导读:本文包含了金属硼化物论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:电催化水裂解,过渡金属硼化物,合成策略,本征催化活性
金属硼化物论文文献综述
郭非凡[1]（2019）在《策略合成过渡金属硼化物及其电催化水裂解性能研究》一文中研究指出氢气以其燃烧值高、产物无污染和利用形式多样等诸多优点而广受关注,被认为是理想的替代化石燃料的清洁能源载体。电催化水裂解利用可再生能源获得的电能分解水产生氢气,是极具前景的、绿色的制氢技术。然而,由于其反应动力学迟缓,大部分电催化反应都需要贵金属作为催化剂。受限于贵金属价格昂贵且储量少,人们亟需开发新型廉价的非贵金属电催化剂。尽管相关研究取得一定进展,但大多数已知的电催化剂依旧存在催化活性低的、稳定性不足等问题。过渡金属硼化物具有较高的导电能力,同时由于硼元素的掺入使其具有很好的抗腐蚀性,是一类潜在的新型水裂解电催化剂。尽管过渡金属硼化物在电催化水裂解方面具有诸多优势,但其合成始终较困难,通常需要复杂且昂贵的方法,加之目前对此类新型材料的催化机制认识不足,都在一定程度上阻碍其发展。针对以上问题,本论文通过固相渗硼,熔融盐辅助以及异质金属原子掺杂等合成策略,开发制备了一系列过渡金属硼化物电催化水裂解催化剂,实现了其在水裂解反应中高本征催化活性上的突破。通过对催化活性相的分析,阐释了过渡金属硼化物中特殊的晶体结构、电子结构与催化性能之间的内在联系。主要研究内容如下:一、电催化水裂解析氧半反应由于反应能垒高,动力学缓慢,致使整体电催化能源转换效率低。尽管人们在水裂解析氧反应催化剂方面进行了许多努力,但几乎所有已知电催化剂的本征催化活性较低,开发高本征活性电催化剂仍是一个巨大的挑战。我们采用一种简单易操作的固相渗硼合成策略,将商业上常用的金属片(如Ni、Co、Fe、NiFe合金和304不锈钢)成功转化为高效、稳定、耐腐蚀的廉价电催化材料。硼化处理后的金属片在碱性条件下的催化活性比相应的金属片高出约一个数量级,同时显着增强了它们的电催化稳定性。经电化学测试并结合密度泛函理论计算,我们认为金属硼化物表面原位形成的超薄(2-5 nm)、含偏硼酸根的羟基氧化物薄膜使催化活性相。特别是,经过硼化处理后的NiFe合金片,具有极高的本征催化活性(过电位约309 mV),同时,可以保持3000 h以上稳定工作。此外,经硼化处理后的304不锈钢在30%KOH溶液中,500 mA cm~(-2)的强碱性、大电流密度模拟商业级的测试条件下,依然展现了良好的催化活性与催化稳定性。该工作说明固相渗硼法作为一种有效的金属硼化物合成策略不仅可以提高材料的催化活性,显着增强其催化稳定性和耐腐蚀性,更是为合理设计先进的催化剂开辟了一条新的途径。二、合成金属硼化物通常需要跨越高的能量势垒,一般需要经历极端条件(高温、高压)或长时间的反应过程。熔融盐辅助合成策略可通过熔融盐的加入优化金属硼化物的合成条件,使金属硼化物在相对温和条件下的合成成为可能。我们通过熔融盐辅助方法成功地合成了11种过渡金属二硼化物,所合成的一系列过渡金属二硼化物其结构存在极大相似性。我们系统地研究了10种含平面“硼烯”亚结构单元的非贵金属二硼化物的电催化水裂解性能。我们发现所测试的同周期非贵金属二硼化物催化剂的酸性催化活性存在一定的周期性规律即VI B族>V B族>IV B族,这与理论计算结果相一致。我们对酸性和碱性条件下系列非贵金属二硼化物的活性进行筛选,确定了VB_2、MoB_2和WB_2是潜在的高效酸性电催化剂,而WB_2在碱性高效稳定电催化剂的筛选中表现出优异的性能。该工作增进了对过渡金属二硼化物催化材料的认识,同时通过合理测试方法筛选出具备优异催化性能的潜在电催化水裂解催化剂。叁、与在酸性介质中相比,大多数催化剂在碱性介质中催化活性较低,需要额外的能量进行水的解离为后续反应提供氢质子。异质金属原子掺杂是调节表面电子结构,活化反应势垒,提高催化活性的有效方法之一。我们通过Ni掺杂的合成策略,调控了WB_2表面电子和原子结构,制备出碱性条件下具有高本征催化活性的新型电催化水裂解材料。在电流密度达到10 mA cm~(-2)时,所需过电位为98 mV,并可稳定工作100 h。相较于金属或金属合金催化剂,Ni掺杂的WB_2有效的降低了水解离的动力学势垒,促进了水的解离吸附速率。同时,Ni原子的引入诱导产生了大量的晶格结构的扭曲,使其表面原子具有更高的晶格能,从而提高了催化位点的本征活性。结合理论计算,表明Ni的引入降低了B与金属原子间的电荷转移,进而改变了B层原子局域电子结构,优化氢的吸附自由能,提高了整体催化反应性能。(本文来源于《吉林大学》期刊2019-06-01）
孙东栋[2]（2019）在《叁元过渡金属硼化物的高温力学与摩擦磨损行为研究》一文中研究指出作为超高温陶瓷的重要一员,二元过渡金属硼化物陶瓷因其高熔点、高硬度在高超声速飞行器领域具有广阔应用前景,但其本征脆性和较差的抗氧化性能是其实现应用的主要障碍。MAX相陶瓷的高韧性和高损伤容限提示人们可以通过在二元硼化物中插入Al原子形成叁元过渡金属硼化物MAB相陶瓷以达到增韧的目的。为了更好的理解这类材料,本文以两种典型MAB相材料MoAlB与Fe_2AlB_2作为研究对象,对其基本的力学性能、高温力学行为及摩擦磨损性能进行了研究。以MoB和Al为原料,采用热压烧结工艺,研究了MoAlB的物相组成和致密度等随烧结温度、保温时间、原料配比等主要工艺参数的演化规律。在MoB和Al的原料配比为1:1.3、保温时间大于2h的实验条件下可以制备出纯度较高的MoAlB块体,其中在1200摄氏度、30MPa下保温6h制备得到的MoAlB块体相对密度到达了90%以上。在所有的工艺参数中,保温时间对合成产物致密度的影响最为明显。XRD测得的晶格常数与理论值十分吻合。通过背散射图像结合能谱分析发现MoAlB块体中含有XRD检测图谱未发现的Al_2O_3及Mo-Al金属间化合物。工艺参数对所制备MoAlB的力学性能具有较大影响。保温1h合成的MoAlB硬度高于其他条件下合成的MoAlB,并且均高于Fe_2AlB_2。但是工艺参数对MoAlB断裂韧性的影响不大,高于Fe_2AlB_2,但其断裂功低于Fe_2AlB_2。MoAlB弯曲强度在350~400MPa间,压缩强度在1500~2200 MPa之间。保温6h制备得到MoAlB的弯曲强度与压缩强度均低于其它实验条件下制备的MoAlB。对于本文制备的所有MoAlB,影响弯曲强度的主要因素是晶粒尺寸大小而非气孔率,压缩强度则是由晶粒尺寸与气孔率共同控制的。Fe_2AlB_2高温弯曲强度在0-1000℃温度区间内无明显衰减,破坏方式为脆性断裂。根据载荷位移曲线,弯曲状态下Fe_2AlB_2的脆韧转变温度(BDTT)接近但大于1000℃。Fe_2AlB_2压缩强度随温度的升高而下降,在1000℃下降低至245±7MPa。根据应力-应变曲线和破坏试样可确定Fe_2AlB_2压缩状态下的BDTT落在800-900℃范围内。压缩较叁点弯曲载荷作用下较高的剪切应力导致前者较低的BDTT。以GCr15为摩擦盘,采用销盘式摩擦磨损试验机研究员了Fe_2AlB_2和MoAlB摩擦磨损行为。Fe_2AlB_2的稳定摩擦系数在0.3左右,磨损率在0.4×10~(-5)~3.0×10~(-5)mm~3/(N·m)之间。MoAlB的稳定摩擦系数与Fe_2AlB_2十分接近,磨损率在0.4×10~(-5)~5.0×10~(-5)mm~3/(N·m)之间。滑动速率通过改变黏着点接触的时间控制摩擦系数的大小,滑动速率增大摩擦系数减小,载荷对摩擦系数的影响并不明显。磨损率随载荷与滑动速率的增大而增加,主要的磨损方式为黏着磨损。摩擦过程中伴随着氧化膜的生成和脱落,在高速高载荷下发生了疲劳磨损。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2019-06-01）
薛程淋[3]（2019）在《金属硼化物的制备及其电化学水氧化性能的研究》一文中研究指出绿色、清洁、可再生能源技术的发展是解决当前所面临能源问题的主要出路。电化学水氧化(OER)是电解水、金属-空气电池、燃料电池等能源存储和转换技术中的关键反应,但是该反应通常包含4电子质子转移,缓慢的动力学过程严重阻碍了其发展。尽管铱、钌等贵金属基催化剂展现出优异的电催化性能,但是其高昂的价格、稀缺的地壳储量限制了OER大规模的应用。因此,目前迫切需要设计开发高效、低廉、可大规模生产的水氧化电催化剂,进一步提升反应效率、改善选择性、降低催化剂的成本。金属硼化物在酸碱环境中较为稳定、具有良好的机械强度和导电性等半金属特性,成为一类新型的、有潜力的水氧化电催化剂替代物。本论文主要是以金属硼化物为基质,设计通过掺杂获得高效、廉价、可大规模生产的水氧化电催化剂,主要研究结果如下:(1)通过简单的液相化学反应,合成了一系列Fe~(3+)掺杂的非晶Co_2B羟基氧纳米粒子,Fe掺杂量为0%至50%。研究发现当Fe含量逐渐增加时,样品由纯非晶相向晶相转变,产生相分离。同时,电催化性能表现为先增加而后下降,OER活性整体呈火山型曲线。当Fe含量为30%时,样品展现出最优异的电催化析氧反应活性和稳定性。在1.0 M KOH电解质中,起始电位为1.47 V,电流密度为10 mA cm~(-2)时,所需的过电位仅为308 mV,比母体材料Co_2BO_y(OH)_z和商业的IrO_2的过电位都小。在连续电催化反应12 h后,电流密度仍保持70%左右。作为全解水阳极催化剂时,电流密度为20 mA cm~(-2)时,所需电位仅为1.62 V。适量Fe的掺入引起的导电性的提升、电化学活性表面积的增大、Fe与B之间的电荷转移是性能提升的主要原因。此外,通过穆斯堡尔谱表征,发现具有低3d电子密度Fe~(3+)的含量与OER活性成正比。(2)以30%Fe~(3+)掺杂的非晶Co_2B羟基氧纳米颗粒为基质,通过引入钨源,调整W与Co的相对含量,合成了一系列多金属Co-Fe-W-B羟基氧非晶纳米粒子,并对其进行了电化学水氧化性能研究。研究发现多金属硼化物的形成能显着提升材料的OER性能,其中,在pH=14碱性电解质中,5Co-3Fe-2W-B羟基氧纳米颗粒的起始电位仅为1.44 V,当电流密度为10 mA cm~(-2)时,过电位仅为256mV。此外,这个合成过程非常简单,能够得到高效廉价的电催化剂。以上结果表明精确调控多金属化合物的组分是提升电催化剂活性的可行性策略,为进一步设计合成硼化物并进行电化学行为的认识研究奠定了基础。(本文来源于《吉林大学》期刊2019-05-01）
邹灿辉,龙莹,郑鑫,张锦阳,林华泰[4]（2018）在《叁元过渡金属硼化物Os_(1-x)Ru_xB_2的制备及其结构和性能研究》一文中研究指出以高纯锇(Os)、钌(Ru)、硼(B)粉为原料,在常温常压下采用机械化学法制备了叁元过渡金属硼化物Os_(1-x)Ru_xB_2粉末,并对合成的粉末进行无压烧结使其致密化。研究了机械化学法合成Os_(1-x)Ru_xB_2的反应过程、Ru含量对Os B2相结构的影响、合成粉末的热稳定性及烧结后块体材料的力学性能。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对Os_(1-x)Ru_xB_2粉末及块体的相成分、表面形貌和微观结构进行表征,并通过维氏硬度计测得其烧结后块体材料的显微硬度。实验结果表明:合成过程中生成了中间产物Os_(1-x)Ru_xB_(1.1),随着球磨时间的延长有少量Os_(1-x)Ru_xB_2生成,球磨24 h后合成粉末的主相为Os_(1-x)Ru_xB_2,继续球磨到40 h,粉末中相成分不再发生变化。当x≤0.1时,合成粉末的主相为六方结构Os_(1-x)Ru_xB_2;而当x≥0.15时,合成粉末的主相为正交结构的Os_(1-x)Ru_xB_2。经1450℃(保温1 h)热处理后的粉末中有部分六方结构的Os_(1-x)Ru_xB_2向正交结构发生相变,并生成了低硼化物(Os_(1-x)Ru_x)2B3。合成的Os B2和Os0.85Ru0.15B2粉末经1700℃无压烧结后颗粒呈板条状,其致密度均为85%左右,在0.49 N载荷下测得其硬度分别(27±2)GPa和(21±1)GPa。(本文来源于《无机材料学报》期刊2018年07期）
周延春,张海明,向会敏,戴付志,张志力[5]（2018）在《MBene:新型二维过渡金属硼化物材料》一文中研究指出二维材料由于在厚度维度上的尺寸远小于另外两个维度,使得其表面、电子能级和态密度与体材料相比发生显着变化,从而表现出独特的物理化学性质。继石墨烯后,硅烯、磷烯、硼烯、二维金属氧化物和氢氧化物、金属硫化物、迈科烯等得到了广泛研究,但对二维过渡金属硼化物的研究并不多。本报告将主要介绍如何由过渡金属叁元硼化物MAB相制备二维过渡金属硼化物MBene(迈博烯)的方法及其结构特征,重点介绍新的迈博烯材料二维CrB。(本文来源于《第九届无机材料结构、性能及测试表征技术研讨会（TEIM2018）摘要集》期刊2018-06-12）
曲鑫[6]（2018）在《若干金属硼化物纳米材料的理论结构设计和物性研究》一文中研究指出硼是元素周期表中第一个具有p电子的元素,处于金属与非金属元素之间的特殊位置。由于其具有电子缺失性、较短的共价半径以及sp~2轨道杂化与叁中心键的兼容性,硼元素及硼元素化合物经常呈现出奇特的结构和违反传统思想的化学成键,是纳米材料领域的热点研究体系。纳米材料的结构确定是深入理解其各种物理化学性质的关键,目前,完全通过实验测量确定其结构存在着困难和挑战。基于高性能计算的理论模拟方法可以避免实验上高纯度样品制备的困难和表征手段的限制,是经济、高效的开展纳米材料结构和物性研究的重要手段。本论文采用基于群体智能理论的卡里普索(CALYPSO)结构预测方法,结合第一性原理计算,系统开展了金属硼化物纳米材料的结构设计和物性研究工作。取得如下研究成果:(1)设计了具有新奇平面超配位结构特征的二维TiB_4层状材料寻找平面超配位原子成键环境是化学领域长期的热点研究课题,前期研究多集中在团簇和分子等孤立体系,本论文尝试在更有挑战性的周期性体系中设计具有平面超配位构型的材料。基于B的丰富成键形式,我们以二维硼化物作为研究对象,通过引入过渡金属元素(TM)来调控其结构和物性。在固定分子式为TMB_4的情况下,我们通过原子替换和结构预测的方法尝试了除镧系和锕系以外的所有过渡族金属硼化物。最终发现了一个二维单层类石墨烯材料TiB_4,基态TiB_4为新奇的纯平面结构,完全由Ti?B_8环组成(?代表Ti在B_8环中心位置),Ti原子呈平面八配位,与相邻8个硼原子距离相同,每个B都与周围的3个B原子键合。内聚能(6.42 e V/atom)、声子谱图和超高温度(2500 K)的分子动力学模拟表明TiB_4单层材料具有良好的热力学与动力学稳定性。电子局域函数计算表明,B-B之间形成了强的共价键,每个B原子与周围的3个B原子形成类似石墨烯结构中的sp~2杂化。由于硼的缺电子性质,纯B体系是很难像C一样形成稳定的sp~2杂化,电子局域函数和Bader电荷分析结果表明Ti转移了一部分电子给B原子,这样就使得B-B之间也可以形成类似石墨烯的sp~2杂化,从电子层面的角度解释了TiB_4单层材料稳定的微观机制。能带结构和带密度的计算表明TiB_4单层为金属材料,锂原子的吸附和扩散计算显示,锂原子在TiB_4单层材料上有较低的扩散势垒(0.18 e V),较高的存储容量(588 m Ahg~(-1))以及适中的开路电压(0.23 V),预示着TiB_4单层材料可成为理想的锂离子电池阳极材料。VB_4,CrB__4,MoB_4,WB_4和OsB_4体系的结构预测研究显示,它们的基态结构均为褶皱的平面八配位结构,进一步突出了TiB_4中纯平面八配位构型的特殊性。本文提出了首个具有纯平面八配位结构特征的二维类石墨烯材料TiB_4,八配位是目前二维周期性材料的最高配位。(2)系统探索了铬原子掺杂小尺寸硼团簇的结构和电子性质。硼团簇由于具有丰富的形貌和奇特化学成键,一直是团簇领域研究的热点研究体系。随着硼原子数的改变,硼团簇中分别出现了平面或准平面的构型、管状结构、笼形结构、双层结构和核壳结构等。研究表明在团簇中内嵌原子或分子是改变团簇形貌和稳定性的有效方法。本论文在前期纯硼团簇工作的基础上,进一步系统探索了通过内嵌原子的方式来稳定小尺寸硼富勒烯的可能性。我们采用CALYPSO结构搜索方法结合第一性原理计算,系统研究了一系列铬原子掺杂硼团簇(CrB_n,其中n=8、10、12、14、16、18、20和22)的结构和电子性质。我们发现,Cr原子的加入显着改变了B团簇的结构演化规律。随着硼原子数增多,CrB_n团簇发生了从半叁明治型,转变为鼓型,进而变成笼型这样一系列有趣的构型演变。在CrB__8,CrB_(10)和CrB_(12)的基态结构中,硼原子的排布和纯硼原子团簇的结构很相似,均为准平面的半叁明治结构,预示着双芳香性的B_(12)结构是潜在的无机结构配体材料。鼓型结构在CrB_(12)的基态结构中出现,笼型硼团簇在CrB_(20)和CrB_(22)的基态结构中出现,其中CrB_(20)的基态结构有着较高的D_(2d)点群对称性和这一系列CrB_n团簇中最大的HOMOLUMO能隙值,表明CrB_(20)具有极高的化学稳定性,而稳定性的真正原因则是由于Cr的原子半径在几何尺度上符合B_(20)笼子的空隙以及Cr原子和周围的20个硼原子相互作用使体系契合18电子满壳层构型。该研究工作表明金属掺杂是设计新型硼纳米材料的有效途径。(本文来源于《中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)》期刊2018-06-01）
高振帮[7]（2018）在《过渡金属硼化物的超硬机制与微观设计》一文中研究指出超硬材料具有的硬度高、耐磨、耐高温高压及耐腐蚀等综合物化性能,在特种设备、光伏产业、机电设备、石油化工行业应用广泛。新型超硬材料设计近年来发展迅速,其克服传统超硬材料固有的局限性(金刚石高温高速加工不稳定、cBN合成条件极端等)日益重要。过渡金属硼化物(TMBs)的超硬机制与微观设计为是新型过超硬材料的一种合成超硬材料的重要研究领域。新超硬材料的研究聚焦在具有较强性质的固体化合物。目前超硬材料的设计准则主要有高体模量、高电子浓度、强共价键、热力学稳定性等。其中价电子浓度(VEC)和强共价键是TMBs设计超硬材料的关键因素。目前主要的研究方法是以过渡金属与硼形成化合物,结合实验合成的相,并利用第一性原理计算所选相的结构性质等(从头计算的方法),揭示新型超硬材料的设计机制起源与力学特性。传统认为硼化物的硬度与VEC成正相关,即随着硼B的含量增加、硼化物的体积模量(B)、剪切模量(G)、杨氏模量(E)及维氏硬度(Hv)应逐渐增长。近期,实验室合成的W_(0.5)Ta_(0.5)B硬度测试高达42Gpa,超过其父系WB。我们研究发现过渡金属单硼化物(TMB)的硬度随着VEC值的升高出现折点(VEC处于某一值是达到最大,增大或减少VEC硼化物的硬度都会减少),这种反常的力学行为现象,这与以往提出的VEC与硬度的正相关性有所差异。选取3d、4d、5d周期的(Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W)九种过渡金属的硼化物(TM_(1-x)B_x)作为研究对象。以TMB结构特性、力学特性及超硬机制作为主要的研究,低硼化物存在非预期的高硬度性,相反,其高硼化物呈现一种反常的硬度减少现象。第一结构特性分析:主要研究空间群为CmCm的,金属坐标和B都是占据Wyckoff 4c位置的晶格结构特性,发现其具有双金属原子层和Zigzag硼链的结构特性。第二力学特性分析:TMB结构稳定相计算,表明这些相的形成能都是负值,具有高热力学稳定相。研究其弹性模量、体积模量、剪切模量、杨氏模量泊松比、硬度与价电子浓度的关系。第叁超硬机制与电子结构起源:分析WB、VB等相的态密度图(DOS)、能带结构,分析金属及硼元素的电子s、p、d结合状态(dd,pd键),分析dd键和pd键对硬度机制的影响。这种非常规的现象源自于独特的硼原子间的成键机制。更进一步的研究表明,单硼化物具有密切的组成,相似的结构和能量下降。发现一种原子级和纳米机制的强化硬度机制,即通过鉴别较高的热力学稳定相以及强化弱的滑移平面。大量的相异硼原子之间的界面,这很容易合成一种多相材料,并且这些界面的纳米级互锁形成的强力阻止双金属原子层的滑移错位,因此极大的提高本征硬度和达到真实超硬材料。在研究TMB的反常力学行为和超硬机制起源后,选择低硼化物的V-B、Ta-B、Nb-B分析低硼化物,研究结构特性、力学特性、超硬机制起源。研究表明,它们的化学成分是相邻的,它们的晶体结构是相似的。此外,常见的结构特征是双金属原子层的存在,限制了其硬度的提高。为了进一步提高整体的硬度,在较大载荷下的相对较弱的两层的滑动位错必须受到限制。V-B(VB,V_5B_6,V_3B_4,V_2B_3)硬度接近超硬阈值,并预测是在低硼化合物中V-B的硬度最高,且V-B是新型超硬材料的有力竞争相。我们的研究旨在分析TMB与低硼化物的本征硬度,还存在一些非本征硬度提高的方法,例如在不同的硼化物之间有大量的界面建立一种多相固溶材料。这些界面形成了纳米级互锁,强烈地阻碍了每一个硼化物相的金属两层的滑动位差,从而增强了非本征硬度和获得真正的超硬。这种方法对我们理论分析是加强的效果,我们的研究结果表明:低硼化物具有较高的硬度,而一些高硼化物的不同,出现硬度降低(软化),这使传统观点认为高硼含量提高了硬度得到挑战。这种反常的硬度现象是由于硼含量的增加而形成的特殊的键合机制和能带填充。我们的工作不仅揭示了TM_(1-x)B_x这类异常硬度趋势的独特机制。同时也阐明了一个原子和纳米尺度的方法来创造出具有多重功能的新型超硬材料。对有前途的材料进行进一步的实验合成是非常渴望的。(本文来源于《上海海洋大学》期刊2018-05-30）
赵燕燕[8]（2018）在《多组元纳米晶金属硼化物的制备与性能研究》一文中研究指出TiB_2作为一种典型的过渡金属硼化物高温陶瓷材料,具有高的硬度,良好的耐磨性和化学稳定性,在航空航天及极端条件下具有广泛应用,但是作为陶瓷材料,容易发生脆性断裂且烧结困难的缺点,使得其应用受到极大限制。本课题选用机械合金化的方法,在室温下合成出了微纳层次结构的纳米晶TiB_2(Nano Crystalline TiB_2,以下简写为NC-TiB_2),采用高温高压预成型和放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,以下简写SPS)相结合的方法制备出了微纳层次结构的NC-TiB_2块体材料,并对其进行了微观结构分析和力学性能测试。在5 GPa-800℃预成型,SPS-1600℃烧结的实验条件下,硬度和断裂韧性达到最大值,在9.8 N载荷下,硬度约为35.4±2.4 GPa,断裂韧性达到8.6±0.6 MPa·m~(1/2)。以微纳层次结构NC-TiB_2为原材料,微米粉末减少材料的表面氧化,纳米晶促进了材料在烧结过程中的扩散,提高了材料的烧结性能;高温高压处理抑制烧结过程中晶粒的长大。基于Hall-Petch细晶强化理论,材料硬度提高;大量晶界存在以及NC-TiB_2作为第二相粒子共同导致材料断裂韧性提高。本课题选用机械合金化的方法,在室温下合成出了微纳层次结构的纳米晶多组元金属硼化物(以下写为:NC-[TiZrHfNbTa]B_2),在TiB_2的Ti原子层等比例引入五种原子进行混合,形成了以B-B网络为骨架,B-M金属键为c轴的多组元陶瓷材料,通过高温高压预成型和SPS烧结相结合的方法制备出了致密的块体材料,对其进行了力学性能和微观结构分析。在5 GPa-800℃预成型,SPS-1600℃烧结的实验条件下,其硬度达到27.1±0.5 GPa;在1550℃实验条件下,硬度值为25.9±0.6GPa,断裂韧性达到10.2±1.3 MPa·m~(1/2),综合性能最佳。以微纳层次结构NC-[TiZrHfNbTa]B_2粉末作为烧结原材料,促进了材料的致密化烧结,提高了材料硬度和断裂韧性,但是在高温烧结过程中形成的金属氧化物,不利于材料硬度和断裂韧性的进一步提高。在本课题中,材料的高温氧化问题始终难以避免,尤其是在NC-[TiZrHfNbTa]B_2材料中更为突出,因此对机械合金化合成的材料进行表面惰性气体预吸附处理,也许有望在一定程度上抑制高温烧结过程中的表面氧化。比较NC-TiB_2和NC-[TiZrHfNbTa]B_2,后者的断裂韧性较好,有助于延长工具的服役时间,而前者硬度更高,适合用来切削硬度较高的材料。(本文来源于《燕山大学》期刊2018-05-01）
孙慧峰[9]（2016）在《过渡金属硼化物粉体的制备》一文中研究指出过渡金属硼化物陶瓷普遍具有熔点高、硬度高和抗蚀能力强的特点,是超高温、超硬、电解冶金等极限条件下应用的核心候选材料。但是,由于B-B共价键的存在,硼化物陶瓷的自扩散系数比较低,其烧结致密化十分困难。颗粒晶粒尺寸越小,其表面能越大,晶界能越小,粉体的烧结驱动力就越大。因此,研究超细硼化物粉体的合成技术对提高硼化物陶瓷致密化和力学性能都具有非常重要的理论和实际意义。传统过渡金属硼化物粉体的合成方法普遍存在合成温度高、所得粉体粒径大且含碳或单质B杂质等问题。本论文以无定形硼粉为硼源,以金属单质、氢化物或氧化物为金属源,研究了几种过渡金属硼化物粉体的合成;此外,将熔融盐引入到固相反应中,研究了熔盐对所合成粉体的影响。论文的主要研究内容包括:(1)以Nb2O5和无定形B粉为原料,分别采用固相法和熔盐法合成了NbB2和NbB粉体。研究结果表明,当Nb2O5与B的摩尔比为1:9时,固相法最低可在1200oC(真空气氛)下合成NbB2粉体,但产物中有未反应的B残留。当Nb2O5与B的摩尔比为3:22时,熔盐法最低可在800 oC下(流动的Ar保护下)合成出纯相NbB2粉体。熔盐的存在显着加速了硼热还原反应的进程并抑制了产物晶粒的长大。当合成温度为1000 oC,熔盐倍数为10时,所得NbB2粉体粒径最小,其等效平均粒径仅为32 nm。当Nb2O5与B的摩尔比为3:16时,熔盐法最低可在1000 oC下(流动的Ar保护下)合成出纯相NbB粉体。(2)以Ta2O5和无定形B粉为原料,分别采用固相法和熔盐法合成了TaB2和TaB粉体。研究结果表明,当Ta2O5与B的摩尔比为3:22时,无论是固相法还是熔盐法均可在最低900 oC下(流动的Ar保护下)合成出纯相TaB2粉体。熔盐的加入量对所合成TaB2粉体的晶粒形貌有较大影响。当熔盐倍数为20倍时,所得TaB2粉体呈现出由纳米棒组成的花状形貌。当Ta2O5与B的摩尔比为3:16时,熔盐法最低可在1100 oC下(流动的Ar保护下)合成出纯相TaB粉体。(3)以TiO2和TiN为钛源,使用熔盐法无法在较低温度(1100 oC)合成出TiB2粉体。以金属单质Ti和TiH2为钛源使用熔盐法可成功合成TiB2粉体,熔盐的加入可显着降低粉体的晶粒尺寸。当熔盐倍数为20倍,以TiH2为钛源在1000 oC合成出TiB2粉体的平均等效粒径仅为60 nm。(本文来源于《安徽工业大学》期刊2016-05-16）
李一鸣[10]（2016）在《太阳能电池吸收层材料及过渡金属硼化物的合成与表征》一文中研究指出地球上的化石能源逐日减少,人类消耗化石燃料对自然环境造成了巨大的污染,所以寻找一种可再生、无污染的能源成为当前的紧迫任务。在众多的可再生能源中,太阳能是一种非常有发展前途的绿色能源,有望成为人类未来广泛应用的新能源。Cu_2ZnSnS_4(CZTS)光伏材料的组成元素绿色无毒、在地壳中的含量巨大,而且CZTS的禁带宽度约1.4 eV,可以吸收几乎全部的可见光。该材料在可见光区吸收系数可达到104 cm-1,是非常有前景的太阳能电池吸收层材料。在CZTS制备的过程中,硫和锡在高温下易挥发,高温合成易造成样品成分偏离,产生杂相。而在较低温度下制备CZTS材料时,所合成材料的本征缺陷多,致密度低,晶粒尺寸较小,不利于载流子的运动,同时增大了光生电子或空穴的复合几率,最终导致太阳电池的光电转化效率降低。为了制备致密度好、晶粒尺寸大、单一相的CZTS,我们利用球磨和高压技术合成出了高质量的CZTS材料。本文以硫化锌(ZnS)、二硫化锡(SnS_2)和硫化亚铜(Cu_2S)为原料,利用机械球磨得到铜锌锡硫材料。接下来利用高压技术,在压力5 GPa和温度800oC条件下进行高压合成,获得接近理想化学配比的铜锌锡硫太阳能电池吸收层材料。该样品为P型半导体,其载流子浓度是报道数据的100倍,可用于制备高效率的太阳能电池。超硬材料具有高硬度、高体弹模量和高热导率等特点,被广泛应用于机械、电子、航空航天等领域,超硬材料的设计与开发对现代科技的发展具有重要意义。金刚石是目前已知硬度值最高的材料,在加工金属(如Fe、Co、Ni等)材料时,金刚石容易被催化劣化。立方氮化硼(c-BN)克服了催化劣化的问题,但c-BN的生产成本远远高于金刚石,大规模工业生产面临困难。近期人们发现将价电子密度高的金属元素(Mo,W,Pt等)与B,C,N等元素结合可以制备出超难压缩的金属化合物,这些金属硼化物在低载荷下呈现出超硬特性。本文以金属Mo薄膜、金属Mo片、金属W薄膜、金属W片和B4C粉末为起始材料,通过高温热处理技术,合成出Mo B,Mo_2B_4,WB,WB_2等金属硼化物。并且通过高温淬火得到的样品硬度较高。(本文来源于《吉林大学》期刊2016-05-01）
金属硼化物论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
作为超高温陶瓷的重要一员,二元过渡金属硼化物陶瓷因其高熔点、高硬度在高超声速飞行器领域具有广阔应用前景,但其本征脆性和较差的抗氧化性能是其实现应用的主要障碍。MAX相陶瓷的高韧性和高损伤容限提示人们可以通过在二元硼化物中插入Al原子形成叁元过渡金属硼化物MAB相陶瓷以达到增韧的目的。为了更好的理解这类材料,本文以两种典型MAB相材料MoAlB与Fe_2AlB_2作为研究对象,对其基本的力学性能、高温力学行为及摩擦磨损性能进行了研究。以MoB和Al为原料,采用热压烧结工艺,研究了MoAlB的物相组成和致密度等随烧结温度、保温时间、原料配比等主要工艺参数的演化规律。在MoB和Al的原料配比为1:1.3、保温时间大于2h的实验条件下可以制备出纯度较高的MoAlB块体,其中在1200摄氏度、30MPa下保温6h制备得到的MoAlB块体相对密度到达了90%以上。在所有的工艺参数中,保温时间对合成产物致密度的影响最为明显。XRD测得的晶格常数与理论值十分吻合。通过背散射图像结合能谱分析发现MoAlB块体中含有XRD检测图谱未发现的Al_2O_3及Mo-Al金属间化合物。工艺参数对所制备MoAlB的力学性能具有较大影响。保温1h合成的MoAlB硬度高于其他条件下合成的MoAlB,并且均高于Fe_2AlB_2。但是工艺参数对MoAlB断裂韧性的影响不大,高于Fe_2AlB_2,但其断裂功低于Fe_2AlB_2。MoAlB弯曲强度在350~400MPa间,压缩强度在1500~2200 MPa之间。保温6h制备得到MoAlB的弯曲强度与压缩强度均低于其它实验条件下制备的MoAlB。对于本文制备的所有MoAlB,影响弯曲强度的主要因素是晶粒尺寸大小而非气孔率,压缩强度则是由晶粒尺寸与气孔率共同控制的。Fe_2AlB_2高温弯曲强度在0-1000℃温度区间内无明显衰减,破坏方式为脆性断裂。根据载荷位移曲线,弯曲状态下Fe_2AlB_2的脆韧转变温度(BDTT)接近但大于1000℃。Fe_2AlB_2压缩强度随温度的升高而下降,在1000℃下降低至245±7MPa。根据应力-应变曲线和破坏试样可确定Fe_2AlB_2压缩状态下的BDTT落在800-900℃范围内。压缩较叁点弯曲载荷作用下较高的剪切应力导致前者较低的BDTT。以GCr15为摩擦盘,采用销盘式摩擦磨损试验机研究员了Fe_2AlB_2和MoAlB摩擦磨损行为。Fe_2AlB_2的稳定摩擦系数在0.3左右,磨损率在0.4×10~(-5)~3.0×10~(-5)mm~3/(N·m)之间。MoAlB的稳定摩擦系数与Fe_2AlB_2十分接近,磨损率在0.4×10~(-5)~5.0×10~(-5)mm~3/(N·m)之间。滑动速率通过改变黏着点接触的时间控制摩擦系数的大小,滑动速率增大摩擦系数减小,载荷对摩擦系数的影响并不明显。磨损率随载荷与滑动速率的增大而增加,主要的磨损方式为黏着磨损。摩擦过程中伴随着氧化膜的生成和脱落,在高速高载荷下发生了疲劳磨损。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
金属硼化物论文参考文献
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[2].孙东栋.叁元过渡金属硼化物的高温力学与摩擦磨损行为研究[D].哈尔滨工业大学.2019
[3].薛程淋.金属硼化物的制备及其电化学水氧化性能的研究[D].吉林大学.2019
[4].邹灿辉,龙莹,郑鑫,张锦阳,林华泰.叁元过渡金属硼化物Os_(1-x)Ru_xB_2的制备及其结构和性能研究[J].无机材料学报.2018
[5].周延春,张海明,向会敏,戴付志,张志力.MBene:新型二维过渡金属硼化物材料[C].第九届无机材料结构、性能及测试表征技术研讨会（TEIM2018）摘要集.2018
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[7].高振帮.过渡金属硼化物的超硬机制与微观设计[D].上海海洋大学.2018
[8].赵燕燕.多组元纳米晶金属硼化物的制备与性能研究[D].燕山大学.2018
[9].孙慧峰.过渡金属硼化物粉体的制备[D].安徽工业大学.2016
[10].李一鸣.太阳能电池吸收层材料及过渡金属硼化物的合成与表征[D].吉林大学.2016