电化学工程与材料研究室

【研究室总体介绍】

  电化学工程与材料研究室为北京科技大学腐蚀与防护中心、腐蚀磨蚀与表面技术北京市重点实验室、北京表面纳米技术工程研究中心、新材料技术研究院表面科学与技术研究所等的主要研究室之一。主要从事以下方面的研究工作:耐蚀材料、功能材料、航天材料开发,材料腐蚀与防护行为机理,新型电子、微波/光学、吸波、微制冷元器件的设计与开发,材料/纳米材料的电化学制备与应用,先进表面技术/表面纳米工程,节能环保湿法冶金新技术,新能源材料,污水电化学处理技术,油气开采输运炼制、航天/航空/海洋/火电等超(超)临界环境服役装置的腐蚀与控制,材料剩余强度及寿命评估、软件系统开发等研究。2000年以来,承担60余项国家、省部和企业合作项目,包括国家重大科技专项、“973”计划、“863”计划、国家科技支撑计划、自然科学基金重点/面上/青年项目、教育部/北京市重大科技项目、北京市/广东省产学研重大项目、中石化/中石油/中铝/航天科技集团等科技项目。

  研究室目前有教师3人:教授/博士生导师2人、副教授/硕士生导师1人,2000年以来已培养毕业博士、硕士研究生180余人,目前在读博士后、博士、硕士研究生40余名。本梯队同时招收学术型和专业学位型硕士研究生。

  学术型专业名称为材料科学与工程,专业方向为:1)电化学工程与材料;2)材料的腐蚀与防护;3)纳米材料制备与性能;4)电磁功能材料及器件;5)功能涂层材料与技术;6)功能材料及其服役行为;7)新型电池与超级电容器材料;8)功能薄膜材料;9)材料表面化学与技术;10)表面纳米技术;11)纳米、功能、结构、耐高温材料及其服役行为。

  专业学位型专业名称为材料工程,专业方向为:1)材料腐蚀控制工程;2)工程材料及其服役行为;3)电磁功能材料及器件;4)反应合成与纳米材料;5)功能薄膜材料;6)能源材料。

  研究室地址:北京科技大学腐蚀与防护中心楼二楼南侧

  教师办公室:223房间,电话:010-62332548,电子信箱:ecm@ustb.edu.cn

  学生学习室:221房间,电话:010-62332067

【研究室成员介绍】

  孟惠民 王旭东

【研究室主要研究内容及科研成果】

  1、航天/航空/油气开采输运炼制/钢铁冶金/海洋等领域的腐蚀与控制/剩余强度及寿命评估/软件系统开发

  主要研究:航天/航空/油气开采输运炼制/钢铁冶金/海洋等领域装置与材料的腐蚀失效规律、检测与评价方法、风险评估技术,工业设备的使用寿命预测以及腐蚀控制手段的应用研究,开发应用软件系统。

  2、功能材料/纳米材料的制备与新型元器件设计

  主要研究:功能陶瓷与新型电子元器件、电磁及多物理场超材料与新型微波/光学器件、铁电制冷材料研究与微型制冷器、铁氧体软磁材料与吸波器件、铁性材料的多场耦合响应及其环境断裂机理等;采用电化学方法研究:金属/合金纳米粉体材料液相还原制备、非晶纳米晶材料、块体非晶和薄膜非晶材料的电化学制备与成型技术,开拓非晶、非晶纳米晶复合材料和纳米材料等功能材料的应用。

  3、先进表面技术/表面纳米技术

  研发以耐蚀、耐磨和功能性等为目的多种表面技术,包括:电化学沉积、化学沉积、反应烧结、热喷涂、纳米复合有机涂层等表面技术,主要研究:高催化活性的纳米晶氧化物涂层烧结成型技术、功能性非晶纳米晶复合涂层电化学沉积技术、高耐蚀耐磨纳米强化非晶复合涂层热喷涂技术,快速注射/喷涂成型的环保型纳米复合聚氨脂/聚脲涂料。

  4、复杂多相及苛刻环境下材料腐蚀、评价技术

  主要研究:油气开采输送炼制过程中的多相流体系的腐蚀过程、航天器宇宙环境用材料或防护涂层失效过程、大型水利枢纽工程中水轮机冲刷腐蚀和空泡腐蚀过程、火电等超(超)临界等的复杂多相及苛刻环境下材料腐蚀与检测、评价技术,建有海洋、航天、油气开采输送炼制等环境的腐蚀加速模拟方法、海洋腐蚀仿真模型、单空泡腐蚀试验装置等。

  5、新能源与污水环保处理纳米新材料、新技术与新装置研究

  主要研究:清洁高效电解海水制氢电极新材料与电解装置,氧阴极法节能制备电解二氧化锰用新电极材料、新工艺与新装置,500F/g级高比电容低成本电极新材料制备与电化学超级电容器产品,太阳能电池玻璃高透光自清洁纳米防护液材料与涂覆工艺,风能发电叶片长寿命防护涂层的国产化,难降解有机废水电解处理等的新材料、新技术与材料的纳米效应。

【代表性文献】

  1. 孟惠民,吴继勋,刘群先,卢燕平,张普强,高速电镀锌-镍合金,北京科技大学学报,1996,18(5):473.

  2. 孟惠民,盛满正嗣,松永守央,周期的逆电解にょる酸化イリジゥム系アノ―ドの异常劣化,表面技术,1998,49(10):1127.

  3. 陈建民,孟惠民,李英义,腐蚀后管道时效分析与爆破试验,油气储运,1998,17(3):28-30.

  4. 孟惠民 李金鸿 俞宏英 李辉勤 樊自拴 孙冬柏,贵金属氧化物电极处理有机废水,北京科技大学学报,2003,25 (10):405-409.

  5. 孟惠民 李泉明 李辉勤 孙冬柏,炼油装置腐蚀诊断支援系统的研究,石油炼制与化工,2003,34 (11):53-56.

  6. 孟惠民,石锗元,王旭东,俞宏英,李辉勤,樊自拴,松永守央,孙冬柏,抗有机物劣化的贵金属氧化物涂层电极的开发,中国有色金属学报,2004,14(S3):371-375.

  7. Zhi-Guo Ye, Hui-Min Meng, Dong-Bai Sun,New Degradation Mechanism of Ti/IrO2+MnO2 Anode for Oxygen Evolution in 0.5M H2SO4 solution,Electrochimica Acta,2008,53(18):5639- 5643.

  8. 李全德,孟惠民,人工加速老化对聚脲涂料防护性能的影响,北京科技大学学报,2011, 33(1): 71-75.

  9. Jiang Nan; Meng, Hui-Min; Song, Li-Jun; Yu, Hong-Ying,Study on Ni-Fe-C cathode for hydrogen evolution from seawater electrolysis,International Journal of Hydrogen Energy, 2010, 35(15) : 8056-8062.

  10. Nan Jiang,Hui-Min Meng.The durability of different elements doped manganese dioxide-coated anodes for oxygen evolution in seawater electrolysis,Surface & Coatings Technology,2012,206(21):4362-4367.

  11. Song, LJ,Meng, HM,Effect of carbon content on Ni-Fe-C electrodes for hydrogen evolution reaction in seawater,International Journal of Hydrogen Energy, 2010, 35(19): 10060-10066.

  12. Zhenwei Yan, Huimin Meng. Electrochemical investigation of the IrO2-Ta2O5 coated anode with different heat treatment processes of the Titanium substrates, Eletrochemical and Solid-State Letters, 2011,14(10):c16-c19.

  13. Nan Jiang,Hui-Min Meng.The durability of different elements doped manganese dioxide-coated anodes for oxygen evolution in seawater electrolysis,Surface & Coatings Technology,2012,206(21):4362-4367.

  14. 黄亮亮,孟惠民,黄晓林,陈建民,胡景克,王育青,X60管线钢在盐碱性土壤中的腐蚀行为与机理,油气储运,2013,32(3):257-262 .

  15. 张慧,孟惠民,郭琳,俞宏英,孙冬柏,氧阴极节能环保制备电解二氧化锰新方法,中国锰业,2013,31(1):27-30.

  16. Zhang Hui, Meng Huimin. Temperature effect on low energy consumption electrolytic preparation of manganese dioxide using oxygen reduction electrode[J]. Materials Science Forum, 2014, 789: 355-361.

  17. 张慧,孟惠民,电解制备二氧化锰强酸性电解液中气体扩散电极的稳定性与失效行为[J]. 物理化学学报,2013,29(12):2558-2564.

  18. Wen Yu-Qing, Meng Hui-Min, Shang Wei,Electrochemical characteristics of the Self-Assembly Film on 6061 Aluminum Alloy,Advanced Materials Research,2013,739(4): 76-79.

  19. 黄亮亮,孟惠民,唐静. 纳米结构热障涂层研究进展. 材料工程,材料工程,2014,(8):105-114.

  20. Hu G, Meng H M, Liu J Y. Microstructure and corrosion resistance of induction melted Fe-based alloy coating [J]. Surface and Coatings Technology, 2014, 251: 300-306.

  21. Hu G, Meng H M, Liu J Y. Friction and sliding wear behavior of induction melted FeCrB metamorphic alloy coating [J]. Applied Surface Science, 2014, 308: 363-371.

  22. Jing Tang, Hui-Min Meng and Liang Liang Huang,Energy-saving and environmentally friendly electrodeposition of MnO2,RSC Adv., 2014, 4, 16512–16516.

  23. Ge Hu, Huimin Meng, Junyou Liu,Microstructure and elevated temperature wear behavior of induction melted Fe-based composite coating, Applied Surface Science, 2014, 317(10): 378–384.

  24. Huang L L,Meng H M, Tang J, Overview on double ceramic layer thermal barrier coatings. Advanced Materials Research. 2014,1053:364-372.

  25. Yu-qing Wen, Hui-min Meng, Wei Shang. Influence of preparation temperature on the electrochemical characteristics of the Dodecafluoroheptyl-propyl-trimethoxysilane SAMs on aluminum alloy 6061. Surface and Coatings Technology,2014,258:574-579

  26. Huang L L,Meng H M, Tang J. Crystallization behavior of plasma-sprayed lanthanide magnesium hexaaluminate coatings,International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials,2014,21(12):1247-1253.

  27. Jing Tang, Hui-min Meng, Sen Li, Meihui Yu, Huan Li, Jin hui Shi,The energy saving mechanism of gas diffusion electrode based on Pt/C catalyst for saving energy and green electrodeposition of manganese dioxide,Electrochimica Acta,2015,170:92-97.

  28. Liang-liang Huang, Hui-min Meng, Li-kang Liang, Sen Li, and Jin-hui Shi,Effects of heat treatment on corrosion resistance of carbon steel coated with LaMgAl11O19 thermal barrier coatings,International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials,2015,22(10):1050-1059.

  29. Yu-qing Wen, Hui-min Meng, Wei Shang. Corrosion resistance and adsorption behavior of bis-(3-triethoxysilylpropyl)-tetrasulfide selfassembledmembrane on 6061 aluminum alloy, RSC Advances, 2015, 5, 80129-80135.

  30. Jing Tang, Huimin Meng, Xuan Liang, Gas diffusion electrode with platinum/titanium nitride-carbon nitride nanocatalysts for the energy-saving and environment-friendly electrodeposition of manganese dioxide// Pt/TiN-CNx. Journal of Cleaner Production, 2016,137(7): 903-909.

  31. Jing Tang, Huimin Meng. TiO2-modified CNx nanowires as a Pt electrocatalyst support with high activity and durability for the oxygen reduction reaction. Physical Chemistry Chemical Physics, 2016, 18(3), 1500-1506.

  32. Jing Tang, Huimin Meng, Xuan Liang. Effect Platinum particle size and Oxygen pressure on activity of Platinum/Carbon gas diffusion electrodes in high temperature acid medium. Materials Science Forum, 2016(859): 169-147.

  33. Meihui Yu, Huimin Meng, Ying Xue. Nano-mesh structured Mn-based oxide/conducting polymer composite electrode for supercapacitor, Materials Science Forum, 2016 (859): 104-108.

  34. Jing Tang,Huimin Meng,Yunfei He,Energy-saving synthesis of electrolytic manganese dioxide using oxygen cathode with Pt/TiO2-CNx nanocatalysts,Journal of applied electrochemistry, 2017, 47(5), 653-659.

  35. 王旭东,程远等.S781白漆低能质子辐照损伤的模拟研究.航天器环境工程.2010,27(6):682-685.

  36. 王旭东,李春东等.电子与质子综合辐照下ZnO白漆的光学性能退化研究.航天器环境工程.2010,27(5):581-584.

  37. 王旭东,顾鹏飞等.ZnO白漆空间性能退化的地面恢复与保护研究.材料工程.2011,(1):7-10.

  38. X. D. Wang, S. Y. He, D. Z. Yang and P. F. Gu.Space Radiation Damage in ZnO Induced by Subthreshold Electrons: Defect Identity and Optical Degradation.Radiation Research.2011,176:264-268.

  39. Pengfei Gu, Xudong Wang, etc.Synthesis, Characterization and Photoluminescence of ZnO Spindles by Polyvinylpyrrolidone-assisted Low-temperature Wet-chemistry Process.Journal of Crystal Growth.2012,338:162-165

  40. Pengfei Gu, Xudong Wang, etc.Investigation of Defects in N-doped ZnO Powders Prepared by a Facile Solvothermal Method and Their UV Photocatalytic Properties.Materials Research Bulletin.2013,48:4699-703

  41. Pengfei Gu, Xudong Wang, etc.Solvothermal Synthesis and Growth Mechanism of Asymmetric ZnO Hierarchical Structures in Diethylene Glycol with Ammonia Solution.Crystal Research and Technology.2013,48(11):989-95

  42. Pengfei Gu, Xudong Wang, Xiangke Wang, Qinglong Liu and Huimin Meng.Preparation of 1D or 3D Nano ZnO Crystals in High-viscosity Solvent.Materials Science Forum Vol. 789 (2014) pp 36-43

  43. Q. L. Liu, X. D. Wang, X. K. Wang, X. W. Yan and X. J. Ma.Study of high emittance chemical conversion coatings for magnesium alloys.Surface Engineering,2014,30(1):48-52

  44. Junjun Liu, Xudong Wang, Zhiyong Tian, Ming Yuan, Xijuan Ma.Effect of copper content on the properties of electroless Ni–Cu–P coatings prepared on magnesium alloys.Applied Surface Science 356 (2015) 289–293

  45. Yang Li, Chuanbao Liu, Yang Bai, Lijie Qiao and Ji Zhou. Ultrathin Hydrogen Diffusion Cloak, Advanced Theory and Simulations, 1, 170004 (2018).

  46. Chuanbao Liu, Yang Bai, Liqiao Jing, Yihao Yang, Hongsheng Chen, Ji Zhou, Qian Zhao, Lijie Qiao, Equivalent energy level hybridization approach for high-performance metamaterials design, Acta Materialia, 135:144–149 (2017).

  47. Chuanbao Liu, Yang Bai, Ji Zhou, Qian Zhao, and Lijie Qiao, Large-scale modulation of left-handed passband in hybrid graphene/dielectric metasurface, Annalen der Physik, 529, 1700125 (2017).

  48. Jianting Li, Shiqiang Qin, Yang Bai, Junjie Li and Lijie Qiao, Flexible control of positive and negative electrocaloric effect under multiple fields to improve cooling capacity, Applied Physics Letters, 111, 093901 (2017).

  49. Jianting Li, Yang Bai, Shiqiang Qin, Jian Fu, Ruzhong Zuo, and Lijie Qiao, Direct and indirect characterization of electrocaloric effect in (Na,K)NbO3 based lead-free ceramics, Applied Physics Letters, 109, 162902 (2016).

  50. Fei Han, Yang Bai, Li-Jie Qiao and Dong Guo, Systematical modification of large electrocaloric effect within a broad temperature range in rare-earth doped BaTiO3 ceramics, Journal Materials Chemistry C, 4: 1842-1849 (2016).

  51. Chuanbao Liu, Yang Bai, Qian Zhao, Yihao Yang, Hongsheng Chen, Ji Zhou, and Lijie Qiao, Fully Controllable Pancharatnam-Berry Metasurface Array with High Conversion Efficiency and Broad Bandwidth, Scientific Reports, 6: 34819 (2016).

  52. Chuanbao Liu, Yang Bai, Ji Zhou, Qian Zhao, Yu Yan, Jinxu Li, Yanjing Su and Lijie Qiao, Equivalent energy-level structures in stacked metamaterials, Journal Materials Chemistry C, 3, 11827-11832 (2015).

  53. Yang Bai, De Wei and Li-Jie Qiao, Control multiple electrocaloric effect peak in Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 by phase composition and crystal orientation, Applied Physics Letters, 107, 192904 (2015).

  54. Liang Wang, Yang Bai, Xuefei Lu, Jiang-Li Cao and Li-Jie Qiao, Ultra-low percolation threshold in ferrite-metal cofired ceramics brings both high permeability and high permittivity, Scientific Reports, 5: 7580 (2015).

  55. Bing Jiang, Yang Bai, Meicheng Li, Trevor Mwenya, In-situ observation of correlations between domain switching and crack propagation in BaTiO3 single crystals under coupling of mechanical and electric loads, Scripta Materialia, 70: 47-50 (2014)

  56. Y. Bai, X. Han, X.C. Zheng, L.J. Qiao, Both high reliability and giant electrocaloric strength in BaTiO3 ceramics, Scientific Reports, 3: 2895 (2013)

  57. Y. Bai, X. Han, K. Ding, L.J. Qiao, Combined effects of diffuse phase transition and microstructure on the electrocaloric effect in Ba1-xSrxTiO3 ceramics, Applied Physics Letters, 103: 162902 (2013)

  58. Y. Bai, X. Han, L.J. Qiao, Optimized electrocaloric refrigeration capacity in lead-free (1-x)BaZr0.2Ti0.8O3- xBa0.7Ca0.3TiO3 ceramics, Applied Physics Letters, 102: 252904 (2013)

  59. Y. Bai, G.P. Zheng, S.Q. Shi, Abnormal electrocaloric effect of Na0.5Bi0.5TiO3-BaTiO3 lead-free ferroelectric ceramics above room temperature, Materials Research Bulletin, 46: 1866-1869 (2011)

  60. Y. Bai, G.P. Zheng, S.Q. Shi, Direct measurement of giant electrocaloric effect in BaTiO3 multilayer thick film structure beyond theoretical prediction, Applied Physics Letters, 96: 192902(2010)

  61. Y. Bai, F. Xu, L.J. Qiao, The left-handed property of the composite structure of metallic wires in an anisotropy medium host, Applied Physics Letters, 94: 094101 (2009)

  62. F. Xu, Y. Bai, L.J. Qiao, Hongjie Zhao, Ji Zhou, Left-handed behavior and low-loss passband in a ferromagnetic sandwich structure, Applied Physics Letters, 95: 114104 (2009)

  63. Y. Bai, H.S. Chen, J.J. Zhang, Y. Luo, B. Li, L.X. Ran, J.A. Kong, J. Zhou, Left-handed material based on ferroelectric medium, Optics Express, 15: 8284-8289 (2007)

  64. Y. Bai, J. Zhou, Y. Sun, B. Li, Z.X. Yue, Z.L. Gui, L.T. Li, Effect of electromagnetic environment on the dielectric resonance in the ferroelectric- ferromagnetic composite, Applied Physics Letters, 89: 1129077 (2006)

【授权专利】

  • 孟惠民、何庆龙、俞宏英、樊自拴、王旭东、孙冬柏,一种应用于管线钢腐蚀研究的改进设计装置,专利号:ZL 200710065218.5, 授权日:2009.5 13.

  • 孟惠民、宋利君、孙冬柏、俞宏英, 一种电解海水制备氢气和氧气的电解设备及其工艺,专利号:ZL201010293440.2,授权日:2011.10.12.

  • 孟惠民、郭琳、张慧、孙冬柏、俞宏英、樊自栓、王旭东,一种节能型电解二氧化锰的制备方法,专利号:ZL201010578846.5,授权日:2011.12.28.

  • 孟惠民、史艳华、孙冬柏、俞宏英、樊自栓、王旭东,一种网孔状纳米结构锰系氧化物镀层及其制备方法,专利号:ZL200710176693.X,授权日:2010.5.28.

  • 孟惠民、孙冬柏、俞宏英、樊自栓、王旭东,一种用于处理有机废水的流化床电极反应器,专利号:ZL 200610144148.8, 授权日:2009.6.17.

  • 孟惠民、史艳华、孙冬柏、俞宏英、樊自栓、王旭东,一种快速电解降解苯胺的方法,专利号:ZL 200610144149.2, 授权日:2009.6.17.

  • 孟惠民、王建升、孙冬柏、俞宏英、樊自拴、王旭东,一种金属轧辊表面电火花强化方法,专利号:ZL200910084728.6,授权日:2011.8.14.

  • 孟惠民、王书真、俞宏英,一种以网孔状纳米结构锰系氧化物电极组装的超级电容器,专利号:ZL201110402732.X,授权日:2013.7.24

  • 王旭东等,一种用于环境试验的海水飞溅模拟试验装置,200920108502.0,授权日2010-06-23

  • 樊自拴、张丽娜、王 勇、孙冬柏、孟惠民、俞宏英、王旭东. 一种等离子熔覆铁基非晶纳米晶涂层及其制备方法,CN100510182C,授权日:2009.7.8.

  • 樊自拴、王勇、张丽娜、孙冬柏、孟惠民、俞宏英、王旭东. FE基非晶纳米晶喷涂粉末及其氩气雾化制备方法,CN100554484C,授权日:2009.10.28.

  • 白洋、郑广平、石三强,一种应用无铅铁电材料的片式微制冷器及其制备方法,专利号:ZL201010146958.3,授权日:2012.11.07

  • 白洋、徐芳、张丽晖、乔利杰、李金许,一种基于左手特性的低损耗可调带通滤波器,专利号:ZL200910079153.9,授权日:2013.03.27

  • 杜晋峰、白洋、乔利杰、褚武扬,一种氢传感器用壳聚糖质子交换膜的制备方法,专利号:ZL200810226502.0,授权日:2011.06.22

  • 王智瑛、白洋、乔利杰,一种螺旋扣式防侧漏氢传感器外壳结构,专利号:ZL200810104021.2,授权日:2011.10.12

  • 王智瑛、白洋, 乔利杰,一种利用氢传感器测量空气中氢气含量的方法,专利号:ZL200810104022.7,授权日:2011.08.10

  • 徐芳、白洋、乔利杰,一种复合材料片式感性元件及其制备方法,专利号:ZL200810089087.9,授权日:2011.02.16

  • 白洋、徐芳、乔利杰,一种低温烧结六角晶系软磁铁氧体,专利号:ZL200710118909.7,授权日:2011.02.16

【研究室承担科研项目】

  • 月球原位资源利用可行性研究,航天八院项目,负责人 王旭东

  • 载人月球车材料防护技术研究,航天八院项目,负责人 王旭东

  • 探月三期航天器及地面设备环境适应性评价研究,航天八院项目,负责人 王旭东

  • 镁合金表面防腐及其与导电、热控功能一体化制备技术,国家重点研发计划课题,负责人 王旭东

  • 材料环境失效过程的多因素耦合加速模拟实验技术,国家重点研发计划课题,负责人 王旭东

  • 核电站用高强度紧固件安全性评价与防护技术研究,苏州热工研究院项目,负责人 王旭东

  • 高铁高性能牵引供电系统保护层服役评价研究,国家重大科技专项课题,负责人 孟惠民

  • 海洋工程装备材料腐蚀与防护关键技术基础研究(海洋环境下磨蚀过程的力学-电化学机理研究),国家“973”项目(课题),负责人 孟惠民

  • 氧阴极法节能环保制备二氧化锰电解规律研究,国家自然科学基金项目,负责人 孟惠民

  • 供水球墨铸铁管土壤腐蚀与服役寿命研究,负责人 孟惠民

  • 教育部“新世纪优秀人才支持计划”,负责人 白洋

  • 陶瓷基超常介质的对称破缺和石墨烯多重调制,国家自然科学基金项目,负责人 白洋

  • 准同型相界铁电材料电卡效应影响规律与机理研究,国家自然科学基金项目,负责人 白洋

  • 多场耦合条件下铁电厚膜电卡效应动力学研究,国家自然科学基金项目,负责人 白洋

  • 外场调节铁电铁磁复合左手材料电磁特性的研究,国家自然科学基金项目,负责人 白洋

【研究室团队建设】