硫酸盐玻璃作为宽带放大器用掺解或掺铥基质材料目前已成为宽带玻璃主动光纤研究的重要组成部分。本文主要从碲酸盐玻璃组成、结构、热稳定性、光谱特性四个方面总结了碲酸盐玻璃研究进展,并对其发展趋势进行了评述。

从光在陶瓷体中的传播出发。分析了影响陶瓷透光性的主要因素、制备透明陶瓷的工艺要求及应当满足的条件等,在此基础上,对AlN、AlON、Sialon等几种典型的非氧化物基陶瓷透光性的研究现状进行了归纳。

碳纳米管的独特结构使它具有奇特的性质和广阔的应用前景。本文介绍了碳纳米管的结构和性质,对碳纳米管的制备现状、表征及其在电子领域的应用做了详细的回顾。

以10MgF₂-20CaF₂-10SrF₂-10BaF₂-15YF₃-35AlF₃(摩尔百分数)氟铝酸盐玻璃为基本组成,在玻璃中引入不同含量的ZrF_4,同时对其它组成进行适当调整,制得了厚度8mm无可见析晶的氟化物玻璃。利用差热分析(DTA)技术研究了ZrF₄对玻璃形成能力和玻璃析晶动力学的影响,结果表明,少量的ZrF₄可以提高玻璃的抗失透能力,过量的ZrF₄会降低玻璃形成能力;ZrF₄的最佳含量范围为7.3～11.4mol％。根据测得的玻璃的红外透过光谱显示,该玻璃具有良好的透红外光性能。

熔制了60P₂O₅·6Al₂O₃·(33-x)BaO·xBaF₂·1Yb₂O₃(x=0,3,6,9)和60P₂O₅·6Al₂O₃·27BaO·6MF₂·1Yb₂O₃(M=Mg、Ca、Sr、Zn、Ba)(分子分数)玻璃,测试了其折射率、密度、转变温度、析晶温度、熔点温度、红外光谱和紫外吸收光谱,讨论了二价氟化物MF₂(M=Mg、Ca、Sr、Zn、Ba)对磷酸盐玻璃热稳定性及内部结构的影响,测试了Yb³⁺离子的吸收光谱、荧光光谱、荧光寿命,计算了光谱参数,讨论了MF₂对Yb³⁺磷酸盐玻璃光谱性质的影响,结果表明二价金属氟化物是作为网络外体进入到磷酸盐玻璃结构中,并没有改变磷酸盐玻璃内部的[PO₄]链状结构,二价金属氟化物还有助于提高Yb³⁺离子的受激发射截面,和自发辐射几率,荧光半高宽。

利用DTA、XRD、SEM及TEM等实验手段,研究了MgO-Al₂O3-SiO₂-TiO₂-CeO₂系统玻璃的一个典型组成的析晶过程,并讨论了其在相变过程中微波介电性能的变化规律。研究结果表明,作为核化的先导,原始玻璃在晶化之前已经分相;在热处理过程中,金红石晶核首先在约800℃时析出;硅钛铈矿和α-堇青石则先后在约900和1100℃出现,随着热处理温度和晶化程度的提高,材料的微波介电常数不断提高,而介电损耗则不断下降,但热处理温度超过1100℃时,由于α-堇青石相的大量析出,材料的介电常数开始降低,同时由于晶粒的粗化,介电损耗略有升高。由玻璃受控析晶得到的微晶玻璃由针状金红石、颗粒状硅钛铈矿和板条状α-堇青石三种主要晶相构成,在微波频率下(10G),介电常数可在8～11范围内调控,介电损耗可<6×10^-4,是一种有实用价值的新型微波介质材料。

利用体外试验方法以及SEM/EDAX、ICP、FTIR等分析技术,对氟硅碱钙石(fluorcanasite,K₂Na₄Ca₅Si₁₂O₃₀F₄)齿科微晶玻璃的腐蚀机理,以及溶胶-凝胶Al₂O₃,、TiO_₂及ZrO₂涂层改善微晶玻璃抗侵蚀的效果进行了比较分析。研究表明,口腔溶液对该齿科微晶玻璃的侵蚀源于溶液中的H₃O⁺离子与微晶玻璃表面的Na⁺及K⁺发生迅速的离子交换,从而形成结构疏松的表面富SiO₂层。其Si-O网络进而被H₂O分子所断开,使SiO₂以可溶性硅胶形式溶解于溶液中。此反应导致大量的表面结构缺陷,从而降低了材料的强度和使用寿命,浸泡25天后微晶玻璃表面最终的反应产物是一层低结晶度的颗粒状碳酸羟基磷灰石Ca₁₀(PO₄)₆(2OH^-,CO₃^2-),溶胶-凝胶AL₂O₃涂层具有显著的改善齿科微晶玻璃抗唾液腐蚀的作用.

研究了人工神经网络在矿渣微晶玻璃材料设计中的应用。采用基于变尺度法的新学习算法建立了三层前馈型神经网络,发现当网络结构为M-2M-1,取一定范围内的学习误差时,网络具有很好的学习效果。研究证明,建立的人工神经网络模型学习速度快,收敛稳定,强壮性好,能根据较少的实验样本有效抽取矿渣微晶玻璃组成、工艺和性能之间的内在规律,是进行微晶玻璃材料设计的有力工具。

以内蒙赤峰蒙脱石为原料合成了载铜蒙脱石,它对革兰氏阴性菌E.coli和革兰氏阳性菌S.faecalis均有很强的抑止和杀灭作用,其抗菌能力大大优于载铜沸石,蒙脱石在载铜反应后矿物表面带有剩余正电荷,它的抗菌能力来自两方面因素,一方面是矿物对带相反电荷的细菌的吸附作用,另一方面是矿物释放出的铜离子对细茵的杀灭作用,这是载铜蒙脱石抗菌能力优于载铜沸石的本质原因。

选用工业生产的立方相SiC纳米颗粒,尺寸约120nm,利用置换反应原理制得纳米Cu微晶。采用非均相沉淀方法将Cu包裹到纳米SiC颗粒表面,形成相分布均匀的复合颗粒,纳米Cu微晶吸附在SiC颗粒周围形成粗糙表面,复合粉体颗粒表面被一层连续、致密的Cu₂O层所包覆,Cu₂O的存在是纳米Cu微晶颗粒自发氧化的结果。

研究了由SiC(N)纳米吸收剂制备的SiC(N)/LAS吸波材料的介电性能,对影响介电性能的吸收剂的含量、吸波材料烧结温度和碳界面层等因素进行了较为全面的研究。结果表明,在1080℃以下烧结温度对陶瓷致密度的影响较大而对陶瓷介电常数的影响较小;在1080℃以上烧结温度对烧结致密度的影响较小,对陶瓷介电常数的影响较大,吸波材料介电常数的实测值与计算值之间存在很大的差异,这种差异是吸波材料制备过程中纳米级的SiC(N)促进了碳界面层形成,导致了在较高温度烧结时吸波材料介电常数对温度的敏感性,使吸波材料介电常数的实测值与计算值之间出现了很大的差异,形成的碳界面层复介电常数的虚部较高,使吸波材料对电磁波的损耗进一步升高,从而使吸波材料的吸波性能得到增强。

利用溶胶-凝胶法(sol-gel)合成制备了PbTiO₃、(Pb_0.9-xLa_0.1Ca_x)TiO₃[简写为PLCT(100x)]纳米微粉,微粉平均粒径为20～40nm,利用拉曼散射和X射线衍射技术研究了不同Ca含量对PLCT(100x)纳米微粉的结构的影响,实验结果表明,PLCT(100x)纳米微粉的结构随x变化,亦即PLCT(100x)的轴比随x的增大反而减小,研究结果表明:PLCT(100x)拉曼谱的低频模可以看成是由于钙钛矿结构中A位离子Ca²⁺、La³⁺的偏离引起的,而高频模主要是TiO₆八面体内部原子的相互运动造成相对位置变化,从而使八面体发生形变引起的。

研究了锰掺杂对0.2PZN-0.8PZT(PZNT)陶瓷微观结构及压电性能的影响,结果表明:随锰离子的添加,陶瓷晶粒长大,烧结致密;晶格发生畸变,体系的相结构由四方相向三方相过渡,居里点降低。此外,锰掺杂使材料体系“变硬”,ε₃₃^T/ε₀和tanδ变小,Q_m值增加,同时瓷体较高的致密度又保证了K_p不致降低。

用Ar^~+离子束多靶溅射沉积技术在单晶硅Si(100)上顺序沉积了TiO₂、BaCO₃、SrCO₃叠层,并经后期低温扩散和高温晶化两步热处理过程制备了Ba_xSr_1-xTiO₃薄膜。用俄歇扫描电子能谱(AES)对其低温扩散效应(温度、时效、沉积顺序)进行了研究。实验结果表明:在低温段长时间保温或在中温段短时间保温都有利于各沉积组元充分扩散,扩散均匀的混合膜层经高温晶化(900℃)能形成多晶Ba_xSr_1-xTiO₃薄膜。

研究了Bi₂O₃-V₂O₅系复合添加剂对Ni-Cu-Zn铁氧体的烧结及其磁性能的影响.研究表明,Bi₂O₃-V₂O₅系复合添加剂具有促进晶粒生长的作用,随着添加量的增加,样品断面形貌显示大晶粒增多,X射线衍射分析表明,过多的添加剂引起少量的杂相析出,晶界变宽。然而,适当量的Bi₂O₃-V₂O₅系复合添加剂能使普通Ni-Cu-Zn铁氧体的烧结温度降至875℃以下,烧结时间缩短为30min,烧结样品的磁导率可达195(10MHz)。

利用压汞法和图像分析法研究了膨胀石墨的孔结构,压汞法可测量膨胀石墨中微米量级以下的孔隙结构参数,对微米量级以上的孔可以利用图像分析法进行测量,膨胀石墨制备参数对膨胀石墨的孔结构有显著影响,其中插层电量越大孔径尺寸越大,孔径分布越宽;膨化温度越高,孔径尺寸越大,孔径分布也越宽。

分别以带有刻痕的石英玻璃和溅射过Au膜的石英玻璃为生长基底,通过催化裂解二茂铁和二甲苯混合物的方法,在基底上制备出了模板化的定向碳纳米管(CNT)阵列,扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察表明:在这两种基底上生长的定向碳纳米管阵列的模板化程度都很高,其中的碳纳米管多为直径在20～50nm的多壁管(MWNT),且具有很好的定向性。本文还分析、对比了基底材料对定向碳纳米管生长的影响,初步探讨了定向碳纳米管模板化生长的形成机制。

采用分子动力学模拟研究了xCaO-(1-x)Al₂O₃(x代表成分的变化)高温熔体中Al的配位数及其两性、微结构单元分布等结构性质。在采用BMH势函数的基础上,将计算所得的Al-O、Ca-O和O-O的偏径向分布函数的第一峰的位置(1.76、2.34和2.91)以及Al、Ca的配位数与X射线衍射实验(1.765、2.36和2.885)及中子散射实验(1.759、2.337和2.898)进行比较,吻合很好,证明模拟非常成功,然后在此基础上,发现Al在体系中主要起阿格形成子的作用,其微观结构单元呈四面体结构,也就是说,Al的平均配位数为4,这一点与硅酸盐中Si-O的结构单元非常相似,在统计了平衡时微结构单元Q_i的分布之后,总结了铝酸钙熔体的微观结构单元分布随宏观组分变化的规律。

以热压烧结方法在850～1000℃的低温下制备了Al/玻璃复合材料,通过组成变化研究了复合材料热导率的变化规律,利用SEM、TEM、XRD等方法观察了AlN/玻璃复合材料的显微结构和相组成与分布,讨论了复合材料的显微结构和相组成对热导率的影响,结果表明:AlN/玻璃复合材料的热导率随玻璃相的减少而增加,低温烧结的复合材料的热导率可以达到10W/m·K以上,材料的相分布对热导率的影响表现为:当玻璃相减少,AlN晶粒相互接触时,有利于热导率的提高;当材料内部以AlN晶相为主时,材料出现晶体的导热特征,即热导率随温度的升高而下降。

开展了气流粉碎B₄C粉末(比表面积2.53m²/g)的掺碳烧结实验,研究了掺碳剂种类、掺碳量、烧结温度、比表面积等对B₄C烧结密度的影响。结果表明,掺碳显著促进B₄C的烧结;在炭黑、葡萄糖和酚醛树酯三种掺碳剂中,掺入酚醛树酯可以获得最高的烧结密度;并且最佳的掺碳量为3％～5％C,B₄C+3％C(酚醛树酯)分别经2200和2250℃烧结后的密度为92.1％TD和94.4％TD,若采用振动球磨B₄C粉末(8.30m²/g)进行掺碳烧结实验,则可使2200℃的烧结密度提高到95.6％TD。

通过PIP结合CVI法制备了C纤维增初三维氧化铝-莫来石陶瓷基复合材料,采用CVD法制备了防氧化涂层,研究了复合材料致密化过程、复合材料的物相、微观结构、力学性能和抗氧化性能。结果表明,CVI能够将氧化硅引入到多孔氧化铝基体内部,1400℃处理后氧化硅与氧化铝完全反应生成莫来石,显著提高了仅以PIP法制备的多孔氧化铝基复合材料的力学性能,CVD制备的氧化硅涂层有效阻止了氧气的侵入,复合材料在1200℃大气环境下保温50h后,试样三点弯曲强度保持率为70％。

AEO₉/醇/烷/水系反相微乳液具有相当优异的溶水性能,选择该系用于陶瓷墨水制备,就醇的种类和用量对反相微乳液区的影响进行了研究,划定了该区在拟三元相图中的位置,确定了体系最佳溶水量条件.以ZrOCl₂·8H₂O和NH₃·H₂O溶液分别替代优化体系中的水,获得2个反相微乳液,再将它们混合,通过反应制得陶瓷墨水,测定分析了陶瓷墨水理化性能变化规律,针对喷射打印成型硬件要求,对二者性能匹配性进行重点考察。

应用DSC、半导体气敏特性、催化活性及亚单(分子)层分散模型共四项表征技术,进一步研究了五种二元氧化物的界面结构及其特性,DSC曲线的放热峰及吸热峰分别与界面化学反应、晶格畸变和瓦解、熔化、烧结以及固溶体的形成相关,导电性能的测试证明这些二元氧化物属于N-型半导体,对邻二甲苯具有气敏特性,其灵敏度在化学吸附的初期阶段与邻二甲苯蒸气浓度呈线性关系,催化选择性及转化率的测定证明V₂O₅-MnO₃及WO₃-MoO₃体系对邻二甲苯选择性氧化为苯酐具有催化活性,其非晶相MoO₃及V₂O₅的活性较为显著,尤其当二元氧化物的组成接近分散阈值Dt时,选择性最佳,为了解释大的分散阈值Dt与小的比表面积之间的关系,经计算机编程计算,在分子水平及纳米尺度上提出了球形八面体密置的亚单层分散模型并求得了模型的七个参数,通过讨论亚单层分散与非晶相结构之间的关系,提出了晶相损失的机理以及作为催化剂的非晶相结构对热的亚稳特性。

计算机模拟是燃料电池设计的一个重要辅助工具。本文在分析了燃料电池的电学和热学性质之后,设计了一套二维平板型团体氧化物燃料电池(SOFC)的模拟软件,软件能回答诸如温度场分布、电流场分布、输出功率等问题,作为应用例子,该软件被用于分析比较不同气流流向(交叉流、并流、对流)设计的燃料电池工作情况,指出了它们的优缺点,为燃料电池设计提供了有益的信息。

采用有限元法及ANSYS数值模拟软件,对Acheson单热源SiC冶炼炉(传统Acheson炉)和自行发明的多热源碳化硅冶炼炉炉内热量传递过程及温度分布进行研究,得到了炉内热量传递及温度分布模拟图,对比分析了两种炉型炉内热量传递及温度分布规律及其对SiC产率和能耗的影响,多热源SiC冶炼炉与传统Acheson炉相比具有节能、提质、高产和生产安全等特点,而且便于炉体的大型化。

利用机械化学法合成了单相ZnO粉体,XRD分析结果表明,ZnSO₄/NaOH(mol比)在1/2.1～1/3.0之间均可合成ZnO粒子,ZnO产率在ZnSO₄/NaOH为1/2.5时最大,TEM分析表明,ZnO粒子的粒径在40～80nm范围,对于反应机理,认为是固-固反应中放出的大量的热,使Zn(OH)₂直接转化为ZnO粒子,光吸收性能表明,纳米ZnO粉体的紫外吸收性能(200～400nm)较普通ZnO粉体强得多。

在碱性条件下用组装的方法得到了高负载量,均匀分布的CoO-NiO负载型MCM-41介孔材料,并采用XRD、BET、HREM等测试手段对样品进行了分析,结果表明,CoO,NiO双组分氧化物已成功地组装进入了MCM-41的有序孔道,在CoO,NiO组装过程中,CoO,NiO含量分别为7.53wt％和5.94wt％时,介孔材料的有序结构没有遭到破坏。

在978nm激光二极管的激发下,Mo掺杂的TiO₂材料表现出很强的宽带上转换发光,该发光来源于[MoO₄]^2-基团的激发态³T₁,³T₂能级到基态¹A₁能级的电子跃迁,X射线衍射表明样品为金红石单一相,红外吸收光谱证实了[MoO₄]^2-的存在,由光电子能谱推测体系中还含有低价态的Mo离子,它们提供了上转换得以进行的中间态,高温下的氧化还原处理会改变低价Mo的数量,从而严重影响样品的发光行为。

采用溶胶-凝胶法制备了纳米BaTiO₃,用纳米BaTiO₃粉体作载体通过浸渍法制备出Ni/BaTiO₃催化剂,并将其用于CO₂重整CH₄制合成气反应,纳米BaTiO₃粉体粒径为25～60nm,颗粒外貌近似球形,其最佳制备条件为:水解用水量10mL,混合溶液pH=4～5,凝胶化温度343K,973K下煅烧处理,在反应温度为1073K,空速12000mL/(h·g·cat)下,Ni/BaTiO₃催化剂可使重整反应的CH₄和CO₂转化率分别达到94.4％和93.3％。

给出了一种低成本合成高纯碳化硅晶须的新方法,采用电场催化技术,在较低的温度(120～1400℃)下合成了直径为100～200nm、长度为5～50μm的碳化硅晶须,研究结果表明,以炭黑和SiO₂微粉为原料在电场电炉中能够合成出高纯度、高含量的碳化硅晶须。

采用溶胶-凝胶法在玻璃上制备了锐钛矿型TiO₂和过渡金属铁、锌离子掺杂的TiO₂薄膜,并通过XRD、XPS、AFM表征了合成的薄膜。结果表明铁和锌离子掺入后,TiO₂薄膜变的更加致密。铁离子和锌离子分别以Fe₂O₃和ZnO的形式存在,在紫外光照射下,TiO₂薄膜表现明显的亲水性,金属离子掺杂的TiO₂薄膜,亲水性能明显增强,铁离子掺入对光催化降解甲基橙有一定的抑制作用;少量的锌离子掺入对光催化降解甲基橙有促进作用,锌离子掺入量增大后,效果并不明显。

以铝为助剂结合放电等离子烧结工艺,在较低温度下快速制备出高纯致密Ti₃SiC₂块体材料,掺加适量铝能加快Ti₃SiC₂的反应合成,提高制备材料的纯度,并促进Ti₃SiC₂晶体的生长和材料的快速烧结致密,在升温速率为80℃/min,z轴压力为30MPa时,材料制备的最佳温度为1200～1250℃,所制备材料经XRD、SEM和EDS分析表明不含TiC和SiC等杂质相,Ti₃SiC₂为5～25μm的板状结晶。