石墨基液流电池复合双极板

液流电池是一种安全性高、使用寿命长、可扩展的大规模储能系统,可以协助电网调峰储能,提高能源利用率,发展前景广阔。双极板是液流电池的重要组成部分。功能上起到了分隔、串联电池、传导电流、为电堆提供结构支撑等作用。从成本构成角度看,双极板的价格占电堆成本的比重也较大。开发高性能、低成本的双极板对加快液流电池的商业化应用具有重要意义,也是目前业界的迫切需求。虽然文献上报道了许多针对液流电池双极板开发的工作,但是目前高性能、低成本的液流电池双极板产品仍无法充分满足市场需求。本文着重介绍了石墨基复合双极板的研究现状,介绍了材料选择、工艺流程对关键性能的影响,对相关工作进行了评述,并为液流电池双极板的开发提出了建议。     

直接碳燃料电池燃料的研究进展

直接碳燃料电池(DCFC)是一种清洁高效利用碳资源发电的装置。其因能量转换率高,对环境污染小,燃料选择范围广等优点获得了越来越多的关注。DCFC的性能与使用的燃料密切相关,为了探究燃料对DCFC的影响,本文分别阐述了石墨、炭黑、中密度纤维板、生物质、煤、活性炭的特性及改性方法,分析讨论了燃料表面含氧官能团以及燃料中的金属催化剂对阳极电化学反应的促进作用,发现燃料表面化学性质要比比表面积更加重要。同时,本文也提出了对生物质这一优良的可再生资源的期待,为未来DCFC燃料的发展提供参考。     

新型功能碳材料的高压截获

高性能功能材料在诸多领域具有广泛的应用前景,是人们一直关注的研究热点。高压可以有效地改变物质的原子间距和成键方式,是获得新型功能材料的重要途径。在碳材料的高压研究中,许多有趣的功能碳材料,如光学透明碳、高强度弹性碳和超硬非晶碳等,已经通过不同的碳前驱体合成。本文简要介绍了作者近年来在低维碳基纳米复合材料高压研究中取得的进展,基于设计的不同低维碳前驱体,高压下截获了具有超硬特性、新型压致共价聚合及发光增强的碳材料。     

基于有序介孔碳的氯离子选择性电极的制备及其在手持传感系统中的应用

以有序介孔碳(OMC)球为离子-电子转换层,制备了固态氯离子选择性电极,构建了基于离子敏感的场效应晶体管(ISFET)的手持式传感系统,用于检测人体血清中的氯离子。优化了OMC前驱体的碳化温度,探究了OMC形貌结构对电极传感性能的影响;电极柔性化制备后考察了其在手持系统中对氯离子的检测效果。结果表明,最优条件下,电极在5.12×10^-4~1.02 mol/L的浓度范围呈现线性响应,响应斜率为60 mV/decade。该柔性电极在手持传感系统中展现出高灵敏度和重现性,可用于人体血清样品中氯离子的检测,其回收率为96.3%~104.9%。     

热熔还原法制备超硬复合相氮化碳及其工艺探索

本文采用热熔还原法,以聚氯乙烯、氯化铵、氧化铁为原料制备复合超硬相氮化碳(α/β-C3 N4).采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及透射电子显微镜(TEM)对样品进行表征.在此基础上分析了不同温度和原料配比下合成复合相C3 N4的物相组成及形貌变化.结果表明样品形貌随着原料配比的不同在颗粒、棒状、纳米线之间转变.当C、N和Fe之间摩尔比为3:4:0.4时,所制备出的样品呈纳米线状,纳米线的直径约为15 nm,结晶性良好.而在其它配比下,只能获得棒状或颗粒状α/β复合相C3 N4.     

超导太赫兹天线耦合微测辐射热检测器

超导太赫兹天线耦合微测辐射热检测器具备探测频段宽、响应速度快、灵敏度高、易于阵列化等特点因而具备广阔的应用前景.本文的主要工作是设计并微纳加工出基于氮化铌薄膜的超导器件,针对所制备器件的关键参数进行了表征.测试结果显示,当浴冷温度为4K 时,器件响应时间为4μs,噪声等效功率达到30fW/Hz0.5.基于所制备的器件进行了陶瓷刀被动扫描成像实验并取得了良好的成像效果     

双电极法现场快速检测地下水和湖水中碳酸氢根和碳酸根

地下水和湖水中碳酸氢根( HCO-3)和碳酸根( CO2-3)含量是地球化学碳行为和碳循环的重要表征,但两种离子的浓度易受环境影响而改变,因此,地下水和湖水中HCO-3和CO2-3真实含量的测定一直是个难题。实验利用CO2的水解平衡,通过pH电极和二氧化碳电极联用,建立了HCO-3和CO2-3现场快速测定的新方法,解决了地下水和湖水中HCO-3和CO2-3真实含量的测定难题。研究结果表明,在pH=4.8±0.1的底液中, HCO-3和CO2-3的线性范围分别为0.027~570 mg/L和1.25×10-8~39.7 mg/L。共存的金属离子、强酸阴离子(K+、Na+、Mg2+、Cl-、SO2-4,100 mg/L)、弱酸阴离子和弱酸(HSO-3、NO-2、HOAc,50 mg/L)对测定干扰小于5%。实际水样加标实验回收率在95.2%~99.2%之间,相对标准偏差为2.6%~3.7%。与酸碱滴定法进行对比,本方法的准确性良好。但方法受温度影响,因此标准溶液与样品应在同一温度下测量。总体而言,双电极法灵敏、快速、经济且电极携带方便、操作简单、对环境要求不高,十分适合现场和室内一般自然水体的快速检测。本方法已成功应用于青海省地下水和青海湖湖水中HCO-3和CO2-3的现场测定。实验表明,海东地区地下水样品pH在6.4~7.4之间,HCO-3含量为234~4096 mg/L,CO2-3含量为0.16~1.89 mg/L；青海湖湖水样品pH≈8.7,HCO-3含量范围在1.36~1.86 g/L,CO2-3含量在32.3~43.9 mg/L,与文献结果吻合。     

不稳定分布的碳烟消光表征方法及规律分析

碳烟的消光表征方法有很多种,但对于评价不稳定分布的碳烟体系,需要花费较大的代价。基于RDG-FA理论提出了一种相对简便易行的适用于不稳定分布碳烟的消光表征方法,即以碳烟的质量浓度权重的平均质量消光系数来评价碳烟的消光特性。根据理论推导,碳烟的消光系数为平均质量消光系数和总质量浓度之积,而平均质量消光系数表达式中的各项均可通过理论分析、计算和实验方法得到。另外,对平均质量消光系数随碳烟粒径和聚合粒子尺寸的变化规律进行了理论分析,预测随着碳烟粒径和聚合粒子尺寸减小,碳烟的平均质量消光系数先快速减小,然后进入缓变区,慢慢减小。     

基于拉曼热测量技术的铜基复合物法兰GaN基晶体管的热阻分析

采用拉曼热测量技术结合有限元热仿真模型,分析比较新型铜/石墨复合物法兰封装与传统铜钼法兰封装的GaN器件的结温与热阻,发现前者的整体热阻比铜钼法兰器件的整体热阻低18.7%,器件内部各层材料的温度分布显示铜/石墨复合物法兰在器件中的热阻占比相比铜钼法兰在器件中的热阻占比低13%,这证明使用高热导率铜/石墨复合物法兰封装提高GaN器件热扩散性能的有效性.通过对两种GaN器件热阻占比的测量与分析,发现除了封装法兰以外,热阻占比最高的是GaN外延与衬底材料之间的界面热阻,降低界面热阻是进一步提高器件热性能的关键.同时,详细阐述了使用拉曼光热技术测量GaN器件结温和热阻的原理和过程,展示了拉曼光热技术作为一种GaN器件热特性表征方法的有效性.