SiC复合包壳因其高比强度、耐中子辐照和抗高温氧化等特性, 有望替代传统锆合金包壳的颠覆性核燃料包壳技术。然而, SiC复合包壳结构复杂, 在服役条件下的力学失效行为尚不明确, 制约了技术迭代与应用。为深入揭示SiC复合包壳损伤机理、预测极端环境下应力开裂风险并推进其工程应用, 需开展系统性的多尺度力学损伤研究。本文围绕核用SiC复合包壳的多尺度力学损伤研究方法进行评述, 涵盖宏观及微纳力学试验, 基于数字图像相关、X射线计算机断层扫描和声发射等技术的原位监测与原位电镜表征, 以及多尺度数值仿真等方面。目前该领域已取得重要进展: 宏观力学测试可有效表征SiC复合包壳的整体力学性能, 多种原位监测技术实现了包壳从表面到内部、从静态到动态的多维损伤演化观测, 微纳力学测试为获取纤维、基体及界面等微区组元的力学参数提供了支撑, 多尺度数值仿真则构建了从微观机制到宏观响应的有效关联与预测桥梁。最后, 本文对该领域未来发展趋势与挑战进行了展望。

脉冲激光沉积(Pulsed Laser Deposition, PLD)是一种清洁且用途广泛的薄膜制备技术, 该方法可精确控制薄膜厚度、结晶取向并实现精确的化学计量比转移, 常用于制备各种复杂组分的功能薄膜材料。卤化物钙钛矿材料因其优异的光电特性而备受关注, 已在太阳能电池、光电探测器、发光二极管等领域取得巨大进展。然而, 传统多晶薄膜的高缺陷密度严重制约了器件性能的进一步提升。本文系统综述了利用PLD技术制备卤化物钙钛矿薄膜的最新研究进展, 重点探讨了如何通过外延生长策略克服多晶薄膜的固有缺陷并获得高质量薄膜及相关光电器件。首先, 概述了PLD的基本原理及其在钙钛矿多晶薄膜沉积中的工艺调控与器件应用, 随后聚焦于PLD外延生长单晶钙钛矿薄膜的前沿进展, 围绕晶格匹配、应力调控与低缺陷界面构筑等关键科学问题, 阐述了在不同衬底上实现高质量钙钛矿薄膜外延生长的策略及应用。最后, 分析了PLD在钙钛矿半导体薄膜光电集成、叠层电池及柔性器件等领域所面临的挑战与未来发展方向, 以期为相关研究提供一些帮助与指导。

钠金属具有资源丰富、理论比容量高和氧化还原电位低等优势, 是锂金属负极的理想替代材料。然而, 钠金属负极在实际应用中面临枝晶生长和界面不稳定的严峻挑战。针对传统碳酸酯电解液存在溶剂化能垒高、界面动力学迟缓及枝晶易生成等问题, 本研究提出了一种“强-弱溶剂”协同调控策略, 通过在强极性碳酸酯溶剂中引入弱溶剂化能力的环醚类溶剂1,3-二氧戊环(DOL), 并结合PF₆^-阴离子的调控作用, 构建了稳定的钠金属负极界面。研究结果表明, DOL的结合能低, 显著降低了Na⁺的界面传输能垒, 使电解液电导率提高至9.31 mS·cm^-1, 并有效抑制了枝晶生长。在NaPF₆电解液体系中, PF₆^-因具有集中的最低未占分子轨道(LUMO)能级(−0.639 eV), 优先分解形成富含无机物的固体电解质界面层, 表现出优异的界面稳定性和循环性能。改性电解液在保持碳酸酯体系宽电化学窗口(约4.21 V)的同时, 显著降低了Na||Na对称电池的极化电压。基于Na₃V₂(PO₄)₃||Na结构的全电池在2C (1C=120 mA·g^-1)倍率下循环1600次后, 容量保持率高达92.1%。本研究通过协同调控溶剂化结构与阴离子化学特征, 为发展高稳定性钠金属负极提供了新思路。

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)阴极通常是多孔结构的复合材料, 以满足气体扩散要求。然而, 电极结构与气体扩散阻抗的关系有待进一步揭示。本工作以典型复合阴极镧锶钴铁-掺杂氧化铈(La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3-δ-Sm_0.2Ce_0.8O_1.9, LSCF-SDC)为对象, 结合交流阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS)技术、弛豫时间分布(Distribution of Relaxation Time, DRT)分析与三维(Three-dimensional, 3D)重构方法, 揭示阴极结构与气体扩散阻抗的关系。结果显示: 在恒电流放电下, 扩散阻抗随阴极厚度呈近线性增加; 在1.0 A·cm^-2的大电流密度下, 受集流体及外部滞流层对传质的限制作用, 阻抗-厚度拟合出现了0.11288 Ω·cm²的非零截距。微观结构分析表明, 随着孔径主峰从~0.3 μm移至~1 μm, 气体传输机制从Knudsen扩散向分子扩散根本性转变, 导致扩散阻抗大幅降低。孔隙率增加虽有利于传质, 却导致三相界面(Triple Phase Boundary, TPB)密度从233.5 μm·μm^-3降至196.7 μm·μm^-3, 引起表面交换阻抗升高。综合权衡, 添加15%(质量分数)草酸铵可以实现传质能力与反应活性之间的最佳平衡。本研究建立了包含孔隙率、曲折因子及孔径的定量扩散阻抗模型, 为SOFC阴极微观结构设计提供了可验证的实验依据和理论支持。

过渡金属氧化物ZnO做为锂电池负极材料, 具有978 mAh·g⁻¹的高理论比容量, 但是ZnO的循环稳定性与比容量保持率仍有待提高。本研究采用Cu-ZnSe微米球为模板, 盐酸多巴胺为原料制备了氮掺杂碳包覆的ZnO/CuO微米球。该合成策略同步实现了活性物质转化、内部孔隙结构构建以及外部导电碳层包覆。氮掺杂形成的吡啶氮、吡咯氮、石墨氮可以增加表面活性位点, 促进离子、电子转移。碳包覆后, 在材料内部产生大量的缺陷, 可以为表面氧化还原反应提供大量活性位点。ZnO/CuO/N-C微米球作为锂离子电池负极材料表现出优异的电化学性能。在0.1 A·g⁻¹电流密度下200次循环后表现出1010.4 mAh·g^-1的高比容量; 在1 A·g^-1高电流密度下1000次循环后比容量为447.1 mAh·g⁻¹。其储锂过程具有较高的赝电容贡献, 确保了优异的倍率性能。性能提升主要归因于以下因素: 氮掺杂碳层有效缓冲了体积膨胀并维持了结构完整性; 内部孔隙促进了电解液浸润与离子传输; ZnO与CuO的转化与合金化反应产生了高容量。

LiNi_0.9Mn_0.1O₂ (NM91)因高能量密度、良好的成本效益及环境友好性, 被认为是极具应用前景的锂离子电池正极材料之一, 然而, 较差的倍率性能和循环性能阻碍了其进一步发展。本研究以MgO和Y₂O₃为原料, 采用高温固相法对NM91分别进行MgO单包覆及MgO/Y₂O₃复合包覆, 制得样品NM91-M和NM91-MY, 并对改性效果及机理进行研究。结果表明, 包覆不改变材料晶型, 但会提高其表面粗糙度, 抑制材料在循环过程中晶格的收缩和膨胀, 减缓电解液侵蚀, 进而提升材料的综合性能。其中, 复合包覆因引入Y₂O₃, 在清除NM91表面残锂的同时生成快离子导体LiYO₂, 显著降低材料界面阻抗并提升离子扩散能力, 表现出最优的改性效果。复合包覆后, 材料在5C (1C=180 mA·g^-1)下的放电比容量由90.7 mAh·g^-1提高到129.7 mAh·g^-1; 1C下循环150周后的比容量保持率从73.3%提高到87.9%。即便在4.5 V高截止电压下循环100周(1C), NM91-MY仍保持85.8%的比容量保持率, 远高于NM91 (70.5%)。此外, 150周循环后材料的热分解温度从223.5 ℃提升至230.5 ℃。本研究表明, MgO/Y₂O₃复合包覆是提升NM91电化学性能与热稳定性的有效策略。

TiN纳米颗粒具有显著的等离激元光热特性, 但其与TiO₂光电极的光热性能还有待研究。本研究以尿素为氮源, 采用溶胶-凝胶法可控制备了TiN纳米颗粒, 通过调控TiN分散液的旋涂用量制备了一系列TiN/TiO₂复合光电极。研究表明, 控制尿素/四氯化钛摩尔比为8可制得粒径10~30 nm的TiN颗粒。采用该颗粒的200 μL 2%(质量分数)乙醇分散液, 通过旋涂法制备TiN/TiO₂复合光电极, 其在模拟太阳光照射下光电流密度达到1.47 mA·cm⁻², 开路光电压达到0.69 V, 较纯TiO₂光电极分别提升75%和57%, 并可稳定输出3 h以上。引入TiN增强了材料在可见光区吸收, 在光照下TiN纳米颗粒快速升温, 热量有效传递至TiO₂基底, 促进界面电荷转移与表面反应动力学, 说明TiN的光热效应可提升光电极表面局域温度以增强光电极水分解性能。

纤维基热电材料及器件因其优异的可编织性和与人体皮肤的高贴合度, 在可穿戴设备供能领域展现出巨大潜力。传统的无机热电纤维制备方法成本高, 对温度要求严格。本研究报道了一种使用多巴胺表面改性结合原位化学沉积制备Ag₂Se热电纤维的方法。利用多巴胺在聚酰亚胺纤维表面自聚合形成聚多巴胺黏附层, 随后通过银镜反应在黏附层表面生成致密银层, 最后进行硒化反应将银转化为Ag₂Se, 探究了多巴胺功能化和Ag前驱体浓度对纤维微观形貌及热电性能的影响。结果表明, 聚多巴胺显著促进了无机层的成核与沉积, 经多巴胺功能化的热电纤维实现了更为致密且连续的Ag₂Se沉积, 功率因子从16.74 μW·m^-1·K^-2(未处理纤维)提升至40.14 μW·m^-1·K^-2。进一步探究银前驱体浓度对纤维性能的影响, 发现在硝酸银质量浓度为0.015 g·mL^-1条件下, Ag₂Se热电纤维表现出最佳性能, 室温功率因子达42.9 μW·m^-1·K^-2; 此外, 经500次弯曲测试后纤维最大相对电阻变化为11.5%, 10次重复水洗后纤维塞贝克系数保持稳定。搭建的双臂器件在38.0 K温差下开路电压可达7.84 mV, 展现出良好的服役稳定性。本研究为制备柔性Ag₂Se热电纤维材料与器件提供了新的思路。

开发低成本、高活性及高稳定性的电化学氨氧化反应(Ammonia Oxidation Reaction, AOR)催化剂是提升氨电解制氢技术整体效率的关键。本研究通过简便的一步水热法, 以泡沫镍(Nickel Foam, NF)为基底和镍源, 原位构筑了Cu、Mo均匀负载且具有层次化纳米花蕊结构的Ni-Cu-Mo整体式催化剂, 并将其直接应用于氨水产氢。实验结果显示, Ni-Cu-Mo催化剂表现出卓越的电催化活性, 其起始电位仅为1.32 V (vs. RHE)@10 mA·cm^-2, 在1.5 V (vs. RHE)电位下可以持续运行64 h, 电流密度稳定维持在100 mA·cm^-2以上, 展现出极佳的工业应用潜力。性能增强机制解析表明: Mo掺杂调控形成的纳米花蕊形貌提供了丰富的活性位点暴露空间; 三维NF骨架不仅确保了高效的电荷传输, 还增强了电解过程中的机械与化学稳定性; Ni和Cu之间的电子效应显著加速了AOR反应动力学。本研究研制的新型自支撑Ni-Cu-Mo催化剂为高效氨氧化制氢提供了重要材料平台, 也为未来设计氨-氢混合零碳燃料相关的电催化体系提供了新思路。

高效稳定的双功能非贵金属电催化材料对于降低电解水制氢成本至关重要。本研究通过电沉积结合化学刻蚀策略, 在镍泡沫(Nickel Foam, NF)上构筑了铁掺杂的多孔镍磷酸盐非晶催化材料(Fe-NiOP/NF)。该策略通过电沉积法在导电基底NF上可控制备纳米薄膜, 并利用化学刻蚀原位诱导薄膜产生多孔结构。多孔结构有利于电解液传质和气体析出, 铁掺杂诱导电荷从Ni转移到Fe, 有效优化了活性位点Ni的电子结构, 基于电化学活性面积(ECSA)归一化的本征活性比较, Fe-NiOP/NF的双电层电容是未掺杂Fe样品的2.95倍。此外, Fe-NiOP/NF催化材料在析氢和析氧反应中均表现出优异的双功能催化活性, 在-500 mA·cm^-2电流密度下, 其析氢和析氧过电位分别为246和291 mV。Fe-NiOP/NF作为双功能催化材料应用于阴离子交换膜电解水(AEMWE)器件, 在70 ℃实现了1.92 V@1 A·cm^-2和2.13 V@2 A·cm^-2的催化性能, 并能够在1 A·cm^-2大电流密度下稳定运行200 h以上。本研究开发的Fe-NiOP/NF电催化材料的合成方法简便, 并且兼具高性能与高稳定性的优点, 为开发适用于工业级绿氢生产的电极材料提供了新方法。

氢化铝锂(LiAlH₄)因其高理论储氢容量(质量分数约10.5%)被视为极具潜力的固态储氢材料, 但其较高的热分解温度与缓慢的动力学严重制约了实际应用。过渡金属氧化物TiO₂作为有效的催化剂, 在改善储氢材料性能方面展现出潜力, 然而商业TiO₂形貌与结构不可控, 难以进一步提升其催化性能。本研究采用溶胶-凝胶法制备具有大比表面积和丰富缺陷的纳米TiO₂催化剂, 将不同质量分数(1%、3%、5%、7%)的自制TiO₂与LiAlH₄通过球磨复合, 系统研究了其放氢性能。结果表明, 5%(质量分数)TiO₂的掺杂效果最优, 使LiAlH₄的起始放氢温度降至112 ℃, 较纯LiAlH₄ (165 ℃)降低了53 ℃。在200 ℃恒温条件下, 该复合体系可在更短时间内完成放氢, 总放氢量达7.84%(质量分数), 且放氢总时间较纯LiAlH₄缩短约30 min。即使在150 ℃较低温度下, 掺杂样品仍能释放4.64%(质量分数)的氢气, 远超纯LiAlH₄在此温度下的放氢量(质量分数<1%)。动力学分析表明, TiO₂掺杂使LiAlH₄第一步放氢反应的活化能从116.2 kJ/mol显著降低至55.6 kJ/mol, 降幅高达52%。LiAlH₄放氢性能显著提升源于放氢过程中原位生成的AlTi和LiAl活性中间相, 它们作为高效的催化活性中心, 为氢气分子的重组与脱附提供了新路径。本研究不仅证实了通过溶胶-凝胶法合成TiO₂可有效突破商业催化剂性能瓶颈, 还为设计下一代高性能储氢材料催化剂提供了新的思路与实验依据。

SiC/SiC复合材料具有高韧性、热稳定性以及抗氧化性能等, 是航空发动机热端部件的理想候选材料。然而, 高温水氧侵蚀对SiC/SiC复合材料的工程化应用提出了严峻挑战, 揭示SiC/SiC复合材料在服役条件下的微观结构演变和性能衰退机制是预测航空发动机使用寿命的关键。基于此, 本研究采用先驱体浸渍裂解(PIP)和反应熔渗(RMI)两种液相法制备SiC/SiC复合材料, 借助原位水氧拉曼表征手段, 系统研究了SiC/SiC复合材料高温水氧环境下的退化行为。结果表明: PIP-SiC/SiC基体中残留碳在700~1100 ℃发生氧化并以气态产物形式逸出, 导致基体内部形成微孔及通道等结构缺陷, 水氧介质迅速抵达纤维和界面区域, 促使BN界面相在700 ℃发生氧化侵蚀; 1000 ℃时, SiC纤维因持续氧化作用而出现表面结构损伤; 1100 ℃时, 界面相载荷传递能力下降进一步造成PIP-SiC/SiC弯曲性能降低。相比之下, RMI-SiC/SiC基体中残留硅和SiC发生氧化形成熔融SiO₂, 在一定程度上减缓了水氧侵蚀, 其BN界面相的氧化起始温度为900 ℃, 且SiC纤维结构保持完整; 1100 ℃时, SiO₂、B₂O₃等氧化产物的填充作用提升了基体强度和界面结合力, 确保载荷从基体有效传递至纤维, 因而RMI-SiC/SiC经高温水氧侵蚀后的弯曲性能更稳定。本研究为陶瓷基复合材料的结构调控和性能优化提供了新的表征手段和理论思路。

挥发性有机化合物(VOCs)对环境可持续性与公共健康构成显著威胁。然而, 现有吸附剂常难以兼顾高容量与稳定性。本研究以正硅酸四丙酯为硅源, 在碱性条件下合成中空碳纳米球(HCNS), 并通过改变碱溶液浓度、活化温度来调节HCNS的表面羟基含量, 得到一系列HCNS-x; 再将HCNS-x与比表面积大、热稳定性良好的UiO-66进行复合, 制得HCNS-x/UiO-66复合材料。通过各种表征测试研究其表面性质和结构, 结果表明, 在3 mol/L NaOH、60 ℃的活化条件下, HCNS-2的表面羟基含量最高, 并且, HCNS-2/UiO-66复合材料具有最佳的孔结构参数(比表面积为3694 m²·g^-1, 孔体积为2.53 cm³·g^-1, 平均孔径为6.9 nm)。HCNS-2/UiO-66的静态甲苯吸附容量为2.305 g·g^-1, 是UiO-66 (0.220 g·g^-1)的10.5倍, HCNS (1.436 g·g^-1)的1.6倍; 动态甲苯吸附结果表明HCNS-2/UiO-66具有最优异的甲苯吸附性能, 平衡吸附容量为2.140 g·g^-1, 这与其较大的比表面积和优化的孔结构有关。此外, 循环实验表明, HCNS-2/UiO-66在多次动态吸附-脱附循环后仍保持性能稳定, 其饱和吸附容量始终维持在约2.15 g·g^-1。本研究通过对HCNS进行表面改性, 优化其与UiO-66的界面结合, 从而构建了兼具高吸附容量和稳定性的VOCs吸附材料。

Co₃O₄材料在Co基半导体材料中占据重要地位, 提高Co₃O₄材料光生载流子分离效率依然是当前重要研究课题。本研究在分别制备ZnWO₄纳米颗粒和Co₃O₄微球两种前驱体材料的基础上, 通过水热法构筑了ZnWO₄/Co₃O₄复合材料。利用不同表征方法分析ZnWO₄/Co₃O₄复合材料的形貌、结构和光电化学性质, 并考察了其光催化降解四环素(TC)的性能; 通过自由基捕获实验和Mott-Schottky拟合结果结合材料的禁带宽度对材料的光催化机理进行了探讨。结果表明: ZnWO₄纳米颗粒与Co₃O₄微球在界面处通过形成Zn-O-Co键构建了异质结; 当ZnWO₄负载量为15%(质量分数)时, ZnWO₄/Co₃O₄复合材料对10 mg∙L⁻¹ TC溶液的降解率可达80.52%, 是单一Co₃O₄材料的6.2倍; ZnWO₄/Co₃O₄复合材料增强的光催化性能源于ZnWO₄导带上的光生电子e⁻可以通过Zn-O-Co键在界面异质结处与Co₃O₄价带上的光生空穴h⁺复合, Co₃O₄导带上富集光生e⁻, ZnWO₄价带富集光生h⁺, 使ZnWO₄/Co₃O₄复合材料具有Z型光生载流子传输机制, 有效地提高了光生载流子的分离效率。ZnWO₄负载位点是光催化降解反应的主要活性中心, ·OH自由基是主要的光催化反应活性物种, 其与·O₂⁻自由基、光生h⁺共同作用增强了ZnWO₄/Co₃O₄复合材料的光催化性能。

作为一类极具前景的发光材料, Cs₂NaHoCl₆在保持传统卤化铅钙钛矿优点的同时, 其稳定性更好, 且更易实现稀土离子掺杂, 在生物医学和固态照明等领域具有很好的应用前景。然而, 发展绿色无污染的批量合成方法仍然非常迫切。本研究通过机械化学法合成了Cs₂NaHoCl₆:Yb³⁺双钙钛矿材料, 该方法只需将金属氯化物简单研磨, 然后烘干即可。整个合成过程无需高温、高压或任何有毒溶剂, 产率近100%。980 nm激光激发下, Cs₂NaHoCl₆:Yb³⁺发出位于665 nm的红光发射和550 nm的绿光发射, 其分别对应于Ho³⁺离子的⁵F₅→⁵I₈和⁵S₂/⁵F₄→⁵I₈跃迁。随着Yb³⁺掺杂量增加, 发光增强, 在掺杂量为40%(摩尔百分数)时达到最强, 进一步增加Yb³⁺浓度到50%(摩尔百分数)时, 有杂相生成。在Cs₂NaHoCl₆:Yb³⁺样品中观察到反热猝灭上转换发光现象, 这可能和陷阱态的热激活与钝化有关。另一个可能的原因是温度升高导致Cs₂NaHoCl₆:Yb³⁺双钙钛矿表面-OH脱附, 进而造成表面猝灭效应减弱及上转换发光增强。本研究发展了一种绿色无污染的无铅双钙钛矿合成方法, 并在Cs₂NaHoCl₆:Yb³⁺双钙钛矿中观察到反热猝灭上转换发光, 为无铅双钙钛矿材料的大规模生产奠定基础。

以CsPbBr₃为代表的金属卤化物钙钛矿具有高光致发光量子效率、窄带发射及宽色域等优异特性, 在光电探测、太阳能电池和光电显示等领域具有广阔应用前景。高质量图案化制备对于高分辨率、集成化光电器件至关重要。本研究旨在探究聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone, PVP)浓度对喷墨打印CsPbBr₃纳米阵列的结晶形貌、发光性能及环境稳定性的影响规律。采用喷墨打印法, 在不同浓度(0、50、100、150 mg/mL) PVP修饰的聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate, PET)衬底上, 制备了一系列CsPbBr₃纳米阵列。结果表明, 当PVP浓度为50 mg/mL时, CsPbBr₃平均粒径为92 nm, 发光强度最高, 荧光寿命达到91.5 ns。这主要是由于PVP分子中的羰基(C=O)与钙钛矿中的Pb²⁺之间的配位作用, 有效钝化了表面缺陷, 抑制了非辐射复合。在30 ℃、65%~75%相对湿度条件下保存30 d, 当PVP浓度为0、50、100和150 mg/mL时, 柔性CsPbBr₃阵列的发光强度分别达到初始强度的16.20%、73.44%、66.57%和54.91%。PVP对CsPbBr₃晶粒的空间限域与包覆作用, 有效增强了环境稳定性。本工作为优化柔性CsPbBr₃图案化制备、推动其在光电器件中的集成应用提供了理论依据与实验指导。

BN界面相是SiC_f/SiC复合材料的关键组元, 优化成分与微观结构对改善其综合性能与可靠性至关重要。本研究开发了一种基于扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜的智能定位光电联用高通量表征技术, 能够对纤维表面同一区域实现多尺度表征, 获取BN界面相的表面粗糙度、微观形貌及元素组成等关键信息。该技术通过建立统一坐标系实现快速定位, 可在1 h内完成20个组分区域的多尺度分析, 整体表征效率提升约1.1倍。研究表明, 随着制备过程中Si前驱体的输入流量升高, xSi-BN界面相中Si含量增加, B含量相应降低。引入Si导致BN结晶度降低, 表面活性增强, 促使BN吸附空气中的氧并在表面形成凸起颗粒。Si掺杂对BN层状结构及其力学性能具有显著影响。随着Si含量增至8%, 与层间滑移相关的“pop-in”现象消失, 界面层硬度从14.91 GPa显著降低至8.06 GPa; 当Si含量达到11%时, 界面剪切强度从32.76 MPa大幅提升至109.07 MPa。该技术为SiC_f/SiC复合材料界面相的成分设计、结构调控与性能优化提供了有效的方法支撑。本文数据集可在 https://www.doi.org/10.57760/sciencedb.jim.00028中访问获取。

本工作通过水浴法合成Gd₂O₂S:Tb粉体, 并采用真空预烧结合热等静压烧结后处理工艺, 制备了不同掺杂浓度的Gd₂O₂S:Tb闪烁陶瓷, 研究了掺杂浓度对Gd₂O₂S:Tb陶瓷微观结构和光学性能的影响。结果表明, 随着掺杂浓度的增加, Gd₂O₂S:Tb陶瓷的晶格参数减小。不同掺杂浓度的Gd₂O₂S:Tb陶瓷的总光学透过率变化不大, 这主要是由于第二相的影响。随着掺杂浓度的增加, Tb³⁺之间的非辐射弛豫导致光致发光(Photoluminescence, PL)衰减时间从617 μs缩短至576 μs。Gd₂O₂S:Tb陶瓷的PL和X射线激发发射(X-ray excited luminescence, XEL)光谱表现出较强的浓度猝灭现象。掺杂浓度为3.5%(原子百分数)时, Gd₂O₂S:Tb陶瓷具有最高的稳态XEL强度, 光输出为37500 ph/MeV。不同掺杂浓度的Gd₂O₂S:Tb陶瓷在50 ms后的余辉变化较小(0.1%~0.3%)。

针对高超声速飞行器热防护系统等极端高温结构应用需求, 本研究以商用聚碳硅烷与聚硼锆氧烷为前驱体, 通过前驱体转化结合热压烧结工艺, 在1950 ℃成功制备了ZrB₂/(SiC-AlN)陶瓷复合材料。X射线衍射结果显示, 烧结后产物中形成六方SiC相与ZrB₂相, 未出现明显的AlN特征峰, 证实AlN已固溶于SiC基体中, 形成了SiC-AlN固溶体。显微结构观察结果表明, 前驱体衍生的ZrB₂均匀分散在SiC-AlN基体中, 不仅促进了烧结致密化, 还能有效抑制基体晶粒生长。本研究还系统分析了前驱体衍生ZrB₂含量对复合材料物相演变、显微结构特征、致密化行为以及力学性能的影响。当ZrB₂和AlN质量分数分别为25%和10%时, 复合材料表现出最佳综合性能, 其开口气孔率为0.6%, 抗弯强度达(407±14) MPa, 断裂韧性为(5.8±0.1) MPa·m^1/2。同时, 在800~1000 ℃静态空气中还表现出良好的短期抗氧化性能。结果表明, 基于前驱体法引入ZrB₂可有效调控聚合物衍生陶瓷基SiC-AlN复合材料的微观结构并提升其综合性能。