以硅铝系固体废弃物为原料合成Sialon环境材料, 不仅为固体废弃物的深度利用提供了一条新的思路, 而且为Sialon材料的廉价合成提供了一条新的绿色工艺. 简单介绍了冶金?高炉钙硅铝(钛)废渣、大宗能源系富含硅铝矸石尾矿、电厂铝硅铁灰渣、高硅多杂江河淤泥沙、稀土及贵金属伴生硅酸盐选矿后尾矿等硅铝系固体废弃物的概况, 详细阐述了硅铝系固体废弃物合成Sialon材料的国内外发展现状, 并对其发展前景进行了展望.

以正硅酸乙酯为原料, 采用水解法, 对100 nm亲水及20 nm亲油的NaYF₄:Yb³⁺、Er³⁺上转换发光纳米颗粒进行了表面修饰, 制备出了NaYF₄: Yb³⁺、Er³⁺ / SiO₂核壳结构. 研究了反应时间、反应前驱体浓度等工艺条件对包覆效果的影响. 结果表明, 经过二氧化硅包覆后的亲水及亲油大、小颗粒都可以均匀地分散在亲水溶剂中. 在室温下, 分别对SiO₂壳层包覆前后的NaYF₄: Yb³⁺、Er³⁺纳米颗粒的上转换发光光谱进行对比研究, 发现两种粒子都能在980 nm激光激发下, 产生550 nm的绿光及670 nm的红光, 且包覆后纳米颗粒的发光位置及整体发光强度与包覆前相比没有受到影响.

以层状镁铝水滑石[Mg _0.66 Al _0.34 (OH) ₂] (CO₃) _0.17·0.67H₂O为主体, 通过离子交换法, 分别将乙基橙(EO^-)和4-氨基偶氮苯基-4-磺酸阴离子(4A^-)插入到层状镁铝水滑石层间和吸附在镁铝水滑石表面. 插层产物及表面吸附产物分别采用XRD、IR、TG-DTA等测试技术进行结构表征, 采用UV-Vis吸收光谱和荧光光谱研究其光谱特征. 并用G03w软件包中ab initio 分子轨道法(HF/6-31G)计算了客体分子结构和电荷分布, 认为客体阴离子以单层形式垂直排布于层板之间. 结果表明, 客体进入层间后, 由于客体与主体的相互作用, 在限域空间内客体微环境的改变造成荧光发射强度发生改变, 与纯客体相比EO插层产物的荧光强度提高, 而4A插层产物的荧光发射强度却大大减弱, EO与4A的吸附产物荧光发射强度均降低, 说明通过主体与客体或客体与客体的相互作用可以改变客体的光物理性质.

以纳米TiO₂为载体, 偏钨酸铵为钨源, 经机械球磨后制备成WC/TiO₂前驱体, 将前驱体在900℃, 甲烷/氢气气氛下碳化还原, 获得了系列WC/TiO₂纳米复合材料. 采用XRD、SEM、HRTEM、STEM-Z衬度像、EDS-Mapping方法对样品的晶相、微观结构、化学成份及空间分布进行了系统表征; 采用三电极体系粉末微电极方法测试了样品在碱性溶液中的电化学催化活性, 结果表明: 随着碳化还原时间的延长, 样品中钨的物相由WO₃→WO₂→ W→W₂C、WC发生变化; 碳化钨晶粒在20 nm以下且分布于载体TiO₂表面; 还原碳化6h样品电化学性能最佳, 此时活性相以WC和W₂C为主, 晶粒最细且均匀分布于稳定的金红石载体表面.

采用声电化学阳极氧化法, 以H₃PO₄/NaF水溶液为电解液, 在20V直流电压下氧化钛箔制得TiO₂纳米管阵列, 其管径约为100nm, 壁厚15~20nm, 管长随氧化时间的增长先增加后减小. 所制TiO₂纳米管阵列电极在空气中经500℃煅烧后, 以高压汞灯为光源, 测得其光电压和平均光电流密度随制备样品的氧化时间的增长而减小, 且光电压降低程度要小于平均光电流密度降低的程度. 通过伏安曲线和Mott-Schottky图分析还可知, 所制样品的电荷转移能力和电荷载流子密度随阳极氧化时间的增长而减小. 这是由于以H₃PO₄/NaF水溶液为电解液, 超声场长时间加速传质过程的同时会引起管状结构的断裂和部分脱落, 从而使得电荷转移阻力增大而影响了光生电荷的传输.

基于射频磁控溅射法在柔性聚酯薄膜(PET)基片上制备FeCoB-SiO₂薄膜. 研究发现在PET基片上沉积的FeCoB-SiO₂薄膜呈非晶态, 其电阻率高达1755.73 μΩ·cm, 饱和磁化强度为0.7 T. 由于非磁性相对畴壁位移的阻力作用, 使得FeCoB-SiO₂非晶膜的矫顽力远大于一般磁性金属非晶薄膜, 其矫顽力达13130.205 A/m. 使用同轴传输法的微波参数测量结果表明在3.8和5 GHz处出现了双共振峰, 使得在500MHz~12GHz范围内μ'>2.5, μ''在3.6~8 GHz, 其值超过6, 在较宽的频带范围内有着良好的微波电磁特性.

采用溶胶-凝胶方法制备了xCoAl_0.2Fe_1.8O₄+(1-x)BaTiO₃纳米磁电复合材料. XRD图谱分析表明烧结后的样品是复合的钙钛矿(BaTiO₃)和尖晶石(CoAl_0.2Fe_1.8O₄)结构, SEM图像显示复合材料颗粒大小均匀. 用磁滞回线研究了材料的磁性能, 并通过Koops双层异质结构模型解释了复合材料的介电频散现象. 测量结果表明: 0.20CoAl_0.2Fe_1.8O₄+ 0.80BaTiO₃的样品在偏置磁场为1.35×10⁵A/m 时表现出最大的磁电电压系数1.075×10^-2 V/A.

通过添加异丙醇利用水热溶剂热法合成了(K, Na)NbO₃无铅压电陶瓷粉体. 研究了矿化剂浓度、反应物浓度对产物晶相、粒径大小、形貌以及化学组成等的影响. 利用X射线衍射仪、傅立叶变换红外吸收光谱以及扫描电子显微镜对所得粉体进行了表征. 随后, 利用合成的(K, Na)NbO₃无铅压电陶瓷粉体, 按照传统固相烧结工艺烧制压电陶瓷, 并研究了其压电性能. 实验结果表明: 通过添加异丙醇有机溶剂, 可以在矿化剂浓度为2mol/L的条件下合成出纯钙钛矿结构的(K, Na)NbO₃粉体. 随着反应溶液中K离子含量的增加, 产物中离子K的含量也在增加.组成为K_0.22Na_0.78NbO₃样品的压电常数d₃₃高达120 pC/N, 与传统固相合成法获得的(K_0.5, Na_0.5)NbO₃常压烧结得到的陶瓷性能相当. 由此可预见利用水热溶剂热法合成的(K_0.5, Na_0.5)NbO₃粉体烧结的陶瓷可获得更高的电学性能.

采用传统陶瓷烧结工艺制备了(K_0.5Na_0.5)_0.94-2xLi_0.06Sr_xNb_0.98Sb_0.02O₃无铅压电陶瓷, 研究了陶瓷的结构、烧结特性及电性能特征. 研究结果表明: 制备的KNLSN-Sr_x陶瓷为单一的具有四方相的钙钛矿结构, SEM照片中可以看出材料的平均晶粒尺寸随着Sr掺入量的增加逐渐变大, 陶瓷的烧结温度随Sr掺入量的增加而升高, Li, Sr和Sb掺杂(K_0.5Na_0.5)NbO₃后, 材料的压电系数d₃₃、平面机电耦合系数kp得到提高, 同时介电损耗tanδ和机械品质因子Q_m降低, Sr掺入量在2mol%时各项性能最佳(d₃₃=130pC/N, k_p=34.5%, tanδ=4.2%).

采用固相法(成型压力~12MPa)获得了Nb改性的Bi₄Ti₃O₁₂(BIT+xmol%Nb2O5)层状压电陶瓷. 研究发现随着Nb₂O₅含量的增加, a-b面取向的晶粒逐渐增多, 晶粒尺寸愈细化与均匀. Nb₂O₅的引入明显降低了BIT系列陶瓷的导电率和介电损耗, 提高了陶瓷的相对密度﹑压电与机电性能. 适量Nb₂O₅(x=4.00)掺杂时, 陶瓷的电导率(~10?13S/cm)比纯BIT的降低了2个数量级, 且该陶瓷的相对密度r=98.7%, tanδ=0.23%, d₃₃=18pC/N, Q_m=2804, k_p=8.1%, k_t=18.6%, N_p=2227Hz·m, N_t=2025Hz·m. BIT+xmol%Nb₂O₅ (x=4.00)陶瓷在600℃经退极化处理后, 其d₃₃基本保持不变(~17pC/N), 表明该材料在高温器件领域具有良好的应用前景.

在乙醇-水溶液体系中, 在无模板剂的情况下, 水热合成由纳米棒自组装成的独特海胆状薄水铝石(AlOOH)超结构. 采用XRD、SEM、TEM和SAED对其物相结构和形貌进行了分析, 讨论了铝盐前驱体、醇水比例和反应温度对产物形貌的影响. 研究结果表明: 当铝盐前驱体为AlCl₃·6H₂O, 醇水体积比为1:2, 反应温度为200℃时, 得到形貌规则、分散均匀的三维海胆状薄水铝石超结构, 该海胆状超结构是由直径60~80nm的纳米棒自组装而成, 海胆球直径为6~10μm, 选区电子衍射表明该海胆状薄水铝石的多晶本质. 在薄水铝石海胆状超结构的形成过程中, 定向附着机制起到关键性作用.

为了降低Fe@Ag复合粒子的电阻率, 研究了低温热处理对其微观形貌、电阻率、磁性能及复合粒子作为屏蔽填料制备的电磁屏蔽橡胶的屏蔽效能(SE)的影响. 结果表明: 随热处理温度的升高, 在140℃获得的Fe@Ag复合粒子的银壳层最致密, 电阻率最低, 饱和磁化强度基本保持不变; 以其作为屏蔽填料制备的电磁屏蔽橡胶的SE在 -28~-53 dB, 比未处理时提高了-10 dB~-15 dB. 同时以界面润湿理论和晶体生长理论合理解释了复合粒子壳层形貌演变规律与屏蔽效能提高的原因. 为制备具有高导电导磁的屏蔽填料提供了一种简单方便的处理方法.

采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)在凝胶体系中研究了不同结构氨羧钾对草酸钙(CaOxa)结晶的影响, 这些氨羧钾包括氨基乙酸钾(KGLY)、乙二醇二乙醚二胺四乙酸二钾(K₂EGTA)、氨基三乙酸二钾(K₂NTA)、二乙三胺五乙酸二钾(K₂DTPA)、乙二胺四乙酸二钾(K₂EDTA)和环已二胺四乙酸二钾(K₂CDTA). 这些物质均能诱导二水草酸钙(COD)形成, 抑制一水草酸钙(COM)聚集和减小COM的比表面积, 其诱导COD能力依次为: K₂DTPA (55wt%) > K₂EDTA≈K₂CDTA (50wt%) > K₂NTA (43wt%) >> K₂EGTA (4wt%) > KGLY (2wt%), 抑制COM聚集的能力依次为: K₂DTPA > K₂NTA > K₂CDTA≈K₂EDTA > K₂EGTA > KGLY. 从氨羧盐的分子结构、羧基的相对含量、羧基的空间位置、与钙离子的配位能力及其配位方式等角度讨论了其抑制COM聚集和诱导COD形成的化学基础. 结果表明K₂NTA和K₂DTPA有可能成为防止草酸钙结石形成的潜在药物.

采用激光偏振干涉手段实时测量了KDP晶体(100)面的生长速度与过饱和度之间的关系, 用AFM技术观察了KDP晶体(100)面在不同过饱和度下的基本台阶和聚并台阶形貌, 并据此分析了由基本台阶到聚并台阶的过程及其与过饱和度之间的关系. 研究表明: 过饱和度为1.8%时, (100)面上以基本台阶为主, 基本台阶的高度为0.366 nm, 约为半晶胞高度; 增大过饱和度, 基本台阶开始聚并, 聚并初期, 台阶高度增加, 进而台阶宽度增加; 随着过饱和度的增大, 台阶聚并加剧, 推移速度加快, 但聚并台阶的斜率基本不变.

对新型中红外非线性光学材料CdGeAs₂的多晶合成和单晶生长进行了研究. 以高纯(99.9999%)As、Ge、Cd为原料, 按照CdGeAs₂化学计量比并适当富Cd、As配料, 采用机械振荡与熔体温度振荡相结合的方法合成出CdGeAs₂多晶材料, 使用改进的坩埚下降法生长出直径15mm×45mm、外观完整无开裂的CdGeAs₂单晶体. XRD全谱拟合精修、红外傅里叶分光光度计测试分析表明: 合成的CdGeAs₂晶体具有单相四方黄铜矿结构, 晶格常数为a=b=0.5946nm, c=1.1217nm; 生长出的CdGeAs₂单晶体结构完整, 结晶性好, 晶体的易解理面为(101)面, 红外透明范围589~4250cm^-1, 拟合计算出CdGeAs₂晶体的禁带宽度为0.67eV.

针对C/SiC低温氧化易失效的不足, 研究了CVI B-C基体改性2D C/SiC在700℃湿氧中100MPa下加载至60h的氧化行为, 利用SEM和TEM观察了改性材料不同服役时间的微结构特征, 揭示了演变规律. 研究表明, CVI B-C基体改性使C/SiC低温抗氧化能力显著提升. 基体裂纹及其在应力加载下的开裂均为氧化气体提供进入通道,而后可被B-C氧化产物B₂O₃封填, 抑制内部C消耗. CVI B-C与其氧化产物一同参与缺陷愈合. 在60h内, B-C改性层愈合能力尚未完全发挥, 可服役更长时间.

用UMT-2M摩擦试验机, 测试了升温和降温(22~600℃)条件下, 在Si3N4陶瓷球/GH126镍基高温合金盘间添加高铼酸铅粉末前后的摩擦系数. 利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对磨屑成分和磨痕形貌进行了分析,并用UMT附带装置测量了磨痕表面与金属球间的接触电阻. 结果表明: 升/降温条件下高铼酸铅都具有良好的减摩作用, 摩擦系数较未加润滑剂的试验明显降低. 这是由于在摩擦表面形成了完整的减摩膜. 尤其是600℃时高铼酸铅熔化, 形成易于流动的熔融态减摩膜, 使摩擦系数达最低值, 且良好的减磨作用可以一直持续到22℃.

研究了包埋共渗温度和渗剂中Al含量对Nb-Ti-Si基超高温合金表面Si-Al-Y共渗层显微组织的影响. 采用组成为10Si-10Al-3Y-5NaF-72Al₂O₃ (wt%)的渗剂, 分别在1050、1080和1150℃保温10h所制备的渗层具有相似的结构, 由(Nb,X)Si₂(X代表Ti, Cr和Hf)外层、(Nb,X)₅Si₃中间层、(Cr,Al)₂(Nb,X)和(Nb,X)Al₃相构成的次内层及(Nb,X)₂Al内层组成. 在1050℃/10h所制备渗层的外层和中间层的组成相随渗剂中Al含量增加而变化, 但次内层和内层的组成相不改变. 当渗剂中Al含量为15wt%时, 渗层外层仍为(Nb,X)Si₂, 但中间层却由(Nb,X)Al₃和(Nb,X)₅Si₃两相组成; 当渗剂中Al含量为20wt%时, 渗层外层转变为由(Nb,X)Si₂和(Nb,X)₃Si₅Al₂两相组成. 对1050℃/10h所制备的渗层(采用Al含量为15wt%的渗剂)进行1250℃/0.5h氧化, 氧化膜厚度约为10μm, 主要由Al₂O₃、TiO₂和SiO₂组成.

利用数字图像处理与有限元网格生成相结合的方法, 生成了与等离子喷涂氧化锆涂层真实显微组织结构相一致的有限元模型. 综合有限元方法与傅立叶热传导方程, 计算了包含孔洞、裂纹等缺陷在内的氧化锆涂层的热导率. 采用激光脉冲法测试并计算了氧化锆涂层的表观热导率. 对比有限元计算结果与实验结果之间的差异, 分析了氧化锆涂层中缺陷与界面对热导率的影响. 研究表明: 在等离子喷涂氧化锆涂层中, 界面对热导率降低的贡献与孔洞、裂纹等缺陷的贡献相当.

采用CTMAB/正丁醇/正庚烷/水四元反相胶束介质体系中直接沉淀法制备纳米CdS. 采用不同ω([H₂O]/[表面活性剂])条件制备的CdS光催化活性有所不同, 当ω值为25时, 所制备的纳米CdS光催化活性最高. 利用X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)对CdS的晶型、尺寸进行表征, 结果显示, 反相胶束法制备的CdS为立方闪锌矿型, ω值为25条件下制备的CdS平均粒径为9nm, 且分散均匀. 采用循环伏安法(CV)和电化学交流阻抗法(EIS)研究了纳米CdS的电化学行为, 表明反相胶束法水量条件直接影响所制备的CdS粒径大小及电化学性质. 在可见光照射下(λ≥420nm), 光催化降解孔雀绿(Malachite Green, MG)为探针反应, 探讨了不同反相胶束体系的制备条件对CdS光催化活性的影响, 通过紫外-可见光谱(UV-Vis)和总有机碳仪(TOC)对光催化降解MG跟踪测定, 表明可见光照射下以水量25制备的CdS中性条件下在70min内可以使MG褪色完全, 反应30h后MG的矿化率达50%以上. 同时跟踪测定了降解过程中H₂O₂ 和羟基自由基(OH) 的变化, 表明CdS光催化机理涉及到OH历程. 

利用光刻自组装技术在玻璃基板上成功制备出图案化的BiFeO₃薄膜. AFM和接触角测试表明, 紫外光照射引起十八烷基三氯硅烷(OTS)单层膜改性, 形成憎水的自组装单分子(SAM)区域和亲水的硅烷醇区域; XRD和XPS结果显示, OTS单层膜和紫外照射处理的玻璃基板表面诱导吸附的薄膜为纯相六方扭曲钙钛矿结构的BiFeO₃薄膜; SEM和EDS表明, SAM区域沉积的BiFeO₃薄膜不连续, 在超声波震荡下容易脱落, 而硅烷醇区域沉积的BiFeO₃薄膜致密均一, 与基底结合牢固, 边缘轮廓清晰.