李延芳
,
张文沛
,
沈星
,
彭鹏飞
,
熊良斌
,
余颖
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)60991-3
光催化还原CO2生成烃类燃料是一种可同时解决全球变暖和能源危机问题的最有效途径之一。尽管这方面的研究已经取得了一定的进展，但是整体的光催化转换效率还非常低。因此，需要发展更加高效的催化剂。由于半导体材料禁带宽度与太阳光谱相匹配，人们已经对其进行了广泛研究。其中TiO2因具有无毒、强氧化性以及良好的光学和电学性质等而成为最主要的研究对象。但是对于光催化还原CO2反应来说， TiO2仍存在很多不足，如只能吸收太阳光谱中的紫外光，光生载流子会快速结合，以及光生空穴的强氧化能力等，这些都限制了其光催化还原CO2的效率。采用窄禁带宽度半导体修饰TiO2是解决上述不足的有效途径之一。本文采用简单的电化学方法成功制备了一种由窄禁带半导体Cu2O修饰的TiO2纳米管(TNTs)的复合物，并运用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及X射线光电子能谱(XPS)表征了所制备复合物的形貌、化学组成和结晶度。表征结果显示，所制备的TiO2为整齐排列的纳米管阵列结构；复合物中的纳米颗粒为Cu2O；当电化学沉积Cu2O的时间为5 min时，得到的Cu2O纳米颗粒初步呈类八面体结构。随着沉积时间的增加， Cu2O颗粒尺寸增加，具有八面体结构。 XRD和XPS结果表明， TiO2纳米管为锐钛矿，八面体Cu2O纳米颗粒的主要暴露晶面为(111)面。我们还进一步研究了不同量Cu2O纳米颗粒修饰的TiO2纳米管复合物在可见光以及模拟太阳光下光催化还原CO2的能力。在可见光下，由于自身的禁带宽度，纯净的TiO2纳米管没有任何光催化还原CO2的能力；经过Cu2O纳米颗粒的修饰，复合物显现出明显的光催化还原CO2的能力，其中经过30 min Cu2O沉积的TNTs具有最高的光催化效率。在模拟太阳光下，经过15 min Cu2O沉积的TNTs具有最高的光催化效率。在所有光催化还原CO2过程中，主要碳氢产物为甲烷。为了深入地理解该复合体系在还原CO2中的高催化效率，我们对催化剂进行了进一步的表征。紫外-可见漫反射光谱表明， Cu2O八面体纳米颗粒的沉积将TNTs的吸收光谱拓展到了可见光区域，提高了复合物对太阳光的吸收能力。此外，我们还通过测试所制样品的光电流反应、荧光发射光谱以及电化学阻抗谱，研究了催化剂中光生电子和空穴的分离和迁移能力。结果表明，适量的Cu2O沉积提高了复合物对光的吸收能力，增加了光生载流子的数量，从而使更多的光生载流子参与光催化反应。综上，本文首次报道了八面体Cu2O纳米颗粒修饰TNTs复合物的光催化还原CO2的能力。在一定量的Cu2O纳米颗粒修饰下，该复合物在光催化还原CO2生成烃类反应中表现出高效性。经过一系列详细的表征和讨论，我们认为其高效性主要源于三个方面：(1) TNTs的管状结构为反应物的吸附提供了大量的活性位点，同时一维的管状结构更有利于光生载流子的运载，从而提高了电子和空穴的分离；(2) Cu2O纳米颗粒的修饰提高了催化剂对光的吸收，促进催化剂最大程度地利用太阳光；(3) TiO2和Cu2O之间导带以及价带位置的匹配，在减少光生载流子复合的同时也降低了TiO2价带上空穴的氧化能力，从而抑制了CO2还原产物的再氧化过程。
关键词:
二氧化钛纳米管阵列
,
八面体氧化亚铜纳米颗粒
,
光催化二氧化碳还原
,
碳氢产物
,
光催化活性
沈星
,
万建国
材料导报
Rainbow功能陶瓷是一种具有内部应力偏移、兼有氧化层和还原层、并具有特殊拱形结构的铁电类陶瓷,在电场作用下,可以产生很高的轴向位移,能承受比一般铁电陶瓷更大的应力,是一种具有广阔应用前景的驱动材料.讨论了Rainbow功能陶瓷的制备方法、结构特点和驱动机理,并指出了Raimbow功能陶瓷的发展趋势.
关键词:
Rainbow功能陶瓷
,
驱动材料
,
制备方法
,
驱动机理
刘永刚
,
沈星
,
赵东标
,
裘进浩
宇航材料工艺
doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2007.05.005
以提高交叉指形电极压电纤维复合材料诱导应变和挟持应力为目的,采用有限元软件ANSYS分析了电极区聚合物参数、交叉指型电极结构和压电相体积分数对压电纤维复合材料诱导应变和挟持应力的影响.结果表明:增加电极区聚合物的介电常数或减小电极区聚合物的厚度,能够提高元件的诱导应变和挟持应力,元件诱导应变最大可达173με;减小分支电极的周期或者适当增大分支电极的宽度,可以有效地提高元件的作动性能;提高压电纤维体积分数,有利于提高元件的作动性能.
关键词:
压电纤维复合材料
,
有限元
,
交叉指形电极
,
聚合物
,
体积分数
沈星
,
万建国
材料科学与工程学报
doi:10.3969/j.issn.1673-2812.2004.03.031
RAINBOW(Reduced And Internally Biased Oxide Wafer)压电陶瓷具有内部应力偏移,兼有还原层和未还原化层,并有特殊的拱形结构.在电场作用下,可以产生很高的轴向位移,能承受比一般压电陶瓷更大的应力载荷,是一种具有广阔应用前景的驱动材料.本文综述了RAINBOW压电陶瓷的力学分析方法、还原机制、微观组织结构、驱动特性,并指出了RAINBOW压电陶瓷的发展趋势.
关键词:
压电陶瓷
,
还原机制
,
微观组织结构
,
驱动特性
刘永刚
,
沈星
,
赵东标
,
裘进浩
机械工程材料
doi:10.3969/j.issn.1000-3738.2007.08.012
采用有限元法分析了外电压作用于交叉指形电极(IDE)压电纤维复合材料时的静电场分布,讨论了静电场对元件极化和动作性能的影响,研究了电极区聚合物的介电常数和厚度尺寸及其IDE分支电极宽度和电极中心距对压电纤维复合材料静电场的影响.结果表明:增加电极区聚合物的导电性或减小电极区聚合物的厚度,压电纤维复合材料静电场可以得到显著提高,同时,元件横向应变可以提高108倍,横向应力可以提高43倍;IDE参数对电场的均匀区域大小和电场强度大小影响比较大.
关键词:
静电场
,
有限元法
,
压电纤维复合材料
,
交叉指形电极
沈星
,
万建国
功能材料
还原制备了基于RAINBOW结构的反铁电陶瓷,给出了试样还原层微观结构及其还原规律;测试了试样的驱动性能并讨论了影响因素.研究结果表明:反铁电陶瓷还原性能较好,理想的还原条件为870℃保温2～3h;RAINBOW试样在相对较低的电场强度下即可发生反铁电-铁电相变,并得到很大的轴向位移(约190μm);承载方向对试样的驱动性能具有决定性的影响.
关键词:
反铁电陶瓷
,
RAINBOW
,
驱动器
,
驱动性能
,
大位移
李杰锋
,
沈星
,
杨学永
材料导报
形状记忆合金(SMA)驱动元件作为变体机翼产生变形的动力源,是变体机翼应用研究中的关键.综述了不同类型SMA驱动的变体机翼的设计原理及实现方式,对其中的SMA驱动机构性能特点进行了讨论和详细分析,最后对今后研究中需关注的要点提出了见解,以期促进SMA驱动的变体机翼的发展.
关键词:
变体机翼
,
形状记忆合金
,
驱动
沈星
,
袁慎芳
,
王鑫伟
材料工程
doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2004.03.011
为研制具有超大位移的RAINBOW压电驱动器,实验研究了制备该器件的PLZT压电陶瓷的高温还原行为.采用XRD,SEM等方法研究了还原样品的物相组成及其微观结构,对PLZT在高温下被石墨还原的过程和机理作了解释.研究表明,PLZT具有较好的还原性能,还原层厚度与时间有线性关系,理想的还原条件为:950℃保温1～1.5h;还原样品有明显的分层结构,还原层表现出穿晶断裂而未还原层则是沿晶断裂的特征;还原层主要由金属Pb及PbO,ZrO2,TiO2等氧化物组成,原先的晶体结构已不存在.
关键词:
压电驱动器
,
压电陶瓷
,
还原行为
,
物相组成
,
微观结构
沈星
,
冯伟
,
李仁
材料科学与工程学报
doi:10.3969/j.issn.1673-2812.2005.06.004
基于铁电陶瓷的RAINBOW元件是一种具有内部应力偏移,含有还原层,并有特殊结构的大位移铁电驱动器.本文通过力学方法分析了其应力分布状态,并建立了相应的有限元模型.结果表明,两种分析方法得到了相同的规律,即还原层厚度比率为1/3时元件内部的应力状态最优,有利于获得最大的电场诱导位移.
关键词:
铁电陶瓷
,
驱动器
,
应力
,
有限元
