W/BDD薄膜电极制备及其电化学性能研究

利用化学气相沉积(CVD)法研制了一种钨基硼掺杂金刚石(W/BDD)薄膜电极,通过扫描电镜和Raman光谱考察了W/BDD薄膜电极的性能,通过电化学方法测定了其在LiCl-KCl熔盐中的电化学窗口和电化学性能。结果表明,研制的W/BDD薄膜电极的BDD薄膜有较好的微观结构;W/BDD薄膜电极在LiCl-KCl熔盐中的电化学窗口约为3.5 V(-2.5～1.0 V,相对于Ag/AgCl参比极电位);电解过程中,氧离子不与W/BDD薄膜电极表面BDD薄膜层的碳反应,直接被氧化为氧原子;长时间电解不会改变电极表面薄膜层的形貌和结构。     

W/BDD薄膜电极制备及其电化学性能

<正>利用化学气相沉积法(CVD)研制了一种钨基硼掺杂金刚石(W/BDD)薄膜电极,通过扫描电镜(SEM)和拉曼(Raman)光谱考察了钨基硼掺杂金刚石薄膜电极的性质(图1、2),利用循环伏安法和方波伏安法测定了其在LiCl-KCl熔盐中的电化学窗口和电化学性能,并长时间进行了考验。结果表明,研制的W/BDD薄膜电极表面的硼掺杂金刚石膜表面的金刚石颗粒生长致密,且连续分布,晶粒的尺寸在μm级。电极表面薄膜主要以金     

LiF对LiCl-KCl熔盐中电解精炼钆的影响

研究了LiF加入LiCl-KCl熔盐对钆电化学及络合行为的影响,发现LiF加入LiCl-KCl熔盐后,钆、铽的还原电位差由原来的6mV变为67mV。利用电化学方法和光谱方法研究了熔盐中钆离子和铽离子的配位结构,发现LiCl-KCl-GdCl_3(5mol%)/TbCl_3(5mol%)熔盐中存在[GdCl_6]~(3-)、[TbCl_6]~(3-)的正八面体结构;考察了LiF加入LiCl-KCl熔盐对钆、铽离子结构的影响,在LiCl-KCl-GdCl_3/TbCl_3中加入LiF后,钆离子和铽离子配位结构均为络合了3个F~-和3个Cl~-的八面体结构[GdF_3Cl_3]~(3-)和[TbF_3Cl_3]~(3-),计算得到两种八面体结构的相对累积稳定常数分别为10.98和6.38。以此为理论基础,进行了LiF对LiCl-KCl熔盐中钆电解精炼的影响研究,发现将LiF加入LiCl-KCl熔盐后进行钆电解精炼时,能以更高的去污系数分离钆。     

金属乏燃料干法后处理熔盐电解槽电场分析

为支持乏燃料熔盐电解精炼设备的放大设计与优化，基于Maxwell原理和电化学理论，采用Comsol Multiphysics有限元方法，研究建立了10 kg/批次金属乏燃料熔盐电解精炼设备纯电场和电化学场数值模型，并对国外相对成熟的方形电解槽和圆台形电解槽进行了数值仿真分析和比较，包括电解槽结构、电极间距、阴极形状等因素对电解槽电场和电化学性能的影响。结果表明，方形电解槽的电流效率等经济性能较优，圆台形电解槽的反应电流密度等电化学性能较优；方形电解槽中，平板阴极的电流效率等经济性能和电化学性能均优于棒状阴极；电极间距在10～40 mm的研究范围内，两种电解槽的反应电流密度等电化学性能随电极间距的增大变化均不明显，但电解槽的电流效率等经济性能和热稳定性显著减弱。模拟结果与文献实验结果吻合良好，所建模型预期可较好反映熔盐电解精炼过程。     

LiCl-KCl体系中液态Zn阴极熔盐电解提取镨北大核心CSCD

利用液态金属作为阴极分离、提取稀土元素有很多优点。以液态金属Zn为阴极,研究Pr(Ⅲ)离子在液态Zn阴极上还原的电化学机理。在LiCl-KCl-PrCl_(3)熔盐中,分别采用循环伏安法、半积分法研究W电极和液态Zn电极上Pr(Ⅲ)的电化学还原过程。结果表明,在该实验温度下,只有一种富锌的Pr_(x)Zn_(y)金属间化合物生成。通过循环伏安法和半微分法计算了LiCl-KCl熔盐中Pr(Ⅲ)的扩散系数。根据电化学机理研究,采用液态金属Zn为阴极恒电位电解提取稀土Pr。电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)结果表明,随着电解时间的增长,熔盐中Pr(Ⅲ)离子的浓度逐渐降低。电解2 h后,提取效率为45.38%,当电解时间达到40 h时,提取效率为99.48%。X射线衍射(XRD)和扫描电镜-能谱(SEM-EDS)点分析结果表明,恒电位电解2 h得到的沉积物为Zn_(11)Pr_(3)。     

LiCl-KCl共晶熔盐中氧离子的去除

采用NH₄Cl和HCl气体进行LiCl-KCl共晶熔盐中氧离子的去除。在使用NH₄Cl和HCl气体去除LiCl-KCl共晶熔盐中的氧离子过程中，用钇稳定氧化锆测氧电极对熔盐中的氧离子浓度变化进行测定。结果表明，HCl与熔盐中氧离子反应生成H₂O，并将反应产物水通过HCl载带出去。NH₄Cl去除氧离子的过程也是通过NH₄Cl分解的HCl与氧离子反应除去熔盐中氧离子。NH₄Cl和HCl均能有效地去除LiCl-KCl熔盐中的氧离子，使氧离子浓度降低至10^-5～10^-4 mol/kg。     

LiCl-KCl共晶熔盐的纯化

氯化锂-氯化钾共晶熔盐是电解精炼干法后处理中最常用的电解质,其含有的杂质直接影响电流效率和产物纯度。本研究分别采用高温处理、HCl气体鼓泡和恒电位电解等方法依次去除了熔盐中的易挥发物质、氧离子和金属离子等杂质,获得了较高纯度的熔盐。采用热重分析(TGA)、电化学和电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)等方法对比了纯化前后熔盐中各杂质的含量。研究结果表明:去除易挥发杂质的最佳处理温度范围为450～650℃;去除杂质金属离子时最佳电解电位为-2.3Vvs.Ag/AgCl(摩尔分数2%),恒电位电解800s后杂质金属离子总量低于1.5×10-6 g/g(盐)。以上研究结果表明,采用高温处理、HCl气体鼓入和恒电位电解可获得纯度较高的LiCl-KCl共晶熔盐。     

LiCl-KCl共晶熔盐中氧离子的去除

采用NH₄Cl和HCl气体进行LiCl-KCl共晶熔盐中氧离子的去除。在使用NH₄Cl和HCl气体去除LiCl-KCl共晶熔盐中的氧离子过程中，用钇稳定氧化锆测氧电极对熔盐中的氧离子浓度变化进行测定。结果表明，HCl与熔盐中氧离子反应生成H₂O，并将反应产物水通过HCl载带出去。NH₄Cl去除氧离子的过程也是通过NH₄Cl分解的HCl与氧离子反应除去熔盐中氧离子。NH₄Cl和HCl均能有效地去除LiCl-KCl熔盐中的氧离子，使氧离子浓度降低至10^-5～10^-4 mol/kg。     

LiCl-KCl、NaCl-KCl和KCl熔盐体系中Ce(Ⅲ)的电化学行为

对比了Ce(Ⅲ)在LiCl-KCl、NaCl-KCl和KCl熔盐体系中Mo电极上的电化学行为。结果表明：高温NaCl-KCl、KCl熔盐体系中由于Ce(Ⅲ)与Na(Ⅰ)和K(Ⅰ)的还原电位相近,会发生大量基体盐元素的还原,而低温LiCl-KCl熔盐体系中Ce(Ⅲ)未发生上述现象;LiCl-KCl熔盐体系中Ce(Ⅲ)的还原反应为一步三电子转移的可逆过程,采用循环伏安法和计时电位法计算得到扩散系数与温度的关系式分别为ln D=-4 341.5/T-7.97和ln D=-4 346.6/T-7.39;表观还原电位与温度的关系式为E,*(Ce(Ⅲ)/Ce)=0.000 72T-3.650。     

LiF对LiCl-KCl熔盐中钆微观结构的影响

正电解精炼已成为干法后处理的首选技术路线,因此研究离子在熔盐中的电化学行为对干法后处理尤为重要。本工作测定了LiF加入LiCl-KCl熔盐前后对钆、铽还原电位的影响,发现加入LiF后钆、铽的还原电位差由原来的6mV变为67mV,增大了11倍多。用电化学和光谱的方法得到了熔盐中离子的配位结构,发现在LiCl-KCl-GdCl_3(5mol%)/TbCl_3(5mol%)熔盐中为[GdCl_6]~(3-)、[TbCl_6]~(3-)的正八面体结构,其拉曼图谱如图1所     

Spectroscopic response of coplanar diamond alpha particle detectors

The performance of a chemical-vapor deposited (CVD) diamond radiation detector with an interdigitated coplanar electrode geometry is reported. The coplanar structure produces a shallow lateral electric field distribution. Consequently, charge transport occurs in a region close to the growth surface of the CVD diamond film, where the drift lengths are maximized. The spectroscopic performance of the coplanar diamond detector was investigated using alpha particles from a ²⁴¹ Am source, and also using a scanning 2-MeV proton microprobe. A broad full energy peak was observed using 5.49-MeV alpha particles, with an overall charge-collection efficiency of approximately 16% at a bias voltage of 300 V. The performance of this device is discussed with reference to Monte Carlo simulations of charge transport in coplanar electrode geometries     

Cytotoxicity of Boron-Doped Nanocrystalline Diamond Films Prepared by Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition

Boron-doped nanocrystalline diamond(NCD) exhibits extraordinary mechanical properties and chemical stability,making it highly suitable for biomedical applications.For implant materials,the impact of boron-doped NCD films on the character of cell growth(i.e.,adhesion,proliferation) is very important.Boron-doped NCD films with resistivity of 10~(-2)Ω·cm were grown on Si substrates by the microwave plasma chemical vapor deposition(MPCVD) process with H_2 bubbled B_2O_3.The crystal structure,diamond character,surface morphology,and surface roughness of the boron-doped NCD films were analyzed using different characterization methods,such as X-ray diffraction(XRD),Raman spectroscopy,scanning electron microscopy(SEM) and atomic force microscopy(AFM).The contact potential difference and possible boron distribution within the film were studied with a scanning kelvin force microscope(SKFM).The cytotoxicity of films was studied by in vitro tests,including fluorescence microscopy,SEM and MTT assay.Results indicated that the surface roughness value of NCD films was 56.6 nm and boron was probably accumulated at the boundaries between diamond agglomerates.MG-63 cells adhered well and exhibited a significant growth on the surface of films,suggesting that the boron-doped NCD films were non-toxic to cells.     

Application of a boron doped diamond (BDD) electrode as an anode for the electrolytic reduction of UO2 in Li2O–LiCl–KCl molten salt

A boron doped diamond thin film electrode was employed as an inert anode to replace a platinum electrode in a conventional electrolytic reduction process for UO₂ reduction in Li₂O–LiCl molten salt at 650 °C. The molten salt was changed into Li₂O–LiCl–KCl to decrease the operation temperature to 550 °C at which the boron doped diamond was chemically stable. The potential for oxygen evolution on the boron doped diamond electrode was determined to be approximately 2.2 V vs. a Li–Pb reference electrode whereas that for Li deposition was around ?0.58 V. The density of the anodic current was low compared to that of the cathodic current. Thus the potential of the cathode might not reach the potential for Li deposition if the surface area of the cathode is too wide compared to that of the anode. Therefore, the ratio of the surface areas of the cathode and anode should be precisely controlled. Because the reduction of UO₂ is dependent on the reaction with Li, the deposition of Li is a prerequisite in the reduction process. In a consecutive reduction run, it was proved that the boron doped diamond could be employed as an inert anode.     

核级不锈钢焊接接头钝化膜耐蚀性能和半导体特性研究

采用电化学阻抗谱(EIS)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、Auger扫描能谱仪(AES)以及容抗测试技术(M-S曲线),研究了316LN/316L不锈钢焊接接头在模拟压水堆一回路高温高压水中形成的钝化膜的耐蚀性能和半导体特性。结果表明,焊缝区、热影响区和母材区形成的钝化膜的耐蚀性能不同,热影响区钝化膜开路电位及电化学阻抗等均低于其他区域,说明热影响区钝化膜的耐蚀性能最差,这主要与钝化膜的致密程度、厚度及Cr氧化物的含量有关。M-S曲线表明,母材区钝化膜平带电位为-0.7V,较其他区域(-0.4V)负移,表明有BO-3等阴离子在钝化膜表面吸附,加之具有较低的施主和受主浓度,可排斥侵蚀离子的腐蚀,使之较其他区域有更强的耐蚀性能。     

LiCl-KCl-LaCl_(3)熔盐体系中La^(3+)的反应动力学机理北大核心CSCD

在LiCl-KCl共晶盐中,研究了在不同温度下La^(3+)的反应动力学机理。首先,在723~873 K范围内,利用循环伏安法(CV)测得La^(3+)的扩散系数D为3.06×10^(-5)~6.08×10^(-5)cm^(2)/s,并根据Arrhenius方程计算了La^(3+)在电解质中的扩散活化能E_(D)=34.51 kJ/mol。随后,利用电化学阻抗谱技术(EIS)研究了La^(3+)在电极上的动力学参数并测得交换电流密度i_(0)为0.48~1.39 A/cm^(2)、反应速率常数k_(0)=2.04×10^(-4)~5.90×10^(-4)cm/s及反应活化能E_(a)=35.04 kJ/mol。通过Nyquist图和拟合的等效电路图研究La^(3+)在W电极上的反应动力学机理,发现在LiCl-KCl共晶盐中La^(3+)的电化学反应速率不仅受扩散控制还受电荷转移控制,且与温度成正相关。     

Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition of Diamond Films on Silicon From Ethanol and Hydrogen

Diamond films with very smooth surface and good optical quality have been deposited onto silicon substrate using microwave plasma chemical vapor deposition(MPCVD)from a gas mixture of ethanol and hydrogen at a low substrate temperature of 450℃.The effects of the substrate temperature on the diamond nucleation and the morphology of the diamond film have been investigated and observed with scanning electron microscopy(SEM).The microstructure and the phase of the film have been characterized using Raman spectroscopy and X-ray diffraction(XRD).The diamond nucleation density significantly decreases with the increasing of the substrate temperature.There are only sparse nuclei when the substrate temperature is higher than 800℃ although the ethanol concentration in hydrogen is very high.That the characteristic diamond peak in the Raman spectrum of a diamond film prepared at a low substrate temperature of 450℃ extends into broadban indicates that the film is of nanophase.No graphite peak appeared in the XRD pattern confirms that the film is mainly composed of SP^3 carbon.The diamond peak in the XRD pattern also broadens due to the nanocrystalline of the film.     

MnHCF膜电极制备及其Cs~+分离性能

采用循环伏安电沉积法制备出ITO/MnHCF膜电极,通过扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、红外光谱(IR)分析了膜的表面形貌和成分,并结合电沉积的循环伏安曲线,确定了电沉积条件为扫描电位区间-0.2~0.85V,扫描圈数50圈+50圈,扫描速率25mV/s。膜电极在1mol/L NaNO3溶液中具有可逆的电化学行为,在循环伏安条件下能够可逆地置入与置出Na+。初步考察了ITO/MnHCF膜电极对Cs~+的分离性能,研究结果表明,其对Cs~+的分离性能较好,氧化态膜在-0.2V条件下还原吸附Cs~+的去除率达到64.98%,可为MnHCF膜电极应用于核电厂放射性废液的处理提供参考。     

CVD金刚石膜X射线探测器的研制及性能研究

金刚石以其独特的性能成为辐射探测器的理想材料.采用HFCVD方法制备了高质量、(100)取向的CVD金刚石膜,在此基础上研制出X射线探测器.使用55Fe 5.9keV X射线研究了CVD金刚石膜探测器的光电流和电荷收集效率.结果表明,探测器在偏压加到100V还具有好的欧姆接触;电场为50kV·cm-1时的暗电流与光电流分别为16.3和16.8nA;电荷收集效率η为45.1%,对应的电荷收集距离δ(CCD)为9.0μm.     

新型金刚石膜微条气体室X射线探测器

以金刚石膜／硅复合材料作为基板．运用微加工技术在金刚石膜／硅衬底上光刻铬／金微条电极．制成了流气式微条气体室探测器。在室温及101．0kPa下,使用微机多道能谱仪及辅助电子学设备在5．9keV^55FeX射线辐照下测量了微条气体室探测器在不同电压下的能谱响应和脉冲信号。结果表明微条气体室探测器具有较高的信噪比,计数率≥10^3Hz,当混合工作气体Ar：CH4=90：10、漂移电压-1000V、阴极电压-650V、阳极0V时,能量分辨率达12．3％。     

Li Cl-KCl熔盐体系中Ce(Ⅲ)在液态Ga电极上的电化学行为

采用循环伏安法（CV）、方波伏安法（SWV）和计时电位法（CP）等暂态电化学方法研究了LiCl-KCl熔盐体系中Ce（Ⅲ）在液池Ga和液膜Ga电极上的电化学行为。以高纯Al₂O₃包覆的石墨棒作对电极,以Ag/AgCl(x=2%)为参比电极,结果表明,在液池Ga电极上,Ce（Ⅲ）可一步还原为αGa₆Ce：Ce（Ⅲ）+3e+6Ga=αGa₆Ce,该反应为不可逆过程,并受扩散控制;Ce（Ⅲ）的扩散系数与温度的关系式为：ln D=2.88-10 118.4/T;Ce（Ⅲ）/αGa₆Ce的半波电位与温度的关系式为：E=-1.701+5.472×10^-4T。此外,在Ga液膜电极上,Ce（Ⅲ）可发生欠电位沉积,形成至少三种金属间化合物。