ZnO是一种新型的II-VI族半导体材料,具有许多优异的性能.但由于ZnO存在诸多的本征施主缺陷(如空位氧V_o和间隙锌Zn_i),对受主产生高度自补偿作用,天然为n型半导体,难以实现p型转变.ZnO薄膜p型掺杂的实现是ZnO基光电器件的关键技术,也一直是ZnO研究中的主要课题,目前已取得重大进展,文章对此进行了详细阐述.

介绍了X射线荧光光谱在人工晶体材料组成分析中的应用.虽然x射线荧光光谱分析是一种非常有效的元素分析手段,但必须针对不同的样品和分析要求采用合适的样品制备方法,选择或配制合适的校正标样对基体效应进行校正.在样品为单晶时异常反射对光谱的定性解释和定量分析的条件选择可能产生影响,此时最好使用熔融制样法.使用测量结果时,应该充分考虑其不确定度.

采用红外光谱(IR)和X射线光电子能谱(XPS)等方法研究了PbBr₂-PbF₂-P₂O₅系铅卤磷酸盐玻璃的结构.结果表明,Pb²⁺离子在玻璃中起着网络修饰阳离子和网络形成体的双重作用.当P₂O₅含量为60mol％时,Pb²⁺离子主要是作为网络修饰体;当P₂O₅含量降低到50mol％时,一部分Pb²⁺离子能够进入玻璃网络形成[PbO₄]四面体或P-O-Pb键.Br^-和F^-离子达到一定浓度时就会进入玻璃网络,形成[PO_4-nX_n](X=Br或F,n=0-4)四面体使磷酸盐链长变短.玻璃中P₂O₅的含量不变时P-O-P键的比例也基本保持不变;当P₂O₅的含量降低时,P-O-P键和P-O^-键的含量都减少,P-O-Pb键的含量则明显增加.

研究了磷酸盐激光玻璃在120fs,800nm,1kHz脉冲激光照射下的光致暗化现象并测出了它们的光致暗化阈值.由ESR分析得出,磷酸盐玻璃的光致暗化来源于飞秒激光照射处玻璃因激光照射时的多光子吸收而产生的色心.分析了Nd³⁺对磷酸盐玻璃的光致暗化的影响并讨论了色心的类型.

采用sol-gel方法以Na₂O-B₂O₃-SiO₂系统玻璃为基体,采用不同浓度的盐酸溶液为CuCl的先驱体溶剂,在500-600℃的温度范围内烧成了掺杂CuCl的钠硼硅玻璃,详细地研究了氯化亚铜的浓度及其先驱体溶剂对溶胶-凝胶及玻璃性质的影响,讨论了CuCl在钠硼硅干胶中的生成机制,研究了烧结条件对干胶转变成玻璃性质的影响,并研究了这种材料的光学性质,首次报道了掺杂CuCl的Na₂O-B₂O₃-SiO₂系统玻璃在1.33μm处的三阶非线性折射率,n₂=3.3×10^-20m²/W.

利用纤维强伸实验仪和自制的低温实验装置,研究了碳纤维与玻璃纤维在低温(77K)下的拉伸力学性能.由测试数据发现,低温下纤维的强度分布具有统计性,采用Weibull统计分布可以较好的进行描述.在低温下,两种纤维的强度Weibull分布尺度参数和平均强度都有不同程度的提高,而形状参数和弹性模量则基本保持不变.

研究了用改进的Bridgman法生长的PMNT62/38单晶在其生长过程中的分凝现象,研究了分凝导致的成分不均匀及其对介电和压电性能的影响.XRFA分析表明,PMNT62/38单晶底部的PbTiO3(PT)含量为x=35.2mol％,而顶部的PT含量为43mol％.底部晶体(001),(110)和(111)三种切型的晶片加电场极化后,其介电和压电性能出现了异常的现象.(110)切型的压电模量最大,为1200pC/N;(111)次之,为789pC/N;(001)最低,为371pC/N.极化后的(110)和(111)晶片在室温、1kHz频率下的相对介电常数(两种切型的εr都在10000左右),约为(001)晶片(ε_r-5000)的1倍,并且介电常数在低温端有上升的趋势.

采用熔盐法生长出尺寸为30mm的Nd³⁺:GdAl₃(BO₃)₄优质晶体,进行了吸收光谱和荧光光谱的测定研究,计算得到晶体发射截面为σ_e^1061.9=2.9×10^-19cm²和σ_e^1338mm=5.5×10^-20cm².采用染料激光器作为泵浦源,对晶体进行了自变频激光实验研究,在紫外可调谐(378-382nm)、绿光531nm、蓝光(436-443nm)、红光(669nm)和红外可调谐(1305-1365nm)波段实现了激光输出,输出的最大功率分别为:105μJ/脉冲、119.5μJ/脉冲、445μJ/脉冲、19μJ/脉冲和31μJ/脉冲.

以1,2-二羟基苯-3,5-二磺酸钠(Tiron)为分散剂获得了平均粒径约为57nm的氧化铝粉体的稳定悬浮液.通过测定等温吸附曲线及悬浮液的Zeta电位,研究了Tiron对粉体表面特性的影响.结果表明,Tiron在Al₂O₃表面发生化学吸附,磺酸基的离解使胶粒表面电荷更负,显著提高颗粒表面的带电量,从而改善浆料的稳定性.FTIR研究表明:Tiron分子结构中两个相邻羟基与Al-OH形成内环结构,从而提高了吸附强度.流变测试确定了制备高固含量稳定浆料在pH=8.5时所需的最佳分散剂用量为0.8wt％.

采用非均相沉淀法和热压工艺制备了Al₂O₃/Ni纳米金属陶瓷.在1450℃热压γ-Al₂O₃/Ni复合粉体得到相对密度>98％的金属陶瓷.结果表明,Ni颗粒均匀分布在基体中,其中<100nm的Ni颗粒位于Al₂O₃晶内,100-300nm的分布在晶界,形成了晶内/晶界复合型纳米金属陶瓷.同单相Al₂O₃相比,Al₂O₃/Ni金属陶瓷的三点抗弯强度和断裂韧性分别增加了26％和79％.分析了纳米金属陶瓷的增强增韧机制.

通过在Y-TZP中加入不同膨胀系数的玻璃相添加剂,低温烧结得到了具有不同力学性能的试样.建立了薄晶界应力模型,定性地计算了晶界应力,讨论了添加剂的热膨胀系数对Y-TZP陶瓷晶界应力及力学性能的影响.发现小膨胀系数的添加剂使晶界获得压应力,有利于获得较高断裂韧性的Y-TZP陶瓷.

评估、计算了Mg-Al-O-N系的热力学性质,并绘制了热力学参数状态图.在此基础上,合成了MgAlON陶瓷.对所合成材料的显微结构、晶体特征、物理性能及其抗氧化性能等进行了试验测定.所合成的MgAlON经X射线衍射和透射电镜分析未发现杂相,高分辨电镜分析发现MgAlON晶界无玻璃相,晶粒间为直接结合.试验得出了一套MgAlON的X射线衍射的指标化结果.MgAlON的三点抗弯强度在室温至1723K温度内都很高.MgAlON氧化过程的表观反应活化能为260kJ/mol,表观扩散活化能为573kJ/mol.

研究了保温时间对气压烧结(GPS)氮化硅陶瓷晶界相及力学性能的影响.研究发现,由于晶界相中的氧含量随保温时间的延长先增加然后明显降低,导致烧结体中晶界相的总量和致密化程度随保温时间的增加有一最大值.在本文所研究的保温时间范围内,烧结体的室温强度随保温时间的增加而升高.

采用XRD和TEM等技术研究了ZrSiO₄/α-Al₂O₃反应烧结过程中非晶态物质的形成及演化.结果表明,1400℃莫来石开始形成时体系中的液相是富Al₂O₃的,随着温度的升高,ZrSiO₄分解速率加快及富Al₂O₃莫来石的形成,液相逐渐向富SiO₂方向演化.液相的形成及其演化与莫来石的形成密切相关.

对比了脱Na处理工艺前后Na₂O含量变化对MoSi₂/Oxide系发热元件材料力学性能的影响.研究结果表明,虽然Na₂O含量的高低对发热体材料常温力学性能影响不大,但是对发热元件材料高温力学性能有重要影响.主要表现在:经1573K热处理100h后脱Na材料仍拥有很高的强度和韦伯分布;而且经过真空脱Na后材料的高温蠕变特性也有了明显改善,在1243和1303K的条件下脱Na材料的蠕变速率分别是未脱Na材料的2/5和1/3以下.另外,Na₂O含量对材料延性脆性转变温度(BDTT)也有重要影响,脱Na材料的BDTT较未脱Na材料升高约100K.

利用无压、热压、放电等离子三种烧结方法制备了高密度、层片状的LaPO₄陶瓷.测定、表征了三种烧结路线合成LaPO₄陶瓷的致密化程度、织构行为及基本力学性能.同时,基于Al₂O₃和LaPO₄相之间可形成弱结合界面,无压烧结制备了可用硬质合金钢钻头钻孔的40wt％Al₂O₃/LaPO₄可加工复合材料.

采用气凝胶与干凝胶两种催化剂载体通过化学气相淀积方法制备出螺旋状的碳纳米管.研究结果表明:气凝胶催化剂载体所制备出的螺旋碳纳米管和干凝胶载体所制备出的螺旋碳管相比较具有以下几个特点:(1)较好的石墨化程度,(2)较小的直径,(3)较好的螺旋形态,即较好的螺距一致性.分析结果认为气凝胶独特的介孔性质是导致气凝胶样品所制备的碳管具有以上特点的根本原因.另外,还提出催化剂颗粒周边上催化活性的各向异性将导致螺旋碳管的生长.

采用快速化学液相气化渗透法制备了碳/碳复合材料,沉积温度为850-1400℃,系统压力约0.1MPa.利用偏光显微镜及扫描电子显微镜观察了基体热解碳的微观组织结构及断口形貌特征;针对该技术特殊的致密化环境,研究了三种类型热解碳的形成条件及沉积过程;观察结果表明:粗糙层热解碳以层状方式生长,生长层面为曲面形状,热解碳微观结构呈现出锥形生长特征;同时测定了材料的力学性能,发现材料破坏形式属于剪切-拉伸的复式破坏,但拉伸破坏为主导形式,材料的纤维/基体粘结强度较高,薄弱环节是层间结合部位.

用煅烧石油焦作填料、煤沥青作粘结剂、钛粉作添加剂,采用热压工艺制备了一系列不同质量配比的掺杂钛再结晶石墨.考察了不同质量配比的添加钛对再结晶石墨的热导率、抗弯强度的影响以及微观结构的变化.实验结果表明,与相同工艺条件下制备的纯石墨材料相比较,掺杂钛再结晶石墨的热导率、抗弯强度均有较大的提高.室温下,RG-15再结晶石墨的层面方向热导率可达424W/(m·k),抗弯强度可达50.2MPa.微观结构分析表明,少量的掺杂钛,即可使材料达到很高的石墨化度;过多的钛掺杂量不利于材料的热导率以及抗弯强度;原料中掺钛量为15wt％时,再结晶石墨的微晶发育以及排列程度最好,此材料的石墨化度为96.4％,微晶参数La为306nm.XRD物相分析表明,钛元素在再结晶石墨中以碳化钛的形式存在.钛对再结晶石墨制备过程的催化作用可以用液相转化机理来解释.

通过DTA,X射线衍射分析和SEM观察及与膨胀率和强度的对比分析,给出了钙矾石稳定存在和结构变异的温度范围及其对砂浆膨胀和强度的影响.结果表明,(1)在干热条件下钙矾石在87-150℃之间发生快速脱水,结构极度扭曲失去晶体特征,但结构并不崩溃分解,遇水后即可恢复.100℃以下的湿热条件下,钙矾石可生成和稳定存在;(2)尽管100℃以下的干燥条件膨胀水泥混凝土的强度不降低,但膨胀会完全丧失,甚至产生负膨胀.故膨胀水泥和自应力水泥不宜在70℃以上的干燥环境和干-湿交替的环境中使用.

硅酸钙用作生物材料的研究近年来引起了人们的关注,因其良好的生物活性而有望在生物医学领域得以应用.本文利用含Ca²⁺和SiO₃^2-的溶液、以EDTA(乙二胺四乙酸)为螯合剂,通过在普通高压釜中200℃,5h水热反应,首次制备了直径、长度分别为0.1-1μm、40-100μm这样大尺寸的生物活性托贝莫莱石晶须,并且对托贝莫莱石晶须的形成机理进行了初步的探讨.

以NiSO₄·6H₂O和Na₂S₂O₄·2H₂O为原料,采用液相法室温合成了Ni₃S₄纳米粉.考察了影响粉体质量的各种因素,获得了最佳工艺条件,并对制备的纳米粉采用TEM、XRD和络合分析等方法进行了表征.结果表明:本法制备的Ni3S4纳米粉呈尖晶石型、平均粒径为10nm、粒度分布窄、分散性好、纯度高、转化率高.

熔融碳酸盐燃料电池在开始运行初期,承受一定负荷的多孔镍在转化为多孔氧化镍阴极的过程中往往会受到较严重的形变破坏,对电池的使用性能和寿命造成不良影响.本文采用一套自行设计研制的LVDT位移测试系统,对多孔镍和多孔氧化镍在恒载荷下的形变行为进行初步研究.结果表明,加载下的多孔镍在熔融碳酸盐中进行原位氧化、锂化时其形变最为严重;而经预先氧化锂化的多孔镍在相同实验条件下形变相对较小.多孔氧化镍在不同实验条件下的形变总体上均不明显.研究结果对防止MCFC阴极材料的形变破坏有重要指导意义.

采用含有多碳链结构的金属有机化合物,利用固相反应,得到亚微米尺寸的SnSbx合金颗粒,高度均匀地沉积在中间相碳微球(CMS)球体表面.合成的SnSb_x/CMS复合材料做成扣式电池经电化学性能测试,电极可逆比容量超过430mAhg^-1,相对于空白CMS电极(可逆比容量310mAhg^-1)提高近40％,循环30次后容量维持在90％以上.结果表明:制备的复合电极不但具有较高的可逆比容量,而且能防止纯粹合金嵌脱锂过程产生的严重体积效应,从而提高电极循环性能.

报道了对La_2/3Ca_1/3MnO₃和La_2/3Ba_1/3MnO₃系统不同温度下的电子顺磁共振(EPR)实验研究,当温度高于某一特征温度Tmin时,共振线宽随温度降低而线性变窄;当温度低于Tmin时,共振线宽表现出反常展宽.基于“瓶颈(bottleneck)”自旋-晶格弛豫模型我们对这种行为进行了讨论,并且指出A位离子平均半径强烈影响着自旋-晶格交换作用和自旋-自旋相互作用的强弱.

对比了以单相Sr_0.4Ba_0.6Nb₂O₆为原料的常规烧结试样(SBN40)以及以SrNb₂O₆与BaNb₂O₆混合物为原料的反应烧结试样(RSBN40)的烧结性能与显微结构.结果发现,RSBN40试样的致密化速率较SBN40试样较慢,试样SBN40与RSBN40密度分别在1250与1300℃达到最大,其值分别为5.21与5.27g·cm^-3.此外,当烧结温度高于1250℃时,试样SBN40比RSBN40易于出现异常晶粒长大现象.

采用传统烧结工艺,制备了具有不同La₂O₃含量的镁钛镧陶瓷,并研究了La₂O₃组份对材料晶相构成、晶粒、晶界的演变、介电常数和品质因数的影响.结果表明,不含La₂O₃的钛酸镁陶瓷主晶相为Mg₂TiO₄,其平均晶粒尺寸>60μm;引入La₂O₃后,出现新晶相La_0.66Ti_O2.99,材料的晶粒尺寸明显下降;随La₂O₃含量的增加,材料的介电常数线性增加,材料的品质因数Q在10GHz出现最大值(16558).

利用计算机自动控制的超低频介电谱测量装置和HP4192A阻抗分析仪,在10^-4Hz-10⁵Hz宽达九个数量级的范围内测量了钛酸锶陶瓷的频域介电谱.其频域复介电常数可很好地拟合为两项之和.其中超低频项来自于晶界间空间电荷运动的贡献,高频项来自于晶粒内部空间电荷运动的贡献.高频项复介电常数的实部在频率增大时变为负值,这说明介电谱用频域方法来描述是有缺陷的,其测量结果无法用传统的介电极化理论加以解释.

利用AFM、XRD、TEM、紫外可见光谱仪和椭偏仪等多种研究手段研究了ZnS-SiO₂薄膜的性能.研究表明,沉积态ZnS-SiO₂薄膜为非晶态,表现为层核生长型(Straski-Krastanov型)结构,表面很平滑,其中包含着大小为2-10nm的微小晶粒;ZnS-SiO₂薄膜的透过率比较大,消光系数很小,这可以减少入射激光能量的损失;ZnS-SiO₂薄膜拥有比较高的折射率,能够对记录层起到很好的保护作用.

采用近距离升华(Close-Spaced-Sublimation,CSS)技术制备CdTe及掺Te薄膜.并利用XRF、XRD、SEM及Hall系统研究了其含量、结构、表面形貌和电性能.结果表明,CSS技术制备的CdTe薄膜晶形好,晶粒度较RF方法制备的薄膜增大约100倍.Te掺入CdTe薄膜后,改变了CdTe膜的结晶特性,适当掺入Te可以促进CdTe晶格的生长,并导致Cdrre膜晶格常数变大.薄膜面电阻率降低,面载流子浓度增大,以及载流子迁移率的增大,表明掺杂Te后CdTe膜的电导性能大大改善.

对热丝法化学气相沉积金刚石膜过程的气氛进行了模拟与分析.使用GRI-Mech3.0甲烷燃烧过程C/H/O/N四元体系热化学反应机理和动力学数据,模拟并分析了HFCVD金刚石膜的C/H气相化学反应,通过对反应流的简单模拟得到了衬底位置气相组成,结果与前人实验数据吻合.探讨了灯丝温度、碳源浓度和碳源种类等因素变化对衬底位置气相组成的影响.结果表明甲基是金刚石膜生长最主要的前驱基团,其作用远高于乙炔,而超平衡态原子氢的存在对金刚石膜的质量至关重要.

采用助熔剂法生长了不同配比的激光自倍频晶体Yb:YAl₃(BO₃)₄(Yb:YAB).测量了晶体的室温吸收谱和荧光光谱,室温下仅存在一个吸收带,主吸收峰在976nm处,能与InGaAsLD有效耦合.在1.03μm处存在一个强荧光峰.测定了晶体的热膨胀系数,在平行与c轴方向的热膨胀系数较大,α₂=9.4×10^-6/K,约为a轴方向的3.5倍.在10％的Yb:YAB晶体中,以入射功率为11W,波长为977nm的光纤耦合二极管激光器泵浦得到4.3W的基频光波输出,斜效率为48％;在同样实验条件下得到了1.1w的自倍频绿光输出,总转换效率为10％.

BSO晶体首次在飞船上进行了空间晶体生长.本文对空间和地面生长的BSO晶体进行了X射线摇摆曲线、位错腐蚀和透过率的测试.实验结果表明:在微重力环境下能明显提高BSO晶体的光学质量.

LiGaO₂单晶是目前所知的GaN最为理想的衬底材料,本研究用金属有机物气相沉积法(MOCVD)在LiGaO₂(001)衬底上进行了外延生长GaN膜的试验,生长出了表面较为平整的GaN外延膜.应用原子力显微镜(AFM)、X射线粉末衍射(XRD)和高分辨X射线双晶衍射分别对衬底对外延膜和衬底材料进行了分析测试.结果表明,用MOCVD法可以在LiGaO₂(001)衬底上生长出较高质量的无掺杂GaN(0001)外延膜.但由于MOCVD法是在高温还原气氛中生长GaN外延膜的,LiGaO₂在这种气氛中不够稳定,实验发现衬底材料在生长过程中部分样品发生开裂,但没有发生相变.

测试了PMNT68/32{110}_cub切型单晶的介电、压电性能和电滞回线,发现单晶铁电性能与所施加的极化电场及单晶中PbTiO3含量的变化密切相关.研究结果表明,相结构的变化是引起铁电性能变化的主要原因,即在<110>取向施加电场诱导出来的正交相是本征亚稳的,它的稳定性不仅取决于所施加的极化电场大小,而且与单晶中PbTiO₃含量的变化密切相关.

研究了不同Eu掺杂浓度对Sr₂Al₆O₁₁基磷光体发光性能的影响.结果发现,当Eu掺杂浓度低于0.01mol时,在其发射光谱中存在403和493nm的主发射峰,对应着Sr₂Al₆O₁₁基质中Sr的两种不同位置Sr1和Sr2位.随着Eu掺杂浓度增加,由于能量传递作用,导致403nm的发射峰消失,493nm的发射峰增强.余辉衰减曲线表明,未掺杂Dy的磷光体没有余辉性能,当Eu掺杂量在0.01mol时,余辉性能最好.进一步提高Eu的掺杂量,由于浓度猝灭作用,导致发光性能下降.

在室温下,采用射频磁控溅射法在Si衬底上制备了具有高介电常数的LaAlO₃薄膜,这是一种新的栅极电介质材料.在高纯O₂中经过15min650℃的高温退火后LaAlO₃薄膜仍然不晶化,这种热稳定性有利于减小薄膜的漏电流.本工作研究了LaAlO₃薄膜的介电性能,其电容等效氧化物厚度为2.33nm,在外加偏压±1V处的漏电流很低,分别为3.73mA/cm²(+1V处)和5.32×10^-4mA/cm²(-1V处),两者相差四个数量级.此结果表明,Pt/LaAlO₃/Si结构具有良好的单向导电性能. C-V曲线的滞后电压V_H=0.09V,界面态密度的值约为8.35×10¹¹cm^-2.研究结果表明,在今后的半导体器件的甚大规模集成(ULSI)中,具有高介电常数的LaAlO₃薄膜将会是一种极有希望的栅极电介质材料.

以沉淀法制备的纳米Cr₂O₃为原料,采用氨解法在800-900℃、氮化4-8h制备了纳米氮化铬粉体.对不同氨解温度、氨解时间合成的CrN粉体用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等方法进行了表征.研究了氨解温度、氨解时间对CrN粉体性能的影响.结果表明:该方法所需设备简单,氮化温度低,反应时间短,产品纯度高.在800℃氮化8h可得到粒度为40-80nm的纯立方相CrN纳米粉体.

研究了等温热处理的共沉淀MgO(10.4mol％)-ZrO₂粉体的酸浸滤,并利用XRD和TEM表征了粉体的物相和晶粒尺寸.结果表明:在1450℃,MgO全部溶入ZrO₂晶格,相应的相是四方和立方相;在1350-750℃,只有约2.2mol％MgO溶入ZrO₂晶格,相应的相为四方相;750℃以下,溶入ZrO₂晶格的MgO反而增加,在500℃时,固溶度为7.7mol％MgO,相应的相是立方相.其余的MgO分布在ZrO₂晶粒的表面.

以SnCl₄·5H₂O为主要原料,用溶剂热技术在油酸体系中成功地合成了具有精细结构的SnO₂纳米球.X射线衍射(XRD)和选区电子衍射(SAED)结果表明,制备出的SnO₂微晶具有良好的结晶性;透射电镜(TEM)结果表明,得到的产物中含有尺寸约为50-80nm的SnO₂纳米球,放大的17EM照片进一步揭示了此纳米球含有粒度为2-6nm超细粒子的精细结构.这种结构趋向于高的比表面积,适合于气敏探测器方面的应用.

以尿素作燃料采用快速燃烧法,得到了YAG:Tb材料的前驱粉末.对前驱粉末热处理后,合成了YAG:Tb荧光材料.通过XRD、SEM和PL光谱等技术,测定了该材料的结构、形貌及发光特性.虽然制备过程中没有加入助熔剂,但该材料的化学纯度明显得到提高.YAG:Tb荧光粉的颗粒精细、分布均匀,粒径在1-2μm之间.分析了YAG:Tb和YAG:Ce,Tb的发光特性.

Ti、AI、C和TiC组成的Ti:Al:C=3:1.1:1.8(摩尔比)体系的燃烧合成实验结果表明,当在体系中未加入TiC时,得到的主要是TiC,但加入TiC后燃烧合成产物主要是Ti₃AlC₂,且Ti₃AlC₂量随TiC加入量的增加而增加,随燃烧反应体系温度的降低而增加;加入晶种Ti₃AlC₂有利于合成Ti₃AlC₂相物质.