对碳纳米管电磁特性的研究进展进行了系统的综述,并溶入我们最近对碳纳米管输运特性、本征电阻、磁阻等的研究结果,简洁地介绍了碳纳米管电磁量子特性研究的方法、理论、主要发现及意义.

铝酸盐长余辉发光材料因为其优异的性能,是一类新型储能和环保材料.本文主要综述了90年代发展起来的铝酸盐体系长余辉发光材料的研究进展.总结了铝酸盐长余辉材料的发光特征和长余辉特性,指出了制备技术上的最新方法,概括了长余辉发光模型,并提出了今后研究和应用的发展方向.

透明陶瓷的诞生使得高压钠灯得到实际应用.近年来通过透明陶瓷技术可以解决单晶工艺中的某些难题,并发展多晶代替单晶开发出了激光陶瓷、陶瓷闪烁体等新一代光学材料.本文就透明陶瓷的现状和发展作一简要综述.

掺Ce:Bi₁₂SiO₂₀单晶在神舟3号(SZ-3)飞船上成功地进行了空间生长,得到晶体尺寸为φ10mm×40mm.将空间生长的晶体和地面生长晶体对比发现:空间生长晶体的外观同地面生长晶体有明显差异.分析测试空间和地面晶体的X射线摇摆曲线、吸收曲线和喇曼光谱,结果表明:空间生长掺Ce:BSO晶体的结构完整性优于地面生长的晶体,掺Ce对BSO晶体光学性能的影响空间制备晶体要大于地面制备的晶体

优化了柠檬酸盐凝胶法制备纳米氧化镍粉体的工艺条件.采用傅立叶红外光谱(FTIR)、热分析(TG/DTA)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和BET法对柠檬酸镍络合物的形成,凝胶热分解过程,产物的形貌、粒径和比表面积大小以及同材料配比、热处理温度、热处理时间之间的关系进行了研究,确定了制备纳米氧化镍的最佳工艺条件(柠檬酸与镍离子摩尔比1.2:1.0,400℃热处理1h),并在此条件下成功制备了粒径达30nm,比表面积达181.29m²/g的NiO粉体.通过热力学计算,解释了在凝胶热分解过程中金属镍相出现的可能原因.

以Y(NO₃)₃和NH₃·H₂O为原料,并在Y(NO3)3溶液中添加少量(NH₄)₂SO₄,采用沉淀法制备出化学组成为Y₂(OH)₅(NO₃)·nH₂O的先驱沉淀物.先驱沉淀物在1100℃下煅烧4h,得到了平均粒径为60nm的氧化钇原料粉体.Y₂O₃粉体与Al₂O₃、Nd₂O₃超细粉球磨混合后,采用固相反应工艺,经1700℃真空烧结5h,制备出透明的Nd:YAG陶瓷,同时对Nd:YAG透明陶瓷的光学性能进行了研究.

探索了一条高性能RBSC低成本制造的新途径,本研究以石油焦粉为碳质原料制坯,玉米淀粉为填充剂调整碳坯的密度,纯碳素坯经高温渗硅得到密度为3.12g/cm³,强度为580MPa的反应烧结碳化硅陶瓷.研究结果表明掺加淀粉后素坯中含有更多的微孔,烧结体晶粒平均尺寸为2-4μm,晶粒细化是材料性能比传统RBSC材料高的原因.

利用熔融法制备了BaO-SrO-TiO₂-SiO₂玻璃,并在温度梯度条件下制备了极性微晶Ba_2-xSr_xTiSi₂O₈沿c轴一维取向的压电玻璃陶瓷.用X-ray衍射分析和扫描电镜对极性微晶的取向生长结构进行了分析.建立了极性微晶沿c轴取向生长的模型,其结果与实验结果相一致.结果表明在光滑的表面,温度梯度方向和偶极子电场方向都是沿c轴晶格能大的方向,其共同作用的结果使极性微晶沿c轴一维取向生长.

采用金属蒸气氧化的方法制备了四针状ZnO和近球形Sb₂O₃纳米颗粒.检测了基于ZnO-Sb₂O₃烧结体系的电导和气敏性能.通过XRD分析不同重量百分比的ZnO和Sb₂O₃混合粉末在烧结后的物相变化,据此讨论了ZnO-Sb₂O₃烧结体系的电导和气敏性能的变化.结果表明:纳米颗粒可以在较低的烧结温度下发生固相反应,并且生成的复合氧化物ZnSb₂O₆和Zn_2.33Sb_0.67O₄对烧结厚膜的电导和气敏性能起调控作用.

探讨了NiO掺杂量对PMS-PZ-PT三元系陶瓷的微观结构和电性能的影响.实验结果表明:随着掺杂量的增加,物相组成由四方相向三方相转变;NiO在PMS-PZ-PT材料中的固溶度比较小;当掺杂量为0.02wt％时,ε_r,d₃₃,Q_m等都有所提高,从而能获得好的压电性能,能满足超声马达实际使用的要求.

用Keggin离子(聚合羟基铝离子)与蒙脱石作用制备了羟基铝柱撑蒙脱石.对羟基铝柱撑蒙脱石及其热处理产物采用X射线衍射分析(XRD)和比表面积(BET法)及孔径分析等方法对其进行了研究.XRD结果表明,羟基铝柱撑蒙脱石底面间距约为2.13nm,热处理(300-650℃)后转变为1.74nm左右.分析表明,铝柱撑蒙脱石比表面积增大为231.6m²/g,比原始蒙脱石增大约7倍.比表面积的增大主要是由于微孔的比表面积的增加,说明柱撑过程主要使蒙脱石的微孔孔隙增多.经热处理后,铝柱撑蒙脱石的孔性发生了很大变化:随着处理温度升高,其比表面积降低,平均孔径增大,微孔体积减少.比表面积的降低主要是由于微孔比表面积的降低.说明热处理使得铝柱撑蒙脱石微孔结构遭到破坏.

采用溶胶-凝胶法制备并分析了掺杂铈、钕、铕、铒的MCM-41介孔材料,运用XRD、HRTEM、EDS和BET等方法考察了镧系金属元素掺杂对MCM-41结构的影响.研究结果表明,镧系金属元素掺杂到了MCM-41试样的骨架结构中.由于材料结构中的一部分Si⁴⁺被Ln³⁺所取代,介孔材料的有序孔道d值随着掺杂镧系离子半径的减小而降低,随着镧系元素掺杂量的增加而上升.

以椴木木粉和酚醛树脂为原料制成一种新的木材陶瓷.用TGA、XRlD和SEM技术分别对木材陶瓷的形成机理、物相构成和微观结构进行了表征与研究.详细讨论了碳化温度和酚醛树脂用量对木材陶瓷显气孔率、体积电阻率和弯曲强度的影响.结果表明,木材陶瓷是由酚醛树脂生成的玻璃态的硬碳和由木粉生成的无定形的软碳组成的多孔性碳复合材料;随碳化温度升高或酚醛树脂用量的增加,木材陶瓷的显气孔率和弯曲强度增大,体积电阻率下降;碳化温度升高可以使(002)衍射峰逐渐变窄,强度增大,并且向高角度移动,晶面间距d₍₀₀₂₎减小,而酚醛树脂用量的增加对(002)衍射峰和晶面间距d₍₀₀₂₎基本没有影响;当碳化温度为1350℃,酚醛树脂用量为160wt％时,木材陶瓷的显气孔率、体积电阻率和弯曲强度分别达到了50％、2.0×10^-2Ω·cm和25MPa.

运用动态多重扫描速率法,根据四条不同升温速率下的DSC曲线,计算出在空气气氛下动态合成LiMn₂O₄过程中的动力学参数,据此提出一个优化的LiMn₂O₄固相合成工艺,采用固相分段焙烧法制备LiMn₂O₄正极材料,第一段和第二段的温度分别设在600和830℃.用XRD对合成的粉体材料进行了相结构分析;用恒电流充放电仪对LiMn₂O₄的电化学性能进行测试.结果表明,合成样品具有良好的尖晶石相结构,在充放电循环时初始放电容量达122mAh/g,同时具备良好的容量保持能力.

采用高温固相反应合成了Li_2+2xTi_1-xCu_x(NbO₄)₂,XRD分析表明:当x<0.8时均能得到与LiFePO₄相同的橄榄石结构.电导率测定结果表明:x=0.6的合成物室温电导率最高,为1.26×10^-5S/cm,且当x>0.6时合成物都表现出离子电导的特征.以x=0.6的合成物做成的待测电极与锂片组成电池,在1mol/L的LiPF₆/EC+DMC(1:1)电解液中在0.5-4.6V间以0.10mA/cm²的电流密度进行电池循环测试的结果表明,该电池的首次放电比容量高达805.8mAh/g,放电平台在对Li⁺/Li电对为2V附近,但其可逆性及循环性均有待改善.

以乙酸铅(Pb(CH₃COO)₂·3H₂O)、钛酸四丁酯(Ti(OC₄H₉)₄)、硝酸锆(Zr(NO₃)₄·5H₂O)替代锆醇盐为原料,通过在Pt/Ti/SiO₂/si基片与PZT薄膜之间引入PT种子层,采用改进的sol-gel工艺制备出无裂纹,致密性好,晶粒尺寸小且分布均匀的单一钙钛矿结构的Pb(Zr_0.53Ti_0.47)O₃铁电薄膜.实验结果表明,具有PT种子层的PZT铁电薄膜电性能较好.经600℃热处理的具有PT种子层的PZT薄膜,在1kHz测试频率下,其剩余极化强度和矫顽场分别为20μC/cm²和59kV/cm,介电常数和介电损耗分别为385和0.030.

以乙酸铅、乙酸镧、乙酸氧锆和钛酸丁酯为原料,用溶胶-凝胶法制备了掺镧锆钛酸铅(PLZT)凝胶纤维.该纤维经热解、烧结后成为直径约25μm的陶瓷纤维.陶瓷纤维的表面和断面形貌的电子扫描图象表明,该陶瓷纤维均匀致密.用阿基米德法测得陶瓷纤维的密度为:7.78×10³kg/m³.对于直径为4.4mm、厚度为43μm、陶瓷含量为70％的PLZT陶瓷纤维/环氧树脂1-3复合材料压电片,测得其压电常数d₃₃、机电转换常数k_t分别为:410pC/N和0.631.

采用有机无机复合的溶胶-凝胶方法,合成了用于聚合物表面保护层的前驱溶液.采用旋转涂覆方法,将前驱溶液涂覆于聚酰亚胺基片上,制成了表面涂层.将所制得的相应涂层分别进行原子氧暴露试验,其表面形貌的变化通过扫描电镜观测.结果表明,在原子氧辐照下,无保护的聚酰亚胺表面已非常粗糙,与辐照前的光滑表面形成显著的对比.而涂覆有保护层的表面,原子氧辐照前后却没有变化.这表明使用这种有机无机复合的溶液涂层具有很好的抗原子氧能力.

利用,γ-MnO2纳米粉体,通过悬浮粒子烧结法制备γ-MnO₂薄膜.通过原子力显微镜、扫描电镜、BET比表面积测量及X射衍射等技术对薄膜结构进行了表征,并考察了La、PVA添加剂及pH调节对薄膜结构的影响.另外,通过H₂-TPR技术比较了γ-MnO₂纳米粉体与γ-MnO₂薄膜的催化性能.结果表明:当La/Mn=0.15,La助剂对薄膜的稳定作用最佳;当浸涂液pH=10、PVA/γ-MNO₂=7％,薄膜表面不易产生裂纹;γ-MnO₂薄膜比γ-MnO₂粉体的还原过程稍难、氧中心活性略低.

以三氯硅烷(TCS)和氨气分别作为低压化学气相沉积(LPCVD)氮化硅薄膜(SiN_x)的硅源和氮源,以高纯氮气为载气,在热壁型管式反应炉中,借助椭圆偏振仪和原子力显微镜,系统考察了工作总压力、反应温度、气体原料组成等工艺因素对SiN_x薄膜沉积速率和表面形貌的影响.结果表明:随着工作压力的增大,SiN_x薄膜的沉积速率逐渐增加,并产生一个峰值.随着原料气中NH³/TCS流量比值的增大,SiN_x薄膜的沉积速率逐渐增加,随后逐步稳定.随着反应温度的升高,沉积速率逐渐增加,在830℃附近达到最大,随着反应温度的进一步升高,由于反应物的热分解反应迅速加剧,使得SiN_x薄膜的沉积速率急剧降低.在730-830℃的温度范围内,沉积SiN_x薄膜的反应表观活化能约为171kJ/mol.在适当的工艺条件下,制备的SiNx薄膜均匀、平整.较低的薄膜沉积速率有助于提高薄膜的均匀性,降低薄膜的表面粗糙度.

采用玻璃珠为基底材料,钛酸正丁酯为前驱物,PEG400为造孔剂制备了TiO₂中孔纳米薄膜.利用SEM、TEM、AES和Raman光谱研究了薄膜的表面性能和结构特性.利用甲醛为探针分析,研究了该薄膜的光催化活性,并讨论了其催化活性与结构特性的关系.结果表明,该薄膜催化剂具有高催化活性和长催化寿命.且当膜层为3层(对应薄膜厚度约为210nm),PEG添加量为15％,400℃煅烧2h制备条件最佳.

采用sol-gel法制备纳晶TiO2薄膜,在溶胶的制备过程中加入丙烯酸对纳米TiO₂胶体颗粒进行表面修饰.溶胶的透射电镜(TEM)分析表明,丙烯酸的表面修饰作用可以抑制在制备和陈放过程中胶体颗粒的团聚.采用原位程序升温,使用X射线衍射仪(XRD)对TiO₂粉体由锐钛矿向金红石的转变过程(A→R)进行了考察,结果显示,晶粒的迅速生长和晶型的转变有着密切的联系;此外,丙烯酸的修饰作用能显著提高A→R的温度,且有助于抑制热处理过程中纳晶TiO₂颗粒的团聚.TiO₂薄膜的原子力显微照片(AFM)表明,丙烯酸修饰法制备的TiO₂薄膜,膜层均匀连续,颗粒为纳米尺度.

在HFCVD系统中采用SiH₄/CH₄/H₂/N₂混合气体成功的制备了SiCN薄膜.SEM照片显示制备的SiCN薄膜由棒状结构构成,而在HRTEM下发现这些棒状结构是由生长在无定型SiCN基体当中的纳米晶粒组成的.进一步的SAED和XRD分析说明SiCN纳米晶粒具有类似于α-Si₃N₄的结构.XPS和FTIR分析表明薄膜中含有Si、C、N和O几种元素以及C=N、Si-N和C-N等共价键,但是并没有观察到C-Si的存在.由实验得出结论,SiCN晶体的生长包括两个步骤:α-Si₃N₄团簇的生长和C取代其中Si的过程.

数值模拟了C-H-O和C-H-N体系的气相化学,构建了含氧和含氮气源化学气相沉积金刚石膜的三元相图,探讨了加氧和加氮影响金刚石膜生长的途径.结果表明,甲基是金刚石生长主要的前驱基团,乙炔导致非金刚石碳沉积,原子氢刻蚀非金刚石碳.通过气相反应改变这些基团的浓度是加氧的一个重要作用途径,而加氮在改变这些基团浓度的同时,CN等含氮基团还强烈地参与了金刚石膜成核和生长的表面过程.

采用了一种新的有效工艺,制备出了以8mol％Y₂O₃稳定的ZrO₂为固体电解质基体材料,以La_0.8Sr_0.2MnO₃混合导体材料为致密扩散障碍层的极限电流型氧传感器,避免了YSZ和LSM两种材料在烧结时收缩率不匹配的问题,且能够很好给出全范围空燃比的极限电流.该传感器与以往的极限电流型传感器相比具有结构简单,响应更快,工作稳定,成本低廉等优点,有很好的应用前景.

用甲基三乙氧基硅烷(MTES)代替部分正硅酸乙酯(TEOS)作为前驱物,通过共水解缩聚反应可制得甲基修饰的二氧化硅膜.通过TGA、FTIR以及气体渗透等测试手段对甲基修饰的SiO₂膜进行研究,发现随着MTES/TEOS摩尔比例的增大,二氧化硅膜的憎水性能逐渐增强,当MTES/TEOS达到0.8时,二氧化硅膜的孔表面几乎不再吸附水气.氢气在MTES/TEOS为1的支撑体二氧化硅膜的输运受温度的控制,200℃时H₂的渗透率达到6.0×10^-7mol·m^-2.Pa^-1·s^-1,H₂/CO₂分离系数达到6.0,于200℃以及水蒸气压力为3564Pa的环境中陈化近110h后H2渗透率基本保持不变,H₂/CO₂分离系数有所增大,说明经过甲基修饰的二氧化硅膜比纯二氧化硅膜具有更好的水热稳定性.

以甲醇为溶剂,硝酸氧锆、硝酸钇为前驱物,采用溶胶-凝胶方法,通过引入化学修饰剂乙酰丙酮(AcAcH),使乙酰丙酮和锆离子形成螯合物,得到了具有紫外光感光性的溶胶及其凝胶薄膜,提出了YSZ薄膜的微细图形加工新方法.UV-Vis.分光光度计的紫外光谱测试结果表明:乙酰丙酮与锆离子形成的螯合物在室温、可见光、大气环境下,可以存在于凝胶薄膜中,并具有较好的热稳定性和光化学稳定性,其紫外光谱的特征吸收峰大约在310nm附近;325nm紫外激光光源照射凝胶薄膜,能破坏、分解凝胶薄膜中的这种螯合物结构,使凝胶薄膜的物理化学性质发生变化,实验发现,经过紫外激光照射的凝胶薄膜在适当的有机溶剂(如甲醇等)中的溶解度和溶解速度显著降低,利用这一特性,采用325nm紫外激光通过掩膜照射凝胶薄膜,并在适当的有机溶剂中溶洗掉未受照射的区域,经过800℃,20min热处理,得到了具有微细图形的YSZ薄膜,XRD测试表明该薄膜相结构为立方相.

采用固态反应方法合成了有序的铁基硼磷酸盐Fe₂BP₃O₁₂,用X射线粉末衍射方法精修了其晶体结构,属三方晶系,空间群为P3,α=8.02703(6)°A,c=7.40168(9)°A,V=413.02(1)°A³,D_x=3.2758(1)(g/cm³),Z=2,对于55个参数,用188条衍射线及18001个衍射强度全谱数据点精修到R(Ⅰ)=6.35％,R(p)=15.36％,所对应的R(dbw)=10.12％.B原子具有三角形氧配位,P和Fe的氧配位分别是四面体和八面体.Fe的两配位八面体共面形成新结构单元,BO₃三角形联接磷氧和铁氧多面体形成三维结构.对比同构的铬硼磷酸盐,此化合物期望具有类似的非线性光学及其它非线性物理性质.

采用微晶玻璃工艺,制备出一种ZnO-Li₂O-B₂O₃-SiO₂系陶瓷材料.该体系材料可在900℃空气气氛中烧结.烧结体的介电常数低于4,介电损耗为1.3×10^-3.该烧结体中的晶相主要为圆球状和长柱状的Zn₂SiO₄,以及块状的SiO₂.该材料适用于超高频多层片式电感领域.

采用BaCO₃和TiO₂为原料粉体,经机械球磨后直接成型烧结,可以在1340℃/4h的条件下获得密度达4.49g/cm3的单相Ba₂Ti₉O₂₀材料.进一步的研究表明,采用高能球磨可以大大降低反应烧结的温度,在1250℃/4h的条件下可获得密度达4.44 g/cm³的单相Ba₂Ti₉O₂₀材料.高能球磨所获得的粉体颗粒细小、均匀是反应烧结温度低的主要原因.本研究还分析了烧结过程中材料的相组成的变化过程.

使用飞秒激光辐照和热处理相结合,通过引入PbO,实现了在含有金离子的硅酸盐玻璃内部,有空间选择性地析出大尺寸金纳米颗粒.通过吸收光谱,电子自旋共振谱和透射电镜测试研究了氧化铅对激光诱导金纳米颗粒析出的影响.实验结果表明,氧化铅的引入能抑制空穴捕获型色心生成,并促进金纳米颗粒的长大.