- 梁凤波;熊宏旭;陈子豪;龚奇奇;孙良良;刘丽丽;
在众多制氢技术中，质子交换膜(PEM)电解水制氢技术具有原料简单易得、产出氢气浓度高及操作简便等一系列优势。但PEM电解槽中析氧反应(OER)缓慢是电解水制氢的发展瓶颈，开发高效且稳定的电催化剂以提升OER动力学速率具有重要意义。氧化铱IrO_2在酸中的析氧反应(OER)中仅次于最活跃的RuO_2，但是其稳定性远远高于RuO_2。为了得到兼具高活性和高稳定性的催化剂，以纳米RuO_2作为内核采用亚当斯熔融法包裹IrO_2，制备了RuO_2@IrO_2的核壳结构催化剂。利用X射线衍射、X-射线光电子能谱、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和电化学工作站对该材料的晶体结构、元素组成、表面形貌，进行了表征和分析。结果表明，该方法制备了一种具有海胆结构的RuO_2@IrO_2催化剂。负载适量IrO_2可以缓解RuO_2在析氧过程中的过度氧化溶解，对Ru O_2起到良好的保护作用，从而增强催化剂的稳定性。负载20%IrO_2的Ru O_2@IrO_2催化剂在高电流密度下展现出比Ru O_2颗粒更优的催化活性和稳定性，在100m A·cm-2电流密度下过电位低至364 mV，连续测试20 h，电位仅降低了29 mV。
2025年03期 v.46 490-498页 [查看摘要][在线阅读][下载 1654K] [下载次数：71 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：14 ] - 王浩;赵硕涵;王秋龙;杜敬鑫;
采用溶胶—凝胶法在吸波发热蜂窝陶瓷表面制备(CeO_2-CuO)/TiO_2低温吸附催化燃烧催化剂，采用络合剂(C_6H_8O_7、C_(10)H_(14)N_2Na_2O_8、C_6H_(15)NO_3)分别对Ce~(3+)、Cu~(2+)进行络合，考察了络合剂对Ce~(3+)、Cu~(2+)催化剂涂层微观形貌的影响，并研究了该催化剂对苯乙烯的吸附效果和微波热分解性能；采用X射线衍射仪、扫描电镜仪、全自动比表面积及孔隙度分析仪对催化剂的相组成、微观结构、比表面积进行表征。结果表明：当络合剂为C_(10)H_(14)N_2Na_2O_8时，催化剂颗粒粒径为20 nm～30 nm，催化剂涂层的形貌呈网络状结构，催化剂比表面积大、孔径分布情况好，对苯乙烯吸附效率为95%；在微波条件下，苯乙烯起燃温度仅为90℃，催化剂在200℃时催化活性最高，催化转化率达到90%。
2025年03期 v.46 499-505页 [查看摘要][在线阅读][下载 1425K] [下载次数：52 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：11 ] - 陈美龙;李采丰;吴学良;鲁欣洋;Dustin Banham;杜丽;陈旻;
质子导体固体氧化物燃料电池(H~+-SOFC)是一种采用全固态质子陶瓷导体为电解质的先进燃料电池技术。与传统氧离子导体SOFC相比，具有低运行温度、高性能稳定性、高燃料利用率等优点。然而，高化学稳定性BaZr_(0.8)Y_(0.2)O_(3-δ)(BZY20)电解质的烧结活性差，导致BZY20基H~+-SOFC的电化学性能偏低。针对该问题，通过优化阳极支撑体和电解质膜在共烧结过程中的烧结收缩行为来促进BZY20电解质的致密化，研究了添加不同类型造孔剂的阳极支撑体孔结构和烧结收缩率，成功制备出构型为Ni-BZY20/BZY20/La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)BaCe_(0.7)Zr_(0.1)Y_(0.1)Yb_(0.1)O_(3-δ)纽扣电池。相比于玉米淀粉造孔剂，采用同等质量比的石墨造孔剂所制得电池的阳极孔隙率更高(～21%)，且BZY20电解质膜的致密性好、晶粒较大，这些显微结构特征使其电化学性能也得到提升。在此基础上，进一步优化电解质膜制备工艺，将BZY20的厚度从39μm降至12μm，这一举措最终使得电池的欧姆电阻Ro降低了一半，且电池在600℃下的功率密度达到210 mW·cm~(-2)。
2025年03期 v.46 506-514页 [查看摘要][在线阅读][下载 1785K] [下载次数：65 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：11 ] - 郭炜琳;周晓亮;刘立敏;张硕;文坤;杨倩;
在全固态钠离子电池中，陶瓷电解质Na_(3.4)Zr_2Si_(2.4)P_(0.6)O_(12)(NZSP)与金属Na电极间的界面问题一直是制约其性能的关键因素。由于界面处存在缺陷，电池在工作过程中出现高极化问题，同时电池容量较低，且循环稳定性表现不佳。为解决这些问题，研究提出了一种创新的界面优化策略，即在NZSP表面引入聚环氧乙烷(PEO)和聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)等聚合物薄膜。聚合物薄膜的引入不仅显著改善了NZSP与金属钠电极之间的界面润湿性和接触性，还有效防止了界面副反应的发生。实验结果显示，涂覆聚合物薄膜的Na/NZSP/Na对称电池在0.01mA·cm~(-2)的电流密度下能够稳定循环1000 h，表现出优异的电化学性能和循环稳定，相比之下，未涂覆聚合物薄膜的对称电池仅在80 h后便发生了短路。这一结果表明，聚合物薄膜的引入为全固态钠离子电池界面优化提供了一种有效策略，不仅提升了电池的性能，还为全固态钠离子电池的商业化应用奠定了基础。未来，随着更多界面优化技术的发展，全固态钠离子电池有望在高能量密度和高安全性方面取得更大的突破。
2025年03期 v.46 515-521页 [查看摘要][在线阅读][下载 1957K] [下载次数：46 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：12 ] - 岳露露;董伟霞;包启富;李萍;顾幸勇;
采用简易的一步水热法制备Ce、Al共掺氧化锌导电粉体。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外—可见吸收光谱(UV-Vis)、激光粒度分布仪、电阻仪和第一性原理(DFT)等对材料的结构和性能进行了表征与分析。实验结果表明：当Ce的掺杂量为0.4%、Al的掺杂量为1.5%时，样品呈现棒状结构，样品的粒径D50。禁带宽度和电阻率达到最小值，分别为1.176μm、3.085 eV和13.67Ω·m。基于DFT和UV-Vis结果可知Ce和Al的掺杂降低了禁带宽度，增加了自由载流子浓度，较小的粒径可提供更多的活性位点，更有利于自由载流子的传输。
2025年03期 v.46 522-529页 [查看摘要][在线阅读][下载 1643K] [下载次数：63 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：13 ] - 张豪峰;刘卓;罗兵;肖微;钟正;王佳曦;王希林;
表面电荷积聚容易引发沿面闪络事故。对于直流电压下DC-GIS、DC-GIL的盆式绝缘子和特高压直流穿墙套管支柱绝缘子表面的电荷积聚问题，已有研究主要集中在环氧树脂、聚四氟乙烯等聚合物在直流下的气固界面电荷积聚规律上，缺乏针对陶瓷自身特性的研究，这限制了陶瓷绝缘材料的应用。为明确陶瓷表面电荷积聚和消散的机理，建立陶瓷材料在直流电场下的电荷积聚和消散模型，通过针—板电极向试样表面注入电荷，采用静电探头法对Al_2O_3、AlN、Si_3N_4三种陶瓷材料的表面电荷密度进行了测试，并用等温表面电位衰减法分析其陷阱分布特性。测试结果表明：三种陶瓷表面均积聚与外加电压相同极性的电荷，电荷密度以注入点为中心沿径向降低。中心积聚电荷密度的排序为：低湿度下，Si_3N_4>Al_2O_3>AlN；高湿度下，Al_2O_3>Si_3N_4>AlN。撤去外加电压后的表面电荷消散是表面消散和体消散共同作用的结果，消散速度的排序为：AlN>Si_3N_4>Al_2O_3。根据等温表面电位衰减模型分析，AlN内陷阱以浅陷阱为主，而Al_2O_3和Si_3N_4内陷阱以深陷阱为主。
2025年03期 v.46 530-538页 [查看摘要][在线阅读][下载 1604K] [下载次数：58 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：9 ] - 刘明;许晓颖;赵拓;周航;马乐嘉;杨家瑞;杨坤;
针对Ca-B-Si-O玻璃与CaxMg_(1-x)TiO_3化合物的制备工艺进行了系统研究，并通过低温烧结制备了中介电常数Ca-B-Si-O玻璃/CaxMg_(1-x)TiO_3系LTCC材料，重点研究了Ca-B-Si-O玻璃/CaxMg_(1-x)TiO_3材料的低温烧结与介电性能。研究结果表明，CaxMg_(1-x)TiO_3组成与含量对Ca-B-Si-O玻璃/陶瓷材料的烧结性能、热性能、介电性能有较大影响，适量添加CaxMg_(1-x)TiO_3可以抑制玻璃析出方石英晶体，而且有利于改善玻璃/陶瓷材料的烧结致密性与介电性能，通过调整x值(摩尔分数x=0.5～1.0)可获得介电性能优良的玻璃/CaxMg_(1-x)TiO_3材料。Ca-B-Si-O玻璃/CaTiO_3材料于875℃烧结试样的综合性能最好，复合材料显微结构致密，ρ为3.17 g·cm~(-3),7 GHz下εr达到25.18,tanδ为0.0009，满足LTCC材料的性能要求。
2025年03期 v.46 539-545页 [查看摘要][在线阅读][下载 1516K] [下载次数：66 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：10 ] - 于文举;向立平;黄民忠;刘刈;杨帆;冯亚鑫;
通过热压烧结法制备了致密度为98.3%的氮化硅陶瓷(HP-Si_3N_4)，并深入探讨了其在超临界水环境(450℃, 25 MPa)中的腐蚀行为及其对材料性能的影响，对其在不同腐蚀时间(50 h、100 h、150 h、200 h)后的微观结构、物相组成和力学性能进行表征和测试分析。研究发现，Si_3N_4陶瓷在超临界水中会生成二氧化硅(SiO2)腐蚀层，但随着腐蚀时间延长，SiO2腐蚀层逐渐脱落，导致基体表面发生沿晶腐蚀，随后进一步发展为晶粒腐蚀。经过200h腐蚀后，其断裂韧性和硬度变化幅度不大，断裂韧性从4.1 MPa·m1/2微增至4.5 MPa·m1/2，硬度从15.2 GPa降至14.9 GPa；而弯曲强度从650 MPa降至523 MPa，降低了18%。这些结果表明，超临界水腐蚀会破坏Si_3N_4陶瓷的表面结构，增加材料的脆性和易损性。该结果有助于进一步深入理解Si_3N_4陶瓷在高温高压环境下的降解机制，有望为该材料在核能和超临界水氧化等极端条件下的应用提供理论基础和设计参考。
2025年03期 v.46 546-553页 [查看摘要][在线阅读][下载 1643K] [下载次数：25 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：9 ] - 任喆;周芬;吴浠;尚炜翔;包金小;
通过系统研究NbO的掺杂对氮化硅陶瓷样品性能的影响，发现掺杂NbO可以改善β-Si_3N_4晶粒的微观结构，并且生成韧性更好的Si_2N_2O第二相，进而有效提高氮化硅陶瓷的力学性能。研究表明，当掺杂量为5 wt.%时，样品具有最佳的光学和力学性能，最终采用热压烧结工艺制备出高致密、高性能的黑色氮化硅陶瓷样品，其维氏硬度和断裂韧性分别可达21.68 GPa和10.08 MPa·m~(1/2)。在可见光范围内，Nb~(2+)离子的核外电子发生d-d跃迁，吸收了全部的可见光，表现出均匀亮黑色，明度值L~*达到了40.10，颜色指数a~*和b~*分别达到了0.81和1.12。
2025年03期 v.46 554-561页 [查看摘要][在线阅读][下载 1521K] [下载次数：173 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：11 ] - 李加华;赵中坚;潘雪琴;葛瑶;王波;杨建锋;
针对透波材料对低密度高强度多孔氮化硅陶瓷的需求，研究采用不同粒径Y_2O_3为烧结助剂制备多孔氮化硅陶瓷，分析材料的气孔率、微观形貌和力学性能。随着烧结助剂Y_2O_3粒径从100nm下降到20nm，多孔氮化硅陶瓷的生坯密度、线性收缩率和气孔率变化不大，气孔率介于54%～56%之间。XRD图谱分析表明烧结体均已完成α→β相转变。组织分析表明小粒径Y_2O_3的样品中玻璃相分布均匀，在相转变过程中晶核形核率高，材料中的β-Si_3N_4晶粒细小，随着烧结助剂粒径的降低，β-Si3N4晶粒的平均直径DL和中位直径D50分别从2.53μm、2.76μm降低到了1.50μm、1.66μm，气孔尺寸相应减小。通过细晶强化和小气孔降低应力集中，材料强度得到提高，多孔氮化硅陶瓷的弯曲强度从82.3MPa提高到135.4 MPa，介电常数介于2.85～3.08。
2025年03期 v.46 562-569页 [查看摘要][在线阅读][下载 1781K] [下载次数：152 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：15 ] - 董法海;朱楠楠;张丽娟;温广武;
为了系统研究了丙烯酸酯改性聚硅氮烷(A-PSZ)的低温热固化行为及高温热解特性，通过40℃～200℃真空热处理结合红外光谱(FT-IR)分析，揭示了丙烯酸酯基团在固化初期(<200℃)通过自由基聚合主导交联反应。200℃时交联度达到97.5%，固化试样在氮气中1000℃热解后陶瓷产率高达81.7%。研究表明，A-PSZ在1450℃～1500℃热解时，β-Si_3N_4纳米线的生长(直径100 nm～500 nm)机制为气—固(VS)机制，XRD与TEM结果证实其晶相组成受热解温度调控：1450℃产物以非晶SiCN为主，1500℃时β-SiC、SiO2、α-Si_3N_4、β-Si_3N_4晶相共存。研究通过分子设计与工艺优化，为开发兼具高陶瓷产率及Si3N4纳米线的可控制备提供了新策略。
2025年03期 v.46 570-579页 [查看摘要][在线阅读][下载 3066K] [下载次数：71 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：12 ] - 吴笑涵;张晓山;张松鹤;刘涛;王应德;
新一代飞行器对耐高温吸波材料提出了迫切需求，SiC纤维具有耐高温、抗氧化、电磁吸收等优点，在高温吸波领域具有较好的应用前景。但SiC纤维自身组成结构调控有限，限制了其介电常数和吸波性能的优化设计。通过化学接枝法在SiC先驱体中引入高比表面积、高电导率的碳纳米管(CNT)，制备了CNT/SiC微纳纤维。在2 GHz～18 GHz范围内，CNT/SiC微纳纤维介电常数实部和虚部的分别在4.52～5.97和0.74～1.19范围内可调。当材料厚度为2.5 mm时，CNT/SiC微纳纤维最低反射损耗在14.24 GHz处达到-16.29 dB，有效吸收带宽为4.4 GHz，制备的CNT/SiC纤维在高温吸波领域具有较好的应用前景。
2025年03期 v.46 580-587页 [查看摘要][在线阅读][下载 1530K] [下载次数：71 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：8 ] - 杨晨曦;胡江波;刘长刚;王丽;刘朋飞;黄宝庆;
实验将国产第二代低氧高碳型SiC纤维分别在1050℃和1350℃氩气气氛中进行0.25 h、1.00 h、4.00 h和16.00 h热处理，对比分析热处理温度和时间对纤维抗拉强度的影响。结果表明：在相同温度下，随着热处理时间增加，纤维强度总体呈下降趋势；而在相同热处理时间下，经1350℃热处理后的纤维强度低于经1050℃热处理后的纤维。SiC纤维在氩气环境热处理前后，其物相均主要由β-SiC相组成，并存在SiCxOy非晶相。由于纤维的物相尺度远小于纤维表面本征缺陷尺度，因此，SiC纤维经高温氩气环境热处理前后，其断口形貌并未发生明显变化。随着热处理温度和时间的增加，经1350℃热处理16.00 h后，纤维中的SiC晶粒尺寸由原始态的3.4 nm增长到4.5 nm，增幅达到32.4%。分析认为温度对于SiC晶粒尺寸的生长具有更加显著的作用，同时在高温环境下伴随SiCxOy相的分解、自由碳原子有序化以及SiO和CO气体释放等行为综合作用，最终导致纤维强度下降。
2025年03期 v.46 588-596页 [查看摘要][在线阅读][下载 1488K] [下载次数：25 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：8 ] - 李卓;许天悦;方圆开;张文韬;邓顺桂;张传芳;
Ti_3AlC_2是一种具有类金属与陶瓷双重特性的三元过渡金属碳化物，在多个领域展现出广泛的应用潜力。近年来，研究者们已成功使用热压烧结、热等静压以及放电等离子体烧结等多种方法制备Ti_3AlC_2材料。然而，这些方法普遍存在制备成本高、工艺复杂、尺寸小等问题，严重制约了Ti_3AlC_2材料的规模化制备与实际应用。采用简单且低成本的无压烧结工艺，深入探讨了不同工艺条件对材料微观结构及性能的影响规律。结果表明，在1600℃恒温烧结9 h的优化条件下，采用石墨作为碳源，成功制备出具有典型层状特征的Ti_3AlC_2陶瓷材料，其最大横向尺寸高达130μm，平均横向尺寸高达64μm。该结果有望为后续超大晶粒MXene的高质量合成提供参考，从而更能发挥MXene的新奇特性，提升在导电、导热、电磁屏蔽等关键领域中的应用前景。
2025年03期 v.46 597-602页 [查看摘要][在线阅读][下载 1447K] [下载次数：230 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：8 ] - 程文邦;邱日亮;肖乾坤;黄新华;肖卓豪;董洪波;李秀英;孔令兵;
采用固相烧结法以MgO、Al_2O_3、SiO_2为主要原料制备了Fe_2O_3掺杂的低热膨胀堇青石陶瓷，研究了Fe_2O_3添加量对堇青石陶瓷结构与性能的影响。结果表明，在堇青石晶体理论组成点附近不能实现低热膨胀堇青石陶瓷的制备；适量添加Fe_2O_3有利于促进堇青石晶体的生成，从而降低样品的热膨胀系数，但不利于样品致密度的提升。当Fe_2O_3的添加量为6.0wt.%，烧结温度为1410℃时，样品表现出最优的性能，其热膨胀系数为1.40×10~(-6)℃~(-1)，体积密度为1.79 g·cm~(-3)，吸水率为17.29%，显气孔率为30.95%，抗折强度为32.65 MPa，其热膨胀系数远低于未添加Fe_2O_3的样品。
2025年03期 v.46 603-609页 [查看摘要][在线阅读][下载 1661K] [下载次数：78 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：11 ] - 马军霞;魏彦飞;顾文婷;陈国科;陈彦榕;景娅娅;刘兵兵;
可汗慕容忠墓壁画是唐代吐谷浑王族墓葬出土壁画的重要组成，为了了解其颜料组成成分，利用超景深显微镜、扫描电镜—能谱、拉曼光谱、XRD等方法，以相互补充验证的方式，对墓葬壁画颜料进行了分析和研究。结果表明，慕容忠墓壁画使用的颜料为无机颜料和有机染料，黑色颜料为炭黑，深红色和红色颜料为铁红，橘红色颜料为铅丹，蓝色颜料为靛蓝，白色颜料为碳酸钙。其中，碳酸钙既为地仗层，又做颜料层。另外，结合仪器分析和热裂解分析技术，对颜料中的胶结构进行了检测研究，结果表明慕容忠墓壁画颜料中的胶结材料为动物胶。最终获得了墓葬壁画的颜料种类及成分，以及胶结物的成分，研究结果为了解唐代时期吐谷浑民族墓葬壁画颜料的技术特征提供了新的材料，同时为修复工作的开展提供科学依据。
2025年03期 v.46 610-620页 [查看摘要][在线阅读][下载 1757K] [下载次数：85 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：8 ] - 陈琪;汤永智;陆琳;冯青;黄逸宸;丁中艮;
陶瓷产品生产过程中普遍存在中低温烟气余热过剩问题，这些余热的浪费严重制约了陶瓷低碳节能化生产和可持续发展。为此，提出利用窑炉余热驱动氯化铵干燥的方案以提高陶瓷生产过程能效，通过构建含用户自定义函数UDF的氯化铵干燥动力学模型，重点研究分析氯化铵干燥特性及其干燥过程水分迁移规律。研究结果表明：Twoterm model模型可以准确预测氯化铵干燥过程，氯化铵干燥可分为加速干燥阶段和降速干燥阶段，不同时刻沿x方向的水分迁移速率存在较大的差异，在干燥初期，氯化铵制品中水分迁移速率WMR从边缘至中心先快速增大后缓慢减小，且有微量水分聚集现象，而后中心区域WMR逐渐升高。随着干燥的继续，WMR从边缘至中心保持递增变化规律，整体WMR呈现下降趋势。z方向的WMR变化规律与x方向基本相同，但其WMR峰值由中心转移至偏上方位置处。
2025年03期 v.46 621-632页 [查看摘要][在线阅读][下载 2231K] [下载次数：21 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：11 ]