系统分析了热喷涂技术的发展历程与最新动态, 提出了“三阶段演化规律”(热能的较量、动能的较量、创新理念的较量), 并就工艺特性与潜在应用两方面较详细地探讨了几种新颖的喷涂工艺: 低压等离子喷涂-薄涂层技术(LPPS-TF)、冷喷涂(CS)和液料等离子喷涂(SPS/SPPS). 结合国内外热喷涂产业发展现状, 尝试提出了几点亟待国内热喷涂界同仁共同努力的方向, 最后展望了热喷涂工艺与产业的未来发展.

采用化学气相反应法在C/C复合材料表面制备了SiC涂层, 利用X射线衍射仪、扫描电镜及能谱等分析手段研究了涂层的形貌和结构, 并采用三点弯曲试验研究了材料的力学性能, 讨论了SiC涂层及制备工艺对复合材料断裂行为的影响. 结果表明: 涂层后材料的弯曲强度和最大断裂位移明显增大. 未涂层C/C复合材料的平均弯曲强度为172.4MPa, 而涂层后C/C复合材料的平均弯曲强度为239.8MPa, 弯曲强度提高了39.1%. 涂层试样强度的提高主要与制备过程中部分蒸气扩散渗透反应引起的界面强化及SiC颗粒的增强作用有关. 此外, 涂层后材料的断裂模式未发生明显转变, 断裂过程中试样表现出一定的假塑性和韧性断裂特征.

采用等离子喷涂技术制备了5wt% CNTs/Al₂O₃-TiO₂复合涂层, 借助SEM、热红联仪和RAM反射率测试系统对CNTs/ Al₂O₃-TiO₂复合涂层的组织结构、高温氧化性能、电磁特性进行了分析. 结果表明:CNTs/Al₂O₃-TiO₂复合涂层的组织结构致密、孔隙率低, CNTs分散均匀, 碳纳米管与Al₂O₃-TiO₂陶瓷粘结剂之间具有良好的界面相容性. 在20~700℃高温氧化过程中, CNTs起始失重温度为471.29℃, CNTs/Al₂O₃-TiO₂复合涂层的高温氧化性能有一定提高, 起始失重温度从471.29℃提高到507.8℃, 而碳纳米管的失重率从100%下降到33.68%. CNTs/Al₂O₃-TiO₂复合涂层具有较好的高温吸波性能, 25℃时复合涂层的反射率峰值为-7.86dB. 随温度的升高, CNTs/Al₂O₃-TiO₂复合涂层的反射率峰值不断减小, 谐振频率向低频移动, 300℃时复合涂层的反射率峰值为-12.88dB, 小于-5dB频带宽为4.48GHz.

研究了水基流延成型和热压烧结制备的ZrB₂和ZrB₂-20vol%SiC(ZS20)材料的微观结构和抗热震性能. 在ZS20材料中分别观察到了Zr-B-C和Zr-B-W固溶相,而在ZrB₂材料中并未发现有固溶相.固溶相的形成使得晶格参数减小, 因此ZS20材料中ZrB₂的衍射峰向高角度偏移.采用淬火法测得ZrB₂和ZS20材料的临界热震温度分别为298℃和306℃,并将实验值与理论计算值进行比较. ZrB₂基体与SiC第二相及固溶相之间由于热膨胀系数的差异而在材料内部引入应力,因而ZS20材料抗热震性能的实验值低于理论计算值.

在氮气气氛下、保温10min、948~1098K利用活性金属铸接方法制备铝/氮化铝陶瓷基板, 用力学试验机、扫描电子显微镜、高温金相光学显微镜和原子力显微镜对铝/氮化铝陶瓷的结合强度和机理进行研究. 结合温度低于973K时, 铝和氮化铝陶瓷之间的剥离强度随结合温度升高线性增大, 当结合温度超过973K时, 结合温度对强度影响很小, 铝和氮化铝陶瓷之间的结合强度约为49N/mm, 铝和氮化铝陶瓷之间的结合为物理湿润和化学反应湿润共同作用.

以无水乙醇作为分散介质,采用注浆成型工艺和真空烧结技术制备了光学质量良好的YAG透明陶瓷.双面抛光、厚度为3mm的YAG透明陶瓷样品(烧结温度1800℃)在可见光范围内的直线透过率为79%左右,在近红外波段的透过率为80%左右,接近理论透过率84%. 样品的平均晶粒尺寸约为30μm,晶界处和晶粒内部均无杂质和第二相存在, 也几乎没有气孔的残留.采用无水乙醇做分散剂进行注浆成型是一种很有发展潜力的透明陶瓷成型方法.

采用反应脉冲激光沉积方法(PLD)分别在n-Si(100)和Pt/Ti/SiO₂/Si(111)衬底上生长了Ni-Al-O栅介质薄膜,将样品在不同温度下进行快速退火处理. 通过XRD和AFM对其结构和表面形貌进行了表征,利用LCR表和Keithley表对其介电性能和漏电流进行了研究.结果表明, 样品经过750  ℃退火后仍然保持非晶状态,且样品的表面平整, 均方根粗糙度小于0.5nm. 在1 MHz测试频率下, 由Pt/Ni-Al-O/Pt电容器测得的介电常数为9.9.MOS电容器的电学测试显示, 700 ^oC ℃以上退火的样品有较高的电容值,较低的漏电流密度. 研究表明,Ni-Al-O薄膜将会是一种很有潜力的新型高k栅介质材料.

超声波作用下, 采用热壁物理气相沉积法在相对较低温度下(<90℃)成功制备了(00l)取向多晶碘化汞膜, 分析了超声工艺对(00l)取向多晶碘化汞膜质量的影响. 采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪(Raman)对(00l)取向多晶碘化汞膜进行了表征. 结果表明, 超声波作用下, 相对较低的生长温度能够获得高质量(00l)取向多晶碘化汞膜, 同时超声波工艺不仅能够明显改善多晶碘化汞厚膜的质量而且能提高生长速率.

为了研究碳包覆对LiFePO₄结构的影响,以柠檬酸为碳源, 采用机械活化-高温固相法, 合成了不同碳包覆量的LiFePO₄/C复合正极材料. 通过XRD、SEM、BET、HRTEM、选区电子衍射(SAED)、交流阻抗谱(ACI)和恒电流充放电等现代分析方法, 全面研究了碳包覆量不同时,LiFePO₄/C复合正极材料的结构、形貌和电化学性能, 并对C包覆对结构影响的成因进行了分析.结果表明, 柠檬酸高温分解后生成无定形碳非晶物质,在LiFePO₄颗粒表面包覆形成一种网络结构,抑制了颗粒的生长; C包覆影响了晶体的生长方向和微观结构,LiFePO₄/C的优势生长为方向; 交流阻抗分析表明包覆后锂离子扩散系数比未改性的LiFePO₄提高了两个数量级,且各项阻抗值均降低, 从而提高了材料的离子及电子电导性、放电性能和循环性能. "

采用静电纺丝技术制备 了 Eu³⁺掺杂的LaPO₄微纳米纤维. 通过扫描电镜(SEM), X射线衍射(XRD), 热重-差热(TG-DTA)及荧光光谱(PL)对所得样品进行了表征. 样品焙烧800℃后的XRD图谱与单斜LaPO₄的标准卡片JCPDS-35-0731基本吻合; 在波长为409 nm的紫外光激发下, 发射光谱由Eu³⁺的 ⁵ D ₀ - ⁷ F _J (J = 1, 2, 3, 4)特征发射组成, ⁵ D₀- ⁷ F ₂ (在618 nm处)跃迁最强, 表现为Eu³⁺的红色特征发射; LaPO₄: Eu³⁺微纳米纤维中Eu³⁺的最佳掺杂浓度为5 mol%. Eu³⁺的光致发光衰减曲线符合单指数行为, 其寿命(τ)为3.7ms.

以柠檬酸为络合剂, 采用络合溶胶-凝胶法合成CuAlO₂微晶. 通过TG-DTA、XRD、TEM等手段对凝胶的热分解机制、CuAlO₂微晶的形成过程、微晶的物相结构、微观形貌、粒度大小等进行了研究. 结果表明: 以硝酸铜、异丙醇铝和乙二醇为反应原料, 加入柠檬酸作为络合剂, 可以与金属离子形成络合物, 从而降低了合成CuAlO₂微晶的温度, 在1050℃煅烧即可得到颗粒细小、组分均匀、铜铁矿型CuAlO₂微晶, 晶体粒径为150nm左右. 利用紫外-可见光谱分析, CuAlO₂微晶的光学带隙约为3.75~4.05eV.络合溶胶-凝胶法制备 CuAlO₂ 微晶及其光学性能研究

采用脉冲激光沉积法制备了CuAlO₂薄膜. 在沉积激光能量100~180mJ范围内原位沉积的薄膜并在N₂气氛下900℃异位退火1h处理后, 所有薄膜均为高度 c 轴取向的单相CuAlO₂薄膜, 晶粒尺寸~49nm. 随着沉积激光能量的增大, 薄膜厚度增加, 表面颗粒尺寸明显增大, 在可见光区的平均透射率下降. 室温光致发光谱发现, CuAlO₂薄膜在350nm附近有一个自由激子复合发光峰, 说明在CuAlO₂宽带隙半导体中存在直接带间跃迁, 这对于该材料在光电子领域如发光二极管的应用具有重要意义.

以金属硝酸盐为氧化剂、柠檬酸为还原剂, 用低温燃烧法合成了纳米尖晶石CoCr_{2- x}Al _xO₄(x=0、0.05、0.1、0.2、0.3和0.5). 用XRD、TEM、IR、紫外可见分光光度计和分光色差仪等手段表征了样品结构、形貌、红外、紫外可见吸收特性和颜色参数. 结果表明, 在800℃时即可合成单相、形貌规整的15~30 nm的CoCr_{2- x}Al _xO₄. 确定了IR曲线在520和630 cm ^{- 1} 的吸收峰对应于八面体基团[CrO₆]/[AlO₆]的特征振动, 410~450 cm ^{- 1} 的吸收峰为四面体基团[CoO₄]和八面体基团的复合振动. 由于Co²⁺的 ⁴ A₂(F)→⁴T₁(P)和Cr³⁺的 ⁴ A_2g→⁴T_2g跃迁, 紫外可见曲线在570、610和660 nm左右有较强的吸收. x=0.2时, 样品颜色性能最佳, 呈鲜艳的蓝绿色.

利用溶胶-凝胶方法制备了1 wt% Bi₂S₃纳米晶掺杂钠硼硅玻璃. 利用X射线粉末衍射仪(XRD), X射线光电子能谱(XPS), 透射电子显微镜(TEM), X射线能量色散谱(EDX), 扫描模式透射电子显微镜(STEM)以及高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对Bi₂S₃纳米晶在钠硼硅玻璃中的形貌和微结构进行了表征, 同时, 利用飞秒 Z 扫描技术在波长为770 nm对该玻璃的三阶非线性光学性能进行了分析测试. 结果表明, 尺寸为10~30 nm的Bi₂S₃正交晶系纳米晶在钠硼硅玻璃中形成, 该玻璃的三阶非线性光学折射率 γ 、三阶非线性吸收率 β 和三阶非线性极化率 χ ⁽³⁾ 分别为5.90×10 ^{- 16} m²/W、7.35×10 ^{- 9} m/W 和4.55×10 ^{- 18} m²/V².其中, 该玻璃的三阶非线性极化率值比未经掺杂的钠硼硅玻璃(χ⁽³⁾=1.09×10 ^{- 22} m²/V²)高出4个数量级, 这表明, 随着Bi₂S₃纳米晶的引入, 该玻璃的三阶非线性光学性能将得到显著的提高.

采用电化学诱导溶胶-凝胶法在导电玻璃片上制备了具有三阶非线性光学特性的碲基复合薄膜材料. 采用SEM( 扫描电镜)和EDX ( X 光电子能谱)对薄膜的表面形貌和组成进行表征; 应用分光光度计得到薄膜的透射光谱、反射光谱、吸收光谱, 并结合脉冲激光器和 Z 扫描方法测量薄膜的三阶非线性光学特性. 实验结果表明制备的薄膜呈网状结构, 表面组分主要包括Si、Te、O元素; 薄膜在波长为1064nm处呈现负的非线性折射效应和饱和吸收的性质, 其非线性折射系数和非线性吸收系数分别为-4.18×10 ^{- 13} m²/W和-1.6×10 ^{- 6} m/W, 表明了碲基复合薄膜有较强的非线性光学效应, 得到三阶极化率为1.13×10 ^{- 14} (m/V)², 表明复合薄膜具有优良的三阶非线性光学性能.

介绍了一种基于光敏特性陶瓷浆料的浆料直写无模三维成型技术制备的线条直径为270 μm微米的TiO₂木堆结构光降解器件. 我们对光敏浆料的配制方法、浆料直写无模成型的工艺原理进行了研究; 利用TEM和 XRD表征光敏浆料中TiO₂粉体的形貌和物相; 对器件的光降解性能进行了分析与测试; 利用光学显微镜和SEM对成型后的样品结构、尺寸及表面微观形貌进行了分析, 并基于此分析给出了这种器件高催化效率的原因 . 实验结果显示, 该器件具有完整的三维木堆结构, 表面粗糙多孔, 极大地增加了光催化的作用面积, 从而使其具有较高的光降解效率. 在紫外光照射10分钟 min后, 初始浓度为4mg/L的亚甲基蓝溶液降解率达到76%, 紫外光照射20min后, 亚甲基蓝溶液降解率可达91%.

以钛酸四异丙酯为前驱体,通过聚合溶胶路线制备出平均尺寸约1.2 nm的TiO₂溶胶.采用浸浆法, 经过一次涂膜,在平均孔径约为3nm的片状 g -Al₂O₃/ a -Al₂O₃支撑体上制备出完整无缺陷的TiO₂纳滤膜.详细考察了煅烧温度对非担载膜(TiO₂粉末)和TiO₂纳滤膜性能的影响.在350℃的煅烧温度下制备出孔径约为1.5nm的TiO₂纳滤膜,该膜对PEG的截留分子量为890,纯水渗透通量为5.3 L/(m² ? h)(8×10⁵Pa,20℃); 并详细考察了该膜对NaCl、CaCl₂、Na₂SO₄、MgCl₂和Ni(NO₃)₂5种溶液的截留性能.结果表明, 在pH＝4,压力5×10⁵Pa的条件下,Ti-350膜对0.025 mol/L CaCl₂和MgCl₂溶液的离子截留率分别达到96.5%和92.8 %.

采用浸渍法制备了具有高比表面积的氧化铝负载的Pd-ZrO₂复合物催化剂( Pd-ZrO₂/Al₂O₃ ),利用BET、XRD、TEM等手段研究了该复合物催化剂的物理特性, 并重点研究了该复合物催化剂对以C₃H₆为还原剂选择性催化还原 (SCR) NO的催化反应活性, 分别讨论了反应温度、组分、焙烧温度、原料气组分、空速等因素对该催化反应的影响. 结果发现, 少量的Pd纳米粒子均匀分散于载体氧化铝上, 添加适量ZrO₂后, 所制备的低负载量的Pd(1 wt％)-ZrO₂(2wt％)/Al₂O₃复合物催化剂具有较高的NO选择性催化还原反应活性, 在240～250℃可使NO的转化率达到50%～70%. 其活性提高的机制在于适量ZrO₂的添加增强了反应物中NO和C₃H₆在催化剂表面的吸附, 同时与Pd催化剂形成一种协同催化的作用.

在乙二醇体系中, 以MnCl₂?4H₂O和NaAc为主要原料溶剂热制备锰氧前驱物. 该前驱物经600℃煅烧5h得到球形Mn₂O₃晶体. 利用X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)等手段对产物进行了表征, 对其形成机理进行了初步的分析, 并对其光催化性能进行了初步探讨. 实验结果表明, 产物为球形Mn₂O₃晶体, 其平均直径约为7μm, 且由多层纳米片组成, 而纳米片则是由细小的纳米颗粒构成. 产物Mn₂O₃晶体的特殊形貌结构对光催化H₂O₂氧化分解亚甲基蓝有较好的催化性能.

MnSO₄与NaClO溶液常压回流反应制备纳米尺寸的拉锰矿, 采用X射线衍射、扫描电镜和比表面仪等表征产物的晶体结构、微观形貌和比表面积等物理化学性质, 探讨了反应温度、时间和盐酸添加量等对产物晶体结构、微观形貌和收率的影响. 结果表明, 60℃回流反应12 h产物为纳米颗粒, 并出现团聚现象, 温度升高, 颗粒粒径增大; 反应体系中添加盐酸, 颗粒粒径变小, 团聚体减少; 在100℃反应体系中添加盐酸, 首先形成粒状纳米拉锰矿, 在酸性环境中经溶解再沉淀反应转化为针状, 添加盐酸其针状形态的均一性增强, 且团聚结块趋势减弱. 低温加酸有利于形成高比表面积的拉锰矿, 可达66.32 m²/g. 产物收率随温度升高和盐酸添加量增大表现出先增加后减少的趋势, 最佳收率为97.5%.

研究了CrO₃、Nb₂O₅、SiO₂及Al₂O₃对 Y₂Ti₂O₇ 陶瓷的烧结性能、相组成和微波介电性能的影响. 其中Nb₂O₅ 掺杂能够降低 Y₂Ti₂O₇ 陶瓷材料的烧结温度, 提高基体陶瓷的介电常数和品质因子,引起谐振频率温度系数的明显变化. 且随着Nb₂O₅含量的增多,所有样品的主晶相仍为立方烧绿石型Y₂Ti₂O₇,Nb⁵⁺可能进入烧绿石结构中, 部分取代Ti⁴⁺所在位置.实验结果表明：1mol%Nb₂O₅掺杂的陶瓷材料在 1420℃ 下烧结致密,具有最佳的微波介电性能: ε _r =61.8, Q× f =9096GHz (f=5.494GHz), τ_f =54×10 ^{- 6} /℃.

使用低温水热法在Si衬底上生长ZnO纳米棒阵列. 通过X射线衍射和扫描电子显微镜对ZnO纳米棒的结晶性和形貌进行观测. 结果表明, 六棱柱形ZnO纳米棒沿 c 轴方向的阵列性良好, 且均匀致密的生长在衬底上. 室温光致发光谱表明应用低温水热法可以得到光学性质良好的ZnO纳米棒阵列. 使用同步辐射对ZnO纳米棒阵列的氧K带边进行X射线吸收近带边谱测量, 研究了不同半径ZnO纳米棒阵列的局部电子结构及其半径对电子结构的影响. 另外, 对ZnO纳米棒及ZnO薄膜的局部电子结构进行了对比研究.