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混合型高温超导发电机采用高温超导带材作励磁材料,结构上与传统电机有较大的不同,设计方法也不尽相同.本文基于傅里叶变换将超导发电机的励磁集中绕组等效为沿转子圆周正弦分布的激励源,建立了超导发电机磁场分析模型.对电机气隙磁场分布进行了求解,并分析了不同绕组张角时气隙磁密波形中的谐波含量.通过参数化分析,研究了不同环境屏、转子的尺寸对电机功率密度的影响.采用有限元法对磁场求解结果进行了验证,结果一致性较好.研究结果表明,励磁绕组张角会对电机气隙磁密波形产生影响,合理设置超导发电机环境屏及转子结构,可以提高超导发动机的功率密度.

关键词: 超导发电机 , 解析法 , 励磁绕组张角 , 气隙磁密 , 功率密度

均匀介质阻挡放电改性聚丙烯薄膜的研究

杨浩 , 方志 , 解向前 , 戴超

绝缘材料 doi:10.3969/j.issn.1009-9239.2010.02.015

用中等气压空气中均匀介质阻挡放电(DBD)产生的低温等离子体对聚丙烯(PP)薄膜进行表面改性.通过接触角和表面能测量、扫描电子显微镜(SEM)和全反射傅里叶红外光谱(ATR-FTIR)等方法,研究了等离子体改性时间和功率密度对PP薄膜表面水接触角、表面能、表面粗糙度以及表面化学成分等的影响.结果表明:PP表面水接触角和表面能先是随处理时间增加分别下降和增加,然后达到饱和状态;当处理时间一定时,功率密度越大,接触角下降的越多,表面能上升的越多;增大DBD处理的功率密度,利用更少的处理时间就能得到同样的处理效果.表面样貌及化学成分分析表明,随功率密度的增大,处理后薄膜表面的粗糙度增加,表面引入的含氧基团增多.

关键词: 介质阻挡放电 , 表面改性 , 功率密度 , 亲水性 , 聚丙烯薄膜

海底微生物燃料电池聚吡咯/多壁碳纳米管复合改性阳极及电化学性能

王健 , 宰学荣 , 刘建敏 , 柴方刚 , 庄晓培 , 付玉彬

材料开发与应用

以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为掺杂剂,氯化高铁为氧化剂,采用化学氧化法制备了聚吡咯/多壁碳纳米管(PPy/MWCNTs)复合材料,并以该复合材料制备海底微生物燃料电池的阳极,并测试了改性阳极及电池的电化学性能.研究表明,聚吡咯紧密包裹在MWCNTs表面,改性阳极最大交换电流密度0.66 mA/cm2,是未改性的3.6倍.改性电池的最大功率密度为408.8 mW/m2,是未改性电池的5倍多.改性电极的电容是赝电容和双电层电容协同作用的结果,显著提高了电子传递效率和抗极化性能.提出了一种阳极/生物膜界面电子传递的新机理.

关键词: 海底微生物燃料电池 , 聚吡咯/多壁碳纳米管复合材料 , 改性阳极 , 电化学性能 , 功率密度

IT-SOFC阳极制备中催化剂NiO化学浸渍法的研究

罗凌虹 , 汪兴华 , 吴也凡 , 程亮 , 石纪军 , 徐序 , 王程程

材料工程 doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2010.z2.077

在中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)阳极的制备中,采用氨水、饱和硝酸镍溶液为原料,利用化学浸渍法引入催化剂NiO制备阳极；利用本实验室制备好的致密薄膜YSZ-多孔YSZ烧结复合体在氨水中浸渍,然后放入饱和硝酸镍中负压浸渍使得两种溶液在多孔YSZ的微孔中进行反应.计算结果表明:该法一次浸渍可增重NiO 17.2％(质量分数),是普通浸渍法(用致密薄膜YSZ-多孔YSZ烧结复合体在硝酸镍溶液中浸渍,包括常压浸渍与负压浸渍)一次浸渍增重量的3倍左右.采用场发射扫瞄电子显微镜观察多孔YSZ阳极的断面,比较了普通浸渍法和化学浸渍法催化剂NiO的一次浸渍量；对比了化学浸渍和(通常使用的)直接混合引进催化剂NiO所制备的阳极中NiO颗粒的形态.研究结果表明:采用化学浸渍法引入NiO制备阳极较普通浸渍法简化了工艺且大大缩短了制备周期.利用该法制备的单电池,其电性能明显高于利用直接混合引入催化剂NiO制备阳极的单电池.700℃,H2为燃料,空气为氧化剂,前者的最大输出功率密度达0.83W/cm2,后者的最大输出功率密度仅为0.43W/cm2.

关键词: 固体氧化物燃料电池(SOFC) , 孔隙率 , 化学浸渍 , 功率密度

超声波功率密度对镀镍层组织结构和内应力的影响

陈虎 , 胡守亮 , 李剑

材料保护

为了获得性能良好的镍镀层并将其用于电真空器件,在瓦特镍体系镀镍过程中引入超声场电沉积.利用扫描电子显微镜(SEM)、激光共聚扫描显微镜(CLSM)、孔隙率测试、X射线衍射仪(XRD)、弯曲阴极法研究了超声波功率密度对镀镍层形貌、粗糙度、孔隙率、物相、内应力的影响.结果表明:超声可以有效消除镀镍层的针孔现象,当超声波功率密度小于0.24 W/cm2时,镀层结晶颗粒细小、致密、孔隙率相对较小;超声波功率密度增加,有利于镀层在(200)晶面上的生长,晶面择优取向由(111)向(200)晶面转变;超声可以降低镀层的内应力,不用超声时为280 MPa,超声波功率密度0.48 W/cm2时降至120 MPa左右.

关键词: 镀镍层 , 超声波 , 功率密度 , 组织结构 , 内应力

低温对海泥发电性能的影响

刘建敏 , 卢志凯 , 宰学荣 , 付玉彬

材料开发与应用

环境温度对海泥发电(海底微生物燃料电池)具有重要影响.本文进行了4℃环境与常规室温环境(25℃)电池性能对比试验,结果表明:4℃环境下电池阳极启动时间明显慢于室温(25℃),阴极启动几乎无影响.4℃条件电池内阻(l005 Ω)高于室温条件(703 Ω),室温电池最大输出功率密度比4℃环境升高10mW/m2,电流密度增加46.6 mA/m2.低温环境(4℃)可导致微生物活性降低,物质扩散速度变慢,进而导致其电池性能低于室温环境.此实验对实海环境下海底微生物燃料电池设计提供了指导,具有实际意义.

关键词: 海底微生物燃料电池 , 温度影响 , 电池内阻 , 功率密度

新型MPCVD装置在高功率密度下高速沉积金刚石膜

于盛旺 , 李晓静 , 张思凯 , 范朋伟 , 黑鸿君 , 唐伟忠 , 吕反修

功能材料

使用自行研制的新型MPCVD装置,以H2-CH4为气源,在输入功率为5kW,沉积压力分别为13.33、26.66kPa和不同的甲烷浓度下制备了金刚石膜。利用等离子体发射光谱法对等离子体中的H原子和含碳的活性基团浓度进行了分析。用扫描电镜、激光拉曼谱对金刚石膜的表面和断口形貌、金刚石膜的品质等进行了表征。实验结果表明,使用新型MPCVD装置能够在较高的功率密度下进行金刚石膜的沉积;提高功率密度能使等离子体中H原子和含碳活性基团的浓度明显增加,这将提高金刚石膜的沉积速度,并保证金刚石膜具有较高的质量。

关键词: 新型MPCVD装置 , 金刚石膜 , 功率密度 , 生长速率

石墨烯修饰微生物燃料电池阳极的研究

侯俊先 , 刘中良 , 张培远

工程热物理学报

石墨烯由于具有优异的导电性、高的比表面积、好的生物相容性,受到各界广泛关注.本文利用肼化学还原法得到比表面积为535m2/g的石墨烯,利用此石墨烯修饰碳布(GNS-anode)作为微生物燃料电池阳极,并与多壁碳纳米管修饰的阳极(MWCNT-anode)和未修饰的碳布(CC-anode)进行了详细的比较.碳纳米管和石墨烯的形貌和特性采用SEM、BET、TEM、XRD表征.电极的电化学性质利用循环伏安法(CV)和交流阻抗谱(EIS)衡量.装配GNS-anode运行的微生物燃料电池获得的最大功率密度为652 mW/m2,分别是MWCNT-anode和CC-anode的1.4倍和2.0倍,表明石墨烯能够提高微生物燃料电池(MFC)阳极性能,从而提高MFC功率输出.

关键词: 石墨烯 , 碳纳米管 , 微生物燃料电池 , 比表面积 , 功率密度