损耗相,提高了陶瓷对电磁波的衰减能力。当掺杂质量分数为10%纳米Ti时,SiBCN陶瓷在频率为6.24 GHz时实现了最低反射损耗为-44.5 dB,有效衰减带宽达到了3.43 GHz。这项研究为低温制备SiBCN陶瓷电磁波吸收材料提供了一种简便可行的方法。
为实现2050年的碳中和愿景,现在急需去发展那些既高效又成本低的绿色制氢技术,本文对高温固体氧化物电解池(SOEC)技术进行了系统的评估,且把其大规模应用的关键瓶颈和路径进行了梳理,把SOEC跟碱性、质子交换膜电解槽的技术经济性进行了对比,阐明了它的高温运行所带来的热力学以及动力学上的优势;重点评述了电极材料和电解质在高温、高水汽分压环境下的衰减机制以及相应的改进策略;分析SOEC跟风能、太阳能以及工业余热等波动性可再生能源的耦合方式,还有系统集成当中面临的挑战。分析结果显示,SOEC的制氢效率以及单位能耗都显著优于传统路线,要实现其商业化,核心在于把电堆寿命从现在的不足104 h提升到5×104 h,凭借材料创新和系统优化,把平准化制氢成本控制在1.5美元/kg以下,SOEC在未来绿氢供给体系当中是极具潜力的技术方案,它的成功规模化主要依赖在材料长寿命、系统高效集成以及跟可再生能源灵活耦合这三个方面取得持续的突破。
研究了一种胺法捕捉CO2的中间产物-二乙醇胺捕碳吸收液(DEAC)对水泥早期水化过程与水泥砂浆力学性能的影响,通过水化热、X射线衍射、热重和压汞测试分析了DEAC作用下水泥的水化与碳酸化协同机制。结果表明:通过DEAC引入0.1 %DEA和0.02%CO2(D0.1%C0.02%)有利于提高水泥砂浆1、3 d和7 d的抗折、抗压强度,但引入1.0%DEA和0.22%CO2(D1.0%C0.22%),水泥砂浆的1 d强度受到显著抑制。D0.1%C0.02%与水泥矿物溶出的Ca2+反应生成CaCO3,促进水泥水化,细化水泥硬化浆体的孔隙,实现水泥的水化与碳酸化协同增强。D1.0%C0.22%延缓1 d内水泥水化,表现为抑制硅相水化、延长诱导期,是降低早期强度的主要原因。研究结果为CO2的低能耗捕集与高效利用提供新思路。
法拉第效应是指线偏振光穿过磁性材料后,转变为偏振面绕光的传播矢量发生旋转的椭圆偏振光的现象。偏振面的旋转角度——法拉第旋转角(θ)是衡量磁性材料能否应用于电流传感器、磁场传感器、光隔离器及光环行器等器件的关键参数。富含稀土离子的氧化物玻璃具有显著的法拉第效应,尤其在可见光至紫外光波段表现突出,且其磁化强度低于钇铁石榴石(Y3Fe5O12)等铁磁或亚铁磁氧化物晶体(这类晶体已被有效用作光通信领域的光隔离器)。但在可见光至紫外光波段,这类玻璃的透光率显著优于铁基氧化物晶体,而透光率与法拉第旋转角(θ)对材料的实际应用同等重要。本文综述了高法拉第旋转角(θ)氧化物玻璃的最新研究进展,重点关注含稀土元素的相关材料体系,如具有反常铁磁性的氧化铕基非晶氧化物,以及通过无容器工艺制备的富含顺磁性三价铽离子(Tb3+)的氧化物玻璃。
韩国的下游玻璃产业与其他非亚洲国家存在显著区别,其半导体和显示面板产业与玻璃材料供应链的关联更为紧密。本文介绍了这类应用的2个典型案例,即用于柔性智能手机盖板的超薄玻璃,以及用于高性能半导体封装的玻璃核心基板与玻璃中介层。上述特定应用需要配套的尖端功能玻璃后处理技术,这类技术的研发主要由产业界与学术界合作推动。本文聚焦韩国高校主导开展的、与玻璃材料直接或间接相关的应用型研究工作,引入了4个不同的研究方向:1)玻璃形成体系的热力学数据库;2)铸钢用保护渣体系;3)掺杂量子点和/或钙钛矿纳米晶体的玻璃;4)用于热成像的硫系玻璃。针对每个研究方向,本文均结合其基本概念与未来发展前景,阐述了相关领域的最新研究进展。
混凝是水处理工艺流程中的一个重要组成部分。作为混凝技术的关键环节,混凝剂的发展与应用一直是行业关注的核心问题。为应对复杂水质的挑战并提升混凝处理的效能,钛盐混凝剂正从单一组分向复合化方向发展。本文系统综述了复合钛盐混凝剂的制备方法、分类及其在水处理领域的应用研究进展。制备方面,重点介绍了慢速滴碱法、电渗析法、分步聚合/共聚法及溶胶-凝胶法的原理与优劣。分类及应用方面,详细阐述了钛盐-金属盐、钛盐-硅酸盐及钛盐-有机高分子三大类复合混凝剂的特性、协同作用机理及对各类污染物的去除效能。结果表明,借助复合化策略引入不同组分,可有效克服单体钛盐混凝剂不易储存、混凝效能受pH值波动大等缺陷,显著提升混凝性能、絮体特性及适用范围。最后,本文展望了复合钛盐混凝剂在实际水体适用性、绿色合成及生态安全性等方面的发展,为其规模化应用与进一步研究提供参考。
近年来,随着电磁波技术的应用,电磁污染日益加剧,吸波材料受到广泛关注。本工作以农业废弃物—椰壳为原料,利用碳酸钙(CaCO3)和氢氧化钾(KOH)的协同造孔能力,经过简单一步炭化法制备了具有丰富孔隙结构和良好吸波性能的椰壳多孔碳(CSPC)。碳酸钙在高温下分解为氧化钙,作为硬模板,构筑出丰富的孔道结构,氢氧化钾的活化作用进一步增强微孔和介孔的形成。探讨了双活化剂比例对多孔碳结构和性能的影响,结果显示,活化剂(CaCO3∶KOH)比例为1∶1条件下,700 ℃炭化2 h制备的多孔碳CSPC-1的比表面积为1 089.185 m2/g,有丰富发达的孔隙结构,当样品厚度为5 mm、测试频率为5.12 GHz时,反射损耗最小值(RLmin)为-45.79 dB,表现出优异的吸波效果。采用简单一步活化炭化法成功制备了性能良好的吸波材料,为高性能吸波材料的制备提供了理论指导,也为椰壳等农副产品的高附加值利用提供了新的思路。
高温振动传感器是航空航天、核能开发等领域核心装备健康检测不可或缺的关键器件,满足其使用要求的压电陶瓷除需具备高压电性能与高居里温度(TC)外,还应兼具高绝缘电阻率(ρ)和高时间常数(τ)以增强高温服役稳定性。BiScO3-PbTiO3(BS-PT)体系因高居里温度和高压电性能而备受关注,然而,其高温绝缘特性较差,难以用于高温振动传感器。锰掺杂是常用的压电陶瓷改性手段,以往对Mn掺杂BS-PT的研究在Mn离子价态分布和取代位置上尚存争议,且缺乏以高温振动传感器应用为导向的多参数协同研究。本工作采用传统固相法制备系列MnO2掺杂BS-PT陶瓷,旨在厘清缺陷化学机制并获取满足高温振动传感器用压电陶瓷组分。通过X射线光电子能谱仪、X射线衍射仪和扫描电子显微镜的协同分析,证实Mn元素以Mn2+和Mn3+价态共存,且主要取代钙钛矿结构B位Sc3+。相对于Mn3+等价取代,Mn2+异价取代形成的缺陷偶极子发挥显著的硬性掺杂作用,有效限制自由氧空位移动,结合与掺杂关联的晶界效应,在Mn掺杂固溶限处的BS-PT组分获得优异的压电性能,TC为441 ℃,350 ℃压电电压常数g33为0.012 V·m/N,同时高温绝缘特性优异,ρ350℃保持109 Ω·cm,τ350℃从0.006 s提升至0.072 s。本工作阐明的缺陷化学机制及优化的综合性能,对高温振动传感器的应用具有重要价值。
连续碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(简称SiCf/SiC复合材料)由于其优异高温性能已成为高推重比航空发动机首选高温轻质热结构材料,但其高温抗氧化腐蚀性能较差限制了长寿命使用。本文综述了SiCf/SiC复合材料中引入自愈合组元、网络中间体氧化物以及稀土硅酸盐组元等进行基体改性的研究进展,系统分析了不同改性组元提升其抗氧化腐蚀性能的改性机理与改性工艺,对存在问题及未来发展方向进行了展望。