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中温固体氧化物燃料电池电解质材料及其制备工艺的研究发展趋势
史可顺;综合介绍了中温固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cells,SOFCs)的电解质材料以及薄膜的制备工艺。中温SOFCs的工作温度应低于800℃,甚至低于750℃,为600～800℃。固体氧化物电解质的晶体结构基本上属于下列两类:面心立方的萤石型和立方型钙钛矿晶体结构。稳定ZrO2是萤石型结构电解质的一个典型代表。8%(摩尔分数,下同)氧化钇稳定氧化锆(8% in mole Y2O3 stabilized ZrO2,8YSZ),其在1000℃左右才有可观的离子电导率(0.1S/cm)。在800℃,氧化钪掺杂氧化锆(Zr0.9Sc0.1O1.95,scandia doped zirconia,SSZ)的电导率(0.1S/cm)比Zr0.9Y0.1O1.95(10YSZ)的(0.03S/cm)高得多。Sm掺杂的CeO2(samarium doped ceria,CSO)电解质有希望应用于中温SOFCs。Sr和Mg掺杂LaGaO3(LSGM)氧离子导体已成为中低温SOFCs重要候选电解质材料。改进氧化锆基电解质的电导性能的另一个途径是薄膜化。厚度小于10μm的YSZ基SOFCs,在800℃,0.8V时的功率密度可达800mW/cm2。薄膜比厚膜能提供更好的化学均匀性和更易控制成分。SOFCs要求精细和尺度小时,通常选择薄膜;而低成本和大尺寸时,通常选择厚膜。成本较低的膜成型工艺有等离子喷涂、胶态成型工艺、流延成型、冷冻干燥成型、丝网印刷和真空泥浆浇注等。
粉煤灰火山灰反应性及其反应动力学
朱蓓蓉,杨全兵通过酸溶法测定了粉煤灰Ca(OH)2H2O系统中粉煤灰的反应率,以此来评估不同品质低钙粉煤灰的火山灰反应性,并据此建立了低钙粉煤灰火山灰反应的动力学模型。探讨了不同品质粉煤灰火山灰活性上的差异对水泥基材料强度的影响。结果表明:相比于Ⅱ级粉煤灰,Ⅰ级粉煤灰的火山灰活性未必更高。粉煤灰的火山灰反应符合一级反应动力学模型。不同品质粉煤灰火山灰活性上的差异宏观上对水泥砂浆强度影响甚微。
基于机器学习的风化硅酸盐玻璃原成分预测及亚分类方法
王祉皓;赵芗溦;李智群;郭明;肖琬玥;刘志坚;玻璃在中国史料中早有记载，但是由于长期存在名称和质地的混淆，且近现代有关中国古代玻璃的研究起步较晚，关于古代硅酸盐玻璃的风化和成分研究比较缺乏。以往研究古代玻璃器的著作，多是从王朝更替的角度，对文化交流、化学分析等方面研究玻璃的文化艺术形态及其自身的运行发展的规律，较少有学者系统建立数学模型并使用智能算法定性定量开展风化硅酸盐玻璃原成分预测及亚分类方法研究。本工作以多组风化和未风化硅酸盐玻璃为研究对象，提取其化学成分含量、纹饰和颜色等数据，利用Spearman系数分析了纹饰、颜色和玻璃大类之间的相关性并研究影响表面风化的因素；利用决策树进行大致分类，然后用神经网络预测玻璃风化前主要化学成分的含量，并总结硅酸盐玻璃的分类依据。此后通过K-means聚类建立分类模型：确定最佳类别数，进行亚类划分，寻找铅钡玻璃和高钾玻璃的最优分类数量。研究结果表明，只有玻璃类型对表面风化具有显著影响；风化过程中参与度较高的化学成分为二氧化硅、氧化铝、氧化铅、氧化钡、氧化铅和五氧化二磷；风化后，铅钡玻璃二氧化硅含量明显下降，氧化铅含量明显上升，而高钾玻璃二氧化硅含量明显上升，氧化钾氧化钙和氧化铝含量明显下降；高钾玻璃分为3个亚类，铅钡玻璃分为4个亚类。为后续利用机器学习研究古代硅酸盐玻璃的风化和成分提供了参考。
化学外加剂与水化硅酸钙相互作用的分子动力学研究进展
侯晓伟;尹健昊;孔祥明;掺入化学外加剂是提升水泥基材料性能的有效方法。然而，各类化学外加剂在分子尺度上的作用机制仍需进一步明晰。水化硅酸钙(C–S–H)作为水泥水化的主要产物，控制着水泥基材料的各项宏观性能。分子动力学模拟可在分子/原子尺度上揭示化学外加剂分子与C–S–H的相互作用及其对C–S–H性能的影响。综述了近年来针对有机和无机化学外加剂与C–S–H在分子尺度上的相互作用及其对C–S–H性能影响机理的分子动力学研究进展，并展望了关于化学外加剂–(C–S–H)体系分子动力学模拟的后续研究方向。总结的化学外加剂包括有机小分子、树脂和纤维、水溶性聚合物等有机外加剂，以及(改性)石墨烯、硅烯、碳纳米管、各类纳米粒子等无机外加剂。分子动力学模拟研究重点关注各类外加剂与C–S–H界面的相互作用，这一作用的理解有助于揭示外加剂对C–S–H材料力学性能的提升机理。此外，针对有机小分子、水溶性聚合物及部分纳米粒子等外加剂，大量研究采用分子动力学方法，揭示此类外加剂对C–S–H层状结构的吸附、插层、聚集阻塞等微观作用，从而阐明这些外加剂对C–S–H力学性能、传输性能，乃至收缩行为的作用机理。这些认识，为有效提升水泥基材料性能、外加剂分子结构设计提供理论启发。
γ型硅酸二钙的碳化研究进展
穆元冬;雪高瑞;赵思雪;黄啸;王发洲;γ型硅酸二钙(γ-C_2S)的水化活性低,是水泥生产中有意避免生成的熟料矿物。但其具有较高的碳化活性,而这一特性长期未得到足够的重视与研究。利用其碳化反应活性高、碳化反应密实化的特点,将其应用于发展新型快硬高强碳化材料、混凝土抗蚀改性材料等,有望开辟一条胶凝材料开发和改性新途径。介绍了γ-C_2S的碳化反应活性及其应用研究进展,展望了其未来在低碳材料等领域中的应用前景。
偏高岭土改性磷酸镁水泥
石亚文;陈兵;磷酸镁水泥具有快硬早强特性,但使用缓凝剂延长凝结时间会导致早期强度下降。采用偏高岭土部分替代氧化镁对磷酸镁水泥进行改性,研究了偏高岭土取代量对磷酸镁水泥砂浆凝结时间、水化热、小时强度和粘结强度的影响,并采用扫描电镜对水化产物进行了分析。结果表明:偏高岭土部分取代氧化镁可显著延长磷酸镁水泥砂浆凝结时间,且大幅提高其1 h强度和粘结强度;偏高岭土中的活性Al_2O3参与反应并形成AlH3(PO4)2·H_2O和AlPO4等非晶态凝胶,有效改善了其力学性能。
低气压环境下水泥混凝土性能研究进展
刘旭;陈歆;田波;李立辉;葛勇;对低气压环境下水泥混凝土性能的研究现状进行了综述,重点论述了低气压对引气剂溶液的泡沫性能、混凝土的含气量与孔结构、混凝土的强度与收缩等的影响规律。低气压环境会降低搅拌机的有效功率,进而可能影响混凝土的搅拌质量;低气压对混凝土含气量与孔结构的影响因引气剂品种而异,在选择优质引气剂且搅拌质量良好的前提下,低气压下搅拌、成型对混凝土含气量及孔结构的影响有限;低气压养护对混凝土力学与收缩性能不利,但低气压环境不会使养护充分的混凝土力学性能发生劣化。此外,还提出了目前研究存在的问题并对应地提出了研究展望。
水泥、磨细矿渣、粉煤灰颗粒弹性模量的比较
赵庆新,孙伟,郑克仁,姜国庆为了揭示磨细矿渣和粉煤灰对水泥基材料物理力学行为的影响机理,为应用计算机模拟掺有矿渣或粉煤灰的水泥基材料的物理力学行为提供必要的力学参数,应用纳米压痕技术实测水泥、磨细矿渣和粉煤灰颗粒的弹性模量。用酚醛树脂混合水泥、磨细矿渣或粉煤灰颗粒后再进行磨光、抛光和超声波清洗等工艺制得表面光洁度符合纳米硬度仪要求的试样。水泥、磨细矿渣及粉煤灰颗粒的弹性模量区间分别为[8.0GPa,33.6GPa],[5.7GPa,25.4GPa]和[17.9GPa,55.3GPa],其样本均值分别为17.4,12.8GPa和34.3GPa。
磷酸盐对磷酸镁水泥粘结性能的影响
范英儒;秦继辉;汪宏涛;尤超;余金城;钱觉时;研究了磷酸二氢钾(KDP)、磷酸二氢铵(ADP)及其复合盐对磷酸镁水泥(MPC)净浆流动性、凝结时间、早期温升、强度发展和体积稳定性等的影响。并采用3种不同的粘结方式,着重研究了单一磷酸盐及其复合盐对MPC粘结强度、界面裂缝发展及孔洞形貌等的影响。结果表明:与KDP-MPC相比,ADP-MPC放热高,早期强度高,但前者内部及界面具有更少的孔洞,利于界面粘结;KDP-MPC早期收缩发展快,当处于约束状态下时,MPC粘结能力弱,更易开裂。将KDP+ADP复合盐掺入MPC体系后,其浆体与ADP-MPC具有相似的流动性和凝结特性,孔洞数量减少且孔径变得细小均匀,强度有所提高,尤其界面区密实度的改善使得KDP+ADP-MPC各龄期抗折和斜剪粘结强度比掺单一磷酸盐的平均提高40%以上;在收缩较大的KDP-MPC中掺入部分ADP后,使得KDP+ADP-MPC在约束条件下也有较好的粘结能力。
低温烧成高纯Al_2O3多孔陶瓷膜支撑体的制备
漆虹;邢卫红;范益群;为了降低高纯Al2O3(α-Al2O3质量含量≥99%)多孔陶瓷膜支撑体烧成温度,以粒径为30μm的α-Al2O3为原料,分别添加TiO2和TiO2/Cu(NO3)2为烧结助剂,通过干压成型和挤出成型制备片状和管式多孔支撑体。Al2O3-TiO2和Al2O3-TiO2-CuO体系分别在高温下出现的液相低共熔物促进了多孔支撑体的烧结。当氧化铝支撑体中添加0.5%(摩尔分数,下同)TiO2+0.5%Cu(NO3)2后,在1600℃的烧成即可获得机械性能高、渗透性能好和耐酸碱腐蚀性能优异的管式支撑体。在压力为0.1MPa时,支撑体的水渗透通量为12.1m3/(m2·h),弯曲强度为44.5MPa。经过80℃,含10%(质量分数,下同)HNO3的溶液腐蚀800h及80℃,含10%NaOH的溶液1200h后,支撑体的质量损失率分别为1%和0.35%。