Sr3Y2Ge3O12:Bi3+:紫外-可见-近红外超宽带应力发光及性能调控探索

现有应力发光多局限于单一波段。铋(Bi)离子能实现紫外–近红外波段的超宽发射,但是现有Bi离子激活应力发光材料多限于蓝光发射。针对这一问题,本工作在多格点石榴石化合物(Sr₃Y₂Ge₃O₁₂)中率先实现了紫外–可见–近红外超宽带应力发光,并借助近邻离子(Sc³⁺)取代策略调控其应力发光性能。最后,利用热释光测试等得到材料缺陷分布信息,并探究其应力发光机理。最后,基于多模式发光,该材料有望用于信息储存领域。     

Co2+掺杂ZnO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃的制备及光学性能

本文采用熔融法和热处理制备了Co²⁺掺杂的ZnO-MgO-Al₂O₃-SiO₂(ZMAS)系透明微晶玻璃,基于X射线衍射的结果确定了微晶玻璃的主要晶相为ZnAl₂O₄/MgAl₂O₄,并且随着晶化处理时间的增加,微晶玻璃的物相构成没有发生明显变化,尖晶石相的结晶度和平均晶粒尺寸呈现先增大后减小的趋势。吸收光谱和发射光谱的结果表明Co²⁺进入了尖晶石相ZnAl₂O₄/MgAl₂O₄中,并取代了四面体位置(T_d)的Zn²⁺或Mg²⁺。随着晶化处理时间的增加,样品的吸收光谱强度和发射光谱强度均呈现先升高后降低的趋势,这与X射线衍射结果的变化趋势一致,说明可以通过控制微晶玻璃的结晶度来调控光学性能,这对制备性能优良的微晶玻璃材料具有一定的指导意义。对比了采用不同价态Co的氧化物原料制备的微晶玻璃,结果表明无论是掺杂CoO还是Co₂O₃,微晶玻璃尖晶石相中的Co元素均以Co²⁺形式存在。此外,将所制备的微晶玻璃材料在1 540 nm处的基态吸收截面(σ_gas)同Co掺杂的其他基体材料进行了对比,发现它有望作为可饱和吸收体应用于调Q激光器中。     

Ni~(2 )掺杂透明微晶玻璃的宽带发光和光放大

最近,Ni~(2-)掺杂透明微晶玻璃得到了广泛关注。这种材料结合了晶体材料的高的发光量子效率和玻璃材料的优良的成纤特性,在980 nm激光激发下能在光通讯波段(1200～1700nm)产生超宽带荧光(荧光半高宽>200 nm),同时具有较长的荧光寿命(τ>200μs),有望成为宽带光纤放大器的增益介质。本文介绍了Ni~(2-)掺杂微晶玻璃材料的光学性质、微观结构和发光机理及其最近的研究进展,展望了这类发光材料的应用前景和今后的研究方向。     

组成对钠铝硅玻璃中钇锆酸盐纳米晶析晶性能的影响

基于含Y₂O₃和ZrO₂的钠铝硅玻璃体系,研究了玻璃组分中Al₂O₃/Na₂O摩尔比值(M_AN)与SiO₂/Al₂O₃摩尔比值(M_SA)对玻璃析晶性能的影响。研究结果表明,当M_AN<1时,玻璃经热处理后表面析出钠霞石晶体;当M_AN≥1时,玻璃热处理后析出钇锆酸盐纳米晶体,且此时微晶玻璃仍然具有不小于90%的高可见光透过率。对于固定M_AN的玻璃,调整其M_SA也能实现钇锆酸盐纳米晶的析出,且析出晶体尺寸随M_SA增加而减小。随着热处理温度升高微晶玻璃样品中纳米晶体尺寸增大,维氏硬度也增大。     

纳米腐殖酸基离子交换复合树脂动态吸附-脱附冶金镍镉废水

系统研究了纳米腐殖酸基离子交换复合树脂在多离子共存体系中对Ni²⁺/Cd²⁺的选择吸附性能。以此为基础,通过多柱串联、饱和吸附、洗脱液套用方法完成了对Ni²⁺、Cd²⁺冶金废水资源化治理研究,用扫描电镜(SEM)、红外光谱仪(FTIR)、热重分析仪(TG-DTA)、X射线光电子能谱仪(XPS)及N₂吸附-脱附分析仪(BET)等物理手段对复合树脂的微观形貌、化学结构、耐热性、元素组分变化及孔径分布进行表征。研究结果表明:纳米腐殖酸基复合树脂对Ni²⁺、Cd²⁺离子具有吸附速度快[0.55～1.50 mg·(g·min)^-1]、交换容量高(Ca²⁺、Mg²⁺共存体系中对Ni²⁺、Cd²⁺吸附容量分别为139 mg·g^-1和148 mg·g^-1)、选择性能好等优点,回收溶液中镍和镉离子浓度和纯度高(分别为45.15 g·L^-1和 39.17g·L^-1,且C_Ni(Ⅱ)/C_total 0.989,C_Cd(Ⅱ)/C_total 0.994);吸附-洗脱200次后,其物理、化学结构性能稳定;断面形貌变化不明显,交换容量基本不变,可重复使用;比表面积、平均孔径及孔容分别为1189.85 m²·g^-1、30.2 nm 和0.96 cm³·g^-1,热稳定性能好;氮含量从16%降至12%、氧含量由26.49%升至29.96%,交换容量由5.38mmol·g^-1升至6.06 mmol·g^-1。     

钢渣对Ni2+与Cu2+的竞争吸附研究

将转炉钢渣磨碎筛分,从钢渣投加量、吸附时间、酸性条件等方面探究其对水溶液中Ni²⁺的吸附性能及吸附机理,并讨论Cu²⁺对钢渣吸附Ni²⁺的影响。研究结果表明,100 mL浓度为50 mg·L^-1的Ni²⁺溶液,用200目(0.074 mm)0.15 g的钢渣处理30 min,Ni²⁺的吸附率为99.88%。钢渣吸附Ni²⁺的过程符合准二级动力学模型和Freundlich等温模型。钢渣吸附Cu²⁺与吸附Ni²⁺属于竞争吸附,且钢渣对Cu²⁺的吸附能力优于对Ni²⁺的吸附能力。钢渣吸附Ni²⁺的过程以化学吸附为主,伴随着物理吸附,且随着钢渣表层吸附位点的减少,钢渣对Ni²⁺的物理吸附作用会逐渐减弱。该研究对处理工业含Ni²⁺与Cu²⁺的废水具有一定的指导意义。     

钐离子掺杂CaO-MgO-SiO2系微晶玻璃的制备及其发光特性

制备了一种新型的以透辉石为主晶相的钐离子激活发光微晶玻璃,采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和荧光光谱仪研究了热处理温度对微晶玻璃的结构及发光性能的影响.结果表明:钐离子激活发光微晶玻璃在近紫外、蓝光的激发下可以发出红色光,其564,601,648nm和710nm发射峰分别对应于Sm3 的4G5/2→6HJ(J=5/2,7/2,9/2,11/2)跃迁,随着热处理温度的升高和透辉石晶体逐渐析出,光谱的谱线位置没有变化,强度明显增强.同时发现该基质中,当Sm2O3掺杂量超过0.100%(摩尔分数)时出现浓度猝灭现象.     

Ni2+掺杂对MgCr2O4材料红外辐射性能的影响

开发高发射率红外辐射材料是高温窑炉节能的重要方向。本工作采用高温固相反应工艺制备Ni²⁺掺杂MgCr₂O₄材料,研究了Ni²⁺掺杂量摩尔分数对MgCr₂O₄材料红外辐射性能的影响,探讨了影响MgCr₂O₄材料红外发射率的机理。结果表明,Ni²⁺能掺杂进入MgCr₂O₄材料晶格,所制备的Mg_1–x Ni_xCr₂O₄(0.1≤x≤0.5)材料产生了晶格畸变,少量Ni²⁺价态发生转变;同时,随着Ni²⁺掺杂量增加,氧空位浓度的增大,禁带宽度减小,所制备材料在近中红外波段的发射率均有提高。x=0.5的材料(Mg_0.5Ni_0.5Cr₂O₄)在...     

IT-SOFC硼酸盐封接玻璃的相关性能研究

以传统的玻璃制备方法熔融法制备出适用于固体氧化物燃料电池封接用的B₂O₃-CaO-BaO-Al₂O₃-SiO₂-La₂O₃体系微晶玻璃封接材料。球磨5h的时间可以满足对封接材料粉体的制备要求,对应的粒径分别在0.61μm和2.9μm附近,在相应的累积曲线中99%以上小于9μm;微晶玻璃ACl的SEM照片显示片状的六方钡长石晶体从表面向外生长着并在整个微晶玻璃中错乱生长,还夹杂着一些不规则晶粒;在650～800℃之间,封接材料的电阻随温度升高而减小,阻抗值均在10⁴～10⁵Ω.cm²范围内,说明封接材料玻璃粉具有相当好的绝缘性能,符合IT-SOFC对封接材料的绝缘性要求。分别对微晶玻璃ACl和多孔的阳极薄片及微晶玻璃ACl和致密的电解质薄片的界面进行了扫描电镜（SEM）测试。测试表明,在800℃热处理100h后,ACl封接材料与阳极材料及电解质材料之间的结合面非常紧密,没有发生明显的化学反应,ACl封接材料具有好的气密性和热化学稳定性。     

含钇锆酸盐纳米晶的钠铝硅透明微晶玻璃制备及性能研究

在钠铝硅玻璃体系引入氧化钇和氧化锆实现玻璃中钇锆酸盐纳米晶的可控生长,研究纳米晶对玻璃力学性能及化学强化性能的影响。研究结果表明,钇锆酸盐纳米晶析出能够一定程度上提高玻璃的力学性能,其中m(Al₂O₃)/m(Na₂O)=1时的样品在经过800℃/2 h的热处理后,维氏硬度相比于原始样品提高了4.76%。此外,钇锆酸盐纳米晶析出后能够有效促进化学强化过程中K⁺与Na⁺交换,增加离子交换层深度,进一步提高微晶玻璃的力学性能,化学强化处理可使微晶玻璃的显微硬度相比原始样品提高20%。     

空心类水滑石对重金属的吸附性能研究

重金属废水是一类难处理的废水，对其进行有效处理一直是环境领域的研究热点。类水滑石(LDHs)因比表面积大、制备简单、环境友好等特性，成为一类具有较高应用潜力的重金属吸附剂。制备了具有更多吸附位点的空心类水滑石(LDHs-H)，选取重金属离子Cu²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺和Ni²⁺作为研究对象，探究了初始重金属离子浓度、吸附时间、溶液p H和竞争离子等因素对LDHs-H吸附重金属离子的影响。结果表明，LDHs-H对Cu²⁺和Pb²⁺的等温吸附数据较好地拟合了Freundlich等温模型，对Zn²⁺和Ni²⁺的等温吸附数据较好地拟合了Langmuir等温模型。准二级动力学模型较好地描述了LDHs-H对4种重金属离子的动力学吸附过程。LDHs-H层板上的羟基与Cu²⁺和Pb²⁺反应生成沉淀是Cu²⁺和Pb²⁺去除的主要方式，与Zn     

聚丙烯酸改性凹土对Pb2+、Ni2+和Cr3+的选择性吸附

通过凹土的表面功能化开发高性能低成本的吸附材料,采用溶液聚合法在其表面接枝聚丙烯酸,制备出聚丙烯酸/凹土吸附材料(PAA/ATP),系统考察了PAA/ATP对Pb²⁺、Ni²⁺和Cr³⁺三元混合体系的吸附性能。结果表明:PAA/ATP复合吸附材料的有机物接枝率为14.1%,其结构中出现聚丙烯酸的特征官能团;PAA/ATP吸附Pb²⁺的动力学符合拟二级动力学,即化学吸附是速率控制步骤,说明PAA/ATP对Pb²⁺的吸附是一个有化学作用的过程,吸附过程与Pb²⁺和吸附剂PAA/ATP表面官能团之间的电子转移或电子共用有关;PAA/ATP对Pb²⁺的吸附符合Langmuir吸附等温模型;PAA/ATP对Pb²⁺、Ni²⁺和Cr³⁺的竞争吸附能力依次为Pb²⁺ > Cr³⁺ > Ni²⁺,即对Pb²⁺具有较好的选择性吸附。     

超宽带光放大用新型发光材料

介绍了具有ns2np1电子构型的金属离子(原子)掺杂玻璃,过渡金属离子掺杂微晶玻璃和半导体量子点等在近红外光通讯波段具有超宽带发光的新型发光材料.具有ns2np1电子构型的铋掺杂玻璃的σem(发射截面)和σem·.FWHM(full width at half maximum)值分别是掺铒光纤放大器的2～3倍和10倍,σem·τ(荧光寿命)的值是掺钛蓝宝石的3倍.过渡金属离子掺杂微晶玻璃结合了玻璃的易加工性和透明晶体具有高效宽带发光的优点.半导体量子点可利用量子尺寸效应,具有可调节红外宽带发光中心波长等特点.上述材料可能用于宽带光纤放大器的增益介质.探讨了其发光机理并展望了今后的研究方向.     

Er~(3+)-Tm~(3+)共掺碲酸盐玻璃中近红外超宽带发光性质

研究了Er~(3+)-Tm~(3+)共掺TeO_2O-Nb_2O_5-Ln_2O_3(TKNL)碲酸盐玻璃的近红外发光光谱以及上转换光谱性质,该碲酸盐玻璃的起始析晶温度与玻璃转变温度之差△T为136℃,表明此玻璃具有良好的热稳定性,有利于拉制光纤。在808 nm半导体激光器的激发下在近红外波段观察到半高宽为185 nm的宽带近红外发光。通过对不同Tm~(3+)浓度以及不同激发波长下TKNL玻璃的近红外发光以及上转换发光的研究,探讨了Er~(3+)m~(3+)之间的能量传递机理。上述玻璃材料有望用作S和C波段光纤放大器的增益介质。     

量子化学计算在环境纳米技术教学中的应用

以电镀废水中金属污染物离子的吸附为例,展示了如何在硕士研究生课程“环境纳米技术”中引入量子化学计算的知识,介绍其在材料筛选及吸附作用机理研究中的具体实践。通过金属离子Cr³⁺、Cu²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺与配位剂CN^-离子在石墨烯及改性石墨烯表面吸附的教学实例,说明了吸附材料的前线分子轨道会影响吸附效果。Cu²⁺与Cu⁺以及Fe³⁺与Fe²⁺两组离子的吸附行为表明高价金属离子在碳材料表面具有更高的吸附能,这为筛选适宜碳材料进行单一离子选择性吸附提供了理论指导。将量子化学计算引入研究生课堂教学环节有助于提升学生的创新思维与创新能力,学会运用计算化学手段高效地设计实验,筛选适合于具体应用的功能材料,并更直观地开展机理研究。     

自增韧锌尖晶石-透辉石微晶玻璃力学性能的研究

本文以SiO₂、Al₂O₃、ZnO、CaO、MgO为主要原料制备锌尖晶石-透辉石体系微晶玻璃,利用自增韧技术提高了该体系微晶玻璃的力学性能。采用正交试验研究各热处理工艺参数对该体系微晶玻璃力学性能的影响,探究了微晶玻璃的晶相比例、微观形貌与其力学性能之间的关系。结果表明,提高透辉石相比例可显著提高微晶玻璃断裂韧性,但比例过高则会降低微晶玻璃抗弯强度,因此制备高韧性、高抗弯强度的微晶玻璃时需要柱状晶体交错和粒状晶体填充其间隙,起到协同强化的作用。基础玻璃经750℃保温2 h+810℃保温2 h+880℃保温2 h+950℃保温2 h后,微晶玻璃断裂韧性达5.1 MPa·m^1/2,抗弯强度达255 MPa,维氏硬度为8.3 GPa。     

混凝强化型好氧颗粒污泥对Ni2+吸附性能及机理研究

为强化好氧颗粒污泥(AGS)对重金属Ni²⁺的吸附效能，利用聚合氯化铝(PAC)和天然混凝剂(SNC)的特性培养形成混凝强化型AGS，并探究AGS对Ni²⁺的吸附性能及机理。结果表明：PAC型和SNC型AGS对Ni²⁺均具有良好的吸附性能且存在特异性，Ni²⁺质量浓度为0～25 mg/L时，PAC型AGS吸附效能较优；Ni²⁺质量浓度为100～150 mg/L时，SNC型AGS吸附性能较优。模型拟合结果表明：混凝强化型AGS对Ni²⁺的吸附以物理-化学吸附为主，对于吸附量及吸附速率，SNC型AGS均大于PAC型AGS。傅里叶红外变换光谱(FT-IR)结果表明，吸附过程中混凝强化型AGS存在大量羟基、羧基和氨基等基团与Ni²⁺吸附结合，实现了Ni²⁺的有效去除；同时，SNC能强化AGS中的官能团，提高吸附性能。     

超低膨胀微晶玻璃中飞秒激光直写波导探索

采用飞秒激光直写显微加工方法,基于优化的激光参数,在超低膨胀微晶玻璃中制备了插入损耗为4.94 dB的单线型波导。利用拉曼散射光谱仪、X射线衍射仪和分光光度计对激光辐照前后微晶玻璃的结构及透过率进行了表征,利用扫描电镜和能谱仪表征了样品的截面形貌及元素分布,基于2%(质量分数)HF稀溶液腐蚀试验,对样品的抗化学腐蚀能力进行了表征,利用X射线光电子能谱仪对样品中锆离子和钛离子的价态进行了表征。结果表明,微晶玻璃经激光辐照后抗化学腐蚀性能下降,透过光谱中出现了微小但不可忽略的吸收带。结合X射线光电子能谱分析,证实这些现象是由微晶玻璃中Zr⁴⁺或Ti⁴⁺受激光辐照还原为具有更高化学活性的低价亚稳Zr³⁺或Ti³⁺造成的。     

电纺zein-SLS纤维膜的制备及其离子吸附性能研究

选用玉米醇溶蛋白（zein）作为鞘层包裹材料、木质素磺酸钠（SLS）作为芯层强化材料,采用同轴电纺技术制备了可有效吸附重金属离子的zein-SLS纤维膜。优化了膜制备工艺条件,确定纺丝电压适宜为14 kV,芯鞘层进料速率比适宜为1∶1。TEM证实,SLS被成功包埋于zein纤维膜中,但其负载量、包埋率和流失率受溶液pH的影响。离子吸附测试结果表明,SLS的加入可强化zein纤维膜对三种金属离子Ni²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺的吸附效果,其中对Zn²⁺吸附能力的强化效果最为显著,上述吸附过程符合准二级吸附动力学模型。同时,在酸性条件下,随着pH的上升,zein纤维膜对Ni²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺的吸附能力逐渐提高。     

改性含铝废渣对水中重金属镍的吸附行为

采用Ca(OH)₂对含铝废渣(RAS)进行改性,制备改性含铝废渣(MAS),考察MAS对重金属镍的吸附效果,并利用FT-IR、比表面积分析仪、SEM、XRF等对MAS的结构、形貌进行表征。结果表明：经Ca(OH)₂改性制备的MAS对Ni²⁺的去除效果优于其他吸附材料;在25℃时,当MAS投加量为1.0 g、Ni²⁺初始质量浓度为40 mg/L、pH=5、吸附时间为40 min时,MAS对Ni²⁺的平衡吸附量为3.983 mg/g,Ni²⁺去除率为99.65%,达到《铜、镍、钴工业污染物排放标准》(GB 25467—2010)的排放要求(总镍<0.5 mg/L)。MAS对Ni²⁺的吸附符合二级动力学规律和Langmuir等温吸附模型。Weber-Morris内扩散模型说明,MAS对Ni²⁺的吸附是由膜扩散和内扩散共同控制的。改性后的MAS相较于RAS颗粒更细、比表面积更大、孔径分布更广,对Ni^2+<...