国家自然科学基金(11272231)
- 作品数：11 被引量：26H指数：3
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- 相关领域：化学工程金属学及工艺理学电气工程更多>>
- 应力对锂离子电池中空碳包覆硅负极电化学性能的影响被引量：4
- 2019年
- 针对锂离子电池硅及其复合电极材料,采用Cahn-Hilliard型扩散方程与有限变形理论全耦合的电化学-力模型来描述其在循环锂化过程中的扩散和力学相关性问题,构造高效的数值算法,在商用有限元软件平台上实现对该理论的数值求解.在此基础上,研究了硅电极恒流锂化和脱锂过程,基于界面反应动力学,得到电压响应曲线,计算结果整体趋势与实验结果吻合较好,同时预测的应力响应也与实验结果一致,验证了本方法的有效性.其次,研究了中空碳包覆硅负极锂化过程中的电化学与力学行为,计算结果表明,锂化期间中空碳包覆硅负极应力水平明显低于实心硅负极,随锂化的进行,应力差值越来越大,锂化结束时应力值降低约27%,这种应力的缓解提高了整个电极内化学势水平,使得锂离子浓度水平显著提高,更易达到完全锂化状态.同时,数值研究表明应力水平的缓解延缓了中空碳包覆硅负极的容量衰减(容量提升74%),充分显示出该电极良好的电化学性能.本研究揭示了应力对硅复合电极容量影响的作用机制,为将连续介质电化学-力耦合理论应用于实验预测提供了途径并为电极材料设计提供了理论依据.
- 孙凤楠冯露卜家贺张静李林安李林安
- 温度对钢基体上暗镍镀层性能的影响被引量：3
- 2015年
- 以瓦特镀镍液为基础,在Q235A钢基体上分别采用直流电沉积和脉冲电沉积方法在不同温度下制备了镍镀层,采用线性扫描伏安法测试了不同温度下,Ni2+在Q235A钢基体上发生氧化还原的电化学行为;采用表面轮廓测量仪以及纳米力学测试系统对镍镀层表面粗糙度、显微硬度及弹性模量进行了表征。实验结果表明,随着电解液温度的上升,镍在电沉积过程中的极化程度会下降。直流电沉积制备的镀层在电解液θ为40℃时的粗糙度最小;脉冲电沉积制备的镀层在电解液θ为50℃时的粗糙度最小。直流电沉积及脉冲电沉积制备的镀层的显微硬度和弹性模量在电解液θ为50℃时达到最大值。
- 耿瑛李菲晖巩运兰刘美华
- 关键词：钢基体电镀镍温度纳米压痕力学性能
- Q235A钢电沉积镍的工艺优化被引量：6
- 2014年
- 为了进一步探讨Q235A钢电沉积镍层残余应力、力学性能与镀覆工艺参数的关系,以瓦特镀镍液为基础,采用直流电沉积法,在Q235A钢表面电镀镍。采用X射线衍射仪、纳米力学测试系统、表面轮廓测量仪测试了镍镀层的残余应力、显微硬度、弹性模量及表面粗糙度;探讨了电流密度、温度、p H值对镍镀层力学性能的影响规律,以正交试验法优选了最佳工艺。结果表明:电流密度3.0 A/dm2,温度45℃,p H值3.5时,镍镀层的性能最佳,晶粒粒径为34.8 nm,镀层显微硬度达到3.86 GPa,弹性模量达到238 GPa,表面粗糙度为0.182μm。
- 赵洋刘美华冯露孟毅李菲晖陈振飞
- 关键词：电镀镍正交优选工艺参数残余应力
- 阳极氧化法制备TiO_2多孔薄膜及其光电化学性能研究被引量：3
- 2015年
- 采用二步电压氧化法制备了TiO2多孔薄膜，并采用单向脉冲的电化学附载方式在制备好的TiO2多孔薄膜上进行了光敏剂5，10，15，20-四（4-羧基苯基）卟啉（TCPP）的附载。采用电化学测试法探讨了阳极氧化参数以及光敏剂TCPP的电化学附载对TiO2多孔薄膜光电化学性质的影响。结果表明，最佳的TiO2多孔薄膜阳极氧化参数为：氧化电压70～140V，氧化θ为25℃，硫酸电解液的浓度是0．5mol／L，氧化t为60min。研究结果还表明，单向脉冲的电化学附载方式确实可以实现TCPP在TiO2多孔薄膜上的附载，附载后的薄膜的光电化学性能有明显提高。
- 陆飞丁孝飞王赫刘永林康瀚月代畅杨小龙郜永杨超李菲晖巩运兰
- 关键词：TIO2多孔薄膜光敏剂阳极氧化
- 适用于电极材料的电化学扩散诱发应力松弛机制研究
- 2016年
- 在近年建立的描述电极材料力-电-扩散耦合问题的连续介质理论框架下,提出一个简捷的有限变形本构理论,可直接描述发生在电极材料上的质量传输、变形和应力演化的强耦合过程,忽略了相变及塑性变形的影响;采用Bulter-Volmer动力学模型描述电解质/电极界面处电化学反应,可研究力、扩散对电化学性能的影响规律;同时构造了收敛、有效的有限元数值积分方案,并将其补充到商用有限元软件ABAQUS中,搭建了相应的计算模块.以具有橄榄石结构的LiFePO4电极材料为例,利用提出的理论和计算工具重点研究了锂离子在嵌入和脱嵌循环锂化过程中应力松弛机制、锂离子浓度的演化规律,以及力-电-扩散耦合机制对表征电池性能的充电状态变量SOC值的影响规律,并通过对平板和圆柱形两类常用电极的对比研究,揭示电极形状对电池性能的影响.此外,对于恒电流的情况,预测了电极界面处电化学量如交换电流密度、过电势及外电路电压随时间的变化规律,为进一步开展结合电化学实验来研究该类问题做铺垫.
- 齐红蕊冯露王世斌李林安辛玉池任永跃沈珉王志勇
- 关键词：应力松弛
- 镀液纳米金刚石浓度及不同电流密度下镍-纳米金刚石复合镀层的形貌及力学性能被引量：3
- 2016年
- 为了进一步探讨制备高强度镍-纳米金刚石复合镀层的技术,采用瓦特镀液和直流电沉积方法制备了镍-纳米金刚石复合镀层,研究了沉积电流密度、镀液中纳米金刚石浓度对Q235A钢表面镍-纳米金刚石复合镀层形貌、织构及力学性能的影响。采用D/MAX-2500 X射线衍射仪分析了复合镀层的晶体结构及残余应力,采用X650扫描电镜(SEM)观察了其表面形貌及纳米金刚石的分布,采用Nano Indenter XP型纳米力学测试系统测试了复合镀层的硬度及弹性模量。结果表明:当镀液中纳米金刚石浓度为8.0 g/L,电流密度为3 A/dm2时,复合镀层中的纳米金刚石含量最高,达到14.35%(质量分数),硬度、弹性模量分别达到5.302,254.356 GPa;复合镀层的平均晶粒尺寸由镍镀层的30.8 nm减小到20.4 nm,择优取向由镍镀层的(111)晶面转变为(200)晶面。
- 刘美华赵洋孟毅李菲辉巩运兰冯露
- 关键词：电流密度镀层形貌力学性能
- 异质外延生长中应变对圆形岛形貌稳定性的影响被引量：1
- 2013年
- 本文利用BCF模型研究了应变对圆形岛形貌稳定性的影响.通过Gibbs-Thomson关系将应变引入该模型中,讨论了在失配应变、外场应变以及沉积流量、线张力和远场流量等因素共同作用下圆形岛的稳定性,并得到了相应的扰动增长率以及临界沉积流量.研究结果表明:较大的失配应变和远场流量都能促进岛在生长过程中失稳,而线张力可以抑制岛的失稳.随着岛的生长,岛的半径越大越趋于稳定,当岛生长到临界半径后,临界沉积流量随着失配应变的增大而增大.在外场应变存在的情况下,外场负应变对岛的生长起稳定作用并使临界沉积流量减小;相反,正应变促进岛的失稳,且使临界流量增大.这些结论对在薄膜生长过程中控制原子岛的形貌及其稳定性提供了重要的理论依据.
- 王静王静冯露郝毅赵洋
- 关键词：形貌稳定性
- 力和扩散机理下外延形貌的演化分析
- 2015年
- 本文提出了一个新的基于扩散界面的相场模型来描述外延生长中岛的形核、生长及熟化过程.该模型同时考虑了弹性场、表面能、沉积、扩散、解吸和能量势垒等热力学及动力学过程对表面纳米形貌的影响.采用经典的BCF模型来描述生长中的扩散形核过程,而采用一个新的包含弹性应变能的自由能函数,通过变分得到一个描述多层岛生长的相场方程,该方法可以有效地描述外延生长中复杂的外延形貌.采用有限差分格式对非线性耦合方程组进行求解.数值结果显示,该模型可以真实地再现外延生长中多层岛结构(即山丘状形貌)的演化过程,模拟结果与已有实验结果一致.同时模拟了生长过程中随外延形貌演化而形成的复杂生长应力,研究表明,在生长过程中,岛中存在着复杂的应力分布,且在岛边界处应力达到局部最大,这与实验结果定性一致.此外,本文的重要发现是,外延生长中的应力演化明显地影响原子的扩散过程,当应力存在时,外延结构变化较无弹性场时变快.该项研究对理解外延生长中各物理机理的协同作用有重要的指导意义.
- 陈振飞冯露赵洋齐红蕊
- 关键词：相场模型应力
- 不同电化学抛光工艺条件下Q235A表面镍镀层的性能被引量：2
- 2015年
- 钢件镀镍前的电化学抛光工艺对镀层性能有较大影响。以低碳钢Q235A为基材,研究电化学抛光工艺参数对镍镀层性能的影响规律,探讨了在低碳钢表面制备性能优良的镀镍层的较优工艺。首先选择4组、每组2件样品,研究电化学抛光中有、无磁性搅拌对镍镀层的影响。在此工作基础上,采用正交试验,选择16件样品研究磁性搅拌下抛光工艺参数对镀层的影响。用数显外径千分尺测试镀层厚度、表面轮廓测量仪2302A测量表面粗糙度值Ra、纳米压痕仪Nano Indenter XP测试镍镀层的弹性模量及硬度。结果显示:电化学抛光时加磁性搅拌可以使镀层表面光滑、镀层增厚;电化学抛光电流密度对镀层表面粗糙度影响较小,但对镀层厚度、弹性模量及硬度的影响很大;而电化学抛光温度、抛光时间对镀层表面粗糙度、镀层厚度的影响与抛光电流密度有关。在其他条件相同的情况下,选择抛光时间15 min、电流密度30 A/dm2,抛光温度为65℃时得到的镍镀层弹性模量、硬度可以达到最大值。
- 刘美华赵洋孟毅耿英李菲辉巩运兰冯露
- 关键词：Q235A
- 二甲基亚砜有机溶液中Bi-Sb薄膜温差电材料的电沉积制备被引量：3
- 2014年
- 采用循环伏安曲线以及稳态极化曲线的测试方法分析了二甲基亚砜有机溶液中纯Bi、纯Sb以及Bi-Sb二元体系在Ti基体上的还原过程。结合分析结果,采用直流恒电位方式电沉积制备了Bi-Sb二元薄膜温差电材料,并采用X-射线衍射以及塞贝克系数测试对不同电位下制备出的Bi-Sb二元薄膜温差电材料的物相结构及性能进行了表征。实验结果表明,在Ti基体上Bi3+、Sb3+离子的氧化还原均为不可逆过程,前者的阴极还原过程仅由离子扩散造成,而后者的还原过程中涉及到了离子的吸附,二者沉积电位接近,共沉积过程是一步完成的。对制备出的材料的物相以及性能的分析结果表明,电沉积制备出的材料确为Bi-Sb二元合金,随着沉积电位的负移,温差薄膜电材料的表面变得粗糙,在不同电位下沉积出的材料均为P型温差电材料,塞贝克系数随电位变化不大。
- 李菲晖巩运兰张弘青杜冰姿
- 关键词：电沉积DMSO
