摘要：高比能量锂空气电池是未来大容量纯电动汽车潜在的动力电源技术之一,然而由于充放电动力学速率低限制了其实际性能的提升,导致其充电过电位高、循环性能差、电流密度低、电极材料不稳定、电解质分解等问题。发展高活性的氧还原与析氧催化剂是锂空气电池研究的热点。单纯地通过实验观测过氧化锂在电极催化表面的形成与分解反应有很大挑战,利用第一性原理计算与实验相结合揭示催化反应机理、探求新型高效催化剂受到广泛重视。综述了催化剂与过氧化锂相互作用,建立电荷转移、界面结构、吸附能与催化活性之间关系,进而揭示了高活性氧还原与析氧反应催化剂的特征结构,通过催化剂的表面微观结构设计与晶体结构计算预测发展新型高活性催化剂,以改善锂空气电池电化学性能。

摘要：氧化锆是一种重要的高性能陶瓷材料,由于其优良的力学和电学性能,在结构陶瓷和功能陶瓷两个方面都有着广泛的应用前景．本文在简述计算相图发展和原理的基础上,综述了近年来对含氧化锆系统计算相图的研究,总结了一些重要体系的研究结果,指出计算相图方法将对该系统材料的组分设计起重大的促进作用．

摘要：静电悬浮是一种无接触式研究材料深过冷等特性的重要方法之一,为此设计了一套地面静电悬浮控制系统。基于双GPU建立图像采集和位置解算系统,使用实时检测算法完成对目标的实时检测。对样品带电以及动力学建模,通过开环-赋初值PID的控制策略,实现材料的融化悬浮等实验,省去了深紫外灯进行电荷补充的装置。实验证明,图像处理速度在304×304像素达到了700 frame/s,同时规则球体控制精度约在±0.02 mm以内。模型仿真控制结果和实际实验控制结果的相关参数基本一致。加入900 V(该电压引起材料的加速度约为1.274 m/s^2)的人工扰动下,静电悬浮约340 ms即可稳定,证明了基于高速视觉的静电悬浮控制系统的可行性与可靠性和静电悬浮动力学建模的准确性。

摘要：碳材料是极具潜力的超级电容器电极材料,但是其容量较低。异质原子掺杂,尤其是氮掺杂,是大幅度提高碳材料电化学性能的有效方法。但是在碳材料中实现高含量的活性氮掺杂仍极具挑战。本研究通过Si–O–Si网络和氧化铝之间的相互作用成功调节碳材料的掺氮种类及其含量。除此之外,通过调节前驱体组成,碳材料的结构可以从珊瑚状转变为三维结构。在反应中,氧化物中的氧原子可以和碳材料中氮原子成键,氮原子不易逃离,从而实现高含量氮掺杂(5.29at%@1000℃)。另一方面,相互作用使碳材料孔体积增大(1.78 m^(3)·g^(-1))和孔径分布加宽(0.5~60 nm)。因此,获得的富氮掺杂碳材料具有302 F·g^(-1)@1 A·g^(-1)的高容量和177 F·g^(-1)@120 A·g^(-1)的杰出倍率性能。此独特的固氮方法是一种有潜力的制备高性能超级电容器电极材料的策略。

摘要：以传统窄带半导体材料为主要对象的高性能热电材料研究近年来发展迅速并取得了明显进展.本文以含本征晶格孔洞的笼状结构CoSb3基方钴矿化合物的相关研究为主线,综述近年来热电材料的主要研究进展,并分析了杂质原子在孔洞中部分填充特性为基础的填充方钴矿化合物的结构调控、电-热输运性能协同调控、以及热电性能优化的内在物理机制及其实验实现.在本征孔洞结构的方钴矿化合物中引入部分填充的杂质原子,通过局域声子散射而显著降低晶格热导率,同时可以优化电输运性能.研究还发现这样一类特殊结构化合物的电热输运性能可以通过选择不同价态与不同局域振动频率的多种不同填充原子的组合填充而实现可以近乎独立地调控与优化,热电优值达到1.7@850K,实现了明显具有"声子玻璃-电子晶体"特征的一类高性能热电材料.研究工作一方面明显提高了填充方钴矿材料的热电性能,另一方面加深了相关物理机制的理解,对进一步的新热电材料体系的设计具有指导意义.

摘要：稀土掺杂透明陶瓷在高功率照明、固体激光增益介质、高能辐射探测与成像等领域具有广阔的应用前景。伴随着新设计理念和应用技术的出现,新颖构型或复合功能的透明陶瓷制备需求被提出,然而传统的成型方法很难实现具有特殊结构和功能的透明陶瓷一体化成型。本文围绕稀土掺杂透明陶瓷的DLP光固化3D打印成型技术,系统开展了透明陶瓷浆料的组分设计和打印参数研究。通过调节陶瓷浆料组分成功制备出在可见光范围内透过率达到约72%的YAG:Ce透明陶瓷。并通过使用固化深度较小的低曝光能量减轻了陶瓷样品的翘曲情况,实现了YAG:Ce透明陶瓷的控形。

摘要：电子背散射衍射(Electron Backscattered Diffraction,简称EBSD)系统作为一个安装在扫描电镜上的重要附件,可以获得晶粒尺寸、相组成、取向以及织构等微观信息,其核心环节是从衍射花样中获得相应晶体信息,这依赖于系统的花样标定算法。现有商用EBSD系统标定算法基于Hough变换实现衍射花样标定,其角度误差在10%左右。为提高标定精度,本文提出了一种高精度EBSD花样的标定校正方法:先基于梯度分析获得菊池带的强弱边界位置.再利用菊池极的旋转对称性特征对弱边界位置进行校正,完成整个标定校正过程。实验验证阶段.本文对单晶硅标准样品进行分析.基于梯度分析得到菊池带的强弱边界位置.与理论值作对比得出角度误差在2%〜8%,比商用算法已有较大提升;再经弱边界校正,完成标定宽度的校正。与之前相比,校正后的标定算法能够不同程度地减少10%〜90%的宽度标定误差,验证了本文所提出方法的可行性和可靠性。

摘要：钠离子电池具有成本低廉、原料分布广泛等优点,是锂离子电池正极材料的最佳替代材料。在具有层状结构的P2相NaMnO_(2)正极材料中,对过渡金属层进行二元固溶可有效提升电极材料的电化学性能。本研究利用库仑模型构建了Mg离子固溶的Na_(x)[Mg_(0.33)Mn_(0.67)]O_(2)结构模型。通过第一性原理计算发现,在钠离子含量小于0.67时,Na_(x)[Mg_(0.33)Mn_(0.67)]O_(2)的放电电压达到3.0 V。电子态密度和电荷布居分析共同表明,Mg的固溶激活了P_(2)相Na_(x)[Mg_(0.33)Mn_(0.67)]O_(2)中晶格氧的电化学活性,使体系的电化学反应机制从阴阳离子协同电化学反应转变为可逆阴离子电化学反应。这一机理为钠离子电池电极材料的设计提供了一种全新方法,也为其它离子电池的优化和探索提供了全新的思路。

摘要：金属锂负极因其超高的理论比容量和极低的氧化还原电势成为下一代可充电池的"圣杯"负极材料,高能量密度的锂金属电池有望成为后锂离子电池时代最具商业应用潜力的电化学储能系统.但是负极锂枝晶的生长带来了极大的安全隐患,"死锂"的积累和电解质的过度消耗造成了电池循环稳定性的下降,这些严重阻碍了锂金属电池的商业应用.近年来,国内外学者通过电极结构设计、固态电解质、隔膜修饰、保形包覆、添加剂等手段有效抑制了枝晶的生长.本文着重介绍了功能性添加剂和保形包覆两种策略的成功实例,通过在负极-电解质界面处注入富氟成分或引入亲锂性基团以均匀化锂离子流,从而实现稳定且无枝晶的负极循环,为锂金属电池的发展提供有益的见解.

摘要：基于组合材料芯片技术原理,通过离子束溅射方法,在低碳钢基片上快速制备了全组份范围的二元Zn-Al薄膜材料样品库,研究了不同热处理条件对薄膜组份互扩散过程的影响.使用XRD及EDS等手段表征薄膜的成分和结构,并采用原子力显微镜和透射电子显微镜观察形貌;使用纳米压痕仪测试材料芯片样品的压痕硬度和弹性模量;使用电化学方法测试平衡电位和极化电阻.在获得薄膜材料样品组成-结构-性能(力学性能和耐腐蚀性能)关联特性的基础上,对具有良好力学性能和耐腐蚀性能的二元Zn-Al合金镀层材料提出了成分设计和优化方案,即选择兼具良好力学性能和耐蚀性能的Al-Zn镀层材料,成分配比应控制为约30at%Zn含量.