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关键词： 质子交换膜燃料电池   氧还原反应   合金催化剂   纳米立方体形貌   有序结构   轴向配位效应  

摘要： 作为高效清洁的能源转化装置,质子交换膜燃料电池（PEMFCs）可实现空气中氢氧化学能向电能的直接转化。然而,商业Pt/C催化剂面临成本高、活性低及稳定性差等问题;因此,开发高性能Pt基催化剂并降低Pt载量成为PEMFCs商业化突破的关键。本论文从成本、活性和稳定性出发,着重于催化剂电子结构调节和构建增强Pt基合金与载体之间的相互作用,同时减少Pt的使用量降低成本,提高活性和稳定性,开展以下两个研究工作: 一、通过表面活性剂驱动策略成功制备合成具有纳米立方体形貌的结构有序Pt3Zn金属间化合物催化剂（命名为Pt3Zn NCs,NCs代表纳米立方体）。Pt与Zn原子之间合金化能有效减少Pt的用量,同时纳米立方体形貌具有优异的活性表面结构,能够提供丰富的表面活性位点和快速的传质通道,促进ORR过程中质量传递和电子传输。此外,有序的原子排列能够有效防止Pt3Zn纳米颗粒（NPs）发生脱合金现象,提高ORR的稳定性。电化学测试结果表明,制备的Pt3Zn NCs催化剂具有更高的质量活性(MA=1.48 A mg Pt-1)和比活性(SA=2.72m A cm-2),分别是商业Pt/C的6.43和8.50倍,并且在30,000次电位循环后其MA和SA只损失8.78%和17.3%。此外,根据密度泛函理论（DFT）计算结果表明,Pt3Zn（111）的d带中心（-2.67 e V）低于Pt（111）的-2.57 e V,Pt-O键结合能（-4.55 e V）低于Pt（111）的-4.15 e V,归因于Pt与Zn原子合金化调节Pt表面电子结构,降低d带中心能级,优化Pt-O键之间的结合强度,催化活性得到提高。 二、基于上一个工作体系,普通碳载Pt基合金催化剂稳定性仍需进一步提高。因此,我们从载体增强的角度出发,构建Pt基合金与载体之间强相互作用,设计一种Cl原子轴向配位修饰的Fe N4CCl单原子碳材料基底负载有序的Pt Fe合金催化剂（PtxFe/Fe N4CCl）。电化学测试结果表明,制备的PtxFe/Fe N4CCl样品都表现出增强的氧化原活性和优异的长期稳定性,其中具有合适表面组成的Pt2Fe/Fe N4CCl展示最佳的氧还原性能,远超过商业Pt/C。同时,在经过40,000次电位循环稳定性测试后,Pt2Fe/Fe N4CCl的MA下降7.80%。ORR性能的提升归因于:（i）合适的表面组成对调节Pt的电子结构有积极的作用;（ii）Fe N4CCl载体上轴向配位Cl原子的拉电子效应调节电子结构,降低Pt对含氧中间体的吸附自由能;（iii）Fe N4CCl单原子基底与有序Pt Fe合金之间的相互协同催化。此外,通过同步辐射（XAS）分析,位于～1.5?处的尖锐峰归因于Pt-N键,证实Pt Fe合金与Fe N4CCl单原子基底之间存在很强的金属-载体强相互作用（SMSI）。DFT计算结果显示Pt Fe/Fe N4Cl具有最低的d带中心,表明Pt表面与OHabs物种有较弱的吸附自由能,加快整个氧还原反应循环过程。

关键词： Pd合金   第一性原理   电子性质   磁热效应   Monte Carlo方法  

摘要： Pd作为贵金属在汽车制造、磁性材料等领域有着不可替代的重要作用。然而,其高昂的造价阻碍了其在工业上的广泛应用,所以进一步研究和开发Pd合金,降低其应用成本,是目前Pd金属相关研究的重要目标。 本论文运用密度泛函理论（DFT）对六种Pd合金X3Pd和XPd3（X=Fe、Co、Ni）的结构、电子性质、力学性质、德拜温度和磁性进行了系统性研究。研究发现,六种合金在基态下具有热力学和动力学稳定性。六种合金自旋向上和自旋向下的能带不对称,发现研究材料具有磁性和金属性,并且过渡元素原子与Pd原子之间发生杂化。此外,通过对比力学参数,发现了Fe3Pd和NiPd3具有不同寻常的韧性表现,还展现出了较强的各向异性。在德拜温度的计算中,Co3Pd的德拜温度远高于另外五种合金。利用四态法计算了Fe3Pd、Co3Pd、Ni3Pd三种合金的交换耦合常数。 其次,将DFT计算得到的交换耦合常数带入到Ising模型中,利用Monte Carlo方法进一步模拟了合金在外加磁场和晶场下的磁性行为。将三种合金计算得到的相变温度与实验值进行了对比,发现其磁性行为与理论预测基本一致。晶场会明显降低材料的相变温度,三种合金材料的相变温度均会受到不同程度的影响。在磁热效应的研究中,三种合金的磁熵变随着磁场的升高而增大,其中Co3Pd的磁熵变在数值上高于另外两种合金,这证明了Co3Pd合金在磁致冷技术中具有更大的应用潜力。 最后,研究了Pd合金取代碳材料位点后的磁性性质,建立了类kekulene结构的混自旋（3/2,2）Ising模型。通过基态相图研究了系统在各个物理参数影响下的自旋组态,并且研究了交换耦合作用、晶场和温度对系统和子格磁矩的影响。在磁滞回线的研究中,发现了系统具有多环磁滞行为,为材料在磁记录领域的应用提供理论参考。

关键词： 再生黄铜   La-B-Ti复合添加剂   富Fe相   Pb相   热力学计算   微观组织演变   硬度   电导率  

摘要： 以废杂铜为原料生产高品质再生黄铜合金时,富Fe相以硬质颗粒偏析,影响黄铜铸锭的加工性能。为了提高成材率,采用La-B-Ti复合添加剂来改善高Fe黄铜铸锭的组织。通过热力学模拟计算分析了La-B-Ti对Cu-ZnPb-Fe体系组织的影响,并对添加不同质量分数复合添加剂的黄铜铸锭的微观组织、硬度和电导率进行了实验研究。结果表明,La易与Pb结合形成化合物,Ti易与Fe结合形成化合物。复合添加剂可以抑制富Fe相和Pb相的聚集析出,同时具有细化α相的作用。此外,La-B-Ti改变了Cu-Zn-Pb-Fe体系的晶界数量和析出相形态。当复合添加剂的添加量为高Fe废杂铜质量的0.25%时,再生黄铜铸锭的硬度最高(181 HV),电导率较大(11.85%IACS)。本研究为回收高Fe废杂铜再生黄铜铸锭提供了新思路。

关键词： 筑装饰材料   绿色材料   再生材料   自然材料  

摘要： 随着全球环境保护意识的日益增强,绿色建筑装饰材料以其低碳排放和高可再生性等优势,逐步取代传统材料,成为建筑行业发展的新方向。文章主要介绍了再生材料、自然材料、环保涂料和黏合剂、节能玻璃和隔热材料等绿色建筑装饰材料,深入分析了其优势,并展望了未来绿色建筑装饰材料发展的方向,以期通过这些材料的推广和研发,促进建筑行业高质量发展。

摘要： ~~

关键词： 镁合金   双辊铸轧   中心偏析   凝固理论   有限元模拟  

摘要： 双辊铸轧技术由于其亚快速凝固和短流程、高生产率的特点成为制备镁合金板材的理想选择。但因其生产的板材会存在中心偏析情况,对材料性能产生影响,且在后续热处理中难以去除,是制约镁合金板材发展的主要障碍之一。为减弱材料的中心偏析,通过实验探索中心偏析机理的方法效率较为低下,随着理论模型和计算机技术的发展,数值计算及数值模拟预测的方法被广泛应用,且该方法对温度场、浓度场、流场的预测准确性已被证实。本文综述了凝固模型计算及有限元模拟在预测中心偏析中的应用,分析了中心偏析的形成机理及多种影响因素,最后对两种方法做出评价,并对其在中心偏析预测领域的发展方向进行展望。

关键词： 堆焊层   堆焊合金   合金层   Q235钢板   硬质相   洛氏硬度计   光学显微镜   铁粉  

摘要： Fe-Cr-C系堆焊合金层韧性较差,表面易产生裂纹,通过在Fe-Cr-C系合金粉中加入锰铁粉可以改变堆焊合金层的性能。实验通过添加不同Mn含量的锰铁粉在Q235钢板上进行堆焊,采用X射线衍射仪、光学显微镜、显微硬度计及洛氏硬度计对堆焊合金层进行性能分析。结果表明:Mn元素能够提高Fe-Cr-C堆焊层硬质相的数量。在锰铁粉质量分数为5%~20%时,随着锰铁粉添加量增加,堆焊合金层析出γ-Fe的体积分数和堆焊层内部硬质相(Cr,Fe)_(7)C_(3)的体积分数呈现增加趋势。当锰铁粉的添加量为20%时,堆焊层内硬质相(Cr,Fe)_(7)C_(3)的体积分数最大,分布密集。合金层硬度随锰铁粉添加量的增加呈现先下降后上升趋势,当锰铁粉添加量为5%时,堆焊合金层硬度最高,约为HRC 55.7.

关键词： 固/液复合铸造   半固态   界面组织   元素偏析  

摘要： 采用挤压复合铸造工艺制备出具有半固态组织/枝晶组织的7075/6061双金属复合铸锭。研究了7075铝合金半固态坯料的不同挤压出口高度对复合铸锭界面组织形貌及硬度的影响。研究表明:随着挤压高度减小,界面瞬时结合温度升高,导致复合界面宽度显著增加;界面处组织较细小,且存在合金元素对流扩散行为,致使其硬度高于两侧金属。但当挤压高度较小时,界面组织受热影响剧烈,晶粒严重粗化,导致界面强度整体下降。因此,挤压高度为250mm时,复合铸锭界面组织形貌较好,为细小等轴晶与α-Al固相颗粒较均匀分布,界面硬度较高且过渡平滑。

关键词： 高熵合金涂层   物相组成   显微组织   显微硬度   耐磨性   耐腐蚀性  

摘要： 目的研究Cr_(3)C_(2)对高熵合金涂层物相组成和组织的影响,提高涂层的耐磨性和耐腐蚀性,延长工件的使用寿命。方法采用激光熔覆技术在45#钢表面制备Fe_(0.5)CoCr_(0.5)Mo_(0.3)Ni-xCr_(3)C_(2)高熵合金(HEAs)复合涂层,并对其进行一次重熔处理。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计、摩擦磨损试验机和电化学工作站等设备研究涂层的物相组成、显微组织、显微硬度、耐磨性和耐腐蚀性能。结果涂层主要由面心立方(FCC)相和(Cr,Fe)_(23)C_(6)相组成,FCC相作为主相,是由Fe-Co-Cr-Mo-Ni构成的高熵合金,(Cr,Fe)_(23)C_(6)作为加强相,与FCC形成共晶组织。Cr_(3)C_(2)加入量的改变会影响物相的组成、含量和显微组织的形貌,随着Cr_(3)C_(2)的增加,晶粒的形貌由粗大的树枝晶过渡到细小块状和圆柱状的枝状晶,且枝状晶的尺寸逐渐减小。Cr_(3)C_(2)的加入还会提高涂层的显微硬度,增加耐磨性,当Cr_(3)C_(2)加入量达到20%(质量分数)时,涂层的显微硬度从260HV0.2左右提高到430HV0.2,同时摩擦因数为0.45左右。该涂层同时具有最小自腐蚀电流密度和最高自腐蚀电位,分别为37.25 nA/cm^(2)、–0.15 V,而未加Cr_(3)C_(2)的高熵合金涂层的自腐蚀电流密度为4929.50 nA/cm^(2),自腐蚀电位为–0.55 V。结论当涂层中Cr_(3)C_(2)的加入量不超过20%时,Cr_(3)C_(2)的加入量越大,生成的(Cr,Fe)_(23)C_(6)就越多,涂层的耐磨性越好。Cr_(3)C_(2)的加入还能够降低涂层的自腐蚀电流,提高自腐蚀电位,有利于耐腐蚀性的提高。

关键词： 超材料   微带天线   增益   参数优化   人工神经网络  

摘要： 超材料微带天线在通信、雷达等领域有着重要应用。首先,通过仿真获得了852组数据样本,根据与电磁特性的映射关系建立由参数到性能的数据库,得到了852组样本点并验证该样本点的微带天线的增益、E面半功率波瓣宽度和H面半功率波瓣宽度绝对误差均小于2 dB;其次,基于分类学习器和人工神经网络建立样本点的6个结构几何参数与3个性能参数的关系数据模型,得到的训练集、验证集、测试集的均方误差均小于1%;最后,基于人工神经网络数据模型实现了超材料微带天线高增益性能的逆设计,并对逆设计得到的非样本点结果进行天线性能的重分析。结果表明,非样本点的增益性能真实值与验证值的绝对误差不超过1 dB,这也验证了所提设计具有较高的精准性和可行性。