固態相變制冷材料的案例
金屬所發現固體龐壓卡效應
倫敦時間3月28日18:00，Nature在線發表了中國科學院金屬研究所科研人員與國內外合作者在固態相變制冷材料研究領域取得的重要進展，在塑晶材料里發現了基于分子取向序的龐壓卡效應，等溫熵變較傳統材料高出了一個數量級。
制冷技術在當今社會工農業生產、日常生活等多個領域均起到了至關重要的作用，聯合國統計數據表明全球每年25-30%的電力被用于各種各樣的制冷應用。而這些應用絕大部分依賴傳統的氣體壓縮制冷技術，普遍使用對環境和人體有害的制冷劑。因此，尋求綠色、環保、低能耗的替代制冷方案已經成為學術界和工業界共同努力的方向。特別地，當前我國高端制冷壓縮機技術仍然欠缺，探索新的制冷技術方案則有望從根源上解決該技術領域的“卡脖子”問題。
近年來，基于固態相變熱效應（caloric effects）的固態制冷技術被認為是最有希望取代傳統氣體壓縮制冷的技術方案。固態相變熱效應主要包括磁卡效應（magnetocaloric effect, MCE）、電卡效應（electrocaloric effect, ECE）、彈卡效應（elastocaloric effect, eCE）以及壓卡效應（barocaloric effect, BCE）。前三者分別源于相應外場對鐵性體系（ferroics）中磁矩、鐵電極化或晶體結構疇的有序度的調控，而后者則常常涉及壓力誘導的晶體結構相變。固態相變制冷材料的性能主要由等溫熵變所描述。固體壓卡效應的制冷循環，如圖1所示。遵循以上的物理認識，經過數十年的發展，主流固態相變制冷材料的等溫熵變提高到了50J kg-1K-1左右，且需要較大的外場，這成為該技術走向應用的障礙。
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SYSWELD論文：固態相變對P92鋼焊接接頭殘余應力的影響
基于SYSWELD軟件，開發P92馬氏體鋼材料參數文件進行溫度-組織-應力模擬，并采用盲孔法測量焊接殘余應力。
金屬學報論文，第二作者
鏈接地址：http://www.ams.org.cn/CN/Y2016/V52/I4/394
量子材料跨界拓展固態離子導體
固態離子導體已被證明在電化學儲能系統，非易失性存儲器(nonvolatile memory)，類腦神經計算(neuromorphic computing) 和仿生學(biomimicry) 中具有廣泛的應用前景。
傳統的固態離子導體設計理念主要集中于異價原子的替換摻雜（substitutional doping）。從相穩定的角度來說，這在根本限制了摻雜原子的極限含量及材料的傳導能力。如果能夠找到其他合適的方法，突破相結構限制，向固體材料中注入大量可移動的離子，有可能對固態離子導體領域帶來新突破。
鈣鈦礦型稀土金屬鎳酸鹽是一類具有電子強關聯性的（electron-electron correlation）量子材料（quantum material），此前，其表現出的溫度及壓力誘發的金屬-絕緣體相變特性一直是該類材料的研究重點。近年來，有研究發現，簡單電子給體（如質子）的摻雜，能夠更為有效地調變該類型材料的能帶結構，從而人工誘發材料載流子濃度的指數級變化及更為明顯的金屬-絕緣體相變。近兩年來，該現象已被巧妙的應用于固體氧化物燃料電池（Nature,2016, 534, 231），神經形態模擬 （Nature Communication 2017, 8,240）及海洋生物器官模擬（Nature 2018，553,68）等前沿交叉科學領域。
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《ACS Energy Letters》：LiNiO2首次用作固態電池正極材料！
發展高性能固態電池的一個重要步驟是制造正極復合材料，具體來說，層狀富鎳Li1+x(Ni1?y?zCoyMnz)1?xO2正極活性材料和硫代磷酸鋰固態電解質被認為是一種很有前途的正極復合材料，在硫代磷酸鹽固態電解質中，Li6PS5Cl固態電解質因其易加工性和高離子導電性而備受青睞。此外，層狀氧化物正極活性材料因具有較大的理論比容量和較高的平均放電電壓，同時避免了Co的存在，減少了材料的成本。
盡管LiNiO2（LNO）具有商業電池應用的潛力，但其在固態電池中的應用尚待報道，在此，作者首次報告了LNO在所有無機固態電池中作為正極活性材料的用途。以LNO為正極，結合各種優化策略，分別以Li6PS5Cl和Li4Ti5O12（LTO）為固體電解質和負極活性材料，研究了其在扣式電池中的循環性能。通過材料分離和非原位分析，以表征循環過程中LNO的結構和化學性質，從而揭示了這種復合材料的主要局限性。
在目前的工作中，首次評估了LNO作為Li6PS5Cl基固態電池中使用的潛在正極活性材料，以及作為層狀富鎳氧化物應用的模型系統。
LNO正極活性材料未涂覆保護涂層時，LNO固態電池仍顯示出較好的循環性能。具體而言，60次循環后，無保護涂層的LNO材料在電流大小為0.2C下的放電比容量為105mAh/g，并顯示出良好的倍率性能。然而，與基于液態電解質的鋰離子電池相比，固態電池中的LNO正極活性材料的首次循環庫倫效率更低，即可逆性較差。
根據XRD、DEMS、XPS、EIS和電子顯微鏡測試結果，作者發現容量衰減是由多個問題造成的：1、循環過程中LNO體積變化引起的機械降解；2、產氣導致材料性能發生不可逆變化；3、在正極活性材料/固態電解質界面處，固體電解質降解并伴隨副產物的積累。
展開 Moldex3D模流分析材料性質與模型之結構黏彈模型(固態)
廣義 (Generalized) Maxwell模型
針對固化階段的Generalized Maxwell模型是由數個Maxwell元素以并聯方式組成，其在特定溫度下的模數與松弛行為可以表示為一時間的函數：
其中G∞為最終松弛模數；Gi 與ηi 是第 i 項Maxwell的彈性系數與黏度而松弛時間則表示為：
Moldex3D 固態時的黏彈模型表示
需要考慮溫度變化，則時間與溫度的迭加可以加上溫度偏移因子aT
而aT 則再廣義Maxwell模型(1)里用WLF (Willam-Landel-Ferry)方程表示為：
其中A1, A2 與Tf 為關聯化系數與參考溫度。另一方面，廣義Maxwell模型(2)則是使用了Arrenius 方程，代表溫度在T* 以下時行為表現為：
其中ΔHT、R、T0 與T*分別為活化能、Boltzmann常數溫度的擬合參數與WLF和Arrenius方程式間的轉換溫度。
熱固性的廣義(Generalized) Maxwell模型
使用熱固性材料的情形下，熟化過程的時間-熟化的迭加影響應該被考慮，則可以加入熟化偏移因子 aC 后表示為：
而λi 和 aT 的定義與熱塑材質的相同，熟化偏移因子則用多項式表示為：
其中a0, a1, a2 與a3 皆為不同階的關聯化系數而α 是熟化率。廣義 Maxwell 模型 (3) 和 (4) 的溫度偏移因子 aT 分別與廣義 Maxwell 模型 (1)和(2) 相同，而熟化偏移因子則改以Vogel模型定義為：
其中Tg (α) 利用DeBenedetto公式來描述玻璃轉化溫度Tg 與轉化率(下標 = α = 0~1)。
展開 材料性能例如：彈性模量，隨坐標或時間或空間變化系列1-相變、潛熱、材料成分變化 ￥299
<p>材料的彈性模量有時候隨坐標是變化的，例如梯度涂層等，這個時候就需要借助子程序來實現了，下面是成功的模型結果</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/201805/1526905570330_blob.png" alt="blob.png" height="266" width="673"></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/201805/1526905796063_blob.png" alt="blob.png" height="336" width="335">模量隨y坐標變化的模型的狀態變量</p><p>無梯度代表著均勻模量模型，有梯度代表模量從下到上隨y坐標變化（如果想讓它隨x坐標也變化，可以修改程序，很簡單）</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/201805/1526905703702_blob.png" alt="blob.png"></p><p>模量隨y坐標成拋物線變化，底端固定，上面施加拉伸載荷</p><p>結果分析：</p><p>1 狀態變量值的大小代表了模量的大小（程序中設置E與狀態變量是線性關系），從狀態變量的云圖結果可以看出，底端模量最小，SDV2值最小，隨著y增加，開始增加很慢，然后增加速率增大，頂端的SDV2值最大，由此可知，模量隨y拋物線變化程序是沒有問題的；</p><p>2 從y反向的彈性應變也可以看出：對于均勻的彈性模量模型，因為總體模量都是200GPa，所以相同的拉伸載荷之后，y方向的彈性應變更大，這也印證了程序的正確性；</p><p>以下打包文件中包含源程序和例子：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload
展開 材料性能例如：彈性模量，隨坐標或時間或空間變化系列2-相變、潛熱、材料成分變化
<p><img src="https://img.jishulink.com/upload/201805/1526958274444_blob.png" alt="blob.png"></p><p>本文是緊接上個帖子的內容，對usdfld子程序采用了另外一種編寫方法，并且對應力和應變的結果進行了對</p><p>比，兩者結果完全一致，這表明兩種不同的編寫方法都是正確的，而且達到了非常一致的結果，本貼的內容將為模量隨坐標的模擬提供另一種新的思路，具有很重要的指導意義。</p><p>ABAQUS斷裂模擬收徒 ，保證快速學會各種ABAQUS斷裂模擬方法 1200/人（將享有各種插件以及程序，價值3000+、專門定制視頻、全程親自教學、各種模型調試及解答問題等等，傾囊相教）</p>
展開 《AEM》：首次使用低成本氧化亞銅作為全固態光纖的陰極材料！
本文研究了可逆Cu+/Cu2+氧化還原的Cu2O作為全固態光纖正極材料的性能。結合電化學證據和X射線光電子能譜(XAS)結果證實了該相變機理。與已報道的各種材料相比，Cu2O在高電流密度下具有高容量和令人印象深刻的保持率。非原位HEXRD和Cu K-edge EXAFS結果表明，前幾個循環的快速容量衰減歸因于充電時發生的部分不可逆非晶化。KJMA方程表明，相界運動是決定速率的步驟。根據Cu2O晶格的結構特征，結合EXAFS分析，討論了可能的反應模式和F占位。綜上所述，本研究初步展示了全固態光纖陰極材料快速氟化的前景，使全固態光纖向實際應用又邁進了一步。在未來的工作中，無毒(如無鉛)和高性能電解質和陽極的發展也是重要的。相信對Cu2O的研究將為高性能全固態光纖的發展提供更多的策略。
展開 西安交大開發出高密度固態儲氫材料
近日
，西安交通大學科研團隊開發出高密度固態儲氫材料——石墨烯界面納米閥固態儲氫材料，
可實現儲氫材料安全、可控、穩定釋氫，克服氫氣低溫釋放難題。相關成果被央視財經頻道節目《創業英雄匯》報道。
傳統的氫氣儲運主要通過高壓氣態法或低溫液態法實現，高壓氣態法對容器質量要求高、容易造成氫氣的泄露，安全性低。低溫液態法需要將氫氣冷卻至-200℃以下，成本昂貴，經濟性差導致適用范圍小。同時這兩種方法都必須使用笨重的罐體來承壓或保溫，造成了巨大的有效質量損失，導致總儲氫密度大幅降低。而近年來快速發展的常規固態儲氫材料將氫原子與金屬原子等結合實現氫的儲存，是一種更安全、高效的儲氫方式，但常規材料中氫的釋放存在條件苛刻、動力學緩慢、脫氫不完全、氫氣純度低、催化劑昂貴、催化劑中毒等難以克服的問題，同樣限制了其在商業領域的大規模應用。
針對此問題，西安交通大學電氣學院張錦英教授團隊開發了石墨烯界面納米閥固態儲氫材料，以高活性輕金屬氫化物為原材料，在不同組分界面建立石墨烯界面納米閥結構，通過界面納米閥非催化動力學調控機制實現儲氫材料安全、可控、穩定釋氫。同時該界面納米閥結構能有效隔絕水氧，杜絕氫氣自發泄露，提高材料的儲運安全性，避免了使用笨重的高壓金屬罐或者添加額外的保護裝置來進行運輸，極大地提高了材料便攜性和系統儲氫密度。同時張錦英教授團隊還克服了氫氣低溫釋放的行業性難題，實現了石墨烯界面納米閥固態儲氫材料在-40~85℃寬溫度范圍穩定工作，并成功在50W、200W和1000W燃料電池系統上進行了不同載荷驗證。目前團隊正在進行基于此新型儲氫技術的便攜式氫能電源、無人機、氫能源電動車等產品的設計和開發。
展開 上海交大黃興溢教授、鮑華教授合作《AFM》：高導熱輻射熱制冷絕緣材料
電力裝備散熱，建筑制冷以及電子器件的熱管理消耗了大量的能源，這進一步加劇了溫室氣體的排放，影響了人類社會的可持續發展。因此，世界各國的研究者們都在尋找新型、低能耗的冷卻技術。
輻射制冷是一種被動制冷方式。其主要是利用地球與外太空（~3 K）之間的大氣透明窗口（波長8–13 μm），將地球表面的熱量以熱輻射的形式發射到外太空這一巨大的冷源之中。這也是維持地球熱平衡的一種機制。夜間的輻射制冷現象已經被廣泛的觀察與利用，如清晨露水的產生，以及古人在沙漠氣候環境制冰。然而，輻射制冷現象在白天很少出現，這是因為陽光熱量的輸入要遠遠超過輻射制冷量，結果是加熱暴露在陽光下的物體。近年來，隨著光子學的發展，研究者們通過構建光子晶體結構、聚合物–電介質顆粒雜化超材料、層次多孔結構等光子結構，使材料反射了幾乎所有太陽光，且在大氣窗口波段有著很強的紅外發射率，從而使日間輻射制冷技術得以實現。日間輻射制冷技術為我們提供了一個清潔的、無能耗的冷源，可用于建筑冷卻、食品保存、冷鏈運輸等。
問題來了，可以將日間輻射制冷技術應用于戶外電力裝備、電子設備的熱管理嗎？與制冷這一應用場景不同，戶外電力裝備、電子設備不僅要面臨陽光熱量的輸入，其自身還會產生大量的熱量。為了使戶外電子電力設備維持在較低的工作溫度，不僅要阻斷其外部熱量的輸入，還需要將其內部熱量快速傳導、耗散。這就對現有的輻射制冷材料提出了新的要求，即，高導熱率（低熱阻）。然而，傳統的輻射制冷材料不僅不具備高導熱率，甚至是具有超低導熱率的隔熱保溫材料。
展開 
研究 \\ 超細晶和納米多孔材料的高效熱電制冷性能
來源 | Materials Today
01
背景介紹
熱電( TE )技術作為一種綠色的工程解決方案，在小規模制冷和余熱回收方面越來越受到關注。在實際應用中，固態冷卻是其主導應用，由于具有高可靠性和緊湊性、無噪音運行、精確控溫等優點，已經具有成熟的商用市場。除了邊界或界面，孔隙率是另一種有效的策略，有望干擾聲子輸運以提高ZT。根據有效介質理論，導熱系數隨孔隙率的增加幾乎呈線性減小。如果電輸運受到的影響較小，則可以凈增加功率因子與熱導率的比值PF / κ，從而獲得增強的ZT，這已經在BiSbTe、SnTe和方鈷礦中實現。然而，納米級孔隙對熱電性能的作用目前仍存在爭議，因為在某些情況下，電導率的降低速率比熱導率的降低速率快得多，這將導致ZT惡化。這種明顯的反差可能與孔隙的大小和分布以及材料的本征性質有關。
02
成果掠影
納米晶粒和孔隙作為兩種常見的微結構缺陷，能夠阻礙聲子的傳輸。然而，迄今為止，納米晶粒在高溫下的穩定性以及多孔性在提高熱電優值ZT方面的可行性仍是熱電領域關注的問題。近日，哈工大材料學院隋解和教授、劉紫航教授和西安交通大學、中科院物理研究所組成的研究團隊首次利用超細晶和多孔結構的鎂銀銻（MgAgSb）基熱電材料制備了高性能熱電制冷器件，在α-MgAgSb中設計的主要由納米晶區域內的超細晶粒和隨機分布的孔隙組成的微結構，在300?K時，產生了超低的晶格熱導率0.46?W/mK，突破了估計最小值的限制，為熱電制冷性能優化提供了新思路。
展開 全固態電池開發商Solid Power將建新工廠 電解質材料年產能增加25倍
蓋世汽車訊 9月7日，電動汽車全固態電池開發商Solid Power公司宣布將在美國科羅拉多州建設第二個工廠。新工廠將擴大全固態電池關鍵材料的產能，包括每年生產多達30公噸的硫化物基固體電解質材料，比目前的產能增加了25倍。
（圖片來源：Solid Power）
這座新工廠占地約75,000平方英尺，將使Solid Power的總生產面積擴大四倍。新工廠的電解質生產是為了直接供應該公司即將投產的全固態電動汽車電池生產線，該生產線預計將生產用于汽車認證測試和未來電池組設計的電池。
Solid Power預計將在2022年生產并交付首批100 Ah電池，并在汽車上進行質量測試。一旦這批電池完全合格，Solid Power打算與汽車制造商和頂級電池生產商合作生產100Ah全固態電池，廣泛用于車內使用。
Solid Power的首席執行官和聯合創始人Doug Campbell說，“為了繼續推進Solid Power生產車規級的電池，我們必須大幅提高其硫化物基固體電解質材料的產量，這個新工廠意味著我們朝這個目標邁進了重要的一步。”
從長遠來看，Solid Power計劃出售其硫化物固體電解質材料，支持其合作伙伴（包括福特和寶馬）的全固態電池生產。Solid Power還打算將該材料出售給其他可能不使用該公司獨特的全固態電池設計的固態電池生產商。Solid Power正努力在2028年前實現電解質材料年產能達到4萬公噸的目標，這可以支持每年生產80萬輛電動汽車。
新工廠也有望進一步擴大Solid Power的研發和電池測試能力。
展開 abaqus模擬材料相變的方法及代碼
奧氏體向馬氏體轉變會產生相變應力，如何在abaqus中實現相變應力的模擬的，現在主要有兩種方法：1 umat，2 usdfld+uexpan，對于第一種方法必須是理論功底很深厚的abaqus資深玩家才可能在較短的時間內搞定，否則還是放棄吧，對于第二種模擬方法，也必須有理論功底，并且熟悉abaqus的二次開發才可以，由于設計到程序開發這塊，不是一兩句能描述的清楚，所以如果大家還有什么更多疑問可以站內私信咨詢，我做過奧氏體向馬氏體的二次開發程序，而且還做過同時包含反向的相變程序，以及一種材料向另一種材料轉變的程序，希望可以幫到大家
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展開 ORNL團隊開發低成本可擴展方法 改善固態電池中的材料連接
蓋世汽車訊 據外媒報道，美國能源部橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的科學家開發出一種可擴展的低成本方法，能夠改善固態電池中材料的連接。一直以來，材料連接都是安全、長壽命儲能系統實現商業開發的重要挑戰。
與當今鋰離子電池中的液體電解質相比，固態電池采用的固態電解質，一種更安全、快速充電的架構。成功的固態商業電池系統的尺寸很小，但能量密度約為鋰離子電池的兩倍，可大大提高電動汽車的續航里程。
（圖片來源：ORNL）
制造固態電池的挑戰之一是很難實現材料正確連接，并在重復的充電和放電循環中保持穩定。科學家們將該特性稱之為接觸阻抗，并不斷采用高壓等方法克服這一特性。但該過程會引起短路，且需要定期重新施加壓力，從而使用售后市場應用擴展電池壽命。
通過使用電化學脈沖，ORNL研究人員可以消除將鋰金屬陽極材料層與固體電解質材料連接時形成的空隙：在這種情況下，陶瓷石榴石型電解質LALZO（Li6.25Al0.25La3Zr2O12）施加短期高壓脈沖會增加材料界面處的接觸，同時避免負面作用。
該非破壞性、低成本的脈沖方法會產生局部發熱電流，圍繞著鋰金屬包裹的空隙并使其消散。該團隊對材料進行了重復實驗和高級表征，結果表明在應用脈沖方法后，電池組件沒有降解。這種方法還可以進行擴展，從而移除或更新固態電池，使其恢復至原始容量。
此前，ORNL電池研究人員使用電化學脈沖可修復可能在固體電解質中形成的破壞性枝晶。而此次開發的新方法正是基于此方法得出。研究項目還處于研發階段，包括使用更先進的電解質材料進行實驗。ORNL的多學科儲能團隊也在努力將其突破擴大到工作規模的固態電池系統。
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