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研发铝合金的集成计算材料工程

杜勇 , 李凯 , 赵丕植 , 杨明军 , 程开明 , 魏明 , 孔毅 , 刘丝靓 , 许慧霞 , 塔娜 , 徐凯 , 张帆 , 李晗 , 金展鹏

航空材料学报 doi:10.11868/j.issn.100-5053.2016.100004

用于铝合金的集成计算材料工程是将微观(10-10~10-8 m)、细观(10-8~10-4 m)、介观(10-4~10-2 m)和宏观(10-2~10 m)等多尺度计算模拟和关键实验集成到铝合金设计开发的全过程中，通过成分-工艺-结构-性能的集成化，把铝合金的研发由传统经验式提升到以组织演化及其与性能相关性为基础的科学设计上，从而大大加快其研发速度，降低研发成本。本文详细阐述了原子尺度模拟、相图计算、相场、元胞自动机和有限元等计算模拟方法及微结构表征和性能测定的实验方法，论述了其在铝合金研发中所发挥的具体作用。基于集成计算材料工程，提出了从用户需要、设计制备和工业生产3个层面研发铝合金的具体框架。通过2个应用实例，展示了集成计算材料工程在铝合金研发中的强大功能，这也为新型铝合金及其它新材料的设计和开发提供了新模式。

关键词: 铝合金 , 集成计算材料工程 , 多尺度模拟 , 数据库 , 应用

反蛋白石结构光子晶体及其应用的研究?

单晶 , 张春玉 , 步秋雨 , 韩亚洲 , 季亚楠 , 张帆 , 梅勇 , 徐攀峰 , 王绩伟 , 谭天亚

材料导报 doi:10.11896/j.issn.1005-023X.2016.05.003

反蛋白石结构光子晶体因具有完全光子带隙、制备材料广泛、特殊的周期结构、大的比表面积和连通的孔洞结构，近年来在自发辐射的调制、提高光催化反应速率和染料敏化太阳能电池反应速率等领域成为研究热点之一，并且在光、电、催化、传感、显示、检测等领域有着巨大的应用价值。介绍了反蛋白石结构光子晶体的基本概念及制备方法，阐述了反蛋白石结构在材料自发辐射的调制、能量传递的调制、促进物理化学反应、外界环境响应材料等方面的作用及其应用。

关键词: 光子晶体 , 反蛋白石 , 自发辐射 , 能量传递 , 光催化

基于偶氮桥连卟啉的共轭微孔聚合物的制备及其表征?

许燕飞 , 李治 , 梁莹 , 方斌 , 杨存忠 , 陈田田 , 庄小东 , 张帆 , 冯新亮

功能材料 doi:10.3969/j.issn.1001-9731.2014.18.011

以卟啉作为基本构筑单元，通过偶氮键的链接制备得到基于偶氮链接卟啉的共轭微孔聚合物。通过红外(FT-IR)表征，偶氮键(-N-N-)的特征吸收峰(1597 cm-1)证明该材料中大量偶氮键的生成。利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对其形貌进行分析，发现该材料表面粗糙且具有很明显的孔结构。热重分析(TGA)表明其在 N2中具有很好的热稳定性(195℃失重5%)。利用N2、CO2和 H2对该材料进行气体吸脱附实验，结果显示该材料的比表面积达到571 m2/g；CO2吸附量可达94.2 mg/g (273 K)；H2吸附量可达8.6 mg/g(77 K)。CO2和H2的吸附焓(ΔH)经计算分别达到37和7 kJ/mol。

关键词: 卟啉 , 偶氮 , 共轭微孔聚合物 , 气体吸附

海南电网刀闸铝合金部件腐蚀失效分析

杨大宁 , 董凯辉 , 符传福 , 单大勇 , 张奇伟 , 张帆 , 宋影伟 , 韩恩厚

腐蚀科学与防护技术 doi:10.11903/1002.6495.2015.051

采用金相、SEM、EDS和XRD等方法分析了海南电网刀闸铝合金部件的腐蚀失效原因.结果表明,刀闸杆所采用的挤压态LY12铝合金材料,其基相中含有使得该合金具有较高晶间腐蚀倾向的CuAl2强化相,且基体材料中存在有可以显著降低合金力学性能的光亮晶粒组织,在晶间腐蚀与应力的协同作用下,产生了较为严重的剥蚀现象;在海岛环境中C1及工业污染中S的影响下,刀闸底座表面的镀锡层优先脱落,基体外露,但Al及铝合金基体表面自然形成的钝化膜会继续起到腐蚀防护的作用.在海南地区,Al-Cu合金完全不适用,而Al-Si合金可以安全使用.

关键词: 户外隔离刀闸 , LY12铝合金 , 海岛环境 , 腐蚀失效

K金首饰中镍含量与镍释放量关系研究

杨鹔 , 王浩杰 , 张帆 , 王鑫磊 , 蔡薇 , 黄成 , 方志惠 , 韩冰 , 曹小勇

贵金属

我国的K金首饰包括9K、14K、18K、22K几类，通常K金首饰是在主体为黄金的基础上按照惊定比例含量掺入部分杂质元素，若其中的镍含量过高发生镍释放，可能导致佩戴人过敏。采用XRF愘光光谱惖检测饰品中的含镍量，悁究K金饰品含镍量值与镍释放量间的关系。设定定性方法测试K金首饰中镍含量5%为镍释放量的愄性值的阀值，筛恒K金首饰的镍释放量是否符合悹求，再确定进行镍释放量定量检测。结果表明，对于饰品镍含量＜5%的产品，可惣不进行镍释放量的检测；对于饰品镍含量5%~10%的产品，可惣恒择部分产品进行镍释放量检测；对于饰品镍含量＞10%的产品，都总悹定量检测镍释放量。

关键词: K金首饰 , Ni释放量 , 定性筛选 , 关系

亚微米ZSM-5负载Cr催化剂上乙烷CO2气氛下脱氢制乙烯

程彦虎 , 张帆 , 张翼 , 缪长喜 , 华伟明 , 乐英红 , 高滋

催化学报 doi:10.1016/S1872-2067(15)60893-2

石油资源的日趋短缺使天然气和页岩气的开发利用受到重视,因而低碳烷烃脱氢制取低碳烯烃也随之引起了人们越来越多的关注.由于乙烷纯脱氢反应的平衡收率低,能耗高,而氧气氧化脱氢又易将乙烷深度氧化为CO2或CO,因此开发具有反应条件温和、装置投资和操作费用低等优势的CO2气氛下乙烷脱氢的技术路线日益得到重视. CrOx是该反应理想的催化剂之一, CO2的加入可使CrOx对乙烷脱氢的催化活性提升3倍,然而受困于CrOx过小的比表面积,通常将CrOx制备成负载型催化剂使用. CrOx的常见载体有Al2O3, ZrO2和SiO2等氧化物及MCM-41, SBA-15, SBA-1和MSU-x等介孔硅材料, ZSM-5作为载体负载CrOx用于低碳烷烃脱氢的研究则较少,所得结果也不甚理想.我们采用亚微米尺寸的ZSM-5作为载体制备了负载型CrOx催化剂,研究了其在CO2气氛下催化乙烷脱氢反应,发现该催化剂具有非常优异的脱氢活性,高硅铝比和Na型的ZSM-5作载体对反应更加有利,而且在反应进行50 h后,催化剂依然保持很好的活性和很高的乙烯收率,这是在一般负载型CrOx催化剂上所不能实现的.
　　X射线光电子能谱(XPS)表征发现, Na型ZSM-5载体制得的催化剂具有更高的Cr6+/Cr3+比.一般认为, Cr6+是Cr系催化剂进行低碳烷烃脱氢反应时的活性位(或活性位前驱体),因此可以初步判定, Na型载体具有很好催化效果的原因可能是由它制得的催化剂具有更多的反应活性位.程序升温还原(H2-TPR)表征结果证实了这一点, Na型载体明显具有更高的H2消耗量；也就是说, Na型载体制得的催化剂具有更多的可还原Cr物种,即脱氢活性位.进一步表征发现,反应活性还与Cr物种存在形式有关.文献报道,低聚态的Cr物种和孤立态的Cr物种比Cr2O3有更好的催化活性.通过漫反射紫外-可见光谱(UV-Vis)对Cr物种的存在形态进行表征后发现, Na型载体上Cr主要以四配位形式存在,而在H型载体上出现了对应于六配位的Cr物种；激光Raman表征结果表明, Na型载体上出现的都是低聚态Cr物种和孤立态Cr物种,而H型载体上出现了明显的对应于α-Cr2O3的峰,说明相较于H型载体, Na型载体更有利于Cr组分分散,这也是Na型ZSM-5载体催化剂具有更高活性的原因之一.
　　CO2引入后对乙烷脱氢反应具有明显的促进作用,特别是在CO2/C2H6=5时,催化剂上C2H6转化率是非CO2气氛下的3.2倍；同时, CO2的引入也提高了脱氢反应的稳定性.在非CO2气氛下,反应进行6 h后, C2H6转化率降低到初活性的60%左右,而在CO2/C2H6=5时,相同时间内催化剂活性下降仅有5%左右.实验分析了CO2对脱氢反应具有促进作用的原因.在脱氢反应温度650 oC下, CO2/H2=1时进行了逆水煤气反应测试,发现CO2的转化率达到22.5%,说明引入CO2后可以通过逆水煤气反应有效地消耗掉乙烷脱氢反应生成的H2,从而促进反应向脱氢方向进行； CO2的引入也可以促进Cr物种的CrOx/CrOx-1循环,从而提高催化剂效率,减缓催化剂失活； CO2还可与反应中生成的积碳类物质发生Boudouard反应,将反应活性位暴露出来,从而提高催化剂的稳定性. CO2气氛下反应6 h后催化剂的积碳量为3.0%,低于非CO2气氛下的3.4%,同时在脱氢反应中生成的CO量与消耗掉的CO2量的比值约为1.4,也有力地说明Boudouard反应的存在.

关键词: 脱氢反应 , 乙烷 , ZSM-5分子筛 , 亚微米 , 二氧化碳

海洋防腐涂料的研究进展

史洪微 , 刘福春 , 王震宇 , 郝永胜 , 张帆 , 韩恩厚 , 柯伟

腐蚀科学与防护技术

综述了海洋防腐涂料的体系组成、腐蚀机制和研究发展趋势;介绍了环氧富锌底漆和热喷锌铝底层、环氧玻璃鳞片中涂漆和高耐候性面漆的腐蚀特点的研究现状.和海洋涂料的评价与检测方法；指出了海洋防腐涂料的发展趋势.

关键词: 海洋 , anticorrosion paints , corrosion , test methods , electrochemical impedance spectroscopy

无卤阻燃抗静电聚丙烯复合材料的研究?

尹朝露 , 李风 , 张翔 , 葛欣国 , 张帆 , 彭波 , 李平立

功能材料 doi:10.3969/j.issn.1001-9731.2015.增刊(Ⅰ).007

采用无卤膨胀阻燃剂(IFR)和导电炭黑(CB)对聚丙烯(PP)进行阻燃抗静电改性,制备得到了无卤阻燃抗静电聚丙烯复合材料,研究了无卤膨胀阻燃剂与导电炭黑之间的相互作用关系.结果表明, IFR 能有效提高 PP 的阻燃性能,但会影响 CB 粒子之间的相互接触,降低其导电效率；CB 能有效提高 PP的抗静电性能,改善其阻燃性能,但会降低 IFR 在 PP中的阻燃效果；CB 能提高 PP 在低温区的热稳定性,但 CB 具有高热传导性,会产生“灯芯效应”,加快 PP的分解.当 CB 含量为6份,IFR 含量为30份时,无卤阻燃抗静电聚丙烯复合材料的 LOI 为28％,表面电阻率为8．70×105Ω,拉伸强度为27．1 MPa.

关键词: 聚丙烯 , 无卤阻燃 , 抗静电 , 相互作用

水/离子液体两相体系中出芽短梗霉催化 4-氯-乙酰乙酸乙酯不对称还原合成(S)-4-氯-3-羟基-丁酸乙酯

张帆 , 倪晔 , 孙志浩 , 郑璞 , 林文清 , 朱坡 , 居年丰

催化学报

考察了水/离子液体两相体系中出芽短梗霉(Aureobasidium pullulans CGMCC 1244)催化 4-氯乙酰乙酸乙酯(COBE)不对称还原生成光学活性(S)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯((S)-CHBE)的性能,并对反应条件如摇床转速、相体积比、温度、初始底物浓度和pH值等进行了优化. 结果表明,在水/1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐体系中,出芽短梗霉催化COBE不对称还原生成(S)-CHBE, 在30 ℃, pH 6.6, 摇床转速180 r/min和不对称反应 8 h 条件下,反应物的转化率、产物ee值和浓度分别达到95.6%, 98.5%和47.1 g/L. 在控制pH值为6.6的情况下,通过分添加底物可有效提高产物(S)-CHBE浓度至75.1 g/L.

关键词: 离子液体 , 全细胞 , 出芽短梗霉 , 4-氯-乙酰乙酸乙酯 , 不对称还原 , (S)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯

对烧结矿FeO含量预测的数学模型研究

张帆 , 魏国 , 庞巍 , 高强健 , 陈伟亮 , 温秋林 , 杜钢

材料与冶金学报

分析烧结生产中影响烧结矿FeO含量的众多因素,选择碱度、配煤量、一次温度、制粒效果、加水量、料层厚度、点火温度、煤气流量等8个工艺参数以及4种矿粉配比作为FeO含量预报模型的输入变量.分别采用BP神经网络、RBF神经网络、SVM 3种进行建模预测.预测结果表明,SVM预测性能优于BP神经网络,RBF神经网络优于SVM.

关键词: FeO含量预测 , BP , SVM , RBF

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