枝晶生长

摘要： 介绍元胞自动机(cellular automaton,CA)方法原理、特点及应用,并对改进CA模型模拟微观组织演化展开论述。在此基础上,简要概括近年来CA在Fe-C合金凝固过程中夹杂物析出中的应用,并指出在Fe-C合金夹杂物析出模拟中存在的主要问题,展望CA应用于凝固组织演化模拟的发展趋势及前景。与其他数值模拟方法相比,CA方法在微观组织演化和枝晶生长领域展现了巨大的潜力。

摘要： 随着定向凝固技术与工艺的不断发展,工程技术人员对枝晶生长的控制也越来越精准。为使枝晶生长朝着人们设定的方向发展,进而获得理想的组织结构,凝固过程的控制成为关键因素。定向凝固技术制备的合金虽能提高其综合力学性能,但受到枝晶生长等多方因素影响,因此有必要对枝晶生长方面的研究工作进行评述。综述了定向凝固工艺参数、合金成分和晶体取向对枝晶生长的影响,尤其是对一次枝晶间距的影响。通过建立物理模型来模拟枝晶的生长过程,一方面来验证理论模型的有效性,另一方面对干扰因素进行预测和控制。此外,论文还分析与讨论了一次枝晶间距的极端范围与边界条件。最后,对影响定向凝固控制枝晶生长的因素进行了总结和展望。

摘要： 室温钠离子二次电池是锂离子二次电池最有可能的替代品,也被认为是大规模能量存储技术的最有前景的选择之一。金属钠具有超高的理论容量以及低的氧化还原电位,因此被认为是最有前景的高比能钠离子电池的负极材料。然而,钠金属负极的应用仍面临一些挑战性,如钠枝晶的生长、钠金属与电解液之间的副反应、充放电过程中大的体积膨胀等。其中,钠枝晶生长不仅可以产生"死"钠和加速钠金属与电解液之间的副反应,导致容量的快速衰减,而且可能刺穿隔膜,引发电解液燃烧、电池爆炸等严重的安全问题。炭材料家族成员众多,可具有高机械强度、轻质量、高导电性、大比表面积和良好的化学稳定性等特性,近年来被广泛报道用于钠金属负极的集流体的研究。本文综述了最新的碳基集流体材料在钠金属负极上的研究进展,分析了碳基集流体的界面、结构与钠金属负极性能之间的关系,最后并对碳基集流体的未来研究面临的问题进行了展望。

摘要： 当前,传统嵌入型锂离子电池已经达到其理论比容量的上限,需要开发新化学体系的电池材料来满足未来高比能量的要求。金属锂的理论比容量高达3860 mAh/g,相对标准氢电极电位低至-3.04 V,这使得金属锂电极成为高比能量二次电池的首选材料。然而,锂金属负极上的枝晶生长及其与电解质界面的不稳定性,导致锂金属负极存在安全隐患、利用率低、使用寿命短等问题,严重阻碍了锂金属电池的实用化。系统地总结了近些年在抑制金属锂二次电池负极枝晶生长方面取得的进展,并对金属锂负极电池的发展提出了展望。

摘要： 钠金属电池与锂离子电池工作原理相似,具有高比容量(1166 mAh∙g^(−1))和低氧化还原电位(−2.71 V vs.SHE),同时钠元素储量丰富且价格远低于锂,所以有望替代锂离子电池成为最有前景的下一代储能电池。然而,钠金属电池中的钠负极枝晶生长失控及不稳定的固体电解液界面(SEI)层,限制其发展。从电解液工程优化角度出发,综述了近年来有关钠金属电池电解液优化策略对钠负极保护的研究进展,重点阐述了碳酸酯类电解液及醚类电解液的优化策略。同时,从基础研究和实际应用的角度出发,对钠金属电池电解液工程的发展进程和前景进行了总结及展望。

摘要： 基于二元合金枝晶生长的相场模型,建立耦合流场、温度场和溶质场等物理外场的多元合金相场模型,模拟了单晶粒和多晶粒在自然对流作用下的生长,观察了枝晶凝固过程中的枝晶形貌、流场以及溶质场的变化.研究发现:温度梯度和浓度梯度改变引起自然对流,使枝晶整体的对称性遭到破坏,上游枝晶尖端生长受到促进,生长速度大于下游,水平方向枝晶尖端生长速度介于上下游之间,二次枝晶臂生长速度、浓度与一次枝晶臂基本相同,能量起伏和结构起伏使枝晶受到的影响更加明显.此外,随着各向异性强度增加,枝晶尺寸变大,生长速度加快,主枝晶臂变细,内部凹陷变明显,尖端变尖锐,二次枝晶臂间距增大.当单晶粒各向异性强度为0.05时,出现明显的“颈缩”现象,多晶粒在各向异性强度为0.03时,出现明显“颈缩”现象.

摘要： 利用高速摄影技术,实时记录了功率超声作用下succinonitrile-8.3%Water(摩尔分数为8.3%)溶液凝固过程中稳态空化气泡与枝晶间的相互作用,并结合数值模拟揭示了稳态空化对枝晶生长的影响机制.结果表明,稳态空化能够加速枝晶生长、促使枝晶臂断裂和吸附球状晶生长.当气泡的迁移方向与枝晶生长方向一致时,气泡振荡过程中产生的周期性高压导致周围熔体过冷,从而加速枝晶生长.当稳态空化气泡向固相内部迁移时,其振荡引发枝晶臂内部产生大于屈服强度的应力,促使枝晶臂变形和断裂.同时悬浮于固-液界面前沿的稳态空化气泡能够在周围液相中产生局部的周期性变化流场和高剪切力,使得邻近的枝晶碎片将吸附在其周围并以球状晶形态生长.

摘要： 由于相对较低的能量密度,商用锂离子电池(LIB)难以满足便携式电子和电动汽车对储能设备能量密度日益增长的需求.锂(Li)金属具有高理论比容量(3860 mAh?g?1)和低的密度(0.59?g?cm?3),被认为是下一代高能密度锂电池最具前途的负极之一,如Li-S和Li-O2电池.?然而,由于固态电解质界面层的不稳定,导致锂枝晶生长不可控和库伦效率低等问题,限制了锂金属电池的实际应用.?石墨烯基材料(GBMs)具有高比表面积、可调节的孔结构和表面化学特性,已被证明可以显著解决上述问题.?本文综述了利用石墨烯基材料来保护锂金属负极的各种策略,并详细讨论了在锂金属保护中具有不同功能和作用的石墨烯基纳米材料的合理设计.文中还讨论了石墨烯基纳米材料用于锂金属负极中未来发展面临的挑战和可能的解决方案.

摘要： 金属锂负极是下一代高比能二次电池备受关注的负极材料,以金属锂为负极的锂金属电池具备极高的理论能量密度,但其仍存在充放电循环效率低、电池寿命短等问题.要实现高能量密度高安全性的锂金属电池的合理设计和优化,需要对金属锂负极中锂金属沉积脱出过程的离子输运、电子输运、界面反应等机制机理有清晰的认识.本文针对金属锂负极中存在的枝晶生长、死锂形成、固体电解质界面膜作用等机理问题,综述了研究者们在其沉脱机理的模型与理论计算、实验研究等方面做出的诸多研究进展,为锂金属电池的合理设计提供了更全面的机理认识.

摘要： 通过对Al-Zn合金进行三维相场法的模拟,研究了合金凝固过程中的等轴枝晶生长过程和各向异性对合金的枝晶形貌的影响.结果表明各向异性参数会使Al-Zn合金发生枝晶取向转变现象,枝晶的最佳生长方向发生了改变.

摘要： 在二元合金元胞自动机模型的基础上,通过改进界面胞对周围液相胞的捕获方式,建立了二元合金改进元胞自动机模型,为验证模型的准确性,自由枝晶生长与经典LGK模型相对比.结果表明,该模型计算出的自由枝晶尖端生长速度与LGK模型相吻合.并且揭示出过冷度、择优方向对单个等轴晶和柱状晶的生长规律以及柱状晶一次枝晶臂和二次枝晶臂间之间的溶质微观偏析规律.

摘要： 本文采用KKS相场模型,研究了Al-3wt％Si-0.5wt％Mg合金枝晶生长,系统地研究了是过冷度和Mg元素对枝晶生长的影响,结果表明:Mg元素使得凝固温度降低,促使凝固点在相图上的液相和固相线右移,使凝固时的平衡浓度增大,从而使凝固过程固液界面溶质浓度再分配时固相中的浓度增大.Al-3wt％Si-0.5wtMg合金偏晶合金中α-Ni相的生长不仅受Si原子而且同时受Mg原子扩散控制,从而Mg原子的引入显著降低了其生长速度.

摘要： 建立了三维格子玻尔兹曼方法(LBM)—元胞自动机(CA)耦合数值模型,并用该模型模拟研究了Al-4.7％Cu(质量分数)固溶体合金的凝固过程.该耦合模型采用CA方法模拟枝晶的生长,同时采用基于分子动力学理论的格子玻尔兹曼方法模拟合金凝固过程中的温度场、流场以及溶质场.模拟结果再现了自然对流条件下三维单个枝晶的形貌变化和溶质富集过程,接着模拟出具有发达枝晶和不同晶体学取向的三维等轴多枝晶的生长形貌,最后研究了将微观组织和宏观模拟全面耦合起来的壁面等轴晶的竞争生长、柱状晶向等轴晶的转变过程(CET转变).计算结果表明,在纯扩散条件下,枝晶呈现出对称的生长现象,在自由枝晶稳态生长条件下,枝晶尖端速度、尖端半径与过冷度的关系与Lipton-Glicksman-Kurz(LGK)理论模型吻合较好.自然对流对单个枝晶形貌有明显的影响,使得枝晶的生长呈现不对称性,即枝晶在迎流方向上的生长得到促进,在顺流方向上的生长受到抑制.对耦合宏观场与微观组织铸锭CET过程的计算表明,自然对流使得CET转化提前,加速了凝固进程,并有细化晶粒的作用.

摘要： 基于形核物理机制和枝晶生长动力学理论,考虑了焊缝熔池凝固过程枝晶生长的择优取向问题,建立了焊缝熔池凝固的元胞自动机模型,成功模拟出焊缝熔池的联生结晶现象,显示了溶质场分布规律,并讨论了界面扰动对枝晶生长的影响.计算结果表明,界面扰动影响晶体的分枝,从而形成不同的凝固组织形态;凝固过程始终存在着溶质偏析现象,主要分布在二、三次枝晶臂中.

摘要： 组分过冷现象使铸造硅固液界面发生枝晶生长，外延枝晶下表面会保留在晶体中，形成外延枝晶晶界，外延枝晶晶界可以有效抑制位错生长增殖，降低缺陷浓度，经过优化的铸造多晶硅实例有效提高了电池转换效率。

摘要： 金属锂电池有极高的理论容量(3860 mAh g.1)与极低的电势(-3.040Vvs.标准氢电极),是下一代电池的极佳选择.然而,锂离子在从电解液沉积至负极的过程中,容易形成枝晶或苔藓状沉积物,不仅降低了电池充放电过程中的库伦效率,还有安全隐患.本文中，我们将多硫化物Li2S:作为添加剂引入电解液，构成LiTFS-LiN03-Li2S5三盐电解液。三盐相互协同，在金属锂负极表面原位形成稳定且致密的固液界面膜，有效保护了金属锂负极，抑制枝晶生长。

摘要： 钛合金激光快速成形技术具有省材、节时、低成本、柔性程度高和加工零件综合性能优异等特点,研究激光熔池凝固微观晶粒形态、晶粒形成模型、形成机理及工艺参数对晶粒形态的作用规律,可以更好地通过控制凝固过程实现对微观晶粒形态的控制,达到提高材料综合力学性能的目的.本项目旨在研究激光熔池凝固过程流动、传热传质、晶粒成形和演化过程,为优化激光工艺参数、提高成形零件质量找到可靠的理论依据和方法指导.

摘要： 基于耦合流场、溶质场、相场及温度场的改进型KKS相场模型,考虑了扰动强度,各向异性的影响,研究了旋转流场作用下流速对Al-4.5％Cu二元合金枝晶生长的影响.结果表明,旋转流场作用下,枝晶对称生长遭到破坏,枝晶上游方向生长受到促进,生长速度加快,并且出现侧向分枝;下游枝晶方向生长受到抑制,形貌更滞后,没有产生侧向分枝,随着流速的增加这种现象愈加明显.从而枝晶在旋转流场作用下逐渐由树枝状向蔷薇状演化,进一步模拟了半固态成型的微观形态.

摘要： 金属锂由于其极高的理论比容量、最负的还原电势而成为下一代高性能二次电池的理想负极材料.然而,金属锂沉积过程中所产生的枝晶,一方面会造成电解液的消耗、死锂的形成,从而降低库伦效率,另一方面可能会刺破隔膜,带来安全隐患.如何理解枝晶的生长机制,控制金属锂的沉积过程,成为一重要的挑战.为揭开金属锂枝晶的生长机制，传统的非原位研究方法可能会破坏电极表面的原始形貌，并可能造成表面污染。而通过原位光学观测，无需拆解电池，即能够实现实时观测金属锂枝晶的生长、金属铿表面凹坑的产生、“死锂”的形成、电解液分解产气等现象，为金属锂枝晶的生长机制提供实验证据，也可为金属锂沉积的调控手段开发提供新思路。

摘要： 本发明提供了一种电路，其由于枝晶形成电流，防止在半导体器件处理过程中互连上的枝晶形成。该电路包括设置在枝晶形成电流路径的至少一个中的开关。该开关配置为在处理过程中“开路”或处于“截止”状态，以及配置为在处理之后“闭合”或处于“导通”状态，以允许半导体器件的正确功能。该开关可以包括nFET或pFET，取决于它用于控制或防止枝晶形成的环境。开关可以配置为当在制造半导体器件的工作过程中提供输入信号时，变为“闭合”状态。

摘要： 本发明提供了一种电路，其由于枝晶形成电流，防止在半导体器件处理过程中互连上的枝晶形成。该电路包括设置在枝晶形成电流路径的至少一个中的开关。该开关配置为在处理过程中“开路”或处于“截止”状态，以及配置为在处理之后“闭合”或处于“导通”状态，以允许半导体器件的正确功能。该开关可以包括nFET或pFET，取决于它用于控制或防止枝晶形成的环境。开关可以配置为当在制造半导体器件的工作过程中提供输入信号时，变为“闭合”状态。

摘要： 本发明公开了一种在定向凝固包晶合金中生长非典型三次枝晶的方法，首先根据非典型三次枝晶的特性建立理论模型进行分析计算；然后根据分析计算得出结果，最后选取满足条件的包晶合金，结合粗二次枝晶臂下边缘凝固速度和重熔速度的计算，从而选择合适的定向凝固工艺参数，实现非典型三次枝晶臂的生长。本发明建立相关模型进行了分析计算，解释了非典型三次枝晶形成的机理，结合分析计算结果对定向凝固工艺参数进行改良以实现对材料特定力学性能的改善。

摘要： 本发明公开了一种抑制枝晶生长的聚合物/类淀粉样蛋白材料及其制备方法，以聚合物隔膜、硫醇还原剂、缓冲液和类淀粉样蛋白为主要原料通过化学作用复合而成，其中：聚合物隔膜和类淀粉样蛋白膜的原度比为500～1500∶1；疏醇还原剂和类淀粉样蛋白的浓度比为1∶0.02～2；缓冲液的pH为4～8。本发明采用原位的界面相转化法策略，将聚合物隔膜置于硫醇还原剂和类淀粉样蛋白的混合水溶液表面，所得到的类淀粉样蛋白膜材料作为碱金属电池中金属表面保护层材料，能够抑制枝晶的生长，提高全电池的安全性能。同时具有高热稳定性、高弹性模量的完全β‑折叠构象和高吸附能巯基官能团主导的类淀粉杆蛋白材料具有广阔的应用前景。在整个制备过程中，操作简单，适合规模化生产。

摘要： 本发明公开了一种抑制锂枝晶生长的全固态锂电池充电温度控制方法及系统，当接收到充电指令后，使全固态锂电池所在的电池仓仓内温度升高至充电预设温度后，接通充电电路以开始充电，由于充电预设温度高于外环境温度，充电过程中，全固态电解质的离子电导率提高，倍率性能提升，同时，金属锂杨氏模量降低、扩散能力增加，有效抑制锂枝晶的生成；在全固态锂电池充电完成后，持续检测电池仓内部温度，将所述仓内温度控制在工作预设温度以上，使固态电解质保持较好的离子输运性能，避免环境温度变化影响全固态锂电池启动，同时可提升放电阶段全固态锂电池离子电导率。通过分阶段温度控制，在低能耗的基础下，实现了全固态锂电池工作性能的有效提升。

摘要： 本发明公开了一种高阻燃和抑锂枝晶生长的涂覆隔膜及其制备方法，包括以下步骤：步骤1：将功能化BNNS纳米片、Mg(OH)2粉末搅拌分散在水中，均质化，得到涂覆浆料；步骤2：将涂覆浆料涂覆在基膜上，干燥；得到隔膜A；步骤3；将隔膜A浸渍在聚多巴胺溶液中，洗涤干燥；得到涂覆隔膜。(1)功能化BNNS纳米片与Mg(OH)2之间的协同作用，显著提高了涂覆隔膜的离子传输速率、阻燃性能、耐热性。(2)多巴胺和单宁酸的修饰，增加了涂覆层的亲水性，大大提升了离子传导速率和离子传导率，有效抑制电池中锂枝晶的生长；同时提高了功能化BNNS纳米片与Mg(OH)2与基膜之间的粘附性。

摘要： 本发明公开了一种用于检测锂离子电池枝晶生长的智能隔膜及检测方法，所述智能隔膜用于锂离子电池中，该智能隔膜包括隔膜基体，隔膜基体至少一面负载磁性金属的非磁性化合物，磁性金属的非磁性化合物通过磁控溅射的方法覆盖在隔膜基体上，以形成智能隔膜。本发明利用智能隔膜来判断锂离子电池的锂枝晶生长情况，不仅时效性好，在锂离子电池短路前监测到锂枝晶，而且可以在不破坏锂离子电池的情况下准确检测出生长的锂枝晶，不影响锂离子电池正常工作的能力。本发明克服了传统锂枝晶检测方法所存在的操作难度大、准确性差、检测效率低等问题。

摘要： 本发明涉及一种制备具有超快自修复性能的电解质构筑电解质/锌负极动态自适应界面来抑制锌电池中枝晶生长的方法。本发明将一定量的瓜尔胶完全溶解到锌盐溶液中，形成均匀的胶体。随后，将丙三醇添加到上述制备的胶体中形成二元溶剂体系。最后，加入中性有机硼交联剂并使其固化，获得具有超快自修复性能的凝胶。将该凝胶用于准固态电池中的电解质，可以构筑动态连续的电解质/锌负极界面，抑制枝晶生长，极大的提高了锌电池的使用寿命。该方法价格低廉，工艺简单，安全环保，具有大规模应用的潜力。

摘要： 本发明公开了一种锌离子电池枝晶生长状况的仿真方法，该方法包括以下步骤：设计锌离子电池二维几何模型；输入模型参数，构建锌离子电池电化学瞬态模型；设置模型的物理场边界条件和初始值；根据物理场进行网格剖分；设定仿真模拟的研究条件；根据设置的参数条件进行锌离子电池枝晶生长仿真；根据仿真结果确定锌离子电池负极表面析锌层的厚度变化；通过优化锌离子电池的参数条件，改善电池的枝晶生长状况。本发明提出的锌离子电池的电化学瞬态模型具有较高的有效性和准确性，在电池设计阶段即可对其进行安全评估，预判电池在特定条件下枝晶生长的严重程度和带来的影响，对电池失效性分析和电池综合性能评价等方面有着广阔的应用前景。

摘要： 本发明公开了一种兼具抑制锂枝晶生长、优化电化学性能和高效阻燃的多功效锂电池电解液，其以商用碳酸酯类电解液为主体，通过与一定比例的阻燃剂、有机成膜添加剂、无机成膜添加剂复配而成。本发明利用对硝酸盐具有高溶解度的磷酸酯作为助溶剂，以提升电解液中硝酸根离子含量，进而通过溶剂化作用被还原形成富含氮化锂的高离子电导率的固态电解质中间相(SEI)，同时磷酸酯的加入使得易燃烧的碳酸酯电解液变得具有阻燃效果。为进一步提升SEI的稳定性，辅以添加有机成膜剂，以实现具有高效抑制锂枝晶生长、提升电解液离子电导率、优化与磷酸铁锂、三元镍钴锰、石墨电极的循环和倍率性能的阻燃锂电电解液。