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物理学报 2024年第7期73卷 40-51页

作者：李国倡郭孔英张家豪孙维鑫朱远惟李盛涛魏艳慧青岛科技大学先进电工材料研究院高压绝缘系统与先进电工材料山东省工程研究中心青岛266042 西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室西安710049

长期运行过程中,高温及界面压力作用会导致电缆附件硅橡胶(silicon rubber,SIR)绝缘发生老化,影响附件材料的电-热-力综合性能,易引发放电故障.该文采用实验和仿真结合的方法,研究力-热联合老化作用下硅橡胶材料的电-热-力综合性能变化... 详细信息

长期运行过程中,高温及界面压力作用会导致电缆附件硅橡胶(silicon rubber,SIR)绝缘发生老化,影响附件材料的电-热-力综合性能,易引发放电故障.该文采用实验和仿真结合的方法,研究力-热联合老化作用下硅橡胶材料的电-热-力综合性能变化规律;进一步仿真研究了SIR材料参数变化引起的电缆附件电场、热场和力场变化.实验结果表明,随着老化程度的不断加深,SIR的交联程度和分子运动体系会发生变化,导致材料的电-热-力性能发生不同程度的改变.相对介电常数呈现先下降后上升的趋势,体积电阻率、击穿场强和闪络电压等均呈现先上升后下降的趋势;此外,随着老化时间的延长,材料拉伸强度和断裂伸长率逐渐下降.仿真结果表明,力-热联合老化引起的电缆附件应力锥根部电场强度变化较小,维持在2.2 k V/mm左右;不同老化程度下绝缘层内外侧温差较为明显,最大温度梯度为9.15℃;应力锥根部界面压力从0.263 MPa下降到0.230 MPa,下降约12.5%.该工作对于配电电缆附件绝缘性能评价和故障分析具有指导意义.

关键词：电缆附件硅橡胶力-热老化电-热-力场耦合仿真

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二维范德瓦耳斯半导体莫尔超晶格实验研究进展

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物理学报 2022年第12期71卷 311-321页

作者：李听昕上海交通大学物理与天文学院沈阳国家材料研究中心上海交通大学分部人工结构及量子调控教育部重点实验室上海200240 上海交通大学李政道研究所上海201210

在二维范德瓦耳斯材料中,可以通过转角及晶格失配构造周期性的莫尔超晶格.自从实验上在“魔角”石墨烯系统中观察到关联绝缘体态和超导电性以来,利用各种二维范德瓦耳斯材料构造莫尔超晶格并研究其中的新奇量子物态成为了凝聚态物理研... 详细信息

在二维范德瓦耳斯材料中,可以通过转角及晶格失配构造周期性的莫尔超晶格.自从实验上在“魔角”石墨烯系统中观察到关联绝缘体态和超导电性以来,利用各种二维范德瓦耳斯材料构造莫尔超晶格并研究其中的新奇量子物态成为了凝聚态物理研究的热点和前沿问题.本文主要综述了最近几年在二维半导体过渡金属硫族化合物莫尔超晶格系统中的相关实验进展.在该系统中实现电子“平带”不依赖于特定魔角,实验上,一系列的关联电子物态和拓扑电子物态被相继发现和证实.进一步的理论和实验研究有望在该系统中揭示更多的受电子关联作用和拓扑物理共同支配的新奇量子物态.

关键词：莫尔超晶格关联电子态拓扑电子态二维范德瓦耳斯半导体

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超支化芘基聚芳基哌啶阴离子交换膜及其碱性电解水应用

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功能高分子学报 2024年第4期37卷 277-286页

作者：房梓榆刘莹莹陆陈宝朱金辉柯长春庄小东上海交通大学化学化工学院金属基复合材料国家重点实验室上海市电气绝缘与热老化重点实验室上海200240 上海交通大学机械与动力工程学院燃料电池研究所上海200240 上海交通大学张江高等研究院变革性分子前沿科学中心二维软物质研究室上海201203

以芘(py)为支化基团,基于对三联苯(TP)和N-甲基-4-哌啶酮(NM4P)单体,经强酸催化聚合得到超支化芘基聚三联苯哌啶聚合物(h-PTPE-py-n)。通过调整支化基团和三联苯的比例,可以得到不同支化度的超支化聚三联苯哌啶阴离子交换膜h-PTP-py-n... 详细信息

以芘(py)为支化基团,基于对三联苯(TP)和N-甲基-4-哌啶酮(NM4P)单体,经强酸催化聚合得到超支化芘基聚三联苯哌啶聚合物(h-PTPE-py-n)。通过调整支化基团和三联苯的比例,可以得到不同支化度的超支化聚三联苯哌啶阴离子交换膜h-PTP-py-n。对该聚合物的化学结构、热性能、力学性能、离子传导性质进行了系统表征和测试,并将该类型膜应用于阴离子交换膜电解水(AEMWE)器件,评估其在实际工况下的运行基本表现。结果表明,芘引入导致的支化有效提高了阴离子交换膜的力学性能和尺寸稳定性,所制得的阴离子交换膜在80℃下的氢氧根离子传导率最高达到168.0 mS/cm,应用到AEMWE中时,h-PTP-py-n展示出了优异的导电性,在3 V条件下电流密度达到1.95 A/cm^(2),并且能稳定运行超过90 h。

关键词：阴离子交换膜超支化结构碱性电解水聚芳基哌啶芘

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光解水制氢催化剂的掺杂改性

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第5期60卷 1-24页

作者：房文健严嘉玮韦之栋刘军营郭伟琦江治上官文峰上海交通大学燃烧与环境技术研究中心上海200240 上海交通大学智慧能源创新学院上海200240 江苏大学环境与安全工程学院江苏镇江212013 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司北京102209 扬州大学电气与能源动力工程学院江苏扬州225002

光催化分解水制氢,作为一种绿色、安全、高效且低成本的制氢技术,因其清洁性和巨大的发展潜力而受到广泛关注.尽管光催化分解水制氢在理论上具有显著优势,但在实际应用中仍面临捕光效率低、电荷分离难、表面反应速率慢以及光腐蚀等挑战... 详细信息

光催化分解水制氢,作为一种绿色、安全、高效且低成本的制氢技术,因其清洁性和巨大的发展潜力而受到广泛关注.尽管光催化分解水制氢在理论上具有显著优势,但在实际应用中仍面临捕光效率低、电荷分离难、表面反应速率慢以及光腐蚀等挑战.为解决上述问题并突破效率瓶颈,研究者们积极探索新的方法,如构建异质结、调控微观结构、引入助催化剂、掺杂和诱导缺陷等,以期提高光催化剂的性能.其中,光催化剂掺杂改性是研究热点之一.通过对光催化剂进行掺杂改性,可以有效调节其能带结构、光吸收性能以及电荷传输性能,进而提升光催化分解水制氢的效率.因此,对光催化剂掺杂在光催化分解水制氢中的作用机制和研究进展进行系统地梳理和总结,有助于深化对该领域的理解,具有重要意义.本文系统地介绍了近年来本课题组利用掺杂改性光催化剂提升光解水制氢性能的研究成果.首先,总结了光催化剂掺杂的合成方法和表征手段,并详细介绍了用于分析掺杂离子在催化剂中的分布及价态的原位表征方法.其次,以铋基复合氧化物为例,介绍了通过固溶法将稀土元素掺杂到铋基复合氧化物中,实现可见光下完全分解水,并探讨了掺杂对光催化剂能带结构的影响及作用机制.进一步,阐述了掺杂后铋基复合氧化物微观结构的变化,特别是暴露面、表面特性和缺陷态等对光生载流子分离与迁移的影响,归纳了掺杂诱导的结构变化与光催化分解水制氢性能之间的构效关系.此外,介绍了一种新颖的多局域梯度掺杂方法:利用离子扩散使预先储存掺杂离子的“纳米胶囊”持续、非均匀地释放入半导体材料中,诱导导带位置连续弯曲,从而在导带势能面内构建出多局域的势阱,从而延长了光生电子空穴对的寿命,为光生载流子提供了更多迁移至表面的通道,明显提高了光解水效率.最后,展望了光催化剂掺杂技术未来的研究方向:(1)通过对光催化分解水制氢中的析氢和析氧助催化剂进行掺杂改性,提高表面催化反应速率;(2)发展纳米催化剂上的非对称掺杂技术,在纳米颗粒内的特定区域或表面掺杂的精确调控,以提高光催化分解水制氢性能;(3)随着机器学习的进步,AI模型可以用于预测和优化掺杂条件,从而大幅减少实验量.综上,本文总结了掺杂在光催化分解水制氢研究中的研究进展,希望能为探索开发可见光光催化水分解的新型材料和提高能量转换效率提供参考和借鉴.

关键词：光催化水分解氢掺杂能带结构非对称掺杂

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基于CNN-Bi LSTM的铁氧体磁芯损耗精确模型和小样本迁移学习预测方法

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高电压技术 2024年第10期50卷 4487-4498页

作者：刘占磊祝令瑜占草党永亮张玉焜汲胜昌电工材料电气绝缘全国重点实验室(西安交通大学) 西安710049 弗吉尼亚理工大学电力电子系统研究中心弗吉尼亚州布莱克斯堡24061

传统的经验公式和损耗分离公式难以准确计算宽频宽磁密、宽温度范围以及复杂波形激励下铁氧体磁芯的损耗。考虑到磁芯损耗与磁通密度波形的局部和长期特征均相关,基于普林斯顿大学研究者构建的MagNet数据集,采用CNN-BiLSTM建立大样本磁... 详细信息

传统的经验公式和损耗分离公式难以准确计算宽频宽磁密、宽温度范围以及复杂波形激励下铁氧体磁芯的损耗。考虑到磁芯损耗与磁通密度波形的局部和长期特征均相关,基于普林斯顿大学研究者构建的MagNet数据集,采用CNN-BiLSTM建立大样本磁芯损耗预训练模型,损耗预测的平均误差均小于3%,95%误差均小于10%;以3C90和N87铁氧体为例,构建小样本数据集并采用迁移学习方法训练模型,选取最优迁移学习策略,提出最优源域模型选取方法,对比迁移学习和直接训练所需的训练步数,分析小样本数量和初始学习率对迁移学习效果的影响。以样本数量达到1000为例,与直接训练相比,采用迁移学习方法后模型所需训练步数由500降为50,3C90和N87铁氧体损耗预测的平均误差分别由4.49%和6.6%降为2.66%和2.35%,95%误差分别由11.97%和17.12%降为7.22%和6.21%,模型的收敛速度和预测精度都大大提高。在实际工程中,仅需利用少量样本对源域模型参数进行微调,即可实现模型快速求解和损耗精确预测。

关键词：铁氧体磁芯损耗小样本数据集 CNN-BiLSTM 迁移学习

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共晶提升纯有机材料室温磷光余辉性能

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有机化学 2024年第8期44卷 2588-2594页

作者：崔怡静朱天文张强袁望章上海交通大学化学化工学院变革性分子前沿科学中心、上海市电气绝缘与热老化重点实验室、上海电化学能源器件工程技术研究中心上海200240 中国科学院青海盐湖研究所盐湖资源绿色高值利用重点实验室西宁810008

纯有机超长寿命室温磷光(p-RTP)材料因其独特的光物理性质,低成本,结构可设计性及其在生物影像、疾病诊疗、传感与防伪加密等领域的应用前景引起了广泛关注.然而,要实现兼具高效且颜色可调的p-RTP余辉发射,仍颇具挑战.受簇聚诱导发光(C... 详细信息

纯有机超长寿命室温磷光(p-RTP)材料因其独特的光物理性质,低成本,结构可设计性及其在生物影像、疾病诊疗、传感与防伪加密等领域的应用前景引起了广泛关注.然而,要实现兼具高效且颜色可调的p-RTP余辉发射,仍颇具挑战.受簇聚诱导发光(CTE)机理启发,选用三聚氰胺(MA)和环酰脲化合物海因(HA)及二氢尿嘧啶(DHU)作为电子给体和受体,采用共晶策略制备了1∶1计量组成的共晶.较MA、HA及DHU单组分晶体而言,共晶展现出更好的p-RTP颜色可调性及更长寿命,这是共晶中广泛存在C=O、孤对电子、多重氢键、适当电荷转移及多重簇发光中心等协同作用的结果,并进一步展示了这些共晶材料在高端防伪保密领域的应用.

关键词：超长寿命室温磷光余辉共晶簇聚诱导发光

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石墨相氮化碳的改性及其在光催化中的应用进展

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中国材料进展 2024年第7期43卷 565-578页

作者：李俊马丹丹邹雅珺石建稳西安交通大学电气工程学院、电工材料电气绝缘全国重点实验室、新型储能与能量转换纳米材料研究中心陕西西安710049

石墨相氮化碳(graphitic carbon nitride,g-C_(3)N_(4))因其独特的电子结构、可见光响应能力以及优异的化学稳定性,被认为是新一代最有发展前景的光催化材料之一。但原始的块体g-C_(3)N_(4)存在比表面积小、电子传导率低、可见光吸收能... 详细信息

石墨相氮化碳(graphitic carbon nitride,g-C_(3)N_(4))因其独特的电子结构、可见光响应能力以及优异的化学稳定性,被认为是新一代最有发展前景的光催化材料之一。但原始的块体g-C_(3)N_(4)存在比表面积小、电子传导率低、可见光吸收能力有限、光生载流子复合速率快等缺点,极大地限制了它在光催化领域的大规模应用。为了提高g-C_(3)N_(4)的光催化性能并拓展其应用领域,科研人员进行了大量的研究工作并取得了重大进展。针对g-C_(3)N_(4)在光催化领域的研究现状,从分子结构调控、微观结构优化、助催化剂负载、半导体异质结和同质结的构建等方面概述了基于g-C_(3)N_(4)材料的改性方法,介绍了g-C_(3)N_(4)基材料在光催化分解水产氢、污染物降解、CO_(2)还原、有机合成4个领域的应用,论述了g-C_(3)N_(4)基材料在光催化领域面临的机遇和挑战,并展望了其应用前景。

关键词： g-C_(3)N_(4) 改性方法异质结同质结光催化应用

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铜铝层状复合材料研究进展

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中国有色金属学报 2023年第12期33卷 3925-3940页

作者：蒋志达王少华刘文才朱浩文吴国华尚郑平上海交通大学材料科学与工程学院轻合金精密成型国家工程研究中心上海200240 空间物理重点实验室北京100076 江苏中色复合材料有限公司无锡214000

铜铝层状复合材料既具有铜优良的导电和导热性能,又具有铝的质轻、耐腐蚀的优点,兼具优良性能和成本经济,可广泛应用于电力电气、通讯、新能源等领域。鉴于铜铝层状复合材料的优良性能和广泛的应用前景,铜铝层状复合材料逐渐成为当前研... 详细信息

铜铝层状复合材料既具有铜优良的导电和导热性能,又具有铝的质轻、耐腐蚀的优点,兼具优良性能和成本经济,可广泛应用于电力电气、通讯、新能源等领域。鉴于铜铝层状复合材料的优良性能和广泛的应用前景,铜铝层状复合材料逐渐成为当前研究的热点,本文主要对铜铝层状复合材料的制备工艺、复合机理、变形行为、热处理以及导电性能等研究进行综述。

关键词：铜铝层状复合材料制备工艺热处理导电性能

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Sc/O掺杂硫化物固态电解质的制备及全固态电池性能

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储能科学与技术 2023年第8期12卷 2412-2423页

作者：赵争光陈振营翟光群张希庄小东常州大学材料科学与工程学院江苏常州213164 上海交通大学化学化工学院金属基复合材料国家重点实验室上海市电气绝缘与热老化重点实验室上海交通大学机械与动力工程学院汽车动力与智能控制国家工程研究中心智能汽车研究所上海200240 上海交通大学张江高等研究院变革性分子前沿科学中心合成科学创新研究中心上海201203

近年来,硫化物固态电解质凭借其高安全性、高离子电导率、较宽电化学窗口等诸多优点受到了人们的广泛关注。掺杂改性被认为是一种提高硫化物固态电解质电化学性能的有效方法。鉴于稀土元素具有独特的电子结构与功能特性,掺杂稀土元素已... 详细信息

近年来,硫化物固态电解质凭借其高安全性、高离子电导率、较宽电化学窗口等诸多优点受到了人们的广泛关注。掺杂改性被认为是一种提高硫化物固态电解质电化学性能的有效方法。鉴于稀土元素具有独特的电子结构与功能特性,掺杂稀土元素已成为提升固态电解质的离子导电性和降低晶界阻抗的有效策略之一。本工作使用稀土元素化合物氧化钪(Sc_(2)O_(3))作为掺杂剂合成了一系列改性后的硫化物固态电解质。通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜以及色散能谱(EDS)等表征手段证明了Sc_(2)O_(3)的成功掺杂。通过使用交流阻抗法测试了其电导率,结果表明当Sc_(2)O_(3)的掺杂量为x=0.04时,Li_(6.08)P_(0.96)Sc_(0.04)S_(4.94)O_(0.06)Cl硫化物固态电解质显示出较高的离子电导率,可以达到3.17×10^(-3)S/cm。用Sc_(2)O_(3)掺杂量为x=0.04的硫化物固态电解质Li_(6.08)P_(0.96)Sc_(0.04)S_(4.94)O_(0.06)Cl组装锂-锂对称电池显示出0.95 mA/cm^(2)的高临界电流密度(CCD)和在0.1 mA/cm电流密度下超过300 h的稳定锂-锂对称电池循环过程。Li_(6.08)P_(0.96)Sc_(0.04)S_(4.94)O_(0.06)Cl基全固态电池显示出了249.03 mAh/g和191.2 mAh/g的首圈充放电比容量以及76.78%的首圈充放电效率,循环950圈后仍能保持123 mAh/g的放电比容量。即使在空气中暴露90 min后,Li_(6.08)P_(0.96)Sc_(0.04)S_(4.94)O_(0.06)Cl电解质仍能表现出较好的晶形结构和良好的全固态电池循环性能。本工作为提高Li6PS5Cl型硫化物固态电解质的电化学性能提供了新的思路。

关键词：硫化物固态电解质离子电导率掺杂改性全固态电池

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CFRP复合材料雷电冲击力测量方法

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复合材料学报 2024年

作者：李树孙晋茹郭永强兰鹏飞杜奎姚学玲西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心

飞机复合材料结构雷击损伤涉及复杂的电磁-热-电-力多物理场效应。基于冲击应力波传递的冲击力测量方法是隔离强电磁极端环境、实现雷击力学冲击测量的有效手段。本文通过研究基于传递结构的应力波测量方法，对比应力传递结构及材料对... 详细信息

飞机复合材料结构雷击损伤涉及复杂的电磁-热-电-力多物理场效应。基于冲击应力波传递的冲击力测量方法是隔离强电磁极端环境、实现雷击力学冲击测量的有效手段。本文通过研究基于传递结构的应力波测量方法，对比应力传递结构及材料对应力传递特性的影响规律，提出了一种由ZrO2陶瓷传递件-PVDF传感器-支撑组件(ZrO2陶瓷杆-环氧板-钢板)组成的新型测量结构，应力衰减系数大于90%。研究了适用于该传递结构的PVDF有效区域压电关系标定方法，获得了不同电压范围内冲击力转化系数。进一步地，研究了碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）形变对雷电冲击力测量准确度的影响规律，提出了适用于CFRP的雷电冲击力衰减系数优化处理方法。在此基础上，设计并研制了适用于雷电环境的冲击力测量装置。应用于CFRP模拟雷电流实验，实现了雷电冲击力完整波形的测量，研究发现8/20 μs、9.48 kA的雷电流在注入点附近5 mm内产生的冲击力为1.707 MPa。本研究可为雷击力学效应的定量评估奠定坚实的实验基础。

关键词： CFRP 雷击 PVDF 力学效应测量方法

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