氢能作为清洁高效的能源载体,其安全储存是关键。TiFe基合金因理论储氢容量高、成本低等优势成为研究热点,但其表面易氧化、活化条件苛刻及循环稳定性差等问题限制了应用。本文综述了近年来TiFe基合金的改性策略,重点阐述了机械合金化、非化学计量设计、元素替代及表面处理等方法对TiFe合金储氢性能的影响,并展望了TiFe基合金今后的研究方向和重点,旨在为实际应用提供理论指导。

电感元件高频化、小型化、低功耗的发展趋势,对软磁复合材料在高频下的应用特性提出了更高的要求。作为降低高频下涡流损耗的有效手段,绝缘包覆技术的发展受到广泛关注。绝缘包覆技术是软磁复合材料制备过程中的关键环节,其通过对软磁金属粉末进行绝缘包覆从而有效降低涡流损耗。从软磁金属复合材料的包覆工艺角度对有机包覆、无机包覆、无机-有机复合包覆工艺的研究现状及其特点进行综述,指出了目前绝缘包覆领域所面临的挑战与可能的发展方向。

金属氮氢化物储氢体系,以Li-Mg-N-H为典型代表,凭借其出色的储氢容量、良好的吸放氢可逆性以及较为理想的热力学性能,被认为是当前最具应用潜力的固态储氢材料之一。然而,该体系面临的核心挑战在于其吸放氢反应的复杂性以及较高的动力学能垒。本文系统综述了该体系的主要成分组成与储氢性能、性能优化手段(包括化学成分调控、纳米结构设计、催化改性)以及实际应用等方面的进展。在催化改性方面,重点介绍碱金属基化合物、金属硼氢化物、过渡金属及其化合物、稀土化合物、碳材料等催化剂的改性效果和作用机制。最后,探讨了该体系实际应用亟待解决的关键研究方向。

固态储氢技术凭借其卓越的体积储氢密度和本质安全特性,被认为是发展氢能产业链的关键一环。在众多储氢材料中,AB₅型稀土系储氢合金因其活化条件温和,可在常温常压下实现高效吸放氢,兼具优异的PCT平台特性和突出的抗毒化性能成为研究热点。但是基础合金LaNi₅存在吸放氢平台压与储氢容量偏低、循环稳定性欠佳等问题,无法直接应用。针对上述问题,对AB₅型储氢合金进行合金化调控已被广泛认为是一种有效的解决途径。合金化元素改性可有效调控储氢间隙尺寸及其氢亲和能力,因此,本文系统总结了常见A、B侧元素取代对AB₅型储氢合金结构性能的影响及其潜在机制,并对其中存在的问题与未来研究方向进行系统总结,可为高性能AB₅型储氢合金的优化设计提供理论指导。

随着全球能源转型的加速,氢能因其高能量密度和清洁特性受到广泛关注。在储氢技术中,固态储氢以安全性高和体积能量密度大被视为最具潜力的途径。然而,固态储氢材料在储氢密度与操作温度2个重要指标面临着“鱼与熊掌”不可兼得的困局,严重制约了其实际应用。近年来,数据驱动技术在材料设计、性能预测和催化剂优化方面展现出巨大潜力,为新型储氢材料的开发提供了新思路。本文系统综述了数据驱动技术在固态储氢领域的研究进展,重点包括3方面:首先,高质量数据库的构建与应用为模型训练提供可靠支撑;其次,基于机器学习的合金正向与逆向设计实现了材料性能的高效预测与优化;最后,多智能体平台(如Cat-Advisor)通过多模态文献信息处理,推动镁基脱氢催化剂的智能筛选与优化。文章还讨论了催化剂微观结构表征不足、逆向设计能力有限及多源数据提取困难等挑战,并展望了通过AI、多模态智能体和数据库质量提升,推动固态储氢材料研发向系统化与智能化发展的前景。

氢气的储存与运输难题是制约氢能规模化应用的关键瓶颈,开发安全、高效的新型储运技术已成为当前领域的迫切需求。在各类储氢方案中,轻金属氢化物凭借较好的安全性备受关注,然而该类材料通常难以在动力学性能、热力学性能、储氢容量及循环稳定性之间实现良好平衡,这严重限制了其商业化应用。现有研究多通过纳米化、合金化及添加催化剂等手段优化储氢材料的热力学和动力学性能,但依旧难以实现其实际应用。近年来,引入外场为优化金属氢化物的储氢性能提供了新途径,并展现出显著的应用潜力。本文系统综述了轻金属氢化物储氢材料的传统改性与外场对其储氢性能的影响,尤其是光对金属氢化物的作用,旨在为金属氢化物材料储氢性能的进一步优化提供理论参考与实践方向。

金属氢化物和轻质配位金属氢化物以其高质量储氢密度和高安全性成为了氢气储存的理想解决方案之一。然而,较高的工作温度限制了其进一步发展和应用。反应性氢化物复合体系(RHCs)通过改变放氢反应路径、降低反应焓变,与单一储氢材料相比极大地提升了放氢热力学性能。此外,进一步结合催化掺杂方法,可以实现RHCs动力学性能和循环性能的高效同步提升。本文系统性综述了RHCs的近期研究进展,对包括Li-Mg-B-H体系、Li-Mg-N-H体系在内的多种RHCs的放氢机制和催化掺杂改性研究成果进行了详细的讨论,并针对RHCs当前面临的挑战展望了未来研究的重点和发展方向。

相变材料冷却在结构复杂性和冷却效率等方面具有应用优势,搭配其他冷却方式可弥补自身存在的热饱和等问题。在分析锂离子电池热问题及相变材料蓄热机制的基础上,重点总结了相变材料冷却以及相变材料耦合空冷、液冷和热管冷却的混合电池热管理系统的研究进展。金属材料在其中发挥着关键作用,如金属相变材料本身具有比有机和无机相变材料更好的导热性和蓄热能力,在电池和热管理系统中具有良好的应用潜力,同时在增强有机相变材料热导率和热管冷却基材等方面应用较为广泛。不可否认,综合多种冷却技术的混合电池热管理系统更有利于实际的应用。

Ni-B非晶态合金融合了非晶态合金的独特性能与金属镍的高催化活性、成本效益及易于获取等优点,在催化领域中扮演着重要角色。以Ni-B非晶态合金为主要对象,围绕Ni-B非晶态合金结构、电子转移机制、氧化机制、催化效果影响因素等多个维度进行系统分析并予以综述。

金属氢化物(MH)-氢压缩机(MHHC)或吸热压缩机(MH TSC)可将热能转化为压缩氢气,与传统的机械氢压缩方法相比,其主要优势在于利用低品位热源替代电能,具有设计和操作简单、无运动部件、结构紧凑、安全可靠等优点。金属氢化物材料或氢压缩材料作为这种热发动机的重要组成部分,具备若干基本特性,以实现氢气压缩的高效性能。文章综述了金属氢化物材料用于调控氢压技术的应用场景、基本原理,以及作为氢压缩材料的主要类型及特征。

随着半导体制造向原子尺度推进,纳米器件对材料种类和沉积精度的要求不断提升。原子层沉积与原子层刻蚀作为实现原子尺度精确控制的核心技术,正面临工艺参数高维度化和反应机制复杂化的挑战。传统的实验和模拟手段难以满足高通量筛选和高精度优化需求,而机器学习技术的迅速发展为解决这一问题提供了全新的范式。本文系统综述了机器学习方法在前驱体设计、反应路径预测、薄膜沉积参数优化及过程控制等方面的最新研究成果,阐述了机器学习与计算材料科学相结合在提高建模效率、提升预测精度和实现智能化工艺控制方面的显著优势。同时,分析了现阶段机器学习应用中面临的泛化性不足、数据稀疏、跨尺度融合难题等主要挑战,展望了未来融合物理信息、多尺度模型和语义数据平台等前沿技术的应用前景,以期实现原子制造领域从离线预测到在线智能控制的转型。

镁基储氢材料因高储氢密度、镁资源丰富、成本相对低廉及可逆性佳备受关注,但其放氢温度较高、动力学性能缓慢,制约了实际应用。设计高储氢容量、优异动力学/热力学性能及循环稳定性的镁基储氢合金,对未来氢能安全储运至关重要。本文系统总结了合金化制备镁基储氢材料的研究进展,重点梳理了不同种类元素作用机制、合金化工艺对材料微观结构的调控规律,探讨了合金策略面临的挑战与发展前景,希望对镁基固态储氢材料研究有所帮助。

厚规格(厚度不小于2.0 mm)热基无花镀锌产品因强度高、耐蚀性好广泛应用在畜牧业、光伏支架、波纹管、钢板仓等行业。镀锌板因裸露使用,美观性和高耐蚀性要求高,所以行业内对表面质量要求严格,而厚规格热基无花镀锌板表面易产生锌流纹、麻点状漏镀缺陷,影响产品美观性及耐蚀性。为提高厚规格热基无花镀锌板表面质量,增加用户满意度,结合酸洗镀锌联合机组生产实践经验,提出优化方案。以锌流纹、麻点状漏镀为研究对象,基于扫描电子显微镜及金相显微镜等手段,表征锌流纹及漏镀宏观形貌,通过简述原料热轧基板板形波动、三辊运转状态、热轧原料表面粗糙度、镀层原板酸洗后存在难还原的氧化物或夹杂物、酸洗不干净等锌流纹、麻点状漏镀缺陷产生的影响因素,结合生产攻关经验,提出采用“双平整”工艺改善板形及表面粗糙度均匀性,优化设备状态稳定性管理、锌液温度控制等改善方案,有效降低缺陷率。

氢能是实现从化石能源向可再生能源转型的理想能源载体。然而,由于氢气具有易燃易爆特性,开发安全高效的储氢技术仍是氢能应用中的关键挑战。钒基体心立方(BCC)储氢合金在常温下理论储氢容量可达3.8%,显著高于传统AB₅型和AB₂型储氢合金,因而展现出巨大的应用潜力。但在实际应用中,该类合金仍面临可逆储氢量偏低、循环稳定性较差以及原材料成本高昂等问题。本文系统综述了钒基BCC型储氢合金的研究进展,重点针对成本过高的问题,详细分析了3种降低合金成本的策略,并分别探讨了各类策略所面临的关键挑战。在此基础上,对未来研究方向提出了展望,为高性能低成本储氢合金的设计与开发提供参考。

基于金属氢化物的固态储氢是一种具有广阔前景的储氢方法。然而,金属氢化物粉末本身固有的低导热性,极大限制了金属氢化物床在充氢和放氢反应过程中的效率,这已经成为制约固态储氢技术实现规模化应用的关键瓶颈。对金属氢化物床的有效热导率进行精确测量,并有针对性地提出改进策略,对于固态储氢装置的优化设计、性能提升以及成本控制都具有及其重要的意义。系统梳理了金属氢化物床有效导热系数的主流测量方法,对比分析了各类测试方法的适用场景与优缺点;总结了以结构优化、材料复合为核心的床体热导率改进技术路径,综述了一维、二维及三维金属氢化物床传热传质数值模拟的相关研究进展,剖析了不同模型的适用范围和精度差异。这些研究结果可为固态储氢装置传热传质结构的优化设计提供有力的理论支撑和技术参考。

Ti-V系储氢合金因具有高储氢容量和良好的动力学性能,在氢能储存、运输、发电等领域展现出重要应用潜力。首先,阐述了Ti-V系固溶体合金的储氢机制,H原子在储氢合金中所占据的位置,以及吸放氢过程中固溶体储氢合金晶体结构的改变。其次,系统总结了不同制备方法(电弧熔炼法、真空感应熔炼、粉末冶金和球磨法)对Ti-V系固溶体储氢合金的微观结构和储氢性能的影响。然后,探讨了不同元素对Ti-V系储氢合金的改性研究,分析了不同元素在合金中对Ti、V原子取代后的作用以及特性。最后,对Ti-V系储氢合金的应用前景进行了展望。

氢能作为21世纪最具发展潜力的清洁能源之一,其储存和运输技术是制约其广泛应用的关键瓶颈。固态储氢技术因其高安全性和潜在的高能量密度受到广泛关注,其中储氢合金材料是主要研究方向之一。本文综述了低压固态储氢合金材料的研究现状及其典型应用,重点介绍了A_nB_m型金属间化合物(如AB型、AB₂型、AB₅型等)、BCC固溶体合金(钒基和钛基合金)以及镁基合金的储氢性能、改性方法和应用进展;同时,进一步聚焦技术经济性与安全性矛盾。结合当前实际应用情况,储氢合金按工作特性可划分为低温型与高温型。低温型合金(A_nB_m型合金和BCC固溶体合金)面临成本挑战,如AB₅型材料价格高,等效单位氢气存储的金属原材料成本高于5 000 元/kg;钒基BCC固溶体合金虽尝试钒铁替代,成本仍达约4 000 元/kg,但其安全性优势显著,得益于低压工作区间(0.1～5.0 MPa)和良好的空气稳定性,被归类为低风险体系,已在船舶、叉车等领域中应用。高温型镁基合金虽然展现出原料成本潜力(镁原材料价格低于4万元/t),然而纳米化、合金化工艺显著推升了综合成本;其安全性也存在明显隐患,源于材料本征易燃性(燃点473 ℃)及较高的脱氢温度需求(200～300 ℃),被评估为高风险体系。随着技术瓶颈的克服和产业链的完善,低压固态储氢合金有望在交通、工业、能源等领域发挥更大作用。

稀土-镁-镍系超晶格合金的容量衰减主要是由于[A₂B₄]亚单元的吸氢分解以及[A₂B₄]亚单元与[AB₅]亚单元的不匹配性。为了寻求稳定的超晶格结构,首先制备了与[A₂B₄]亚单元具有类似结构的Sm-Mg-Ni系AB₂型储氢合金。XRD表征发现经过吸放氢循环后,合金仍保持稳定的MgCu₄Sn型结构。在[A₂B₄]亚单元结构稳定的基础上制备了Sm-Mg-Ni系超晶格型储氢合金Sm_0.55Mg_0.25Y_0.20Ni_2.95Al_0.15。Sm_0.55Mg_0.25Y_0.20Ni_2.95Al_0.15合金由PuNi₃型相与Ce₂Ni₇型相组成,在298 K下的储氢量为1.53%(质量分数),当温度达到323 K时,60 s内即可达到最大吸氢量的90%,20次吸放氢后超晶格结构不变,容量保持率可达到96.3%。

氢能是降低船舶领域碳排放,推动船舶动力绿色、可持续发展的有效途径。固态储氢技术因其体积储氢密度高、使用安全性好等优势,为船用氢燃料的安全高效储存问题提供了极具潜力的解决方案。本文梳理了固态储氢技术的原理、分类及特点,阐述了其在船海领域的应用现状,分析了该技术在船舶行业应用中面临的挑战,并对其未来发展趋势进行了展望,旨在为推动固态储氢技术在船海领域的广泛应用提供一定的理论参考。

金属固态储氢技术是解决氢储运问题的关键路径之一,镁基材料因高的储氢容量(质量分数为7.6%)、低的成本和良好的可逆性而备受关注,但其脱氢温度高、动力学缓慢等问题亟待解决。本文聚焦稀土元素及其化合物在提高镁基储氢材料吸放氢性能中的作用机制,系统综述了稀土元素合金化与稀土材料催化改性的研究进展。研究表明,稀土合金化通过晶格重构与氢通道优化,显著改善动力学扩散速率,Mg-RE合金在10 min内可完成脱氢;稀土催化剂借助界面电子转移与多相协同效应,使MgH₂起始脱氢温度低于220 ℃。然而,稀土资源依赖性与复合体系相变机制不明确仍是规模化应用的瓶颈。未来研究需结合材料设计与绿色制备工艺,推动镁基储氢材料向高密度、低能耗和长寿命方向发展,助力氢能产业规模化进程。

镁基固态储氢材料由于其高储氢容量以及储量丰富、低成本等优点,有望成为下一代高效储氢介质,但是氢稳定的热力学(74.7 kJ/mol)以及迟缓的动力学特性限制了其大规模商业化应用。大量研究表明,相较于传统合金化、表面催化、固溶等改性手段,纳米工程策略可以从纳米尺度实现镁基材料热/动力学的双调控,从而实现性能的大幅跃升以促进其未来产业化应用。本文在阐明纳米工程基本逻辑的同时,分别从制备方法和材料尺寸维度等方面对镁基储氢材料领域纳米材料制备以及纳米限域关键技术研究工作进行了系统总结和梳理;并整理概括了现有技术下性能参数提升与微观组织、催化机制之间的构效关系,对于现有纳米工程技术优缺点以及其在未来储氢产业化中的可能发展方向进行评述,以期对纳米工程技术加持的新一代高性能镁基固态储氢材料的设计研发提供参考与借鉴。

利用经氢化-歧化-脱氢-再复合法制备的NdFeB粉末,采用NaCl固体颗粒物协同表面活性剂辅助高能球磨制备NdFeB超细颗粒,研究油酸含量、球磨时间以及NaCl对NdFeB晶体结构、磁性能、微观形貌的影响。结果表明,适量的油酸添加有助于高能球磨后形成纳米级片状颗粒,且具有较好的c轴取向。进一步添加NaCl后,在30%(质量分数)油酸含量下球磨6 h,粉末颗粒尺寸约为0.24 μm,颗粒厚度为13.98 nm,矫顽力H_c=2.48 kOe且具有较高取向度(M_r/M_s=0.841)。实验表明,NaCl协同表面活性剂高能球磨有助于制备出超薄厚度和高取向度的超细NdFeB颗粒。

储氢合金作为负极材料对Ni-MH二次电池性能有重要影响。为了进一步改善RE-Mg-Ni系超点阵结构储氢合金电极材料的循环稳定性,设计和研究了无镁A₅B₁₉型Gd_1-xSm_xNi_3.33Mn_0.17Co_0.2Al_0.1(0≤x≤1)合金,系统研究了稀土Sm元素替代Gd对合金退火组织、气体储氢和电化学性能的影响。结果表明,经1 273 K退火后,合金组织由2H-Ce₂Ni₇型主相和3R-Ce₅Co₁₉型双相组成,随Sm含量x的增加,2H-Ce₂Ni₇型主相相丰度增加,3R-Ce₅Co₁₉型相逐渐减少,同时2H-Ce₂Ni₇型相和3R-Ce₅Co₁₉型相的晶胞参数a、c、V随Sm含量增加均逐渐增大。稀土Sm对合金的气体氢化行为影响较明显,加入Sm元素后合金在吸放氢时存在一定的氢致非晶化倾向,随Sm含量增加,合金的最大吸氢量逐渐增加,同时可明显降低合金储氢的PCT曲线平台和减小合金氢化物的生成焓ΔH^Θ。含Sm元素的合金电极均具有良好的充放电活化性能,随Sm元素含量增加,电极放电容量从279.6 mAh/g逐渐增加至x=1.0时的378.4 mAh/g;经100次充放电循环后,合金电极均具有良好的容量保持率S100= 94.3%~98.8%,随Sm含量增加,容量保持率S100稍有下降。当Sm含量x＞0时,合金电极均具有良好的大电流放电性能,其中HRD₉₀₀为84.7%~87.6%。x=1.0合金可兼具高的放电容量(378.4 mAh/g)、良好循环稳定性(S100=94.3%)和高倍率放电性能(HRD₉₀₀=84.7%),具有优良的综合电化学性能。

深远海风电制氢是开发海洋可再生能源的重要途径,而储氢技术是实现能量转移的关键。针对深远海场景,研究了固态储氢技术的应用可行性。通过构建“海上风电-电解制氢-固态储氢-海运到岸”系统模型,以MgH₂为储氢介质,分析了电解槽配置比例、储氢容量等参数对系统性能的影响。研究表明:电解槽槽风比直接影响系统能效,需在电耗与设备利用率间进行权衡;储氢容量增加可降低弃氢率,但边际效益递减;系统经济性受多因素制约,需综合考虑能效与成本。本研究为深远海风电制氢系统中的储氢技术选型提供了理论依据。

全球能源危机日益严峻,氢气以环境友好性、资源丰富性和高能量密度等优势,成为最具发展潜力的新能源载体之一。氢能储运是连接制氢端和用氢端的枢纽,是氢能应用系统中的关键环节,固态储氢材料凭借其储氢容量大、体积密度高、安全性能优异等特点,被视为最具前景的储氢解决方案,而固态储氢的水解技术则在此基础上提供了一种安全、高效的氢气释放方式,凭借其高安全性与便捷性、高能量密度与反应可控性、化学反应机制与材料多样性等优势,为氢能的储运提供了一种极具前景的储能技术路径,是即时、便携、在线供氢等方面的理想选择。本文系统综述了固态储氢材料水解释氢技术的研究进展及技术原理,分析了各类水解释氢材料的储氢性能特点及国内外发展现状,同时介绍了固态储氢材料水解技术的应用场景及面临的挑战与瓶颈,并在此基础上,对于固态储氢材料水解释氢技术的诸多问题,提出从4个不同方面进行集中攻克:(1)材料改性催化体系优化;(2)水解反应体系与操作模式革新;(3)材料体系创新与规模化生产;(4)标准化体系建设。

钕铁硼速凝铸片作为钕铁硼永磁体的前驱体,其微观结构在一定程度上影响着磁体的磁性能。使用扫描电子显微镜、能谱仪、X-射线衍射仪、激光粒度仪表征了速凝铸片的显微组织结构,建立了厚度与钕铁硼速凝铸片显微组织结构之间的关系。使用震动样品磁强计对磁粉的磁性能进行表征。结果显示,3种不同厚度下的速凝铸片中均无α-Fe相;随着铸片厚度的增加,柱状晶宽度不断增加,铸片厚度在0.30 mm及以上时出现二次枝晶;厚度为0.30 mm铸片贴辊面主相生长取向最佳,I(006)/I(105)=20.67。通过性能对比发现,随着厚度的增加,矫顽力单调递减,饱和磁化强度先升高后降低,厚度为0.30 mm铸片的磁粉饱和磁化强度最大。

为了提高Mg基合金的吸放氢速率以及降低Mg-H的稳定性,同时保证合金的高储氢容量,在Mg基合金中引入稀土元素La、Y,加入过渡金属Ni元素,同时加入In元素来提升合金的吸放氢性能。将加入In元素的合金通过快淬工艺得到非晶-纳米晶合金,并对快淬合金在400 ℃进行4 h的退火,通过不同工艺提升合金的吸放氢性能。对 Mg₉₀La₂Y₂Ni₆和不同工艺下Mg₉₀La₂Y₂Ni_4.8In_1.2合金与氢反应前后的相变和结构演变进行了表征。结果表明:快淬工艺可以使Mg₉₀La₂Y₂Ni_4.8In_1.2合金形成以非晶为主的非晶-纳米晶结构,而铸态Mg₉₀La₂Y₂Ni₆和Mg₉₀La₂Y₂Ni_4.8In_1.2以及退火Mg₉₀La₂Y₂Ni_4.8In_1.2合金试样中含有Mg、Mg₂Ni、La₂Mg₁₇、YNi₃相,In元素的加入分别与Mg和Mg₂Ni形成Mg(In) 固溶体和Mg₂Ni(In)相,同时In元素的加入造成了Mg晶体的晶格收缩,与之相反Mg₂Ni晶体的晶格参数升高,引起晶格膨胀。晶化退火促使非晶相完全晶化,形成均匀的元素分布和细化的微观组织。新生晶粒和晶界为氢扩散提供了更多通道。吸放氢动力学测试结果表明:退火后Mg₉₀La₂Y₂Ni_4.8In_1.2合金在260~320 ℃具有最优吸氢容量,且在320 ℃下500 s内和260 ℃下1 500 s内可以实现完全放氢,且放氢活化能降低至63.36 kJ/mol。

氢气的高效安全储存和运输是实现氢能利用的关键环节,镁基储氢材料因其高储氢密度、优异的循环性能以及资源丰度,被视为具有应用前景的氢气储存和运输介质之一。然而,镁基氢化物存在热力学稳定性较强、动力学反应过缓以及储氢系统技术要求较高等特点,严重制约了该类材料的规模化应用。近年来,研究人员已成功借助多种机制向镁基储氢材料中引入稀土元素或稀土化合物,显著提升了材料的吸放氢性能。本文系统总结了近年来稀土在镁基储氢材料中的应用研究进展,重点探讨了稀土在镁基储氢材料设计、制备技术、合金化、结构特性以及作为添加剂或催化剂等方面的作用,并对未来的研发方向进行了展望。

四方型RE₆(Fe,Ga)₁₄相作为“高Ga低B”永磁材料中的特征晶界相,有效提高了无重稀土钕铁硼烧结磁体的矫顽力,但该相对磁体抗腐蚀性能的影响仍缺乏研究。通过调控Nd-Dy-Fe-Ga-B磁体中Ga和B元素含量,制备了2种不同晶界相组成的烧结磁体,对比了二者磁性能及抗腐蚀性能的差异,并重点分析了RE₆(Fe,Ga)₁₄晶界相的腐蚀行为。研究发现,在w(Ga)=0.5%,w(B)=0.9%的回火态磁体中形成大量的RE₆(Fe,Ga)₁₄晶界相,相较于传统富稀土晶界相为主的w(Ga)=0.1%,w(B)=1.0%磁体来说,前者拥有更高的矫顽力及更强的抗腐蚀性能。原位腐蚀观察进一步证实,RE₆(Fe,Ga)₁₄相可有效减缓烧结磁体晶界的腐蚀进程,为高综合服役性能的烧结钕铁硼磁体设计提供了重要参考。

离子液体(IL)作为电解质溶液具有较宽的电化学稳定窗口和良好的安全性能,然而IL溶液较高的黏度和较低的电导率,使其在电化学器件应用时存在一定的挑战。为了有效提高离子液体的电导率并尝试在质子型电池中应用,本文采用含水的离子液体溶液[EMIM][Ac]+xH₂O作为电解质,通过测试分析,研究了含水的[EMIM][Ac]+xH₂O离子液体溶液的结构和物化性能的变化规律,并将非晶态a-Si薄膜(负极)、烧结Ni(OH)₂(正极)以及上述含水离子液体溶液作为电解质组装成电池,研究了含水离子液体溶液对电池和a-Si薄膜负极电极的电化学性能的影响。研究结果表明,当水的体积分数x≥30%时,在含水离子液溶液中逐渐形成了由H₂O分子主导的氢键网络结构,有利于质子以Grotthuss机制进行快速传导。随着水含量增加,[EMIM][Ac]+xH₂O(体积分数)溶液的黏度显著降低,电导率逐渐提高,溶液与硅薄膜电极之间的浸润性逐渐增强,同时溶液的电化学窗口由3.53 V逐渐减小至2.24 V。[EMIM][Ac]离子液体中加入水后,可极大提升质子电池的性能,当水的体积分数x =30%时,a-Si薄膜材料的电荷转移阻抗Rct最小,此时电池的放电容量可达到最大值1 700.82 mAh/g,经100次充放电循环后,电池的容量保持率S100为93%,在水的体积分数 x=30% ~ 40% 时,电池高倍率放电性能HRD1000值为87.03%~94.80%,具有良好的大电流放电性能。该研究为研发高能量密度的新型质子型电池提供了思路。

溶剂毒性和金属卤化物残留是制约钙钛矿薄膜两步法制备技术应用的主要因素。采用绿色溶剂对金属卤化物进行溶解,并对钙钛矿薄膜的传统两步法制备流程进行调整,研究制备工艺优化对钙钛矿薄膜性能的影响。研究表明,绿色复合溶剂可取代传统毒性溶剂进行钙钛矿薄膜的制备,基于优化两步法的钙钛矿太阳能电池光电转换效率达到15.92%。

MgH₂与水反应产生大量氢气有利于氢能源在燃料电池领域的发展,但产氢速率慢及Mg(OH)₂致密层这一关键问题限制了其应用。本文采用浓度分别为0.3、0.9、1.7、2.5 mol/L的海盐溶液与0.1 g MgH₂进行多次水解实验,测定不同温度下的水解动力学曲线;采用XRD和SEM扫描技术对水解产物进行物相和形貌分析,并讨论了水解机制以及不同浓度的海盐溶液对颗粒表面的影响;通过Avrami-Erofeev和Arrhenius公式线性拟合分析了水解动力学过程和活化能。研究发现:浓度为0.9 mol/L的海盐溶液与0.1 g MgH₂反应时的水解性能以及表观活性改善最佳,在高温下,0.3、0.9、1.7、2.5 mol/L海盐溶液的水解活化能分别测定为(33.1±0.4)、(26.1±0.5)、(36.3±0.8)、(40.1±0.2)kJ/mol,水解产氢速率最快分别为11.33、12、10.66、11.33 mL/(g·s),确定了浓度对水解动力学的影响。MgH₂的这些优异的水解性能对镁基合金的水解研究具有重要意义。

本文采用真空电弧熔炼炉和真空管式退火炉制备了退火态La_0.6Y_0.4Ni_3.75Al_0.15Mn_0.1超晶格储氢合金,在90 ℃条件下,使用10 mol/L的NaOH溶液对合金进行浸渍处理,研究了碱处理对储氢合金表面结构性能以及电化学性能的影响。XRD结果表明,未经处理的合金为CaCu₅、2H-Pr₅Co₁₉、3R-Ce₅Co₁₉多型相结构,经过碱处理后的合金相结构并未发生改变。通过SEM可以看出,合金表面形貌由初始的粗糙不平整状态转变为光滑平整的形貌特征。通过EDS能谱以及XPS能谱可以发现,合金表面形成了富Ni层以及Ni(OH)₂,可充当催化层,加速氢电极反应。Al、Mn元素在碱性环境中溶解析出并促进Ni富集,从而增强合金耐腐蚀性能并促进氢吸附。随着碱溶液对合金电极处理时间的增加,合金电极的活化性能、最大放电容量以及其他相关的电化学性能都表现出先增大后减小的情况,当处理时间为3 h时,合金电极的最大放电容量从未处理时的313.1 mAh/g增加到368.9 mAh/g,高倍率放电性能HRD₁₂₀₀从33.88%增加到了67.97%,交换电流密度以及氢扩散系数表现出与其相同的规律。碱处理使储氢合金的表面状态发生改变,提供了更多有效活性位点,优化了电极与电解液的接触,降低了极化阻抗,促进了电化学活性与稳定性能的提升,加速了氢电极反应动力学。

针对La-Ni基超晶格储氢合循环稳定性不足等问题,设计并制备了系列La_1-xY_xNi_3.75Mn_0.2Al_0.15(x=0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0)合金,经1 273 K、24 h退火热处理后,系统研究了A端Y元素取代对合金结构演变与电化学性能的影响。通过XRD精修与结构分析,揭示了Y含量变化引起的相组成转变及晶胞参数各向异性收缩规律;结合电化学充放电循环、电化学P-C-T与动力学测试,明确了Y元素在调控合金容量、循环稳定性和高倍率放电性能中的作用机制。研究表明,适量Y元素(x=0.6)替代La元素能够优化晶胞体积与氢扩散通道,抑制氢致非晶化与腐蚀,显著提高合金的放电容量(约390.7 mAh/g)、循环保持率(S₁₀₀=85.8%)及动力学性能;而过量Y会导致结构破坏与容量衰减。该系统揭示了Y元素对La-Ni基超晶格合金的结构调控作用及其对储氢性能的深层影响,为新型高性能镍氢电池负极材料的设计提供了理论依据与试验参考。

通过高能球磨制备了Mg₄₅Ti₁₅Al₂₇Co₆Ag₇、Mg₄₀Ti₂₀Al₂₇Co₆Ag₇和Mg₃₀Ti₃₀Al₂₇Co₆Ag₇轻质高熵合金,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线多晶衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和气态吸放氢实验,分析了不同Mg/Ti比对合金微观结构和储氢性能的影响。结果表明:Mg₄₅Ti₁₅Al₂₇Co₆Ag₇、Mg₄₀Ti₂₀Al₂₇Co₆Ag₇和Mg₃₀Ti₃₀Al₂₇Co₆Ag₇合金均由FCC相、HCP相和少量富Co相组成。Mg/Ti比由3∶1降低至2∶1会略微促进FCC相含量的升高进而提高合金的储氢量,而Mg/Ti比由3∶1降低至1∶1会略微提高FCC相的含量,但会使HCP相在吸放氢后转变为不可吸氢的稳定Al₉Co₂相。合金中的FCC相具有更强的吸放氢能力,而由于富Co相和Al₉Co₂相无法吸氢,但Al₉Co₂相会促进放氢过程,因此Mg/Ti比为1∶1时会显著降低合金的吸氢能力和提升放氢速率。

以0.23 mm厚度的低温Hi-B冷轧板为原材料,脱碳退火后采用后天抑制剂法以NH₃作为渗氮气体完成后续工艺,利用金相分析法、透射电镜高分辨、扫描电子显微镜结合能谱分析等测试手段,研究不同渗氮温度对低温Hi-B钢脱碳渗氮板组织与析出物的影响。结果表明:在750和800 ℃渗氮条件下,组织的平均晶粒尺寸大小与脱碳板相比无显著差异。然而,在850 ℃渗氮后,平均晶粒尺寸由750 ℃的23.09 μm增大至26.19 μm。在750和800 ℃进行渗氮处理后,析出物类型均为非晶态的Si₃N₄,但当渗氮温度升高至850 ℃时,非晶态的Si₃N₄析出物中出现了微晶区。

AB₅型镧镍系储氢合金因其在常温下可快速吸放氢的特质,在工程应用中具有较大潜力。然而,化石燃料重整和生物质气化等大规模制氢过程中产生的杂质气体,如O₂、CO₂、H₂S、N₂、CO、H₂O、CH₄、Ar和He,可能会毒化储氢合金性能。因此,研究这些杂质气体对AB₅型镧镍系合金储氢性能的影响及其毒化机制具有重要意义。本文基于第一性原理计算和压力-组分-温度(PCT)试验测试,研究杂质气体对AB₅型镧镍系储氢合金性能的毒化机制,阐明杂质气体的吸附强度,并揭示了毒化过程中储氢合金电子结构变化的微观机制。研究结果表明,O₂、CO₂、H₂S、N₂、CO等杂质气体比氢气更优先吸附在材料表面,其中O₂、H₂S和CO的相对吸附能值较大,分别为2.57、1.91、1.21 eV。O₂和H₂S在LaNi₅表面发生解离吸附,O₂解离为O原子并吸附在吸氢活性位点,H₂S解离为SH和H并稳定吸附在吸氢活性位点,其余杂质气体则以分子形式吸附在LaNi₅表面;PCT试验测试进一步验证了杂质气体对合金储氢性能的影响,结果表明,CO、O₂对LaNi₅的储氢性能恶化较为严重,储氢容量(质量分数)分别下降了40%和10%。

采用真空电弧熔炼炉的方法制备了La_0.6Y_0.4Ni_3.75Al_0.15Mn_0.2超晶格储氢合金,并在0.2 MPa氩气气氛下分别对合金进行900~1 050 ℃真空10 h退火处理,通过X射线衍射和电化学测试方法,研究了退火温度变化对合金结构及性能的作用机制。结果表明:温度在900 ℃时,合金由A₅B₁₉型Pr₅Co₁₉和Ce₅Co₁₉相、AB₅型CaCu₅相组成;温度升至950 ℃时,CaCu₅相的相丰度(质量分数)由5%减少至2.5%,Ce₅Co₁₉和Pr₅Co₁₉相的相丰度(质量分数)分别由57.6%和37.5%增加至58.1%和39.4%,此时A₅B₁₉型相相丰度最大,占97.5%(质量分数);温度升至1 000 ℃时,CaCu₅相的相丰度增加至11%(质量分数);当温度继续升高至1 050 ℃时,Mn元素烧损过多,出现了A₂B₇型Ce₂Ni₇相。当退火温度为950 ℃时,A₅B₁₉型相含量达到峰值,此时合金展现出最佳的电化学特性,最大放电容量为318.5 mA·h/g,经过100次循环后容量保持率S₁₀₀为72.5%,在电流密度1 200 mA/g下的高倍率放电性能HRD₁₂₀₀为77.6%。因此,通过退火处理对La-Y-Ni系合金相丰度进行调控,可显著改善其综合电化学性能。

利用扫描电镜(SEM)观察腐蚀后表面形貌和截面形貌,利用能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)分析腐蚀产物成分,利用电化学工作站对比实验钢的耐蚀性,系统研究了焊接材料对X65钢焊接接头腐蚀行为的影响。研究发现,焊接材料中Cr元素含量更高的X65钢的耐腐蚀性能较好,这是因为Cr以Cr(OH)₃和Cr₂O₃化合物的形式存在于基体表面,对基体起到了保护作用。为超临界二氧化碳输送用X65管线钢安全运行提供理论支撑和技术指导。

为提升采油注水易蚀易损件(如柱塞杆和组合阀)表面的耐磨性,采用激光熔覆技术在柱塞杆和组合阀表面加工镍铬锰钼硅合金粉涂层,并通过X射线衍射物相分析、微观形貌分析、显微硬度测试、摩擦磨损性能评价和磨痕分析等,对涂层的组织特性和力学性能进行分析和评价。研究结果表明:熔覆层主要由Fe-Cr化合物构成,柱塞杆与组合阀的Fe-Cr化合物衍射峰计数分别达到4 684.87与4 621.80 cts,晶面间距为2.03与2.04 Å,相对强度均为100%。柱塞杆与组合阀均呈现树枝晶组织、平面晶及胞状组织,热影响区则呈现细小马氏体组织。柱塞杆熔覆层硬度超过500 HV,而组合阀的硬度约为300 HV,显著高于基体硬度。柱塞杆1号样品的摩擦系数在0.8以上保持稳定,而2号样品在迅速达到0.85后略有下降;组合阀的F1与F2样品则表现出较好的耐磨性,摩擦系数为0.6~0.8,而F3与F4样品的摩擦系数超过1.0,耐磨性较差。磨痕分析进一步证实了涂层的犁削与黏着磨损特征。因此,利用激光熔覆技术加工采油注水易蚀易损件的镍铬锰钼硅合金粉涂层能显著提高采油注水易蚀易损件的纳米硬度和耐磨性。