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ISSN: 3078-929X

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  • 冷再生用乳化沥青残留物的流变特性 下载：80 浏览：438
  • 汪德才1，2 郝培文3 乐金朝1 孙杨1 张庆4 《新材料》 2020年12期
  • 摘要:
    为深入认识冷再生用乳化沥青材料特性及其残留物作用机制，采用动态剪切流变试验和重复蠕变试验，在高温蒸发方式和低温蒸发方式两种不同条件下制备乳化沥青残留物。并通过变化乳化剂种类、用量以及添加改性剂方式改变材料组成，结合方差分析，探析不同材料组成及制备方法对乳化沥青残留物流变性能的影响。试验结果表明:乳化剂种类、用量及制备方式对乳化沥青残留物高温流变性能有显著影响；残留物车辙因子与温度呈幂函数关系，高温蒸发下改性乳化沥青残留物车辙因子变化特征与普通乳化沥青残留物存在明显差异，而低温蒸发条件下变化特征与普通乳化沥青残留物相一致，高温蒸发条件会降低乳化沥青残留物PG分级温度；高温蒸发条件下改性乳化沥青残留物第1 s加载阶段表现为非规则曲线变化特征的粘弹性流体特性，这与低温蒸发条件下改性乳化沥青残留物的流变特性并不一致；普通乳化沥青残留物同一蒸发条件下采用车辙因子与蠕变柔量评价其高温性能具有良好的一致性。本研究提出改性乳化沥青残留物获取应采用低温蒸发方法，高温性能评价指标应采用蠕变柔量。
  • 超声波对全尾砂砂浆流变特性的影响 下载：80 浏览：452
  • 诸利一1 吕文生1 杨鹏2 王志凯3 王志军2 《新材料》 2020年12期
  • 摘要:
    为改善充填砂仓中砂浆的流变特性，创新性地将超声场引入，利用声场辐射方式传播的特性，将超声场非接触性地作用于全尾砂砂浆介质中，研究充填砂仓中全尾砂砂浆在超声场作用下的流变特性。采用Brookfield R/S-SST软固体流变测试仪，测得不同浓度全尾砂砂浆的流变参数，并结合超声波作用机理分析其作用效果和影响原因。试验结果表明:分别对70%、72%、74%、76%和78%五种浓度全尾砂砂浆施加20 k Hz和40 k Hz两种频率下36 W、62 W、85 W、100 W的超声，黏度降幅可达6. 421%～23. 504%，屈服应力降幅达7. 773%～33. 125%。塑性黏度与功率存在显著的线性关系，屈服应力与功率存在明显的线性、二次、Boltzmann、Logistic分布关系。在其他试验条件相同的情况下，总体上40 k Hz比20 k Hz的超声作用效果相对明显，高功率优于低功率；超声波不仅能使砂浆颗粒产生机械振动，而且能产生明显的空化效应和热效应，在降低全尾砂砂浆的塑性黏度和屈服应力、改善砂仓中尾砂浆流动性和砂仓放砂等方面具有显著的优越性。
  • 微生物矿化沉积对再生骨料界面过渡区的影响 下载：76 浏览：440
  • 徐培蓁1 陈发滨1 李泉荃1 任艺楠1 吴春然2 朱亚光1，2 《新材料》 2020年12期
  • 摘要:
    骨料-水泥浆体的界面过渡区疏松多孔是导致再生骨料与天然骨料性能差异的重要原因。通过试验研究微生物矿化沉积技术对再生骨料界面过渡区性能的影响。使用水泥净浆包裹不同菌种和不同方式处理的再生骨料，养护后破碎获得骨料-水泥界面过渡区，通过SEM观察界面过渡区的微观形貌变化，利用纳米压痕试验测量界面过渡区的弹性模量和硬度，并结合再生砂浆块的抗压、抗折强度试验结果，分析微生物矿化沉积对再生骨料界面过渡区的改善效果。结果表明:再生骨料经假坚强芽孢杆菌和嗜碱芽孢杆菌处理后所制备的再生砂浆块的抗压、抗折强度及再生骨料界面过渡区的弹性模量和硬度均有明显提升，两菌种矿化生成碳酸钙的能力不同造成了性能提升效果的差异。
  • 变形温度对2A14铝合金组织与力学性能的影响 下载：79 浏览：452
  • 童灯亮1，2 易幼平1，2，3 黄始全2，3 何海林1，2 郭万富1，2 王并乡2，3 《新材料》 2020年12期
  • 摘要:
    针对大型2A14铝合金高筒件制造存在的粗大晶粒与第二相聚集等问题，本研究提出一种高筒件中温轧制新工艺。借助金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)与拉伸测试等手段研究了热轧与中温轧制对2A14铝合金组织与力学性能的影响。结果表明:相较于480℃热轧，2A14铝合金在200℃下进行中温轧制并结合热处理可显著提升其综合力学性能，其抗拉强度、屈服强度、延伸率分别达到464 MPa、386 MPa、9. 3%。中温轧制以高密度位错形式累积大量存储能，提高了固溶过程的再结晶形核率，使晶粒显著细化；同时，中温轧制协同热处理使合金中粗大第二相化合物充分破碎与溶解，改善了其在基体中的不均匀分布，并促进了2A14铝合金主要强化相S'相的析出。
  • 旋转速度对高强度钢Q&P980搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响 下载：79 浏览：452
  • 蔺宏涛1 孟强2 王怡嵩1，2 王家毅1 张韵1 江海涛1 《新材料》 2020年12期
  • 摘要:
    为了促进高强度钢在汽车领域的应用，解决高强度钢在采用常规熔化焊进行焊接时出现的问题，利用搅拌摩擦焊接技术对1. 2 mm厚的高强度钢Q&P980进行焊接试验，并利用激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜、万能试验机和显微硬度计等手段研究旋转速度对高强度钢Q&P980搅拌摩擦焊接头的微观组织和力学性能的影响。研究发现，在不同旋转速度下均获得了没有缺陷的焊缝，接头组织呈典型的"碗状"组织形貌。旋转速度为200 r/min时，接头搅拌区组织仍为马氏体与铁素体组织，但晶粒尺寸相比母材明显细化且马氏体含量相比母材增多。随着旋转速度的提高，马氏体含量会继续增多，旋转速度为400 r/min时搅拌区组织基本全部为马氏体组织，旋转速度为600 r/min时搅拌区组织为马氏体和贝氏体的混合组织。接头显微硬度结果显示，搅拌区的硬度明显高于母材，搅拌区与母材之间存在一个软化区。旋转速度为400 r/min时，接头抗拉强度最高，达到1 070MPa，为母材的99%，基本等同于母材的抗拉强度；接头的断后伸长率为11. 2%，达到母材的50%。旋转速度为200 r/min时，接头断裂于搅拌区，其他旋转速度下接头均断裂于软化区，断裂于软化区的断口形貌呈现韧性断裂特征。
  • 时效温度对Cu沉淀强化超高强海工钢力学性能的影响 下载：80 浏览：416
  • 李振团 柴锋 罗小兵 张正延 杨才福 苏航 《新材料》 2020年11期
  • 摘要:
    采用Thermo-Calc软件、SEM和HRTEM等分析技术研究了时效温度对低碳超高强海工钢中Cu的析出行为及其对力学性能的影响。结果表明，400～550℃时效，由于Cu的时效沉淀析出，Ni-Cr-Mo-Cu钢的时效硬度显著高于Ni-Cr-Mo钢，最高时效峰值硬度达到386HV。525℃时效，Cu粒子具有较低的粗化速率，Cu粒子析出的平均半径为5. 2 nm，强化机制为切过机制，产生的强化增量约为100 MPa。时效温度升高至550～575℃，Cu粒子粗化，强化机制转变为绕过机制，强化增量小于50 MPa。Ni-Cr-Mo-Cu钢525℃时效可以获得良好的强韧性，屈服强度达到1 120 MPa，-80℃低温V型冲击功为76 J，与Ni-Cr-Mo钢相比，添加Cu使其屈服强度、-80℃冲击功分别提高9%和15%。
  • 压力对挤压铸造E级钢低温冲击韧性的影响 下载：78 浏览：427
  • 王婷玥 邢书明 敖晓辉 王营 《新材料》 2020年11期
  • 摘要:
    本工作采用挤压铸造工艺制备了不同压力下的E级钢调质态试样，并进行了低温夏比冲击试验和布氏硬度检测，研究了挤压压力对E级钢低温冲击韧性的影响规律，并用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)对显微组织和冲击断口进行了观察。研究结果表明，当挤压压力在0～150 MPa范围内，E级钢的40℃低温冲击韧性先增大后减小。在挤压压力为38 MPa时，E级钢低温冲击韧性最佳，比金属型重力铸造E级钢提高65. 4%，硬度仅降低了6. 17%。进一步提高压力，冲击吸收功呈线性下降，硬度小幅上升。显微组织分析表明，随着挤压压力的提高，E级钢晶粒明显细化，铁素体含量增多，有利于E级钢冲击韧性的提高。另一方面，由于过冷度的提高，E级钢在压力为60 MPa时析出了魏氏组织，导致低温冲击韧性显著下降。断口分析表明，金属型重力铸造E级钢低温冲击断口为准解理形貌，而采用38 MPa挤压铸造的E级钢即使在40℃低温下，断口仍存在大量细密的韧窝，属于韧性断裂。
  • 共价有机聚合物/石墨烯复合材料的制备及锂电性能研究 下载：79 浏览：408
  • 高国梁1，2 张海涛1 李晨斌1 王德宇1 沈彩1 《新材料》 2020年11期
  • 摘要:
    共价有机聚合物(COPs)作为一类新型材料，凭借其诸多优异特性得到越来越广泛的应用。本实验以三聚氰胺和1，4-二溴丁烷为原料合成片层结构的三聚氰胺基共价有机聚合物，片层厚度为3. 5 nm左右。采用原位掺杂石墨烯(rGO)的方式制备COPs/rGO复合材料并测试了其作为锂电池负极材料的电化学性能。实验结果显示，电极材料在50 m A/g的条件下充放电循环100次后仍然保持有420 m Ah/g的放电比容量，同时表现出优异的高电流密度和倍率性能。由此可以看出该COPs/rGO复合材料是一种很有前景的储锂材料。
  • 等离子体聚合聚环氧乙烷类涂层用于提高镁合金心血管支架抗腐蚀性能 下载：76 浏览：433
  • 余东海 熊开琴 黄楠 《新材料》 2020年11期
  • 摘要:
    本研究以二乙二醇二甲醚(Diglyme)为单体，通过等离子体聚合技术得到均匀、无孔的聚环氧乙烷类(PEO-Like)涂层，并用来提高MgZnMn合金的抗腐蚀性能。在两种放电功率下制得了不同结构的涂层。X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)显示，高功率下制备的涂层(HPEO)比低功率下制备的涂层(LPEO)分子结构交联度更高。电化学与体外浸泡测试证明两种涂层均具有良好的防腐蚀效果，但HPEO保护效果更佳。经过球囊扩张试验后，HPEO在MgZnMn支架上仍粘附良好，并且在后续的PBS浸泡实验中，涂层依旧能显著降低支架的降解速率。
  • 降粘性聚羧酸减水剂的设计合成及在低水胶比水泥-硅灰体系中的作用 下载：76 浏览：463
  • 白静静1 王敏1 史才军1 沙胜男1 向顺成2 周贝贝1 马一菡1 《新材料》 2020年11期
  • 摘要:
    现有聚羧酸减水剂不能满足低水胶比、硅灰掺量高的胶凝材料体系的流动性及粘度调节需求。本研究采用分子设计的方法，以过硫酸铵(APS)为引发剂，丙烯酸(AA)、马来酸酐(MAH)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸(AMPS)、乙烯基三乙氧基硅烷(VTEO)、烯丙醇聚氧乙烯醚(APEG)为单体，通过自由基共聚合成了分子量小、主链含硅羟基、羧基密度高的降粘性聚羧酸减水剂(S-PCEs)。通过傅里叶红外光谱仪(FTIR)、凝胶渗透色谱(GPC)对S-PCEs的结构进行了表征，比较了其与市售聚羧酸基减水剂(C-PCEs)的表面张力、Zeta电位、吸附行为等理化性质差异及对低水胶比水泥-硅灰浆体流动性、流变及触变性能的影响差异。最后，探究了S-PCEs的作用机理。研究结果表明:S-PCEs在低水胶比水泥-硅灰体系中具有良好的分散性，当其折固掺量为2%时，低水胶比(w/b=0. 18)水泥-硅灰浆体的初始流动度及60 min时的流动度较掺C-PCEs的浆体分别提高了22. 37%和20. 83%，且随着水胶比的降低或硅灰掺量的提高，S-PCEs对胶凝材料的分散优势更加明显。相比于C-PCEs，S-PCEs的掺入使低水胶比水泥-硅灰体系的屈服应力下降7. 95%，等效塑性粘度降低61. 31%，触变环的面积减少52. 98%。一方面，S-PCEs在低水胶比水泥-硅灰体系中有更大的吸附量，单位面积的胶凝材料组分表面吸附的分子个数更多，因此对絮凝结构的分散效果更好；另一方面，加入S-PCEs后液相表面张力显著降低，胶凝材料颗粒表面的结合水含量减少。因此，掺S-PCEs的体系中存在更多的自由水，S-PCEs使低水胶比水泥-硅灰浆体的流动性提高，粘度降低。
  • 多氯芳烃类污染物催化降解的研究进展 下载：78 浏览：417
  • 刘建坤1，2 黄静1，2 蒋廷学1，2 吴春方1，2 文佳鑫3 许卓奇3 马小东3 王淑荣4 《新材料》 2020年10期
  • 摘要:
    随着社会的发展和人们环保意识的提高，环境中存在的有机污染物问题得到了广泛关注。其中多氯芳烃类有机污染物(Polychlorinated aromatic pollutants，PCAPs)已成为全球瞩目的重要有机污染物之一。与常规污染物相比，PCAPs具有很强的生物累积性、环境持久性、高毒性、亲脂性和远距离迁移能力，使它们不仅易通过固体废弃物、液体污水和废气等方式分散于水生环境、土壤和大气环境中，而且容易通过生物链进入生态环境，同时也可以通过食物链进入人体脂肪组织、血液中，改变骨骼的结构和功能，从而对人类产生致畸、致癌、致突变的三致效应，因而PCAPs的控制、消除和降解技术已经成为环境领域的一个研究热点。目前，对于PCAPs的治理方法主要包括吸附法、高温热解法、微生物处理法、光催化法和催化降解法等。但前四种技术存在实际降解不完全、残渣废弃物多、对污染物处理成本较高、降解温度高、PCAPs低温易重新形成、耗时较长或造成更严重的二次污染等缺点而限制了它们的实际应用。相比之下，催化降解法具备反应温度低、产物矿化完全、降解效率高、安全性好、无二次污染等优点，被认为是去除环境中PCAPs最有效并具有很好应用前景的技术手段。在过去的几十年里，国内外研究人员对催化降解PCAPs催化剂进行了大量的研究，相关问题已经成为环境及催化领域的一个研究热点。本文对近几年来国内外催化降解PCAPs的主要研究成果和最新进展进行了系统综述，基于研究现状的分析，阐述了目前研究中PCAPs处理存在的问题和不足，并对其未来发展趋势进行了展望，以期为制备高效和环境友好的新型降解PCAPs催化剂提供参考。
  • 溶胶-凝胶法制备离子印迹聚合物及其用于选择性吸附重金属离子的综述 下载：72 浏览：393
  • 王蓝青1，2 钟溢健1，2 陈南春3 解庆林1，2 《新材料》 2020年10期
  • 摘要:
    离子印迹聚合物(Ion imprinted polymers，IIPs)是一种具有三维空间结构，对目标离子有更强亲和力的聚合材料。该材料通常可通过模板离子与功能单体螯合，经交联聚合、模板洗脱后获得。IIPs由于具有结构稳定、特异识别与高选择性等特点，在重金属污染处理领域具有广阔的应用前景。然而，IIPs的印迹位点分布不均、印迹位点包埋过深以及印迹材料传质效率低等问题，限制了IIPs对重金属离子的选择吸附以及后续应用。因此，在IIPs的制备过程中，亟须采取一种理想的IIPs制备方法，解决印迹位点包埋，改善模板离子的洗脱效果，促进印迹位点均匀分布，提高IIPs的传质效率，发挥其独特优异性能。近年来开发了多种IIPs制备方法，通过优化制备IIPs的组装、聚合方式，克服了制备过程中的部分难点，保证IIPs特异识别选择性的同时，大幅提升了IIPs的吸附性能。IIPs制备方法主要包括基于逐步聚合机理的溶胶-凝胶法和基于连锁聚合机理的自由基聚合法。溶胶-凝胶制备方法反应条件温和，反应过程易控，产物有良好的力学性能、热稳定性与结构预定性，得到了广泛应用。结合溶胶-凝胶法制备IIPs的工艺途径大致可分为包埋法、共聚法与表面印迹法。包埋法制备过程简便，反应条件温和，有机组分与作用位点稳定均匀分布于材料中，但制备过程容易造成模板离子包埋过深、不易洗脱、印迹位点不易暴露、传质效率较差。基于共聚法制备的IIPs表面粗糙、不规则，具有多孔结构与较大的比表面积，能促进小尺寸粒子进入到材料孔道，提高对模板离子的捕获与识别；但模板离子与功能单体的结合程度受限，IIPs的功能基团空间取向不稳定，限制了IIPs的特定选择功能。表面印迹法保留了基体材料的性能优势，通过将特异性印迹位点作用(负载、接枝、修饰等)于载体表面，可增大吸附容量、增强传质效率、提高吸附选择性，成为近年来离子印迹聚合物的热点研究方向之一。本文着重介绍了溶胶-凝胶法制备IIPs的主要工艺途径及特点，阐述了溶胶-凝胶法制备的典型IIPs(铜、铅、镉、汞、铬)及其选择性吸附重金属的应用，并对IIPs研究前景进行了展望。
  • 层状双金属氢氧化物及其复合材料去除水体中重金属离子的研究进展 下载：87 浏览：427
  • 肖江1 周书葵1 刘星2 储陆平1 张建1 李智东1 田林玉1 李嘉丽1 《新材料》 2020年10期
  • 摘要:
    随着现代工业的飞速发展，工业废水中的重金属离子对人类生存和健康已造成严重的威胁，因此，如何有效去除重金属是当前环境治理领域中需要解决的重要问题。层状双金属氢氧化物（LDHs）作为一种二维层状化合物，具备来源广泛、化学性质稳定、合成成本低、无毒性等优势，被广泛应用于吸附材料、催化剂和药物学等领域。大量实验证明，层状金属氢氧化物能作为吸附剂去除水中的重金属离子，且吸附效果显著。但单一LDHs因官能团较少、耐酸碱性较差、重复使用率低、易聚集等缺点难以在环境修复领域的实际应用中进一步推广，因此，如何改善其吸附性能，即如何以层状双金属氢氧化物为基体材料来构筑功能性的层状金属氢氧化物材料，成为近期环境修复领域研究的热点之一。目前，研究人员试图以煅烧、插层、表面修饰和复合材料等方法对LDHs进行表面改性，以达到提高LDHs材料的层间距离、比表面积和表面官能团等目的，继而增加其与重金属离子之间的作用位点，提升吸附性能。大量研究表明，采用煅烧法能获得大比表面积和丰富含氧功能团的LDHs；如将苯二甲酸（TAL）和均苯四羧酸（PAL）等应用到插层改性能获得层间距离更大的LDHs，或者将甘油小分子应用于表面修饰改性LDHs，可以增加LDHs材料表面官能团的数量。以上改性方法均能提高LDHs的吸附性能，但改性后的LDHs材料仍存在回收效果差、重复利用率低等问题。因此，研究者制备了以Fe3O4为主的磁性LDHs复合材料，该制备方法既满足了高吸附性能的要求，也极大地提高了其重复利用效率；不仅突破了回收利用率低的瓶颈，还为LDHs材料在实际应用中的推广奠定了基础。基于水环境修复角度，本文首先论述了层状双金属氢氧化物的制备，及以层状双金属氢氧化物为基体材料的常用改性方法和可能的作用机理，并进一步论述了其在环境领域中水处理方面的最新应用。其次，本文还分析了环境修复过程中影响层状双金属氢氧化物应用效果的各种因素。最后，本文在上述基础上对如何利用层状金属氢氧化物复合材料高效地从水环境中去除重金属离子进行了深刻的思考，进而对层状双金属氢氧化物（LDHs）在废水处理中的应用前景进行展望。
  • 固体氧化物燃料电池(SOFC)钛基钙钛矿阳极的研究进展 下载：88 浏览：411
  • 林佩俭 苗鹤 王洲航 陈斌 武旭 扬袁 金良 《新材料》 2020年10期
  • 摘要:
    燃料电池是一种把化学能直接连续转化为电能的高效、环保的发电系统。固体氧化物燃料电池(SOFC)作为第四代燃料电池，其结构为全固态结构，在中高温条件下工作。SOFC具备燃料范围广、材料成本低、使用寿命长、发电效率高、余热利用价值高等优点。SOFC阳极为从外界输运过来的燃料与从阴极传递过来的氧离子发生电化学反应提供场所。开发高性价比的阳极是提高SOFC性能、降低其制造成本的关键。SOFC阳极材料包括贵金属、Ni基材料、Cu基材料、钙钛矿等。然而，贵金属阳极受成本制约较为严重，Ni基阳极在使用碳氢燃料时易产生积碳而降低其使用寿命，Cu基阳极的电化学活性较低。钙钛矿阳极因其稳定的结构、较高的抗积碳和耐硫毒化能力而得到广泛关注，近年来各类钙钛矿阳极的报道层出不穷。钛基钙钛矿因其较好的催化活性、电化学稳定性、抗硫中毒及抗积碳性能成为近年来SOFC阳极研究的热点。但相较传统Ni基阳极，钛基钙钛矿仍存在催化活性和电导率较低等问题。因此，若将钛基钙钛矿阳极直接应用于SOFC中则无法满足大功率放电需求。近年来，研究者们发现可以采用掺杂、复合改性等方法来提高钛基钙钛矿阳极的电化学活性。本文以目前研究较为广泛的La掺杂钛酸锶、Y掺杂钛酸锶和其他体系的钛基钙钛矿作为对象，重点讨论了钛基钙钛矿的改性方法(如掺杂和复合)和研究进展，并给出钛基钙钛矿的发展方向。本文将为高活性、高稳定性SOFC钙钛矿阳极的研究开发提供参考依据。
  • 铅酸电池负极添加剂的研究进展 下载：78 浏览：410
  • 李宵波1，2 张盼盼1，2 何亚鹏1，2 黄惠1，2，3 郭忠诚1，2，3 《新材料》 2020年10期
  • 摘要:
    近年来，环境污染与化石能源日益匮乏，使得储能设备不断发展更新。电池作为新型储能设备在能源供给方面占有一定的优势。目前二次电池市场中使用最广泛的主要还是锂离子电池及铅酸电池。锂电池具有能量密度高、体积小等优点，有超越铅酸电池的趋势，但因低温容量衰减严重、高温易爆炸等缺点导致其使用受到一定的限制。而铅酸电池具有使用温度范围较宽、安全可靠以及售价低廉等优势，在工业使用方面更具有普遍性。铅酸电池在使用过程中也存在失效问题。目前铅酸电池失效模式主要起源于正负极早期容量损失、板栅腐蚀以及负极硫酸盐化等。作为混合动力汽车常用的动力来源，铅酸电池需在高倍率放电部分荷电状态(HRPSoC)下运行，此时，决定电池寿命的主要因素是负极是否失效。负极失效使得电池性能急剧下降、寿命缩短，而铅酸电池负极添加剂能够在不同程度上解决负极失效问题。本文对铅酸电池常用的负极添加剂的研究发展概况和存在的问题进行了阐述，并对其进行了展望。铅酸电池负极添加剂主要包括碳材料、导电聚合物、无机或金属氧化物等，可以提高电池负极活性物质(NAM)的利用率，改善大电流放电、低温充放电、快速充电等性能。同时碳、聚苯胺、无机或金属氧化物等材料的加入能够分担铅酸电池负极的部分充电电流，减缓大电流对负极的冲击、抑制负极铅硫酸盐化、提高电池高倍率放电部分荷电状态循环寿命、降低负极放电深度、升高电池析氢电位、降低电池失水。
  • 石墨烯薄膜的制备方法及应用研究进展 下载：76 浏览：437
  • 何延如1，2 田小让1，2 赵冠超1，2 代玲玲1，2 聂革1，2 刘敏胜1，2 《新材料》 2020年9期
  • 摘要:
    完美石墨烯由于具有高导电性、高透光性、高柔韧性、高阻隔性、高机械强度、高化学稳定性、超薄等特性，被誉为21世纪最具颠覆性的"新材料之王"，引起全球各界的关注，并预期在电子领域、光子领域、能源领域、环保领域、生物医疗健康等领域具有广阔的发展前景。目前，欧洲、美国、日本等众多国家，都把石墨烯列为本世纪最重要的新材料进行研究和开发，并已在新能源、电子等方面取得重要进展和初步应用效果。我国也明确把石墨烯作为国家重要战略材料列入国家"十三五"规划。石墨烯分为石墨烯粉体（还原氧化石墨烯）和石墨烯薄膜两大类。目前研究较多的是石墨烯粉体，且其制备和应用方面都有了系统的研究，并取得了一定成果。对于石墨烯薄膜，研究较多的是其制备技术，虽然对石墨烯薄膜在各个领域的应用均进行了初步研究，验证了它应用于其中的可行性，并预期其在部分应用领域具有显著优势，但多数处于研究初期，还面临众多技术挑战。因为目前制备的石墨烯薄膜性能和理论性能有较大差距，所以需要研究者们一方面改进制备技术，提升石墨烯薄膜性能；另一方面结合石墨烯特性选择拥有显著优势的应用领域进行深入研究，设计能够体现石墨烯薄膜性能优势的产品器件，这样才能真正打开石墨烯薄膜的应用市场。本文首先介绍了化学气相沉积法制备石墨烯薄膜的研究现状及发展趋势。目前，石墨烯薄膜晶畴尺寸多为微米级到毫米级，少数研究机构所制的石墨烯薄膜晶畴可达到厘米级；石墨烯薄膜迁移率一般可达到10 000～30 000 cm2/（V·s），方阻小于150Ω/，透光率达到97. 7%。石墨烯薄膜发展趋势是开发可控、快速制备大面积、大晶畴、高质量原位沉积石墨烯薄膜的技术和找到可体现石墨烯薄膜优异性能的应用场景。其次在欧盟"石墨烯旗舰计划"科技路线图的框架下，根据石墨烯薄膜的诸多预期特性，结合技术先进性、未来市场规模、可行性、开发周期等方面，选定16项主要应用方向作为重点关注方向，并将其归为七大类应用:透明导电层、分离隔离膜、场效应晶体管（沟道层）、光电探测器（有源区）、导热材料、集流体涂层、催化剂载体。本文重点系统地分析了石墨烯薄膜在上述应用中预期带来的优势、现状和面临的问题，为石墨烯薄膜材料的发展提供研究基础。
  • 非金属矿物材料脱霉性能评价方法研究进展 下载：77 浏览：442
  • 张娜1 韩筱玉1 梁金生1，2 李艳1 孟军平1，2 张红1，2 《新材料》 2020年9期
  • 摘要:
    饲料极易霉变产生霉菌毒素，不但危害动物机体健康，还会引发食品安全问题。蒙脱石、凹凸棒石、海泡石及沸石等非金属矿物材料具有天然的层状、纤维状及孔状纳米结构，矿物表面含有丰富的羟基和悬挂键，晶体结构比较稳定，具有良好的吸附性能和离子交换能力，在饲料脱霉领域的应用前景十分广阔。添加到饲料中的脱霉材料可能会与动物体内的营养物质、抗生素、微量元素等相互作用；另外，饲料内会同时含有多种霉菌毒素，不同霉菌毒素间会产生协同作用。因此，脱霉材料对饲料内不同霉菌毒素的脱除效果有很大差异。目前国内外尚且没有统一的非金属矿物材料脱霉性能的检验方法和评价标准，主要原因在于标准溶液中霉菌毒素的浓度及脱霉材料的添加浓度有很大差异，不易统一。市场上脱霉产品良莠不齐，脱霉效果又不容易直观评价，不仅给用户的选择带来很大困扰，还给畜牧业的发展带来了极大影响，因此建立科学统一的非金属矿物材料脱霉性能检测实验方法和评价标准势在必行。脱霉材料性能检测实验方法主要分为体外实验法、体内实验法及体外模拟实验法。其中，体外实验方法简单、快捷，易于实现，应用广泛，但缺少动物消化吸收环境，不能准确评定脱霉材料对霉菌毒素的实际吸附效果，但可判断脱霉材料对霉菌毒素的吸附是否有效。体内实验虽然可以准确评价脱霉材料的有效性和安全性，但动物体内消化吸收过程复杂，实验过程所需周期较长，工作量大，样品的采集和制备比较困难。随着对动物消化吸收过程研究的深入，可建立体外模拟生物消化系统来对脱霉材料进行检测、评价，其结果更接近动物体内脱霉材料与霉菌毒素的结合，但建立体外模型复杂，难度较大，设备购买昂贵。因此，在体外模拟酶消化法和体外实验吸附-解吸法的基础上提出一种新的体外模拟实验法来对非金属矿物材料的脱霉性能进行测定。本文介绍了典型非金属矿物材料脱霉性能的主要检测实验方法、研究进展及发展方向，以期为非金属矿物材料脱霉性能检测及评价方法标准化奠定基础。
  • 金纳米线的制备及传感应用研究进展 下载：77 浏览：439
  • 金嘉炜 刘传扬 张冶 刘国伟 楚增勇 李公义 《新材料》 2020年9期
  • 摘要:
    金纳米材料除了具有普通纳米材料的特性(表面效应、介电限域效应、小尺寸效应及量子隧道效应等)外，还具备独特的稳定性、导电性，优良的生物相容性以及超分子和分子识别、荧光等特性，这使其在纳米电子学、光电子学、传感和催化、生物分子标记、生物传感等领域展现出广阔的应用前景。在多种形态各异的金纳米材料中，金纳米线一直受到研究者们的高度重视。探索制备金纳米线的新技术与新方法，进一步拓展其应用领域，是当前纳米材料领域的研究焦点之一。金纳米线因具有长径比大、柔性较高以及制备方法简便等优点，在传感器、微电子、光学器件、表面增强拉曼、生物检测等领域都展现出不可忽视的潜力。随着技术的发展，研究者们已开发了多种制备金纳米线的方法，如模板合成法、溶液法、阶边修饰法。然而近年来，纳米电子学与传感器等领域的应用需求对金纳米线的制备方法提出了更高的要求，如制备的金纳米线要有较为理想的形貌(金纳米线的直径与几何结构直接影响电子的传输性能)，且要考虑方法的复杂性，是否对环境造成污染及金纳米线产量等因素。本文结合近十年来金纳米线的制备与应用研究成果，重新分类归纳了金纳米线的制备方法与调控方式，并对金纳米线在传感领域的应用进行了较为全面的总结，以期为后续研究提供参考。
  • 铅冷能源系统中液态金属与铁基合金相容性的研究进展 下载：77 浏览：422
  • 陈灵芝1 周张健1 Carsten Schroer2 《新材料》 2020年9期
  • 摘要:
    核电是一种可以有效解决能源与环境问题的清洁能源，受到国际上的广泛重视。目前的商用堆以第二代及第三代热中子反应堆为主，存在铀资源利用率低、放射性废物不断积累和潜在的核安全等问题，故具有更高安全性和经济性的第四代核能系统的研究成为当前的热点。四代堆中采用液态铅或铅基合金作为主冷却剂的反应堆称为铅冷快堆，由于液态铅及其合金具有优异的热工性能及核物理性能，铅冷快堆被认为是最有希望率先得到应用的第四代反应堆之一，液态铅也是加速器驱动次临界系统重要的液态靶材料兼冷却剂。此外，液态铅也被认为是太阳能热电系统最有前景的能量交换介质之一。铅冷堆具有可在较高温度条件下运行、发电效率高等明显优势，但也由于堆内的服役温度和中子辐照强度较高，对关键结构材料的服役性能提出很高要求。尤其是大多数合金在液态铅中都会由于合金元素的选择性溶解带来明显的腐蚀问题，结构材料与液态铅的相容性问题是铅冷能源系统工程应用的重要瓶颈。堆内的腐蚀情况包括材料的溶解和氧化、固液两相的输运以及腐蚀产物和杂质之间的反应等，是一个复杂的过程。腐蚀行为的影响因素包括材料自身特点及外界因素，例如材料类型、微观结构、化学成分和表面状态以及冷却剂类型、温度、氧浓度、流速和腐蚀时间等都会对腐蚀产生重要的影响。本文针对制约铅冷能源系统用结构材料发展的基础核心问题，把握材料成分和显微组织特点与其在液态铅中的溶解和氧化问题之间的关系这一主线，就国内外关于液态铅对合金的溶解腐蚀基础问题，金属及非金属腐蚀抑制剂的发展，不锈钢、氧化物弥散强化(ODS)钢、含Al奥氏体耐热钢(AFA)及FeCrAl合金在液态铅基中的腐蚀行为等研究内容进行总结和分析，对影响腐蚀的因素进行归纳，列举材料的腐蚀过程和机制以及相应的腐蚀产物和结构，分析各元素在腐蚀过程中对氧化层的作用及扩散迁移模式，并对存在的问题进行总结和展望，为满足铅冷能源系统关键结构材料的发展提供依据和参考。
  • 锆合金中的氢化物脱附行为研究进展 下载：78 浏览：435
  • 杨振飞1 史鹏1 敖冰云2 《新材料》 2020年9期
  • 摘要:
    锆合金因具有强的耐腐蚀能力、低的热中子吸收截面等特点而被广泛应用于核反应堆中。经过六十多年的发展，锆合金已由第一代锆-1合金发展至第二代锆-2、锆-4合金以及第三代的N36、ZIRLO、M05等。氢化物析出是造成核级锆合金力学性能变差的主要原因，氢主要来自于金属锆和水发生的腐蚀反应，它通过扩散运动进入金属基体，并滞留在基体中。锆合金中氢化物的种类及性质一直以来备受研究者们的关注。目前发现的氢化物有四种，但由于ζ-ZrH0.5（bct）、γ-ZrH （fct）两种氢化物为亚稳态，且ζ相氢化物存在时间极短，现阶段的实验设备或实验方法无法在如此短的时间尺度上对其进行观察，因此大量关于氢化物的研究均集中于δ-ZrH1.4-1.7（fcc）、ε-ZrH2（fct）这两种稳定相上。锆合金包壳或结构件的工作环境均为高温，高温下基体中的滞留氢将发生脱附。在停堆及其他条件下吸收的氢超过极限固溶度后将以氢化物的形式析出，造成晶格畸变，而在高温时氢脱附使晶格畸变消失。此循环过程中，材料内部将逐渐累积大量微缺陷，加速材料老化。大量研究者均采用纯ZrH2粉末样品研究氢的脱附行为，但实际服役的锆合金中还含有大量合金元素，合金元素的存在会影响氢的滞留状态以及脱附行为。因此以纯ZrH2粉末样品中氢脱附温度的实验数据作为依据来判断锆合金的适用条件并不严谨，需研究不同种类锆合金中不同氢化物的脱附温度。热脱附谱（TDS）技术是研究金属及合金中滞留氢及其同位素的有效方式之一，但采用TDS设备测定锆合金中氢的脱附行为存在一定的局限性。此外，锆合金表面普遍存在一层氧化层，其会影响氢的脱附行为，在脱附过程中当氢扩散至氧化层时，氧化层中的氧将捕获部分氢原子形成氢氧键，使脱附量减少，同时滞后氢的脱附，使脱附温度升高。因此，实验数据上的脱附温度升高并不意味着基体内的氢化物实际脱附温度升高，只是氢向外扩散的过程受到了氧化层的阻挡，使脱附谱向高温方向移动。本文总结了氢化锆脱附行为的研究进展，分别对氢化物的结构、氢的来源、氢滞留量、TDS设备局限性以及氢化物脱附行为进行了介绍，指出了当前研究的不足之处，并展望了未来研究的方向。
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