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介孔硅基有机无机杂化材料的研究进展
杨启华,刘 健,钟 华,王培远
2009 Vol. 24 (4): 641649
摘要(
4169 )
PDF(2848KB)(
2605
)
介孔硅基有机无机杂化材料(PMOs)是一种分子水平上有机组分与无机组分在孔壁中杂化的材料, 这类材料有着许多独特的性质:有机官能团均匀分布在孔壁中且不堵塞孔道, 有利于客体分子的引入和扩散; 骨架中的有机官能团可以在一定程度上调节材料的物化性质, 如机械性能, 亲/疏水性; 可以同时实现对孔道和孔壁功能性的调变. 正因如此, PMOs已成为当今材料科学领域的一个研究热点. 本文综述了PMOs 的最新研究进展, 包括其合成方法、表征及其在催化、吸附、分离、光电等领域的应用. 最后展望了该类材料的发展前景.
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化学传感器陶瓷点缺陷及其应用
周志刚,唐子龙
2009 Vol. 24 (4): 650660
摘要(
4011 )
PDF(1970KB)(
2231
)
化学传感器是一种重要的绿色传感器,在环境保护、催化合成等领域的工业过程和质量控制方面有着广泛应用.近来由于其在临床诊断、安全警报、缉毒安检和反恐防恐等方面的特殊功用,倍受重视而得到了很大的发展.本文就当今化学传感器陶瓷研究的一个热点-点缺陷与周围环境物理-化学交互作用,如点缺陷在氧化、还原和掺杂以及光、电、颜色等化学环境变化所导致的新应用和新进展作系统论述,以期有助于今后我国在该领域的基础研究和原创性、开拓性绿色事业研究的开展,在当前全球性经济危机下,具有特别重要的意义.
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喷雾燃烧热分解制备Cr掺杂TiO2纳米粒子的可见光催化性能
田宝柱,李春忠,顾 锋,姜海波,胡彦杰
2009 Vol. 24 (4): 661665
摘要(
3287 )
PDF(1592KB)(
1925
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采用一步喷雾燃烧热解法制备了Cr掺杂TiO2纳米粒子,研究了Cr掺杂对样品微结构、吸光特性和可见光催化活性的影响. 结果表明:增加Cr掺杂量抑制锐钛矿相的形成,同时促进金红石相的形成. 在低Cr掺杂量下(≤1%),Cr主要以Cr3+的形态进入TiO2晶格,而Cr掺杂量过大时,易于形成Cr2O3团簇. 光催化降解2,4-二氯苯酚结果表明,适量的Cr3+掺杂可以有效地提高TiO2的可见光催化活性,获得最高光催化活性的Cr3+掺杂量为1at%. 样品可见光催化活性的提高主要与Cr掺杂引起的可见光吸收增强、晶相组成改善以及光生电子和空穴传输效率提高有关.
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NiO(CoO)/N-SrTiO3异质结型复合光催化剂的制备及模拟太阳光催化产氢
阎建辉,张 丽,朱裔荣,唐有根,杨海华
2009 Vol. 24 (4): 666670
摘要(
3074 )
PDF(1810KB)(
2235
)
采用固相法制备氮掺杂SrTiO3,并用浸渍氢气还原法制备了不同NiO、CoO负载量的N-SrTiO3异质结复合光催化剂,采用XRD、SEM、荧光光谱(FS)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对其进行表征和分析,考察了在模拟太阳光下产氢活性及其变化规律,同时探讨了负载物的不同处理方法对光催化剂产氢活性的影响. 结果表明,氧化物的负载先氢还原后氧化处理较直接氧化处理有更高的光催化活性;所制备的NiO/N-SrTiO3、CoO/N-SrTiO3复合催化剂较单一催化剂有更高的产氢活性,当负载量分别为1.0wt%、0.5wt%时达最佳产氢活性,6h内的产氢量分别是未改性N-SrTiO3样品的4.2、4.9倍. 导致产氢率提高的主要原因是由于负载金属氧化物在两相界面处形成的异质结成为光催化反应中光生电子和空穴的单向转移通道,促使光生电荷有效分离,提高了复合催化剂的光催化活性.
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掺钒二氧化钛中空微球的制备和光催化性能研究
贾进义,刘晶冰,张文熊,常 琳,井 琪
2009 Vol. 24 (4): 671674
摘要(
3303 )
PDF(1265KB)(
2235
)
以聚苯乙烯微球为模板,钛酸四丁酯为前驱体制备了掺钒TiO2中空微球,并用FT-IR,SEM,TEM,XRD,UV-Vis等技术对样品进行了表征. 研究结果表明,掺杂少量钒到体系中,TiO2微球形貌没有发生明显变化,得到壳层厚度约为20~30nm的TiO2中空微球. 但钒的引入使得TiO2中空微球从锐钛矿相向金红石相转变. 随着掺钒量的增加,TiO2中空微球吸收边向长波方向移动增强. 光催化降解甲基橙溶液实验结果表明,掺杂1.0%钒的TiO2中空微球表现出更好的光催化性能.
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过氧钛酸水热合成锐钛矿相二氧化钛纳米棒溶胶
李 爽,张青红,李耀刚,王宏志
2009 Vol. 24 (4): 675679
摘要(
3813 )
PDF(2588KB)(
2374
)
以双氧水溶解水合氧化钛沉淀得到的水溶性过氧钛酸水溶液为前驱体,用水热法制备了透明的锐钛矿相二氧化钛溶胶.用XRD、UV-Vis、PL、FT-Raman和TEM测定手段对溶胶中的晶粒进行了表征.结果表明:溶胶中二氧化钛纳米晶为锐钛矿相,晶粒为梭形棒状,并沿c轴定向生长,晶粒的平均直径小于10nm,其发射峰约在368nm处显示特征的带隙发光.水热时间的延长有利于晶粒“定向附着”生长,120℃时当水热时间由4h延长至24h时,可得到结晶完美、长径比接近10的二氧化钛纳米棒,并且其发光强度也有所增强.
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TiO2纳米管阵列薄膜光电协同降解亚甲基蓝的研究
陈 怡,施利毅,袁 帅,吴 钧,张美红,方建慧
2009 Vol. 24 (4): 680684
摘要(
3098 )
PDF(2218KB)(
1929
)
使用阳极氧化法制备了TiO2/Ti纳米管阵列薄膜材料. TiO2纳米管管孔分布均匀,管径约为80~90nm,平均管长约为1.8μm. 在400℃下煅烧2h后,TiO2纳米管阵列为锐钛矿型,并且结构保持良好,没有出现变形、剥落的现象. 以TiO2/Ti纳米管阵列薄膜材料为光催化剂,同时施加0~+3.0V范围内变化的电场,考察了外加电压对降解亚甲基蓝光电协同效率的影响. 结果表明在外加+1.4V电压的条件下,光电协同效率达到124%. TiO2纳米管阵列与基底Ti板结合牢固,多次重复使用后没有发现降解率的明显变化.
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常压干燥法制备TiO2气凝胶
胡久刚,陈启元,李 洁,卢 斌,李鹏举
2009 Vol. 24 (4): 685689
摘要(
2948 )
PDF(2281KB)(
2016
)
以钛酸丁酯为原料, 以甲酰胺为干燥控制化学添加剂控制凝胶网络结构, 采用溶胶-凝胶法制得TiO2醇凝胶; 结合正硅酸乙酯母液浸泡和低表面张力溶剂替换及常压干燥等后处理步骤, 实现了TiO2气凝胶的常压干燥法制备. 采用XRD、BET、TEM、SEM、EDS及FT-IR等测试手段对样品进行表征. 结果表明:所制备的TiO2气凝胶为无定形结构, 表观密度为0.375g/cm3, 比表面积达523m2/g, 平均孔径约9.9nm; 经850℃空气气氛下煅烧4h后, TiO2气凝胶转变为锐钛矿型结构, 平均孔径增大到16.3nm, 比表面积仍达208m2/g. 本研究提出的制备方法简单, 所制备的气凝胶比表面积高、热稳定好.
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炭二氧化硅复合气凝胶的合成及结构分析
陈 亮,张 睿,龙东辉,凌立成
2009 Vol. 24 (4): 690694
摘要(
2966 )
PDF(3112KB)(
1851
)
将二氧化硅溶胶和间苯二酚-甲醛溶液混合,经溶胶凝胶反应得到复合湿凝胶. 再经超临界干燥和炭化得到炭-二氧化硅复合气凝胶. 分别用氢氟酸刻蚀和空气烧蚀复合气凝胶中的二氧化硅和炭,得到结构完整的炭气凝胶和二氧化硅气凝胶. 复合湿凝胶经常压干燥、炭化和氢氟酸刻蚀能得到炭干凝胶. 利用透射电镜和低温氮气吸附对上述凝胶的微结构进行了表征. 结果表明:复合气凝胶中,炭和二氧化硅纳米网络各自连续并相互嵌套. 由于二氧化硅纳米网络的支撑作用,复合凝胶在超临界干燥和高温炭化过程中体积收缩减小,网络塌陷降低. 所得炭气凝胶具有高比表面(934m2/g)和高孔容(3.9cm3/g)的特点.
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铜原位改性HMS材料的表征及抗菌性能
陈君华,王 飞,程年寿,丁志杰,伏再辉,银董红
2009 Vol. 24 (4): 695701
摘要(
3294 )
PDF(2502KB)(
1808
)
采用溶胶凝胶法,原位合成了铜改性的六方介孔硅 (Cu-HMS)无机抗菌材料. XRD、TG-DTA、ESR、UV-Vis、FT-IR、ESEM、EDS及N2吸附脱附等对材料结构与性能进行了表征;以大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草杆菌及芽孢杆菌作供试菌种,考察了材料的抗菌性能. 结果表明,材料粒子呈规则的叶片状,比表面积为553m2/g,平均孔径约3.6nm,铜以离子形式存在于材料的骨架结构中,材料具有良好的介孔结构和热稳定性,有优良的紫外-可见光吸收性能;在抗菌实验中,材料的抗菌效能较好,抗菌性能稳定持久. 材料用量20mg/L,12h即表现出明显的抑菌作用;用量为200mg/L时,24h后可彻底杀灭大肠杆菌、金黄色葡萄球菌及枯草杆菌.
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氧化硅介孔泡沫材料固定木瓜蛋白酶的研究
邹泽昌,韦 奇,纳 薇,孙 慧,聂祚仁
2009 Vol. 24 (4): 702706
摘要(
2764 )
PDF(1998KB)(
1643
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以氧化硅介孔泡沫材料(Siliceous Mesocellular Foam, MCF)为载体对木瓜蛋白酶进行了固定, 并对固定化酶的性能和影响因素以及酶的稳定性作了系统的研究. 结果表明, 木瓜蛋白酶在MCF上能获得较大的负载量(334mg/g MCF). 固定化木瓜蛋白酶的最适反应温度较游离酶提高了10℃, 最适pH向碱性方向偏移0.5个单位. 固定化木瓜蛋白酶的米氏常数(Km)为6.99×10-3mol/L, 在八批次操作后酶活保留65.1%. 在4℃条件下放置60d后, 固定化酶的剩余活性仍保持75%以上, 而游离酶的活性只有初始活性的53.6%. 与游离酶相比, 固定化木瓜蛋白酶的pH稳定性、热稳定性、操作稳定性和储藏稳定性都有明显改善, 有利于酶的重复使用和储藏. 介孔泡沫材料是一种良好的木瓜蛋白酶固定载体.
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无定形磷酸钙的硬脂酸表面改性及其改性后的稳定性研究
李延报,李怀栋,程 新,刘文浩,李东旭,许仲梓
2009 Vol. 24 (4): 707711
摘要(
3490 )
PDF(1727KB)(
1844
)
将硬脂酸溶于热乙醇并以乙醇为反应介质在回流的条件下对无定形磷酸钙(ACP)粉末进行表面改性. 利用活化率、接触角、红外谱图和热分析等研究了ACP的表面改性效果. 结果表明ACP粉末表面有约4wt%的硬脂酸存在, 硬脂酸可以与ACP以-COOCa和HPO42-的形式发生化学作用, 并在ACP粉末表面形成一层硬脂酸憎水层. 通过红外谱图、热分析和X射线衍射等研究了表面改性对ACP稳定性的影响. 发现采用乙醇回流法不会引起ACP的相转变, 改性ACP粉末可存放超过一年而不发生晶相转变, 这表明硬脂酸可以增强ACP的稳定性.
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铜钼复合添加ZnO-TiO2微波介质陶瓷的低温烧结及相转变
刘忠池,周东祥,龚树萍,胡云香
2009 Vol. 24 (4): 712716
摘要(
2932 )
PDF(2469KB)(
1944
)
研究了添加0.25CuO-0.75MoO3(摩尔比, 简记为CM)对ZnO-TiO2 (简记为ZT)陶瓷的低温烧结特性、相转变及微波介电性能的影响. CM添加的ZT陶瓷由传统的固相反应方法制备而得, 烧结温度限定在900~1050℃范围内. 样品的显微形貌、元素成分、物相构成及微波介电性能分别由FE-SEM、EDS、XRD及网络分析仪进行表征或测量. EDS及XRD分析显示, Cu2+ 和Mo6+ 均进入了ZT陶瓷的主晶相的晶格, 并导致ZnTiO3分解温度的降低, 同时, 也降低了在Zn2TiO4和金红石之间形成固溶体(Zn2Ti3O8)的起始温度. 实验结果表明, CM的添加可有效地促进ZT陶瓷的低温致密化烧结. 添加4wt%CM且在975℃烧结4h后的ZT陶瓷的密度可达理论值的94%, 其微波介电性能为品质因素Qf=12150GHz, 介电常数εr =28.6,谐振频率温度系数τf=+17.8×10-6/℃.
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优越磁性能的SrFe12O19微管的模板法制备
李巧玲,张存瑞,景红霞
2009 Vol. 24 (4): 717720
摘要(
2813 )
PDF(2425KB)(
1624
)
脱脂棉作模板, 采用溶胶-凝胶法制备并在不同温度下煅烧后制得了SrFe12O19微管, 并用原溶胶-凝胶法制得了六角型纳米SrFe12O19. 利用X射线衍射技术(XRD)﹑扫描电子显微镜(SEM)﹑透射显微镜(TEM)对样品的物相﹑形貌和粒径进行表征, 并利用振动样品磁强计(VSM)对样品进行磁性能研究. 结果表明:借助脱脂棉模板, 采用溶胶凝胶法制备了外径在8~13μm之间, 壁厚在1~2μm之间的SrFe12O19微管, 与原溶胶凝胶法制备的六角型SrFe12O19相比, SrFe12O19微管的矫顽力提高了30%左右, 比饱和磁化强度和剩余磁化强度提高了20%左右, 最终制得了矫顽力、比饱和磁化强度和剩余磁化强度分别为47.2kA/m、70.1A·m2/kg和42.4A·m2/kg的纯六方磁铅石型SrFe12O19微管, 并对微管的形成以及磁性能提高的原因做了解释.
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M型锶铁氧体中空纤维的制备和表征
宋福展,刘金勇,孟献丰,沈湘黔,向 军
2009 Vol. 24 (4): 721726
摘要(
3120 )
PDF(2626KB)(
1684
)
以柠檬酸和金属盐为原料,采用有机凝胶先驱体转化法制备了M型锶铁氧体(SrFe12O19)中空纤维. 通过FTIR、TG/DSC、XRD、SEM和VSM等技术对所得纤维进行了表征. 结果表明,凝胶的可纺性与其化学组成和pH值有关,当柠檬酸与金属离子的摩尔比为1.5∶1.0,pH=4.2左右时,凝胶的可纺性最好. 经1100℃焙烧后,制备的M型锶铁氧体中空纤维具有较大的长径比,直径可小于1μm,中空孔径约为纤维直径的一半,组成纤维的晶粒形貌为六角片状,晶粒尺寸为236nm,在室温下的饱和磁化强度为53.5A·m2/kg,矫顽力为386.96kA/m. 纤维显示出一定的形状各向异性,当定向排列的纤维平行和垂直磁场时,矫顽力分别为391.66和358.72kA/m.
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超顺磁单分散性Fe3O4磁纳米粒的制备及性能表征
江 雯,温贤涛,王 伟,吴 尧,顾忠伟
2009 Vol. 24 (4): 727731
摘要(
3317 )
PDF(2154KB)(
2213
)
具有超顺磁单分散性的Fe3O4磁纳米粒在生物医学材料领域有着广泛的用途. 本研究在水、乙醇和甲苯混合体系74℃回流的条件下制备了具有超顺磁性的表面含油酸的Fe3O4磁纳米粒,研究了制备过程中OH-浓度的变化对磁纳米粒的表面性能、粒径、分散性及磁性能的影响, 并对其机理进行了初步探讨. 采用XRD、FTIR、DLS、TEM和VSM等手段对制备的磁纳米粒进行表征. 结果表明, 当NaOH/Fe(Ⅱ)摩尔比<8时, Fe3O4磁纳米粒表面含油酸可良好地分散于非极性溶剂中, NaOH的加入对磁纳米粒的粒径和饱和磁化强度等性能无明显影响;而当NaOH/Fe(Ⅱ)摩尔比≥8时, Fe3O4磁纳米粒仅能分散于水等极性溶剂中, 饱和磁化强度虽可增至40A·m2/kg, 但为多分散且易团聚.
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空心微珠铁氧体复合粉体的改性与吸波性能
张晏清,张 雄
2009 Vol. 24 (4): 732736
摘要(
2797 )
PDF(2393KB)(
2057
)
研究了柠檬酸盐溶胶-凝胶方法制备空心微珠-钡、锶、钴镍钡铁氧体复合粉体的微观形貌, 采用化学添加剂改善铁氧体的包覆性能. SEM、EDS分析表明铁氧体在空心微珠表面的包覆状态与铁氧体种类无关; 在前驱体中加入乙二醇或聚乙二醇可以使铁氧体对空心微珠的包覆更加完整、牢固致密. 用网络分析仪测试了C波段5.0~6.5GHz、X波段8.2~12.4GHz、Ku波段12.5~18.0GHz内1.8mm厚铁氧体空心微珠复合粉体制备的吸波涂层的微波损耗. 试验表明:铁氧体空心微珠复合粉体具有良好的电磁吸波性能, 吸波涂层在5~18GHz内微波反射损失总体上大于单纯铁氧体涂层; 加入乙二醇或聚乙二醇有助于提高涂层的吸波效果.
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氮氢混合气氛对SrBi2Ta2O9铁电薄膜和粉末性能的影响
王东生,于 涛,胡 安,吴 迪,李爱东,刘治国
2009 Vol. 24 (4): 737740
摘要(
2650 )
PDF(2105KB)(
1906
)
用金属有机物分解法分别制备了SrBi2Ta2O9(SBT)薄膜和粉末样品. XRD和SEM结果显示SBT粉末经历氮氢混合气氛400℃退火处理后发生了还原反应,金属Bi和δ-Bi2O3析出,成针状结构聚集在表面,晶体结构没有被破坏. SBT薄膜在500℃退火处理时,表面出现Bi的球形及针状结构聚集体,相对于薄膜结构,SBT粉末中的Bi元素在较低温度时更容易被还原. Bi的大量缺失严重影响薄膜的铁电性能,当退火时间为5.5min时,SBT薄膜剩余极化强度Pr下降了约43%,但是在109极化反转后仍然保持了良好的抗疲劳特性;退火时间超过8.5min时,薄膜被击穿,铁电性能消失.
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静电自组装铁电复合超薄膜及特性研究
叶 芸,蒋亚东
2009 Vol. 24 (4): 741744
摘要(
2796 )
PDF(1572KB)(
1718
)
将极化处理后充负电荷的聚偏氟乙烯(PVDF)有机铁电聚合物薄膜经溶解,与BaTiO3无机纳米粉体形成良好分散的PVDF-BT荷电阴离子溶液和聚二丙烯基二甲基氯化铵(PDDA)聚阳离子溶液,通过静电作用在石英基片上交替自组装PDDA/PVDF-BT铁电复合超薄膜. 采用石英晶体微天平(QCM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)对该铁电复合超薄膜进行了表征. 研究结果表明:自组装12层PDDA/PVDFBT铁电复合超薄膜厚度为82nm,且静电自组装过程均匀,复合超薄膜表面平整、致密,无机纳米颗粒规整并均匀地覆盖在石英基底表面. 通过在PDDA/PVDF复合超薄膜间引入BaTiO3无机纳米铁电粉体,可实现对超薄膜内部结构以及膜厚度的控制,极化强度可提高到约3μC/cm2.
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Ti掺杂BiFeO3陶瓷的结构和铁电性能研究
郑朝丹,张端明,刘心明,刘超军,余春荣,于 军
2009 Vol. 24 (4): 745748
摘要(
2851 )
PDF(2250KB)(
1856
)
用固相反应法制备了BiFe1-xTixO3(BFTxO)陶瓷样品,研究了不同Ti掺杂量对BFO陶瓷结构、形貌、铁电性能和铁电-顺电相变温度(Tc)的影响. XRD结果表明,当Ti含量x从0增大到0.2,相的结构由菱方钙钛矿逐渐变为斜方结构. Raman光谱的测试和模拟也证实了掺Ti后晶体结构有向三斜晶系转变的趋势. I-V曲线说明Ti掺杂显著降低了BFO陶瓷的漏电流,当Ti掺杂量为0.05时,漏电流最小,在100V电压下,漏电流密度为7.3×10-6A/cm2. Ti掺杂还增强了BFO陶瓷的铁电性,Ti掺杂量为0.05时的剩余极化强度甚至是纯BFO的两倍. 另外,DTA测试显示,Ti掺杂能影响BFO的铁电顺电相变温度. 随着Ti掺杂量的增加,铁电顺电相变温度逐渐降低.
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四方相BaTiO3薄膜的自组装制备与表征
谈国强,刘 剑,苗鸿雁,贺中亮,夏 傲
2009 Vol. 24 (4): 749754
摘要(
3150 )
PDF(2365KB)(
1922
)
以(NH4)2TiF6、 Ba(NO3)2 和H3BO3为主要原料, 采用自组装单层膜(SAMs)技术, 以三氯十八烷基硅烷(octadecyl-trichloro-silane, OTS)为模版, 在玻璃基片上制备了四方相钛酸钡晶态薄膜. 改性基板的亲水性测定与原子力显微镜(AFM)测试表明, 紫外光照射使基板由疏水转变为亲水, 能够对OTS-SAM起到修饰作用. 金相显微镜观察结果显示,OTS单分子膜指导沉积的薄膜样品表面均匀, 表明OTSSAM对钛酸钡薄膜的沉积具有诱导作用; X射线衍射(XRD)与扫描电镜(SEM)表征显示, 空气中600℃下保温2h实现了薄膜由非晶态向四方相BaTiO3晶态薄膜的转化过程, 制备的钛酸钡薄膜在基板表面呈纳米线状生长, 线长约在500~1000nm之间, 相互连接的晶粒大小约为100nm. 文章同时对自组装单层膜和钛酸钡薄膜的形成机理进行了探讨.
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微波碳热还原法制备氮化铝粉末的工艺研究
肖 劲,周 峰,陈燕彬
2009 Vol. 24 (4): 755758
摘要(
3505 )
PDF(1805KB)(
1636
)
采用微波碳热还原法制备了氮化铝粉末,研究了铝源、碳源和添加剂对制备氮化铝粉末的影响. 通过对所合成的产物进行XRD检测分析表明,氢氧化铝和乙炔黑是最合适的铝源和碳源、单质添加剂的氮化催化效果最明显. 以氢氧化铝和乙炔黑为原料,加入单质添加剂,在氮气气氛下反应温度为1300℃、反应时间为1h时能获得完全氮化的氮化铝粉末,可见微波碳热还原工艺能够大大降低碳热还原法制备氮化铝粉末的反应温度,并缩短反应时间.
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反应球磨钛与尿素制备氮化钛的反应机理研究
孙金峰,李晓普,梁宝岩,赵玉成,王明智
2009 Vol. 24 (4): 759763
摘要(
3354 )
PDF(2578KB)(
1814
)
将Ti粉与尿素在室温下进行反应球磨制备了TiN粉末,对球磨不同时间后的粉末进行XRD分析,采用TG-FTIR技术分析了尿素的分解温度与产物,利用TEM及EELS观察和分析了球磨70h粉末的微观形貌、结构及成分. 结果发现,球磨70h合成了纳米TiN粉末,晶粒度为6~7nm,Ti/N原子比约为1.0∶0.6. 经800℃,5h真空退火处理后粉末的XRD谱图表明粉末组成为单相TiN. 在反应球磨过程中,Ti与尿素的分解产物NH3与HNCO发生反应形成TiN,随球磨时间延长,Ti的缺陷能增大、活性增加,N在Ti中的扩散激活能减小,在球磨作用下N的扩散距离变短,TiN的含量逐渐增加形成晶核并逐渐长大形成纳米晶.
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不同沉淀剂对Nd3+∶Lu2O3纳米粉体性能的影响
周 鼎,施 鹰,云 平,谢建军
2009 Vol. 24 (4): 764768
摘要(
3048 )
PDF(2082KB)(
1586
)
采用湿化学共沉淀法合成了Nd3+掺杂的氧化镥纳米晶粉体, 研究了三种不同沉淀剂(NH4OH、NH4HCO3、NH4OH+NH4HCO3)对Nd3+∶Lu2O3纳米晶粉体性能的影响. 采用NH4OH+NH4HCO3混合溶液作复合沉淀剂所得粉体具有比表面积高(13.37m2/g)、颗粒尺寸小(~30nm)、粒度分布窄(60~160nm)的优点. 该粉体经过干压和等静压成型后, 素坯从室温至1400℃获得的线性收缩率可达17%, 其烧结活性明显高于其它两种沉淀剂所得的粉体. 在流动H2气氛下, 经1880℃/8h烧结可获得具有优良光学透明性的Nd3+∶Lu2O3透明陶瓷, 在1080nm波长处的直线透过率超过75%.
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飞秒激光诱导玻璃内Ba2TiSi2O8晶体的析出
鲁 波,戴 晔,马洪良
2009 Vol. 24 (4): 769772
摘要(
3138 )
PDF(1442KB)(
1667
)
使用聚焦后的800nm,150fs,250kHz的高重复频率飞秒脉冲激光器能够在BaO-TiO2-SiO2组分的玻璃内部三维选择性地诱导Ba2TiSi2O8晶体的析出. 发光光谱显示这种晶体把入射的800nm光转化成了400nm的蓝光,因此这种析出的晶体具有非线性倍频特性. 通过拉曼光谱测定,在当前的玻璃组分中析出的晶体是Ba2TiSi2O8. 研究表明,经250kHz的飞秒激光辐照一段时间后,在玻璃内部由于脉冲能量的连续沉积会使得激光辐照区域出现热积累效应,因此,该辐照区域的温度会不断升高以致超过玻璃析晶温度,最终诱导玻璃熔融析晶. 此外,对飞秒激光辐照区域不同部位进行拉曼光谱检测,结果表明:在整个区域Ba2TiSi2O8晶体的析出呈现中间比外围明显的分布特点,因此晶体析出与辐照形成的温度梯度场有密切关系.
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Gd3+为敏化剂的掺Tb3+硅酸盐闪烁玻璃
王 胜,钱 奇,张勤远,杨中民,姜中宏
2009 Vol. 24 (4): 773777
摘要(
2737 )
PDF(1795KB)(
1750
)
实验制备了以Tb3+为激活剂、Gd3+为敏化剂的硅酸盐闪烁玻璃, 研究了Tb2O3和Gd2O3含量对玻璃密度和玻璃折射率, 以及对玻璃在紫外光激发和X射线激发条件下的光学光谱特性的影响. 通过研究Tb3+/Gd3+共掺闪烁玻璃的激发与发光特性、荧光寿命, 结合稀土离子能级结构, 分析了Gd3+→Tb3+离子之间的能量转移与传递机制. 结果表明:在紫外激发条件下, 大量引入Tb2O3和Gd2O3可提高Gd3+→Tb3+离子之间的能量传递效率, 有利于Tb3+离子的绿色发光; 但是在X射线激发条件下大量引入Tb3+离子, 由于缺陷数增加而弱化Tb3+离子荧光.
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PbSe纳米晶薄膜制备以及其光电特性研究
周凤玲,李效民,高相东,邱继军
2009 Vol. 24 (4): 778782
摘要(
3227 )
PDF(2167KB)(
2027
)
以Pb(Ac)2、Na2SeSO3分别作为铅源和硒源, 采用化学浴法在玻璃衬底上沉积PbSe纳米晶薄膜. 采用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),原子力显微镜(AFM),透射光谱以及在光脉冲下的电流时间曲线(i-t)对纳米薄膜材料结构和性能进行了表征. 结果表明, 薄膜的结晶质量随络合剂浓度升高而提高, 薄膜的光学吸收边从体材料的5μm蓝移至1μm左右, 经过退火处理薄膜吸收边红移. 退火处理引起薄膜电阻显著降低, i-t测试曲线表明经过较低氧压退火处理的纳米晶薄膜具有较快的光电导性能, 而在空气气氛中退火的薄膜则出现慢光电导性能.
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非极性GaN用r面蓝宝石衬底
杨新波,徐 军,李红军,毕群玉,程 艳,苏良碧,周国清
2009 Vol. 24 (4): 783786
摘要(
3032 )
PDF(2107KB)(
1997
)
采用温梯法生长了非极性GaN外延衬底r(0112)面蓝宝石, 使用化学机械抛光加工衬底表面, 对衬底的结晶质量、光学性能和加工质量进行了研究. 结果显示r面蓝宝石衬底基本性能参数如下:平均半峰宽值为19.4arcsec; 位错密度为5.6×103cm-2, 波长大于300nm时的平均透过率大于80%; 光学均匀性Δn=6.6×10-5; 平均表面粗糙度为0.49nm. 结果表明, 温梯法生长的r(0112)面蓝宝石衬底结晶质量好、位错密度低、光学性能优良、加工的表面质量高, 达到了GaN外延衬底的标准.
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锂钒氧化物纳米管的合成与表征
崔朝军,吴广明,张明霞,孙娟萍,杨辉宇,沈 军
2009 Vol. 24 (4): 787792
摘要(
3286 )
PDF(2358KB)(
1953
)
利用溶胶凝胶法结合水热法, 以V2O5粉末和LiOH·H2O为原料, 十六烷基胺(C16H33NH2)为模板剂, 合成了锂钒氧化物纳米管正极材料. 对合成样品进行了SEM、TEM、XRD、FT-IR和XPS表征和分析, 并利用循环伏安测试研究了样品的电化学性能. 结果表明, 该法合成的锂钒氧化物为末端开口纳米管, 管壁为均匀有序的多层结构, 管长在1~3μm之间, 管内径约30nm左右, 外径约70nm左右. XPS分析表明样品中V、O、C、Li元素均由多种化学状态组成. 循环伏安测试表明, 锂钒氧化物纳米管具有良好的锂离子注入/退出可逆性.
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放电等离子反应液相烧结制备CeB6阴极与性能研究
周身林,张久兴,刘丹敏,包黎红
2009 Vol. 24 (4): 793797
摘要(
3069 )
PDF(2653KB)(
1445
)
以氢直流电弧法制备CeHx纳米粉末, 再采用放电等离子(SPS)反应液相烧结纳米CeHx和微米B的混合粉末, 制备了高性能CeB6多晶块体热阴极材料. 研究了SPS制备CeB6的烧结反应式及反应液相烧结机制, 确定SPS烧结CeB6的最佳工艺为: 压力50MPa, 烧结温度1500℃, 保温时间5min. 实验结果表明, SPS制备得到了高纯单相CeB6多晶块体, 纯度达到99.89%, 相对密度达到99.61%, 维氏硬度达到2051kg/mm2, 抗弯强度达到254.2MPa. 样品在1600℃温度下拐点发射电流密度达到20.38A/cm2, 功函数为2.42eV. 与传统制备法相比, SPS制备显著降低了CeB6的烧结温度, 缩短了烧结时间, 提高了力学和发射性能.
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钒液流电池用碳纸电极改性的研究
刘素琴,史小虎,黄可龙,李晓刚
2009 Vol. 24 (4): 798802
摘要(
3333 )
PDF(1652KB)(
1791
)
采用红外光谱、单点比表面积检测手段研究了碳纸435℃热处理前后的表面结构和比表面积的变化. 并将这类碳纸用作全钒液流氧化还原电池电极材料, 对其电化学性能进行了研究. 结果表明:热处理10h的碳纸表面有-COOH官能团生成, 比表面积显著增大, 其电化学活性增强. 热处理后的碳纸作为电极组装成的电池在电流密度50mA/cm2时有良好的充放电性能, 平均电流和电压效率达到95%和89%.
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Te掺杂对SryCo4Sb12-xTex化合物热电性能的影响
赵雪盈,柏胜强,李小亚,周燕飞,陈立东
2009 Vol. 24 (4): 803807
摘要(
2709 )
PDF(1382KB)(
1721
)
采用熔融法结合SPS烧结技术合成了SryCo4Sb12-xTex化合物, 并探讨了Te掺杂对化合物热电性能的影响. 采用XRD及EPMA确定了相组成及化学成分, 并测试了材料的高温热电性能. 实验结果表明, 虽然Te掺杂降低了Sr在CoSb3中的填充量, 但是与具有相近Sr填充量的基体相比, Te掺杂提高了材料的载流子浓度和电导率, 同时也提高了塞贝克系数; Te掺杂由于引入了电子-声子散射, 进一步降低了材料的晶格热导率, 并且随着Te掺杂量的增加, 晶格热导率的降低幅度提高; 对x=0.05的样品Sr0.18Co4Sb11.95Te0.05, 在850K时, 材料的最大ZT值接近1.0, 与具有相近填充量的基体材料相比, ZT值提高了35%.
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双草酸硼酸锂的制备新方法、表征及性能研究
刘建文,李新海,王志兴,郭华军,胡启阳
2009 Vol. 24 (4): 808812
摘要(
3686 )
PDF(1723KB)(
1893
)
详细介绍了一种锂离子电池电解质盐双草酸硼酸锂(LiBOB)的新制备方法——乙腈溶剂法. 制备过程采用硼酸、碳酸锂、草酸等作为原料, 首先采用P204萃淋树脂预处理锂源, 后将反应物置于乙腈溶剂中直接反应, 所得产品经过乙二醇二甲醚提纯后即得到产物. 产物通过红外光谱和X射线衍射检测手段定性, 用原子吸收和离子色谱检测手段定量, 证明所制备的LiBOB杂质含量少, 纯度达到99.95%. 并通过热分析证实其热稳定性优于一般商品用LiBOB, 整套实验方法优势明显.
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B和C对Li-N-H络合氢化物储氢性能的影响
刘奕新,杨书全,张丹丹,黎光旭,韦文楼,郭 进
2009 Vol. 24 (4): 813816
摘要(
3062 )
PDF(1960KB)(
1704
)
利用机械合金化方法制备了Li-N-H络合氢化物,并研究B、C作为催化剂对其储氢性能的影响. 结果表明:LiNH2、Li2NH为Li-N-H络合氢化物的主要储氢相,随B的加入,储氢相的非晶化程度提高. 虽然B、C的添加均使储氢量下降,但n(B)∶n(C)=1∶2的混合添加提高了有效储氢量,同时也提高吸放氢动力学性能;B的添加可有效降低可逆吸放氢温度,适当增加球磨时间,有利于提高可逆吸放氢量.
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采用Ag-Cu-In-Ti焊料连接碳化硅陶瓷
刘 岩,黄政仁,刘学建,袁 明
2009 Vol. 24 (4): 817820
摘要(
2903 )
PDF(1282KB)(
1654
)
采用四元Ag-Cu-In-Ti焊料成功地连接了常压烧结SiC陶瓷. 研究了钎焊温度和保温时间对碳化硅连接强度的影响, 同时通过EPMA和TEM分析连接界面的微观结构, 并且探讨了连接的原理. 试验结果表明, 在700~780℃试验温度范围内, 碳化硅的连接强度存在峰值, 最高四点弯曲强度达到了234MPa, 但是连接强度随着保温时间的增加呈现单调下降趋势. 接头微观结构由基体SiC、反应层和焊料三部分组成, 连续致密的反应层紧密连接基体和焊料, 反应层由带状层、TiC层和Ti5Si3层组成, 带状层宽度约20nm, 由Ag、In、Si和少量的Ti、Cu组成. 元素线扫描结果显示焊料中的活性元素Ti含量在反应层内形成峰值, 活性元素Ti与SiC发生反应生成新的反应层是连接的主要因素.
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Ti3SiC2-64vol%SiC复相陶瓷高温氧化机理研究
唐会毅,朱德贵,刘 博,孙红亮
2009 Vol. 24 (4): 821826
摘要(
2975 )
PDF(2518KB)(
1731
)
采用热等静压原位合成了高致密的Ti3SiC2-64vol%SiC复相陶瓷. 通过热重实验研究其在1100~1450℃中空气气氛的高温氧化行为和机理. 研究显示,复相陶瓷的等温动力学曲线遵循抛物线型氧化或抛物线型直线型氧化规律. SiC (64vol%)的引入显著提高了Ti3SiC2-SiC材料的抗氧化能力. XRD及SEM-EDS分析显示,氧化膜由外层金红石型TiO2和非晶态SiO2组成,过渡层为TiO2与SiO2混合物. 高温下(1400℃),非晶态SiO2的形成改变了TiO2膜的生长形态,形成致密TiO2膜,有效阻碍了氧的扩散. 长时间氧化其抛物线速率常数比在1200℃下氧化低一个数量级. 材料在1400℃下的抗氧化性能明显优于在1200℃下的抗氧化性能.
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真空气氛下非晶硅碳氮(SiCN)陶瓷的高温晶化行为
夏 熠,乔生儒,王强强,张程煜,韩 栋,李 玫
2009 Vol. 24 (4): 827830
摘要(
3355 )
PDF(1590KB)(
1947
)
以六甲基二硅氮烷为单一前驱体,采用电热裂解化学气相沉积技术制备了SiCN陶瓷. 借助X射线衍射仪、透射电子显微镜研究了真空环境中非晶SiCN陶瓷在1300~1900℃范围内的晶化行为,并根据研究结果,运用分解-结晶机理解释了其晶化过程. 非晶SiCN陶瓷在低于1300℃开始发生分解,形成富Si-C区域,并最终发生β-SiC结晶. 其结晶度随热处理温度的升高而愈加明显.在1700℃处理时发生β-SiC→α-SiC相变. 分解形成的N-难以与Si-结合形成富Si-N区域,最终以N2形式溢出,在整个热处理温度范围没有出现氮气下热处理时存在的Si3N4结晶.
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ZrB2-SiC陶瓷的注浆成型与无压烧结
王新刚,刘吉轩,阚艳梅,张国军,王佩玲
2009 Vol. 24 (4): 831835
摘要(
3141 )
PDF(2033KB)(
1841
)
研究了以聚乙烯亚胺 (PEI) 为分散剂,ZrB2粉体在水相中的分散性能. 结果显示ZrB2的等电点在pH为5.7,加入PEI后的等电点移到pH为11.5. 以PEI为分散剂,在pH为8.0处制备了固含量达45vol%的ZrB2-20vol%SiC陶瓷浆料. 采用注浆成型方法制备了相对密度为53%的ZrB2-SiC陶瓷坯体,并对其进行了无压烧结,同时研究了硼粉为烧结助剂对其致密化及性能的影响. 结果表明:硼粉为烧结助剂,实现了ZrB2-SiC陶瓷的完全致密化的同时,也降低了ZrB2-SiC陶瓷的烧结温度,2100℃烧结3h后的陶瓷维氏硬度为(17.5±0.5)GPa,弯曲强度为(406±41)MPa,断裂韧性为(4.6±0.4)MPa·m1/2.
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Cf/SiC复合材料SiC/(ZrB2-SiC/SiC)4涂层的制备及性能研究
吴定星,董绍明,丁玉生,张翔宇,王 震,周海军
2009 Vol. 24 (4): 836840
摘要(
3160 )
PDF(2702KB)(
1842
)
以Cf/SiC复合材料为基体, 采用浆料浸涂法和脉冲CVD法制备了SiC/(ZrB2-SiC/SiC)4涂层, 借助XRD、扫描电镜及能谱对涂层的结构及组成进行了分析研究, 并初步考查了其高温抗氧化性能. 结果表明, 涂层总厚度约100μm, 主要由ZrB2-SiC涂层与脉冲CVD SiC涂层交替覆盖而成. 在1500℃空气中氧化25h, 未涂层试样失重明显; 脉冲CVD SiC涂层试样氧化失重率为5.1%; 而SiC/(ZrB2-SiC/SiC)4涂层试样出现增重现象, 增重率达2.5%, 表现出优异的抗氧化性能.
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SnO2-Sb2O3基压敏陶瓷致密化及脉冲电流耐受特性
卢振亚,黄 欢,吴建青
2009 Vol. 24 (4): 841844
摘要(
3013 )
PDF(1353KB)(
1658
)
实验研究了TiO2、Co3O4、Cr2O3、Ni2O3和MnO掺杂对SnO2-Sb2O3基压敏陶瓷材料微观结构和电性能的影响. 研究结果表明, TiO2和Co3O4促进SnO2陶瓷烧结致密化, 根据XRD图谱分析结果, Co3O4与SnO2反应形成了Co2SnO4晶相, TiO2则固溶于SnO2晶相;Sb元素的引入能够促进SnO2晶粒的半导化;复合添加Cr2O3、Ni2O3和MnO可以有效提高材料的电压非线性特性和脉冲电流冲击耐受能力. 获得电性能接近实用化的SnO2压敏陶瓷样品, 其压敏电压V1mA约为350V/mm, 非线性系数α达到50, 漏电流小于5μA, 并且在8/20μs脉冲电流冲击试验中,直径14mm的样品能够经受2kA的脉冲峰值电流.
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电喷雾和二步热处理制备无硬团聚纳米氧化锌
张 攀,李建林
2009 Vol. 24 (4): 845847
摘要(
3043 )
PDF(1512KB)(
1756
)
通过电喷雾和二步热处理法制备得到无硬团聚的ZnO纳米微粒, 为制备无硬团聚氧化物纳米粉体提供了一种新方法. 试验采用添加适量PVP的Zn(CH3COO)2·2H2O的乙醇溶液作为电喷雾液体, 经过锥形喷雾得到均匀的微米级小液滴. 干燥后的喷雾产物先后在氮气炉和空气炉中分别600℃和400℃保温1h进行二步热处理. SEM、XRD测试结果表明, 使用该方法制备得到的ZnO纳米微粒粒度均匀, 结晶完整, 无硬团聚, 具有六角纤锌矿结构.
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溶胶-凝胶法制备多晶莫来石纤维
李呈顺,张玉军,张景德
2009 Vol. 24 (4): 848852
摘要(
3390 )
PDF(1914KB)(
1864
)
以廉价的铝粉、工业盐酸和酸性硅溶胶为主要原料, 通过溶胶凝胶法制备了多晶莫来石纤维. 采用27Al NMR测试了聚合氯化铝溶胶中Al3+的聚集状态, 采用XRD、FT-IR、SEM和TG-DTA等手段表征了不同热处理温度下莫来石纤维的物相组成、纤维形貌以及纤维的热分解特性. 27Al NMR结果表明, Al3+主要以Keggin结构的Al13形态存在于聚合氯化铝溶胶中. 具有24个活性Al-OH键的Al13聚阳离子易与硅溶胶中的Si-OH发生失水缩聚反应, 生成具有长链结构的纺丝溶液. XRD、FT-IR和TG-DTA结果表明, 纤维热处理到950℃时开始结晶, 到1000℃可获得单一的莫来石晶相, 整个过程的纤维失重在48.24%. 经1250℃热处理, 获得的莫来石纤维的直径为3~5μm, 晶粒尺寸约为240 nm, 拉伸强度为1.1GPa.
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电化学改性PAN基碳纤维表面及其机理探析
郭云霞,刘 杰,梁节英
2009 Vol. 24 (4): 853858
摘要(
3525 )
PDF(2904KB)(
2077
)
表面处理是高性能碳纤维制备的重要环节之一. 采用原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射(XRD)等表征方法, 研究了改性聚丙烯腈(PAN)基碳纤维的表面状态, 探讨了电化学氧化法对碳纤维表面的改性机理. 研究结果表明, 在电化学的化学刻蚀作用下, 碳纤维表面薄弱外层被去除, 表面原有沟槽加宽加深, 表面粗糙度增大了1倍多;在电化学的化学氧化作用下, 碳纤维表面的活性官能团增多, (O1s+N1s)/C1s提高了9.7%. 并提出了电化学氧化同时改善了碳纤维的表面物理状态和表面化学状态的 “物化双效”机理.
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碱式氯化镁晶须表面接枝甲基丙烯酸甲酯聚合反应的研究
张 路,陈雪刚,姚志通,叶 瑛,夏枚生
2009 Vol. 24 (4): 859863
摘要(
2936 )
PDF(2137KB)(
1697
)
采用卤水法自制纳米级碱式氯化镁晶须(nano-BMC)为原料, 晶须表面经硅烷偶联剂γ-MPS处理后, 以水溶性引发剂K2S2O8(KPS)在乙醇/水混合溶剂中引发甲基丙烯酸甲酯(MMA)进行表面接枝聚合反应, 制备了nano-BMC/γ-MPS/PMMA纳米复合材料, 通过FT-IR、SEM、XRD表征了nano-BMC/γ-MPS/PMMA纳米复合材料的结构及形态, 讨论了反应条件对晶须形貌保存、接枝聚合反应效果的影响. 结果表明:反应条件对nano-BMC晶须形貌有明显的影响; 乙醇/水介质配比为8∶2、反应温度82℃、反应时间6h时, nano-BMC晶须形貌能够被较好地保存, 且接枝效率达到最高(56.1%).
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导热相复合陶瓷微波烧结传热模式数值分析
郝洪顺,徐利华,黄 勇,谢志鹏,仉小猛,李兴旺
2009 Vol. 24 (4): 864868
摘要(
2675 )
PDF(2397KB)(
1555
)
根据微波加热的特点,采用二维稳态导热数值分析法,建立了导热相复合陶瓷微波烧结的传热模式. 研究了导热相的浓度、导热相弥散分布状况、基质类型以及保温方式对复合陶瓷内部二维稳态温度场分布的影响,并设计了导热相SiC晶须复合TZP陶瓷的微波烧结致密化实验,对建立的复合陶瓷的微波烧结传热模式进行了验证. 结果表明:导热相复合陶瓷设计时宜选取具有高导热系数的基体,保持导热相有较高的浓度,使导热相均匀分布于基体中,且微波烧结传热宜采用合适的保温设施.
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利用原子力显微镜低频声学模式观察氧化锌压敏电阻
赵坤宇,曾华荣,宋红章,程丽红,曾江涛,蔡闻捷,惠森兴,李国荣,殷庆瑞
2009 Vol. 24 (4): 869872
摘要(
3175 )
PDF(1229KB)(
1452
)
介绍在商用原子力显微镜上建立的低频声学成像模式,并利用其对氧化锌压敏电阻陶瓷晶界处进行了弹性性能成像.声学像中晶界处微晶的衬度反映了添加物的分布.而晶界处的衬度增强现象可能说明样品经热处理后发生富铋相的相变.结果显示低频声成像的分辨率达到了纳米量级,在功能材料的微区力学性能表征方面具有良好的应用前景.
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