2020年10月25日，材料学院第十七届学术论坛博士宣讲会在1号楼317举办。此次宣讲会邀请到曲家乐博士和侯庆艳博士为同学们展示了他们近期的研究成果。
首先由曲家乐博士为我们带来了他的研究课题。曲博士先介绍了课题涉及的背景知识，优化结构设计和材料配比，使得锂合金电极有较高的能量密度，同时避免体积膨胀和锂枝晶的问题，是研究的热点。目前已有研究人员制备出一种锂硅氧三元合金电极，使得锂合金既有锂金属差不多的能量密度，又克服了枝晶问题和体积膨胀的问题。实验主要涉及CALYPSO、VASP和Materials Project三种计算方法，电极材料筛选流程包含四步，分别为结构预测、结构稳定性验证、价态分析与电化学窗口和锂离子输运性质。结构搜索总结出，预测相在硅元素的化合价分别为-1与+4时更倾向于是能量上的稳定相。由数据库中Li-Si体系与Li-O体系的二元相图知，LiSi 与 SiO2均为稳定相，且SiO2的相对形成能更低，这与预测出的Ea为零的稳定相均出现在Si价态为+4这一事实相符。由锂离子间隙扩散和空位扩散可以发现在Li-Si-O体系中，间隙扩散比空位扩散更容易发生。最后曲博士总结了该研究所得出的结论，该实验采用结构预测方法，对Li-Si-O三元合金的结构进行了筛选，找出了在电极反应过程中可能出现的新稳定相Li4SiO6、Li2SiO5以及Li4SiO8；硅元素的价态对Li-Si-O三元化合物的稳定性有着至关重要的影响此外，三种新相都是优秀的锂离子导体，在某些特定方向上存在类似于快速离子通道的扩散路径，它们在锂化/脱锂化反应中扮演了积极的角色，并且在该体系中，间隙扩散将占据主导地位。
之后侯博士展示了她的课题“Nb-Si基合金表面Mo-Si-B/Al2O3复合涂层的制备与互扩散行为研究”。首先介绍了新型Nb-Si基合金具有高熔点、低密度及优良的高温强度等优点，正逐步取代传统镍基高温合金，成为航空发动机热端部件，但也存在抗氧化性差的问题。其次，为了提高该合金的抗氧化性，可以添加Mo-Si-B涂层，但由于Mo-Si-B涂层与Nb-Si基合金之间存在元素互扩散使涂层抗氧化能力减弱，并且新生成的脆性相易生成裂纹会影响涂层的力学性能，都会减少涂层的使用寿命。针对此类问题，可以在涂层和合金之间通过喷涂、物理或化学气相沉积等手段来添加扩散障来抑制元素的互扩散。接着，侯博士采用等离子物理气相沉积（PS-PVD）在Nb-Si基合金表面制备Al2O3层，形成Mo-Si-B/Al2O3复合涂层。最后，通过SEM等分析方法得到合金表面形貌和物相等信息后可以发现Al2O3对于抑制元素扩散有效果，之后通过互扩散行为分析，进一步发现：互扩散区厚度与氧化时间的关系均符合抛物线规律，说明Mo-Si-B/Al2O3复合涂层的互扩散区的生长主要由元素的扩散控制；Al2O3扩散障使互扩散区生长激活能提高从而缓解了Si元素扩散。听完报告，同学们就细节问题进行了提问，两位博士也做了详细的解答。
至此，本次博士宣讲会圆满结束。通过本次宣讲会，同学们丰富了自己的知识、拓宽了眼界，了解了更多材料方面的前沿知识，收益颇丰。
图/文 李冬梅 徐敏敏
