金属纳米颗粒分散氧化物Au/SiO2薄膜的制备与光吸收特性

利用多靶磁控溅射法制备了金纳米颗粒分散氧化物薄膜,其分散颗粒的体积分数和平均直径分别为3%～65%和10nm～30nm.吸收光谱研究表明,Au/SiO2薄膜在560nm波长附近有明显的表面等离子共振吸收峰,吸收峰的强度随Au含量的增加而增强,Au含量在37%的附近,Au/SiO2薄膜在560 nm波长处表现的吸收峰呈最大的吸收强度.当Au分散颗粒的含量超过了其分散限度后,吸收峰的强度随Au含量的增加而减弱.用Mie散射理论对吸收光谱进行了模拟,得到了与实验结果一致的表面等离子共振吸收峰.

铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的现状、机遇与挑战

近十年来,铌酸钾钠(KNN)基无铅压电陶瓷一直是国内外的研究热点。基于笔者的研究工作,本文从晶体结构、性能优化、制备工艺三个方面总结了KNN陶瓷的发展现状,并进而尝试分析了该体系在未来发展中面临的机遇与挑战。

AZ31铸造镁合金的物相和显微组织

使用XRD、OM、SEM-EDX以及WD/ED-CMA等技术研究了AZ31铸造镁合金的物相、显微组织及主要元素分布。结果表明:AZ31铸造镁合金由α-Mg基体、共晶体以及弥散分布于晶内的细小析出相组成,是一种典型的铸造离异共晶体组织。-αMg晶粒为粗大的等轴晶,颗粒直径约为150μm;共晶体由α-Mg与β-Mg17(AlZn)12组成,沿晶界呈不连续网状分布,-βMg17(AlZn)12为多角形块状和片层类似粗珠光体状;元素Al、Zn主要富集在晶界上,与Mg形成-βMg17(AlZn)12相,元素Si、Mn与Mg、Al形成Mg2Si、AlMn析出相,弥散分布于晶内,有少量Si固溶于α-Mg基体中,引起-αMg基体的X射线衍射峰向高角度偏移,且其晶格常数有所减小。

无铅压电陶瓷铌酸钾钠的常压烧结及其电学性能

用常压烧结方法制备了Na0.5K0.5NbO3(NKN)无铅压电陶瓷。研究了烧结温度与NKN陶瓷的密度、结构以及电学性能的关系。结果表明:NKN陶瓷与KNbO3相似为正交结构,烧结温度超过1080℃时,出现无压电性第二相。在很小的温度范围内(1020～1100℃)烧结体密度有显著不同,当烧结温度为1080℃时,NKN陶瓷烧结密度达到最大值(4.22g/cm3,相对密度为92%)。经1060℃烧结的NKN陶瓷其压电常数最高,达到122pC/N;Curie温度为409℃;矫顽场为9kV/cm;剩余极化强度为15μC/cm2。

变形工艺对AZ31B镁合金薄板组织及力学性能的影响

将不同厚度的AZ31B镁合金挤压坯经多道次和单道次两种轧制工艺制备成厚度约为1 mm的薄板。XRD结果表明,轧板出现了明显(0001)面织构。挤压和轧制过程中的大变形促使了再结晶的发生,进而形成了细小且均匀的显微组织。多道次轧制的最薄轧板中获得了尺寸为5-10μm的等轴晶。细小的再结晶晶粒使材料的强度和塑性得到了改善。多道次轧板的拉伸强度达到了292MPa,其伸长率为单道次轧制的两倍。

Ag^+掺杂Na_(0.5)K_(0.5)NbO_3无铅压电陶瓷的无压烧结及性能研究

铅基压电陶瓷在制备、使用及废弃处理过程中都会造成环境污染,随着环保意识的增强,无铅压电陶瓷必将逐步替代铅基压电陶瓷。Na0.5K0.5NbO3是一种很有潜力的无铅压电陶瓷,掺杂各种元素提升Na0.5K0.5NbO3陶瓷的压电性能成为当今研究热点之一。本研究以Ag2O、Na2CO3、K2CO3、Nb2O5为原料,经750℃焙烧分别合成了Na0.5K0.5NbO3和AgNbO3粉料,再经配料、混料与成型,在1060℃埋粉烧结,制备出Ag+掺杂的Na0.5K0.5NbO3无铅压电陶瓷(xAgNbO3-(1-x)Na0.5K0.5NbO3,ANKN),并在较宽成分范围内(Ag+含量,x=0～50at%)系统研究了Ag+掺杂对ANKN陶瓷性能的影响。XRD结果表明,ANKN陶瓷的主相为钙钛矿型结构,当x>16at%,开始出现K5.75Nb10.85O30杂相,随着Ag掺杂量的增加,杂相的衍射峰增强。电学性能测试结果表明,当x<20at%,随Ag掺杂量的增加ANKN陶瓷的压电常数、介电常数等略有升高;当x>20at%,ANKN陶瓷的各项性能均开始降低;Ag掺加量为x=16at%时ANKN陶瓷性能最佳,压电常数d33达到110pC/N,平面机电耦合系数kp为30%,相对介电常数εr为358,居里温度Tc为300℃。

超音速火焰喷涂技术制备的双峰WC–CoCr涂层磨粒磨损特性

采用超音速火焰喷涂(high velocity oxy-fuel,HVOF)工艺分别制备了双峰结构和常规结构的WC–CoCr复合涂层。比较了不同结构WC–CoCr涂层的组织结构、显微硬度和断裂韧性;在涂层磨粒磨损实验的基础上,探讨了双峰结构WC–CoCr涂层的磨损机理。结果表明:与常规结构的WC–CoCr复合涂层相比,在由含质量分数30%超细WC粉末制备的双峰结构涂层中,WC在黏结相中溶解最多,断裂韧性最低;由含质量分数50%超细WC粉末制备的双峰结构涂层最致密,显微硬度与断裂韧性最高,耐磨粒磨损性能最优良。

Li补偿量对铌酸盐基无铅压电陶瓷结构和性能的影响

采用传统固相烧结工艺,在1000℃成功制备了致密度较高、微观形貌较好的Li0.05＋x（Na0.535K0.48）0.95NbO3（LxNKN）压电陶瓷.考察了Li补偿量对LxNKN陶瓷致密度、微观结构、相结构、居里温度及电学性能的影响.结果发现：添加过量Li不仅促进陶瓷的烧结,而且降低陶瓷的烧结温度.XRD图谱分析和相应的晶格常数计算表明,在x=0.010~0.015范围内出现了四方-正交两相共存的多形态相界（PPT）.由于PPT的出现,在最佳补偿量x=0.015处,陶瓷的压电常数d33、机电耦合系数kp、介电常数εr和剩余极化强度Pr分别达到各自的最大值282 pC/N、44%、942和27μC/cm2.与化学计量比的LNKN陶瓷相比,LxNKN陶瓷的居里温度随Li补偿量的增加变化很小,这可能是由于Li主要是起助烧作用而进入主相晶格很少的缘故.研究工作为低温制备高性能铌酸盐系压电陶瓷提供了一种新的思路.

铁酸铋粉体:硝酸钾辅助水热合成的形貌调控及可见光催化性能(英文)

利用硝酸钾作为辅助矿化剂,采用水热法合成了不同尺寸和形貌的铁酸铋粉体,探索了硝酸钾的加入量对产物的尺寸和形貌的影响。采用X射线衍射、扫描电镜和透射电镜以及漫反射光谱对制备的铁酸铋粉体的相结构、微观形貌以及光吸收特性进行了表征。结果显示,随着尺寸的减小,粉体的吸收带边发生蓝移。可见光降解刚果红实验表明,粒径小的铁酸铋纳米粉体颗粒具有更好的可见光催化活性。

Na0.5K0.5NbO3无铅压电陶瓷放电等离子烧结的制备工艺

由于Na,K在高温下容易挥发,因而采用普通陶瓷烧结工艺难以得到致密的碱金属铌酸盐系陶瓷,只能通过热压烧结制备高密度的铌酸钾钠(NaNbO3-KNbO3)系无铅压电陶瓷.本研究采用放电等离子烧结(SparkPlasma Sintering,SPS)技术,通过配料、研磨混料、焙烧、SPS烧结、退火工艺后,制备出白色略带黄色的Na0.5K0.5NbO3压电陶瓷试样.在烧结过程中,没有观察到明显的碱挥发,试样密度随烧结温度的增加而增大,860℃以上温度烧结时,试样的密度达到4.22g/cm3(为理论密度的92%).采用分步极化方法对试样进行极化,即先在高温下用低电压极化,再在低温下用高电压极化,极化后样品的压电常数d33为37pC/N～49pC/N.

纳米SiC分散的Bi_2Te_3热电材料的制备与性能研究

用机械合金化工艺(MA)和放电等离子烧结工艺(SPS),制备出纳米SiC(平均直径约30 nm)弥散分布的Bi_2Te_3热电材料,并研究了纳米SiC颗粒弥散对Bi_2Te_3性能的影响。实验采用MA合成纳米SiC分散Bi_2Te_3粉末,用SPS制备块体材料。XRD分析表明用MA和SPS成功制备了Bi_2Te_3合金,随着纳米SiC含量的增加,材料的颗粒尺寸减小,表明纳米SiC有抑制颗粒长大的作用。电学性能测试发现少量(体积分数≤1.0%)纳米SiC的加入对Bi_2Te_3电学性能有很大影响:虽然随着SiC含量的增加电导率有所降低,但Seebeck系数得到了提高。当加入0.1%SiC时,Seebeck系数和功率因子达到最大值,均高于纯Bi_2Te_3试样,随着SiC含量进一步增加,Seebeck系数和功率因子降低。显微硬度随着纳米SiC含量的增加也得到提高。综合实验结果表明极少量纳米SiC颗粒的加入可以提高Bi_2Te_3的电学性能和力学性能。

MgO掺杂LKNN无铅压电陶瓷的致密化烧结

本文采用传统烧结法成功制备了MgO掺杂的Li0.06(K0.5Na0.5)0.94NbO3+xMgO(LKNNMx)陶瓷,研究了烧结温度和MgO掺杂量对LKNNMx陶瓷结构与性能的影响。结果表明:MgO掺杂有效地促进了陶瓷的烧结,随MgO掺杂量的增加,LKNNMx陶瓷的致密化烧结温度大幅度降低。当MgO掺杂量为0.1%时,在1060℃烧结制备的陶瓷样品,其相对密度达到90%;当MgO掺杂量增加到1.5%时,在1000℃烧结制备的陶瓷样品,其相对密度高于92%,并保持了较好的压电性能。

缺陷离子调控对BiFeO3-BaTiO3基钙钛矿材料的铁电光伏特性影响

BiFeO3-BaTiO3铁电材料具有优异的压电和铁电性能,近年来受到广泛的关注.该材料既保持了BiFeO3体系高的自发极化强度Ps的优点,也克服了BiFeO3体系难以合成纯钙钛矿相等缺点,被认为是非常有前景的铁电、压电以及光伏材料.本文采取传统固相法制备了Bi(Fe0.96Mg0.02– xTi0.02+x)O3-0.3BaTiO3铁电陶瓷,并揭示了Mg^2+/Ti4^+比例的变化对该陶瓷样品的铁电和压电以及光电性能的影响.由于Ti4+取代Mg^2+产生电子,导致陶瓷样品的导电性能增加,压电和铁电性能出现恶化,其压电系数d33从x=0的195 pC/N下降至x=0.02时的27 pC/N.与之相反的是,Ti4^+取代Mg^2+扩宽了陶瓷样品的光吸收范围,使陶瓷样品的禁带宽度由x=0的1.954 eV下降至x=0.02时的1.800 eV.由于偶极子翻转构建的内偏电场和禁带宽度的降低等方面的相互作用,陶瓷样品的光电流密度J由x=0时的3.71 nA/cm^2增加至x=0.02时的32.45 nA/cm^2.

Cu掺杂Li_(0.06)(Na_(0.5)K_(0.5))_(0.94)NbO_3压电陶瓷的相结构、微观结构与电学性能

采用传统烧结工艺制备了Cu掺杂的(Li,Na,K)NbO3基无铅压电陶瓷,研究了Cu掺杂量对陶瓷结构和电学性能的影响。结果表明:当Cu掺杂量x≤1.2%(摩尔分数)时,陶瓷的晶粒度和致密度随Cu掺杂量的增加而增大,在x=1.2%时其相对密度达到最大值94.6%。当x>0.8%时,陶瓷中开始出现杂相,导致其压电性能下降。陶瓷的压电常数d33和机电耦合系数kp在x=0.8%时分别达最大值186 pC/N和33%。Cu的掺杂为受主掺杂,使陶瓷呈现一定的"硬性",陶瓷的机械品质因数Qm由x=0.3%时的162提高到x=1.0%时的318。

退火温度对Au/NiO纳米颗粒复合薄膜光吸收性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了Au/NiO纳米颗粒复合薄膜。用X射线衍射仪、原子力显微镜以及吸收光谱表征了薄膜的结构、表面形貌以及光学性能。研究结果表明:在500℃或500℃以上温度退火后,Au/NiO薄膜中存在NiO和单质Au两相,颗粒的平均大小为23～35nm。薄膜中Au颗粒基本呈球形,随着温度的升高,薄膜表面的粗糙度减小,Au颗粒长大,分布也较均匀。Au/NiO薄膜在波长550～610nm范围内具有明显的表面等离子共振吸收峰,随着退火温度的升高,吸收峰先蓝移后红移,其光吸收强度逐渐减弱。

CoSb3的机械合金化合成过程及其放电等离子烧结

采用机械合金化(MA)在球磨转速为250r/min～350r/min条件下,制备颗粒直径为1μm～4μm的CoSb3粉末,然后利用放电等离子烧结(SPS)得到单相CoSb3块体材料.主要讨论了MA时间、转速以及SPS烧结条件对CoSb3相形成的影响以及MA机理.结果表明,在MA时间为36h时有大量CoSb3生成,但仍存在少量Sb和Co,MA时间过长会有大量CoSb2相生成,说明机械合金化时间存在一个最佳值;在SPS烧结过程观察到有压力突增现象,机械合金化时间越长的样品压力突增的温度点越高.本实验从非平衡热力学观点,解释了利用MA-SPS工艺制备CoSb3的过程.

气氛烧结锂掺杂铌酸钾钠无铅压电陶瓷的电学性能

在工业氮气(N2)气氛条件下制备了锂掺杂铌酸钾钠(NKLN)无铅压电陶瓷,研究了Li掺杂量对陶瓷相结构、微观结构及电学性能的影响。结果表明,NKLN陶瓷具有钙钛矿结构,随Li含量的增加,陶瓷在室温下出现了从斜方相到四方相的转变;当Li含量为7%(摩尔分数)时,陶瓷具有优良的电学性能,压电常数(d33)、机电耦合系数(kp)和剩余极化强度(Pr)分别为223pC/N、38.2%和12.11μC/cm2;陶瓷的居里温度Tc随着Li含量的增加而升高,当Li含量为6%(摩尔分数)时为420℃,Li含量为8%(摩尔分数)时为480℃。

锆钛酸铅/银压电复合材料的烧结及其电学和力学性能

以锆钛酸铅(leadzirconatetitanate,PZT)和纯银(silver,Ag)粉末为原料,分别在900℃和1200℃用普通粉末烧结工艺制备了PZT/Ag复合材料。结果表明:在2个烧结温度下,Ag粉末均未氧化或与PZT相发生化学反应,而是以单质Ag弥散分布于PZT基体。尽管少量的Ag在900℃温度下明显促进了PZT陶瓷的烧结,但样品的显微结构还远不够致密。在Ag的体积分数为0～15%的范围内,900℃烧结制备的PZT/Ag复合材料的介电常数εr随Ag含量增加而升高的速率明显快于1200℃的相应结果,但是,其相应的剩余极化强度Pr和矫顽场Ec等铁电性能、压电常数d33以及断裂韧性Kc均明显低于1200℃的相应结果。根据不同温度烧结PZT/Ag复合材料的显微结构特征解释了上述材料电学性能和力学性能的差异。研究表明:1200℃是目前较为合适的烧结温度。

Fe-Ni基高强度低膨胀合金组织性能与时效时间的关系

本文主要研究了670℃时效不同时效时间对Fe-Ni基高强度低膨胀合金碳化物显微组织性能的影响。结果表明:670℃时效时,随着时效时间的延长,合金基体晶粒逐渐呈等轴化,并且有二次相以带状在小晶粒附近析出,时效3h硬度可达最大值。TEM和SAD结果表明,时效过程中,有多角状圆粒M6C,长片状M2C型两类富含Mo的碳化物析出,对合金有较明显的强化作用。时效初期,合金的膨胀系数逐渐增大,但是随着碳化物的析出,基体膨胀系数的减小,合金的膨胀系数有所下降。

PZT／Ag功能复合材料的介电常数异常

以PZT和纯Ag粉末为原料,在1200℃下用普通粉末烧结工艺制备了PZT／Ag复合材料．尽管烧结温度超过了Ag的熔点,Ag粉末并未氧化,也未与PZT相中的Pb发生反应形成合金,而是以单质Ag的形式弥散分布在PZT基体中,并且PZT／Ag界面结合良好, 同时发现有微量的Ag替代Pb进入了PZT的晶格位置．在0-15vol％Ag成分范围内研究了 PZT／Ag功能复合材料的介电性能,发现其介电常数εr随Ag含量的变化表现为先降后升(临界成分点:1vol％Ag)的趋势,并不符合用于预测介电体中添加导电第二相引起介电常数增加的经典Maxwell方程．在钙钛矿结构A位离子取代和渗流效应的理论基础上解释了上述介电常数的异常变化,认为是由于在低成分范围内,Ag+取代Pb2+降低介电常数εr并起主导作用;随着Ag含量的增加,Ag第二相颗粒之间建立的有效介电场增加了介电常数并逐渐起主导作用．