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材料导报 2017年第01期杂志 文档列表

材料导报杂志材料综述

基于Ⅳ-Ⅵ族化合物的胶体量子点太阳电池研究进展1-9

摘要：基于Ⅳ-Ⅵ族化合物的胶体量子点具有易于合成、带隙可调等优点,被认为是一种非常有前途的窄带隙光伏材料。近年来,利用Ⅳ-Ⅵ族化合物制作的胶体量子点太阳电池最高转换效率已经突破10%。介绍了胶体量子点的合成方法、基本结构及其光电特性;着重分析了国内外关于肖特基和异质结胶体量子点太阳电池的研究现状,指出了目前该领域研究中存在的问题和发展趋势,并分析了未来需要重点解决的关键问题。

溶胶-凝胶法制备铜锌锡硫材料的研究进展10-17

摘要：四元硫化物铜锌锡硫（CZTS）是一种新型薄膜太阳电池材料,具有锌黄锡矿结构,呈p型导电性,带隙约为1.5eV,光学吸收系数高于104cm^-1,这些特性与太阳光谱相匹配。基于上述原因,CZTS薄膜是一种有望能低成本、可规模化开发利用的新型薄膜太阳电池材料。简要阐述了CZTS性质及其薄膜太阳能电池的器件结构,详细介绍了溶胶-凝胶方法制备CZTS薄膜及其相应器件效率的研究进展。最后,总结了此方法制备CZTS薄膜及其相关电池性能难以突破的关键技术问题,并提出了有效的改进措施,对CZTS薄膜太阳电池未来的研究进行了展望。

LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极活性材料的衰减机理及改性措施18-24

摘要：高功率、高容量的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2（NCA）正极锂离子电池在电动汽车和定置储能电池等行业中具有非常广阔的应用前景。为使其更具商业竞争力,NCA锂电池的使用寿命至少需要延长至15年,这对现行技术而言是一个很大的挑战。因此,明确NCA锂电池在循环和储存过程中性能衰减机理是延长NCA动力电池使用寿命的关键。大量研究表明正极表面膜的形成、表面盐岩结构类NiO相的出现、显微裂纹的产生、表面导电碳基体的恶化等因素是NCA动力电池衰减的主要原因。通过常规原子掺杂、表面包覆等方法在一定程度上能有效抑制正极材料的恶化,延长锂离子电池的使用寿命。

三维石墨烯复合材料的制备及其在超级电容器领域的研究现状25-29

摘要：三维石墨烯具有独特的三维多孔结构,不仅增加了与电解液的接触面积,同时为固定在其表面的活性物质提供了快速的电子传输通道,有效地提高了超级电容器的电化学性能,使其被认为是最有前景的超级电容器电极材料。综述了目前获得多孔结构、大比表面积、优异导电性和良好力学性能的三维石墨烯的方法,并简述了其复合材料在超级电容器领域的应用现状。

《材料导报》研究快报栏目征稿启事29-29

摘要：近年来，随着我国材料科研水平的不断提升，许多领域已经开始与发达国家团队形成研究成果的首发权争夺。为使我国材料学前沿论文得到优先、及时发表，保护我国材料科研工作者的首发权，《材料导报》特开辟“研究快报”栏目。栏目选题范围包括：高性能金属材料及合金，纳米材料，生物材料，复合材料，光、电、磁材料，能源材料，环境功能材料，等等。

杂多酸掺杂质子交换膜的制备、结构及性能30-42

摘要：作为含有多金属氧酸Keggin分子构型的固体强酸,杂多酸（HPAs）具有优异的吸水性、质子传导性（cp）、机械、热及化学稳定性。HPA掺杂陶瓷或聚合物质子交换膜（PEMs）可以有效提高复合PEMs的亲水性、cp、燃料阻隔性、机械、热及化学稳定性,同时显著降低其cp及燃料阻隔性的温度与湿度依赖性。当HPA掺杂陶瓷时,两者之间的氢键作用导致HPA在基体中的流失率低、分散性强且掺杂量高,此时复合PEMs的cp（10^-1 S/cm数量级）较基体PEMs（10^-3~10^-2 S/cm）大幅升高;而当HPA掺杂磺化聚合物时,两者之间的静电排斥力造成HPA在基体中的流失率高、分散性差且掺杂量低,此时复合PEMs的cp（10^-1 S/cm数量级）较基体PEMs（10^-2~10^-1 S/cm）仅小幅升高。为了有效降低HPA在聚合物基体中的流失率,可以采用聚合物膜“三明治”状包覆复合PEMs、盐化HPA、改性基体或通过第三组分负载HPA以分别在HPA与基体或负载之间形成氢键或静电引力等手段;对于HPA的负载改性,由于陶瓷或聚合物负载在基体中易团簇,相应地HPA在基体中的分散性与掺杂量并未提高。有时采用HPA与吸水性较强的磷酸共掺杂陶瓷基体或负载,以协同提高复合PEMs的cp,然而效果并不显著。以上各种结构的HPA掺杂PEMs通常由溶液浇铸法、自组装法、溶胶-凝胶法及浸润法等制备;不同方法往往相互关联,即制备过程可能涉及两种或3种方法的耦合使用。改性HPA或其负载以显著提高HPA在磺化聚合物基体中的分散性与掺杂量,借此构建全新、高效的质子传输通道形态以实现复合PEMs的超高cp（10^0S/cm数量级）,是今后PEMs技术的重点发展方向之一。

非晶无序光子晶体结构色机理及其应用43-55

摘要：结构色是一种由光学尺度的微纳结构与光相互作用形成干涉、衍射或散射而产生颜色的物理生色效应。与化学生色不同,结构色由于没有色素或者染料的参与,因此没有颜色褪色的现象,同时能够避免使用染料和色素带来的环境污染。目前结构色材料受到研究者和应用开发人员的广泛关注,大量的研究发现结构色可以来源于光子晶体与非晶光子晶体两种结构。光子晶体由规整的周期性结构组成,产生的颜色鲜艳却具有明显的角度依赖性。而非晶光子晶体,其“自身缺陷”导致的短程有序结构具备了各向同性的光子带隙、非虹彩效应、光局域化等特点,赋予了材料柔和亮丽不随角度变化的显色效果,可控的激光效应以及优良的发光效率,从而更能满足材料领域对光散射和光传输等方面的特殊需求。对非晶光子晶体的概念和结构,与可见光作用产生颜色的原理,以及制备非晶光子晶体的不同方法（平板刻蚀法、胶体颗粒自组装法、模板法、相分离法）做了详细的讨论,并对非晶光子晶体产生的结构色效应在光电器件、功能涂料和纺织材料等多个领域中的应用进行了展望。

基于碳纳米管薄膜构建场发射平面显示器的阴极结构56-63

摘要：碳纳米管场发射平面显示器具有工作电压低、功耗低和制造成本低等优势,近年来基于碳纳米管场发射平面显示器的研究与应用研发已成为显示技术领域研究的热点之一,并已取得丰富成果。简要回顾了碳纳米管用于场发射的机理以及用于场发射平面显示器的优势,主要介绍了碳纳米管用于场发射平面显示器研究的一些进展和一些亟待解决的问题,包括碳纳米管阴极薄膜的制备、碳纳米管阴极工作稳定性与寿命的改进以及阴极结构的设计等,并展望了碳纳米管用于场发射平面显示器的发展前景。

功能型聚丙烯酸酯/无机纳米复合皮革涂饰剂的研究进展64-71

摘要：随着现代技术的飞速发展以及高新技术向皮革产业的渗透,传统的聚丙烯酸酯涂饰剂不足以满足功能化的需求。而聚丙烯酸酯/无机纳米复合皮革涂饰剂具有卫生、耐黄变、抗菌、防水、抗紫外等一系列优异性能,成为当前的研究热点。基于当今产业背景下的发展需求,综述了聚丙烯酸酯/无机纳米复合皮革涂饰剂的制备方法和性能特点,并对其发展前景进行了展望。

外援型自修复体系及其在环氧基复合材料中的应用72-76

摘要：聚合物基自修复材料是近年来国内外的研究热点。根据自修复过程是否需要外加修复剂,聚合物基复合材料自修复方法主要分为外援型自修复和本征型自修复。外援型自修复体系主要包括双环戊二烯修复体系、环氧基修复体系、硫醇基修复体系、甲基丙烯酸缩水甘油酯修复体系、马来酰亚胺修复体系等。着重介绍了这几种自修复体系及其在环氧基复合材料中的应用,并展望了外援型自修复体系在聚合物基复合材料的应用前景及发展方向。

消防避火服用复合织物热防护效能优化研究77-83

摘要：消防避火服作为消防员短期穿越高温明火火场实施抢救人员和重要物资行动的最高等级热防护服装,其热防护性能优劣直接决定了消防员的人身安全是否得到充分保障。从消防避火服用复合织物的结构、反射辐射热能力和隔热效能3个方面的优化方法入手,总结了国内外研究人员针对该类复合织物的研究成果,分析了复合织物防护性能优化的原理与方法,并对下一步的研究方向进行了展望。

碳纤维水泥基复合材料Seebeck效应研究现状84-89

摘要：具有显著Seebeck效应的碳纤维水泥基复合材料（Carbon fiber reinforced cement-based composites,简写为CFRC）近年来受到广泛关注。综述了CFRC的导电机理、Seebeck效应强化途径及其工程应用前景。CFRC的载流子类型主要包括离子、电子和空穴,并以空穴为主。碳纤维/碳纳米管掺杂,CFRC的Seebeck系数可提高至约30μV/℃;钢纤维掺杂水泥基材料表现为n型半导体,其Seebeck可达68μV/℃;金属氧化物Bi2O3掺杂可将CFRC的Seebeck系数稳步提高到100.28μV/℃,而ZnO和Fe2O3掺杂可使CFRC的Seebeck系数分别增大到3 300μV/℃和2 500μV/℃。这些研究有效地促进了CFRC在城市室外热量的转换收集、工业余热能量收集和长寿命结构健康监测传感器等领域的研究与发展。

从工艺参数角度探讨AZ系镁合金表面磁控溅射单层铝及氧化铝膜的耐腐蚀和耐磨损性能90-96

摘要：AZ系镁合金在工业领域具有广阔的应用前景,但其耐腐蚀性能和耐磨损性能差阻碍了其发展。绿色环保的磁控溅射表面涂覆技术是防止镁合金腐蚀和磨损的方法之一。简要地介绍了磁控溅射镀膜技术的原理及特点,评述了当今磁控溅射的重要发展。结合近几年的实验研究,回顾和总结了溅射沉积薄膜技术的发展历程和应用现状,重点分析了溅射工艺参数对薄膜耐腐蚀和耐磨损性能的影响。最后,展望了磁控溅射技术未来的发展趋势。

纳米多孔金属力学性能的若干研究进展97-102

摘要：纳米多孔金属是近年来发展起来的一类具有纳米级双连续孔洞和高表面积的新型功能材料,具备如化学性能、力学性能、表面拉曼散射性能等多方面的优异特性,在催化、传感、新能源、生物医学等诸多领域拥有广阔的应用前景。围绕纳米多孔金属的制备、力学性能和尺度特性等,展开细述了相关的研究工作,并重点针对力学性能方面的研究进展,如尺度方程、破坏机理、表面效应和表面应力,以及脱合金制备方法和制备过程中的力学问题进行了讨论,并对将来的研究方向进行了展望。

超疏水-防覆冰技术在公路路面中的研究应用进展103-109

摘要：超疏水材料作为一种新型智能仿生材料,因优良的疏水、疏冰性能,在电力、航天等领域防冰除冰中得到了广泛应用,但在公路交通领域尚处于探索起步阶段。介绍了近年来国内外路面除冰技术存在的不足,分析了超疏水主动除冰技术在路面应用中的优势;概述了超疏水材料浸润性的基本理论;从促进液滴滚落、影响水滴结晶进程、降低冰附着力等方面,论证了超疏水材料在路面除冰应用中的可行性;从改变材料化学组成与粗糙度两个方面,分析了影响“冰-路”附着力的主要因素;在此基础上,介绍了超疏水材料制备与超疏水公路路面处治技术,综述了国内外冰与路面材料之间附着力的几种检测方法,主要包括：落杆撞击试验、水平剪切试验、重力式砝码剪切试验。在总结前人研究成果的基础上,本研究自行设计了摆锤试验以及劈裂试验,进一步验证了超疏水-防覆冰技术能有效降低“冰-路”附着力;并归纳了目前公路路面超疏水-防覆冰技术存在的问题,提出了未来研究发展的方向。

材料导报杂志新材料新技术

利用合金低温生长晶体硅的研究进展110-115

摘要：基于光伏行业对低成本晶体硅材料的巨大需求,晶体硅低温生长技术逐渐受到人们的青睐。该技术是在低温下将硅与低熔点金属进行共熔化处理,结合液相外延、合金定向凝固等技术生长、制备晶体硅。首先阐述了晶体硅低温制备原理,并对其生长行为、受控因素和应用现状进行综述,指出了目前各自存在的问题与难点,最后对下一阶段晶体硅生长技术的研究重点和发展前景进行了展望。

等通道转角挤压制备超细晶材料的研究与发展116-125

摘要：等通道转角挤压（Equal channel angular pressing,ECAP）是大塑性变形制备超细晶材料的方法之一,具有大晶粒尺寸的材料可以在室温下挤压达到超细晶尺度。从ECAP模具参数、工艺条件影响因素、模具及制备方法改进、细化机理、制备的超细晶材料组织稳定性及性能方面进行总结,并结合部分研究结果可知,ECAP模具正在不断被优化和改进,复合挤压技术不断出现,目前已实现超细晶材料的连续ECAP挤压制备技术。等通道转角挤压的晶粒细化主要是由于剪切力的作用和第二相粒子的作用,ECAP晶粒细化机理及组合工艺的研究是目前研究的热点。超细晶材料在不同领域的应用对其性能提出的更高要求,对其大塑性变形制备技术本身也是挑战。

适用于生物体系的自驱动纳米技术研究进展126-130

摘要：随着纳米科技的快速发展,出现了不少可用于生物体系的植入式纳米器件,因而开发一种全新的、与植入式纳米器件相匹配的纳米供能系统意义重大。自驱动纳米技术可以从环境中收集能量转化为电能,实现能量自给,有望成为植入式纳米器件能源问题的有效解决方案。对纳米发电机、生物燃料电池、太阳能电池这3种自驱动纳米技术的研究现状、面临问题以及未来研究方向进行了综述,以期为自驱动纳米技术的应用与发展提供参考和借鉴。