TiO₂ 光催化复合分离膜是近几年出现的一种集光催化和膜分离作用于一体的新型多功能复合膜, 多用于水处理中. 将光催化剂 TiO₂ 负载于膜表面或者内嵌于膜中, 制备成光催化复合分离膜, 不仅解决了 TiO₂ 的回收问题, 且能在一定程度上缓解或者消除膜污染问题; 在发挥光催化和膜分离作用的同时, 还能产生一系列的协同作用, 以加强污染物的处理效果. 本文综述了光催化复合分离膜的作用机理和类型, 重点评述了目前复合膜的制备方法, 并对其性质及应用做一总结, 最后针对复合膜目前存在的问题对其今后的发展方向提出展望.

主族金属离子将成为继过渡金属离子、稀土离子后的第三类激活离子, 是激光材料领域发展的新方向. 本文总结了近年来国内外关于主族金属离子掺杂材料的研究进展, 主要包括主族离子在玻璃、光纤和单晶等各种基质中的近红外宽带发光特性、发光机理的理论解释以及激光输出性能等等. 对主族金属离子激光材料的研究方向和应用前景进行了展望, 指出在主族金属离子掺杂单晶体材料中获得近红外激光输出将具有重要意义.

采用快速法生长了掺杂不同Cr³⁺浓度的KDP晶体, 测试了KDP晶体(100)面在不同Cr³⁺掺杂浓度下的生长速度及死区,表征了Cr³⁺掺杂的KDP晶体的Cr³⁺元素分布、透过光谱、散射颗粒分布和光损伤阈值. 实验表明Cr³⁺易吸附在晶体(100)面, 从而增大了(100)生长死区, 并降低了(100)面生长速度. Cr³⁺使快速生长的晶体产生柱、锥面生长区分界线. 元素分析表明Cr³⁺更容易通过柱面生长进入晶体, 从而导致晶体在可见光波段及紫外波段透过率的降低,最明显的是在220、450和650nm三处吸收峰的出现. Cr³⁺进入晶体后使晶体中散射颗粒增多, 基频和三倍频脉冲激光照射下晶体的损伤阈值随Cr³⁺掺杂浓度的增加而降低,且柱面区的损伤阈值要低于锥面区的损伤阈值.

采用红外透过显微镜(IRTM)观察了不同条件下生长的CdZnTe晶体中微米级富Te颗粒. 结合实际生长条件分析了不同富Te颗粒的产生以及形态演化. 通过低温光致发光(PL)谱研究了CdZnTe晶体中杂质、缺陷的状态, 以及晶体的结晶质量, 并测试了相应晶体的电阻率. 归纳出不同富Te颗粒的产生与对应晶体10K温度下PL谱中特征发光峰之间的关系. 研究表明:富Te条件下生长的晶体存在圆形、六边形以及三角形富Te颗粒,PL谱中(D⁰,X)峰强度占主导;按化学计量比生长的晶体存在十字交叉的富Te颗粒,PL谱中DAP峰强度占主导;Cd过量生长的晶体存在星形富Te颗粒, PL谱中(D⁰,X)半峰宽较宽.

以六水氯化镁和硼砂为原料, 以氯化钠、氯化钾作为助熔剂, 通过熔盐法制备出长为200~800μm, 最大长径比为250, 品质均匀的硼酸镁晶须. 采用XRD分析、光学显微和SEM观察, 研究产物的结构和形貌, 并研究不同n(B)/n(Mg)、反应温度和时间对硼酸镁晶须生长过程及质量的影响, 结果表明, 反应的最佳条件是n(B)/n(Mg)=3:1、反应温度为900℃、恒温时间为6h. 根据XRD分析, 表明Mg₂B₂O₅晶须的生成经过中间产物方硼石Mg₃B₇O₁₃Cl的转化过程, 晶须生长需要一个富硼的环境. 晶须的生长机理符合L-S机理.

采用电化学阳极氧化法, 在纯Ti表面一步制得原位生长的F掺杂TiO₂纳米管阵列. 对煅烧后样品进行扫描电镜(SEM)、X射线多晶衍射(XRD)表征. 结果表明,所得TiO₂纳米管排列整齐、平均管径约40nm, 平均管长约700nm. XPS蚀刻分析发现, 少量F原子以F-Ti-O键的形式掺杂进了TiO₂晶格, 同时产生活性物质Ti³⁺. 可见光照射下,在0.25V(vsSCE.)外加阳极偏压下,673K煅烧后F-TiO₂具有最高瞬态光电流密度(I_ph)8.2μA/cm², 这与光电极表面的Ti³⁺有关. 进一步的电子结构分析也表明,F掺杂未明显改变TiO₂带宽.

采用溶胶-凝胶浸渍-提拉法,通过改变镀膜顺序和镀膜速率制备了TiO₂/SiO₂(ST)和SiO₂/TiO₂(TS)型的一系列SiO₂改性TiO₂双层薄膜. 薄膜的形貌、光透性、光催化活性、亲水性等分别用场发射扫描电镜(FESEM) 、分光光度计、光降解甲基橙等表征方法进行了分析. 结果表明: SiO₂膜层因其低反射指数,在ST型、TS型薄膜中均能起到防反光作用; 对于TS型薄膜, 其光催化活性与亲水性均随表层SiO₂薄膜提拉速率的增加而降低, 但ST型薄膜则相反, 当表层TiO₂膜提拉速率为6mm/min时, 所得薄膜表现出最佳的光催化活性和亲水性,进而具备最佳的自清洁性能.

采用溶胶-凝胶法制备了SiO₂-TiO₂-ZrO₂复合氧化物. 考察了Si/Ti/Zr摩尔比对样品比表面积、孔结构、酸性和晶体结构的影响, 同时考察了样品的热稳定性; 采用X射线衍射、N₂物理吸附、吡啶吸附红外光谱等技术对样品进行了表征; 以二苯并噻吩(DBT)和柴油样品的加氢脱硫为探针反应考察了该复合氧化物作为加氢脱硫催化剂载体的可行性. 结果表明, SiO₂-TiO₂-ZrO₂复合氧化物为介孔材料, 其比表面积和热稳定性明显高于单一及二元复合氧化物; 当n_Si/n_Ti/n_Zr=0.163/0.809/0.028时, 样品比表面积为315.32m²/g、孔容为0.33cm³/g、孔径为12.0nm; 以此为载体载负MoP催化剂的DBT加氢脱硫率可达99.6%,柴油样品脱硫率达96%;催化剂长周期运行1200小时后h后, 脱硫活性稳定.

采用印刷法制备了CuO掺杂SrFe_0.9Sn_0.1O_3-δ(CSFS)厚膜负温度系数(NTC)热敏电阻(掺杂量为20mol%~50mol%). 对其微观结构及电性能研究发现: 随着CuO掺杂含量的增加,厚膜表面变得更加致密, 室温电阻逐渐降低至0.46MΩ, 而热敏常数基本保持在3300K附近. CuO的加入导致SrFe_0.9Sn_0.1O_3-δ分裂成多种铁含量更低的SrFe_1-xSn_xO_3-δ物相(0.1<x<1). 借助两个串联的RQ等效部件组成的电路模型, 探讨了CuO含量为40mol%的SrFe_0.9Sn_0.1O₃厚膜在25~250℃范围内的阻抗特征, 发现厚膜电阻主要是由晶界电阻和晶粒电阻构成, 且这两个贡献电阻都呈现出明显的NTC热敏效应. 此外, 阻抗虚部和电学模量虚部峰值对应频率的高度匹配表明厚膜的主要导电方式为局域导电机制.

半电池结构NiO-YSZ/YSZ由于弹性模量不同和热膨胀系数不匹配,导致烧结过程中产生残余应力. 残余应力对于燃料电池的性能和使用带来一定的影响, 本文把残余应力引入到计算薄膜性能的逆向分析模型中, 建立了考虑残余应力影响的薄膜的纳米压痕分析模型. 利用纳米压痕方法测试了离双层材料界面不同距离处的载荷-位移曲线和相应的材料性能, 用本文建立的模型计算了不同点的性能的变化, 发现离界面越远, 电解质YSZ薄膜的硬度越大. 将热力分析得到的残余应力场作为压痕模拟的初始应力场, 计算三棱锥压头下压痕载荷-位移曲线, 结果显示考虑残余应力时的载荷-位移曲线更接近实验曲线, 并给出了残余应力下压痕形貌图, 发现有残余应力时的压痕形貌更深更大.

以亚氨基二乙酸(IDA)为配位剂与Ni²⁺配位, 经300℃热处理得到NiO.XRD、FT-IR、SEM以及TG研究表明, 生成的配合物在热处理时首先生成单质, 后随温度升高逐渐转化为纳米颗粒与纳米片结合的氧化物; 循环伏安、恒电流充放电及循环寿命电化学测试表明,所得NiO电极在6mol/LKOH电解液中具有较好的电化学电容特性和循环稳定性, 1A/g电流密度下的单电极比容量可达355.8F/g.

采用电沉积方法在SnO₂玻璃基底上制备了Co-Se化合物薄膜. 研究了薄膜形成的电化学机理和电沉积工艺对薄膜组成与形貌的影响, 并表征了薄膜的结构与光学性质. 结果表明:Co²⁺受预沉积Se的表面诱导还原或直接与H₂SeO₃的六电子还原反应产物H₂Se发生反应形成Co-Se化合物; 沉积电位、沉积温度和pH值均显著影响电沉积Co-Se化合物薄膜的形貌与成分; 在沉积电位为-0.5V(<>vsSCE)、沉积温度为50℃和pH值为2.0时可制备出表面致密平整且呈六方晶型结构的富硒CoSe薄膜, 其光吸收系数达到1×10⁵cm^-1,直接带隙宽度为(1.53±0.01)eV,接近单结太阳电池光吸收层材料的理论最佳值.

用固相反应法制备了La_0.4Ca_0.6Mn_1-xCr_xO₃(x=0.00,0.02,0.04,0.06,0.08,0.10,0.15)多晶样品, 通过X射线衍射(XRD)图谱、磁化强度-温度(M-T)曲线、电子自旋共振(ESR)谱线, 研究了Cr替代Mn对La_0.4Ca_0.6MnO₃磁性质的影响. 实验结果表明:La_0.4Ca_0.6MnO₃存在复杂的磁结构, 在258K出现电荷有序相, 从175K到50K, 产生强关联CO-AFM(电荷有序-反铁磁)相, 温度降到41K左右出现自旋玻璃态; 当替代量x≥0.06 时, 电荷有序相被融化; 当x≥0.10时, 自旋玻璃态被融化. 对实验结果进行了初步解释: 电荷有序相被融化主要原因是Cr³⁺与Mn⁴⁺具有相同的电子结构, Cr³⁺替代Mn³⁺破坏了CE型反铁磁的自旋序, 从而引起电荷序的坍塌, 实验证明了电荷序CE型反铁磁体系中, 电荷序和自旋序之间存在强耦合相互作用; 自旋玻璃态的融化, 是由于Cr替代Mn破坏了自旋玻璃态的生成条件, 即反铁磁背景下有少量铁磁成分 .

以La₂O₃和B₄C为原料, 在常压下合成了LaB₆粉末. 计算了常压合成LaB₆的热力学条件, 采用XRD、 SEM、激光粒度分析表征了不同温度和保温时间合成的LaB₆粉末的物相组成、颗粒形貌和粒度分布, 探讨了LaB₆粉末的合成反应机理. 结果表明, 常压下1650℃保温2h的产物经酸洗后, 能得到纯度为99.22%具有立方体结构的LaB₆粉末. 当La₂O₃颗粒尺寸远小于B₄C时, 合成过程中LaB₆首先在B₄C表面生成, 随温度升高和保温时间延长, 未反应的La₂O₃和LaBO₃通过LaB₆壳不断扩散到B₄C核表面直至反应完全. 合成LaB₆粉末的初始形貌和尺寸主要取决于反应物B₄C原料 .

以硅粉(Si)为起始原料, 氧化钇(Y₂O₃)为烧结助剂, 利用干压成型工艺制备出不同气孔率的多孔硅坯体, 通过反应烧结得到高强度多孔氮化硅(Si₃N₄)陶瓷. 研究了Y₂O₃添加量在不同升温制度下对于氮化率的影响, 以及1500~1750℃后烧结对多孔材料强度的影响. 结果表明: 添加9%Y₂O₃的样品具有较高的氮化率, 主要是Y₂O₃与Si粉表面的SiO₂在较低的温度下反应生成了Y₅Si₃O₁₂N. 在不同的反应条件下可得到气孔率为30%~50%, 强度为160~50MPa的样品. 在1750、 0.5MPaN₂气压下对样品进行后处理, α-Si₃N₄完全转变成柱状β-Si₃N₄, 晶型转变有利于强度提高,气孔率为46%的多孔Si₃N₄其强度可达140MPa.

采用小型固体火箭发动机研究了碳化铪(HfC)改性炭/炭复合材料喉衬的热化学烧蚀. 借助基于最小自由能原理的NASA-CEA程序计算了燃气组成, 借助化学热力学软件FactSage计算了燃气组分与碳、 HfC的化学反应. 结果表明, 燃气中的H₂O 、CO₂和OH是碳和HfC的主要氧化组分, 使材料发生热化学烧蚀; 纤维-基体界面是烧蚀的薄弱环节, 烧蚀沿着界面分别向碳纤维和基体方向推进. 热化学作用(氧化)造成纤维变细, 顶端呈锥状, 基体变薄, 呈壳状.

研究了ZrB₂-20vol%SiC超高温陶瓷在空气气氛中的氧化行为, 分析了氧化温度、氧分压和氧化时间等对硅酸锆形成和晶体生长过程的影响, 提出了ZrB₂-SiC超高温陶瓷氧化过程中硅酸锆相的形成机制. 热力学计算结果表明, 硅酸锆相的形成与高温下SiC的活性氧化有关. 实验结果表明, 常压氧化过程中, 硅酸锆的形成可分为两个阶段, (I)形核, 这一过程与SiC的活性氧化有关; (II)晶体生长, 随着氧化时间的延长, 氧化后形成的富硅玻璃相与氧化锆在硅酸锆晶核处反应, 晶粒进一步长大. 研究表明, 在 1500℃氧化90min后, 硅酸锆的晶粒尺寸达到100μm左右.

以硝酸铜、钼酸钠及氢氧化钠为原料, 采用简单的水相沉淀法, 在60℃下合成出钼铜矿(Cu₃(MoO₄)₂(OH)₂). 通过X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、热重与差热分析、红外光谱及荧光光谱等测试手段对材料的微观结构、形貌、热稳定性及谱学特性进行表征分析. 结果显示, 制备的产物为结晶性良好的、至少一维是纳米的片状结构材料, 属于单斜型(晶胞参数a=0.53863nm, b=1.40006nm, c=0.56003nm), 其元素摩尔含量比约为3:2:10, 与推测的分子式完全吻合.热重与差热分析数据表明Cu₃(MoO₄)₂(OH)₂纳米晶具有很好的热稳定性且起始分解温度为320℃. 通过软件测得的d₍₀₂₁₎面与d_(ī21)面的晶间面距分别为0.435nm与0.358nm, 与理论值基本相符. 经测量,Cu₃(MoO₄)₂(OH)₂纳米晶具有强的荧光性质,在激发波长369nm的作用下在530nm表现为强发射峰. 此外,还探讨了Cu₃(MoO₄)₂(OH)₂纳米晶的形成机理.

采用固相合成法制备了钽掺杂材料Li₄Ti_4.95Mo_0.05O₁₂. 通过XRD和SEM来表征Li₄Ti_4.95Mo_0.05O₁₂的结构和形貌. 结果表明: 钼掺杂并没有改变本体材料的结构和形貌, 而且显著提高了材料的循环性能和倍率性能. Li₄Ti_4.95Mo_0.05O₁₂在10C和30C倍率的放电容量分别为117.03和94.24mAh/g.Mo掺杂取代了Li₄Ti₅O₁₂中的Ti位置, 产生了Ti⁴⁺/Ti³⁺混合价态, 从而提高了钛酸锂的电导率. 所以Li₄Ti_4.95Mo_0.05O₁₂是一种高倍率性能优异的锂离子电池负极材料.