柔性染料敏化太阳能电池(Flexible Dye-Sensitized Solar Cell, FDSSC)是以聚合物或金属等柔性材料为基底的染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cell, DSSC)。相比于刚性DSSC, 其具有可弯曲、低成本、易大面积加工和应用范围广等优点, 越来越受到人们的关注。柔性染料敏化太阳能电池TiO₂光阳极的制备方法, 根据热处理温度的不同可以分为低温和高温制备方法,其中包括化学法、压力法、电泳沉积法、转移法、金属基底上的制备以及一些新的制备方法等。本文结合DSSC光阳极中电子的传输和复合的基本原理, 针对电极的各制备方法进行了综述, 并对电池的相关性能作了一定的介绍; 最后,对FDSSC未来的发展前景和有潜力的研究方向进行了展望。

冷冻干燥法作为一种制备多孔材料的技术在过去的十多年中发展迅速, 尤其是通过此法制得的多孔陶瓷展现出独特的微观结构和优良的力学性能, 引起了各国学者极大的研究兴趣, 成为当前多孔陶瓷的一个研究热点。 本文目的是回顾冷冻干燥技术的发展历史, 详细介绍了冷冻干燥技术的基本原理、特点, 工艺过程的影响因素, 以及潜在应用, 并指出了冷冻干燥法的发展趋势。

以天然矿物埃洛石为模板, 蔗糖为碳源合成了具有“壳-核”结构的中孔炭。通过SEM、TEM、N₂吸附、XRD、Raman、TG对样品进行了形貌和结构表征。结果表明: 模板炭具有一维管状结构, 与埃洛石具有相似的形貌。经过700℃和900℃炭化后的模板炭比表面积达到了945 m²/g和1147 m²/g, 孔容和中孔率也较埃洛石有了很大的提高。去除模板后得到的模板炭具有很高的纯度, 为无定形炭。升高炭化温度, 模板炭的拉曼特征参数R值降低, 热分解温度由563℃提高到623℃。同时, 对模板炭的形成过程及孔道形成机理进行了分析和讨论。

多壁碳纳米管(MWCNTs)、粘土和多面齐聚半硅氧烷(POSS)组成的杂化碳纳米纸是通过碳纳米管巴基纸制备工艺制备而成, 碳纳米纸可做为表面防火层与聚合物基复合材料共固化成型。利用场发射扫描电镜(FESEM)和BJH法分别对碳纳米纸和杂化碳纳米纸微观结构和平均孔径分布进行表征。利用锥形量热仪在热辐射功率50 kW/m²条件下分析外贴碳纳米纸复合材料及复合材料对比样的防火特性。燃烧实验结果表明: 碳纳米纸和杂化碳纳米纸作为防火层的复合材料的峰值热释放速率(PHRR)与复合材料对比样相比分别下降20.2%和35%, 同时CO释放量和烟释放量也明显降低。通过FESEM研究表明燃烧实验后外贴杂化碳纳米纸复合材料的燃烧残余物表面形成了一层致密的积炭物结构, 防火阻燃性能明显提高。

以两种不同配比Y₂O₃/Al₂O₃ (A, 2:3; B, 3:1, 总量15 wt%)为烧结助剂, 通过添加不同质量分数的SiC粉体,反应烧结制备了高强度的氮化硅/碳化硅复相陶瓷。并对材料的相组成、相对密度、显微结构和力学性能进行了分析。结果表明: 在1700℃保温2 h情况下, 烧结助剂A 与B对应的样品中α-Si₃N₄相全部转化为β-Si₃N₄; 添加5wt% SiC, 烧结助剂A对应样品的相对密度达到最大值94.8%, 且抗弯强度为521.8 MPa, 相对于不添加SiC样品的抗弯强度(338.7 MPa)提高了约54.1%。SiC能有效改善氮化硅基陶瓷力学性能, 且Si₃N₄/SiC复相陶瓷断裂以沿晶断裂方式为主。

在中孔SiO₂(SG)和微孔Hβ分子筛(Si/Al=25、60、80)组成的复合载体上, 制备了多功能Co基费托合成催化剂, 考察了其合成航空燃油类烃(C₈~C₁₈)的性能。XRD、FTIR、H₂-TPR、N₂-物理吸附研究表明: Hβ 的引入, 使得Co/SG/Hβ催化剂具有一定酸性和微孔结构。随分子筛硅铝比的降低, 催化剂红外图谱的特征波数向低波数移动, 酸性有所提高, 中孔SiO₂消弱了其酸性及载体与金属粒子相互作用, 提高了Co分散和还原度及加氢活性。Hβ的微孔结构和酸性促进了初级产物裂解及异构化反应, 提高了异构烃类选择性。Co/SG/Hβ(80)催化剂较大的比表面积和微孔体积及适当的酸性中心是其高活性(CO转化率95.7%)及高航空燃油类烃选择性(42.3%, 其中异构烃为27.6%)的关键因素。

通过溶胶-凝胶和静电纺丝技术相结合的方法, 成功制备不同复合浓度聚乙烯吡咯烷酮(PVP)/钛酸四正丁酯(Ti(OC₄H₉)₄)/钨酸铵(N₅H₃₇W₆O₂₄·H₂O)前驱体。通过控温煅烧获得不同煅烧温度、不同复合浓度的TiO₂/WO₃微纳米纤维复合材料。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis )技术对样品进行表征。以亚甲基蓝(MB)的光降解为模型反应, 研究TiO₂/WO₃微纳米纤维复合材料在紫外光照射下的光催化活性。结果表明, 煅烧温度500℃时, n(Ti):n(W) = 12:1形成WO₃掺杂的TiO₂微纳米纤维及n(Ti):n(W) = 4:1形成的TiO₂/WO₃复合微纳米纤维的光催化活性均高于纯TiO₂。

采用提拉法生长了白光LED用Ce:YAG单晶, 通过吸收光谱、激发发射光谱和变温光谱对其光学性能和热稳定性进行了表征, 并研究了晶片用于封装白光LED光源中各因素对其光电性能的影响。Ce:YAG晶片能被466 nm波长的蓝光有效激发, 产生500~700 nm范围内的宽发射带。Ce³⁺的4f→5d轨道的跃迁吸收对应于202、219、247.3、347.4和455.5 nm五个吸收峰, 据此量化分裂的5d能级能量, 依次为21954、29154、40437、45662和49505 cm^-1。温度升高, Ce³⁺的²F_7/2能量升高导致了发光强度的降低, 可降低幅度(13.28%)不大, 比肩国家标准且要优于目前商用白光光源的Ce:YAG单晶制白光LED光源的封装工艺, 从芯片、驱动电流、晶片厚度和添加物四方面进行讨论。研究结果表明, Ce:YAG单晶是一种新型白光LED用荧光材料。

采用溶胶-凝胶法制备出匀质、比表面积高的La_0.6Sr_0.4CoO_3-δ(LSC)阴极前驱体粉体以及其与Ce_0.8Gd_0.2O_2-δ (CGO)的复合阴极粉体, 并通过TGA、XRD和BET等手段对粉体进行表征; 结果表明: LSC阴极前驱体经在高温氩气中煅烧和在空气中850℃退火2 h后能够完成成相, 这相应于功能梯度阴极的制备和SOFC电池堆工作前的退火条件, LSC/CGO和LSC分别沉积在NiO/YSZ阳极支撑的SOFC半电池CGO阴极阻挡层上, 功能梯度阴极在氩气中分别在900、950、1000℃温度下进行烧结, SEM和EDX分析发现功能梯度阴极与CGO阻挡层结合良好, 但SrZrO₂可在YSZ-CGO界面层中形成。LSC原位成相后的单电池性能测试表明, 输出性能随着烧结温度的降低而提高, 相比而言900℃为最佳烧结温度。

以经活化处理的石墨烯(AG)为主体材料, 通过化学还原法制备了石墨烯负载硫的复合正极材料AG/S。SEM、EDX和TEM测试结果表明经活化处理后形成手风琴结构的AG, 有利于电解液的浸润; 活性物质硫均匀地负载在AG表面, 同时沉积在AG的层间。电化学测试表明: 在400 mA/g电流密度下, AG/S复合正极材料首次放电比容量为1452.9 mAh/g, 经过200次循环之后, 放电比容量仍保持在909.7 mAh/g; 在1000 mA/g电流密度下, AG/S复合材料首次放电比容量为1309.9 mAh/g, 经过200次循环之后, 放电比容量仍保持在717.1 mAh/g。AG/S复合正极材料的倍率性能、库仑效率和循环性能优异, 这得益于小尺寸的硫在材料中均匀分布, 活化石墨烯优良的导电性以及其结构对硫的固化作用。

采用固相反应法制备添加Ta₂O₅的NiCuZn铁氧体, 研究了不同Ta₂O₅含量对NiCuZn铁氧体显微结构, 静磁性能和高频损耗的影响。结果表明: Ta₂O₅具有细化NiCuZn铁氧体晶粒的作用, 可降低材料的烧结密度。随着Ta₂O₅含量的增加, 样品的饱和磁感应强度和起始磁导率单调减小, 矫顽力则逐渐增大, 截止频率逐渐升高, 而高频损耗呈先降低后增加的趋势, 其主导因素由剩余损耗逐渐过渡到磁滞损耗。当Ta₂O₅含量为0.12wt%时, 样品在3 MHz、10 mT、100℃下总损耗最小, 为139 mW/cm³, 其中磁滞损耗和剩余损耗分别为93 mW/cm³和46 mW/cm³。

采用SiO₂水溶胶(ACS)为硅源, H₃PO₄为桥联剂, H₂O₂为活化剂在玻璃表面成功制备了一种性能优异的新型减反膜。利用FTIR、XRD、FESEM、TEM、AFM对薄膜结构、形成机理及性能进行了研究, 结果表明, 在成胶过程中, H₂O₂的导入有效修复了SiO₂胶粒的表面羟基, 提高了SiO₂的反应活性; 而在焙烧过程中, H₃PO₄通过其自身脱水形成的偏磷酸链状体分别与SiO₂胶粒及玻璃基底表面的Si-OH进行了脱羟基缩聚, 构架了坚固的Si-O-P网络交联, 最终形成了稳定的磷硅酸盐凝胶网络结构, 提高了成膜质量。当n(H₃PO₄) : n(H₂O₂) : n(EtOH) : n(SiO₂)= 0.49: 0.52: 30: 1时, 制备的SiO₂减反膜在可见光区平均透光率高达98%, 硬度可达6H。

本研究采用剧烈-温和阳极氧化(hard anodization-mild anodization, HA-MA)结合快速制备高度有序多孔阳极氧化铝(porous anodic alumina, PAA)膜的方法, 即先利用HA在铝表面快速形成有序凹坑阵列, 然后再对表面留有有序凹坑的铝基进行温和阳极氧化, 制备出有序PAA膜。研究了剧烈阳极氧化时氧化电压、氧化时间对所制备PAA膜有序度的影响。研究结果表明, HA-MA结合法制备PAA膜的优化HA参数为: 0.3 mol/L硫酸、80 V、10 min。HA-MA结合法所制备PAA膜的有序性和机械稳定性与二步温和阳极氧化法的相近, 但形成有序PAA膜所需的时间为4.5 h, 约为温和阳极氧化法的1/4, 极大地提高了高度有序PAA膜的制备效率。

利用硅灰石(CaSiO₃)和β-磷酸三钙(β-TCP)在骨损伤环境中降解速率存在显著性差异的基本特性, 以海藻多糖凝胶球为模板, 运用层-层包裹方法构建CaSiO₃、β-TCP交替包裹的多壳层化中空微球。首先, 将海藻酸钠与硅酸钠的混合水溶胶逐滴加入到温和搅拌的硝酸钙水溶液中, 形成由水合硅酸钙盐为壳层的海藻多糖基复合微球, 然后将该复合微球依次浸入到含β-TCP的海藻酸钠溶液和含CaSiO₃的海藻酸钠溶液中, 温和搅拌后将微球悬浮液分离, 再经真空冷冻干燥和850℃煅烧处理, 从而获得以CaSiO₃为最内壳层并具有双壳层或三壳层的中空微球。按类似步骤也可以制备以β-TCP为最内壳层的多壳层中空微球。运用SEM、EDX、XRD和FTIR对该类微球的微结构和组成进行了分析。运用弱酸性Tris缓冲液(pH=5.2)对双壳层中空微球的降解。实验证明, 缓冲液中硅、磷浓度变化特征与其外壳层、内壳层化学组成(即β-TCP或CaSiO₃)密切相关。本研究结果对构建降解速率阶段可调的复合陶瓷多孔生物材料以及研究原位骨再生效率与孔道网络演化规律之间关系等具有重要学术价值。

紫禁城清代建筑琉璃瓦是我国琉璃技艺的精华, 但是部分现存的琉璃瓦却出现了变色、污染、开裂、风化、剥釉等损坏。本工作针对剥釉损坏, 以异佛尔酮二异氰酸酯和3-氨基丙基三乙氧基硅烷为反应原料, 设计合成了具有桥联结构的硅氧烷(BSQ), 一种新型有机无机杂化材料, 并将其用于琉璃瓦的保护。测试了保护后琉璃瓦的吸水率、接触角、色差、透气性、抗压强度等参数; 并对保护后的琉璃瓦进行了耐化学侵蚀、耐冻融实验。结果表明, 保护后的琉璃瓦具有较好的憎水性, 强度得到提高, 釉面剥落现象得到明显的抑制。

采用湿化学-后续热处理技术, 合成了掺钴尖晶石锰酸锂材料。X射线衍射(XRD)分析结果表明, 钴的掺入没有改变材料的Fd3m结构。扫描电子显微镜(SEM)分析表明, 所合成的材料颗粒均匀, 形貌规整, 粒径分布较窄。透射电子显微镜(TEM)结果表明, Li_1.035Co_0.035Mn_1.930O₄具有完好的结晶态。充放电测试结果表明, 在室温下钴掺杂能够提高材料的电性能。当产物为Li_1.035Co_0.035Mn_1.930O₄时, 其电性能达到最优: 以0.5C充放电,首次放电容量为113 mAh/g, 经过100次循环后容量保持率为93.8%, 经过4C放电后仍然能够保持0.5C放电容量的76.1%; 而未掺钴的Li_1.035Mn_1.965O₄经过4C放电容量仅保持0.5C放电容量的64.8%。电化学阻抗测试结果表明, 钴离子的掺杂能够提高锰酸锂材料的锂离子扩散速率。

在碱性催化条件下, 以正硅酸乙酯为前驱体,制备了一种新的、光谱性能持效的短波长减反膜。溶胶制备中,采用20氟基-1, 12-十二醇（PFG）控制了二氧化硅颗粒的结构和尺寸,从而一定程度地减小了薄膜的折射率。以PFG修饰的二氧化硅为基础,再采用甲基丙烯酸六氟丁酯的聚合物(PHFBMA)对溶胶进行改性,得到了适用于熔石英基底的PHFBMA/PFG/SiO₂减反膜。该改性减反膜在300 nm左右可以达到99.9%的透过率,并且一定湿度条件下和含有机污染物的真空腔室内的考察结果表明,该改性膜层的透过率稳定性获得了显著提升。