碳化硅和碳化硼在电催化中的应用

燃料电池是具有广泛应用前景的新能源技术。碳载铂基催化剂（Pt/C）是最常用的燃料电池电极催化剂,不过Pt/C稳定性较差、且成本高昂,严重限制了燃料电池的规模化应用。共价型碳化物碳化硅和碳化硼,由于具有极强的共价键,其物化稳定性优异,成为制备高稳定性、低成本的燃料电池催化剂的重要基础材料。本文总结了相关研究成果,介绍了碳化硅和碳化硼的独特优势,讨论了相关研究的发展方向。     

Gd_2O_3与B_4C高温烧结过程的相组成研究

利用碳管炉在Ar气氛中烧结Gd2O3与B4C的混合物,并利用XRD和TG-DTA技术研究了Gd2O3与B4C的混合物在100~1489℃时Gd2O3与B4C混合物的烧结产物相组成。研究结果表明:在367~458℃期间,主要是样品中残留的杂质C和O发生反应。800℃时,Gd2O3与B4C反应生成GdB,GdB4,GdBO3,GdBC和B,在1200℃时,GdBC转变为GdB4。1470℃时,GdB4和B反应生成GdB6。GdB6的生成率随反应时间延长而增加。     

碳化硼纳米线的制备和结构

以碳纳米管为模板，通过加热碳纳米管与硼粉的混合物，获得了笔直的硼碳纳米线.对纳米线的结构和成分进行研究，结果表明纳米线主要为B4C纳米线.在部分B4C纳米线的端部存在Ni颗粒，这些端部具有Ni颗粒的纳米线构成了纳米磁针.讨论了B4C纳米线的生长机制，B4C纳米线的生长主要为硼原子在碳纳米管中扩散并发生化学反应，使得碳纳米管晶格结构发生重组，形成B4C纳米线.反应后，硼原子部分取代了碳纳米管中碳原子，修补了碳纳米管中的晶格缺陷，获得了形态笔直的B4C纳米线.     

B2C(1A1)和BC2(2A′)的结构与解析势能函数

采用单双取代的二次组态相互作用方法，分别选用6-311++G(d,p)和6-311G(df,pd)基组，对B₂C和BC₂分子的结构进行了优化，得到这两个分子的基态结构为C_2v和C_s，基态电子状态为¹A₁和²A′，同时还得到了它们的平衡几何结构、离解能、谐振频率和力常数. 关键词： 碳化硼 Murrell-Sorbie函数 谐振频率 势能函数     

Re-entrant-Groove-Assisted VLS Growth of Boron Carbide Five-Fold Twinned Nanowires

We report a preferential growth of boron carbide nanowires with a five-fold twinned internal structure. The nanowires are found to grow catalytically via iron boron nanoparticles, but unusually the catalytic particle is in contact with the low-energy surfaces of boron carbide with V-shaped contact lines. We propose that this catalytical growth may be caused by preferential nucleation at the re-entrant grooves due to the twinning planes, followed by rapid spreading of atomic steps. This is consistent with the observed temperature dependence of the five-fold twinned nanowire growth.     

水基流延成型和热压烧结制备碳化硼陶瓷及性能研究

以工业碳化硼粉末为原料、采用Si3N4磨球磨损法引入Si3N4烧结助剂,采用水基流延成型和热压烧结方法制备了碳化硼陶瓷.研究了氧含量、分散剂、pH值等因素对B4C陶瓷浆料分散性能的影响,采用XRD、SEM等对碳化硼陶瓷的物相、显微结构和第二相分布进行了表征,并测试了样品的维氏硬度、断裂韧性、抗弯强度和弹性模量.结果表明:经醇洗后的碳化硼粉末中氧化硼含量降低,有利于B4C陶瓷浆料的分散稳定.采用球磨磨损引入了Si3N4粉,在B4C基体中通过原位反应形成第二相SiC和BN,SiC和BN第二相颗粒在B4C基体中弥散分布均匀.在2100 ℃热压烧结样品的维氏硬度、抗弯强度、断裂韧性和弹性模量分别达到30.2 GPa、596.5 MPa、3.36 MPa·m1/2和362.3 GPa.     

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.     

悬浮液进样电感藕合等离子体发射光谱中颗粒的输运和蒸发行为

以碳化硼为例,研究了悬浮液雾化进样中的粒子在传输和蒸发过程中的行为,并对分析结果出现负偏离的原因进行了详细探讨.对比悬浮液颗粒的原始粒径分布和经过传输过程后的粒径分布,获得到达等离子体的颗粒粒径上限小于10 Am.样品中存在的部分超大粒径的颗粒(d>>10 μm)会严重影响可传输区域颗粒(d<10 μm)的质量运输效率...     

铝基碳化硼材料中子屏蔽性能的蒙特卡罗模拟

采用蒙特卡罗方法, 运用MCNP4C程序研究了碳化硼含量20%–40%、中子能量200 eV–15 keV、材料厚度0.3–2 cm对B₄C/Al复合材料中子屏蔽性能的影响. 结果表明: 碳化硼含量与中子透射系数呈一次线性下降关系; 同含量的碳化硼, B₄C/Al材料的中子屏蔽效果要大大优于聚乙烯碳化硼材料; 在等厚度条件下, 模拟试样B20等的中子屏蔽效果要优于水、铜、混凝土等常规屏蔽材料; 材料厚度与中子透射系数呈指数下降关系, 且单位厚度的增加对中子透射系数改变很大; 含硼量对热中子透射系数影响很大; 在热中子能区, 中子每单位能量的变化对中子透射系数改变较大; 在慢中子能区, 中子每单位能量的变化对中子透射系数改变很小. 关键词： 中子透射系数 蒙特卡罗 铝基复合材料 碳化硼