[科学前沿] 《先进功能材料》兰州化物所阎兴斌课题组：电化学驱动器的变形机理研究取得新进展
挑战杯历届全国特等奖、一等奖作品
国家历届挑战杯特等奖、一等奖作品第一届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛由清华大学于1989年承办：清华大学摘得“挑战杯”一等奖获奖名单如下：北京大学刘闯在地理信息系统中土地评价模型的建模研究清华大学陈邕涛等中华学习机CAI软件开发工具清华大学吴丹策等电脑照相及微机图像处理系统清华大学金龙文等竹草木漂白系列新工艺的研究华中理工大学吴敏等建筑方案“将居民安置在发种种的小镇中”新疆石河子医学院王惠民门脉系的内分泌学意义第二届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛由浙江大学于1991年承办：上海交通大学摘得“挑战杯”一等奖获奖名单如下：浙江大学微机遥感图像显示操作及处理系统郑州大学方兴未艾福利企业国防科技大学Hyperview（v1.01）系统北方交通大学铁道部及各地区财务基准收益率的测定上海交通大学光纤中自然聚焦光场的环形结构上海医科大学他莫昔芬枸橡酸新工艺的研究及其原理的讨论上海交通大学农村民居建筑调研华中理工大学微量泄漏检测仪北京航天航空大学简繁五笔汉字系统及其为通道汉卡四川成都电子科技大学通信母板自动测试系统第三届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛由上海交通大学于1993年承办：北京大学获得“挑战杯”一等奖获奖名单如下：北京大学基于具有更佳频率分辨率的正交子波变换及自适应VQ技术的图像压缩北京大学危机与出路.....从九二深圳股市看中国B股清华大学铁基合金薄膜中铁原子磁矩的反常增大等作品获奖东北大学超级电子档案系统吉林大学镧系离子荧光探针探测天花粉蛋白结构和分子间能量传递武汉大学信安－Ｉ型计算机网络信息保护系统浙江大学ＰＬＴ陶瓷期间合金电极成型新技术四川师范大学四川西部蝶类资源调查天津财经学院建立会计逻辑学体系的构想北方交通大学多渠道多方式利用外资发展我国的铁路的探讨中国科技大学本原矩阵指数的一个猜想证明上海交通大学浦东开发区环境调查及综合防治上海医科大学Ｚ曲线显示和分析ＤＮＡ系列的直观工具南京理工大学激光全息场再现图像的离子自动检测华东理工大学化学气相淀积反应器中超细粒子形成过程研究及产物形态控制华中理工大学将城市引入农村，农村引入城市－繁忙江南水乡的僻静水上花园齐齐哈尔工学院黑龙江省甜菜糖业产品结构调整战略研究报告北京航空航天大学空中机器人系统北京航空航天大学智能化电力电容在线检测仪第四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛由武汉大学于1995年承办：复旦大学摘得“挑战杯”一等奖获奖名单如下：复旦大学载能束合成新型共价氮化碳超硬材料研究河北大学BaZrXTil-03固溶体的合成，结构与物性武汉大学高性能镍／金属氢化物电池和锂离子蓄电池暨南大学物体三维形貌测试技术的研究等作品获奖北京大学物体三维形貌测试技术的研究云南大学村落文化贫困地区农村妇女生育健康服务模式——武定县中山大学《劳动法》与外来工的权益保障北京大学光ＷＤＭ（波分复用）中的激光波长控制清华大学高速中西文激光打印／照排控制器北京师范大学论教师的教学效能感南京理工大学走出困境再创辉煌——重庆军工企业走上发展之路的启示北京科技大学双拇指型多指手大连理工大学大学物理实验ＣＡＩ教学软件包华中理式大学新型宜人化计算机辅助设计绘图系统——开目ＣＡＤ华北师范大学松树花粉的培养和它萌发时营养万分的变化吉林工业大学梁的大挠度强迫振动的非线性响应的分析的新方法苏州丝绸工学院真丝新村料的研制及产品开发北京航天航空大学遥控多用途空中飞行平台第五届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛由南京理工大学于19９７年承办：清华大学摘得“挑战杯”一等奖获奖名单清华大学《十字路口看乡企》——中国农村乡镇企业转制问题调查报告清华大学蛋白质去折叠与折叠机制的研究清华大学基于界面设计的多层膜技术获得新型合金清华大学文本无关的说话人语音语音识别系统北京大学两家名油企业生活后勤体制变革北京大学股市中操纵市场行为及防范的法律对策北京大学 Runge—lenz矢量与升降算子武汉大学武汉市再就业工程调研报告南京理工大学小波变换中的视觉门限模型和图像的层次分割优生权编码复旦大学通用工件识别系统生成工具VisionExport南京大学水煤奖添加剂NDF上海交通大学柔体机器人（组件）云南大学边疆民族地区生态环境变迁与脱贫致富——云南省怒江傈族自治州经济开发新模式研究北京航空航天大学三翼面微型无人驾驶验证机国科学技术大学酶反应的理论研究——方法及在葡萄糖异构酶中的应用四川联合大学利用红矾母液和铬酐下脚料生产蒙囿吸收铬鞣粉剂石油大学河南西峡恐龙蛋化石层及恐龙绝灭原因初探中国政法大学青少年创造能力培养和知识产权保护教育调查报告吉林工业大学轿车车身焊装用微机控制自动螺柱焊机第六届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛由重庆大学于1999年承办：复旦大学获得“挑战杯”一、二等奖获奖名单北京航空航天大学鱼类运动仿生研究及其柔体舰艇模型东北大学微型足球机器人系统江苏理工大学高性能铝合金材料的应用研究复旦大学指间区纹的进化和遗传南京大学体内可降解吸收医用高分子材料及其制品大连海事大学椭圆波导中的场中国科学技术大学关于α和β环糊精与苯衍生物之间的包含驱动力及包合结构的新模型上海交通大学面向软件无线电的数字发射机（激励器部分）东南大学中文个人数字助理（ASICPDA-2000）北方交通大学大规模发展交通仿真及公交智能调度指挥平台开发重庆大学 AV-100S型双面表格自动阅读机苏州大学真丝新材料-差别化柞桑弹力真丝的研制与产品开发北京大学从法院状告新闻媒体谈起——一起名誉侵权官司引发的思考复旦大学适应环境变化，构建新型企业——上海国有外贸企业改革调查华东师范大学师范大学生专业思想状况调查哈尔滨理工大学侵华日军731部队罪证网站国立华侨大学基于可持续发展的水资源定价试探华中理工大学基于针式传感器的多功能扫描探针显微装置南京大学电动自行车综合测试仪吉林工学院轿车深冲件应用国产冷轧IF钢板研究江苏理工大学 4LGT-130型稻麦联合收割机的研制重庆大学虚拟式小波变换信号分析仪重庆医科大学手握（傻瓜）式纯水检测仪华东理工大学清洁化生产取代芳胺磺酸中国科学技术大学超支化聚（胺-酯）的合成及其光固化性能研究吉林工学院汽车内饰件粘合剂的研制同济大学茶多酚提取新工艺及其系列产品开发无锡轻工大学 UASB-CAAS系统处理高浓度有机废水的工程技术无锡轻工大学维生素在光滑球拟酵母发酵生产丙铜酸中的关键作用广西师范大学湘西洛塔植物区系及开发利用研究重庆大学心肌收缩能力的一种无伤性检测和评估方法研究山西大学 Hie Senberg 方程的换算表示复旦大学国内首家微波硫灯的研制桂林工学院 NETWARE高级编程接口及未公开的核心技术武汉交通科技大学二维条码自动识别应用技术研究西安电子科技大学高速分组无线网长沙铁道学院空调客车状态参数集中管理系统成都电子科技大学校园网上的学生管理信息系统中国科学技术大学基于中文实时语音技术的有声电子系统北京理工大学《圣林3.0》实时三维图象引擎武汉大学系列安全容错智能卡应用系统重庆邮电学院多链路中国NO.7的信令分析仪华中理工大学基于LAN/INTERNET的H.323视频会议系统西安电子科技大学自控光阀及其在防弧光领域的应用清华大学细菌基因快速鉴测仪中国地质大学（武汉）油气资源储量评价系统华东理工大学无规共聚高分子相平衡的研究武汉大学新型固相微萃取探针复旦大学智能酒气电子鼻山东工业大学弹性管束热交换器的结构、动态特性及自动控制过程仿真重庆建筑大学新型高效掺合料北京大学社区的构成清华大学走近21世纪的中国环境技术中国人民大学面对挑战，中国对外经济的立足点北京师范大学困境与出路——城镇企业下岗职工再就业状况调查北京师范大学面向21世纪发展远程教育——关于中国远程教育中若干问题的调查与思考中国政法大学中国农民法律意识现状探讨西南政法大学典权的过程分析及性质研究山西大学刚玉之路河海大学江苏省水资源可持结发展模式探讨中国药科大学我国药品价格现状分析及管理对策的研究杭州商学院论国有企业激励机制湖南财经学院买方市场：高教与经济增长—发展高教是推动经济增长的重要途径华中农业大学农业科技推广中的几点思考第七届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛由西安交通大学于2001年承办：复旦大学和东南大学获得“挑战杯”特等奖北京大学锆基固体电解质纳米晶薄膜材料的制备及微结构与电学性质研究清华大学结构光三维扫描仪北京航空航天大学数字立体电视其计算机成像系统南开大学发光锌纳米分子复旦大学上海越族后裔与台湾高山族的渊源华东师范大学师范生对教育类课程看法的调查报告东南大学 OSC2001微型掌上数字存储示波器东南大学南京市流动民工现状调查山东大学换热器动态仿真及智能控制系统山东大学紫外倍频晶体K2AL2B207的生长技术汕头大学 LCD生产过程的基板自动对位贴合及ITO、SPACER自动检测系统电子科技大学考虑交易费用与风险情况下移动平均交易规则的检验四川大学论对抽象行政行为的司法监督重庆大学“移民者的乐园”——三峡库区“棚户现象”调查研究与城市（镇）迁建、移民问题思考渝州大学绿色贸易壁垒及重庆之应对贵阳中医学院《针穴II》虚拟三维教学系统西安交通大学金纳米球壳微粒的空腔谐振吸收特性）西安交通大学一种适用于小C臂X光机的数字成像系统一等奖北京大学中国高龄老人健康状况和健康预期寿命研究北京航空航天大学环形翼飞机北京航空航天大学弹射座椅地面综合测试仪及其嵌入式系统北京航空航天大学多机器鱼协调及机器鱼的机动性研究北京科技大学喷丝板自动检测系统北京科技大学灵丘贫锰银矿综合利用技术研究北京理工大学哈勃常数的实验估计北京理工大学发动机润滑系统仿真软件包北京师范大学教师反馈、学生的归因模式与学生学业成绩关系的研究：一项行动研究及其对学校心理健康教育的启示中国人民大学真茵寡聚糖诱导子诱导悬浮培养红豆杉细胞的信号转导途径及其过程模型的研究天津理工学院缔合色心型X线影像板河北大学陆马峰的发育与筑巢行为的研究河北科技大学 L-抗坏血酸-2-三聚磷酸酯的合成研究华北电力大学民事举证责任倒置问题探析大连海事大学船舶运动控制试验平台大连理工大学冰柜监控管理系统大连理工大学单金属、双金属催化剂表面CO氧化反应的模拟模型大连理工大学医学层析图象三维几何重建与可视化仿真东北大学般若企业互联网络综合应用平台吉林工学院溶液法银纳米微粉的光化学制备哈尔滨理工大学地下管线定位仪东华大学中国绿色服装发展探究复旦大学转动基板的激光测温复旦大学知识产权新课题——基因专利复旦大学以企业信息化迎接B2B挑战华东师范大学 GSEEK码路天使——中西文著者号码自动生成系统上海财经大学高级管理层激励与上市公司经营绩效上海交通大学全光通信系统仿真软件上海师范大学如何在中国农村普及信息技术教育同济大学多高层建筑结构设计系统（简称MTS）东南大学均压型行波形超声波电机苏州大学真丝调拒水拒油防污多功能整理新技术研究及产品开发苏州大学非接触式高精度数字图像面积测量仪苏州大学激发型抗人CD40单克隆抗体的研制及产品开发扬州大学 Xa21基因导入水稻广亲和恢复系SWR20提高白叶枯病抗性中国药科大学脆壁克鲁维酵母菌乳糖酶的开发与应用浙江大学基于综合推理的集成化智能书法创作合肥工业大学关于安徽农村税费改革的调查和建议中国科学技术大学语音合成芯片郑州工程学院王涛河南省高校大学生创新能力现状调查与对策研究郑州工程学院袁少勇在WTO框架下：中国粮食流通体制改革研究华中师范大学我国城市社区的阶层化趋势研究武汉大学用人市场对大学毕业生质量评价的社会学分析武汉理工大学谈广义M集的演化及其在图形防伪中的应用中国地质大学(武汉) 全球古大陆再造软件开发研究国防科学技术大学 Windows变速器国防科学技术大学数字水印新技术华南农业大学车八岭保护区及其邻近地区的木兰科植物种群及其群落特征的研究中山大学中国南沙群岛海域浮游原生动物生物多样性研究中山大学珠江三角洲富裕农村主观剩余劳动力问题研究华南热带农业学院蝗虫霉菌的培养及致病性初步实验西南石油学院油藏压裂模拟设计与分析软件系统重庆大学可穿戴式计算机——Netdaily云南大学便携式高精度数字燃油流量计云南大学传统法文化的断裂与现代法治的真空——少数民族农村法治秩序建构路径选择的社区个案研究长安大学 The Problems and the Solutions on Ecological Architecture in Developing Countries西安电子科技大学单片机模糊控制软件仿真和生成平台西安理工大学 Sn02：F透明电热膜加热管兰州大学纳米微阵电极组装体系的制备和初步研究宁夏大学宁夏移民区可持续发展模式研究宁夏大学历史上固原地区人地关系的两次转型对生态建设的启示新疆大学维－汉－英三向背单词系统、电脑词典第八届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛由华南理工大学于2003年承办：清华大学获得“挑战杯”复旦大学获得挑战杯永久纪念碑一座一等奖获奖名单北京大学司法判决书中“双高”现象并存的另一种解释进路北京大学贫困学生怎么上大学？——中国高校学生贷款运行机制案例分析及其国际比较北京航空航天大学仿生飞翼布局飞机北京航空航天大学纳米光催化空气消毒净化器清华大学北京市流动儿童受教育状况及心理健康现状调查报告中国地质大学（北京）大学生创新精神和实践能力培养的调查研究——团体创新模式分析中国农业大学 AISCR-1-100微机控制全自动智能除雪机器人中国人民大学资本市场融资条件与产品市场竞争双重约束下的中国上市公司融资行为研究北京城市学院北京市乞丐现状调查报告天津大学桩基承台前方设挡土结构的大型码头结构河北科技师范学院杏树新害虫---JT虫生物学特性及无公害防治研究山西财经大学货币需求中的认知因素分析大连理工大学基于元胞自动机和Penna模型的生态系统模拟模型吉林大学国有经济控制力及控制方式新探吉林大学兽疫链球菌突变株产生的透明质酸的纯化及表征北华大学气动蠕动式缆索机器人哈尔滨医科大学中药复方抗心律失常药物筛选平台的建立复旦大学手晃电子显示棒上海财经大学城市轨道交通投资对周边地价变动影响的实证分析上海交通大学新型水葫芦打捞船上海交通大学基于 Inter PXA250的无线个人客户端的开发(wireless personal client)同济大学轨道交通运输组织仿真系统开发同济大学城市之桥—上海世博会人行过江“花”桥的结构概念设计同济大学四轮独立驱动燃料电池微型汽车东南大学通用手持概念仪器东南大学江苏省企业电子商务应用调查研究报告南京大学一种新型的磁力吸盘南京大学他们怎样生存——三峡移民迁前生存状况调查南京工业大学绿色紧凑的冷冻式空气干燥机南京理工大学鱼类旋涡射流推进理论及其应用南京师范大学稀土有机配合物生态转光剂的制备南京师范大学推进乡镇机构改革的对策研究——苏南、苏北若干典型乡镇机构改革的比较分析南京邮电学院基于动态路由控制的高性能IP宽带接入网关中国矿业大学花生收获机华东船舶工业学院仿生波动推进器绍兴文理学院组织的镶嵌、链接和整合——中国轻纺城地方商会个案分析浙江工业大学“AH-Assemble”汇编语言集成开发平台浙江师范大学村委会选举中乡镇政府的角色转换——以浙江省昌镇村委会选举为个案中国科学技术大学σ键超共轭作用在丙烯旋转能垒中的重要性中国科学技术大学最小超对称标准模型下的R宇称破坏机制对CERN LHC上轻子对产生过程的影响中国科学技术大学 Bcl-rambo β的发现和功能研究福建农林大学甘蔗近缘属植物斑茅的杂交利用与抗逆性评价福州大学基于评价方法属性层次的组合评价研究华侨大学三维自然纹理的反求设计与制造厦门大学从“三农”问题透视乡镇政权——以福建省枫亭镇和大济镇为例山东理工大学竹红菌甲素--一种新型抗生素的抑菌作用研究郑州工程学院大学生诚信缺失徂源及对策——转型期大学生信用行为分析湖北大学论诚信的劣变与对教育理性的质问----关于当代大学生诚信状况的分析以及对当代教育的反思华中科技大学北京、武汉高校人才培养与学生素质状况调查报告武汉大学绿色铅酸蓄电池及其生产工艺武汉化工学院水性聚酯树脂的合成及其涂料研制中国地质大学（武汉）求解动态TSP问题的新型演化算法国防科技大学新概念路标系统与无人驾驶汽车模型湖南大学 RSY-1肉类水分快速测定仪湖南大学入世过渡期：银行不良资产处置模式的比较分析与路径选择湖南师范大学传统文化与党风廉政建设湖南师范大学走向权利时代的民工权益——来自深圳民工的调查中南大学三峡移民的文化差异与文化融合——以湖南岳阳地区新市、杨林两地三峡移民为样本分析的调查报告中南大学基于等离子体聚合膜技术的压电免疫传感器的研究及其在急性白血病免疫分型中的应用广州大学岭南城市广场与公园热环境研究华南理工大学新型高分子点阵发光显示屏华南农业大学园艺植物自然分类系统及其汉拉英名称对照广东商学院 21世纪中国人口老龄化与银色产业开发四川大学通过分子复合实现聚乙烯醇的吹塑成膜西南石油学院现代试井分析技术及软件系统第三军医大学以纳米金为报告系统的病原体快速检测基因芯片第三军医大学抑制胆固醇合成对乳腺癌细胞离子跨膜流动、细胞骨架形成及细胞通讯功能影响的研究重庆工学院一个非常值得关注的“三农”问题——重庆市农村养老问题调查研究云南师范大学微波加热技术在催化化学反应中的应用长安大学环保型野生植物杀虫剂的研究西安科技大学基于虚拟仪器技术的多种机械量测试系统西安交通大学透平叶片型线设计及优化软件西安交通大学金纳米棒状微粒的吸收光谱宁夏大学数字显微镜模拟目镜及病理远程诊断系统新疆大学新疆家蚕抗菌肽基因工程产品的开发与应用第九届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛由复旦大学于2005年承办：复旦大学获得“挑战杯”复旦大学以总分４２０分的最高分夺得第九届“挑战杯”；北京大学、中国矿业大学、南京大学等２０所高校捧得“优胜杯”；清华大学由于累计３次捧杯，获得“挑战杯‘永久纪念杯’”。
宽窗口水系超级电容器设计新策略
物理化学学报Acta Phys. -Chim. Sin. 2020,36 (2), 1910030 (1 of 2)[Research Highlight] doi: 10.3866/PKU.WHXB201910030 宽窗口水系超级电容器设计新策略杨全红1,21天津大学化工学院，天津 3003502化学工程联合国家重点实验室(天津大学)，天津 300072New Strategy for Designing High-Voltage Aqueous SupercapacitorsQuanhong Yang 1,21 School of Chemical Engineering and Technology, Tianjin University, Tianjin 300350, P. R. China.2 State Key Laboratory of Chemical Engineering (Tianjin University), Tianjin 300072, P. R. China.Email: qhyangcn@.Published online: October 18, 2019.超级电容器作为一种新型的电化学储能器件，在具有功率密度高、快速充放电能力强、循环稳定性好等优点的同时，也具有能量密度过低的缺点。
扩展器件的工作电压窗口是有效提升器件能量密度的一种方法，而电解液的稳定工作电压范围对器件的工作电压窗口有着重要影响。
近年来，“盐包水”(Water-in-Salt，WIS)作为一种新型高电压水系电解液1，已受到电化学储能技术领域科研人员越来越多的关注。
中国科学院兰州化学物理研究所清洁能源化学与材料实验室阎兴斌研究员团队首先通过将共溶剂乙腈加入到最典型的LiTFSI锂盐的WIS电解液中，解决了WIS电解液离子传输能力较差的缺点，从而实现了倍率性能和稳定性更好的水系超级电容器器件的构筑2。
镍基碳化硅复合材料结构性能第一性原理研究
3.2. 界面成键分析
为了更加清晰从键合能力来观察氦的存在对界面的影响，我们对界面处做态密度图和布局分析，见 图 3。态密度表示单位能量范围内所允许的电子数，也就是说电子在某一能量范围的分布情况，能反应 出电子在各个轨道的分布情况，反映出原子与原子之间的相互作用情况，并且还可以揭示化学键的信息。 P 值代表布局数。布局数是指电子在原子轨道上的分布，分析这种布局，有助于了解分子中原子的成键 情况。Ni 与 Si、C 原子的杂化主要体现在 Ni 的 d 电子与 Si、C 的 s、p 电子轨道杂化上，因此只将 Ni 的 d 电子态密度分析图画出。键的布局数表示两个成键原子之间电子云的重叠程度，通常用来判断化学 成键的共价性强弱：正值越大，则共价键越强[13] [14] [15]。 对比 Si-C-Ni 界面分波态密度分析图：He 掺入之前，Ni 的 d 态与 C 的 p 态在−4 eV、0 eV 出现两个 峰值；He 掺入之后，Ni 的 d 态更加局域化，在 0 eV 处态密度值更高，且 C 的 p 态在此处的密度值也升 高，即 Ni 的 d 态与 C 的 p 态杂化更强。反映在布局分析，表现在 C-Ni 的 P 值的增加，共价键更强，在 一定程度上弥补了 He 的掺入使得界面结合力降低。 对比 C-Si-Ni 界面分波态密度分析图：He 掺入之前，Ni(1)和 Ni(2)的 d 态与 Si 的 p 态在−5 eV 附近 出现重叠峰。Ni(1)的 d 态与 Si 的 p 态和 C 的 p 态在−1 eV 附近出现重叠峰；He 掺入之后，Ni(1)的 d 态 峰值降低，且在−1 eV 不在与 C 的 p 态存在重叠峰。Ni(2)的 d 态峰值升高。结合布局分析，Si--Ni(1)的 P 值减小，则 Si-Ni 键的结合力减弱。C 与 Ni(1)之间不再形成共价键，这是由于 He 的掺入使得 C-Ni(1)键 变长，不再成键。Si--Ni(2)的 P 值增大，即 Si 与 Ni(2)的结合力增强，在一定程度上弥补了 He 的掺入使 得界面结合力降低[11] [14]。
聚苯胺_新一代环境友好防腐材料
第 30 卷 第 8 期 2011 年 8 月
中国材料进展
MATERIALS CHINA
Vol. 30 No. 8 Aug. 2011
特约专栏
聚 苯 胺 ——— 新 一 代 环 境 友 好 防 腐 材 料
李应平1，2 ，王献红1 ，李 季1 ，王佛松1
( 1． 中国科学院长春应用化学研究所 先进生态环境材料国家重点实验室，吉林 长春 130022) ( 2． 中国科学院研究生院，北京 100039)
第8 期
李应平等: 聚苯胺———新一代环境友好防腐材料
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要指出的是，聚苯胺的电化学沉积电位一般要高于金属 基底的钝化电位。因此在电化学沉积聚苯胺后，电极表 面往往会形成一层钝化层，这层钝化层是保护金属不受 腐蚀的关 键，而 聚 苯 胺 只 是 起 到 了 稳 定 钝 化 层 存 在 的 作用。
Wessling［12］ 首 先 采 用 化 学 合 成 的 聚 苯 胺 来 涂 覆 金 属 电极，他将各种金属电极浸入聚苯胺分散液中，从而获 得聚苯胺涂覆的金属电极。与电化学沉积聚苯胺的方法 相比，这种方 法 在 引 入 聚 苯 胺 涂 层 的 同 时 不 会 在 聚 苯 胺 /金属界面形成钝化层，因此更能准确地评估聚苯胺 的防腐机理。在浸泡期间，聚苯胺涂层能使金属表面形 成钝化层，钝化层的形成可以被描述为: 纯聚苯胺涂层 或含聚苯胺的底漆在 Fe 表面涂覆后与 Fe 发生反应，使 Fe 表面生成由 Fe3 O4 和 γ-Fe2 O3 组成的钝化层，钝化层 的形成总是伴随着电位显著地移向高电位，并且使极化 电阻增高和腐蚀电流减小。Wessling 认为聚苯胺可逆的 氧化 － 还原 特 性 是 其 发 挥 钝 化 作 用 的 重 要 保 证［13］，腐 蚀介质中的溶解 O 能将被 Fe 还原的聚苯胺重新氧化生 成氧化态聚苯胺，有利于形成致密的钝化层。
单晶硅表面改性及其微观摩擦学性能研究进展
第24卷 第4期摩擦学学报V o l24, N o4 2004年7月TR I BOLO GY July,2004单晶硅表面改性及其微观摩擦学性能研究进展孙 蓉1,2,徐 洮1,薛群基1(1.中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室,甘肃兰州 730000;2.河南大学特种功能材料重点实验室,河南开封 475001)摘要:评述了单晶硅表面改性及其微观摩擦磨损性能研究现状和进展,就单晶硅微观机械性能和摩擦磨损性能、单晶硅表面沉积薄膜和氧化层的微观机械和摩擦学性能及硅材料表面离子注入和表面纳米化等相关研究进行了归纳总结;指出应当继续深化硅材料表面改性技术及改性层微观摩擦学性能的研究,特别是应当加强硅材料表面离子注入及表面纳米化的研究,从而满足M E M S N E M S等高技术领域的应用和发展需要.关键词:M E M S N E M S;硅材料;表面改性;微观摩擦学性能中图分类号:TQ174.75+8.12文献标识码:A文章编号:100420595(2004)0420382204 硅材料在微型机电系统(M E M S N E M S)中的应用日益受到重视,这是由于其具有硬度高、成本低廉、表面粗糙度小,以及可实现集成制造和器件微小型化等特点.与此相适应,有关硅材料微观摩擦学的研究已成为国际摩擦学领域的前沿课题[1～3].研究表明[4,5],未经表面处理的硅材料脆性较高,表面裂纹在较低张应力作用下能迅速扩展,易发生剥层磨损和脆性断裂,难以满足使用要求.因此,有必要用表面改性技术来提高硅材料表面微机械性能,以改善硅材料的微观摩擦磨损性能,满足微型机电系统的应用需要.B hu shan等[6～9]针对硅材料表面粗糙度、粘着及摩擦磨损行为开展了较为系统的研究工作,考察了M E M S N E M S系统中多种材料的摩擦磨损行为,深入探讨了磁纪录设备中磁盘和磁头的边界润滑问题. L uo等[10～18]针对纳米薄膜的微摩擦特性[10]、薄膜润滑机理和数学建模[12]、硅材料离子注入和表面纳米化[14,18]等开展了广泛多样的研究工作,在微观和纳米摩擦学研究领域取得了长足进展.然而,针对M E M S N E M S的微观摩擦磨损和润滑本质的研究及相关认识还远未臻于完善,关于硅材料表面改性技术及改性层微观摩擦学性能的研究仍亟待深入,有关争议仍有待于澄清.鉴于此,本文就硅材料表面改性技术及其改性表面摩擦学性能研究现状和进展加以总结评述,并试图指出其发展方向,以期为硅材料在信息和微电子等高技术领域的应用提供指导.1 单晶硅的微观机械和摩擦磨损性能D ing等[11]发现,硅材料在宏观和微观尺度下的机械性能存在一定的差异.从在ME M S N E M S系统的设计角度而言,材料在微 纳米尺度上的微结构和微机械性能研究具有重要意义.研究表明,单晶硅在室温下具有硬脆性,在宏观外力作用下很难产生位错和滑移,几乎无塑性变形,抗拉应力远大于抗剪应力[7],因此其磨损失效主要归因于摩擦过程中剪切应力导致的脆性断裂.随着微加工技术和纳米压入技术的发展,单晶硅微观机械性能研究受到了广泛关注. L i等[19]采用连续刚度测定法(CS M)测定了梯形截面纳米尺度单晶硅片(长6Λm,宽400nm和800nm,厚255nm)的抗弯强度和断裂机制,发现纳米尺度硅片的抗弯强度(断裂应力)为17.5GPa,是以往测得的小尺寸硅片抗弯强度[20](6GPa)的近3倍.其原因在于,位于表面的原子比锁定在晶格内部的原子更容易运动,而纳米尺度单晶硅样品表面原子的比率同微小或常规尺度硅片相比较高,从而有利于抑制表面裂纹盟生,提高抗弯强度.Ch ilam aku ri等[20]指出,材料的疲劳失效对其微观摩擦磨损性能具有较大影响;就M E M S系统而言,由于部件处于循环运转状态,因此必须高度关注材料的抗疲劳性能.通常认为疲劳仅见于具有韧性的固体,但M uh lstein等[21]发现,在室温大气环境中,循环外力可加速裂纹生长,从而导致单基金项目:国家自然科学基金资助项目(50172052,50175105);中国科学院“百人计划”资助项目.收稿日期:2003210220;修回日期:2003212220 联系人薛群基,e2m ail:qjxue@.作者简介:薛群基,男,1942年生,研究员,博导,中国工程院院士,目前主要从事聚合物摩擦学、陶瓷磨损与添加剂摩擦化学等方面的研究.晶硅表面薄膜疲劳失效.这同L i等[19]针对纳米尺度硅片的疲劳试验结果结果一致.Gatzen等[22]研究表面粗糙度对微小载荷下单晶硅磨损性能影响,针对表面粗糙度R a分别为1.4nm、50.0nm及200.0nm的单晶硅片的研究结果表明,随着滑动距离的增大,磨损量呈线性增大;其中R a为200.0nm的单晶硅片的磨损量最大,R a为1.4nm和50.0nm的单晶硅片磨损量较小;R a为1.4nm和50.0nm的单晶硅片的磨损表面粗糙度有所增大,而R a为200.0nm的单晶硅片的磨损表面粗糙度降低为165.0nm.这是由于表面粗糙度较大的单晶硅片表面粗糙峰被磨削所致.A ndo等[23]考察了硅材料表面粗糙度对粘着力和摩擦力的影响,指出粘着力和摩擦力同表面微突体曲率半径成正比关系,而随着表面微突体数量的增加,粘着力和摩擦力均有所降低.2 单晶硅沉积薄膜及微机械和摩擦学性能在M E M S N E M S工业中应用最为广泛的硅基材料存在耐高温性较差以及韧性和耐磨性能不佳等缺陷,因此有必要对单晶硅进行表面改性处理,以改善其力学和摩擦学性能;其中沉积薄膜在硅表面改性领域占据重要地位.通常可以将单晶硅表面沉积薄膜划分为硬质薄膜和软质薄膜两大类;目前,针对硅表面硬质薄膜微观机械和摩擦学性能的研究较多,而针对软质薄膜的研究较为欠缺.L i等[24]在单晶硅表面制备了多晶硅、Si O2、Si C、N i2P及A u薄膜,并采用纳米压入仪考察了改性表面的微观机械性能,结果表明:Si C薄膜的弹性模量和硬度最高;多晶硅薄膜的断裂韧性最高,原因在于其晶界可阻止裂纹生长;Si C薄膜的划痕临界载荷最高,这归因于其高弹性模量和高硬度;N i2P薄膜和A u薄膜的抗弯强度较高,这归因于其较好的延展性及弹塑性.A nder等[25]利用真空电弧沉积技术在单晶硅表面制备了厚70～100nm的碳膜,并考察了碳膜的微观结构、微观硬度和微观摩擦性能,发现碳膜同金刚石对摩时的摩擦系数为0.09～0.10.Hou ston等[26]在Si(100)表面制备了类金刚石碳薄膜(DL C),发现薄膜表面平整光滑,水接触角为87°,经SF6等离子处理后则水接触角提高到99°,表面粘着力降低20%.B eerschw inger等[27]对比研究了单晶硅表面DL C、Si C及Si3N4薄膜的微观摩擦磨损性能,并初步探讨了固体润滑薄膜的磨损机理.W ang 等[28]研究了硅表面CN x涂层同金刚石对摩时磨粒产生机理和摩擦周期对表面损伤的影响,发现厚10nm 的CN x涂层可显著减轻硅的摩擦磨损,相应的摩擦系数仅为硅的1 4.王吉会等[13]利用磁控溅射技术在Si(100)表面沉积了M oS2薄膜,探讨了薄膜表面污染物及薄膜结构对其微观摩擦磨损性能的影响;他们还利用离子束增强交替溅射技术在Si(100)基片上组装了T eflon Si3N4多层膜,考察了多层薄膜的结构以及力学和微观摩擦学性能,发现T eflon Si3N4多层膜的强度略低于Si3N4薄膜的强度,但韧性明显较优.3 硅材料表面离子注入和表面纳米化硅材料是典型的脆性材料,其磨损行为主要取决于接触表面的微观结构和形貌,并强烈依赖于接触表面的物理化学性质.离子注入可以改善材料表面和近表面区域的性能,尤其是表面韧性和抗疲劳性能,在硅材料表面改性方面得到了广泛应用.对单晶硅表面的离子注入研究始于20世纪80年代,早期的相关研究大多着眼于离子注入对表面结构的影响[29].20世纪90年代以来,针对单晶硅表面C+、N+及A r+等多种离子注入改性层的摩擦学性能研究受到了高度重视,并取得了长足进展.Gup ta等[30]利用循环纳米压入试验考察了单晶硅和多晶硅表面不同剂量O+、N+、P+和A s+注入改性层的化学性质和抗变形能力,发现硅表面经O+和N+注入处理后化学性质发生变化,从而导致表面抗变形能力有所提高,卸载过程中的滞后现象明显减弱,而P+和A s+注入改性效果不明显.L ekk i等[31]考察了单晶硅表面A r+注入改性层的摩擦磨损性能,发现注入过程中的化学反应不能改善表面改性层的摩擦磨损性能,而A r+离子束轰击导致硅次表面产生缺陷,从而有利于降低摩擦力.Ko2 dali[32]等采用不同剂量的C+、N+以及C++N+对单晶硅(100)表面进行注入处理,发现经不同剂量C+注入后硅表面的摩擦磨损性能明显改善,其原因在于改性层中形成了非晶Si C,而N+注入改性效果不明显.最近,基于离子束、电子束及光子束轰击或喷丸处理的整体材料表面纳米化研究受到了高度关注,在材料表面强化方面显示了巨大的应用潜力[33].当整体材料的晶粒尺度达到纳米量级(1～100nm)时,其本身具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应,因而显示出许多特有的物理化学性质.与此同时,晶粒尺寸达到纳米量级的纳米结构材料可能具有超塑性,从而显示出优异的变形能力[34].研究表明,利用离子注入可使陶瓷表面发生纳米化并形成纳米微晶,从而显著改善表面微观摩擦磨损性能.徐洮等[14～18]系统研究了离子注入对Si O2单晶表383第4期孙 蓉等: 单晶硅表面改性及其微观摩擦学性能研究进展层结构和摩擦学性能的影响,发现随N+离子注入剂量的增加,Si O2单晶表层由单晶结构转变成晶粒尺寸为2Λm左右的多晶结构以及晶粒尺寸为10～60nm 的纳米微晶结构,并最终导致Si O2单晶表层形成非晶结构,从而在不同程度上改善Si O2单晶的抗磨性能.其原因在于,当Si O2单晶的次表层产生完全非晶化而其表层处于由晶态向非晶态转化的中间状态即纳米微晶态时,Si O2表面在保持较高硬度的同时具有很强的塑性变形能力,从而使Si O2单晶表面的抗磨性能大幅度提高.因此可以认为,离子注入导致的Si O2单晶表面纳米化效应是其抗磨性能显著提高的主要原因.Jagielsk i等[35]对多晶Α2A l2O3陶瓷表面进行了A r+、K r+和In+注入处理,发现A l2O3陶瓷表面经8×1016i on c m2的In+注入后形成了尺寸为80～100nm的纳米微晶,从而使得摩擦系数及其波动均显著减小.4 结束语关于硅材料表面改性及其微观机械性能和摩擦磨损性能的研究业已取得长足进展,与之相关的材料和技术在M E M S N E M S系统中具有广阔的应用前景.然而,针对M E M S N E M S的微观摩擦磨损和润滑本质的研究和相关认识还远未臻于完善,关于硅材料表面改性技术及改性层微观摩擦学性能的研究仍有待于深入;对改性层微观结构同其微观力学和摩擦学性能之间内在联系的认识仍有待于深化;今后应着重加强有关硅材料表面离子注入及表面纳米化的研究,从而满足M E M S N E M S等高技术领域的应用和发展需要.参考文献:[1] Yan J,Syo ji K,T am ak i J.Som e observati ons on the w ear ofdiamond too ls in ultra2p recisi on cutting of single2crystal silicon[C].In:P roceedings of14th Internati onal Conference on W earof M aterials,W ash ington D C,U SA,2003.[2] Am ato I.Fo r m enting a revo luti on,in m iniature[J].Science,1998,282:4022405.[3] Sh ro triya P,A llam eh S M,Soboyej o W O.O n the evo luti on ofsurface mo rpho logy of po lysilicon M E M S structures during fa2tigue[J].M echanics of M aterials,2004,36:35244.[4] M uh lstein C L,How e R T,R itch ie R O.Fatigue of po lycrys2talline silicon fo r m icroelectrom echanical system app licati ons:crack grow th and stability under resonant loading conditi ons[J].M echanics of M aterials,2004,36:13233.[5] Gatzen H H,Beck M.Investigati ons on the fricti on fo rceaniso tropy of the silicon lattice[J].W ear,2003,254:112221126.[6] Bhushan B,Israelachvili J N,L andm an U.N ano tribo logy——F ricti on,w ear and lubricati on at the atom ic2scale[J].N ature,1995,374:6072616.[7] Bhushan B.H andbook of M icro N ano tribo logy,2nd Editi on[M].Boca R aton(FL):CRC P ress,1999.[8] L iu H W,Bhushan B.N ano tribo logical characterizati on ofmo lecularly th ick lubricant fil m s fo r app licati ons to M E M SN E M S by A FM[J].U ltram icro scopy,2003,97:3212340. 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锂离子混合超级电容器电极材料研究进展
子电池功率密度高的优点. 因此, 锂离子混合超级电 容器有望应用于电动汽车、电气设备军事和航空航天 设施等高能量大功率型的电子产品领域.
图 1 不同化学储能体系比较[2]
引用格式: 郑宗敏, 张鹏, 阎兴斌. 锂离子混合超级电容器电极材料研究进展. 科学通报, 2013, 58: 3115–3123
(1) 电解液消耗机制. 该体系一般以锂脱嵌化 合物或金属氧化物作为负极, 电容活性材料(一般为 活性炭)作为正极. 同超级电容器双电层机理类似, 在充电过程中, 电解液中的阴阳离子会在电场的作 用下分别向正负极移动, 不同的是在该体系中仅在 正极产生双电层, 而负极发生锂离子的嵌入或还原 反应. 内部反应机理如图 2 所示: 充电时, 电解质中 的阴离子向正极(如活性炭)迁移并产生吸附电容, 同 时 Li+向负极(如钛酸锂、石墨等)迁移并发生嵌入反 应; 放电时, 负极材料中的 Li+脱出回到电解液中, 同时正极也释放吸附的阴离子, 达到电解液电荷的 平衡. 属于电解液消耗机制的典型混合电容器体系 有钛酸锂/活性炭体系、石墨/活性炭体系等.
2 锂离子混合超级电容器
锂离子混合超级电容器的电极材料既包含具有 电荷吸附活性的高比表面积的电容活性材料, 又包 含可与锂离子发生可逆脱嵌或氧化还原反应的电池 材料. 其能量存储过程既包含锂离子与电极材料体 相发生的可逆法拉第化学反应, 又包括电化学活性 材料对离子的可逆吸脱附过程. 锂离子混合超级电 容器的能量特性取决于电容活性材料对电荷吸脱附 行为, 功率特性取决于 Li+在电池材料体相中的扩散 动力学. 与锂离子电池相比, 电容活性材料的使用一 方面会降低体系的比能量密度, 但另一方面使锂离 子混合超级电容器实现快速充放电, 因而具有更高 的比功率密度. 与法拉第准超级电容器相比, 锂离子 混合超级电容器中锂离子与电池材料体相发生的法 拉第氧化还原反应较慢, 会使其功率密度稍有降低,
基于团簇微观结构分析的离子电活性聚合物驱动特性
第 55 卷第 1 期2024 年 1 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.55 No.1Jan. 2024基于团簇微观结构分析的离子电活性聚合物驱动特性王红，杨亮，杨延宁(延安大学 物理与电子信息学院，陕西 延安，716000)摘要：首先，对离子交换膜吸附水分子微观过程进行分析，并结合团簇结构揭示离子电活性聚合物的传质动力学特性；其次，基于溶胀理论研究团簇受力情况，依据几何变形特点和变形传质机理建立物理模型；最后，对得到的驱动模型进行验证和分析讨论。
研究结果表明：本文模型所得结果和实验结果较吻合。
含水量对离子交换膜团簇通道的形成有重要影响，阳离子的迁移以及水分子运动是离子交换膜驱动的主控因素。
随着阳离子浓度和水分子浓度增加，静水压力、渗透压力以及静电压力均逐渐增大，渗透压力对离子电活性聚合物弯曲变形起主导作用。
关键词：离子聚合物金属复合材料；团簇微观结构；软体机器人；驱动特性中图分类号：TB381 文献标志码：A 文章编号：1672-7207（2024）01-0106-10Actuation characteristics of ionic electroactive polymers based oncluster microstructure analysisWANG Hong, YANG Liang, YANG Yanning(School of Physics and Electronic Information, Yan'an University, Yan'an 716000, China)Abstract: Firstly, analysis of the microscopic process of water molecule adsorption by ion-exchange membranes was carried out and the mass transfer kinetics of ion-electrically active polymers in the context of cluster structure was revealed. Secondly, physical model based on the geometrical deformation characteristics and deformation mass transfer mechanism was established, and the force on the clusters was studied based on the dissolution theory. Finally, the obtained model was experimentally validated and analytically discussed. The results show that the proposed actuation model result matches well with the experimental result. The water content has an important influence on the formation of cluster channels in ion exchange membranes, and the migration of cations and the收稿日期： 2023 −06 −18； 修回日期： 2023 −10 −08基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(52365069)；陕西省教育厅科学研究计划项目(23JK0730)；延安大学博士科研启动基金资助项目(YDBK2021-09，YDBK2023-09) (Project(52365069) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(23JK0730) supported by Scientific Research Program of Department of Education of Shaanxi Province; Projects(YDBK2021-09, YDBK2023-09) supported by the PhD Research Startup Foundation of Yan'an University)通信作者：杨亮，博士，副教授，从事微纳机械系统、柔性智能材料、仿生人工肌肉以及机器人技术研究；E-mail ：*************************.DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2024.01.009引用格式： 王红, 杨亮, 杨延宁. 基于团簇微观结构分析的离子电活性聚合物驱动特性[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2024, 55(1): 106−115.Citation: WANG Hong, YANG Liang, YANG Yanning. Actuation characteristics of ionic electroactive polymers based on cluster microstructure analysis[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2024, 55(1): 106−115.第 1 期王红，等：基于团簇微观结构分析的离子电活性聚合物驱动特性movement of water molecules are the main controlling factors leading to the actuation of ion exchange membranes. The hydrostatic, osmotic and electrostatic pressures increase with the increase of the cation and water molecule concentrations, and the osmotic pressure plays dominant role in the bending and deformation of ion-electrically active polymers.Key words: ionic polymer-metal composites; cluster microstructures; soft robotics; actuation characteristics大力发展机器人产业对于促进国民经济具有重要意义。
兰州化物所在Solar RRL上发表光超级电容器综述文章
兰州化物所在Solar RRL上发表光超级电容器综述文章佚名
【期刊名称】《浙江化工》
【年(卷),期】2017(48)6
【摘要】近日,中国科学院兰州化学物理研究所清洁能源化学与材料实验室阎兴斌研究员课题组在Solar RRL上发表了关于光超级电容器的综述性文章(Recent Advances in Dual-Functional Devices
【总页数】1页(P54-54)
【关键词】Solar;RRL;超级电容器;阎兴;材料实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TQ426.99
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《先进功能材料》兰州化物所阎兴斌课题组：电化学驱动器的变形机理研究取得新进展
2019-01-19原文
超级电容器通过电解质离子在电极/电解质界面上可逆的电化学作用来存储电荷。
这种电化学行为已被广泛应用于电能到机械能的转换，该类器件被称为电化学驱动器（EC-actuator）。
由于具有低变形电压、优异的变形能力、轻质和易加工等特点，电化学驱动器在机器人和人工智能领域引起了极大关注。
MnO2作为最具代表性的氧化还原赝电容材料，在电化学驱动器上有明显的潜在应用。
中国科学院兰州化学物理研究所清洁能源化学与材料实验室阎兴斌研究员课题组多年来致力于超级电容器电极材料制备、器件组装与储能机理的研究。
最近，该团队制备了一种自支撑的MnO2/Ni双层电极薄膜材料。
该电极在电化学充电放电过程中，展示出快速、大量和可逆的变形。
图1. (a)双层电极的电化学测试和变形观测示意图； (b)不同扫速下的比容量和最大弯曲角度对比；(c)两种扫速下的电化学驱动过程照片；(d)弯曲角度和驱动变形量的统计。
通过分析电极的电化学数据和变形过程，发现该双层薄膜的变形和MnO2的电荷储存过程有着密切的关系。
使用原位原子力显微镜、原位拉曼光谱测试和第一性原理计算分析发现：在电化学扫描过程中，MnO2材料的本征氧化还原赝电容行为（Mn元素价态的可逆转换），伴随着电解液中Na+离子的嵌入脱出，导致了MnO2微米球的可逆膨胀与收缩。
这种体积变化，与非活性并且
没有变化的金属Ni层对抗，引起了自支撑的MnO2/Ni双层电极薄膜电极的可逆变形。
这与有限元分析仿真得到的结果一致，表明了机理研究的准确性。
2. 自支撑双层电极电化学驱动的机理展示示意图和测试、表征数据概括。
该研究实现了氧化还原赝电容性的MnO2材料新的应用，并且系统梳理了电化学电容器和电化学驱动器两种电化学器件之间的内在联系。
更重要的是，该项工作对未来开发更优异的电化学驱动器具有重要意义。
该研究工作近期在线发表在Advanced Functional Materials （DOI: 10.1002/adfm.201806778）。
工作得到了国家自然科学基金和兰州化物所“一三五”规划重点培育项目的资助和支持。
来源：兰州化物所
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