Nd3+/Yb3+共掺La2O3-TiO2-ZrO2微晶玻璃的制备及上转换发光研究

利用气悬浮方法制备了Nd³⁺/Yb³⁺共掺La₂O₃-TiO₂-ZrO₂前驱体玻璃, 通过热处理获得了微晶玻璃。通过DTA对前驱体玻璃的热稳定性进行了研究。利用光致发光谱, TEM和EDS对微晶玻璃进行了表征分析, 并研究了热处理对上转换发光的影响。结果表明: 玻璃转变温度和析晶起始温度分别为799℃和880℃. 在980 nm激光激发下, 样品发射出中心位于497, 523, 545, 603和657 nm处的五条发光带。热处理后样品上转换发光强度提高, 经过880℃保温50 min热处理的微晶玻璃显示了最强的上转换发光, 在545 nm处的发光强度是前驱体玻璃的11倍, 这是由于在微晶玻璃基质中存在致密柱状晶和Nd³⁺离子在晶体中富集造成的。     

Ni2+掺杂尖晶石相透明微晶玻璃制备及光学性能

实验制备了Ni²⁺掺杂的ZnO-MgO-Al₂O₃-SiO₂(ZMAS)体系的透明微晶玻璃, 研究了微晶玻璃的超宽带发光现象。热分析结果表明样品的玻璃化转变温度(T_g)和析晶峰温度(T_c)分别为754℃和948℃。采用X射线粉末衍射分析了两种热处理制度对玻璃的晶体形核、晶体生长及物相变化的影响, 结果表明: 采用阶梯温度热处理制度可以得到Ni²⁺掺杂的尖晶石相透明微晶玻璃。紫外-可见吸收光谱和荧光光谱测试表明制备的Ni²⁺掺杂ZMAS微晶玻璃中Ni²⁺以四配位和六配位共同存在于尖晶石相中, 红外荧光中心位于1324 nm的样品荧光半高宽达490 nm。样品的超宽带荧光主要是由于微晶玻璃中六配位Ni²⁺在ZnAl₂O₄和MgAl₂O₄形成的尖晶石相固溶体晶体场中的³T_2g(³F)→³A_2g(³F) 能级跃迁。实验结果表明, 制备的微晶玻璃在超宽带光纤放大器等光子器件中具有潜在的应用前景。     

制备方法对磷酸盐微晶玻璃结构和性能的影响

分别用熔融法和烧结法制备P₂O₅-Nb₂O₅-BaO-Na₂O-CeO₂体系磷酸盐微晶玻璃，用XRD谱和SEM观察表征其结构并测定其体积密度、显微硬度、介电性能、极化性能和储能特性，研究了制备工艺对其结构和性能的影响。结果表明，用熔融法可制备出结构更致密的微晶玻璃，使其体积密度和显微硬度提高和降低其介电损耗。当CeO₂添加量提高到1%(摩尔分数)时，用两种工艺都可实现微晶玻璃的结构致密化，并促进其结晶。结晶程度的提高可改善微晶玻璃的介电常数和极化性能。用熔融法制备的CeO₂添加量为1%(摩尔分数)的微晶玻璃样品其能量释放密度为13.5 mJ/cm³、储能效率为50.1%。     

玻璃冷却速率对锂铝硅微晶玻璃晶化行为和结构的影响

玻璃成型过程中冷却速率对Li₂O-Al₂O₃-SiO₂(LAS)微晶玻璃的晶化行为及其结构均匀性具有重要影响. 有限元分析表明, 10 mm厚玻璃冷却速率显著低于2 mm厚玻璃, 冷却15 s以上玻璃的中心温度仍高于700℃, 对应的基础玻璃极易出现“析晶结石”. 利用DTA、IR、SEM等技术分析不同厚度LAS玻璃及其微晶玻璃的显微结构, 8 mm厚的玻璃冷却速率低, 样品心部析出初始晶核, 并在热处理阶段形成β-锂辉石固溶体相, 而样品表面层却为β-石英固溶体相; 与此相反, 3 mm厚的玻璃冷却速率高, 没有初始晶核生成, 热处理后得到单一均匀的β-石英固溶体相. 因此, 提高玻璃冷却速率、控制玻璃温度均匀性是制备结构均匀LAS微晶玻璃的关键.     

Ce3+-Tb3+共掺杂黄磷炉渣微晶玻璃的发光与能量传递

以黄磷炉渣为原料,采用高温熔融法制备Ce³⁺-Tb³⁺共掺杂黄磷炉渣发光微晶玻璃,通过差热分析(DTA)、X射线衍射(XRD)、稳态/瞬态荧光(FLS)、CIE色度等探究不同的Tb³⁺掺杂量对微晶玻璃析出晶相、发光性能和样品色度的影响。结果表明,Ce³⁺和Tb³⁺的引入,微晶玻璃主晶相为硅灰石,在310 nm波长激发下,随着Tb³⁺掺杂量增加,位于380 nm处Ce³⁺的特征发射峰减小,543 nm处Tb³⁺的特征发射峰增强,证实Ce³⁺和Tb³⁺之间存在能量传递,能量传递效率达到24.55%。此外,通过调整Tb³⁺掺杂量,微晶玻璃发光颜色可由蓝光调至绿光,从而实现发光颜色的可控化。     

成形压力对SiC/TiB2复合材料组织与性能的影响

基于熔融Si浸渗法制备出较致密的SiC/TiB₂复合材料, 并研究了坯体成形压力对SiC/TiB₂复合材料致密度、相组成、显微组织和力学性能的影响。实验结果表明, 复合材料由TiB₂、SiC和Si相组成。SiC/TiB₂复合材料的显微组织特征为: TiB₂相和SiC相均匀分布, 游离Si填充在TiB₂相和SiC相的空隙处, 且形成了连续相。随成形压力的增大, 复合材料中游离Si含量降低, TiB₂颗粒尺寸减小, 复合材料的力学性能先增加后降低。坯体最佳成形压力为200 MPa, 对应SiC/TiB₂复合材料的体积密度、开口气孔率、抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度分别为3.63 g/cm³、0.90%、(354±16) MPa、(6.8±0.2) MPa·m^1/2和(21.0±1.1) GPa。     

CaO-B2O3玻璃助烧的零膨胀系数β-锂霞石陶瓷的制备及性能研究

采用固相反应法制备CaO-B₂O₃玻璃（简称“CB”玻璃）助烧的零膨胀系数β-锂霞石陶瓷。通过差示扫描量热(DSC)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)手段分别对CB玻璃的热学特性和助烧后的β-锂霞石陶瓷样品的物相与显微形貌进行表征。结果表明, CB玻璃具有良好的助烧效果, 可以显著降低β-锂霞石陶瓷的烧结温度(从1300℃降至1150℃), 并大幅提高陶瓷的相对密度(从93.3%提高到97.4%)。加入CB玻璃助烧剂, β-锂霞石陶瓷致密性显著提高, 内部无微裂纹存在。加入4wt%和6wt% CB玻璃的β-锂霞石陶瓷在室温~200℃范围内具有零膨胀系数, 分别为0.02×10^-6/K和0.4×10^-6/K。然而, 加入8wt% CB玻璃的β-锂霞石陶瓷样品中产生了具有高正膨胀系数的新物相LiAlO₂, 使样品的热膨胀系数提高至3.46×10^-6/K。     

Bi/Tm共掺TiO2-BaO-SiO2-Ga2O3玻璃光谱特性与能量转换机理研究

用高温熔融法制备了Bi、Tm、Bi/Tm掺杂TiO₂-BaO-SiO₂-Ga₂O₃玻璃系统。在808 nm激光激发下, 与Tm单掺杂玻璃相比, Bi/Tm共掺玻璃中Tm³⁺的³H₄→³F₄跃迁荧光(~1485 nm)得到了显著的增强, 而Tm³⁺的³F₄→³H₆跃迁荧光(~1810 nm)减弱。在980 nm激光激发下, Tm单掺玻璃中没有观察到Tm离子的特征发光, 而在Bi/Tm共掺玻璃中观察到Tm³⁺的³F₄→³H₆跃迁荧光(~1810 nm)。这是由于在808和980 nm激光二极管(LD)各自激发下, Bi/Tm共掺玻璃中活性Bi离子的近红外发光能量传递给Tm³⁺, 分别产生³F₄→³H₄与³H₆→³H₅跃迁所致。采用Inokuti-Hirayama模型, 分析了该玻璃体系中Bi→Tm的能量传递机理。结果表明, Bi→Tm的能量传递属于电偶极–偶极相互作用。     

氢气氛退火对硅上低温外延制备的硅锗薄膜性能的影响

采用反应型热化学气相沉积系统在硅(100)衬底上外延生长富锗硅锗薄膜。四氟化锗作为锗源, 乙硅烷作为还原性气体。通过设计表面反应, 在低温条件下(350℃)制备了高质量的富锗硅锗薄膜。研究了氢退火对低温硅锗外延薄膜微结构和电学性能的影响。结果发现退火温度高于700℃时, 外延薄膜的表面形貌随着退火温度的升高迅速恶化。当退火温度为650℃时, 获得了最佳的退火效果。在该退火条件下, 外延薄膜的螺旋位错密度从3.7×10⁶ cm^-2下降到4.3×10⁵ cm^-2, 表面粗糙度从1.27 nm下降到1.18 nm, 而外延薄膜的结晶质量也有效提高。霍尔效应测试表明, 经退火处理的样品载流子迁移率明显提高。这些结果表明, 经过氢退火处理后, 反应型热化学气相沉积制备的低温硅锗外延薄膜可以获得与高温下硅锗外延薄膜相比拟的性能。     

白云鄂博尾矿含量对微晶玻璃析晶特性和性能的影响

以白云鄂博某尾矿为主要原料、以Cr₂O₃为晶核剂制备尾矿微晶玻璃，使用DSC、XRD、SEM、TEM以及Raman光谱等手段对其表征并测试其析晶特性、抗折强度、维氏硬度和耐酸性，研究了尾矿含量对其析晶特性和性能的影响。结果表明，微晶玻璃的主晶相由辉石相和钙铝黄长石相构成，其中晶核剂Cr₂O₃因形成尖晶石晶核诱导辉石相析出。随着尾矿含量的提高微晶玻璃的力学和耐腐蚀特性呈现降低的趋势。其原因是，尾矿含量的提高使CaO的含量过高，在晶体的生长过程中滑动和迁移受阻进而在微晶玻璃中产生空洞和缺陷。同时，微晶玻璃中钙铝黄长石相/辉石相比例增大也不利于其性能的提高。白云鄂博尾矿中共生的稀土元素在晶界处形成铈钙硅石第二相，可减小晶界面积并降低晶界总能量，有助于提高微晶玻璃的力学和耐腐蚀性能。     

溶胶-凝胶法制备多晶莫来石纤维

以廉价的铝粉、工业盐酸和酸性硅溶胶为主要原料, 通过溶胶凝胶法制备了多晶莫来石纤维. 采用²⁷Al NMR测试了聚合氯化铝溶胶中Al³⁺的聚集状态, 采用XRD、FT-IR、SEM和TG-DTA等手段表征了不同热处理温度下莫来石纤维的物相组成、纤维形貌以及纤维的热分解特性. ²⁷Al NMR结果表明, Al³⁺主要以Keggin结构的Al₁₃形态存在于聚合氯化铝溶胶中. 具有24个活性Al-OH键的Al₁₃聚阳离子易与硅溶胶中的Si-OH发生失水缩聚反应, 生成具有长链结构的纺丝溶液. XRD、FT-IR和TG-DTA结果表明, 纤维热处理到950℃时开始结晶, 到1000℃可获得单一的莫来石晶相, 整个过程的纤维失重在48.24％. 经1250℃热处理, 获得的莫来石纤维的直径为3～5μm, 晶粒尺寸约为240 nm, 拉伸强度为1.1GPa.     

In situ co-precipitation synthesis and photoluminescence of YxGd1−xVO4:Tm microcrystalline phosphors by hybrid precursors

Y_xGd_1−xVO₄:Tm³⁺ (5 mol%) phosphors were prepared by in situ co-precipitation technology with the different content ratio of Y/Gd (x = 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.8, respectively). During the process, rare earth coordination polymers with o-hydroxylbenzoate were used as precursors, composing with polyethylene glycol (PEG) as dispersing media. After heat-treatment of the resulting multicomponent hybrid precursors at 900 °C, the samples were obtained. SEM indicated the particles present good crystalline state, whose crystalline grain sizes were about 0.2–2 μm. Under the excitation of 257 nm, all the materials show the characteristic emission of Tm³⁺ which is the strong blue emission centered at 475 nm originating from ¹G₄ → ³H₆ of Tm³⁺. Besides this, concentration quenching appears in the system of YVO₄:Tm³⁺ and GdVO₄:Tm³⁺. And when x reaches 0.5, the system of Y_xGd_1−xVO₄:Tm³⁺ shows the strongest blue emission.     

三嗪对CVD石墨烯n型掺杂的研究

以化学气相沉积(CVD)制备的单层石墨烯为原料, 小分子三嗪为掺杂剂, 采用吸附掺杂的方式, 在低温下对石墨烯实现n型掺杂。利用拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱分析(XPS)、原子力显微镜(AFM)、紫外分光光度计(UV)和霍尔效应测试仪(Hall)对样品的形貌、结构及电学性能进行表征。结果表明: 该方法简单安全, 能够对石墨烯实现均匀的n型掺杂, 掺杂石墨烯的透光率达到95%。掺杂后石墨烯的特征峰G峰和2D峰向高波数移动。掺杂180 min后, 载流子浓度达到4×10¹²/cm², 接近掺杂前的载流子浓度, 掺杂后的石墨烯在450℃的退火温度下具有可逆能力, 其表面电阻在300℃以下具有较好的稳定性。     

残余相和烧结温度对碳化硅陶瓷抗混酸腐蚀特性的影响

本工作主要研究了残余相和晶粒尺寸对碳化硅的抗混酸(HF-HNO₃)腐蚀特性。通过不同的烧结方法(固相烧结、液相烧结、反应烧结)制备出残余相不同的碳化硅材料。结果表明: 与液相烧结碳化硅(LPS SiC)和反应烧结碳化硅(RB SiC)相比, 固相烧结碳化硅(SSiC)具有更好的腐蚀抗性, 这是由于残余相石墨的抗腐蚀性强, 以及残余相在材料中形成不能相互联通的岛状结构。通过调节碳化硅的烧结温度, 可以影响材料中的晶粒尺寸, 研究结果发现相同烧结温度下随着残余相含量的增加, 材料腐蚀失重线性增加, 对曲线进行线性拟合, 其Y轴截距的绝对值代表不含碳的试样在该烧结温度下的腐蚀失重。研究表明随着烧结温度由2100℃升高到2160℃, 晶粒尺寸由2 μm增加到6 μm。此时其Y轴截距的绝对值分别为9.22(2100℃), 5.81(2130℃), 0.29(2160℃), 表明晶粒尺寸的增加有利于提高材料的抗腐蚀能力。     

Sc掺杂Nd:CaF2激光晶体的结构及其光谱性能参数

采用温度梯度法生长了0.5at% Nd、xat% Sc:CaF₂(x=0, 2, 5, 8)系列晶体, 测试了晶体的吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命。研究发现发射强度和荧光寿命随着Sc³⁺离子浓度的增加而提高。通过改变Sc³⁺离子的浓度发现, 当掺杂5at% Sc³⁺时可以获得最大的吸收截面为1.42×10^-20 cm²。另外, 掺入Sc³⁺使共掺晶体在吸收光谱796 nm处产生新峰。综上, 通过调节Sc³⁺离子浓度, 可以改变Nd³⁺离子的局域结构, 优化晶体的光谱性能。     

Ba(Ti0.96Sn0.04)O3陶瓷的物性研究

采用传统固相反应法制备了Ba(Ti_0.96Sn_0.04)O₃无铅压电陶瓷, 对其压电性能、介电性能、铁电性能和微观结构等进行了研究。研究发现, 原料以及制备工艺对Ba(Ti_0.96Sn_0.04)O₃陶瓷的压电性质具有较大的影响。与BaTiO₃陶瓷相比, Ba(Ti_0.96Sn_0.04)O₃陶瓷的正交-四方相变温度T_O-T得到了一定的提高, 并且T_O-T附近的热滞只有1.8℃。陶瓷的微观形貌呈现出较为复杂的畴结构, 主要以90°平行带状畴为主, 偶尔有少量不同构型的180°畴。电滞回线呈现为理想的近似矩形饱和形状的曲线, 剩余极化强度P_r为18.9 μC/cm², 矫顽场E_c为 2.5 kV/cm。此外, 非180°畴的翻转是引起陶瓷逆压电常数d₃₃^*的主要因素, 其值可达550 pm/V。     

Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ-Ce0.9Gd0.1O2-δ中低温固体氧化物燃料电池复相阴极的研究

采用溶胶-凝胶法制备Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_3-δ(BSCF)粉体后, 使用Ce_0.9Gd_0.1O_2-δ(GDC)溶胶包裹BSCF粉的方法制备疏松多孔的BSCF-xGDC(x=30wt%, 40wt%, 50wt%)复相阴极。通过X射线衍射仪、场发射扫描电镜和透射电镜对复相阴极的物相组成、单电池断面形貌及GDC对BSCF颗粒的包裹形貌进行表征。利用阻抗谱测试研究了复相阴极材料的电化学性能, 讨论了掺入GDC量对阴极性能的影响。结果表明：通过GDC溶胶包裹BSCF粉体的制备方法改善了阴极的电化学性能, 在同一温度下, BSCF-40GDC阴极的极化电阻最小, 在650℃时阴极极化阻抗约为0.397 Ω•cm²; 以BSCF-40GDC为阴极制备的单电池, 以H₂+3%H₂O为燃料气、空气为氧化气体, 650℃下电池的最大功率密度为0.514 W/cm², 欧姆电阻为0.257 Ω•cm², 两极极化电阻为0.0588 Ω•cm²。     

海藻酸钠离子凝胶法制备直通孔氧化铝多孔陶瓷

利用海藻酸钠的离子凝胶过程, 采用溶剂置换结合冷冻干燥的工艺, 成功制备了具有高度有序六方排列的直通孔多孔氧化铝陶瓷, 整个工艺过程及所使用的原料都是环境友好的。研究结果表明, 1500℃烧结2 h样品的孔径尺寸在200 μm左右, 且与固相含量的关系不大, 而孔壁上存在0.3 μm~0.5 μm的小孔。通过控制浆料中氧化铝的固相含量可以对材料的性能进行有效地调控, 研究表明, 随着固相含量从5wt%提高到15wt%, 材料的密度从0.87 g/cm³提高到1.16 g/cm³, 渗透率从2.57×10^-11 m²下降到2.16×10^-11 m², 而抗压强度从(18.9±3.2) MPa提高到(44.2±5.4) MPa, 平行孔道方向的热导率从2.1 W/(m·K)提高到3.1 W/(m·K), 而垂直孔道方向的热导率从1.3 W/(m•K)提高到1.7 W/(m·K), 并且平行孔道方向热导率的增加幅度要明显大于垂直孔道方向。     

Sol-Gel-SCFD法制备纳米莫来石

以AIP(Aluminum-isopropoxde)和 TEOS(Tetraethyl Orthosilicate)为主要原料,采用Sol-Gel-SCFD(超临界流体干燥)技术制备了n(Al₂O₃):n(SiO₂)=3:2的Al₂O₃-SiO₂二元纳米气凝胶,通过中温煅烧,获得了纳米级莫来石.用热重-差示扫描热量计(TG-DSC)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和物理吸附分析仪(Autosorb)等手段对二元纳米气凝胶和纳米莫来石进行了分析和研究.TG-DSC研究表明,在煅烧过程中,气凝胶的大部分失重(15.98％)在700℃左右已完成,DSC曲线上在445和 1015℃存在的两个放热峰是由于二元凝胶中的Si-O-Al-O结构重整和莫来石化所致,而在805℃处小的吸热峰是由体系中结构水分解所致;借助于 TG-DSC、XRD和 TEM分析手段,可以确定在纳米Al₂O₃-SiO₂二元材料内,莫来石的开始形成温度为1015℃左右.XRD分析表明,完全转变成莫来石温度在1100～1200℃之间,1200℃可得晶粒发育良好的纳米级莫来石;TEM和物理吸附分析仪测试结果表明,1100和1200℃所得纳米莫来石的微粒大小分别为30和50nm左右, 比表面积分别为138.91和95.81m²/g.