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。
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。
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。
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。
传统自供电紫外光探测器通常基于p-n结或肖特基结界面效应设计,然而由于光生电子和空穴无法有效分离,其响应度和探测率往往较低。与半导体材料不同,铁电材料通常拥有起源于自身大剩余极化强度且能贯穿整体的高退极化电场,因此可实现光生电子与空穴有效分离。基于此,本工作通过溶胶-凝胶工艺精准调控锆钛比例,制备出了不同锆钛比的Pb(ZrxTi1-x)O3(PZT)铁电薄膜和光电性能优异的Au/PZT/FTO自驱动紫外光电探测器,并系统研究了组分对薄膜晶体结构、表面形貌、铁电性能及器件光电响应特性的影响规律。微结构测试表明:不同锆钛比的PZT薄膜均拥有优良的结晶质量和纯的钙钛矿相结构,且薄膜表面平整致密。铁电性能测试揭示:所有组分的PZT薄膜均展现出了良好的铁电性(退极化电场)且最大剩余极化强度高达32.1 μC/cm2。光电测试结果发现:当锆钛比为0.52∶0.48时,器件的光电性能最为优异,在320 nm紫外光间歇照射下表现出稳定且可重复的光电流响应,且在-2 V电压极化下,器件的响应度和探测率均显著提升。
冷烧结技术可在远低于传统烧结温度的条件下实现陶瓷致密化,但对低溶解性材料的适用性与相变机制仍缺乏系统研究。本工作以介孔无定形二氧化硅为对象,围绕“非晶-晶体相变的触发机制”这一关键科学问题,系统揭示了辅助液相碱性、烧结温度与压力对α-石英相形成的协同调控规律。结果表明,强碱性溶液(NaOH浓度≥3 mol/L)可通过促进硅氧网络“溶解-再沉积”过程,显著降低相变活化能,实现非晶SiO2在300 ℃、500 MPa条件下完全转变为α-石英单一相;而中性或弱碱性辅助液相仅能诱导颗粒压实,难以使相变完成。进一步研究表明,相变临界条件为250 ℃与200 MPa,且相变程度随烧结温度与压力提高而加深。在强碱辅助下获得的致密α-石英陶瓷,其相对密度超过95%,硬度、模量及断裂韧性较非晶态分别提升30%、40%和110%。本工作提出一种通过调控辅助液相碱性强弱以精确诱导非晶-晶体转变的策略,为低溶解性陶瓷的低温制备及相工程调控提供了新思路与理论依据。
以质子为传导离子的可逆固体氧化物燃料电池朝着低温化方向的发展对其空气极材料提出了新的要求,同时具有质子、氧离子和电子传导的混合离子导体材料表现出了良好的发展潜力。目前,混合离子导体中与质子相关的各项参数如浓度、扩散速率、表面交换速率的测量仍然存在诸多问题和挑战。本文系统性地讨论了利用热重方法和电导弛豫方法测量混合离子导体中质子相关参数的原理和进展,给出了质子扩散速率等热力学参数。同时分析了具有三重传导的混合离子导体中质子、氧离子和电子在浓度上的耦合关系,最后讨论了由于氧离子和质子在扩散速率上存在巨大差异导致的双重扩散现象。针对未来采用原位光谱,中子衍射和计算方法对混合离子导体中质子输运过程进行了模拟分析。
本工作以粉煤灰为主原料,辅以市政污泥、炉渣和水泥制备陶粒,用于水体中磷的去除。通过单因素和正交实验优化制备条件,结合等温与动力学模型及SEM、XRD、XPS等手段,分析吸附性能与机理。结果表明,实验条件为原料(粉煤灰、市政污泥、炉渣、水泥)质量比7.0∶3.0∶2.0∶1.2、600 ℃预热5 min、1050 ℃烧结5 min、升温速率5 ℃/min时,陶粒对磷吸附率达90.77%。Sips模型与拟一级动力学模型拟合效果最佳,表明吸附为表面非均匀过程。表征显示陶粒表面粗糙、比表面积大,主要晶体为莫来石和钙长石,Ca、Mg等组分与磷酸盐反应生成Ca5(PO4)3(OH)、CaHPO4·2H2O和Mg3(PO4)2,实现物理吸附与化学沉淀协同除磷。