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期刊信息/Journal information
材料科学与工程学报
材料科学与工程学报

叶志镇

双月刊

1673-2812

jmse@ema.zju.edu.cn

0571-87951403

310027

浙江杭州浙大路38号浙江大学材料系

材料科学与工程学报/Journal Journal of Materials Science and EngineeringCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊创刊于1983年，是由国家教育部主管，浙江大学主办的材料领域学术性科技期刊。本刊介绍材料科学基础理论、实验检测技术、材料制备与加工等研究论文，综述具有重大意义的新材料研究与发展，为中文核心期刊。本刊为自办发行。
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    半固态钠钾合金负极构建钠金属电池电极-电解质共形界面

    尹春森陈泽远王秀丽
    533-543页
    查看更多>>摘要：以低成本、高安全性、高能量密度著称的固态钠金属电池(SSNBs)在下一代可充电电池中具有重要的地位。然而，固态电解质亟待改善的界面接触问题一直阻碍着SSNBs走向商业化。本研究以电极-电解质界面设计为出发点，采用钠钾合金(NaK)和碳纳米管制备了半固态NaK合金电极(NKC)。与Na电极不同，可涂覆的浆料状NKC电极在集流体和凝胶电解质上具有较好的粘附性和界面相容性，构建了紧密接触的电极-电解质界面。此外，通过引入SiO2作为无机填料，改善了NaK合金在凝胶聚合物电解质上的润湿性，进一步实现了共形接触的界面。因此，NKC对称电池在300 h的长循环下的过电位远小于Na对称电池，匹配Na3V3(PO4)2正极的全电池具有106。8 mAh·g-1的首次放电容量，300圈容量保持率为89。61％，即使在10 C的高倍率下放电容量仍有88。1 mAh·g-1。出色的电化学性能凸显了NKC电极良好的应用潜力。

    固态钠金属电池钠钾合金凝胶电解质电极-电解质界面无枝晶负极

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    锆元素对TA4变形孪晶和力学性能的影响

    王宜平王小祥
    544-552页
    查看更多>>摘要：采用常温拉伸-压缩实验、X射线衍射分析(XRD)、金相分析、电子背散射衍射(EBSD)等技术手段，对比研究了Ti-0。34 wt％O(TA4)和Ti-15。9 wt％Zr-0。33 wt％O(TA4-Zr)两种α相钛合金的变形行为及变形后的微观组织变化。结果表明:两合金经轧制和再结晶后有着相似的基面织构。在相同晶粒度的条件下，Zr掺杂的TA4-Zr拉伸屈服强度相较于TA4提升约200 MPa。TA4-Zr在压缩过程中产生了大量的{10(1)2}<(1)011>拉伸孪晶和少量{11(2)1}<11(26)>拉伸孪晶，而在相同变形量下的TA4中未观察到孪晶。Zr的添加显著促进了α相钛合金中拉伸孪晶的产生，使得TA4-Zr具有更明显的拉伸-压缩屈服不对称性。

    钛合金锆元素变形孪晶力学性能

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    磷掺杂钴酸铁电极材料用于非对称超级电容器

    姚远吴凤楠徐子明刘冬澳...
    553-561页
    查看更多>>摘要：采用简单的水热法和低温磷化法在柔性碳布上原位生长磷掺杂的钴酸铁纳米线(P-FeCo2O4-x)电极材料，研究了不同磷源加入量对P-FeCo2O4-x的形貌和性能的影响。结果表明:当加入的磷源量为400 mg时，所制备的P-FeCo2O4-x-2电极材料具有优异的电化学性能，在5 mA/cm2的电流密度下表现出3643 mF/cm2的比电容，在20 mA/cm2的电流下充放电循环5000次后容量保持率为85。9％。性能提升的主要原因得益于磷掺杂到尖晶石结构中，取代了部分氧原子的位置并形成氧空位，提高缺陷程度的同时，改善了电子结构，提高了电导率。进一步组装成柔性非对称超级电容器，其正极为P-FeCo2O4-x-2材料，负极为活性炭(AC)。该电容器在功率密度达到747。4 W/kg的情况下，展现出高达40。9 Wh/kg的出色能量密度。此外，经过2000次充放电循环测试，即使在5 A/g的电流密度下，其容量保持率依然稳定在82。1％。

    超级电容器磷掺杂钴酸铁纳米线高能量密度

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    激发剂模数对高延性碱矿渣复合材料拉压性能的影响

    阚黎黎李明轩王飞赵易馨...
    562-568,601页
    查看更多>>摘要：为探究高延性碱矿渣复合材料在不同激发剂模数下拉压性能的变化，对模数为0。5～1。6的高延性碱矿渣复合材料进行了单轴抗压和拉伸试验，同时利用烧失量法测定其水化程度，并通过三点抗弯和单裂缝拉伸等细观试验进行高延性机理分析。结果表明:随着激发剂模数增加，高延性碱矿渣复合材料的抗压与拉伸强度均呈现下降趋势;而拉伸应变则呈现先增后减，于0。8～1。1范围达到最佳;与强度变化趋势一致，化学结合水量随模数增加而逐渐减小;基体断裂韧度和基体断裂能同强度变化趋势相符，纤维最大桥接应力和纤维桥接余能同应变变化规律相似，应变硬化性能指标能够合理反映拉伸应变的大小。

    激发剂模数碱矿渣复合材料拉压性能水化程度高延性机理

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    高性能柔性自支撑CNFs@UIO-66@PANI复合膜电极材料的制备及应用

    吴鹏九李珊珊徐传健刘长海...
    569-577页
    查看更多>>摘要：以纳米纤维素(CNFs)为柔性基体，在其表面通过溶剂热反应原位生长UIO-66纳米层，随后通过原位聚合将聚苯胺(PANI)沉积在CNFs@UIO-66表面，真空抽滤得到柔性纳米膜，并组装成柔性固态超级电容器。考察了CNFs/UIO-66比例以及苯胺(ANI)浓度对CNFs@UIO-66@PANI复合膜电化学性能的影响。结果表明，CNFs/UIO-66的比例对复合膜的电化学性能有关键影响，当CNF/UIO-66比例为1∶1电流密度在1 A·g-1时，复合膜比容量高达1287 F·g-1，随着CNF/UIO-66中UIO-66比例的增加，复合膜的比电容下降;当CNF/UIO-66比例为1︰3时，复合膜的比电容降至554 F·g-1。将复合膜组装成柔性对称固态超级电容器，当功率密度为200 W·kg-1时，能量密度为47。39 Wh·kg-1，在10 A·g-1的电流密度下循环5000次后，循环稳定性高达100％，表现出极佳的稳定性，亦证实了CNFs@UIO-66@PANI复合膜在柔性储能领域的巨大应用潜力。

    纳米纤维素UIO-66PANI固态超级电容器

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    多聚磷酸复合SBS改性沥青的黏附特性

    王永宁李冬娜李波魏定邦...
    578-586页
    查看更多>>摘要：为了探究多聚磷酸复合SBS改性沥青(PPA/SBS)改性机理和黏附性能，明确基质沥青油源和PPA对其影响程度，针对不同油源基质沥青和不同浓度PPA，添加邻苯二甲酸二丁酯制备出复合PPA/SBS改性沥青，研究基质沥青类型、PPA类型和掺量对其常规路用性能的影响，由此确定PPA/SBS改性沥青制备的工艺。采用红外光谱仪(FTIR)和原子力显微镜(AFM)揭示PPA/SBS改性沥青微观结构演变过程和改性机理;借助AFM获取黏附性能表征参数定量表征PPA/SBS改性沥青黏附性能变化规律。研究结果表明:SK基质沥青与115％PPA复合制备的PPA/SBS改性沥青在PPA掺量为0。5％时性能最佳;为克服PPA对PPA/SBS改性沥青低温性能的负面影响，可在制备过程中添加增塑剂;PPA与SBS复合制备PPA/SBS改性沥青过程中出现了新的特征官能团，该过程属于化学改性;PPA可有效提升SBS改性沥青的高温稳定性和抗水损害性能，且低温性能基本与SBS改性沥青相当。

    路面工程多聚磷酸复合改性FTIR-AFM联用黏附性

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    碱硅酸反应-冻融循环下掺锂渣混凝土力学性能试验分析

    秦拥军毕钰阳毅恒陈奇...
    587-592页
    查看更多>>摘要：研究了掺锂渣混凝土在碱硅酸反应(ASR)和冻融循环(FTC)耦合作用下的抗折和抗压强度。研究结果表明，碱硅酸反应和冻融循环均会降低混凝土的抗压抗折强度，掺入一定量锂渣的混凝土后进行碱硅酸反应会使混凝土的抗折强度略微提高。混凝土抗压强度随冻融循环次数的增多而降低，且两种反应互相耦合。前期碱硅酸反应会加剧后期冻融破坏的影响，先进行冻融破坏同样会加剧后期碱硅酸反应造成的影响。混凝土的力学性能随锂渣掺量的增加，呈现先变优后变劣的趋势，锂渣掺量为20％时对混凝土力学性能的提升最为显著。

    锂渣碱硅酸反应冻融循环

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    纤维金属层板鸟体高速冲击损伤预测及失效分析

    杨志贤王道坤张超
    593-601页
    查看更多>>摘要：考虑鸟体冲击对航空安全造成的潜在风险，针对航空结构中常用的纤维金属层板，基于连续损伤力学建立了非线性有限元模型，对其在鸟体高速冲击下的力学行为进行了研究。引入Mie-Grüneisen状态方程描述鸟体高速冲击下的类流体力学行为并采用光滑粒子流体动力学法(SPH)对鸟体进行建模。采用单向纤维增强复合材料本构模型编写VUMAT子程序对复合材料层内损伤进行预测。对于铝合金损伤和界面分层分别引入Johnson-Cook金属本构模型和双线性内聚力模型进行模拟。基于ABAQUS/Explicit显示求解模块，对纤维金属层板在不同鸟体质量和冲击速度工况下的动态响应进行模拟，分析了层板的损伤特性及材料的失效机理，为鸟体冲击纤维金属层板数值分析问题提供参考。

    鸟体冲击数值模拟纤维金属层板损伤

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    基于3D打印踝足矫形器计算机辅助设计及有限元分析

    吴涛黄志强杨柳程丽佳...
    602-607页
    查看更多>>摘要：足踝受伤或缺陷的患者需要踝足矫形器辅助康复和治疗，踝足矫形器的设计会影响到患者的康复效果和舒适度。目前，市场上踝足矫形器都是为了支撑小腿后部而设计，结构单一，使用不变。随着增材制造技术的发展，计算机辅助设计，3D打印加工个性化踝足矫形器，不仅可以满足患者不同的需求，且具有成本低，设计灵活，方便携带等优点。本研究通过计算机辅助设计及有限元分析，设计固定式和活动式两种方案模型，优化结构和材料，采用有限元ANSYS分析纵横对比变形量和应力分布，为3D打印踝足矫形器的优化和设计提供思路，优化定制方案。研究结果表明:传统踝足矫形器有更加稳定的结构和使用持久性，而活动型踝足矫形器，由于应力主要集中在活动部位的铰链连接处，结构稳定性和使用持久性下降。通过引入碳纤维(CFRP)和聚醚醚酮(PEEK)材料可降低活动部位铰链连接处的应力和变形量，改善活动踝足矫形器的使用性能，从而满足临床患者需求，且使用灵活，便捷。

    3D打印足踝矫形器个性化有限元分析

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    类沸石型咪唑酯骨架材料制备及其CO2吸附性能

    徐维晖王飞跃张梦瑶唐遥义...
    608-613页
    查看更多>>摘要：由有机配体和金属离子链接的类沸石型咪唑酯骨架(ZIFs)是金属有机框架材料中独特的一个子类，其孔结构可控，且气体储存性能优异。本研究采用溶剂热法制备了ZIF-8、ZIF-9、ZIF-68三种ZIFs材料，并对其进行X射线衍射、N2吸附脱附、热重、红外等测试表征。X射线衍射分析结果显示三种ZIFs材料的衍射峰与其标准卡一致，表明材料的成功制备。N2吸附脱附测试结果表明ZIF-8的比表面积和孔体积最大，分别高达2284。83 m2/g和3。13 cm3/g;ZIF-8、ZIF-9和ZIF-68最可几孔径分别约为1。00、6。44和0。6 nm。热重测试结果表明，ZIF-8的热稳定性最好。ZIFs材料的CO2吸附性能研究结果表明ZIF-68吸附性能最高，273 K/1 bar及298 K/1 bar条件下，可达74。37和42。62 cc/g，这可能是因为ZIF-68晶体中约0。6 nm孔径更易于CO2气体吸附。研究结果表明，0。6 nm孔径尺寸较易于吸附CO2温室气体，且ZIFs材料是一种较理想的CO2吸附材料。

    金属有机骨架ZIFsCO2吸附孔结构

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