基于三维纳米阵列结构的表面增强拉曼技术研究及其在痕量铀酰离子探测中的应用

表面增强拉曼散射(SERS)是一种新型痕量表征技术，其灵敏度高、样品用量少、特征谱易辨识，尤其适用于铀酰离子等危化品的探测。在过去十几年里, 纳米材料和纳米技术在新兴技术和SERS的应用方面获得了长足发展，将先进的纳米制造技术引入了SERS领域。本文总结了利用光刻、原子层沉积等技术，开发了一系列高质量的三维阵列纳米材料作为SERS基底，并应用于痕量铀酰离子的检测。其中，以Al₂O₃、HfO₂等惰性氧化物包裹修饰的银纳米棒三维阵列作为基底，灵敏度高，稳定性好，根据不同特征的拉曼振动频谱，可识别多个不同种态的铀酰离子，检出限低至nmol/L，具有潜在的实际应用价值。     

In Situ X-ray Diffraction Study of the Tensile Deformation of U-5.8Nb Alloy

为了探明a2相U-5.8wt%Nb合金的晶格响应和变形特性,对力学拉伸加载下的合金变形行为进行了原位的X射线衍射（XRD）研究,获得了合金从弹性变形直至断裂的过程中晶格对外加应力的响应特征。实验中,每增加一定变形量就对试样进行原位的XRD分析,用单峰拟合法和Rietveld全谱精修方法处理数据,分析了合金变形过程中的晶格演化行为。结果显示,拉伸过程中,试样的晶胞参数、衍射峰强度和晶面间距都随外加应变有规律地变化。晶格响应分析结果表明,合金晶胞各方向弹性极限的显著差异是第一屈服平台形成的内在原因,该屈服平台的变形过程包括了孪生变形和弹性变形2种机制。利用研究结果能够很好地解释合金的形状记忆效应。     

冷旋U-6.5Nb合金再结晶晶粒长大的实验研究

采用冷旋加工-退火工艺细化U-6.5Nb合金晶粒组织，研究旋压变形率、退火温度及退火时间对再结晶后晶粒组织的影响。结果表明，在研究范围内，旋压变形率对晶粒尺寸没有显著影响，随退火温度的升高和退火时间的延长，晶粒尺寸不断长大。在700, 800和900 ℃保温过程中的晶粒长大指数分别为0.47, 0.31和0.34，晶粒长大激活能为100.4 kJ/mol, 表明U-6.5Nb合金的晶粒长大受Nb原子的扩散控制     

热处理工艺对冷旋U-6.5Nb合金电化学腐蚀行为的影响

采用冷旋方法制备了管状U-6.5Nb合金零件，分别在400、600和700℃下对合金零件进行1h退火处理，考察了不同状态的U-6.5Nb合金在含50μg/gCl-的氯化钾水溶液中的电化学腐蚀行为，采用扫描电镜表征了腐蚀前后的形貌特征。结果表明：所有状态的合金均未发生钝化，冷旋态和700℃退火态合金为单相组织，具有较高的腐蚀电位和较小的腐蚀电流，400℃退火和600℃退火态合金为双相组织，具有较低的腐蚀电位和较大的腐蚀电流。单相合金比双相合金具有更好的抗腐蚀能力，但更易发生点蚀。双相合金表面Nb成分不均是其抗腐蚀性不佳的主要原因。     

不同温度下U_3O_8结构的XRD研究

在大气环境及25～850℃条件下，用X射线衍射(XRD)法研究了八氧化三铀(U3O8)的结构变化情况。在实验温度范围内发现，U3O8存在两种相结构，相变温度约为300℃。低于300℃时，U3O8为底心正交结构(Amm2)，在300℃附近转变为对称性更高的简单六方结构(P-62m)。在两种相结构稳定的温度范围内，U3O8的点阵参数随温度的增加呈现出规律性变化。     

铀铌合金在水溶液中的电化学腐蚀行为

采用电化学方法研究了铀铌合金在 50 μg/ gCl- ,2mol/LH2 SO4和 1mol/LNaOH介质中的电化学腐蚀行为 ,并用X射线光电子能谱 (XPS)分析了电化学腐蚀产物的组成和价态。结果表明 ,铀铌合金的电化学腐蚀行为与溶液的 pH值关系极大 ,铀铌合金电化学腐蚀后表面总是存在合金组分铌的富集。     

受腐蚀亚共析铀铌合金的力学性能研究

利用加速腐蚀实验方法研究了腐蚀对一种亚共析铀铌合金拉伸性能的影响,并用SEM和EDS对拉伸试样的组织结构、成分、表面形貌和断口形貌进行了分析.腐蚀实验表明:随着腐蚀时间的增加,拉伸试样表面的腐蚀程度加剧,经过约180 d的腐蚀后,试样表面形成了腐蚀斑,其大小为50μm左右;力学拉伸测试表明:在实验范围内,合金的屈服强度和抗拉强度无明显变化,而试样的延伸率及断面收缩率则有下降的趋势.断口形貌表明,合金在实验范围内腐蚀后,其断裂方式仍以韧性断裂为主.此外,对引起合金力学性能变化的主要因素也进行了探讨.     

U-2.5%Nb合金氢化物生长动力学研究

为了探讨U-2.5%Nb(质量分数)合金的氢腐蚀行为,利用在线显微镜研究了U-2.5%Nb合金氢蚀初期氢化物的生长动力学,研究了U-2.5%Nb合金氢化初期的氢化物形貌、生长速度、氢化反应速度等之间关系。结果表明,利用在线显微镜表征氢化物的生长速度是可行的,氢化物前沿推进距离与时间呈线性关系。在一定温度范围内,氢化物的生长速度与反应温度符合Arrhenius关系,U-2.5%Nb合金氢化物生长激活能为24.34 kJ/mol。当温度增加到125℃附近时,氢化物的生长速度达到最大值,之后,随着反应温度的升高,生长速度快速下降。     

铀铌合金在O_2气氛中氧化初期的XPS研究

采用X射线光电子能谱 (XPS)分析研究了 2 98K时铀铌合金的清洁表面在O2 气氛中的原位氧化过程。通过分析反应各阶段U4f ,Nb3d和O1s谱峰的变化 ,揭示了O2 在铀铌合金表面吸附解离后 ,优先与表面Nb原子和U原子结合生成NbO、UO2 -x和UO2 ,然后NbO进一步氧化为NbO2 和Nb2 O5,在氧化的不同阶段U和Nb分别向表面偏析     

真空热处理对石墨涂覆铀表面氧化和电化学腐蚀的影响

为了探讨石墨涂层铀表面经真空热处理后对铀抗蚀性能的影响,通过增重法和电化学方法研究了处理样在100℃和150℃、含有一定量O2和H2O(g)气氛中的抗氧化腐蚀性和50μg/g Cl-溶液中的抗化学介质腐蚀性.抗氧化腐蚀试验表明,当热处理时间(5 h)不变时,在600℃处理要优于在500℃处理.电化学试验表明,处理样品的抗蚀性能与热处理时间(2.5～10.0 h)和温度(500～650℃)有关,且在600℃处理5 h的样品的抗化学介质腐蚀性能最佳.真空热处理可以提高石墨涂层铀表面的抗蚀性能.