基于氧化铝的相变储能材料制备及稳定性研究

相变储能材料的研究及应用张 静,丁益民,陈念贻(上海大学化学系熔盐化学研究室,上海 200436)摘 要:综述了相变储能材料的研究进展和实际应用。

介绍了相变材料的分类以及各类相变材料的性能、储能机理和优缺点;介绍了一些新型的相变材料,并结合实例探讨了相变材料在太阳能利用、建筑节能等领域的应用;展望了未来相变材料的发展方向和应用前景。

关键词:相变材料;热能储存;温度控制;太阳能中图分类号:TK 02 文献标识码:A 文章编号:1008-858X(2005)03-0052-060 前 言相变过程一般是一等温或近似等温过程,相变过程中伴有能量的吸收或释放,这部分能量称为相变潜热,利用相变过程的这一特点开发了许多相变储能材料。

与显热储能材料相比,潜热储能材料不仅能量密度较高,而且所用装置简单、体积小、设计灵活、使用方便且易于管理。

另外,它还有一个很大的优点,即这类材料在相变储能过程中,材料近似恒温,可以以此来控制体系的温度。

利用储能材料储能是提高能源利用效率和保护环境的重要手段之一,可用于解决热能供给与需求失配的矛盾,在能源、航天、军事、农业、建筑、化工、冶金等领域展示出十分广泛和重要的应用前景,储热材料的研究目前已成为世界范围内的研究热点。

相变储能材料的相变形式一般可分为四类:固)))固相变、固)))液相变、液)))气相变和固)))气相变。

由于后两种相变过程中有大量气体,相变物质的体积变化很大,因此,尽管这两类相变过程中的相变潜热很大,但在实际应用中很少被选用。

与此相反,固)))固相变由于体积变化小,对容器要求低(容器密封性、强度无需很高),往往是实际应用中希望采用的相变类型。

有时为了应用需要,几种相变类型可同时采用。

相变储能材料按相变温度的范围分为高温(大于250e )、中温(100~250e )和低温(小于100e )储能材料;按材料的组成成分又可分为无机类、有机类(包括高分子类)及无机)))有机复合相变储能材料。

氧化铝热稳定性的研究进展摘要:本文简述了热稳定性的概念、研究背景和发展。

对氧化铝热稳定实验进行综述。

通过分析温度,观察其变化。

发现当温度升高时，氧化铝在高温下呈现出不同程度的失稳现象;随着时间延长或降低而表现出不匀称性并出现回火效应等问题;最后针对以上情况提出相应措施来解决.上述问题从而使之保持较高的稳定性以满足市场需求和社会经济发展所需。

关键词:氧化铝稳定性一、实验方法1.1实验试剂与仪器在热稳定性实验中，我们需要用到的试剂有:硝酸铝、氧化钙，还有盐酸水。

硝酸铝是一种常用溶液酸类作为氧化剂进行反应制备而成的金属盐;它具有很好地溶解能力和对溶剂无腐蚀性等特性。

但是由于其本身所含有大量有毒物质以及环境因素影响使得它难以被使用;二氧化硅在工业生产中应用广泛且价格便宜，所以我们要用做实验时用到的是氧化钙。

1.2 氧化铝的制备目前,氧化铝的制备方法主要有两种:(1)机械法,也就是通过高温加热或者是利用压力使材料熔化。

这种方式可以获得较高硬度、耐腐蚀性强等优良性能。

但是由于设备和工艺技术限制了其使用范围与应用场合有限小而且成本高昂;(2)化学合成法包括直接反应或间接化学反应这一种，其中最普遍的方法为氧化铝化处理和活化氧化铁来制备热稳定性比较好且具有一定强度的陶瓷膜。

在制备过程中,要保证氧化铝的质量，必须控制好温度,以确保其能够保持稳定。

选择合适的反应条件。

由于不同种类物质对热稳定性要求不同。

为了达到最佳效果就需要考虑到反应条件和影响因素等方面来确定适宜性范围;同时也可以通过改变热传导途径或降低加热速度进行调节;还能在高温下加热使氧化铝具有高强度性能，这样有利于提高产品质量并改善其外观品质，从而获得良好的经济效益和社会价值。

二、氧化铝热稳定性的研究2.1 氧化铝热稳定性的前处理热稳定的第一步就是对氧化铝加热，然后冷却至室温,使其缓慢升温。

温度和时间是影响氧化铝热稳定性最重要因素。

控制反应条件。

在高强度搅拌下进行高温处理会提高材料的硬度、耐磨性及抗疲劳性能等;同时高温时可以降低原材料本身所需的表面粗糙度等缺点;而当反应物发生化学反应后也能起到一定程度上减小磨损,使其更加稳定可靠地使用和操作等等问题都需要我们去研究解决。

氧化铝的相变体积变化引言氧化铝是一种常见的无机化合物，具有广泛的应用领域。

在实际应用中，了解氧化铝在不同温度下的相变体积变化对于材料的设计和性能调控非常重要。

本文将探讨氧化铝的相变行为以及其体积变化规律。

氧化铝的基本性质氧化铝（Al2O3）又称为红宝石、蓝宝石等，是一种无机化合物。

它具有高熔点、高硬度、高导热性和优良的绝缘性能等特点，因此被广泛应用于陶瓷、电子元件、涂料、耐火材料等领域。

氧化铝存在多种晶型，包括α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3等。

其中α-Al2O3是最稳定的晶型，在自然界中以刚玉的形式存在。

相变与体积变化相变是指物质在温度或压力改变下从一种物态转变为另一种物态的过程。

在相变过程中，物质的体积通常会发生变化。

对于氧化铝来说，不同晶型的相变体积变化存在差异。

以α-Al2O3为例，它在高温下会发生相变转变为其他晶型，如β-Al2O3或γ-Al2O3。

这种相变过程中，氧化铝的体积会发生明显的变化。

α-Al2O3到β-Al2O3的相变α-Al2O3到β-Al2O3的相变是氧化铝相变中最常见的一种。

该相变通常发生在约1100摄氏度的温度下。

在这个温度范围内，α-Al2O3晶体结构发生改变，形成新的晶体结构β-Al2O3。

与α-Al2O3相比，β-Al2O3具有更大的晶胞体积。

根据实验测定和理论计算，α-Al2O3到β-Al2O3的相变体积增大约为18%。

这意味着，在相同质量条件下，经过相变后的氧化铝体积会增加18%左右。

α-Al2O3到γ-Al2O3的相变除了转变为β-Al2O3，α-Al2O3还可以转变为γ-Al2O3。

与β-Al2O3相比，γ-Al2O3具有更高的比表面积和更好的催化性能。

在相变过程中，α-Al2O3的晶体结构会发生改变，形成新的晶体结构γ-Al2O3。

与α-Al2O3相比，γ-Al2O3的晶胞体积更大。

实验测定表明，α-Al2O3到γ-Al2O3的相变体积增大约为约3%。

动力电池负极氧化铝图层材料研发方案一、实施背景随着全球能源结构的转变，电动汽车市场逐渐崛起，动力电池作为其核心组件，其性能与安全性成为了行业关注的焦点。

近年来，负极材料在动力电池中的重要性日益凸显。

为此，我们提出了一项针对动力电池负极氧化铝图层材料的研发方案。

二、工作原理本研发方案的核心是利用先进的纳米技术，在动力电池负极表面制备一层氧化铝图层。

这层图层具有优异的绝缘性、稳定性和抗腐蚀性，能够有效提高电池的寿命和安全性。

1.纳米技术：通过纳米技术，将氧化铝颗粒细化至纳米级别，使其具有更高的活性和更好的电化学性能。

2.表面处理：通过表面处理技术，将氧化铝图层均匀地覆盖在负极表面，确保良好的接触和导电性。

3.绝缘性：氧化铝图层具有高的绝缘性，可有效防止电池内部短路，提高电池的安全性。

4.稳定性：氧化铝图层具有优异的稳定性，可有效抵抗外部环境因素如高温、高压、腐蚀等对电池的影响。

三、实施计划步骤1.文献调研：搜集与整理关于动力电池负极氧化铝图层材料的相关文献，了解行业现状和发展趋势。

2.实验设计：根据文献调研结果，设计适合的实验方案，包括材料选择、制备工艺、性能测试等。

3.实验操作：按照实验设计方案进行实验操作，包括材料制备、电池组装、性能测试等。

4.数据整理与分析：整理实验数据，分析氧化铝图层材料对动力电池性能的影响，评估其优缺点。

5.优化与改进：根据数据分析结果，对氧化铝图层材料进行优化和改进，提高其性能。

6.工业化生产：在完成实验室研究后，将优化后的氧化铝图层材料进行工业化生产，并对其性能进行大规模验证。

7.市场推广：根据市场需求和反馈，制定市场推广策略，推动产品的广泛应用。

四、适用范围本研发方案适用于电动汽车、电动自行车、无人机等各类电动车辆的动力电池负极材料改造，以提高其性能和安全性。

同时，也可应用于储能电站、电力行业等领域。

五、创新要点1.利用纳米技术制备氧化铝图层，提高材料性能。

2.通过表面处理技术，实现氧化铝图层的均匀覆盖。

第42卷第11期2023年11月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.42㊀No.11November,2023氧化铝纤维增强氧化铝基复合材料研究进展孙敬伟1,王洪磊1,2,周新贵1(1.国防科技大学空天科学学院,新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室,长沙㊀410073;2.中南大学轻质高强结构材料重点实验室,长沙㊀410083)摘要:与传统金属材料相比,氧化铝纤维增强氧化铝基(Al 2O 3/Al 2O 3)复合材料因具有比强度高㊁密度低㊁耐高温和抗氧化等特点,已经成为新一代备受国内外学者关注的航空航天热结构复合材料㊂本文介绍了目前常用的氧化铝纤维及其基本性能,总结了Al 2O 3/Al 2O 3复合材料中常用的界面相及其对复合材料性能的影响规律,归纳了Al 2O 3/Al 2O 3复合材料的制备工艺及性能,指出了该材料未来的发展趋势,旨在为国内Al 2O 3/Al 2O 3复合材料的研究提供借鉴和参考,促进Al 2O 3/Al 2O 3复合材料在航空航天领域热端高温部件上的广泛应用㊂关键词:氧化铝;复合材料;纤维;界面相;制备工艺中图分类号:TQ174㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2023)11-4092-21Research Progress of Al 2O 3Fiber Reinforced Al 2O 3Matrix CompositesSUN Jingwei 1,WANG Honglei 1,2,ZHOU Xingui 1(1.Science and Technology on Advanced Ceramic Fibers and Composites Laboratory,College of Aerospace Science andEngineering,National University of Defense Technology,Changsha 410073,China;2.National Key Laboratory of Scienceand Technology on High-Strength Structural Materials,Central South University,Changsha 410083,China)Abstract :Compared with traditional metal material,Al 2O 3fiber reinforced Al 2O 3matrix (Al 2O 3/Al 2O 3)composites have become a new generation of thermos-structured composites for aerospace that have attracted much attention from scholars all over the world due to their high specific strength,low density,high temperature resistance and oxidation resistance.This paper introduces the commonly used Al 2O 3fibers and their basic properties,summarizes the frequently used interfacial phases in Al 2O 3/Al 2O 3composites and their influence on performance of composites,summarizes the preparation process of Al 2O 3/Al 2O 3composites and their properties,and points out the future development trend of this material,aiming toprovide a reference for the research of Al 2O 3/Al 2O 3composites in China and promote the widespread application of Al 2O 3/Al 2O 3composites in high-temperature components at the hot side of aerospace industry.Key words :Al 2O 3;composite;fiber;interfacial phase;manufacturing process 收稿日期:2023-06-02;修订日期:2023-08-03基金项目:中南大学轻质高强结构材料重点实验室开放课题基金(SYSJJ202104)作者简介:孙敬伟(2000 ),男,硕士研究生㊂主要从事陶瓷基复合材料方面的研究㊂E-mail:sunjingwei0120@通信作者:王洪磊,博士,副教授㊂E-mail:honglei.wang@ 0㊀引㊀言连续纤维增强陶瓷基复合材料具有低密度㊁高强度㊁高模量㊁耐高温和抗磨损等特点[1-4],已被应用于航空航天发动机热端等关键部件[5-7]㊂在发动机实际工况下,高温燃气中的水蒸气会加速航空发动机热端复合材料部件的氧化[8-10],从而减弱复合材料的力学性能和可靠性[11-14]㊂氧化铝纤维增强氧化铝复合材料(简称Al 2O 3/Al 2O 3复合材料)相较于其他陶瓷基复合材料具有较好的抗水蒸气氧化性能[14-17],有效解决了陶瓷基复合材料在特定环境下易氧化的问题,极大拓宽了陶瓷基复合材料在航空航天等领域的应用[16,18-19]㊂目前Al 2O 3/Al 2O 3复合材料作为航空航天领域热端高温部件的新兴候选材料受到了国内外学者的广泛关注[17,20-21]㊂国外对Al 2O 3/Al 2O 3复合材料的研究起步较早,现已对Al 2O 3/Al 2O 3复合材料的制备技术㊁微观结构及第11期孙敬伟等:氧化铝纤维增强氧化铝基复合材料研究进展4093㊀性能展开了系统的基础研究,并进入了工程应用阶段[22-24]㊂美国CHI(Composites Horizons)公司制备的Al2O3/Al2O3复合材料中心锥㊁混合器和核心整流罩部件成功应用到了GE-passport20发动机中,是Al2O3/ Al2O3复合材料在商用航空发动机中最早的应用㊂美国在CLEEN项目[22]中成功制备了Al2O3/Al2O3复合材料中心锥和喷管部件,组成了航空发动机排气部件(中心锥宽1.14m㊁高2.34m,喷管直径1.60m),是迄今为止尺寸最大的Al2O3/Al2O3复合材料航空发动机部件,该部件已完成装机测试,达到TRL(Technology Readiness Level)7水平,进入了最终完善阶段㊂此外美国的罗㊃罗AE3007发动机[25]㊁F414发动机等也都装配了Al2O3/Al2O3复合材料部件㊂德国在HiPOC项目[24,26]成功制备了Al2O3/Al2O3复合材料燃烧室衬套,完成了模拟发动机推力90%的测试,衬套整体保持完整㊂在此基础上,德国DLR[23,27]制备了WHIPOX-Al2O3/ Al2O3复合材料燃烧室衬套,该衬套经10h模拟环境考核后出现裂纹,但部件整体完整,没有出现灾难性破坏㊂同时,Al2O3/Al2O3复合材料也被广泛应用于民用工业领域㊂德国WPS公司[28-29]在Al2O3/Al2O3复合材料部件的工业开发与应用制造方面具有丰富的经验,制备了高温炉部件㊁汽车排气系统㊁陶瓷紧固件和太阳能吸收器等一系列复杂形态Al2O3/Al2O3复合材料部件,其中高温炉部件经500~780ħ的温差热震试验循环107次后未失效,同时,太阳能吸收器热部件的直径可达2.5m,是目前最大的Al2O3/Al2O3复合材料部件㊂受限于高性能Al2O3纤维原材料,我国对Al2O3/Al2O3复合材料的研究起步较晚,虽然近年来在Al2O3/ Al2O3复合材料应用领域取得了一定进展,但仍处于基础研究阶段,尚有许多应用问题需要解决[30-32]㊂本文从氧化铝纤维㊁界面相和复合材料制备工艺的角度出发,重点介绍了Al2O3/Al2O3复合材料制备技术及性能,指出了这一领域未来的发展趋势,期望为国内Al2O3/Al2O3复合材料研究领域的发展提供一些参考㊂1㊀氧化铝连续纤维氧化铝连续纤维的研究始于20世纪70年代,目前只有美国㊁日本㊁德国和中国等国家掌握了其制造技术[33]㊂美国3M公司在1974年首次通过溶胶-凝胶法制备了氧化铝纤维,经过不断优化,推出了Nextel系列氧化铝纤维,其中Nextel610纤维和Nextel720纤维是目前应用最广泛的氧化铝纤维[11,34-35]㊂1.1㊀Nextel610氧化铝纤维Nextel610氧化铝纤维的主要成分为α-Al2O3,含有低于1%(质量分数,下同)的Fe3O4和SiO2,为单相多晶氧化铝纤维㊂在纤维制备过程中,Fe3O4有效提高了α-Al2O3的形核率,降低了α-Al2O3的相变温度, SiO2有效减小了α-Al2O3晶粒的生长速率㊂在Fe3O4和SiO2的共同作用下,氧化铝纤维的烧结温度显著降低且致密度明显上升㊂Nextel610氧化铝纤维是目前室温拉伸强度和拉伸模量最高的氧化铝纤维,但高温处理后纤维中α-Al2O3晶粒迅速长大,纤维缺陷增多,力学性能明显下降㊂Nextel610氧化铝纤维的基础性能如表1所示㊂表1㊀Nextel610氧化铝纤维的基础性能Table1㊀General properties of Nextel610Al2O3fiberTrademark Component Diameter/μm Density/(g㊃cm-3)Tensilestrength/GPaTensilemodulus/GPaFracturestrain/%Nextel61099.0%α-Al2O30.7%Fe3O40.3%SiO210~12 3.90 3.103800.50在高温条件下,Nextel610氧化铝纤维晶粒会显著长大,晶粒生长速率受保温时间影响较大㊂Schmücker 等[36]对Nextel610氧化铝纤维在1300ħ热处理过程中的晶粒长大机制进行了详细研究,发现Nextel610氧化铝纤维中的掺杂元素在α-Al2O3晶界附近偏聚,使得α-Al2O3晶界迁移率降低,α-Al2O3晶粒生长速率较小㊂根据等温生长动力学计算公式(式(1))可得Nextel610氧化铝纤维的生长指数nʈ4,Nextel650和Nextel720氧化铝纤维的生长指数nʈ7㊂但由于Nextel610氧化铝纤维中没有第二相成分抑制晶粒生长, Nextel610氧化铝纤维相较于另外两种氧化铝纤维在高温条件下的晶粒生长速率受保温时间影响较大(如图1所示)㊂根据生长指数n㊁α-Al2O3的晶粒尺寸和温度的关系,计算出了Nextel610氧化铝纤维的晶粒生4094㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷图1㊀氧化铝纤维1300ħ热处理后晶粒尺寸与保温时间的关系[36]Fig.1㊀Relationship between grain size and dwell time of Al 2O 3fibers heat-treated at 1300ħ[36]长活化能约为660kJ㊃mol -1㊂D n -D n 0=K (T )ˑt (1)式中:D 为热处理后晶粒尺寸,D 0为原始晶粒尺寸,K为反应常数,t 为热处理时间,n 为生长指数,理想状态下n 为2[37]㊂Nextel 610氧化铝纤维经高温处理后晶粒会显著长大,力学性能下降㊂姜如等[35]对Nextel 610氧化铝纤维在1000~1400ħ进行热处理后发现,纤维经1200ħ热处理后的表面晶粒尺寸明显增大;当热处理温度为1400ħ时,纤维表面缺陷明显增多,纤维经不同温度热处理后的表面形貌如图2所示㊂对不同温度热处理后的纤维进行拉伸强度测试发现,随着热处理温度的升高,纤维的拉伸强度逐渐降低㊂当热处理温度为1200ħ时,纤维的拉伸强度发生突变,强度保留率仅为71.15%㊂不同温度热处理后纤维的晶粒尺寸与拉伸强度关系如图3所示㊂图2㊀不同温度热处理后Nextel 610氧化铝纤维的表面形貌[35]Fig.2㊀Surface morphologies of Nextel 610Al 2O 3fibers heat-treated at different temperatures [35]Nextel 610氧化铝纤维的高温力学性能随测试温度变化显著㊂美国3M 公司[38]报道了Nextel 610氧化铝纤维的高温力学性能,如图4所示㊂由图4可知,Nextel 610氧化铝纤维在1200ħ之前强度较高,强度保留率在95%以上;1300ħ时强度下降明显,强度保留率降低至64%;1400ħ时的强度保留率仅为30.2%㊂这主要是因为Nextel 610氧化铝纤维是单相纤维,在较高的温度下晶粒快速长大,导致强度迅速下降㊂第11期孙敬伟等:氧化铝纤维增强氧化铝基复合材料研究进展4095㊀图3㊀不同温度热处理后Nextel 610氧化铝纤维晶粒尺寸和拉伸强度关系[35]Fig.3㊀Relationship between grain size and tensile strength of Nextel 610Al 2O 3fiber heat-treated at different temperatures[35]图4㊀Nextel 系列氧化铝纤维的高温力学性能[38]Fig.4㊀High temperature mechanical properties of Nextel series Al 2O 3fiber [38]㊀Nextel 610氧化铝纤维的抗蠕变性能较差,在不同环境热处理后其蠕变性能有明显差异㊂Armain 等[39]研究了1100ħ时Nextel 610氧化铝纤维分别在空气和水汽气氛下的蠕变行为,发现当蠕变应力为100MPa 时,Nextel 610氧化铝纤维在两种气氛下的寿命都超过100h,水汽气氛下的蠕变应变为空气气氛下的5倍㊂而当蠕变应力为200~500MPa 时,水汽气氛下的蠕变应变略低于空气气氛下的蠕变应变,Nextel 610氧化铝纤维在不同气氛下的蠕变曲线如图5所示㊂水汽显著增加了Nextel 610纤维的蠕变速率,当蠕变应力为100~500MPa 时,纤维在水汽气氛下的蠕变速率较空气气氛下的蠕变速率高近一个数量级㊂图5㊀1100ħ下Nextel 610氧化铝纤维在不同气氛中的蠕变曲线[39]Fig.5㊀Creep curves of Nextel 610Al 2O 3fiber in different atmosphere at 1100ħ[39]1.2㊀Nextel 720氧化铝纤维Nextel 720氧化铝纤维主要含α-Al 2O 3和SiO 2,其中SiO 2的含量约为15%[35]㊂在纤维烧成过程中SiO 2与α-Al 2O 3反应生成莫来石,莫来石可在α-Al 2O 3晶界处聚集,形成莫来石包围α-Al 2O 3的结构,有效抑制了α-Al 2O 3晶粒的生长,明显提高了纤维的抗蠕变性能㊂Nextel 720氧化铝纤维的性能如表2所示㊂表2㊀Nextel 720氧化铝纤维的基础性能Table 2㊀General properties of Nextel 720A 2O 3fiberTrademark Component Diameter /μm Density /(g㊃cm -3)Tensile strength /GPa Tensile modulus /GPa Fracture strain /%Nextel 72085.0%α-Al 2O 315.0%SiO 210~12 3.40 2.102600.81与Nextel 610氧化铝纤维类似,高温热处理可使Nextel 720氧化铝纤维的晶粒长大,尤其在高于1600ħ的温度下,Nextel 720氧化铝纤维晶粒长大明显㊂Schmücker 等[36]在1500~1700ħ对Nextel 7204096㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷图6㊀Nextel 720氧化铝纤维在1500~1700ħ热处理时晶粒尺寸与保温时间的关系[36]Fig.6㊀Relationship between grain size and dwell time of Nextel 720Al 2O 3fiber heat-treated at 1500~1700ħ[36]氧化铝纤维进行热处理,晶粒尺寸随时间的变化如图6所示㊂由图6可以看出,1600ħ以下的氧化铝纤维晶粒长大不明显,1600ħ以上氧化铝纤维晶粒显著长大㊂根据式(1)计算得到1600ħ以下莫来石晶粒的生长指数n ʈ12,1600ħ以上莫来石晶粒的生长指数n ʈ3,均在典型的陶瓷晶粒生长指数区间内[37]㊂因此当热处理温度低于1600ħ时,Nextel 720氧化铝纤维中的晶粒长大主要为α-Al 2O 3晶粒的生长,莫来石晶粒几乎不长大,并且由于莫来石的存在,α-Al 2O 3晶粒的生长受到抑制㊂当热处理温度高于1600ħ时,Nextel 720氧化铝纤维中晶粒长大主要来源于莫来石晶粒的生长㊂高温热处理会对Nextel 720氧化铝纤维的拉伸强度产生显著影响㊂郑周等[31]通过对Nextel 720氧化铝纤维热处理后发现,当热处理温度为1300ħ时,莫来石相由伪四方结构逐渐转变为斜方结构,氧化铝晶体从莫来石晶体中析出㊂观察纤维热处理后的表面形貌发现,1100ħ热处理后纤维表面由颗粒状α-Al 2O 3晶体和条状的莫来石晶体混杂形成,1300ħ热处理后的纤维表面颗粒状α-Al 2O 3晶体显著长大为块状晶体,与条状莫来石晶体镶嵌分布,不同温度热处理后的纤维表面形貌如图7所示㊂对不同温度热处理后的纤维拉伸强度进行测试后发现,随着热处理温度的升高,纤维的拉伸强度逐渐下降㊂1100ħ热处理后纤维室温拉伸强度下降明显,强度保留率为64.48%;1300ħ热处理后的纤维拉伸强度保留率降为54.10%㊂图7㊀不同温度热处理的Nextel 720氧化铝纤维表面形貌[31]Fig.7㊀Surface morphologies of Nextel 720Al 2O 3fiber heat-treated at different temperatures [31]Nextel 720氧化铝纤维的高温力学性能也随测试温度的升高而显著降低㊂美国3M 公司[38]报道了Nextel 720氧化铝纤维的高温力学性能,如图4所示㊂由图4可知,当测试温度低于1200ħ时,Nextel 720氧化铝纤维高温拉伸性能低于Nextel 610氧化铝纤维,这是因为在1200ħ前,Nextel 610氧化铝纤维晶粒长大不明显,纤维拉伸强度保留率较高;当测试温度高于1200ħ时,Nextel 610氧化铝纤维晶粒明显长大,拉伸强度明显下降,而Nextel 720氧化铝纤维晶粒长大不明显,导致Nextel 720氧化铝纤维在1200ħ以上高㊀第11期孙敬伟等:氧化铝纤维增强氧化铝基复合材料研究进展4097温拉伸性能高于Nextel610氧化铝纤维㊂Nextel720氧化铝纤维的抗老化性能优于Nextel610氧化铝纤维㊂根据3M公司的报道[38],Nextel720氧化铝纤维在不同温度下暴露1000h后的拉伸强度和晶粒尺寸关系如图8所示㊂相较于Nextel610氧化铝纤维,Nextel720氧化铝纤维长时间高温暴露后的强度保留率较高,晶粒尺寸增长较缓慢㊂这得益于莫来石相减少了α-Al2O3的晶界滑移,且有助于 钉扎 晶粒,使Nextel720氧化铝纤维的抗热老化性能增强㊂图8㊀不同温度暴露1000h后Nextel720氧化铝纤维拉伸强度和晶粒尺寸[38]Fig.8㊀Tensile strength and grain size of Nextel720fiber exposured1000h at different temperatures[38] Nextel720氧化铝纤维的抗蠕变性能较好,但不同高温环境对Nextel720氧化铝纤维的蠕变性能的影响显著不同㊂Armain等[40]研究了Nextel720氧化铝纤维在空气和水汽气氛下不同温度时的蠕变行为,发现当蠕变应力为400MPa㊁热处理温度为1100ħ时,Nextel720氧化铝纤维在水汽气氛下的蠕变应变约为空气气氛下蠕变应变的2倍㊂当蠕变应力为200MPa㊁热处理温度为1200ħ时,水汽气氛下的蠕变应变为空气气氛下蠕变应变的4~7倍㊂Nextel720氧化铝纤维在不同气氛下的蠕变曲线如图9所示㊂水汽的存在显著增㊀㊀㊀图9㊀不同温度下Nextel720氧化铝纤维在不同气氛中的蠕变曲线[40]Fig.9㊀Creep curves of Nextel720Al2O3fiber in different atmosphere at different temperature[40]4098㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷加了Nextel 720纤维的蠕变速率,当蠕变应力为100~300MPa㊁热处理温度为1200ħ时,水汽气氛下的蠕变速率比空气气氛下的蠕变速率高近一个数量级㊂综上所述,Nextel 610氧化铝纤维成分单一,主要为α-Al 2O 3相,其室温和高温拉伸强度较高,但纤维的单相组成导致其力学性能受温度影响较明显,纤维的高温稳定性和抗蠕变性能差㊂为提高纤维的稳定性和抗蠕变性能,3M 公司在Nextel 610氧化铝纤维的基础上开发了Nextel 720氧化铝纤维㊂Nextel 720氧化铝纤维中主要含有α-Al 2O 3和莫来石两相,相较于Nextel 610氧化铝纤维,Nextel 720氧化铝纤维的室温和高温力学性能较差㊂但由于莫来石相的存在,Nextel 720氧化铝纤维在高温下的晶粒长大速率较小,稳定性和抗蠕变性能较好㊂Nextel 610氧化铝纤维和Nextel 720氧化铝纤维的优缺点如表3所示㊂表3㊀Nextel 610氧化铝纤维和Nextel 720氧化铝纤维的优缺点Table 3㊀Advantages and disadvantages of Nextel 610and Nextel 720Al 2O 3fibersAl 2O 3fiberAdvantage Disadvantage Nextel 610Single phase fiber;high tensile strength Mechanical properties are significantly affected by temperature Nextel 720Good stability;mechanical properties are not significantly affected by temperatureTwo phase fiber;low tensile strength 2㊀界面相在连续纤维增强陶瓷基复合材料中,界面是连接纤维与基体的桥梁,主要承担着传递载荷㊁偏转裂纹㊁消除热应力和阻挡元素扩散的作用,对复合材料的性能有重要影响[41-43]㊂界面相要与纤维和基体间有良好的物理和化学相容性,同时界面相与纤维和基体间的结合强度要适中,这是因为一方面界面相能防止界面结合强度过大导致复合材料发生脆性断裂,降低力学性能[44];另一方面界面相能防止界面结合强度过小导致载荷不能通过界面传递给纤维,减弱纤维的增强作用[45]㊂目前,Al 2O 3/Al 2O 3复合材料中常用的界面相主要为热解碳(PyC)[46-48]㊁氮化硼(BN)[49]和独居石(LaPO 4)[50-51]㊂2.1㊀热解碳(PyC )界面相PyC 具有特殊的层状结构,层与层之间通过范德瓦尔斯力结合,被广泛应用于复合材料界面相材料㊂PyC 与氧化物纤维相容性好,且能有效阻挡纤维和基体间的元素扩散㊂Wang 等[48]采用化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)工艺于1300ħ在氧化铝纤维表面制备了厚度约为70nm 的PyC 涂层,涂层的微观形貌如图10所示㊂由图可知,PyC 涂层与纤维结合性良好,纤维表面产生了由缺陷和晶粒长大引起的凹凸表面㊂纤维和基体两个组分被约60nm 厚的均匀PyC 涂层分离,没有发生任何界面扩散和反应㊂PyC 涂层具有明显的层状结构,非常有利于裂纹偏转[52],提高复合材料的力学性能㊂PyC 涂层厚度会对纤维的力学性能产生较明显的影响㊂Wang 等[46]采用CVD 法在氧化铝纤维表面制备了不同厚度的PyC 涂层,纤维的截面形貌如图11所示,此外还研究了涂层厚度和结合强度对纤维力学性能的影响㊂结果表明,当涂层厚度较小(0.15μm)时,涂层能够愈合纤维表面缺陷[53],从而提高纤维的拉伸强度㊂随着涂层厚度的增加,纤维的拉伸强度逐渐降低㊂产生这一现象的原因是:1)涂层的柔软性对纤维拉伸强度的影响大于表面缺陷的愈合效果;2)涂层厚度增加需要更长的CVD 时间,长时间高温环境易使纤维强度下降;3)纤维和PyC 涂层的热膨胀系数不同(纤维为5.3ˑ10-6ħ-1,PyC 涂层为2.5ˑ10-6ħ-1),当涂层较厚时,纤维和涂层间出现间隙,界面结合强度较弱㊂受到外力时,裂纹不能偏转,导致应力集中于纤维表面,易使纤维发生断裂㊂PyC 涂层会对复合材料的力学性能产生明显影响㊂Geng 等[47]在氧化铝纤维编织件上制备了PyC 涂层,随后通过溶胶-凝胶法制备了莫来石/Al 2O 3复合材料,有无PyC 涂层的莫来石/Al 2O 3复合材料的断口形貌如图12所示㊂无PyC 涂层的复合材料断口平整,没有纤维拔出现象㊂这说明复合材料在断裂过程中,由于裂纹尖端应力集中导致裂纹直接穿过氧化铝纤维,纤维的增韧机制没有得到发挥㊂有PyC 涂层的复合材料的断口纤维大量拔出,纤维拔出机制吸收了大部分能量,并且在断裂过程中产生沿纤维轴向扩展的裂纹,有效阻止了复合材料发生脆性断裂㊂㊀第11期孙敬伟等:氧化铝纤维增强氧化铝基复合材料研究进展4099图10㊀PyC涂层纤维的微观结构[48]Fig.10㊀Microstructure of PyC coated fiber[48]图11㊀不同厚度PyC涂层纤维的截面形貌[46]Fig.11㊀Cross-section morphologies of PyC coated fibers with different thickness[46]2.2㊀氮化硼(BN)界面相BN具有与PyC类似的层状结构,在复合材料中引入该结构界面相后,当复合材料受到外力时,裂纹可沿界面层间扩展,起到保护纤维和提高复合材料力学性能的作用㊂相较于PyC涂层,BN的抗氧化性能较好,但在高于850ħ的氧化环境下,BN可与O2发生反应生成具有挥发性的B2O3,从而导致界面相消失㊂4100㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷图12㊀莫来石/Al2O3复合材料的微观结构[47]Fig.12㊀Microstructure of mullite/Al2O3composites[47]高温热处理会对BN涂层的结晶度产生显著影响㊂Sun等[49]通过CVD工艺在氧化铝纤维表面制备了BN涂层,BN涂层的微观结构如图13所示㊂图13(a)为700ħ下沉积的BN涂层,由图可知涂层与纤维结合良好,BN呈非晶结构㊂图13(b)和13(c)为700ħ下沉积后经1300ħ热处理后的BN涂层,由图可知热处理后的BN涂层结晶度显著提高,具有明显的层状结构,为六方相氮化硼(h-BN)㊂对比图13(a)~(c)可知,高温热处理可以提高BN涂层的结晶度,使其由非晶相BN涂层转变为六方相BN涂层㊂图13㊀BN涂层纤维的微观结构[49]Fig.13㊀Microstructure of BN coated fibers[49]BN涂层的沉积温度会对涂层厚度和涂层纤维的力学性能产生明显影响㊂Sun等[49]以单源氨硼烷为前驱体,采用低温CVD工艺(700~900ħ)在氧化铝纤维表面制备了BN涂层,BN涂层纤维截面的微观形貌如图14所示㊂由图可知,在不同温度下沉积的BN涂层与纤维结合良好,且随着沉积温度的升高,BN涂层的厚度逐渐增加㊂对涂层纤维进行拉伸强度测试后发现,随着沉积温度的升高,涂层纤维的拉伸强度逐渐下降㊂700ħ下沉积涂层后的氧化铝纤维强度保持率为94.9%,900ħ下沉积涂层后的氧化铝纤维强度保持率迅速下降到54.8%㊂纤维拉伸强度下降的原因为:1)涂层沉积过程中的高温使纤维晶粒长大,导致纤维力学性能下降;2)BN涂层和氧化铝纤维的热膨胀系数不同,涂层和纤维在不同的沉积温度下有不同的收缩速率,从而产生残余热应力㊂残余热应力随着沉积温度的升高而升高,从而导致涂层纤维的力学性能随着沉㊀第11期孙敬伟等:氧化铝纤维增强氧化铝基复合材料研究进展4101积温度的升高而下降㊂图14㊀不同温度沉积BN涂层后的纤维截面形貌[49]Fig.14㊀Cross-section morphologies of fibers after deposition of BN coating at different temperatures[49]上述PyC㊁BN两种界面相均起到阻挡元素扩散㊁传递载荷和偏转裂纹等作用,是复合材料中较为常用的界面相,但抗氧化性能较差,在Al2O3/Al2O3复合材料中的应用受到一定限制㊂为解决这一问题,研究人员把目光投向了具有较强抗氧化性的多孔稀土-磷酸盐类材料上,其中应用最广泛的为独居石(LaPO4)界面相㊂2.3㊀独居石(LaPO4)界面相LaPO4的熔点高㊁硬度低,与氧化物纤维和基体相容性好,同时与氧化物纤维和基体结合强度适中,已被用于氧化物/氧化物复合材料中的界面相材料[54]㊂在受到外力时,LaPO4可以通过滑移㊁解离和孪晶等机制有效偏转裂纹,提升复合材料的力学性能㊂LaPO4在高温下会在表面形成一层连续致密的反应层,保护纤维不被高温侵蚀,提高复合材料的稳定性㊂Zhang等[50]以La2O3和磷酸为原料,通过化学共沉淀法和闪烧法制备了LaPO4涂层,该涂层导热系数较低,在1000ħ时的导热系数为1.41W/(m㊃K);稳定性较好,在1400ħ保温100h涂层不受破坏;耐蚀性能好,在700~900ħ的V2O5熔盐中腐蚀4h的腐蚀产物主要为La(P,V)O4,涂层的微观结构变化不大,在1000ħ的V2O5熔盐中腐蚀4h会生成少量的LaVO4,但腐蚀产物仍主要为La(P,V)O4㊂LaPO4涂层的微观结构会对涂层纤维的力学性能产生明显影响㊂Xu等[51]将硝酸镧与植酸混合得到LaPO4前驱体溶液(编号PA f),将硝酸镧与磷酸和柠檬酸混合制备了另一种LaPO4前驱体溶液(编号CA f),采用非匀相沉淀法在35和90ħ下将LaPO4前驱体沉积在氧化铝纤维表面,经600ħ高温处理后得到厚度为500~800nm的LaPO4涂层,涂层纤维的微观形貌如图15所示㊂研究了不同前驱体和沉积温度对纤维强度的影响,分析了涂层纤维的强度退化机理㊂结果表明,在35ħ下沉积的前驱体可以在纤维表面转化为致密的LaPO4涂层,该致密涂层阻止了高温下生成的有害气体排出,导致纤维强度下降[55-56];而采用植酸前驱体可在90ħ获得颗粒细小且堆叠松散的LaPO4涂层,该结构的孔洞分布均匀,有利于有害气体的逸出,使涂层纤维具有最高的拉伸强度㊂通过单纤维拔出测试(示意图如图16所示)发现,90ħ下由柠檬酸前驱体和植酸前驱体在纤维表面制备LaPO4涂层后,纤维与基体间的界面结合强度分别下降了32.5%和46.7%,纤维与基体实现弱界面结合,有助于提高复合材料的力学性能㊂图15㊀LaPO 4涂层纤维的截面形貌[51]Fig.15㊀Cross-section morphologies of LaPO 4coated fibers[51]图16㊀单纤维拔出测试示意图[51]Fig.16㊀Schematic diagram of single fiber pull-out test [51]LaPO 4涂层的厚度会对涂层编织件的稳定性有显著影响㊂Tao 等[54]以LaNO 3和P 2O 5为原料制备了LaPO 4前驱体溶液,采用反复浸渍烧结法在氧化物纤维编织件中制备了厚度为80~300nm 的LaPO 4涂层,涂层的微观形貌如图17所示㊂研究了LaPO 4涂层㊁SiC-SiO 2涂层和LaPO 4-SiC-SiO 2涂层对氧化物纤维编织件柔韧性的影响,其典型力-挠度曲线和氧化物纤维编织件测试前后的照片如图18所示㊂研究发现,具有LaPO 4涂层的氧化物纤维编织件刚度有所增加,但增加的程度很小㊂这说明LaPO 4涂层对氧化物纤维编织件的柔韧性没有明显影响,且对氧化物纤维编织件的高温脆性有一定的缓解作用㊂LaPO 4涂层对高温处理后复合材料的力学性能有明显影响㊂Keller 等[57]制备了Nextel 610/LaPO 4/Al 2O 3复合材料,探究了LaPO 4涂层对高温处理后的复合材料力学性能的影响㊂研究发现,不含LaPO 4涂层的复合材料在1200ħ热处理5h 后拉伸强度下降约70%,复合材料断口几乎没有纤维拔出现象;而含LaPO 4涂层的复合材料经热处理后的拉伸强度下降约36.7%,复合材料断口处有明显的纤维拔出现象(见图19),同时发现纤维拔出现象主要出现在涂层㊁纤维/涂层和涂层/基体界面,这说明LaPO 4涂层与纤维和基体结合力较弱㊂综上所述,PyC 涂层和BN 涂层均具有层状结构,是复合材料中常用的界面相㊂当复合材料受到外力时,PyC 涂层和BN 涂层可通过滑移㊁解离等机制有效偏转裂纹,提高复合材料的力学性能[44,52]㊂但涂层制备工艺复杂且抗氧化性能较差,PyC 涂层在空气中的温度高于400ħ即可被氧化,BN 涂层在空气中的温度高于850ħ即被氧化,限制了涂层在Al 2O 3/Al 2O 3复合材料中的应用㊂LaPO 4涂层与氧化物纤维和基体相容性好,制备工艺简单㊁抗氧化性能较好,被广泛用在Al 2O 3/Al 2O 3复合材料中㊂不同涂层的优缺点如表4所示㊂。

多孔氧化铝材料超级电容单体的制备与性能研究摘要：超级电容器作为一种新型储能装置，具有高能量密度、长寿命、快速充放电等优点，已经在电动车、可再生能源和便携式设备等领域得到广泛应用。

本研究旨在制备一种多孔氧化铝材料作为超级电容器的电极材料，并对其性能进行研究。

通过化学合成和表征分析，研究了氧化铝材料的晶体结构、形貌特征和电化学性能。

实验结果表明，制备的多孔氧化铝材料具有较高的比表面积和孔隙结构，表现出良好的电容性能和循环稳定性，具有潜在的应用前景。

1.引言超级电容器作为一种高性能的储能装置，能够在短时间内实现快速的充放电过程，具有能量密度高、循环寿命长、多次充放电等优势，已经引起了广泛的关注。

多孔氧化铝材料作为一种电极材料，具有较高的比表面积、良好的化学稳定性和电化学性能，被广泛用于超级电容器的制备。

本文旨在研究多孔氧化铝材料的制备方法，并研究其电化学性能，为超级电容器的应用提供理论基础和技术支持。

2.实验部分2.1 多孔氧化铝材料的制备本研究采用化学合成的方法制备多孔氧化铝材料。

首先，将适量的氯化铝和尿素加入到去离子水中，并在搅拌的同时通过控制温度进行反应。

反应产物经过离心分离、洗涤和干燥后得到多孔氧化铝材料。

制备得到的样品经过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察其晶体结构和形貌特征。

2.2 多孔氧化铝材料的电化学性能测试采用循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS）对制备得到的多孔氧化铝材料的电化学性能进行测试。

使用三电极体系，以多孔氧化铝材料为工作电极，铂电极为对电极，银/银氯化银为参比电极。

在电化学工作站上进行测试，并绘制电化学曲线和等效电路图。

利用截面扫描电镜（SEM）对多孔氧化铝材料进行结构表征和分析。

3.结果与讨论3.1 多孔氧化铝材料的结构与形貌通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察多孔氧化铝材料的结构和形貌，发现制备得到的样品具有较高的孔隙结构和较大的比表面积。

制备纳米氧化铝中间产物—氢氧化铝的稳定性影响因素研究作者：王文志来源：《中国化工贸易·上旬刊》2017年第10期摘要：以硫酸铝、甘氨酸、乙酸、三乙醇胺、氢氧化钠为原料制备纳米氧化铝中间产物氢氧化铝，探究了反应温度、pH值以及不同络合剂加入顺序等因素对氢氧化铝稳定性的影响，结果表明：按乙酸→甘氨酸→三乙醇胺的顺序加入，温度为80℃，pH值为4.650时中间产物氢氧化铝的稳定性最好。

关键词：纳米氧化铝；氢氧化铝；稳定性Abstract：As an intermediate product of nano-alumina，Aluminum hydroxide was prepared with aluminum sulfate，glycine，acetic acid，triethanolamine and sodium hydroxide.The effects of reaction temperature，pH and the order of addition of complexing agents on the stability of aluminum hydroxide were studied.The results showed that，the stability of aluminum hydroxide was best when acetic acid，glycine and triethanolamine were added in sequence，the temperature of 80℃ and the pH value of 4.65.Key words：Nanometer alumina；Aluminum hydroxide；Stability0前言纳米三氧化二铝粉体是现代工业中不可缺少的重要材料。

世界市场对氧化铝的年需求量增长为5.8%，国内市场对其年需求量增长为9.5%。

可控形貌氧化铝的制备及吸附性能的研究可控形貌氧化铝的制备及吸附性能的研究氧化铝是一种重要的材料，具有广泛的应用前景。

其可控形貌制备及吸附性能研究对于提高氧化铝的性能和开发更多应用具有重要意义。

本文将从制备方法、形貌控制以及吸附性能三个方面进行综述。

制备方法是影响氧化铝形貌的关键。

常见的制备方法包括溶胶-凝胶法、水热法和模板法等。

其中，溶胶-凝胶法是一种经典的制备方法，通过溶胶聚合和凝胶形成，可以得到均匀的氧化铝颗粒。

水热法是利用高温高压条件下，氧化铝颗粒形成过程中的共晶转变来制备。

模板法则是利用外部模板来控制氧化铝的形貌，例如使用有孔模板和纳米线模板等。

这些方法都有其优劣之处，可以根据需要选择合适的制备方法。

形貌控制是制备可控氧化铝的关键环节。

通过合理选择制备方法和调控实验条件，可以实现氧化铝形貌的控制。

例如，通过调节反应物浓度、溶胶-凝胶反应时间和温度等条件，可以得到不同形貌的氧化铝颗粒，如球形，花瓣状和纳米线状等。

模板法则是通过选择不同类型的模板，如聚苯乙烯微球和硬模板等，来实现氧化铝形貌的控制。

吸附性能是氧化铝应用的重要指标。

氧化铝的吸附性能主要取决于其表面性质和形貌特征。

研究表明，氧化铝表面的羟基和氧空位能够与污染物分子发生氢键和静电作用，从而实现吸附效果。

形貌特征对吸附性能也有重要影响，例如具有大比表面积和孔隙结构的氧化铝颗粒能够提高吸附能力。

因此，通过调控制备方法和形貌控制可以得到具有优异吸附性能的氧化铝材料。

综上所述，制备可控形貌氧化铝并研究其吸附性能对于提高材料性能和应用前景具有重要意义。

制备方法和形貌控制是实现可控形貌氧化铝的关键步骤，吸附性能则是评价材料性能的重要指标。

通过研究如何优化制备方法和调控形貌控制，可以得到更具有应用潜力的氧化铝材料，为环境污染治理和能源领域的应用提供新的思路和方法综合而言，选择合适的制备方法和形貌控制对于制备可控形貌氧化铝材料是至关重要的。

通过调节实验条件和选择适当的模板，可以实现氧化铝的形貌控制。

氧化铝材料的物理化学性质氧化铝是一种广泛应用的材料，被用于制造陶瓷、玻璃、电子器件和建筑材料等领域。

它具有优良的物理化学性质，例如高温稳定性、低介电常数、高硬度和耐腐蚀性等。

在本文中，我们将探讨氧化铝材料的一些重要物理化学性质及其在不同领域中的应用。

一、晶体结构和晶格常数氧化铝的晶体结构多样，其中最常见的是以α-Al2O3为代表的三方晶系。

α-Al2O3具有六方紧密堆积结构，空位率极低，其原子结构的排列非常规则。

晶体结构中氧原子属于八面体配位，而铝原子则属于四面体配位。

在正常压力下，α-Al2O3具有较高的稳定性，能够抵抗高温、高压和复杂环境的影响。

氧化铝晶体的晶格常数与晶体结构密切相关。

α-Al2O3的晶格常数为a=4.758Å，c=12.991Å，其晶胞体积为219.52Å^3。

晶格常数与氧化铝材料的物理化学性质密切相关，并且影响着其在不同领域中的应用。

例如，在制造催化剂时，晶格常数能够影响催化活性和选择性。

二、介电性质氧化铝在常温下是绝缘体，其电阻率高达10^14Ω·cm以上。

这是因为氧化铝晶体结构中的氧原子与铝原子呈电中性分布，致使氧化铝晶体中几乎不带有自由电子。

然而，当氧化铝材料被加热至高温时，电子会被激发形成了空穴电子对。

这些电子能够在晶格中移动，导致氧化铝变成半导体。

在高场强下，氧化铝材料的电阻率降低，可以发生电击穿。

氧化铝的介电性质随温度、频率和晶体结构的变化而变化。

例如，在频率较低的情况下氧化铝材料的介电常数相对较大，通常在单晶氧化铝的范围内为9.5~12左右。

在高温下，材料的介电常数逐渐减小，这是由于加热过程中氧化铝材料的带隙变窄，导致电介质损耗增加。

三、化学性质氧化铝具有良好的耐腐蚀性，可在不同的环境下使用。

其化学惰性高，能够长期稳定的存在于强酸和弱碱性环境中。

氧化铝晶体结构中的化学键倾向于共价键，因此氧化铝材料的电子亲和能和极化能相对较小。

氧化铝的相变体积变化氧化铝是一种常见的无机化合物，具有多种晶体结构。

在不同的温度和压力条件下，氧化铝会发生相变，伴随着体积的变化。

本文将探讨氧化铝相变体积变化的相关特点和影响因素。

我们先来了解一下氧化铝的晶体结构。

氧化铝最常见的晶体结构是α-Al2O3，它是一种典型的六方最密堆积结构。

在室温下，氧化铝呈现出α-Al2O3晶体结构，具有高硬度、高熔点、良好的热稳定性和化学稳定性。

然而，在高温条件下，氧化铝会发生相变，从α-Al2O3转变为其他晶体结构。

氧化铝的相变体积变化是指在相变过程中，氧化铝晶体的体积发生变化。

一般来说，相变体积变化可以分为两种情况：正体变和负体变。

正体变是指在相变过程中，物质的体积增大。

对于氧化铝来说，从α-Al2O3晶体结构转变为其他晶体结构时，晶体的体积会增大。

这是因为在相变过程中，氧化铝晶体内部的原子或离子重新排列，晶格结构发生变化，导致晶体的体积增大。

正体变的特点是相变温度上升时，晶体的体积也随之增大。

负体变是指在相变过程中，物质的体积减小。

对于氧化铝来说，从其他晶体结构转变为α-Al2O3晶体结构时，晶体的体积会减小。

这是因为在相变过程中，晶体内部的原子或离子重新排列，晶格结构发生变化，导致晶体的体积减小。

负体变的特点是相变温度上升时，晶体的体积也随之减小。

氧化铝的相变体积变化受多种因素的影响，包括温度、压力和晶体结构等。

首先是温度的影响。

随着温度的升高，氧化铝的相变温度也会上升，从而导致相变体积变化。

在相变温度附近，晶体结构发生变化，晶体的体积也会发生明显的变化。

其次是压力的影响。

在高压条件下，氧化铝的相变温度会降低，相变体积变化也会受到压力的影响。

此外，不同的晶体结构对相变体积变化也有影响。

不同的晶体结构具有不同的晶胞体积，因此在相变过程中晶体的体积变化也会有所不同。

氧化铝的相变体积变化是一个复杂的过程，受到多种因素的影响。

正体变和负体变是晶体结构发生变化时晶体体积变化的两种情况。

氧化铝和氧化硅更稳定解释说明以及概述1. 引言1.1 概述在材料领域，氧化铝和氧化硅作为常见的无机材料，在许多应用中具有重要地位。

它们被广泛应用于催化剂、电子元件、陶瓷制品等领域。

其中，其稳定性是决定材料在特定环境下是否能够保持良好性能的关键因素之一。

1.2 文章结构本文将分析氧化铝和氧化硅的稳定性，并对两者进行比较分析。

首先会介绍氧化铝的特性、结构和晶体缺陷，以及其稳定性机制和原因。

然后会详细阐述氧化硅的特性、结构和晶体缺陷，以及其稳定性机制和原因。

接着，将从物理和化学性质对比、结构对比与相变行为影响分析，以及实际应用影响等方面来探讨氧化铝和氧化硅稳定性差异产生的原因和影响。

最后，通过总结实验数据分析结果，展望了进一步研究氧化铝和氧化硅稳定性的意义，并提出了未来研究方向的建议。

1.3 目的本文的目的是全面解释和说明氧化铝和氧化硅更稳定的原因，并通过对比分析揭示两者之间的稳定性差异。

同时，希望能够为相关领域的研究提供参考和启示，为进一步探索氧化铝和氧化硅在材料应用中的潜力提供指导。

2. 氧化铝稳定性解释和说明2.1 氧化铝的特性氧化铝是一种无机化合物，由氧和铝元素组成。

它具有高熔点、高硬度和良好的化学稳定性等特点。

此外，氧化铝还具有良好的绝缘性能和热导率，使其在许多领域中被广泛应用。

2.2 氧化铝的结构和晶体缺陷氧化铝的结构主要由Al3+离子和O2-离子组成。

它可以形成不同晶体结构，包括α-Al2O3（蓝宝石）、γ-Al2O3（贵重石）等。

此外，氧化铝晶体中也存在着各种晶体缺陷，如空位、误配位等。

2.3 氧化铝的稳定性机制及原因氧化铝具有较高的热稳定性和抗溶解性。

这主要归因于两个方面原因：首先，由于氧化铝具有高结晶度和致密的晶格结构，阻碍了外界物质（如水、酸碱等）与其发生反应；其次，氧化铝表面形成了一层致密的氧化铝疏水性膜，进一步增强了其化学稳定性和抗溶解性。

这层氧化铝疏水性膜可以阻止溶剂分子的扩散，降低晶体表面活性位点的暴露程度，从而减少与外界反应的可能性。

相变储能材料循环热稳定性及与容器相容性研究概况18?材料导报A:综述篇2011年10月(上)第25卷第10期相变储能材料循环热稳定性及与容器相容性研究概况张洋,李月锋,李明广,张东(同济大学材料科学与工程学院,上海200092)摘要综述了相变储能材料的循环热稳定性以及与容器相容性的研究进展;介绍了各类相变材料的循环热稳定性和太阳能相变储能材料与金属容器的相容性,以及相变材料循环热稳定性,容器腐蚀程度的表征方法;展望了太阳能相变储能技术的重要意义,并提出了相变材料特别是中高温相变材料在热性能及与容器相容性所面临的挑战和解决方向.关键词相变材料热稳定性太阳能热发电金属腐蚀ProgressinCyclicThermalStabilityandCompatibilitywithContainersof PhaseChangeMaterialsZHANGY ang,LIYuefeng,LIMingguang,ZHANGDong (SchoolofMaterialsScienceandEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092) AbstractThepapersummarizestheresearchsituationofthecyclicthermalstabilityandcomp atibilitywithcontainersofphasechangematerials.Itintroducesthecyclicthermalstabilityandcompatibil ityofdifferentkindsofphasechangematerials,andpresentsthemethodsofcharacterizationofcyclicthermalstabilit yandcompatibilitywithcontainers,anddiscussesandprospectstheimportanceandthechallengeofthephasechange materialsappliedinthesolarpowergeneration.Keywordsphasechangematerials,thermalstability,solarpowergeneration,metalliccorrosi onO引言世界各国都在设法增加可再生能源的开发和利用以应对能源短缺问题.在众多的可再生能源中,太阳能资源非常丰富,而且太阳能热发电系统(SDPS即Solardynamicpowersystem)不会耗用化石能源,无污染,是生态环境和谐的清洁发电系统.然而由于昼夜交替,阴晴雨雪等自然现象,导致太阳能的不连续性和波动性,造成了太阳能的供给和需求之间的不匹配.相变储能材料(Phasechangeenergystoragematerials)可以将能量以相变潜热的形式储存起来,再根据不同的需求将储存的能量释放出来.它对于能源的开发和合理利用具有重要的意义,在太阳能热发电,工业热利用及余热回收方面有着显着优点.现阶段的太阳能储热主要有3种形式,即显热储热,相变储热和化学反应储热.根据储热材料的使用特点,其一般都要满足以下几点要求_】]:①储热密度大.②稳定性好.对单组分材料要求不易挥发和分解;对多组分材料,要求各组分间结合稳定,不发生离析现象.③无毒,无腐蚀,不易燃易爆,且价格低廉.④导热系数大,能量可以及时地储存或取出.⑤不同状态间转化时,材料体积变化要小.⑥合适的使用温度.在实际工程应用中,相变材料在尽量满足上述条件的同时,还应有较长的使用寿命,即材料在多次储放热循环后热物性的可靠性和稳定性.1相变材料的循环性能相变材料按相变的温度范围来看,可分为高温,中温和低温3类.高温相变材料主要是一些熔融盐,金属合金等;中温相变材料主要是一些水合盐,有机物和高分子材料;低温相变材料主要是冰,水凝胶等[3].1.1高温相变材料的循环性能目前高温相变材料中广泛研究的有熔融盐和金属合金等,具有相变潜热高,导热系数大,相变体积变化小等优点,因此未来会广泛应用于太阳能热发电,电力,工业余热,太空站及军事等领域.1.1.1高温无机盐相变材料目前,高温无机盐相变材料主要为高温熔融盐,部分碱,混合盐,高温熔融盐主要有氟化物,氯化物,硝酸盐,硫酸盐*教育部新世纪人才支持计划(NCET-07—0626);上海市"科技创新行动计划"基础研究重点项目(09JC1414400);国家高技术研究发展计划(863计划)课题(2009AA05Z419)张洋:女,1987年生,硕士研究生,主要从事中高温相变储能复合材料的研究E-mail:zhangyanglucky**********张东:通讯作者,男,1968年生,教授,博导,研究方向为功能材料E-mail:*******************.cn 相变储能材料循环热稳定性及与容器相容性研究概况/张洋等?19?以及它们的混合盐等.它们具有较高的相变温度,导热系数较大,粘度低,相变潜热较大,是一种理想的高温传热储热介质.其中无机盐高温固一固相变储能材料发生相变时,相变焓较高,过冷程度轻,稳定性好且腐蚀轻.目前,已研究过的此类相变储能材料有NHSCN,KHF等物质,KHF.的熔化温度为196~C,熔化热为142kJ/kg[].另外,高温无机混合盐除了熔化热大,传热较好外,最大优点是熔融温度可调,转变温度范围宽,可以根据需要把不同的盐配制成相变温度从几百摄氏度至上千摄氏度的储能材料.表1列出了部分无机盐高温相变储能材料热物性值.表1部分无机盐高温相变储能材料热物性值Table1Thermalpropertiesofsomeinorganicphasechangematerials目前,胡宝华等_7]得到氯化物熔盐的适宜使用温度在550~800oC,为氯化物熔盐在太阳能高温利用中的使用提供了宝贵数据.廖敏等[8利用静态熔融的方法制备了碳酸钠一碳酸钾新型熔盐,氯化钠改性后的碳酸熔盐具有熔点I:L--元碳酸熔盐低,相变潜热大和在850℃以下热稳定性好的特点. 国外对混合熔融硝酸盐进行了深入研究,证明两种混合硝酸盐SolarSalt与Hitec非常适合聚光太阳能高温热发电的使用["].V enkatesetti等.将三元盐NaNO3-NaC1-Na2SO4 (86.3mol一8.4mol一5.3mol)和二元共晶混合物NaNO3一NaOH(70mol一30mol)高温循环140次,200次, 300次后分别用DSC测量,得到结论:二元混合物在400℃以下热性能稳定,三元共晶盐在450℃以下热性能稳定.表2部分金属及合金相变储能材料热物性值Table2Thermalpropertiesofsomemetalandalloy phasechangematerials物质(质量分数/)熔化温度/'c熔化热/(kJ/kg)1.1.2高温金属合金相变材料金属相变材料具有储能密度大,储热温度高,热稳定性好,相变时过冷度小,相偏析小等特点,在高温相变储能的应用中具有极大的优势l_】.相变储热材料除金属外热导率一般比较低,如硝酸盐类导热系数一般低于0.5W/(m?K),这样储放热需要更长时间,或在储放热时需要更大的温差口, 而金属的导热系数大,甚至是有机相变材料的几百倍,因此传热能力特好,相应的储能换热设备的体积也小.例如,A1, Cu,Mg,Si,Zn等,它们的相变温度一般介于700～900K之间,导热系数高,相变潜热大,因此成为主要的金属相变储能材料(见表2).张仁元[1]开发了Al一34Mg-6Zn合金,其相变温度为450℃,经过1000次储热循环,相变温度降低了3℃,相变焓降低了1O,对不锈钢容器的腐蚀也较小,经过1000次循环,质量损失为7.2158mg/cm.,腐蚀速度为0.0829mg/d.李辉鹏等l_】]对储能铝硅合金进行热循环实验,经过1600次循环后相变起始温度及相变潜热变化很小,具有优良稳定的储热性能.沈学忠_l.]对铝硅二元共晶合金相变材料进行1800次的热循环,铝硅合金的熔点升高0.42,潜热降低4.7,铝硅合金具有很好的热稳定性.1.1.3高温相变复合储能材料近年来,高温相变复合储能材料应运而生,其既能有效克服单一的无机物或有机物相变储能材料存在的缺点,又可以改善相变材料的应用效果以及拓展其应用范围.(1)金属/无机盐相变复合材料:金属基主要包括铝基(泡沫铝)和镍基等,相变储能材料主要包括各类熔融盐和碱.祁先进等[1胡采用KC03,NaCOLi2CO.,LiOH和NaOH等为相变材料,以多孔质金属镍为原料制备了性能稳定的新型高性能复合蓄热材料.王华等l_2..利用LiF-NaF_ KF,Li2CO3一Na2C03,NaC1一MgC12和Li0H—LiC1分别与多孔质金属镍和铝制成新型的复合相变材料,其具有更高的热储存能力.崔海亭等利用泡沫金属骨架材料附着固一液相变蓄热材料,高温相变蓄热材料占总质量的6O～95.(2)无机盐/陶瓷基相变复合材料:由多微孔陶瓷基体和分布在基体微孔网络中的相变材料(无机盐)复合而成,使用过程中既可以利用陶瓷基材料的显热,又可以利用无机盐的2O?材料导报A:综述篇2011年10月(上)第25卷第1O期相变潜热,而且其使用温度随复合的无机盐种类不同而变化l_2.王华等采用熔渗法进行了LiC1一KC10,I.iF-KF, LiCO.一K:CO.一Na:CO.等相变材料与MgO和SiC多孔陶瓷基体的复合试验研究.黄金等[2制备了NaS()/SiO:定形复合储热材料,并研究了其微观浸润机理和热物理性质.吴建锋等口采用熔融浸渗法将SiC泡沫陶瓷与NaC1复合,成功制备了高温复合蓄热材料.美国Terry等[29,30研究了复合材料的配方,制备工艺和由复合材料制成的元件构成的储热系统的整体性能.Tamme等口完成了NaSO4/SiO和Na—Ba—CO./MgO两种复合储能材料的制备工艺,力学性能和储热性能的研究,并制成了NaSO/SiO.的D30产品,其热物性,力学性能和化学稳定性经多次使用之后并无衰减.(3)多孔石墨/无机盐相变复合材料:此类物质是利用天然矿物本身具有孔洞结构的特点,经过特殊的工艺处理与相变材料复合,如膨胀石墨层间可以浸渍或挤压熔融盐等相变材料l3.DoCoutoAktay等..]用KNO3一NaNO3和膨胀石墨制成导热系数为5～15w/(m?K)的相变储能复合材料,与纯无机混合盐相变材料相比,复合材料的导热系数提高为原来的3～5倍.张焘等_3采用水溶液法制备了二元无机混合盐/膨胀石墨复合相变储能材料,结果表明膨胀石墨对NaNO3-LiNO3(4.5-5.5),Ca(NO3)2一NaNO3(4.0—7.0),Ca(NO3)2-IiNO3(2.0-5.O),Ba(NO.)2-NaNO.(1.0-4.5), LiCI—LiNO.(1.O-10)5种二元无机混合盐的导热系数均有所提高.1.2中温相变材料的循环性能1.2.1水合盐相变材料结晶水合盐通常是中,低温相变储能材料中的重要一类,具有使用范围广,价格较便宜,导热系数大(与有机类相变材料相比),熔解热较大等优点.结晶水合盐的相变温度范围广,提供了熔点从几摄氏度到一百多摄氏度的可供选择的相变材料.一直以来人们在结晶水合盐的研究方面做了很多工作,研究了碱金属,碱土金属以及铝,锌,锰,铁等金属的硫酸盐,磷酸盐,硝酸盐,碳酸盐,醋酸盐,氯化盐等不同结晶水合盐.].Delvalle等利用"doublecell"测试系统对CaC1.?6H.O进行了2000次热循环实验,结果表明相变热和相变温度都没有明显的变化.Jotshi[3.利用铵明矾/硝酸铵共晶盐作为太阳采暖应用,1100次循环后,发现相变热比最初值降低了57o.1.2.2有机类相变材料典型的有机类相变材料有石蜡,酯酸类,多元醇类,高分子交联树脂和一些接枝共聚物等,其优点是固体成型好,不易发生相分离及过冷,腐蚀性较小,但与无机储热材料相比其导热系数较小『3].AtulSharma等[4l_研究了纯度为商品级的乙酰胺,硬脂酸,石蜡经过1500次加速热循环后其融化温度和融化热的变化,发现硬脂酸在一个宽的温度范围融化,有两个熔点并且融化热有大的变化.AhmeSari等[4研究了工业级(纯度为90～97)月桂酸一硬脂酸,肉豆蔻酸一棕榈酸,棕榈酸一硬脂酸共晶混合物作为潜热储存材料的热性能,并且通过360次加速热循环实验研究了这些材料的热稳定性.张东等.]以癸酸(Capricacid,CA),肉豆蔻酸(Myris—ticacid,MA)分子合金为例,研究了脂肪酸类相变材料的高周次热稳定性,并在此基础上分析了利用脂肪酸类相变材料进行建筑物空调用电负荷调峰的应用效果.1.3相变材料的高温循环劣化的表征方法相变材料经过多次相变转换后变得不稳定,会发生缓慢的反应并放出气体,使相变材料的熔点发生变化,甚至导致相变材料的变质.因此,随着实际应用需求的不断提高,对相变材料的热稳定性分析显得尤为重要.目前相变材料的热稳定性分析主要从以下几个方面进行评价¨4】:(1)微量相变材料的DSC分析.利用相变材料多次热循环前后的DSC图像,通过比较分析熔融,结晶的起始,终止温度以及对应相变焓的变化,评定相变材料的热稳定性和劣化程度.(2)质量损失率曲线分析.将一定量的相变材料于相应温度下恒温加热一段时间后取出,冷却称量,用质量损失对时间作图即得到该温度下相变材料的质量损失率.进行多次循环实验,通过质量损失率曲线判定相变材料的劣化程度.(3)热循环储放热分析.以温度对相变材料循环时间作图,得到相变材料的冷热循环曲线.通过在多次升降温的过程中是否保持熔化温度和凝固温度基本不变来衡量相变材料的稳定性及劣化程度.(4)持续高温和热循环前后的组成变化.测定相变材料在热循环前后的X射线衍射图(傅里叶红外光谱图),比较它们的变化.2相变材料与容器的相容性2.1金属材料的腐蚀金属腐蚀是指材料因与环境反应而引起的损坏或变质.金属的腐蚀按照机理可分为化学腐蚀,电化学腐蚀和物理腐蚀.所讨论的相变材料对金属的腐蚀一般属于电化学腐蚀E.根据腐蚀破坏形式的不同,对金属腐蚀程度有不同的评定方法.对于全面腐蚀来说,通常用平均腐蚀速度来衡量.平均腐蚀速度可用失重法,深度法,容量法和电流密度法得NE.2.2相变材料对金属材料的腐蚀相变材料对金属的腐蚀因相变材料种类的不同而不同.一般中低温有机相变材料对金属的腐蚀属于化学腐蚀,而有机液体的腐蚀也属于化学腐蚀;熔盐对金属的腐蚀是电化学腐蚀;熔融金属的腐蚀为物理腐蚀,熔盐与熔融金属对金属容器的腐蚀也可称为高温液态腐蚀.无机盐,金属及合金等在高温下具有较强的腐蚀性,熔盐腐蚀普遍存在于相变材料的应用中.熔盐腐蚀形式分为两类:一类是金属被氧化成金属离子,这是熔盐腐蚀的主要形式,阴,阳极间的电位差是腐蚀反应的推动力,而氧化剂的相变储能材料循环热稳定性及与容器相容性研究概况/张洋等?21? 迁移速度控制腐蚀的反应速度;另一类是以金属态溶解于熔盐中,不伴随氧化作用,如铅浸入氯化铅熔盐中产生的腐蚀.国内外对于相变材料与容器的相容性问题做了大量的研究工作.李辉鹏_4选择铝硅合金作为相变储能材料,在经过240次的热循环测试后,碳化硅试样基本没有被腐蚀,明显比316不锈钢,石墨的抗熔融铝硅合金液腐蚀性能优越.孙立平等_{阳测试了304,316,321不锈钢对熔融盐氯化镁,氯化钾,氯化钠的耐腐蚀性.Heine等[49_研究了4种金属对熔点在235857℃范围的6种熔融盐的耐腐蚀性能.Misra等叨研究了氟化盐和钴基,铁基,镍基结构合金和一些难熔金属的相容性.Faget[5研究了LiOH和氟化物与20种结构合金的相容性,在高于熔点27~28℃的情况下,经过2700次循环和4700次循环后,分析了各种共晶物对不同合金的腐蚀情况.Bradshaw_5]对不锈钢和碳钢在混合硝酸钾和硝酸钠中的腐蚀行为进行了详细的实验.Sandia研究中心(Ns1vrF)_5胡采用6ONaNO3,40KNO3(solarsalt)与硅石(silicasand),石英石(quartziterock)相结合进行研究,研究表明在290~400℃之间,经过553次循环试验后没有出现填料腐蚀性问题.后来,该研究中心又用44Ca(NO.),12%NaNO.,44KNO.(HitecXL)作试验,结果表明在450～5OO℃之间,经过10000次循环试验后,填料与熔融盐相容性仍很好.邹向等_5研究了A3碳钢,1Cr18Ni9Ti,OCrl8Ni9在605℃的铝硅熔体中的腐蚀行为,得出A3碳钢腐蚀层厚度按线性生长,1Cr18Ni9Ti,OCrl8Ni9按抛物线规律生长.余岩等]研究了铝合金处于620℃以下的熔融状态,2mm厚的Q235,OCrl8Ni9Ti,CK;r25Ni20不锈钢等作容器材料的腐蚀行为,并涂以高温涂料进行对比,得出估计使用寿命可在10年以上的结论.张国伟得出了作为电极材料的1Cr18Ni9Ti不锈钢在铝熔液中腐蚀层的厚度约为lO/~m的结论.刘斌等[6对2520,304,321和316L4种常用不锈钢在混合氯化盐中的腐蚀情况进行了实验研究,并与混合硝酸盐的腐蚀特性进行了对比.结果表明,混合氯化熔盐比混合硝酸盐腐蚀性大.2.3应用于相变材料对金属高温腐蚀的研究方法(1)形貌分析对经过多次热循环腐蚀的试样进行表观检查:注意腐蚀产物的形态和分布,以及厚度,颜色,致密度和附着性;对受腐蚀试样进行断口分析,用金相显微镜和SEM扫描电子显微镜观察试片在不同相变材料中腐蚀后的微观表面形貌.(2)表面成分分析采用X射线光电子能谱法和X射线衍射法,显微激光拉曼光谱法,对经不同条件循环腐蚀的容器试片进行表面分析.(3)失重法失重法[45_的具体方法是:选用质量分数为2O的NaOH和浓HC1作剥离液,将腐蚀试样从熔融液中取出,待降至室温后,将其浸人90℃,质量分数为2O%的NaOH溶液中,立即发生剧烈反应,放出大量气体;待反应趋于缓和后取出试样,用大量清水冲洗,并用脱脂棉擦拭试样表面疏松的沉积物;然后浸于室温下的浓HC1中不超过3min,取出后用大量清水冲洗,并用脱脂棉擦拭试样表面疏松的沉积物,最后再浸入9O℃,质量分数为20的NaOH溶液中,重复上述过程数次,直到试样浸入热NaOH溶液中无气泡产生为止, 也就是说表面的氧化物剥离干净了,然后干燥称重.剥离层(腐蚀层)的厚度由式(1)计算:D重=am/(S?p)'(1)式中:D失为腐蚀层的厚度;Am为腐蚀层的质量;S为试样表面积;为材料的质量密度.相应的腐蚀速率:V|一△/(S?)(2)式中:t为腐蚀时间.(4)深度法_446_直接测量腐蚀前后或腐蚀过程中某两个时刻的试样厚度.3结语相变储能材料特别是高温熔盐在节能和合理利用能源方面的应用,其各种化学,物理性质还缺乏一个国家或国际标准来标定;各种相变材料生命周期问的热稳定性(热循环) 以及与容器的相容性(腐蚀性)数据资料不充分,且没有一个国家或国际统一标准来标定腐蚀程度;随着相变材料的相变温度升高,测量相变材料的经典方法面临着挑战,需要发展高温状态下相变材料各种热物理性质的测试方法和测试流程.虽然对相变储能材料的研究还有许多要解决的问题,需要更加深入的研究,但是在不久的将来会有更多类型的相变储能材料应用于社会的各个领域中,特别是太阳能热发电技术日渐成熟,发电成本不断降低,太阳能热发电将进入商业化,为节约能源作出贡献.参考文献1刑玉民,崔海亭,袁修干.高温熔岩相变储热系统的数值模拟EJ].北京航空航天大学,2002,28(3):2952林怡辉.有机一无机纳米复合相变储热材料的研究[D].广州:华南理工大学,20013张仁元.相变材料与相变储能技术[M].北京:科学出版社, 20094BelenZalba,JoseMMarin,LuisaFCabeza,eta1.Review onthermalenergystoragewithphasechangematerials,heat 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α-氧化铝的相变及晶体生长的控制孙志昂;蒋晓辉;沈乐【摘要】综述了α-氧化铝相变的机制及相关影响因素.通过研究分析不同矿化剂和煅烧温度、时间等条件对α-氧化铝相变过程和α-晶体结构的影响,为α-氧化铝生产过程及最终产品质量的控制提供了参考依据.【期刊名称】《陶瓷》【年(卷),期】2017(000)010【总页数】5页(P30-34)【关键词】α-氧化铝;矿化剂;相变;过程控制;晶体【作者】孙志昂;蒋晓辉;沈乐【作者单位】中国长城铝业公司河南长兴实业有限公司郑州 450041;中国长城铝业公司河南长兴实业有限公司郑州 450041;中国长城铝业公司河南长兴实业有限公司郑州 450041【正文语种】中文【中图分类】TQ174.75+8α-氧化铝又称煅烧氧化铝、高温氧化铝，是氧化铝最稳定的相，具有熔点高、硬度大、绝缘耐磨性能好，耐酸碱等一系列优点，且原料易得，被广泛应用于耐火材料、各种陶瓷材料、研磨抛光材料及玻璃和化工材料等许多领域。

评价α-氧化铝质量及性能的指标一般有α转化率(即α相含量)，α-氧化铝原晶的大小(又称原晶，单晶或一次晶粒)，α-氧化铝的晶体形状以及杂质含量。

这里主要是指氧化钠和硅、铁含量等。

有些行业甚至要求分析重金属及稀土含量等。

对于氧化铝陶瓷来说，α-氧化铝中的钠含量是一个重要指标。

尽管由于用途不同，各行业对α-氧化铝性能的要求也不同，但却有一个共同的要求，即产品质量批次之间的稳定性。

所谓稳定性主要是指各批次之间产品的物理化学指标的一致性。

对于用户来说α-氧化铝的原晶大小、形状及化学成分应保持稳定，这样才能满足用户的要求。

如在氧化铝陶瓷生产中，成形性能、烧成温度、制品的收缩率以及机电性能等均取决于α-氧化铝的转化率、Na2O含量和原晶大小及研磨后粉体的d50值。

在研磨抛光行业，对α-氧化铝的成分基本没什么要求，而α-氧化铝的晶体大小、形状却是关键指标，它直接影响到研磨抛光过程中的光亮度和磨削力。

先进高温氧化铝材料的制备与性能研究先进高温氧化铝材料是一种在高温下具有极高稳定性和优异性能的材料。

其在制备过程中需要进行精细的控制，以保证材料的质量和性能。

近年来，随着科技的发展，先进高温氧化铝材料在航空航天、核能、电子等领域得到了广泛应用，成为了现代工业发展的重要材料之一。

本文就先进高温氧化铝材料的制备与性能研究进行探讨。

一、先进高温氧化铝材料的制备技术先进高温氧化铝材料的制备可以采用多种方法，常见的有热等静压烧结法、热等静压热处理法、自蔓延高温合成法等。

其中自蔓延高温合成法是近年来发展最快、最有前景的方法之一。

自蔓延高温合成法是通过控制反应温度、反应速率和反应路径来实现材料的自发燃烧合成。

该方法具有成本低、生产效率高、能够制备大尺寸、非均相材料等优点。

同时，该方法也具有制备难度大、工艺控制复杂等问题。

二、先进高温氧化铝材料的性能研究先进高温氧化铝材料具有优异的热稳定性、机械强度和化学稳定性等性能。

其中，热稳定性是评价先进氧化铝材料优劣的主要指标之一。

在高温环境下，先进高温氧化铝材料具有稳定的力学性能和化学性质。

其中包括优异的高温力学性能、高温氧化和腐蚀性能、高温导热性和高温压缩性能等。

先进高温氧化铝材料的高温力学性能是其最基本的稳定性能之一。

在高温环境下，材料的抗拉强度和抗应力裂纹增长能力会受到热应力的影响。

同时，在高温下，材料的变形过程中也会出现塑性流动和热膨胀等问题，这些都会对材料的机械性能带来一定的影响。

高温氧化和腐蚀性能也是先进高温氧化铝材料的重要性能之一。

在高温环境下，材料会受到氧气和其他气体的影响，这些气体可能会与材料表面反应，产生氧化物和其他化合物，从而影响材料的性能。

因此，优异的高温氧化和腐蚀性能对于先进高温氧化铝材料的应用具有十分重要的意义。

高温导热性能是指材料在高温下传导热量的能力。

在高温环境下，材料容易出现热膨胀和热应力等问题，这些问题会影响材料的热传导性能。

因此，优异的高温导热性能对于先进高温氧化铝材料的研究具有很大的意义。

材料科学中的相变与相稳定性研究相变和相稳定性是材料科学中重要的研究方向，它们对于理解材料的性质和应用具有关键作用。

相变是指物质在一定条件下从一种相态转变为另一种相态的过程，而相稳定性则是指物质在一定条件下保持某种相态的能力。

本文将从理论和实验两个方面介绍材料科学中相变与相稳定性的研究进展。

一、理论研究材料的相变和相稳定性研究常常需要依靠理论模型和计算方法。

在相变研究中，一种常见的理论模型是自由能模型。

自由能是描述物质系统能量的函数，通过计算不同相态的自由能变化，可以确定相变发生的条件和过程。

此外，晶格动力学模型也被广泛应用于相变研究中，它考虑了晶格振动对物质结构的影响，并能够模拟相变的动力学行为。

对于相稳定性的研究，理论计算方法在材料科学中发挥着重要的作用。

例如，通过密度泛函理论等第一性原理计算方法可以计算材料的能带结构、原子结构和电子态密度等物理性质，从而预测材料的相稳定性和性能。

此外，相场模型和微观动力学模拟等方法也可用于研究材料的相稳定性。

这些理论模型和计算方法为相变和相稳定性的研究提供了有力的理论支持。

二、实验研究材料科学中的相变和相稳定性也需要通过实验手段进行研究。

实验方法主要包括热分析、X射线衍射、电子显微镜等。

热分析是一种常用的方法，可以通过对材料加热或降温过程中的热量变化进行测量，来研究相变的发生温度、吸放热等性质。

X射线衍射可以确定材料的晶体结构和晶格常数，进而研究相变过程中晶体结构的变化。

电子显微镜则可以观察材料微观结构的演变过程，揭示相变的原位特性。

在实验研究中，科学家们还开展了很多有关相变和相稳定性的前沿研究。

例如，自发晶化相变研究表明，一些非晶态材料在一定条件下会发生自发结晶，从而形成具有特殊性质的晶态材料。

此外，通过调控材料中的缺陷结构，科学家们也成功实现了一些新型相态的实验构建，为相变和相稳定性的研究提供了新的思路和方法。

三、在材料应用中的意义相变和相稳定性的研究对于材料科学的应用具有重要意义。

氧化铝在固态锂电池的应用概述说明以及解释1. 引言1.1 概述固态锂电池作为一种新型的高能量密度、高安全性的储能装置，正逐渐受到广泛关注和研究。

在固态锂电池中，氧化铝作为一种重要的材料，在其应用方面也备受关注。

本文旨在对氧化铝在固态锂电池中的应用进行概述说明，并对其优势与挑战进行分析。

1.2 文章结构本文将分为五个部分进行详细阐述：引言部分介绍了文章的背景和目的；第二部分将围绕氧化铝在固态锂电池中的应用展开讨论，包括概述说明、运用场景以及相关优势与挑战；第三部分将从理论角度对氧化铝作为材料的特性进行分析，并解释其在固态锂电池中的作用机制；第四部分将介绍实验研究和案例分析，包括典型实验研究、实验结果与数据分析，以及应用案例剖析与总结；最后一部分将给出结论总结，并探讨存在问题并提出改进建议，同时展望氧化铝在固态锂电池领域的后续发展方向。

1.3 目的本文的目的是系统地介绍氧化铝在固态锂电池中的应用。

通过概述、理论解释和实验研究，全面分析氧化铝作为材料在固态锂电池中的特性、运用场景以及优势与挑战。

同时，希望能够总结出相关实验结果和数据，并通过应用案例剖析，对氧化铝在固态锂电池中的实际应用进行深入探讨。

最后，结合已有研究成果和结果，给出结论并展望氧化铝在固态锂电池领域未来的发展方向。

通过本文的撰写，旨在为研究人员提供关于氧化铝在固态锂电池应用方面的全面参考，并为进一步推动该领域的研究做出贡献。

2. 氧化铝在固态锂电池的应用：2.1 概述说明：氧化铝是一种广泛应用于固态锂电池中的材料。

它具有优良的热稳定性、高电子导率以及良好的离子导率等特性，使其成为一种理想的固体电解质材料选项。

本节将对氧化铝在固态锂电池中的应用进行详细概述。

2.2 运用场景：氧化铝主要被应用于固态锂电池的电解质层。

在传统液态锂电池中，液体电解质承担着离子传输和隔离正负极之间的职责。

但是，液态电解质存在着易燃、挥发性高等安全问题。

而通过采用氧化铝作为固体电解质，可以增强固态锂电池的安全性能，并有效解决液体电解质可能引发的事故隐患。

氧化铝蓄热球氧化铝蓄热球是一种利用氧化铝材料的热容性质来实现热储存和释放的装置。

它在许多领域中得到了广泛的应用，特别是在建筑、能源和环境领域。

下面将详细介绍氧化铝蓄热球的原理、应用和优势。

我们来了解一下氧化铝蓄热球的原理。

氧化铝是一种常见的无机化合物，具有较高的热容量和导热性能。

当氧化铝暴露在高温环境中时，它会吸收热量并储存起来。

当温度下降时，氧化铝会释放储存的热量，起到保温和热释放的作用。

基于这一原理，氧化铝蓄热球可以在短时间内吸收大量的热量，并在需要时释放出来，起到调节温度的作用。

氧化铝蓄热球在建筑领域中有广泛的应用。

在冬季，氧化铝蓄热球可以吸收白天阳光的热量，并在夜晚释放出来，提供室内温暖的环境。

在夏季，它可以吸收室内的热量并储存起来，在夜间释放出来，起到降温的作用。

这种使用方式不仅可以减少室内的能耗，还可以提高室内舒适度。

此外，氧化铝蓄热球还可以用于太阳能集热器的储热系统，提高太阳能的利用效率。

在能源领域，氧化铝蓄热球可以应用于储能系统中。

储能是解决可再生能源波动性的关键技术之一。

氧化铝蓄热球可以在低负荷时段吸收多余的电能并储存起来，在高负荷时段释放出来，平衡电网的负荷需求。

这种储能方式具有高效、环保的特点，对于提高能源利用率和稳定电网运行具有重要意义。

氧化铝蓄热球还可以应用于环境工程领域。

例如，在工业废气处理过程中，氧化铝蓄热球可以吸收废气中的热量，减少废气排放对环境的影响。

同时，它还可以用于水处理过程中的热回收，提高能源利用效率。

氧化铝蓄热球相比于其他储热材料具有许多优势。

首先，它具有较高的热容量和导热性能，可以在短时间内吸收和释放大量的热量。

其次，氧化铝材料稳定性好，使用寿命长，不易受到外界环境的影响。

此外，氧化铝蓄热球的制备工艺相对简单，成本较低，易于大规模生产。

氧化铝蓄热球作为一种能够储存和释放热量的装置，在建筑、能源和环境领域具有广泛的应用前景。

它不仅可以提高能源利用效率，减少能源消耗，还可以改善室内和工业环境的舒适度，减少对环境的影响。