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中国粉体技术

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2025年05期

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综述 | MXene储氢：理论与实验研究结果及未来展望

综述 | MXene储氢：理论与实验研究结果及未来展望

摘要：【目的】为了探讨氢能源的高效应用和存储安全，研究二维材料MXene在储氢中的理论和实验研究成果。【研究现状】综述MXene结构和储氢应用、理论研究成果和实验研究结果，MXene具有表面化学性质可调节、结构灵活和比表面积高的特点；概括单层和多层MXene储氢的理论研究成果，强调过渡金属元素和表面官能团在优化氢吸附能力中的作用；总结MXene储氢的实验研究结果，展示MXene在低温下和接近室温条件下储氢的潜力；理论预测与实验结果的比较分析强调进一步实验验证和计算优化的必要性。【结论与展望】提出为了提升MXene储氢性能，应关注缺陷工程、层间距优化和机器学习辅助筛选，以提升MXene作为氢储存材料的实用性。
综述 | 光热协同催化及其相关动力学

综述 | 光热协同催化及其相关动力学

摘要：【目的】研究光热催化过程中光催化的高选择性和热效应的驱动力结合，发挥协同作用，以提高反应速率和选择性。研究现状】综述光热催化发展的重要事件以及光热催化技术的广泛应用；概括半导体催化和等离子基元金属催化的基本原理以及光诱导的热效应、光引发的热电子、光热催化遵循光反应的光热催化体系的复杂性和多样性；总结揭示反应路径、评估光效应、动力学同位素效应等相关动力学研究对探索光热催化机制的重要性。结论与展望】提出光热催化的实际情况和作用机制具有复杂性和多样性，认为正确认识光催化和热催化在光热协同过程中的贡献和反应路径对光热催化的发展十分重要。
综述 | 固态电解质与粉体电极界面的基础问题及优化策略

综述 | 固态电解质与粉体电极界面的基础问题及优化策略

摘要：【目的】为了解决固态电解质与粉体电极界面兼容性问题，综述固态电解质与粉体电极界面的基础问题及优化策略。研究现状】概述固态电解质与电极界面的基础理论并分析界面弱连接、界面稳定性以及界面离子传导受阻等界面问题；详细介绍相场模拟技术、有限元仿真技术和第一性原理计算等电极材料与电解质界面性能优化模拟技术；探讨电极材料与电解质界面问题的改性策略，包括界面接触的增强和界面稳定性的提升，剖析电场内电荷行为对界面稳定性的影响。结论与展望】提出当前固态电池在发展进程中面临着诸多严峻挑战，认为界面性能优化策略对解决固态电解质与粉体电极界面的基础问题至关重要，实施这些策略有望突破固态电池的发展瓶颈。
综述 | 溅射用难熔金属靶材的制备及再制造工艺研究进展

综述 | 溅射用难熔金属靶材的制备及再制造工艺研究进展

摘要：【目的】为了探讨难熔金属靶材在半导体行业的应用现状，分析其制备工艺，并预测未来的发展趋势。【研究现状梳理在靶材制备过程中，致密度、纯度、晶粒尺寸和结晶取向等关键因素对靶材性能的影响；总结粉末冶金技术（热压、热等静压、冷等静压、放电等离子烧结等)和熔炼技术（电子束熔炼、电弧熔炼等)在难熔金属靶材制备中的应用；阐述靶材回收技术和原位修复技术的研究进展和应用前景。【结论与展望】难熔金属靶材的未来发展正朝着以下几个关键方向迈进：追求更高的纯度和均匀性，实现更大的尺寸和更高的平整度，开发新型制备技术，以及优化回收与再利用流程，这些进步将为半导体行业带来更高的效率，提供可持续的发展路径。
综述 | 雾化法制备用于增材制造的金属粉末研究进展

综述 | 雾化法制备用于增材制造的金属粉末研究进展

摘要：【目的】梳理广泛应用于金属增材制造粉末制备的雾化法，以提升增材制造部件性能、降低成本。研究现状】综述气体雾化法（gas atomization,GA）、等离子旋转电极雾化法（plasma rotating electrode process,PREP)和超声雾化法（ultra-sonic atomization,UA)3种雾化制备金属粉末的方法；从基本原理、技术特点、制备设备以及工艺优化等方面，详细阐述3种技术的技术特点、研究进展以及在制备高品质粉末过程中所面临的挑战。【结论与展望】随着金属增材制造技术对低成本、高质量粉体的需求日益增加，雾化技术将有更加广阔的发展空间；明确雾化过程中熔体的破碎机制及凝固行为，提高雾化装备整体水平，提升雾化破碎效率，实现制粉过程关键参数的协同优化对未来雾化技术发展至关重要。
综述 | 激光制备纳米材料及在新能源催化领域应用

综述 | 激光制备纳米材料及在新能源催化领域应用

摘要：【目的】探讨激光与物质相互作用机制，优化激光合成纳米材料策略。【研究现状】综述激光制备纳米材料方法、原理及其在新能源领域的应用；凝练激光固相合成原理，总结激光合成碳材料、碳化物、氧化物、合金及高熵合金等的研究现状，研究激光合成技术在光热催化和电催化领域的技术优势和应用潜力。【结论与展望】激光合成作为新兴技术，通过优化激光合成策略，可提高纳米材料结构可控性，提升纳米材料的性能。
综述 | 高温气冷堆核燃料穿衣颗粒制备技术

综述 | 高温气冷堆核燃料穿衣颗粒制备技术

摘要：【目的】综述高温气冷堆核燃料穿衣颗粒制备技术，分析穿衣技术的未来发展方向，为工程项目技术路线决策提供依据。【研究现状】综述穿衣颗粒结构及穿衣粉制备、穿衣、干燥、分选等穿衣颗粒生产工艺过程；概括我国穿衣技术的发展历程，高温气冷堆核燃料穿衣技术的不断创新更迭的历程与反应堆的发展一脉相承，经历10MW实验堆的实验线，200MW 示范工程的商业示范线和600MW商业堆及未来发展在建的商业线3个重要阶段；穿衣系统作为核燃料生产的核心设备，经过数代产品的选代，在设备结构、自动化程度、产能、产品质量等方面逐步改善与提升；在研发过程中，新的研究方法和手段的应用能够有效促进设备的优化设计和工艺参数的最佳匹配。结论与展望】提出随着核能的高速发展及对核安全要求的提高，核燃料穿衣技术在未来将会有更广阔的需求空间；认为穿衣技术将会随着理论研究的深入、自动化程度的提高和人工智能的引入发生多维度的技术升级，向更高效、更自动、更智能方向迈进。
研究论文 | 流化床-化学气相沉积制备核燃料颗粒铝金属包覆层

研究论文 | 流化床-化学气相沉积制备核燃料颗粒铝金属包覆层

摘要：【目的】针对金属基燃料元件中铀核芯与外部金属基体间的相容性不好，运行过程中核芯与基体界面处易出现空隙导致燃料元件失效的问题，设计含有铝金属包覆层的包覆颗粒，通过金属包覆层提升核芯与金属基体间的界面相容性。方法】采用流化床-化学气相沉积技术，以三异丁基铝为前驱体在颗粒表面沉积铝包覆层，设计铝包覆层的前驱体输运与包覆层沉积装置，研究铝包覆层包括前驱体输运条件、沉积温度参数、颗粒流化参数等的制备工艺。结果】通过对设备与工艺参数的调节，可以提升铝包覆层的沉积效率与包覆质量，最终获得金属铝包覆层的制备工艺与参数，在球形颗粒和非球形颗粒表面均制备得到厚度约 8μm 且均匀的铝包覆层，包覆层生长速率约 2.6μm/h ，内部致密并且实现与核芯间的紧密结合。结论】流化床-化学气相沉积法适宜于铝金属包覆层的制备，可以用于下一步的金属基核燃料研究，但在包覆速率和宏量生产工艺方面还有值得继续优化。
研究论文 | 氧化铈基铜催化剂的制备及其对草酸钠的降解性能

研究论文 | 氧化铈基铜催化剂的制备及其对草酸钠的降解性能

摘要：【目的】草酸钠是一种具有代表性的难降解有机污染物，为了提高对水中草酸钠的降解率，制备具有多级孔结构的氧化铈基铜催化剂，研究氧化铈基铜催化剂的臭氧 (03) 催化氧化机制，提高 O3 在溶液中的传质效率，加速 O3 的分解与转化。【方法】以NaCI为盐模板，以酚醛树脂(phenolicresin,PF)为定型剂，通过喷雾干燥法和辅助盐模板法制备氧化铈基铜催化剂，在同样的工艺条件下改变NaCI、PF的添加量制得不同氧化铈基铜催化剂样品；采用XRD谱图、SEM图像、孔径分布曲线和XPS图谱对各种样品进行表征；研究各种氧化铈基铜催化剂样品对水中草酸钠的降解率，确定具有最佳降解性能的样品；进行4次重复降解实验研究最佳样品的循环使用的稳定性，并探讨氧化铈基铜催化剂的 O3 催化氧化机制。结果】随着NaCI加入量的增大，各种催化剂样品的粒径明显增大，而PF的加入量对粒径影响较小，对样品的孔结构和比表面积影响较大；当NaCI与PF的质量比为1:1时，制得的样品 Cu@Ce02. -NaCl-PF的粒径约为 35.3nm ，介孔孔径为5～45nm ，大孔孔径约为 3000～25000nm ，比表面积为 52.15m2/g ，介孔体积、大孔体积、总孔体积分别为0.240、4.778、5.115mL/g ，所含的 Cu0-Cu+ 、Ce+的质量分数分别为 67.1%.18.7% ;在降解时间为 45min 时，样品 Cu@Ce02 -NaCl-PF对水中草酸根的降解率达到 100% ；在降解时间为 60min 时，第4次循环使用的样品 Cu@Ce02 -NaCl-PF对草酸根的降解率为 95% ，溶液中残留的Cu元素的质量浓度依次为 0.23,0.27,0.34,0.37mg/L ；在加入浓度为 1mmol/L 的叔丁醇作为溶液中羟基自由基的掩蔽剂后，降解时间为 60min 时样品 Cu@Ce02 -NaCl-PF对草酸根的降解率为 10% ，羟基自由基是样品Cu@Ce02 -NaCl-PF降解草酸根的主要活性氧。【结论】催化剂 Cu@Ce02 -NaCl-PF具有较大的比表面积、丰富的多级孔结构、高度分散的 Cu 活性位点以及较高含量的低价态金属离子，上述特性能加速气-液-固的三相传质过程，有助于 O3 在催化剂表面的富集，并提高 O3 转化的速率；催化剂 Cu@Ce02 -Na
研究论文 | Mg²⁺ . Zr⁴⁺ 共摻 ZnGa2O4 ： Cr3+ 基近红外长余辉荧光材料的结构及性能调控

研究论文 | Mg²⁺ . Zr⁴⁺ 共摻 ZnGa2O4 ： Cr3+ 基近红外长余辉荧光材料的结构及性能调控

摘要：【目的】满足现代工程领域或防伪技术中无激发状态下的光学温度传感，提高近红外长余辉荧光材料的余辉和光学温感性能。【方法】采用高温固相法，在 ZnGa₂O₄ :Cr+中掺杂 Mg²⁺,Zr⁴⁺ ，合成掺杂量，原子分数，下同)近红外长余辉荧光粉，系统分析不同 Mg²⁺,Zr⁴⁺ 掺杂量对于 ZnGa₂O₄ 体系物相结构、发光以及余辉性能的影响，并探究自然光充能的温度传感应用。【结果】 Mg²⁺,Zr⁴⁺ 掺杂量最高为 10%,Mg²⁺,Zr⁴⁺ 掺杂量的提高造成晶粒增大，样品带隙逐渐增大；高温煅烧后，样品具有强的吸收可见光能力； Mg²⁺,Zr⁴⁺ 的掺杂有利于反位缺陷的产生，基质中缺陷增多，导致发射光中R线发射及其斯托克斯和反斯托克斯声子边带逐渐减弱，N线发射逐渐增强； Mg²⁺,Zr⁴⁺ 的掺杂量过高时， Cr³⁺ 与缺陷之间的能量传递增多，无辐射跃迁增多，造成一定能量损失，导致发光减弱；随着 Mg²⁺,Zr⁴⁺ 掺杂量的增加，样品余辉呈现先增加后减小的趋势， x=0.05 的样品发光和余辉效果最好；在黑暗条件下，荧光粉随着温度提升，展现出增强的近红外余辉。【结论】 Mg²⁺ 、Zr掺杂能提升近红外长余辉荧光粉的余辉性能，制备的荧光粉具有温度依赖性的长余辉性能，可以对自然光进行充能并释放近红外光，是潜在的用于温度传感的自然光可充能材料。
研究论文 | 碳化处理对再生骨料性能的影响

研究论文 | 碳化处理对再生骨料性能的影响

摘要：【目的】探究再生骨料(recycled concrete aggregates，RCA)在碳化作用前后的性能变化，揭示碳化处理对RCA宏观性能和微观结构强化的影响。方法】将RCA进行破碎，并筛分为3种粒径 (5～10_?>10～20_?>20～26mm) 的骨料颗粒，在不同时间进行预湿处理，然后置于碳化釜内进行不同时间的碳化反应，分析预湿时间、碳化时间等对再生骨料表观密度、吸水率、压碎值及微观结构等的影响。结果】经1h预湿处理后的RCA碳化效果最佳，粒径为 5～10mm 的RCA具有更好的碳化效果；在 CO₂ 体积分数为 20% 和压强为 0.4MPa 条件下，粒径为 5～10mm 的RCA，碳化6h后表观密度提升3.34% ，吸水率降低28. 42% ，压碎值降低 13.36% ；小粒径骨料（ 5～10mm) 的 CaCO₃ 质量损失率达 18.16% ，对应固碳率（质量分数，下同）为41. 27% ，较未碳化组（ 12.57% 的提升 44.45% ；大粒径骨料 >20～26mm 的固碳率仅为 32.02% ，较5～10mm 组的降低 22.41% 。结论】碳化处理后的再生骨料表面形成致密的碳酸钙晶体填充骨料的孔隙，提升表观密度，降低吸水率和压碎值；预湿程度、碳化时间和粒径会影响碳化效果，缩短预湿时间，延长碳化时间，小粒径骨料性能表现达到最优。
研究论文 | 石灰和粉煤灰掺量对再生骨料-生土复合材料耐久性能的影响

研究论文 | 石灰和粉煤灰掺量对再生骨料-生土复合材料耐久性能的影响

摘要：【目的】为了在现代建筑行业中充分发挥生土的作用，在再生骨料、生土中掺入石灰、粉煤灰以改善耐久性能。【方法】设生土、再生细骨料、再生粗骨料的质量分数分别为 60% 、 10% / 30% ，再掺入石灰、粉煤灰进行化学改性制得再生骨料-生土复合材料；通过耐水、冲刷、干湿循环及冻融循环试验分析再生骨料-生土复合材料的耐水、抗冲刷、抗干湿循环和抗冻融循环性能；采用X射线衍射仪、扫描电镜对再生骨料-生土复合材料的水化产物和微观形貌进行分析和表征。【结果】当石灰质量分数为 8% 、粉煤灰质量分数为 14% 时，再生骨料-生土复合材料的软化系数最大，耐水性能最好；抗冲刷时间可达到 60min ，质量损失率最小，抗冲刷性能最好；干湿循环次数为15时，质量损失率和抗压强度损失率均为最小值，抗干湿循环性能最好；当冻融循环次数为25时，质量损失率小于 5% ，抗压强度损失率小于 25% ，最佳冻融循环次数为25。【结论】石灰的碱性作用激发生土、粉煤灰和再生微粉中的活性物质 SiO₂ 、 Al₂O₃ 参与水化反应，生成水化硅酸钙(C-S-H)凝胶、水化硅铝酸钙(C-A-S-H)凝胶、氢氧化钙晶体以及钙钒石晶体，能够填补再生骨料-生土复合材料内部的裂缝和孔隙，增强颗粒间的黏结力，提高再生骨料-生土复合材料的耐久性能。
研究论文 | 基于单纯形重心设计法的三元地质聚合物的配方优化

研究论文 | 基于单纯形重心设计法的三元地质聚合物的配方优化

摘要：【目的】为了在保证力学性能的基础上降低生产成本，促进工业固体废弃物的再利用，采用最优配方的粉煤灰、煤矸石部分替代偏高岭土，以偏高岭土、粉煤灰、煤矸石作为原材料制备三元地质聚合物。【方法】评估偏高岭土、粉煤灰、煤矸石3种原材料的活性指数；应用单纯形重心设计法对3种原材料的配方进行初步优化设计，分别制备对照组、单掺组和复掺组试样；分析原材料配方对试样的力学性能、流动性能及孔隙结构的影响；通过微观形貌分析揭示三元地质聚合物生成水化产物的作用机制；确定制备三元地质聚合物的3种原材料的最优配方。【结果】在养护龄期为28d时，偏高岭土、粉煤灰、煤矸石的活性指数分别为 104.2%.85.2%.51.1% ；大部分复掺组试样的抗压强度、抗折强度和流动性均优于对照组和单掺组试样的；复掺组试样的孔隙结构以小毛细孔和气泡孔为主，孔隙结构得到改善；磷酸盐激发剂与偏高岭土、粉煤灰等发生地质聚合反应，生成由[—AI-O—P—]和[—Si—O—AI-O—P—]聚合而成的无定形磷铝酸凝胶、水化硅铝酸凝胶等无定形水化产物，为地质聚合物提供良好的力学性能；养护龄期为28d时，在抗压强度不小于45.0MPa 抗折强度不小于 5.8MPa 流动度大于 180mm 的前提条件下，偏高岭土的最佳质量分数为 74%～83% ，粉煤灰的最佳质量分数为 3%～15% ，煤矸石的最佳质量分数为 15%～27% 。【结论】采用单纯形重心设计法对三元地质聚合物砂浆的原材料进行配方优化设计，实现三元地质聚合物的力学性能、流动性与经济效益的平衡，并有利于环境保护。
研究论文 | 基于CFD-DEM的水泥窑SCR脱硝催化剂的表面磨损

研究论文 | 基于CFD-DEM的水泥窑SCR脱硝催化剂的表面磨损

摘要：【目的】为了研究水泥窑选择性催化还原(selectivecatalytic reduction，SCR)催化剂表面的磨损，分析不同条件下催化剂表面的磨损情况，以实现优化方案。【方法】采用计算流体力学(computationalfluid dynamics，CFD)与离散元法(discreteelementmethod，DEM)的耦合方法对水泥窑SCR催化剂表面的磨损进行研究，以水泥窑SCR催化剂表面为研究对象，在验证建立的数值仿真模型的基础上，对不同烟气进口风速、烟气入射角和粒径对催化剂表面磨损的影响进行仿真实验。【结果】随着烟气进口风速的增加，壁面初始磨损量的均值也相应增大，并且达到稳定状态后的均值磨损量亦更高；烟气入射角度增大时，相同时间内的磨损侵蚀面积会逐渐减小；粒径越小，相同时间内的磨损均值和标准偏差均较小，催化剂表面的磨损分布更加均匀；当烟气进口风速为 2、3、4、5m/s 时，催化剂表面磨损均值达到稳定时分别为1.12×10^-7 、 1.32×10^-7.2.52×10^-7 3.78×10^-7mm ；约10s后，催化剂表面磨损量的标准偏差达到最大，烟气进口风速分别为 2、3、4、5m/s 时催化剂表面磨损量的最大值为1 82×10^-8 2.41×10^-8 2. 46×10^-8 2.52×10^-8mm 。【结论】在催化剂表面，磨损量的标准偏差随时间变化呈现先增大后减小的趋势；颗粒间的扰动导致催化剂表面的最大磨损量也经历了先增大后减小的过程。
研究论文 | 飞秒激光切割金刚石-碳化硅复合材料的损伤机制

研究论文 | 飞秒激光切割金刚石-碳化硅复合材料的损伤机制

摘要：【目的】研究飞秒激光切割金刚石-碳化硅复合材料的损伤机制，解决金刚石-碳化硅复合材料因超硬特性、优异热性能而难以高效加工的问题。方法】通过飞秒激光切割实验，对不同功率激光切割后的样品进行晶体结构、表面形貌、表面粗糙度表征实验，系统分析激光功率对材料表面质量与晶体结构的影响。结果】低功率（ 2800‰ 时激光切割能轻微改善复合材料表面粗糙度 R_a( 从 52.9nm 变为 49.4nm ；激光功率大于 3000W 时，由于热效应导致样品表面的熔融加剧，深沟槽与溅射显著，粗糙度骤增至 375nm ；X射线衍射显示，随功率提升，金刚石石墨化增强，碳化硅衍射峰强度减弱甚至消失；高功率激光引发热应力失配与异质相分解，加剧界面损伤。结论】优化激光功率可平衡切割效率与表面质量，利于金刚石-碳化硅复合材料的高效加工。
研究论文 | 复合熔盐法提纯天然石墨的工艺参数优化

研究论文 | 复合熔盐法提纯天然石墨的工艺参数优化

摘要：【目的】为了改善天然石墨原料的性能，扩大天然石墨的应用领域，基于复合熔盐法提纯天然石墨原料，对工艺参数进行优化，实现提高生产效率、降低能耗、降低生产成本的目标。【方法】对天然石墨原料进行组分分析，以 ΔNaOH 、Na₂CO₃?Li₂B₄O₇?Na₂B₄O₇?Li₂CO₃ 作为熔盐组分进行筛选，在室温条件下采用稀盐酸清洗法制备高纯石墨；研究无机盐种类、复合熔盐配方、煅烧温度、天然石墨原料质量对提纯石墨纯度（所含固定碳的质量分数)的影响，对天然石墨原料和提纯石墨的微观形貌进行对比和分析。【结果】经过2次优化试验，选择 NaOH,Na₂CO₃,Na₂B₄O₇ 作为复合熔盐的配方组分；当天然石墨原料的纯度为 95.770% 、质量设为 4g 时， NaOH,Na₂CO₃,Na₂B₄O₇ 的质量分别为 1.0,0.5,1.0g ，煅烧温度选为 700°C ，提纯石墨的纯度最高达到 99.982% ；复合熔盐法在有效去除杂质的同时未对石墨的晶体结构造成破坏，提纯石墨颗粒仍然保持椭球形形貌，但颗粒表面的白色物质明显减少，提纯石墨颗粒表面更加光滑，表明提纯过程能够有效去除杂质。【结论】优化参数后的复合熔盐法提纯天然石墨工艺操作简单，提纯处理后仅须采用稀酸浸渍，能够提高生产效率，降低处理成本。
研究论文 | 气力输送中含湿量对聚氯乙烯粉体起电的影响

研究论文 | 气力输送中含湿量对聚氯乙烯粉体起电的影响

摘要：【目的】为了减少气力输送过程中粉体静电的产生，降低粉体静电放电风险，探究气力输送过程中聚氯乙烯(polyvi-nylchloride,PVC)粉体的含湿量对粉体静电带电量的影响。【方法】在自主搭建的气力输送实验平台上，以PVC粉体为输送对象，以荷质比为指标，研究PVC粉体含湿量在不同下料质量流量和不同输送速度下对粉体带电的影响。结果】PVC粉体含湿量相同时，粉体荷质比随下料质量流量的增大而减小，随输送速度的增大而增大；相同下料质量流量时，PVC粉体的含湿量越大，粉体荷质比越小；当下料质量流量从 6.7g/s 增大到 33.3g/s 时，粉体含湿量为0时，荷质比降幅最大，从14.581μC/kg 减小到 7.325μC/kg ，但当粉体含湿量为 3% 时，下料质量流量对粉体荷质比的影响已经很小；相同输送速度时，PVC粉体的含湿量越大，粉体荷质比越小，当输送速度从 7.9m/s 增大到 14.8m/s 时，粉体含湿量为0时，荷质比增幅最大，荷质比从 5.435μC/kg 增大到 34.891μC/kg ，当粉体含湿量为 2% 时，输送速度对粉体荷质比影响已经很小，而当粉体含湿量增大至 3% 时，气力输送过程中出现输送管道堵塞现象。结论】气力输送过程中适当的增大PVC粉体含湿量、增大下料质量流量以及减小输送速度都能够有效抑制粉体静电电荷的积累，降低粉体静电危害风险；但粉体含湿量不宜过分增大，粉体含湿量过大易造成输送管道堵塞，当PVC粉体含湿量为 2% 时，能够在不堵塞输送管道的同时，减小粉体静电积累，满足工程的实际应用需求。

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