从黄沙坪低品位钼、铋、钨、萤石浮选尾矿中回收石榴石的回收和应用试验研究

介绍采用磁选或重选-磁选联合流程从黄沙坪低品位钼、铋、钨、萤石、铁(石榴石)多金属矿的萤石浮选尾矿中回收石榴石的选矿工艺。将石榴石精矿细磨加工后,用作砂纸的磨砂和橡胶的充填剂均取得良好的效果。

3D打印钇铝石榴石基激光陶瓷研究进展

先进固体激光器的发展方向是更高的输出功率和更优异的光束质量。稀土离子掺杂钇铝石榴石透明陶瓷是固体激光增益介质的优选材料,但泵浦过程中的热效应问题劣化光束质量,阻碍了输出功率进一步提升。复杂构型激光陶瓷泵浦时产热和散热更均匀,能够显著降低热效应。相比于传统制备方法,3D打印能够成型更复杂的设计结构,抑制热效应,并实现多模块器件的集成化和小型化,推动激光器走向更广泛的应用。本文首先介绍了复杂构型激光陶瓷的几种传统制备方法,并分析了优点和局限性。然后,系统综述了3D打印制备钇铝石榴石基激光陶瓷的研究现状和存在的问题。3D打印方法包括直接墨水书写、立体光刻、数字光处理、材料喷射打印、双光子聚合和微连续液体界面打印。其中,立体光刻和数字光处理成型的样品中存在层间缺陷,导致严重的散射损耗;材料喷射打印结合干压成型可用于制造平面波导;双光子聚合和微连续液体界面打印适用于在微米尺度上制造高度复杂的结构;直接墨水书写不仅首次实现了激光陶瓷的制备,相关研究也最为广泛,目前是制备复杂构型激光陶瓷最有前景的方法。最后,对3D打印制备钇铝石榴石基激光陶瓷目前存在的问题和研究前景进行了总结。

含镓石榴石系列大晶格常数磁光衬底单晶研究进展

近年来,光通信技术与集成电子器件飞速发展,以稀土铁石榴石(RIG)为代表的磁光薄膜被视为应用于近红外通信窗口最具潜力的磁光材料。为了尽量减小磁光薄膜在制备过程中相关性能受到的影响,衬底材料的选择成为关键。制备RIG磁光薄膜通常采用Si类及石榴石氧化物类作为衬底材料。RIG磁光薄膜的晶格常数一般在12.4左右,含镓类石榴石氧化物单晶衬底基片与其晶格常数相近,具有大晶格常数特性,是其合适的衬底材料之一。但是,由于原料氧化镓高温易挥发,使含镓类石榴石单晶制备成为一直以来关注和讨论的热点。深入研究含镓类石榴石衬底单晶有望促进新一代磁光器件的发展。本文综述了在含镓类石榴石系列单晶中,氧化物磁光衬底单晶的研究进展,总结了本团队在该类晶体生长、晶体结构、关键参数等方面的研究工作,展望了该类晶体的研究发展趋势。

磁光成像技术及石榴石薄膜在无损检测中的应用

磁光成像作为一种新兴的无损检测技术具有精度高、灵敏度高、成本低、速度快的优势,用于检测磁场大小、焊缝及裂纹缺陷。磁性石榴石薄膜因具有强法拉第效应、小饱和磁化场、良好的均匀性和稳定性等优良性能是目前最适宜应用于磁光成像系统中的传感器材料。介绍了磁光成像无损检测技术的原理、应用与研究发展现状;主要介绍了系统应用的关键元件——石榴石薄膜材料,对其性能改善方法与近年来的研究应用进行了综述;最后对磁光成像领域及其中石榴石薄膜的未来发展与研究方向进行了展望。

石榴石Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)固态电解质电导率优化策略研究进展

近几年,应用碳材料负极和有机电解液的液态锂离子电池(LIBs)的弊端日益凸显,电解液泄漏和过热燃烧等安全事故频发。另外,传统的LIBs也无法满足当今社会对高能量密度电池的需求。由于上述LIBs存在的诸多缺点,市场急需开发兼顾高能量密度与高安全性能的新型电池,现已发现可通过引入固态电解质的途径来实现。固态锂电池(SSLBs)相较于传统的LIBs,具有较高的能量密度、较宽的工作温度范围和更高的安全性。其中,固态电解质作为固态电池的重要元件之一,对电池性能的影响至关重要。石榴石Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)凭借其高锂离子电导率(1×10^(-4)~1×10^(-3)S/cm)、宽电化学窗口(9 V)以及对锂负极的高稳定性等优点,在众多固态电解质中脱颖而出。本综述就提高石榴石基电解质锂离子电导率的研究予以总结:首先,介绍了Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)晶体结构并分析了结构与电导率之间的关系;然后,综述了几种提高电导率的方法,包括引入掺杂离子、改进烧结技术和添加烧结助剂等;最后,提出了石榴石基固态电池的未来发展的挑战,为固态电解质相关研究提供参考。

放电等离子烧结Bi、Ce掺杂钇铁石榴石陶瓷的微观结构与磁性能

钇铁石榴石(Y_(3)Fe_(5)O_(12),YIG)是一种立方晶体结构的软磁铁氧体材料。YIG具有法拉第效应、低的铁磁共振线宽,在微波磁光领域具有广阔的应用前景。采用球磨法,通过预烧成功制备Y_(2.6-x)Bi_(0.4)Ce_(x)Fe_(5)O_(12)(x=0.1,0.2)粉末,再利用放电等离子烧结(SPS)将其在较低温度下制备成陶瓷。采用X射线衍射仪对陶瓷表面和内层进行了物相分析,采用扫描电子显微镜对粉体和陶瓷形貌进行观察,采用振动样品磁强计对样品进行了静态磁性能测试。实验结果表明,由于Bi元素的掺入,预烧温度降低到1050℃。利用放电等离子烧结方法,在1050℃、60 MPa、保温4 min条件下制备出孔洞少、表观密度为5.3585 g/cm^(3)和5.4469 g/cm^(3)的Bi,Ce-YIG陶瓷,实现了Bi,Ce-YIG陶瓷的低温快速烧结。Ce的掺入提高了Y_(2.6-x)Bi_(0.4)Ce_(x)Fe_(5)O_(12)(x=0.1,0.2)粉末陶瓷的饱和磁化强度(分别为23.01 emu/g、25.96 emu/g),有利于磁光器件的小型化。Bi,Ce-YIG陶瓷的铁磁共振线宽最低为140.5 Oe,有利于器件在微波应用中的低损耗。

纳米石榴石固体电解质粉体在聚合物电解质中的均匀分散

固态锂电池(SSLBs)因采用金属锂负极和固体电解质,具有提高能量密度和安全性的潜质。固体电解质作为固态锂电池的关键材料,对电池性能有重要影响。其中,聚合物-石榴石型复合固态电解质因结合了聚合物电解质的易加工性以及石榴石电解质的热稳定性和高离子电导率的优点,在固态电池规模化制造中具有良好的应用前景。然而,由于纳米固体电解质粉体的表面能高、与有机物的界面兼容性差,导致纳米锂镧锆氧颗粒在聚合物基体中容易发生团聚,进而导致复合电解质的离子电导率降低。本工作引入硅烷偶联剂3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)对Li_(6.4)La_(3)Zr_(1.4)Ta_(0.6)O_(12)(LLZTO)的表面进行改性,旨在改善LLZTO颗粒在溶剂和聚合物基体中的分散性。LLZTO纳米颗粒表面的羟基与GPTMS分子反应形成共价键,在颗粒表面形成一层厚度约5 nm的GPTMS修饰层。GPTMS中具有亲脂性的环氧基团,使改性后的LLZTO纳米颗粒(LLZTO@GPTMS)在有机溶剂中均匀分散。粒度分布实验表明,LLZTO纳米颗粒的分散性与溶剂的极性呈正相关。采用均匀分散的LLZTO悬浮液,制备的PEO:LLZTO复合电解质的室温离子电导率可以达到2.31×10^(-4)S·cm^(-1)。使用优化后的PEO:LLZTO@GPTMS电解质组装的锂对称电池以及以LiFePO_(4)(LFP)为正极、金属锂为负极的SSLBs均表现出更长的循环寿命。此外,GPTMS的修饰有助于LLZTO纳米颗粒在聚乙烯(Polyethylene,PE)隔膜上的均匀涂覆。采用LLZTO@GPTMS涂覆PE隔膜的LFP|Li电池比采用未修饰LLZTO涂覆PE隔膜的电池展现出更优异的循环稳定性。结果表明,GPTMS能够有效提高LLZTO纳米颗粒在有机溶剂和聚合物基质中的分散性,对其他有机-无机复合材料体系具有指导意义。

石榴石基复合固态电解质的界面调控和离子传导机制

Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)基复合固态电解质(CPE),因综合了聚合物的柔韧性和LLZO的高离子电导率被认为是高能量密度固态锂金属电池的有力候选。本文总结了LLZO基CPE在负极-电解质界面和正极-电解质界面的关键问题,并归纳了近年来解决电极-电解质界面离子传输问题的方法,最后结合最新表征方法和研究观点,深入分析了锂离子在LLZO基CPE中的离子传输路径。本文深入讨论了LLZO基CPE中的锂离子迁移路径和界面离子传输问题,为高能量密度固态锂金属电池的发展提供有益的参考。

氯盐共沉淀法制备钇铝石榴石(YAG)纳米粉体和透明陶瓷的研究

以商业氯化铝和氯化钇为原料,采用共沉淀法合成了YAG纳米粉体。通过高温真空烧结制备了YAG透明陶瓷。采用热重—差热(TG-DTA)、傅立叶红外(FT-IR)、X射线衍射(XRD)等手段研究了氯盐浓度、分散剂PEG-6000浓度对粉体物相、粒径、晶粒尺寸的影响和变化规律。结果表明:以0.25 mol·L^(-1)的AlCl_(3)·6H_(2)O、0.15 mol·L^(-1)的YCl_(3)·6H_(2)O的混合溶液为反应初始溶液,以1.0 mol·L^(-1)的NH_(4)HCO_(3)为沉淀剂,以20 g·L^(-1)的PEG-6000为分散剂,采用反滴法制备的前驱体经过1100℃保温6 h煅烧得到的YAG粉体的性能最优,粉体平均粒径为66.0 nm,且粉体呈现出较好的分散状态;以该YAG纳米粉体制备的陶瓷(厚1 mm)双面抛光后的直线透过率最高为45.0%@400 nm及52.8%@1100 nm,与理论透过率有一定的差距;显微结构观察发现晶界气孔较多,影响了光线的直线传输导致了透过率不高,在今后的工作中还需要对制备工艺进行优化。

高效稳定的Cr^(3+)离子激活石榴石型宽带近红外荧光粉的发光特性及应用研究

近红外荧光粉转换型发光二极管(NIR pc-LEDs)作为一种紧凑型光源,在近红外光谱技术领域具有广泛的应用前景。然而,开发高效稳定的近红外荧光粉一直面临巨大挑战。本研究报道了一种高效且热稳定优异的Cr^(3+)离子激活Gd_(3)Ga_(5)O_(12)(GGG∶Cr)石榴石近红外荧光粉。在450 nm蓝光激发下,其近红外发射覆盖620~1100 nm范围,最高峰位于740 nm,半高宽为97 nm,内量子效率达54.6%。同时,该荧光粉表现出优异的热稳定性,即在425 K温度时,其近红外发射光谱积分强度为室温的106%(106%@425 K),呈负热猝灭特性。此外,通过Nd^(3+)-Yb^(3+)稀土离子共掺策略,成功实现了材料近红外发射谱带的有效拓宽和热稳定性增强(115%@425 K)。最后,将目标材料与蓝光芯片结合,封装成近红外LED器件,在320 mA电流驱动下,近红外最大输出功率可达55.5 mW,光电转换效率约为6%。以上结果表明,GGG∶Cr,Nd,Yb石榴石荧光粉是一种潜在的高功率近红外LED光源用近红外发光材料。

Sm/Gd-Nd协同置换对高介电常数石榴石微波铁氧体性能的影响

采用固相法陶瓷制备工艺,利用Bi^(3+)与稀土离子Gd^(3+)-Nd^(3+)、Sm^(3+)-Nd^(3+)协同置换对石榴石铁氧体进行高介电常数和高功率性能的复合,开发了新型高介电常数高功率石榴石铁氧体,研究不同烧结温度下制备的铁氧体的电磁性能。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对铁氧体的物相组成和微观形貌进行了表征,确认均为单一的石榴石相结构。该铁氧体良好地复合了高介电常数与高功率特性,且具有tan δ<2×10^(-4),T_(c)>260℃等良好性能。两种高介电常数高功率铁氧体具有不同的烧结特性,在1 090℃、1 100℃烧结的Sm-Nd协同置换的铁氧体出现过烧,电磁性能恶化;而Gd-Nd协同置换的铁氧体则在整个烧结温度内均有较稳定的性能。

固态电池石榴石电解质与锂金属界面改善的综述

固态电池因高比能量、高安全性和宽使用温度范围等优势,具有广阔的应用前景。石榴石固态电解质具有较高的离子电导率、较宽的电化学窗口以及对锂金属稳定等特点,是构筑全固态锂金属电池较有发展前景的固态电解质之一。石榴石固态电解质与锂金属之间存在着接触不良、高界面阻抗等问题。对石榴石电解质/锂负极的界面特性及界面问题的成因进行分析,并总结电解质和锂金属表面处理以及引入界面层等调控策略,包括使用锂合金、去除电解质表面的污染物,以及使用原子层沉积、磁控溅射沉积、真空蒸镀等技术添加修饰层,为解决石榴石与锂负极的界面问题提供借鉴。

水化石榴石向钙铁榴石碱热转变动力学

基于高效脱硅产物钙铁榴石,从制备的水化石榴石中高效提取氧化铝,系统研究了不同参数对水化石榴石碱热转化的影响规律和反应动力学行为。结果表明,制备的水化石榴石主要由立方体颗粒团聚而成,化学组成与标准分子式基本一致。铁铝比的增加、反应温度的升高、反应时间的延长和分子比的增加均有利于水化石榴石中氧化铝的回收。水化石榴石最佳碱热转化工艺为:铁铝比1.0、反应温度280℃、反应时间60 min、分子比30,此条件下氧化铝回收率为63.12%。碱热转化过程中大部分水化石榴石转化为钙铁榴石,氧化铝的碱热反应主要受界面传输和扩散共同控制,反应表观活化能为26.60 kJ/mol。

石榴石微波铁氧体/顺丁橡胶基弹性体的制备及其性能

以顺丁橡胶(BR)为基体,石榴石微波铁氧体(YIG)为改性组分,制备了YIG/BR复合弹性体。实验对复合弹性体的结构和微观面貌进行了表征,并分别对YIG含量和BR含量对复合弹性体的性能影响进行了探讨。结果表明,YIG含量对力学性能、硫化性能和阻尼性能的影响作用显著,当其含量增大时,复合弹性体的拉伸强度和邵尔硬度上升,断裂伸长率先上升后下降,最低硫化转矩和最高硫化转矩上升,焦烧时间和硫化时间减小,拉伸恢复力和压缩恢复力上升。而BR含量对阻尼系数影响显著,复合弹性体的最大阻尼系数与BR含量呈正相关联系。

甘肃敦煌红柳峡地区石榴石斜长角闪岩的变质特征、锆石U-Pb年龄及地质意义

甘肃敦煌红柳峡石榴石斜长角闪岩原岩为岛弧拉斑玄武岩,形成于不成熟岛弧。其典型矿物组合为:石榴石(Grt)-角闪石(Amp)-透辉石(Di)-斜长石(Pl),其中较粗大的变斑晶石榴石中通常保存进变质生长环带。根据岩相学和矿物化学研究得出,该区石榴石斜长角闪岩经历了四个变质演化阶段:早期进变质阶段(M1)、变质高峰期阶段(M2)、近等温减压阶段(M3)和晚期降温退变质阶段(M4)。M1阶段以石榴石核部成分及其核部包体矿物组合石榴石(GrtⅠ)+角闪石(AmpⅠ)+斜长石(PlⅠ)+石英(Qtz)为特征,P-T估算结果为T=550～600℃,P=0.3～0.5GPa;M2阶段以变斑晶石榴石幔部成分(GrtⅡ)及基质中的矿物组合角闪石(AmpⅡ)+透辉石(Di)+斜长石(+PlⅡ)+石英(Qtz)为特征,P-T估算结果为T=650～780℃,P=0.8～0.9GPa;M3阶段的代表性结构为石榴石边缘(GrtⅢ)形成由绿色角闪石(AmpⅢ)和斜长石(PlⅢ)组成的"白眼圈",该阶段温度估算结果为630～700℃,压力大幅降低;M4阶段透辉石(Di)开始向角闪石(AmpⅣ)和斜长石(PlⅣ)转化,该阶段压力变化不大,主要是温度的降低。温压估算结果表明,红柳峡石榴石斜长角闪岩完整记录了从早期升温升压的进变质到后来的近等温减压再到最后的降温退变质的一个顺时针的PTt演化轨迹,反映的构造演化历史为:板块俯冲到地壳深部遭受高温变质作用,然后该区出现拉张的构造体制,随之地壳减薄,但是原来处于地壳深部的岩石并未出现大幅度折返和抬升,而是仍然处于原来的深度,慢慢的冷却直至正常的地温梯度。锆石U-Pb定年结果表明,红柳峡石榴石斜长角闪岩原岩的结晶年龄为1611±6Ma,该期年龄代表的构造事件与哥伦比亚超大陆的裂解事件一致,结合前人的研究成果我们推断,塔里木板块可能与哥伦比亚超大陆的裂解有联系,且当时位于塔里木东北缘的敦煌地块还是岛弧的构造环境,后来在中元古代塔里木运动中有一次板块俯冲碰撞事件,引起了一次高级变质作用(高角闪岩相),使当时的基性火山岩变质形成如今含有石榴石的斜长角闪岩。

华南大容山-十万大山花岗岩体中石榴石成因以及麻粒岩包体变质作用研究

根据石榴石不同的结构和化学特征,在大容山-十万大山岩套旧州岩体中共识别出四种不同成因类型的石榴石:岩浆型、转熔型、变质型和由于上升岩浆中溶解-再沉淀机制导致的从转熔型向岩浆型转变的过渡型石榴石。由于含不同的微域矿物组合,麻粒岩包体被分为两类。根据微区矿物组合识别,变质期次确定和变质反应分析,结合矿物化学和相平衡模拟计算,得到了两类麻粒岩包体内不同矿物组合的温压条件。麻粒岩包体源区的温压条件为800～830℃和7.2～8.0kbar,以含石榴石的矿物组合为代表,反映了源区部分熔融作用的晚期阶段。岩浆上升过程中石榴石或黑云母首先反应形成了Opx+Crd反应边组合,温压条件为810～860℃和4.6～5.2kbar。花岗岩中岩浆型堇青石的形成也可能基本与此同期。进一步减压在850℃和3.1～3.8kbar时形成了Spl+Crd组合。综合这些数据可以确定一条顺时针的P-T轨迹以减压为主但伴随轻微的升温,随后为一个近等压冷却过程。这是由寄主花岗质岩浆上升和侵位造成的。本研究与有效的年代学资料相结合,暗示了花岗质岩浆和麻粒岩包体是下地壳源区部分熔融的结果,形成时代为250～260Ma,可能受到了同期峨眉山地幔柱的热影响。

变色石榴石的谱学特征及变色机理探究

变色石榴石是指具有变色效应的石榴石,其矿物成分通常为含有Cr、V等微量元素的镁铝榴石、锰铝榴石或镁铝-锰铝榴石。选取五组不同色调(深绿色、灰蓝色、黑灰色、黄绿色、棕灰色)的变色石榴石,通过常规宝石学仪器、傅里叶变换红外光谱仪、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪和紫外-可见分光光度计对其进行测试分析,探讨其致色机理及变色成因。结果表明,本文样品是富含Mn^(2+)、Fe^(2+)、V^(3+)、Cr^(3+)的镁铝-锰铝榴石,且具少量的钙铝榴石和铁铝榴石端元成分。紫外-可见吸收光谱和化学成分分析指示Mn^(2+)、Fe^(2+)、V^(3+)、Cr^(3+)过渡金属离子的存在导致了本文中变色石榴石样品的颜色和变色效应:以576 nm为中心的黄区宽缓吸收带与Cr^(3+)d-d轨道自旋允许跃迁4A_(2g)→4T_(2g)和V^(3+)d-d轨道自旋允许跃迁^(3)T_(1g)→^(3)T_(2g)相关;400~460 nm中的422 nm吸收带与Mn^(2+)d-d轨道自旋禁阻跃迁^(6)A_(1g)→4Eg有关,457 nm处吸收峰与Fe^(2+)d-d轨道自旋禁阻跃迁^(5)T_(2g)→^(5)E_(g)相关;当400~460 nm吸收强度相对较大时,Mn^(2+)和Fe^(2+)对颜色的贡献度增加,变色石榴石在日光灯下呈黄色调;当400~460 nm的吸收强度相对较小时,Cr^(3+)和V^(3+)在黄区的宽缓吸收带强度相对较大,对颜色的贡献度增加,变色石榴石在日光灯下呈现蓝绿色调;以576 nm为中心的宽缓吸收带与400~460 nm强而窄的吸收带将可见光分隔成以506 nm为中心的绿区透过窗和660 nm以上的红区透过窗,两个透过窗的透过率相当,不同的样品选择性透过这两个可见光区域,加之日光灯含较多的蓝绿色成分,白炽灯含较多的橙红色成分,样品在不同光源下的颜色产生差异,最终形成变色效应。

基于高介电常数石榴石铁氧体的微带环行器设计

采用固相反应法制备高介电常数石榴石铁氧体材料。基于优化的材料性能,利用AnsysHFSS仿真软件对X波段微带环行器进行三维电磁场仿真分析,并结合微电子工艺进行实物研制。实验结果表明,高介石榴石铁氧体材料的介电常数为26,在9GHz附近材料的铁磁共振线宽为100Oe。器件仿真结果表明,在8~12GHz频率范围内,微带环行器的插入损耗小于0.4dB,隔离度大于20dB,电压驻波比小于1.2,表现出良好的环行特性。器件实物测试结果表明,在X波段内插入损耗小于1dB,隔离度大于18dB,驻波比小于1.25。造成实测性能变差的原因主要来自铁氧体较高的介电损耗,样品加工和测试过程产生的误差也有影响。相比于常规介电常数石榴石铁氧体材料研制的微带环行器,该环行器具有更小的体积和重量,实现了器件小型轻量化。

Nb^(5+)取代对高介电常数钇铁石榴石铁氧体磁性能的影响

采用传统氧化物烧结工艺制备高介电常数(ε′)钇铁石榴石铁氧体,考察不同烧结温度时Nb^(5+)取代对材料显微结构、晶相、密度(d)、气孔率(p)、晶格常数(a)、饱和磁化强度(4πM^(s))、铁磁共振线宽(ΔH)和介电常数等磁性能的影响。结果表明,Nb^(5+)取代使材料的晶粒尺寸略微增大;Nb^(5+)取代对材料的晶相无明显影响,均为石榴石纯相;1020℃烧结时,随着Nb^(5+)取代量x由0增大到0.075,4πM^(s)从1882 G减小到1741 G,ΔH从149.3 Oe增大到180.2 Oe,烧结体密度从5.83 g/cm^(3)减小到5.72 g/cm^(3),烧结体平均晶粒尺寸(D)从2.29μm增加到2.38μm,气孔率(p)从1.7%增大到3.0%,ε′无明显变化。

微量Co^(2+)-Si^(4+)取代对多晶石榴石铁氧体材料旋矩磁性能的影响

采用传统陶瓷工艺制备了多晶石榴石铁氧体,研究了微量Co^(2+)-Si^(4+)联合取代对GdCaSnV-YIG、GdCaZrV-YIG、GdCaInV-YIG和GdAl-YIG材料旋矩磁性能的影响。结果表明,Co^(2+)-Si^(4+)联合取代GdAl-YIG可使其矫顽力显著增高,而Co^(2+)-Si^(4+)取代GdCaSnV-YIG、GdCaZrV-YIG和GdCaInV-YIG,可调节其矫顽力和剩磁比。当Co^(2+)-Si^(4+)取代量为0.015时得到GdCaSnV-YIG的矫顽力为0.17 Oe,取代量为0.025时得到GdCaZrV-YIG的矫顽力为0.23 Oe,取代量大于等于0.035时三者的剩磁比均能达到0.79或以上。