Microwave-hydrothermal preparation of a graphene/hierarchy structure MnO2 composite for a supercapacitor

Graphene/hierarchy structure manganese dioxide （GN/MnO2） composites were synthesized using a simple microwave-hydrothermal method. The properties of the prepared composites were analyzed using field emission scanning electron microscopy （FE-SEM）, X-ray diffraction （XRD）, transmission electron microscopy （TEM）, and X-ray photoelectron spectroscopy （XPS） measurements. The electrochemical performances of the composites were analyzed using cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectrometry （EIS）, and chronopotentiometry. The results showed that GN/MnO2 （10 wt% graphene） displayed a specific capacitance of 244 F/g at a current density of 100 mA/g. An excellent cyclic stability was obtained with a capacity retention of approximately 94.3% after 500 cycles in a 1 mol/L Li2SO4 solution. The improved electrochemical performance is attributed to the hierarchy structure of the manganese dioxide, which can enlarge the interface between the active materials and the electrolyte. The prepa- ration route provides a new approach for hierarchy structure graphene composites; this work could be readily extended to the preparation of other graphene-based composites with different structures for use in energy storage devices.     

Microwave-hydrothermal preparation of a graphene/hierarchy structure MnO2 composite for a supercapacitor

Graphene/hierarchy structure manganese dioxide (GN/MnO₂) composites were synthesized using a simple microwave-hydrothermal method. The properties of the prepared composites were analyzed using field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurements. The electrochemical performances of the composites were analyzed using cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectrometry (EIS), and chronopotentiometry. The results showed that GN/MnO₂ (10 wt% graphene) displayed a specific capacitance of 244 F/g at a current density of 100 mA/g. An excellent cyclic stability was obtained with a capacity retention of approximately 94.3% after 500 cycles in a 1 mol/L Li₂SO₄ solution. The improved electrochemical performance is attributed to the hierarchy structure of the manganese dioxide, which can enlarge the interface between the active materials and the electrolyte. The preparation route provides a new approach for hierarchy structure graphene composites; this work could be readily extended to the preparation of other graphene-based composites with different structures for use in energy storage devices.     

Fe_3Al/WS_2复合材料的真空摩擦学性能研究

采用热压烧结的方法制备了添加WS2质量百分数为10%、20%和30%的Fe-28Al-5Cr基复合材料,通过XRD和SEM等手段分析了样品的相组成和组织结构.利用自制的真空摩擦试验机测试了样品在4×10-4Pa真空下的摩擦学性能.研究结果显示:通过与WS2的复合能够显著降低Fe3Al基金属间化合物在真空条件下的摩擦系数,但三种不同WS2含量复合材料的摩擦系数差别不大.随着WS2含量增加,复合材料的磨损率逐渐降低,特别是30%复合材料的磨损率较纯Fe-28Al-5Cr的磨损率低约1个数量级.滑动速度和载荷对三种材料的摩擦系数和磨损率均有一定的影响.纯Fe3Al的磨损表面较为粗糙,出现严重的剥落坑和剥落痕迹,磨损机理为严重的疲劳磨损.添加质量百分数为10%WS2的复合材料的磨损机理为磨粒磨损和疲劳磨损;添加WS2质量百分数为20%和30%的复合材料,其磨损表面相对较为光滑平整,磨损机理为轻微剥落.因此,在复合材料制备中添加WS2能够显著提高Fe3Al金属间化合物的真空摩擦学性能.     

原位反应合成金属间化合物激光合金化层的组织及抗磨性能

以近等原子比的NiTi合金粉末为原料,利用连续波高功率Nd-YAG激光器在6061Al合金表面制备了Ni-Al和Ti-Al金属间化合物改性层,采用扫描电子显微镜、X射线能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度计及摩擦磨损试验机分析了合金化层的组织形貌、结构、成分、硬度分布及磨损性能.研究结果表明,该激光表面改性层主要由Ni3Al和TiAl3金属间化合物组成;采用合适的保护措施和激光处理工艺参数,可控制改性层产生孔洞和裂纹倾向,从而获得与基体具有良好冶金结合的致密金属间化合物合金激光改性层;与此同时,Ni-Al和Ti-Al金属间化合物改性层可有效地改善铝合金的抗磨性能.     

聚四氟蜡和二硫化钼填充凯夫拉纤维织物复合材料的摩擦磨损性能研究

采用玄武三号栓-盘式摩擦磨损试验机研究凯夫拉(Kevlar)纤维织物材料及聚四氟蜡(PFW)和MoS2填充Kevlar纤维织物复合材料的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜观察其磨损表面形貌.结果表明,PFW和MoS2均可以改善Kevlar纤维织物材料的摩擦磨损性能,其中PFW的改善效果尤为显著.当PFW质量分数为20%时,Kevlar纤维织物复合材料的摩擦系数减小75%、磨损率降低82%,Kevlar纤维织物复合材料的减摩抗磨性能最佳.     

干摩擦条件下Si_3N_4-hBN复合陶瓷与1Cr18Ni9Ti配副的摩擦学特性研究

利用MMU-5G销-盘式端面磨损试验机考察了干摩擦条件下Si3N4-hBN复合陶瓷与1Cr18Ni9Ti配副时的摩擦磨损性能,分别采用扫描电子显微镜(SEM)、激光扫描显微镜(LSM)、X光电子能谱仪(XPS)、X射线能谱仪(EDS)、电子探针(EPMA)和X射线衍射仪(XRD)分析摩擦面以及磨屑的形貌和物质组成.结果表明:Si3N4-hBN/1Cr18Ni9Ti摩擦副的摩擦系数随hBN含量的增加而降低,当hBN体积含量为30%时,摩擦系数降至0.03,Si3N4-hBN复合陶瓷的磨损率接近于零.在干摩擦条件下,Si3N4-hBN复合陶瓷与1Cr18Ni9Ti配副时,摩擦表面上形成含SiO2、B2O3和Fe2O3的表面膜,起到良好的减摩作用.     

ATP改性UHMWPE水润滑轴承材料的摩擦学特性研究

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)轴承材料在低速重载工况下常发生严重磨损,通过添加改性填料能够显著提升其摩擦学性能. 凹凸棒土(ATP)作为一种改性填料能够增强基体材料的机械性能进而改善其摩擦特性,但是ATP作为填料往往会因为团聚效应而降低材料的补强效果. 通过对ATP进行表面改性处理可克服团聚效应,实现ATP与基体间的均匀共混. 通过表面化学包覆改性法制备由硅烷偶联剂KH570改性处理的ATP与UHMWPE共混制成复合材料,并与纯UHMWPE材料作对照试验. 利用RTEC摩擦试验机研究复合材料在水润滑条件下摩擦系数随载荷和转速的变化,以及材料填充含量对复合材料在低速重载(v=0.55 m/s、F_z=55 N)工况下磨损性能的影响. 利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)与电子万能材料试验机分别对ATP改性效果、熔融结晶行为及复合材料的重要力学性能进行表征测试. 试验结束后,利用表面轮廓仪与激光共聚焦显微镜观察复合材料表面形貌并分析其磨损机理. 结果表明:硅烷偶联剂KH570对ATP的改性效果良好,填充改性ATP能提高材料的邵氏硬度,且材料的拉伸性能随填充含量的提高呈下降趋势;对比纯UHMWP材料,复合材料的摩擦系数更低,适量的ATP填充能改善材料磨损性能,减小体积磨损率;试验中改性ATP质量分数为1%的复合材料其摩擦学性能最优,在低速重载时的摩擦系数及体积磨损率与纯UHMWPE相比分别降低了52.45%和37.58%.      

MoS2和PTFE改性炭纤维织物复合材料的摩擦磨损性能研究

采用玄武三号栓-盘式摩擦磨损试验机研究了炭纤维织物及辐照PTFE粉和MoS2粉改性炭纤维织物复合材料的摩擦磨损性能,考察了MoS2的添加量及环境温度对改性炭纤维织物复合材料的摩擦磨损性能的影响,并用配备X射线能量色散谱的扫描电子显微镜对其磨损表面和偶件栓表面进行了观察和分析.结果表明:MoS2改性炭纤维织物可以明显改善炭纤维织物复合材料的摩擦磨损性能,而PTFE的加入则不利于其摩擦磨损性能的改善;当MoS2质量分数在5%～15%之间时,MoS2可以有效降低炭纤维织物复合材料的摩擦系数;当MoS2质量分数为10%时,MoS2改性炭纤维织物复合材料的综合摩擦磨损性能最佳;在不同温度条件下,MoS2改性炭纤维织物复合材料的摩擦系数和磨损率均低于炭纤维织物材料;当温度达到240 ℃时,炭纤维织物复合材料的磨损率急剧增大,但MoS2改性炭纤维织物复合材料的磨损率比炭纤维织物材料降低近35%.     

表面修饰SiO2纳米微粒对锂基脂抗磨性能影响的研究

合成了表面修饰SiO2纳米微粒,利用四球摩擦磨损试验机考察了SiO2纳米微粒作为锂基脂添加剂的摩擦磨损行为,用扫描电子显微镜、能量色散谱仪和X射线光电子能谱仪对钢球磨损表面进行了分析.结果表明:SiO2纳米微粒作为锂基脂添加剂具有良好的抗磨损性能,能够显著提高锂基脂的失效载荷.这是由于在摩擦过程中,SiO2纳米微粒富集在磨损表面并形成边界润滑膜,对磨损表面起到修复作用,从而使得锂基脂的抗磨和承载能力明显提高.     

激光熔覆原位制备Ti3Al金属间化合物涂层结构及摩擦学性能

利用激光熔覆原位合成技术在纯钛表面制备了Ti3Al金属间化合物涂层.用X射线衍射仪、扫描电镜和高分辨透射电镜分析了涂层的组成和组织结构.在UMT-2MT摩擦磨损试验机上对Ti3Al金属间化合物涂层在不同载荷和不同滑动速度下的摩擦磨损性能进行了测试.结果表明:Ti3Al金属间化合物涂层的主要组成物相为Ti3Al,涂层与基材冶金结合,涂层显微组织结构主要为树枝状晶,涂层的平均显微硬度约为HV0.2530,涂层的摩擦系数随载荷和滑动速度的增加而减小,磨损体积随载荷和滑动速度的增加而增加.Ti3Al金属间化合物涂层相对于钛基材耐磨性能显著提高.     

稀土处理玻璃纤维填充聚四氟乙烯复合材料在油润滑下的摩擦学性能

分别用偶联剂、稀土以及偶联剂 -稀土混合物处理玻璃纤维表面 ,以改善玻璃纤维与聚四氟乙烯之间的界面结合力 ,考察了玻璃纤维填充聚四氟乙烯复合材料在油润滑下的摩擦学性能 .结果表明 :在油润滑条件下 ,表面处理玻璃纤维填充聚四氟乙烯复合材料的摩擦系数比未经处理玻璃纤维填充聚四氟乙烯复合材料的低 ,耐磨性亦较优 ;而稀土处理玻璃纤维填充聚四氟乙烯复合材料具有最低的摩擦系数及最高的耐磨性和极限 pv值 ;未经处理玻璃纤维填充聚四氟乙烯复合材料的磨损形式主要为粘着转移 ,偶联剂处理玻璃纤维填充聚四氟乙烯复合材料和偶联剂与稀土处理玻璃纤维填充聚四氟乙烯复合材料均以磨粒磨损为主 ,而稀土处理玻璃纤维填充聚四氟乙烯复合材料的磨损机理主要为粘着磨损和轻微磨粒磨损     

高温空气下C/SiC复合材料断裂韧性实时测试和微观结构表征分析

为了研究高温空气下C/SiC复合材料断裂韧性和微观结构,采用单边切口梁三点弯曲法实时测试了C/SiC复合材料在高温空气下的断裂韧性,并采用电子扫描显微镜 (scanning electron microscope,SEM)和X 射线衍射分析仪 (X-ray diffraction, XRD)分析了复合材料在不同温度下的破坏断口和失效机制。研究结果表明随测试温度升高,C/SiC复合材料断裂韧性降低,材料的断裂形式由脆性断裂逐渐演变成塑性断裂。从室温升温到1 000 ℃测试温度条件下,C/SiC复合材料的断裂韧性由12.5 MPa·m1/2降低为10.96 MPa·m1/2,降幅仅为12%,C/SiC复合材料高温断裂韧性良好。不同温度下,材料呈现出不同形式的断裂形貌。常温下断口形貌主要可以看到纤维拔出的现象,随着温度的升高,该现象基本消失,断裂截面变得更平整,材料的强度主要取决于基体的强度。     

聚甲基丙烯酸甲酯/纳米有机改性蒙脱土复合材料的制备及其摩擦磨损性能研究

采用乳液插层法制备聚甲基丙烯酸甲酯/纳米有机改性蒙脱土复合材料,采用X射线衍射仪表征复合材料结构,考察有机改性蒙脱土(OMMT)含量对复合材料摩擦磨损性能的影响,并通过扫描电子显微镜观察分析复合材料磨损表面形貌.结果表明:所制备的纳米片状分散型复合材料的磨损率随OMMT含量增加先减小而后增加;摩擦系数随OMMT含量的变化趋势则相反,当OMMT含量为5%时,复合材料的磨损率最小,为PMMA的25%;当OMMT含量为6%时,摩擦系数最大,比PMMA增加8%.复合材料的磨损机制为粘着磨损和磨粒磨损,随着OMMT含量不同,2种机理的表现程度有所变化.     

粘结剂特性对填充树脂复合材料摩擦学性能的影响

采用酚醛树脂、丁腈橡胶改性酚醛树脂和聚四氟乙烯（PTFE）作为粘结相,通过填充一定配比的石墨、焦炭及碳黑制备了3种树脂基复合材料电刷试样,并在MM-200型摩擦磨损试验机上对比考察了复合材料试样与铜对摩时的摩擦磨损性能,结果表明,与未改性的酚醛树脂基复合材料相比,改性酚醛树脂基复合材料由于韧性提高和硬度降低,因而磨损加剧;但相应的偶件铜环的磨损有所减轻,PTFE基复合材料具有良好的综合性能,偶件铜环的磨损亦较小,因此是一种潜在的高性能电刷复合材料。     

Shape and size effects of ceria nanoparticles on the impact strength of ceria/epoxy resin composites

Ceria nanoparticles with various shapes (rods, cubes, and plates) and sizes were controllably synthesized and then introduced into epoxy resin. Subsequently, we investigated correlations between the shape and size of ceria nanostructures and the mechanical performance of composites. The samples were characterized by transmission electron microscopy, scanning electron microscopy, and X-ray diffraction. Compared with commercial ceria filled composites, the composites made with morphology-controlled ceria nano...     

合金元素Ta、Ag对镍基合金机械性能和摩擦学性能的影响及机理研究

利用高能球磨和真空热压烧结方法制备了添加Ta和Ag的镍基复合材料. 考察了复合材料在宽温域范围内的摩擦磨损性能和力学性能,利用SEM、XRD等表征分析其物相组成、磨损机理及断裂机制. 结果表明: 热压烧结过程中,Ta与石墨模具中的C反应生成TaC陶瓷相并在基体中弥散分布;Ta、Ag的加入降低了材料的摩擦磨损,NiCrMoAl-Ta-Ag复合材料实现了在室温~800 ℃的连续润滑,室温时Ag提供润滑作用,中温时由磨屑和Ag形成局部润滑膜,800 ℃时磨损表面形成了含氧化物、钼酸银和Ag的润滑膜. 加入Ta极大提高了材料的机械性能,NiCrMoAl-Ta合金在室温~1 000 ℃具有优异的机械性能,归因于原位生成的TaC和Al₂O₃陶瓷相的弥散强化;材料的断裂机制随温度升高由微孔聚集型断裂转变为以微孔聚集型和氧化断裂为主的断裂.      

煅烧石油焦及六方氮化硼对摩阻材料摩擦磨损性能的影响

在酚醛树脂基摩阻材料中分别添加煅烧石油焦（CPC）及六方氮化硼（hBN）作为摩擦改性剂，研究了2种摩擦改性剂对酚醛树脂基摩阻材料的力学性能和摩擦磨损性能的影响，通过热失重试验分析了复合材料的耐温性能，并利用扫描电子显微镜观察复合材料的磨损表面形貌．结果表明：当hBN体积分数为10％～15％时，摩阻材料与树脂基体的粘接强度最强且能够明显降低复合材料的硬度，有助于在摩擦界面生成均匀牢固的润滑膜而起到降低磨损率、稳定摩擦系数的作用；当hBN体积分数超过15％时，由于hBN过饱和及其与树脂基体的相容性差，导致摩阻材料机械强度下降，磨损率增大；随着CPC含量增加，摩阻复合材料的机械强度增加，摩擦磨损性能降低；CPC和hBN的体积分数为12％时能够不同程度地提高摩阻材料的耐温性能及降低其对速度和载荷的敏感性，且含12％hBN摩阻材料的热稳定性最佳，其摩擦磨损性能对速度和载荷的敏感性最小，     

B4C/hBN复相陶瓷与球墨铸铁配副摩擦学性能研究

本文中以热压烧结法制备不同hBN质量分数(0%、10%、20%和30%)的B4C/hBN复相陶瓷作为销试样,与球墨铸铁(QT)盘试样在空气润滑条件下进行销-盘式摩擦磨损试验,滑动速度为0.66 m/s,磨程为850 m,载荷为5 N.借助扫描电子显微镜(SEM)观察摩擦表面和磨屑的形貌特征,利用X光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)等分析手段表征磨面和磨屑的物质组成,得出复相陶瓷成分、试验参数对配副摩擦学性能的影响.研究表明:hBN质量分数为0%和10%的复相陶瓷(BN00、BN10)与铸铁配副时,磨损机制以黏着磨损为主,摩擦系数为0.5,h BN质量分数为20%和30%的复相陶瓷(BN20、BN30)与铸铁配副时,陶瓷销表面出现连续的表面膜,该表面膜主要由Fe_2O_3、Fe_3O_4、B_2O_3、B_4C及h BN等物质组成,摩擦系数降低至0.2;随着载荷的升高,QT-BN00与QT-BN10配副磨损机制仍以黏着磨损为主,摩擦系数与5 N载荷无明显变化,而QT-BN20与QT-BN30配副摩擦系数随载荷上升而升高,当载荷为10 N时,摩擦系数升至0.6.     

碳纳米管在润滑脂中的导电性和摩擦学性能研究

碳纳米管(CNTs)作为添加剂,制备了以油溶性聚醚为基础油,聚四氟乙烯(PTFE)作稠化剂的导电润滑脂.用体积表面电阻测定仪测定其体积电阻率,用扫描电子显微镜(SEM)观察钢盘磨斑表面形貌,EDS能谱仪分析磨损表面元素组成.结果表明:含碳纳米管的润滑脂与含导电炭黑的润滑脂相比较,不但具有优异的润滑性能,还具有低的体积电阻率.     

水解／接枝处理诺梅克斯纤维织物复合材料的摩擦磨损性能研究

采用水解／接枝处理制备出Nomex纤维织物复合材料，用红外光谱仪分析处理前后纤维织物的结构，在玄武三号栓-盘式摩擦磨损试验机上评价了水解／接枝处理Nomex纤维织物复合材料的常温和高温摩擦磨损性能，用扫描电子显微镜观察Nomex纤维织物复合材料界面及其磨损表面形貌．结果表明：经过水解／接枝处理后，在Nomex纤维织物表面引入活性羧基基团，增加Nomex纤维织物的活性，使Nomex纤维织物与粘结树脂的结合力有所增加；水解／接枝处理前后Nomex纤维织物复合材料的磨损分为2个阶段，即严重磨损阶段和稳定磨损阶段，当载荷较低时，由严重磨损向稳定磨损的转化发生在摩擦前10min，当载荷较高时，复合材料一直停留于严重的磨损阶段，直到材料磨穿失效；水解／接枝处理明显提高了Nomex纤维织物复合材料的摩擦磨损性能和最大承载能力．