纳米氧化铁调控钧瓷釉层显微结构及呈色分析

本文在钧瓷釉中添加不同质量分数的纳米氧化铁,分析在还原气氛(96%Ar/4%H_(2))与氧化气氛(空气)烧制后钧瓷呈色及釉面显微结构的变化,采用分光测色计研究了颜色变化,利用X射线衍射仪、拉曼光谱仪研究了钧瓷物相成分,利用扫描电子显微镜研究了釉层微观结构。结果表明:随着纳米氧化铁含量梯度增加,还原气氛下钧瓷试片从淡青色变为蓝色再变为青灰色,氧化气氛下从白色变为黄色再变为酱黑色。当釉层中纳米氧化铁含量达到3.0%(质量分数)时,釉面SiO_(2)晶相完全消失,呈非晶态。随着纳米氧化铁含量的增加,釉面呈液-液分相结构,还原气氛下显微结构尺寸从85 nm增加至150 nm,且Fe^(2+)相对含量上升。氧化气氛下,当釉面达到玻璃化后,分相结构尺寸从217 nm增加到307 nm。

釉烧温度对铁系钧瓷釉呈色影响及显微分析

采用纳米氧化铁作为着色剂,在还原气氛下调控釉烧温度条件,探究烧制温度对铁系钧瓷釉呈色与显微结构的影响。通过分光测色仪、X-射线粉末衍射仪、STA热分析仪、扫描电子显微镜等测试表征手段研究了釉烧温度改变对钧瓷釉面呈色及显微结构影响。结果表明:烧制温度由1260℃升高到1300℃时,釉面蓝色区域显著增加;烧制温度在1260~1300℃范围内,釉层表面具有明显的二氧化硅晶体衍射峰,而当烧制温度为1320℃时,二氧化硅晶相消失,釉面呈现玻璃态;伴随温度的升高,釉层表面分相液滴尺寸减小;钧瓷中心与边缘呈色差异可能是由于中心显微结构尺寸大于边缘显微结构尺寸。

锂离子电池负极材料ZnSnO_(3)/C复合物的制备与性能

锡基双金属氧化物作为锂离子电池负极材料因具有高的理论比容量、嵌脱锂电位适中、储量丰富、价格低廉、安全性高以及环保等优点,已经受到了广泛的关注.本研究采用一步原位水热法制备了碳包覆的ZnSnO_(3)复合材料(ZnSnO_(3)/C).利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱分析和恒流充放电测试等一系列表征测试方法对材料的微观形貌、物相组成、结构和电化学性能进行分析.电化学测试结果表明:当作为锂离子电池负极材料时,ZnSnO_(3)/C复合电极的储锂性能优于纯ZnSnO_(3)电极.在200 mA·g^(-1)电流密度下,ZnSnO_(3)/C复合电极经200次循环后可逆容量可达1274.9 mA·h·g^(-1),即使在大电流5000 mA·g^(-1)下经500次循环仍然提供663.2 mA·h·g^(-1)的放电比容量,同时也表现出卓越的倍率性能.优异的储量性能归因于ZnSnO_(3)/C复合材料中具有高电导率的C不仅提高了整个电极的导电性,有利于电子的传输,而且增大了电解液与活性材料之间的接触面积,缩短了锂离子的扩散距离;同时碳包覆层可有效缓冲ZnSnO_(3)在嵌脱锂过程中由于体积变化产生的应力,也能在一定程度上抑制ZnSnO_(3)在循环过程中的团聚.

釉烧工艺及氧化铁含量对钧瓷呈色及微观组织的影响

钧瓷的呈色效果与其高温窑变直接关联,分析其高温釉烧过程中的化学变化,可以进一步解释钧瓷的窑变,提高钧瓷釉烧成品率。通过在基体釉料中添加不同含量的氧化铁,借助X-射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)等检测手段,系统分析了氧化铁添加量、施釉方式、釉烧气氛及釉烧温度对钧瓷釉层的微观组织形貌、呈色及分相等的影响。结果显示,不同气氛下烧制的相同氧化铁含量的钧瓷试片呈色不同;氧化铁含量在1~3%范围内,呈色较好;伴随氧化铁含量的增加,钧瓷试片的析晶程度越高;蘸釉的施釉方式制备的钧瓷产品,呈色效果更优。

铜元素不同物质存在形式及含量对钧瓷呈色及显微形貌的影响

在钧瓷基釉中分别加入不同比例的铜、氧化铜、硝酸铜,采用相同的烧结气氛和烧结时间进行釉烧,研究在相同的气氛下以不同的铜元素存在形式和添加量对钧瓷釉层显微组织和釉层呈色的影响。借助X-射线粉末衍射(X-ray diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)和X-射线电子能谱仪(Energy dispersive X-ray,EDX)等检测手段,系统研究了铜元素不同存在形式对钧釉烧样品的显微形貌及分相等的影响;通过紫外可见漫反射光谱仪(Diffuse reflectance ultraviolet visible spectrometer,DRUVS)和分光测色仪(Spectrophotometer,SPM)分析铜元素及其含量对钧瓷釉层呈色的影响。结果表明添加相同含量的铜元素,釉层呈色基本相同,相对而言,以硝酸铜作为添加剂的钧瓷试片釉层表面无明显气泡且呈色更均匀。

外加钴元素对钧瓷显微结构及呈色的影响

将过渡金属钴元素作为着色剂添加到釉料中,通过控制着色剂的加入量,优化出釉烧后呈现釉色鲜丽且具玉质感钧瓷产品的工艺参数。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)及分光测色仪等研究外加钴元素对釉层表面呈色变化及釉层显微结构的影响。实验结果表明,月白釉中添加钴离子及三氧化钴,釉烧后钧瓷产品主要呈色为蓝色;随着钴元素添加比例的增加,釉层颜色加深且釉层气孔明显减少,析晶更加明显;釉层与胎体界面处结合良好,界面处胎体存在少量钴元素。

添加稀土金属氧化钕对钧瓷釉层的微观组织及呈色影响

在基体釉料中掺入微量稀土金属氧化钕,采用氧化、还原两种釉烧气体氛围,设定相同的温度控制工艺,研究在不同气氛下氧化钕的添加量对钧瓷釉层的微观组织及呈色影响。通过对釉料进行差热热重分析(TG-DSC),确定升温工艺;通过X-射线粉末衍射仪(XRD)、扫面电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDX)研究釉层的物相及微观组织形貌;通过紫外可见漫反射光谱分析稀土金属氧化钕含量及气体氛围对钧瓷釉层呈色的影响。分析结果显示,添加氧化钕后,不同气氛下钧瓷的呈色不同,氧化气氛下呈蓝色,还原气氛下呈青绿色;釉层中均产生硅钕酸钙析晶,钧瓷呈色是Mie散射和Reyleigh散射共同作用的结果。

铬包覆的金刚石颗粒增强铜基复合材料的热物理性能研究

通过混合熔盐法将NaCl、KCl、金刚石颗粒及微量活性物质铬粉按一定比例混合均匀后煅烧处理,经过充分清洗、过筛及干燥等工艺得到了铬包覆的金刚石颗粒;利用放电等离子烧制技术制备了具有优异热物理性能的铬包覆金刚石颗粒增强铜基复合散热材料。结果表明:采用该混合熔盐法能够实现金刚石颗粒表面铬全包覆;铬包覆的金刚石颗粒与铜基体金属材料的界面结合良好;采用放电等离子技术制备的铬包覆金刚石-铜基复合材料具有较高的相对密度、优异的热传导性能及相对较低的热膨胀系数。

材料科学与工程专业综合实验教学体系的改革

调研了目前材料科学与工程相关专业综合实验教学体系方面的近况及面临的关键问题,依托许昌学院新材料与能源学院及河南省微纳米能量储存与转换材料重点实验室平台,系统介绍了材料科学与工程相关专业综合实验的教学内容、教学方法、教学效果及学生反馈情况等。提出了模块创新化综合实验的新思路及现场操作答辩的新考核机制,提高了学生的综合专业技能及创新能力。

SrAl2O4：Eu2＋),Dy3＋长余辉荧光材料的原位还原制备及其性能研究

以Eu和Dy为激发离子,通过在原料中引入不同比例葡萄糖,在空气气氛条件下,利用葡萄糖的不充分燃烧将Eu^(3+)原位还原为Eu^(2+),制备出具有Eu^(2+)对应绿光发射的SrAl_2O_4基长余辉荧光材料。结果表明:采用该方法制备的荧光粉末其物相主要为SrAl_2O_4;添加葡萄糖使得样品的粒径细化且分散均匀;伴随葡萄糖添加量的增加,其发光强度先增后减。该方法解决了采用传统固相反应法制备SrAl_2O_4基长余辉荧光材料依赖还原气氛且样品粒径较大难于后期处理等问题,为SrAl_2O_4基长余辉荧光材料的进一步应用提供了更大的可能性。

纳米CuO对SrAl_2O_4∶Eu^(2+),Dy^(3+)长余辉荧光材料的光学性能影响

以SrAl_2O_4为基质,一定浓度的Eu^(2+)离子和Dy^(3+)离子为激活离子,通过在基质材料中添加不同比例的纳米CuO,采用传统高温固相反应法制备出具有一定长余辉效果的荧光材料,并详细研究了纳米氧化铜含量对SrAl_2O_4荧光材料的光学性能影响。借助X-射线衍射仪分析制备样品的物相及纯度;通过扫描电子显微镜表征样品的显微形貌变化;采用荧光光谱仪分析样品的光致发光性能。结果显示:利用该方法烧制的荧光粉末其物相主要为SrAl_2O_4;添加纳米氧化铜的荧光样品的颗粒与对照组相比结晶程度更高且晶界明显;在添加纳米氧化铜的各组样品均呈现Eu^(2+)对应的绿光发射;伴随纳米氧化铜添加量的增加,其荧光强度先升后降。

微波法制备Ba2SiO4:Eu荧光材料及其性能研究

主要研究了稀土Eu元素掺杂的Ba_2SiO_4长余辉荧光粉,利用原位微波烧结法合成稀土Eu元素掺杂Ba_2SiO_4长余辉荧光粉,借助XRD对样品的物相进行了表征;通过测量样品的激发和发射光谱考察样品的发光性质及稀土掺杂浓度对样品发光强度的影响;利用SEM观察样品的微观形貌;通过测量样品的余辉曲线研究了样品的余辉性质。结果显示,样品都可用紫外激发呈现为红色,伴随着掺杂Eu离子浓度的升高而升高,当稀土铕离子摩尔浓度为0.11时样品具有最好的荧光性能。

纳米SiO2在钧瓷釉料中的应用及对釉料性质的影响

在钧瓷基础釉中加入过渡金属氧化物可以使钧瓷呈现出丰富多彩的釉色,但同时也会造成严重的流釉现象。在传统钧瓷中,适当的流釉可以给瓷器带来艺术的美感,严重的流釉反而影响钧瓷的艺术效果和产品质量。通过在钧瓷釉料中添加纳米SiO_2,并控制其质量比例在2wt%和4wt%,研究纳米SiO_2对钧瓷釉料性质的影响。添加纳米SiO_2前后的钧瓷釉料的结构和性质通过X-射线衍射仪、扫面电子显微镜和X-射线电子能谱仪进行表征分析。对比发现,纳米SiO_2的添加可提高釉的化学稳定性和热稳定性,有效地改善钧瓷制品的流釉现象,并且能够提高釉层的亮度。

助熔剂方解石的含量对钧瓷呈色及微观形貌的影响

以钧瓷天蓝釉为基础釉,改变釉料中方解石的添加量,在还原气氛下烧制了一批钧瓷试片。利用分光测色计、X-射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子微观镜(SEM)以及X射线能谱仪(EDS)等对样品进行测试分析。结果表明:作为助熔剂的方解石,在天蓝釉中的适宜含量为15wt%。合适的添加含量能够使釉料在高温下熔融,烧制的试片表面光滑,玻璃质感较好,釉层的亮度增加,出现了比较均匀的釉下泡。釉下泡对可见光的散射促进了釉层蓝色的显现。

纳米材料与技术专业应用型人才培养体系建设

树立服务于地方产业发展的提高应用型专业技术人才培养能力的教育理念,纳米材料与技术专业科学全面地构建了产教融合人才培养体系,即纳米结构材料设计与制备、表征与性能检测及其在新能源存储与转化方向的产业应用,形成从"基础科学理论到产业实践应用"的专业发展链条,更好地满足新能源产业对应用型人才的需求。实践证明,产教高度融合的人才培养模式有利于培养服务于新能源、新材料等国家战略性新兴产业的应用型专业技术人才。

原位构筑溴氧化铋/聚吡咯复合材料用于光催化降解阴离子染料

采用光化学反应法在稀酸条件下制备出薄片状溴氧化铋(BiOBr),将其分散于含有过硫酸铵和十六烷基三甲基溴化铵的水溶液中,通过吡咯的一步聚合反应原位制备出聚吡咯(PPy)修饰的BiOBr复合材料(BiOBr/PPy)。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱、紫外可见光谱及荧光光谱等综合表征技术对样品的晶体结构、形貌特征和光电特性等进行测试。结果显示,PPy成功修饰到BiOBr薄片上,BiOBr与PPy接触紧密且相互作用强。与纯BiOBr相比,BiOBr/PPy复合材料具有更强的可见光吸收效率和增强的光催化降解甲基橙(MO)染料活性。通过优化PPy和BiOBr的组合比例,当BiOBr质量分数约为7%时,BiOBr/PPy-2在50 min内对MO(30 mg·L^(-1))的降解率为87.3%;另外,循环光催化活性虽有降低但仍高于纯BiOBr和纯PPy(10.4%)。这表明BiOBr与PPy之间较强的相互作用和良好的界面结合可以有效地促进光生电子与空穴的分离效率。反应体系中分离的光生空穴、衍生自由基在染料氧化降解中发挥了重要作用。

不同烧成窑炉对变色钧瓷呈色与显微结构的影响

在钧瓷基釉中加入微量稀土金属氧化物,采用马弗炉、微波烧结炉及工业窑炉烧制钧瓷样品,设定相同烧成制度,研究在不同烧成设备条件下对变色钧瓷釉层的显微结构及呈色影响。通过X-射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM),研究釉层的物相组成及显微形貌;通过CM-2500C分光测色仪研究钧瓷的变色效果。分析结果显示,添加稀土金属氧化物后在微波烧结炉中烧成,得到的钧瓷样品效果较好。三种不同窑炉烧成条件下的钧瓷样品均有明显析晶现象,变色效果明显。

高温变色粉末的制备及其在钧瓷釉料中的应用

首先采用高温固相反应法在1300~1400℃制备出一种具有光致变色效果的硅钕酸钙粉末,该粉末在阳光照射下呈现紫色,在室内白炽光照射下呈现蓝色;然后,创新性地将制得的变色粉末引入到高温钧瓷釉料中,研究表明,该变色粉末在釉层中具有很强的稳定性,通过调控变色粉末在釉料中的配比,能够制备出不同变色效果的钧瓷产品。结合X射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜及能谱仪等现代分析手段综合研究了变色粉末及釉层的物相组成、显微形貌,并进一步探讨了变色粉末添加量、烧制温度与宏观呈色之间的相互关系。

Mg-Mg_2Si-MgO复合材料的反应自组织合成机理

以纯Mg粉,SiO2粉为原料,采用反应自组织生长的方法制备了以MgO,Mg2Si为增强相的镁基复合材料。通过对试样的差热分析发现,Mg与SiO2在510～600℃之间发生原位化学反应,生成MgO与Si,被还原的Si继而与过量的Mg反应生成Mg2Si。采用扫描电镜和能谱分析对烧结后试样的微观形态进行分析,结果表明,经超声波辅助电搅拌混料获得的试样,反应所生成的MgO在Mg2Si表面形成了一层致密的团聚体壳层,其与基体之间结合紧密。力学性能测试结果表明,超声波辅助电搅拌混料所获得的试样维氏硬度比电搅拌混料所获得的试样的维氏硬度提高近40%。对体系中自组织反应的反应机理进行了讨论。

MgO-SiO_2微量添加剂对高纯Al_2O_3陶瓷性能的影响

本文研究了MgO和SiO2微量添加剂对高纯Al2O3陶瓷机械性能的影响,并将SiO2含量控制在0.4wt%,通过改变MgO的添加量来研究材料的机械性能变化。结果发现,当MgO含量降低时,综合性能随之升高,当MgO含量为0.2wt%时,Al2O3陶瓷出现最好综合性能,致密度达到99.2%,维氏硬度20.22GPa,抗弯强度417.7MPa。并且分析了MgO-SiO2微量添加剂对材料致密度、力学性能以及显微结构的影响,讨论了材料力学性能与显微结构之间的关系。