JOURNAL PORTAL
景德镇陶瓷大学主办
陶瓷学报
鞠茂奇, 程水明, 夏昌勇, 张寒, 丛培源, 魏建修, 蔡玮, 陈金凤, 单江博, 马骁一
为实现国家“碳达峰、碳中和”的目标，采用氢部分或完全取代化石能源作为铁矿石的还原剂是未来钢铁行业的发展方向，但不可忽视的是，与之配套的耐火材料的研究与开发已经明显滞后。本文基于前人的研究，对氧化物和非氧化物耐火材料在氢气中的反应进行综合论述，对氢冶金用耐火材料的相关问题进行了总结归纳，最后，对钢铁行业推广氢冶金技术用耐火材料进行了展望。
庆达, 王晓宇, 苏新悦, 王建省, 赵英娜, 曾雄丰
压电催化和光催化的耦合被称为压电光催化，作为处理废水最有效的工艺之一，压电光催化在降解有机污染物和微生物消毒方面引起了人们的广泛关注。但是，传统的压电光催化材料往往含铅，其造价昂贵且容易造成二次污染，因此，研究者们在不断探索新型压电材料来驱动压电催化过程。钛酸钡（BaTiO3）作为一种典型的压电半导体材料，其制备成本低、压电活性强、具有优异的压电催化性能，已被广泛用于水分解制氢、二氧化碳还原、细菌消毒和废水处理等多个领域。然而，现有钛酸钡材料存在光生载流子分离率低等问题，实际制备过程中往往需要对其性能进行改进和优化。在此基础上，对BaTiO3的晶体结构、压电光催化原理、极化方式、薄膜制备方法进行了综述，并展望了其未来发展趋势。
王峰, 贺智勇, 王晓波, 周士杰
堇青石陶瓷由于具有热膨胀系数较低、力学性能优良及密度低等优点，是理想的光刻机方镜材料。目前，国内对方镜用堇青石陶瓷研究较少，因此，开展相关研究对于推进高端堇青石陶瓷零部件的国产替代具有重要意义。以La3+为掺杂剂，采用溶胶—凝胶工艺制备了Mg（2-x）LaxAl4Si5O（18+0.5x）系列堇青石陶瓷，研究了La3+掺杂对堇青石陶瓷显微结构、热膨胀性能及力学性能的影响。结果表明：随着La3+引入量的增加，堇青石陶瓷样品的热膨胀系数从负膨胀逐渐向正膨胀转变。当La3+引入量（x）为0.15时，所得样品在（22.0±0.5）℃的热膨胀系数绝对值≤0.020×10-6 K-1，此时样品的弯曲强度为211.44 MPa，弹性模量为145.77 GPa，达到了方镜材料的性能指标要求。在烧结过程中，引入的La3+会取代堇青石结构中的Mg2+造成六元环的畸变，另外还会生成液相促进致密化烧结，这两方面的协同作用实现了对堇青石陶瓷性能的有效调控。
陆琳, 李文琪, 冯青, 汤永智, 蓝艺
陶瓷烧制过程消耗的能源以及排放的污染物较多。天然气作为目前烧制陶瓷的主要燃料，其主要成分为甲烷，与煤炭、石油相比，虽属于清洁能源，但是其燃烧过程仍会产生NO、NO2等污染物。为实现国家“双碳”目标，系统研究了窑炉燃烧过程中掺氢对燃烧的影响。通过研究五种不同的掺氢比例对于窑炉整体燃烧的影响，发现氢气的加入会促进燃烧使得窑炉内温度上升200K，并且随着氢气含量的提升，·O、·OH、·H这类促进燃烧的自由基产生速率提高。氢气的加入会促进窑炉内部NO的产生，也会抑制窑炉内部NO2的产生。氢气的加入并不会改变燃烧本身的性质，即燃烧仍是以CH链氧化为主的燃烧反应。结果显示，最优掺氢比例为40%。
绳阳, 周晓亮, 刘立敏, 何非凡, 唐阳, 蒋星洲
通过镍掺杂策略改善了传统混合离子—电子导电氧化物Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ（BSCF）在质子陶瓷燃料电池（PCFCs）中的电化学性能。采用溶胶—凝胶法成功制备了Ba0.5Sr0.5(Co0.8Fe0.2)1-xNixO3-δ系列材料，并研究了Ba0.5Sr0.5(Co0.8Fe0.2)0.9Ni0.1O3-δ（BSCFN10）阴极与电解质Ba Zr0.1Ce0.7Y0.2O3-δ（BZCY）之间的化学相容性和稳定性。通过构建对称电池评估电极的催化活性，结果表明BSCFN10阴极比BSCF具有更优越的催化活性。在700℃下含有3%水蒸气的氢气氛围内，相较于未掺杂的BSCF,BSCFN10阴极的峰值功率密度从380 m W·cm-2提升到503 m W·cm-2，极化阻抗从0.21Ω·cm2降低到0.12Ω·cm2。此外，BSCFN10电极在电流密度为0.4 A·cm-2下表现出良好的工作稳定性。实验表明BSCFN10阴极在PCFCs中具有良好的应用性能。
绳阳, 周晓亮, 刘立敏, 何非凡, 唐阳, 蒋星洲
通过镍掺杂策略改善了传统混合离子—电子导电氧化物Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ（BSCF）在质子陶瓷燃料电池（PCFCs）中的电化学性能。采用溶胶—凝胶法成功制备了Ba0.5Sr0.5(Co0.8Fe0.2)1-xNixO3-δ系列材料，并研究了Ba0.5Sr0.5(Co0.8Fe0.2)0.9Ni0.1O3-δ（BSCFN10）阴极与电解质Ba Zr0.1Ce0.7Y0.2O3-δ（BZCY）之间的化学相容性和稳定性。通过构建对称电池评估电极的催化活性，结果表明BSCFN10阴极比BSCF具有更优越的催化活性。在700℃下含有3%水蒸气的氢气氛围内，相较于未掺杂的BSCF,BSCFN10阴极的峰值功率密度从380 m W·cm-2提升到503 m W·cm-2，极化阻抗从0.21Ω·cm2降低到0.12Ω·cm2。此外，BSCFN10电极在电流密度为0.4 A·cm-2下表现出良好的工作稳定性。实验表明BSCFN10阴极在PCFCs中具有良好的应用性能。
徐瑶, 刘立敏, 周晓亮, 郭炜琳, 李婕, 郭心如
钠离子固态电解质虽然已经被研究了多年，但其室温电导率低，且与有机液态电解液电导率相差一个数量级，这些缺陷成为限制其实际应用的主要障碍。为此，以Na5YSi4O12基陶瓷电解质作为研究对象，以NaNO3、YN3O9·6H2O和C8H20O4Si为原料，采用溶液辅助的固相反应法（SASSR）制备具有六方晶系结构的高性能固态陶瓷电解质Na5YSi4O12材料。研究了Na5YSi4O12（NYS）的烧结温度、保温时间与离子电导率之间的关系。研究发现，样品经1050℃保温6 h后的离子电导率最高为1.52 m S·cm-1，活化能为0.215 e V。相比于传统的固相反应法制备的材料，电导率得到了较大的提升。其较高的电导率得益于Na5YSi4O12粉体烧结活性高和独特的3D传输通道，材料中Na+既可沿着通道传输，也可在不同的通道间进行跨越传输，从而赋予了材料较高的电导率。研究表明Na5YSi4O12是一种很有潜质的快钠离子导体。
石宇星, 江德华, 汪丽婧, 李世杰, 郭章旺, 赵骏, 何东祥, 叶滨, 曾涛, 施玮, 陈云霞, 苏小丽, 董罡
电子传输层作为新型薄膜太阳电池重要组成部分承担光生电子的传输角色。研究通过简单共沉淀法合成尺寸分布较好的三元BaSnO3（简称BSO）纳米晶，考察了不同热处理温度对BSO相形成影响规律，XRD测试结果表明：升高温度有利于降低纳米晶中碳酸钡等杂质含量，提高BSO纳米晶相纯度。将合成的BSO纳米晶首次作为电子传输层材料应用于PbS胶体量子点太阳能电池中，在1200℃（2h）条件下合成的BSO纳米晶对应器件性能优于商业TiO2纳米晶对照组，这主要得益于BSO/PbS量子点界面电荷的高效萃取和低复合。对应同批次最佳器件的性能为：Jsc=25.199mA·cm-2、Voc=0.480V、FF=0.534及PCE=6.454%，且表现出良好的工作稳定性。该工作证实BaSnO3纳米材料可作为量子点太阳电池电子传输材料使用，为今后进一步提升同类型器件的性能提供参考。
李正伟, 吴强, 周建华, 秦海青, 苗蕾, 刘文平, 雷晓旭, 张振军, 卢安军, 莫祖学
硅负极材料由于具有成本低、比容量高和安全可靠的优势，成为高能量密度锂离子电池的理想材料之一。但是，在锂嵌入过程中会产生严重的体积膨胀，且材料导电性差及循环稳定性差等问题限制了硅负极材料的商业应用。为此，通过一锅水浴法采用琼脂和NH4F对纳米硅实现碳包覆和掺杂改性，制备琼脂衍生碳/NH4F@纳米硅复合材料（Si@FNC），对其结构、形貌和电化学性能进行研究。结果表明：经NH4F掺杂改性处理后，Si@FNC复合材料的循环稳定性和导电性能显著提高。当掺杂的NH4F与纳米硅粉质量比为1∶5时，在500mA·g-1的电流密度下，Si@FNC复合材料首次放电比容量为2001.0 mAh·g-1，循环充放电200次后仍保持在836.7 mAh·g-1，展示出优异的电化学性能，对推广高容量硅碳负极材料具有一定的参考价值。
黄泽, 邓承继, 董博, 余超, 丁军, 朱青友, 祝洪喜, 王奕博
以不同规格的粉煤灰漂珠、长石粉和铝矾土粉为主要原料，引入莫来石纤维为增强相，研究莫来石纤维含量对多孔陶瓷材料性能的影响规律及作用机理。结果表明：高温下长石粉中的低熔相能够降低材料的共晶熔点，将基质间的物理界面结合转变为化学结合。样品经1100℃烧成后，随着莫来石纤维含量的增加，多孔陶瓷的闭口气孔率增加，而常温耐压强度和体积密度呈现先增大后减小的趋势。当莫来石纤维含量为10 wt.%时，材料具有最佳综合性能，其体积密度为（0.74±0.01） g·cm-3、真气孔率为（72.70±0.58）%，常温下耐压强度为（7.30±0.64） MPa。此外，试样在300℃、600℃及900℃下的平均热导率分别为0.202 W·m-1·K-1、0.214 W·m-1·K-1及0.244 W·m-1·K-1。