四方相钛酸钡纳米枝晶阵列的水热合成

采用水热法,在表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和合适的矿化剂NaOH的作用下,得到具有新颖结构的钛酸钡纳米枝晶阵列。X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman)结果分析显示该枝晶为四方相,随着时间的延长其结晶性增强、四方相更加明显。利用扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和电子衍射(ED)研究了该枝晶的生长特点和生长机理,结果表明该枝晶其各枝均沿着[111]方向生长,并且同级枝相互平行形成阵列;在枝晶阵列的外侧部分会有2级子枝长出,中间部位由于空间阻碍没有子枝形成。同时探讨了CTAB和NaOH在枝晶形成过程中的作用机理,以及枝晶产品的介电性能。     

细菌纤维素衍生的三维碳集流体用于无枝晶的锂金属负极

锂金属是下一代高能量密度电池的关键负极,然而其实用化面临着一系列问题,主要包括循环过程中体积变化大、枝晶生长等。使用三维集流体是解决这些问题的有效方法,然而现有大多数三维集流体存在重量大、体积大、表面亲锂性差、成本高等问题。针对上述问题,本文以低成本的细菌纤维素为前驱体,通过直接碳化制备出具有连通网络的轻质三维碳集流体,其表面均匀分布的含氧官能团可以促进锂离子的均匀成核和沉积,有效抑制了枝晶生长。值得注意的是,该集流体的面密度仅为0.32 mg·cm^?2,在3 mAh·cm^?2比容量的锂金属负极中质量占比仅为28.8%。电化学测试结果表明,该集流体在3 mA·cm^?2的高电流密度或4 mAh·cm^?2的高循环容量的工作条件下,稳定循环超过150次,并且在对称电池或与LiNi0.8Co0.15Al0.05匹配的全电池中也表现出良好的电化学性能。     

KABO晶体生长形态演化机理的分析

用高温晶体生长实时观察装置，发现了KABO晶体生长形态随着生长体系过饱和度的增大从六方形态逐渐向三角形态过渡，然后又从三角形态逐渐向六方枝蔓晶形态过渡的过程.通过KABO生长溶液高温拉曼谱的测试结果，证明了溶液中存在［BO₃］^3-三角形、［AlO₄］^5-四面体生长基元.运用负离子配位多面体生长基元理论模型，分析了KABO晶体上述生长形态演化的机理.发现KABO的生长形态是由其内部结构和生长基元共同决定的，在不同过饱和度溶液中，KABO生长基元的种类和维度将会发生变化，由此相应引起了KABO的生长形态从六方形态到三角形态，又从三角形态向六方枝蔓晶形态的演变过程. 关键词： KABO晶体 负离子配位多面体 生长形态 枝蔓晶     

单分子膜系统中二维生长过程的研究

当处于气液界面的类脂类化合物的单分子膜被压缩时,随着分子间距的缩小,单分子膜将经历一系列相变过程.通过荧光显微术可以观测到新相的成核和生长过程.由于单分子膜的二维特性,该系统中的实验观测对于检验和发展二维界面生长理论尤为重要.本文总结了近年来本课题组与相关单位合作,在单分子膜系统中发现的实验现象以及对其生长机制的系列研究.内容包括对单分子膜系统中的成核、界面稳定性、枝晶生长、形态演变等的观测和分析.     

Crystalline morphology evolution in PCL thin films

The transition of crystalline morphology is revealed in poly(?‐caprolactone) (PCL) thin films as the polymer film thickness changes from hundreds of nanometers to several nanometers. The PCL can crystallize into spherulites, dense‐branching morphology (DBM), or dendrites, depending on the polymer film thickness. It was found that when the polymer film thickness approaches 2Rg (radius of gyration of polymer), there is a remarkable change in crystalline morphology. Under this condition, the polymer crystallization is a diffusion‐controlled process. When the value of polymer film thickness closes to Rg, PCL cannot crystallize, and a dewetting phenomenon will take place. Moreover, polymer morphology can be controlled by varying supercooling. The effect of molecular weight on polymer morphology has been investigated. The main factors that affected pattern formation in nonequilibrium crystallization are also discussed. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. J Polym Sci Part B: Polym Phys 43: 1303–1309, 2005     

强迫对流影响二元合金非等温凝固枝晶生长的相场法模拟

在二元合金相场模型的研究基础上,建立了耦合溶质场、温度场和流场的相场模型,采用Simple算法求解质量和动量守恒方程,用交替隐式有限差分法求解温度控制方程,模拟了流场作用下二元合金等温和非等温凝固过程中枝晶的生长过程,研究了流场对枝晶生长形貌、溶质场和温度场分布情况的影响,将流场作用下二元合金等温和非等温凝固枝晶生长过程进行比较,分析了由于凝固潜热的释放对流场作用下凝固枝晶生长的影响． 关键词： 相场法 对流 非等温凝固 枝晶生长     

Temperature‐Induced Pattern Transition in Crystallizing Ultrathin Polymer Films

The crystallization patterns of ultrathin poly(ethylene oxide)/poly(methyl methacrylate)(PEO/PMMA) blend films crystallized at different undercooling were investigated by atomic force microscopy. Dendrite pattern formed as a result of crystalline anisotropy at low undercooling and evolved into seaweed pattern with increasing undercooling. Although the configuration of macromolecules is far different from that of simple small molecules, the crystallization pattern transition in ultrathin polymer films can be interpreted by the classical morphology diagram developed on the basis of metals and simple molecules, indicating that polymer chains can be considered as simple dynamical units in a quasi‐two‐dimensional confined state.     

Synthesis and characterization of axially periodic Zn2SnO4 dendritic nanostructures

Zn2SnO4 （ZTO） nanowires with a unique dendritic nanostructure were synthesized via a simple one-step thermal evaporation and condensation process. The morphology and microstructure of the ZTO nanodendrite have been investigated by means of field emission scanning electron microscopy （SEM）, x-ray diffraction （XRD） and high-resolution transmission electron microscopy （HRTEM）. SEM observation revealed the formation of branched nanostructures and showed that each branch exhibited a unique periodic structure formed by a row of overlaid rhombohedra of ZTO nanocrystals along the axis of the nanobranch. HRTEM studies displayed that the branches grew homoepitaxially as single-crystalline nanowires from the ZTO nanowire backbone. A possible growth model of the branched ZTO nanowires is discussed. To successfully prepare branched structures would provide an opportunity for both fundamental research and practical applications, such as three-dimensional nanoelectronics, and opto-electronic nanodevices.     

相场法模拟对流速度对上游枝晶生长的影响

基于Tong和Beckermann等提出的耦合流场的相场模型,采用有限差分法对纯金属凝固过程进行二维模拟计算,研究了不同对流速度对金属枝晶生长的影响.结果表明：在有对流情况下,上游及下游枝晶呈现不对称形貌,上游枝晶生长速度明显比下游方向生长速度快.随着对流速度的增大,上游尖端过冷度也增大,枝晶生长也越快.这是由于流体速度越大,对上游枝晶冲刷越强,上游枝晶尖端实际过冷度越大,枝晶生长越迅速. 关键词： 相场法 对流速度 上游枝晶     

基于三维集流体的无枝晶锂金属负极

随着电化学储能市场的迅猛发展, 当前商用锂离子电池难以满足人们对高能量密度储能器件的需求. 锂金属具有高比容量和低氧化还原电位等优点, 被认为是下一代二次电池的理想负极材料. 然而, 锂金属负极在充放电过程中会出现体积变化大、 枝晶生长、 界面不稳定等问题, 严重阻碍了其在二次电池中的实际应用. 三维多孔材料具有骨架/空间互穿网络结构、 比表面积大、 孔隙发达和机械性能好等物理特性, 用作金属锂负极的集流体, 在锂沉积/溶解过程中可以起到降低局部有效电流密度、 均匀电场分布和降低锂离子浓度梯度的作用, 有望实现锂的均匀成核和无枝晶沉积, 同时抑制了电极的体积膨胀. 尽管有关三维集流体的研究报道不断出现, 但综合系统评价现有各种三维集流体体系的工作鲜见报道. 本文聚焦锂金属负极三维集流体的构建及应用研究进展, 首先分析了三维集流体抑制锂枝晶生长的基本原理及局限性, 继而重点关注了三维集流体的结构调控、 表面改性和功能化等应对策略对锂成核、 沉积过程的影响, 并对不同材质三维集流体的优缺点进行了归纳总结. 最后, 面向实用化, 分析并展望了三维集流体应用于锂金属电池的发展前景.