关键词： 超级电容器   钴基电极材料   核壳结构   超亲水性   电化学性能  

摘要： 电化学电容器(即超级电容器)包括依赖于离子吸附电荷储能的电化学双电层电容器和基于表面或近表面发生的快速氧化还原反应储存电荷的赝电容器。相对于传统的储能装置(例如:电池),超级电容器的优势在于高功率密度、长循环使用寿命以及高安全性等,因此可以广泛应用在需要高功率传输和快速能量收集的设备中。超级电容器工业化应用存在的主要问题就是能量储存密度较低。由超级电容器能量密度计算公式:E=1/2CV可知,提高超级电容器能量密度可以从两方面考虑:(1)开发多孔性和纳米级电极材料提高比电容(C);(2)设计具有高工作电压窗口的器件,构建混合不对称超级电容器,利用两种电极之间的电位间隙来提高整体器件的电压(V)。电极材料是超级电容器的“心脏”,对超级电容器起着至关重要的作用。制备高性能的电极材料是科研工作者的共同研究目标。因此,构建新颖纳米结构电极材料,探索微观结构与电化学性质之间的内在关联性,是制备高性能电极材料的关键。本文选取钴基氧化物作为研究对象,探究了微观结构、材料表面界面结构以及复合异质结构对电化学性质的影响,主要研究内容如下:(1)通过改变水热反应的温度(120、140、160、180和200℃)合成了具有海胆状、花状和片状结构的NiCoO纳米材料。水热反应的温度与晶体的结晶形核息息相关,故改变反应温度可以得到不同微观结构的NiCoO纳米材料。反应温度为120、140和160℃得到的样品结构分析表明没有产生其他杂相,但是当反应温度升高到180℃以后在产物中出现了杂相。高纯度的花状NiCoO纳米材料(67.2m g)较海胆状NiCoO(37.9 m g)表现出较高的比表面积,较大的比表面积为氧化还原反应提供更多的反应活性位点,在2 mA cm的电流密度下花状NiCoO表现出2.26 F cm的比电容,略高于海胆状NiCoO材料(2 mA cm,1.19 F cm)。(2)钴酸镍核壳异质结构的构建与电化学性质优化。采用两步水热法结合热处理在泡沫镍上合成了NiCoO@Mn O核-壳异质结构,为了作对比还分别在泡沫镍导电基板上分别合成了NiCoO和Mn O,同时研究了反应时间(0.5 h、2 h和4 h)对Mn O壳层厚度及电化学性能的影响。研究发现随着反应时间的延长,Mn O壳层的厚度逐渐变厚。电化学研究表明,反应时间为0.5 h时的Mn O壳层厚度表现出最佳的电化学性能,NiCoO@Mn O核-壳异质结构纳米材料(2 mA cm,7.46F cm)较单一的NiCoO(2 mA cm,4.38 F cm)和Mn O(2 mA cm,1.89 F cm)性能更好。(3)设计含氧官能团修饰的超亲水性纳米材料并揭示了材料亲水性与电化学性质的内在关联。采用简单的一步水热法,制备了具有强亲水性的NiCo(CO)(OH)纳米花,具有强亲水性的NiCo(CO)(OH)纳米花可促进电解质的扩散和电极材料界面上的电荷转移,显著促进法拉第氧化还原反应的发生,从而表现出优异的电化学动力学和优异的储能性能。将其作为工作电极进行电化学性能测试,当电流密度为2 mA cm时,样品的面积比电容为7.5 F cm,与NiCoO相比表现出较高的面积比电容;同时将电极片与活性炭(AC)组装成非对称超级电容器时,具有85.9 W h kg的高能量密度,且在经过了7000次充放电循环后样品依然保留有91.5%的初始电容,具有较高的循环稳定性。

关键词： SiC材料   多孔结构   微结构   吸波性能   耐高温  

摘要： 随着5G通讯、超高频雷达探测、精确制导等技术的发展,电磁波吸收材料在国防隐身、抗电磁干扰等领域面临着迫切需求。为满足严苛应用条件（如极端高温环境等）对吸波材料的要求,吸波材料除了具有“薄、轻、宽、强”的性能特点外,也应具有优异的耐高温性能。传统的磁性吸波材料受限于耐高温和耐腐蚀性差、密度大等缺点,难以长期服役于高温环境。针对此问题,本文以SiC材料体系为研究对象,从多孔材料微结构的设计与调控出发,分别采用生物质模板法、造孔法/原位生长、冷冻铸造等方法,制备了具有不同微观结构的SiC多孔材料,研究了多孔材料微结构对材料常温、高温下电磁参数和吸波性能的影响。主要研究内容如下:首先,基于生物质模板具有特殊孔道结构及易于引入大量晶体缺陷的特点第一部分选择植物纤维素抄造的纸浆板和细菌纤维素为初始模板。生物质模板经碳化、碳热还原反应后制备出具有生物遗态形貌的SiC多孔材料,并且在其内部引入SiC晶体缺陷。根据反应前后形貌变化和反应热力学,结合实验验证生物质模板法制备的SiC多孔材料中不同形貌SiC的生长机制。1600°C下制备的植物纤维素衍生的SiC多孔材料在厚度为2.2 mm时最佳反射损耗值为-22d B,有效吸收频率覆盖12.8 GHz～18 GHz,在X波段内厚度为3.1 mm时能够覆盖9.7 GHz～12.4 GHz的有效吸收频带。1500℃下制备的细菌纤维素衍生的SiC多孔材料在样品厚度为2.1 mm时,最佳反射损耗为-23.5 d B,有效吸收频段可集中在11 GHz～18 GHz的高频频段,在X波段内厚度为3.2 mm时可以达到8.2 GHz～12 GHz的宽频有效吸收。采用不同生物质模板可以通过改变反应温度调控生成的第二种形貌SiC纳米线和晶体内部的缺陷数量,从而诱发差异化的介电常数产生不同的电磁波吸收性能。为进一步提升多孔SiC材料在X波段的高温吸波性能,基于生物质模板法中引入SiC纳米线可增强吸波性能的研究思路,在SiC多孔骨架内部进行微结构设计,实现具有微-纳分级微观形貌的SiC多孔结构的制备。得益于不同微观结构SiC之间形成的多重界面,多孔SiC在X波段具有优异的常温以及高温吸波性能。采用碳纳米管衍生法,在固定厚度下可以实现从常温至600°C,8.2GHz～11 GHz频段内温变环境下的宽频有效吸收,当测试温度提升至600°C时,最低反射损耗在9.8 GHz处可达-34 dB。采用引入催化剂原位自生法,在固定厚度2.4 mm下可以实现从常温至600°C,10.2 GHz～12.4 GHz频段内温变环境下的宽频有效吸收,当测试温度提升至600°C时,在12.1 GHz处的最佳反射损耗值为-51 dB。此外,引入分级微观形貌有利于多孔SiC力学性能的提升,抗弯强度提升近15倍。这种构建具有分级微观形貌得SiC多孔结构的方法为制备轻质多功能吸波材料提供了借鉴。为进一步实现轻质化SiC吸波材料的制备,以低维度材料通过宏观组装的形式构建多孔结构实现其X波段常温、高温下吸波性能的研究。本文以SiC纳米线与氧化石墨烯（GO）作为材料基元,采用冷冻铸造的方法制备了具有定向微结构的SiC@GO气凝胶,后通过碳热还原法将氧化石墨烯制备成SiC,实现制备具有定向结构的SiC气凝胶,其密度仅为0.2 g·cm-3。冷冻铸造方法诱导SiC气凝胶的定向结构引起其介电性能的各向异性,电磁波平行于SiC气凝胶的定向结构入射的介电常数大于垂直入射。平行入射时SiC气凝胶的吸波性能最佳,在常温下,样品厚度为3.2 mm时,最佳反射损耗可达-58 dB。在400℃下,在厚度为2.8 mm时最佳反射损耗接近-64 dB。从常温至400℃的测试中,在3.3mm的固定厚度下能够实现整个X波段的全频段变温有效吸收。此外,导热性能在不同方向上同样呈现各向异性,最低导热系数仅为0.049 W·m-1·K-1。这种通过调控纳米材料定向组装的微结构设计实现了吸波性能的调节,为轻质、耐高温吸波材料提供了新的制备策略。

关键词： 钢筋混凝土结构   侵蚀性离子传输抑制剂   微观结构   水泥基材料   性能调控  

摘要： 在严酷的海洋环境中，氯离子等侵蚀性离子侵入钢筋表面，诱发钢筋腐蚀与混凝土劣化，最终导致服役的钢筋混凝土结构设施失效破坏。因此，延缓侵蚀性离子在混凝土中的传输速率对提高钢筋混凝土结构耐久性至关重要，研发适用于钢筋混凝土体系的高效可控的侵蚀离子传输抑制技术，已成为混凝土耐久性领域研究热点。侵蚀性离子传输抑制剂是一类双亲性的聚合物，可以调控水泥混凝土的水分与离子的输运性能，也是提升混凝土耐久性的创新方法。本文将侵蚀性离子传输抑制剂的设计深入到微、纳观层次，利用分子动力学构建了氯离子在水泥基材料孔道中输运的模型，并研究了双亲聚合物的侵蚀离子抑制机理，建立起分子构型与抑制效率的关联关系，提出优化的分子结构构型。在此基础上，合成水化硅酸钙凝胶（C-S-H）与抑制剂的复合材料，综合利用现代测试技术表征C-S-H与抑制剂的微观结构与相互作用机理。最终，将抑制剂掺杂到水泥浆体中，综合评价对水泥浆体的力学性能、亲疏水、孔结构与传输性能的改性效果。本文取得主要成果如下：　　（1）基于分子动力学技术揭示了侵蚀离子传输抑制剂的纳观作用机理，建立了抑制剂分子结构与离子传输性能的关联关系，提出了基于双亲聚合物的羧基数目的抑制剂优化方法。分子模拟的研究表明抑制剂中的去质子化羧基中的氧原子（Op）和基体中的钙离子（Ca2+）可发生强键合作用，使得抑制剂分子可以牢牢吸附在C-S-H表面，而疏水基团起到“憎水刷”的效果，阻碍侵蚀离子与水分子的渗入。抑制剂聚合物分子中含氧去质子化羧基亲水基团的数目决定着侵蚀离子抑制剂的阻水效果。随着去质子化羧基数目的增多，抑制剂阻水效果提升，聚合物中包含2个去质子化羧基时，抑制效果最佳。但是，包含更多亲水基团个数的聚合物未持续提升侵蚀抑制效果，其原因是亲水基团数目增多后，抑制剂分子更倾向于与水分子相互作用并游离于溶液中，抑制剂与C-S-H界面锚固作用弱化，从而无法发挥足够的阻水效果。综合考虑抑制效率和多亲水基团开发成本，当去质子化羧基个数为2时，抑制剂的性价比最高。　　（2）基于最优分子构型，设计了侵蚀离子传输抑制剂（TIA401），并合成了C-S-H凝胶与抑制剂的复合材料（C-S-H/T），综合采用SEM、XRD、TG、XPS等测试手段系统探究了抑制剂对合成C-S-H化学组成、微观结构与形貌特征的影响机制。通过XRD、TG、XRF测试表明所合成的水化产物C-S-H为纯度超过96%的C-S-H（I）。抑制剂引入后的C-S-H/T相较无掺杂的C-S-H凝胶的水化产物堆积与聚集程度更致密，C-S-H层间距的[002]晶面间距变小，层间距缩小，结晶程度提高。同时，TIA401的引入会影响水化产物的反应过程与物相组成，C-S-H凝胶中的钙离子与抑制剂亲水基团结合，促进了钙离子溶解，并进一步诱导氢氧化钙晶体的生成。　　（3）将TIA401抑制剂掺入水泥净浆，研究了0%到10%掺量TIA401抑制剂情况下，水泥净浆的宏观力学性能与传输性能，并通过微观试验研究深入分析了TIA401对水泥净浆的作用机理。研究发现水泥净浆的吸水率随着抑制剂掺量的提高而显著降低，相比较于未掺杂试样，28天龄期水泥净浆的初期吸水率最高可降低92.1%，饱和吸水率最高可降低83.6%。与此同时，在显著提升水泥净浆的抗渗透性的前提下，抑制剂的掺入并不显著改变水泥净浆的强度，28天抗压强度波动范围在7Mpa以内。水与水泥净浆的内部接触角随掺量逐渐增大到82.6°，掺量达到6%以后不再发生明显的变化。微观形貌的测试研究发现，抑制剂掺量较低的情况下浆体微观形貌无明显改变。随着抑制剂掺量提高，凝胶浆体趋于致密，但过量的抑制剂掺杂会导致浆体表面致密程度降低。通过热重定量分析水化产物含量，研究发现抑制剂的掺入可以促进氢氧化钙的生成，使得浆体中C-S-H的钙硅比降低。最后通过BET方法对抑制剂改性浆体的孔结构进行表征，发现抑制剂中疏水部分有引气效果，使水泥净浆引入更小的孔，降低水泥浆体的平均孔径，在抑制剂的掺量为6%时，平均孔径达到最低，为46.127?，当掺量比较大时，浆体的孔容和平均孔径都增大，综合考虑性能和结构，6%为最佳的抑制剂掺量。　　本文通过分子模拟、微观表征与宏观的试验的方法，综合研究了侵蚀性离子传输抑制剂的构效关系、微观作用机理，并评估了改性水泥基材料的抑制效果。研究成果对于严酷海洋环境下高耐久的钢筋混凝土材料设计有指导作用。

关键词： 高丰度稀土   混合稀土永磁体   放电等离子烧结技术   热压/热变形磁体   晶界添加技术  

摘要： Nd-Fe-B作为应用最广的一种永磁材料,其价格一直被备受关注。镨、钕作为其主要的稀土原料,价格的波动影响着磁体的制备成本。因此,将廉价的高丰度稀土元素合理的应用在稀土永磁材料中,成为了当今急需解决的问题。混合稀土(MM)作为稀土原矿最初的分离产物以及其远低于镨、钕的市场价格,被认为具有很高的应用潜质。本文结合放电等离子烧结技术(SPS)和低熔点合金的晶界添加技术,制备出了混合稀土热压和热变形磁体,并通过磁性能和微结构表征对磁性能的变化机理做出了详细解释。本文使用的快淬磁粉为高镧、铈含量的混合稀土磁粉,其成分为MMFeZrB(MM=23.8 wt.%La,47.7 wt.%Ce,7.1 wt.%Pr,21.3 wt.%Nd)。首先对SPS烧结工艺进行优化,研究烧结工艺对MM-Fe-B热压磁体微结构的影响,并获得最优的制备工艺。随后通过Nd Al晶界添加进一步优化磁体性能。结果表明,利用放电等离子设备制备的无成分添加的MM-Fe-B热压磁体的性能已经优于铁氧体,性能已达:J=6.99 k Gs,H=4.23 k Oe,(BH)=9.1 MGOe。随着Nd Al添加量达10 wt.%时,磁体的综合磁性能进一步提高到:J=6.32 k G,H=9.14 k Oe,(BH)=8.51 MGOe。研究显示,磁体性能的提升来自组织结构的优化和内禀磁性能的提升。其次,通过退火改善磁体综合性能。分别采用了放电等离子烧结后退火和烧结前粉末预退火两种退火方式。结果表明,粉末预退火可以优化磁体性能,而烧结后退火磁体性能却有了明显降低。研究发现,粉末预退火磁体中,粗晶所占的体积分数减少明显,因此平均晶粒尺寸减小。并且主相中的平均Nd含量相比其它磁体有所提高,说明富稀土相中的Nd更好的被主相吸收,磁硬化效果更为明显。此外,磁体的服役性能也有所提升。最后,关于各向异性MM-Fe-B磁体的制备。采用了NdAl和NdAl合金晶界添加的MM-Fe-B热压磁体作为前驱体,并采用不同的变形温度和压力对磁体进行变形处理,制得了各向异性磁体。实验结果显示,两种合金的掺入对性能产生了截然不同的影响。NdAl添加对磁体磁性能优化明显,最佳性能可达:J=8.38 k Gs,H=6.03 k Oe,(BH)=9.7 MGOe。然而,NdAl添加热变形磁体的性能却恶化十分严重。分析显示,磁体中富稀土相的分布情况和粗晶区体积分数的差异是造成磁性能差异的主要原因。NdAl添加磁体中,富稀土相以团聚的形式存在于粉末间,并且大面积的粗晶区导致了磁体晶粒的平均取向度降低,从而恶化了磁性能。综上所述,本文采用了Nd Al合金晶界添加对MM-Fe-B磁体性能进行了优化,并系统地研究了磁体的相组成、微结构和磁性能之间的关系。本工作为MM-Fe-B磁体的实际应用提供理论指导。

关键词： 柔性压力传感器   多级结构   微锥结构   聚二甲基硅氧烷   电子皮肤  

摘要： 柔性压力传感器因其在电子皮肤、健康监测和人机交互等方面的应用而受到广泛关注。传统的导电高分子复合材料(Conductive polymer composites,CPCs)基柔性压力传感器通常存在灵敏度低的问题,因此多种微结构被引入到传感器中。然而,对于具有微结构的压力传感器,其高灵敏度和宽响应范围之间的权衡仍然是一个亟待解决的问题。本论文制备了具有不同表面微结构的CPCs基柔性压力传感器,通过探讨表面微结构对CPCs基柔性压力传感器响应性能的影响规律,实现对兼具高灵敏度和宽响应范围的柔性压力传感器的响应性能调控。主要研究成果如下:(1)受人类皮肤启发,以商用碳化硅(Si C)砂纸为模板,通过溶液共混和刮涂的方法制备了具有表面多级结构(Hierarchical structure)的碳纳米管(CNT)/聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合薄膜(h-CNT/PDMS),将复合薄膜与叉指电极和聚氨酯胶带组装,获得基于h-CNT/PDMS的柔性压力传感器。利用原位光学图像和有限元分析可知,h-CNT/PDMS压力传感器的响应机理是基于多级结构表面与叉指电极之间显著的压缩接触效应。基于此,与平面CNT/PDMS压力传感器(0-240 k Pa压力范围内的灵敏度为0.0066 k Pa)相比,我们所制备的h-CNT/PDMS压力传感器具有更高的压力灵敏度和更宽的响应范围(在0-18 k Pa,18-133 k Pa和133-300 k Pa的压力范围内的灵敏度分别为0.1661 k Pa,0.4574k Pa和0.0989 k Pa),以及快速的响应/恢复时间(320 ms/100 ms)、优异的稳定性和耐久性(1500次压缩循环),同时对不同加载模式(弯曲和扭转)也同样具有良好的响应稳定性。此外,制备的压力传感器可以用于精确监测各种不同的人体运动,以及区分不同刺激的压力大小和空间分布。(2)选用不同型号的锥型阳极氧化铝(Anodic Aluminum Oxide,AAO)模板,通过刮涂法得到了具有不同微锥结构(Microcone structure)的PDMS薄膜(m-PDMS),并采用真空溅射工艺制备了系列微锥结构表面的金(Au)/PDMS复合材料(m-Au/PDMS),随后将其与叉指电极和聚氨酯胶带组装得到m-Au/PDMS柔性压力传感器。研究发现,随着微锥结构高度的增加,m-Au/PDMS压力传感器的灵敏度随之提高。基于m-Au/PDMS复合材料表面微锥结构与叉指电极之间的压缩接触效应,m-Au/PDMS-1500基压力传感器在较宽的压力范围内具有相对较高的灵敏度(在0-2.8 k Pa、2.8-7 k Pa、7-17.8 k Pa压力范围内的灵敏度分别为1.958 k Pa、0.588 k Pa和0.084 k Pa),以及快速的响应/回复时间(200ms/120 ms)和优异的长期稳定性(3200次压缩循环)。另外,m-Au/PDMS压力传感器对于微小压力同样具有优良的响应性能,如低至5.6 Pa的压力、微小的气流和声波,以及人体脉搏等幅度较小的人体运动。本论文所制备的两种具有不同表面微结构的压力传感器均展示出优异的压力传感性能,以及在人体健康监测和电子皮肤领域的应用潜能,对于调控CPCs基柔性压力传感器灵敏度和传感范围之间的矛盾具有重要意义,为下一代可穿戴电子设备结构设计和性能调控提供了重要的指导。

关键词： 金属氧化物半导体   微结构   水热法   高压静电纺丝   挥发性有机化合物   增敏机制  

摘要： 挥发性有机污染物(VOCs)来源广泛,污染性强,对人类健康和自然生态环境带来了持续且严重的安全威胁。研发多种类、高性能、便携式气体敏感检测器件,实时监测环境气氛中VOCs气体具有重要现实意义。锌锡氧化物(Zn O、Sn O)等金属氧化物半导体(MOSs)及二维层状过渡金属二硫化物(TMDs,如Mo S等)都是近年来气敏探测领域的主流材料体系。然而MOSs材料亟需解决的瓶颈问题是交叉敏感性及高工作温度导致的大功耗。基于上述科学问题,本论文以Sn O纳米材料为重点研究对象,通过引入可牺牲模板、稀土掺杂及构筑异质结型复合纳米结构等手段,考察材料的表面及微结构调控、复合材料的能带对齐及电输运性质,优化锡基半导体材料的VOCs气敏性能。主要研究工作如下:1.创新性地将低成本、便捷制备的可牺牲碳球模板引入到高压静电纺丝制备Sn O纳米纤维工艺中,同时结合稀土镨(Pr)掺杂改性,成功制备合成了具有独特中空串珠管状微结构的Pr掺杂Sn O纳米材料。表征及测试结果表明,该Pr掺杂Sn O传感器对乙醇表现出良好的气敏特性。Pr掺杂Sn O传感器在最佳工作温度为200℃时对100 ppm乙醇的响应值为35.6,响应/恢复时间为12 s/8 s,对乙醇的最低探测限为2 ppm。通过系统研究气敏性质,我们认为,Pr掺杂Sn O传感器优异的气敏性能应该主要归因于其独特的微结构设计和Pr掺杂的协同增敏效应。由于Pr离子掺杂提供了更多的氧空位,同时C球的引入增大了材料比表面积及表面氧活性位点数目,提升了吸附和解吸能力。2.针对复合半导体纳米异质结可以调节载流子的导电特性、利于半导体表面反应的原理,我们利用水热法结合静电纺丝技术制备了Mo S/Sn O中空异质管状纳米结构。对Mo S/Sn O复合材料的晶体结构、形貌、组分、微观结构及气敏性能等进行了系统研究。结果表明,Mo S/Sn O复合材料对三乙胺具有优异的气敏性能。在最佳工作温度200℃下,对100 ppm三乙胺的响应值高达113.5,响应/恢复时间分别为62 s/153 s。此外,Mo S/Sn O复合材料传感器对三乙胺表现出良好的选择性和稳定性,对1 ppm三乙胺蒸气的响应值高达2.6。该传感器优异的气敏性能主要归因于以下两个因素:一方面,独特的中空管状纳米结构可以增大有效比表面积,增加气体分子的扩散通道,为表面化学反应提供更多的活性位点,促进氧气和目标气体的吸附和解吸,提高气体传感性能。另一方面,构建n-n型异质结构可以有效促进电子-空穴对的分离速率,通过增加载流子(自由电子)浓度及传输效率来加速气敏反应,进一步提高气敏性能。两因素协同作用使得Mo S/Sn O传感器对三乙胺表现出良好的气敏传感特性。3.创新性的将低成本、便捷制备的ZIF-8衍生介孔碳多面体(MPCPs)作为骨架引入到水热法制备Sn O纳米粒子中,合成了具有独特多孔多面体结构的MPCPs/Sn O复合纳米材料。气敏测试结果表明,与纯Sn O纳米粒子传感器相比,MPCPs/Sn O传感器对乙醇的气敏特性明显提升。MPCPs/Sn O传感器在160℃下对100 ppm乙醇的响应值约为79.5(是纯Sn O传感器的3.5倍),响应/恢复时间为17 s/38 s。因此,ZIF-8衍生碳骨架MPCPs的引入不仅显著提升了MPCPs/Sn O传感器对乙醇的响应值,同时也有效缩短了MPCPs/Sn O传感器对乙醇的响应/恢复时间。此外,相比于纯Sn O传感器,MPCPs/Sn O传感器对其它干扰性气体的交叉敏感性显著降低。气敏性能的提升主要归因于:首先,独特的介孔碳多面体结构MPCPs具有良好的多孔特性,为目标气体分子的扩散提供了丰富的通道,有利于氧气和被测气体分子的吸附和解吸。MPCPs/Sn O复合材料的高孔隙率,利于提升气体分子的扩散速率,为提升灵敏度和缩短响应/恢复时间提供了基础。同时,ZIF-8衍生介孔碳骨架MPCPs具有良好的导电特性,能够有效增大MPCPs/Sn O复合材料的电化学活性面积,促进MPCPs/Sn O复合材料界面处载流子输运过程,从而进一步提升MPCPs/Sn O复合材料的灵敏度并加快MPCPs/Sn O复合材料对目标气体分子的吸附和解吸过程。此外,小粒径的Sn O纳米粒子锚定在ZIF-8衍生碳骨架MPCPs上,使MPCPs/Sn O复合材料的表面变得非常粗糙,有效增加了MPCPs/Sn O复合材料的比表面积,为目标气体分子与材料表面的相互作用提供了更多的活性位点,显著提升了MPCPs/Sn O传感器的灵敏度。

关键词： 氧化铋薄膜   磁控溅射   氧氩流量比   微结构   光电性能  

摘要： 为了制备出不同光电性能的氧化铋薄膜,并明晰其性能机理,以便后续研究与氧化锌薄膜复合成压敏薄膜。采用磁控溅射法,改变溅射气氛中氧气和氩气的流量比,在玻璃衬底上制备出了三个氧化铋薄膜样品,并对其微观形貌、结构及光电性能进行了测试分析。结果表明:溅射气氛中的氧氩流量比对薄膜微结构及光电性能影响显著;不同氧氩流量比制备的Bi_(2)O_(3)薄膜中均含BiO_(2)和Bi杂相,且随着氧氩流量比由0∶40增大至4∶36,薄膜中Bi含量减少,BiO_(2)增加;薄膜颜色由黑变黄;沉积速率由14 nm/min减少至12 nm/min;晶粒尺寸增大,表面趋向致密均匀,可见光区透过率由0.25%增加到56.73%;禁带宽度由0增加到3.17 eV;载流子浓度、导电性能急剧降低,调节溅射气氛中氧氩流量比可有效控制氧化铋薄膜的禁带宽度,载流子浓度等,从而获得不同光电性能的薄膜样品。

关键词： 纳米材料  

ISBN: (纸本)9787576500745

摘要： 人工光子微结构材料在信息传输、天线、雷达、网络、隐身等领域都有许多应用。本书从光子晶体、超材料和表面等离激元的基本概念出发，依据带隙调控、局域共振原理，采用数值仿真设计模型和微波实验研究，总结和探讨了二维光子晶体“未激发”能带，损耗对单负超材料传输的影响，双曲超材料高波矢特性及平带引起的单向传输特性，人工光子微结构材料中的类量子效应等内容，为研制新型高性能光子器件提供了方法。

关键词： 反应熔渗   C/C-SiC复合材料   氧乙炔烧蚀   微结构  

摘要： 以无纬布/网胎0°/90°叠层穿刺三维四向预制体为增强体,采用化学气相渗透(chemical vapor infiltration,CVI)、树脂浸渍碳化(polymer infiltration carbonization,PIC)与反应熔渗(reactive melt infiltration,RMI)复合工艺制备穿刺C/C-SiC复合材料,研究其微观组织及在C2H2-O2焰中的烧蚀行为.结果 表明:无纬布、穿刺纤维束由CVI+PIC制备的碳基体填充而形成致密C/C区域,RMI生成的SiC主要位于网胎层中,其含量为37.3％(质量分数).复合材料表面因过量硅化而形成了SiC富集层.当烧蚀距离为20 mm、O2∶C2H2=2∶1时,烧蚀600 s后材料X-Y、Z向线烧蚀率分别为0.8×10-4、3.6× 10-4 mm/s,比先驱体浸渍裂解(polymer infiltration pyrolysis,PIP)工艺制备C/C-SiC材料烧蚀率小1个数量级.烧蚀面SiC富集层保护及被动氧化作用是材料具有优异抗氧化烧蚀性能的主要原因.随烧蚀距离由20 mm向10 mm减小,复合材料烧蚀率先缓慢变化后快速增大,烧蚀率快速增长阶段复合材料发生主动氧化烧蚀.

关键词： 水凝胶   水泥基复合材料   冻融循环   微结构  

摘要： 借助纤维素/聚乙烯醇(PVA)水凝胶对温度变化的响应特性,可缓解由正负温变化导致的水泥基材料损伤破坏。在分析纤维素/PVA对水泥基材料流动性、冻融循环前后力学性能影响基础上,研究了水凝胶复合水泥基材料水化产物、孔、裂缝等微结构特征。结果表明:纤维素/PVA溶液提高了水泥浆体的流动度;经冻融循环的纤维素/PVA溶液形成了交联网络状结构,提高了水泥基复合材料的总孔隙率,但有效缓解由于冻融循环作用而导致的强度下降和损伤。