复合包裹法制备C@SiO_2@ZrSiO_4黑色色料的研究

采用四氯化锆、正硅酸乙酯为前驱体,色素炭黑为着色剂,LiF为矿化剂,聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为分散剂,通过复合包裹法制备了C@SiO_2@ZrSiO_4黑色包裹色料。运用FTIR、XRD、CIE-L*a*b*色度仪和TEM研究了ZrSiO_4用量、合成温度和保温时间对硅酸锆合成及色料色度的影响。实验结果表明,炭黑颗粒先后被SiO_2层和ZrSiO_4层包覆,SiO_2层有利于炭黑与ZrSiO_4的结合。ZrSiO_4/C摩尔比为0.85时最适合制备ZrSiO_4包覆层,较低的比率会影响硅酸锆的合成,导致杂质相ZrO_2和SiO_2出现;大于该比率则会导致ZrSiO_4包裹层过厚,同样不利于色料发色。此外,热处理制度对色度有明显影响,经氮气气氛1000℃热处理2 h,空气气氛800℃热处理2 h后,合成的C@SiO_2@ZrSiO_4黑色包裹色料的色度值为L*=52.37,a*=0.90,b*=2.77。

正硅酸乙酯为碳源制备C@ZrSiO_4色料的研究

采用正硅酸乙酯为碳源和硅源,四氯化锆为锆源,Li F为矿化剂,通过非水解溶胶-凝胶法(NHSG)制备了硅酸锆包裹炭黑(C@ZrSiO_4)色料。通过XRD和SEM研究了前驱体和矿化剂浓度对硅酸锆合成及显微形貌的影响,同时采用CIE-L~*a~*b~*色度仪考察了该色料的色度。实验结果表明,正硅酸乙酯中的乙氧基原位炭化成细小的碳粒作为发色基团,同时与氯化锆通过非水解溶胶-凝胶反应生成硅酸锆均匀包裹于炭黑颗粒表面。随着前驱体浓度的增大原位碳含量增加,C@ZrSiO_4色料黑度提高;前驱体浓度高于3 mol·L^(-1)时样品颗粒团聚严重,同时过厚的包裹层不利于色料发色。经氮气气氛900℃热处理2 h,空气气氛800℃热处理2 h后制备出的C@ZrSiO_4黑色包裹色料具有良好的色度值,L~*=44.54,a~*=0.82,b~*=2.84,施于透明基础釉中经1200℃煅烧仍能保持优异的呈色能力。

溶胶-凝胶法制备硅酸锆薄膜

采用酸催化溶胶-凝胶法于n型单晶硅基片表面制备出硅酸锆薄膜。运用XRD、SEM等分析测试手段对比了酸催化、回流和陈化三种不同凝胶化工艺对薄膜的相组成和显微形貌的影响。通过粘度-时间曲线观察了溶胶的稳定性并通过FT-IR研究了溶胶水解缩聚的过程。实验结果表明:相比酸催化和回流工艺,采用HNO_3调节pH值至1时,可以有效缓解正硅酸乙酯的快速水解缩聚,制备出均匀稳定的硅酸锆溶胶,经提拉镀膜、900℃煅烧0.5 h得到致密光滑的硅酸锆薄膜,能够有效防止NaOH强碱溶液对单晶硅片基底的腐蚀。

非水解溶 胶-凝胶法低温制备硅酸锆薄膜

采用非水解溶胶-凝胶法于n型单晶硅基片表面制备出硅酸锆薄膜,并对其相组成及表面形貌进行了研究。运用XRD和FE-SEM研究了热处理温度、前驱体浓度和镀膜次数对硅酸锆合成及薄膜形貌的影响。结果表明:在矿化剂Li F引入的条件下,750℃时可以合成硅酸锆粉体,850℃时可以制备出致密光滑的硅酸锆薄膜。与粉体的合成相比,薄膜生长属于二维传质,矿化剂作用于薄膜制备时,反应活性效果减弱。在该温度下,前驱体浓度为0.7 mol·L-1时,通过两次镀膜可以获得表面光滑,致密无开裂的硅酸锆薄膜,而继续升高热处理温度则会导致晶粒长大,加剧二次再结晶作用,薄膜的致密性下降。

硅烷偶联剂对制备硅酸锆薄膜及其抗氧化性能的影响

采用乙酸锆和正硅酸乙酯为原料,硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅(APTES)为表面改性剂,通过溶胶-凝胶法制备了致密硅酸锆薄膜。系统研究了APTES的添加对硅酸锆薄膜的晶体结构、显微形貌及其抗氧化性能的影响。实验结果表明,添加硅酸锆摩尔浓度10mol%的APTES可以制备出纯相的致密硅酸锆薄膜,超过这一浓度则会出现少量的SiO_2杂质,同时造成硅酸锆溶胶的黏度迅速升高。AFM测试结果表明添加APTES制备的薄膜更致密平滑。1300℃抗氧化测试102 h后,未镀膜的碳化硅基底增重0.16%,相比之下,添加APTES前后的样品的增重分别为0.08%和0.03%,说明添加APTES有利于提高ZrSiO_4薄膜的致密度,进而提高其抗氧化性能。

四丁基溴化铵辅助非水解溶胶-凝胶法制备硅酸锆薄膜

采用非水解溶胶-凝胶法制备了硅酸锆薄膜,通过添加表面活性剂四丁基溴化铵(TBAB)提高了膜基结合力,获得了致密的硅酸锆薄膜。通过X射线衍射(XRD)分析了样品的晶体结构,采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)对样品的形貌进行了表征。实验结果表明,603℃时硅酸锆相开始生成,850℃保温0.5 h可以获得纯相的致密硅酸锆薄膜。此外,添加TBAB不会影响非水解溶胶-凝胶过程中的异质聚合反应,同时还能将镀膜次数由2次增加至3次。使用该法制备的薄膜表面光滑致密,能够抵抗强碱液对硅基底的腐蚀。

表面活性剂种类在非水解溶胶-凝胶法制备硅酸锆薄膜中的影响

以无水四氯化锆和正硅酸乙酯为原料,氟化锂为矿化剂,通过调整表面活性剂的种类及添加量,采用非水解溶胶-凝胶法可以制备出表面光滑致密的硅酸锆薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)分析了产物的形貌和晶体结构,通过红外光谱(FT-IR)分析了样品有机官能团变化。实验结果表明相比于非离子表面活性剂聚乙二醇(PEG200)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和阳离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),四丁基溴化铵(TBAB)作为一种低沸点短链结构的阳离子表面活性剂更有利于致密硅酸锆薄膜的制备。在回流后的硅酸锆溶胶中添加3wt.%的TBAB不会影响SiO-Zr异质聚合反应,可以获得致密的纯相硅酸锆薄膜。

山东长清灵岩寺石灰岩质文物风化机理研究

山东省济南市长清区灵岩寺现为世界自然与文化遗产泰山的重要组成部分,第二批全国文物重点保护单位,内有大量石灰岩质文物,是研究泰山宗教文化和书法艺术的重要资料。受各类风化因素影响,石质文物出现了污染、结壳、剥落、溶蚀等风化现象,亟待保护修复。为此,本文选取风化特征明显的四处石刻,利用X-射线荧光光谱(XRF)、X-射线衍射光谱(XRD)、拉曼光谱(Raman)、红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜与能谱仪(SEM-EDS)分析风化区域成分。结果表明,红色污染是铁锰云石风化形成,白色结壳为雨水溶解石灰沉积所致,剥落与可溶盐NaCl的溶解结晶过程相关,溶蚀与长石类矿物的风化相关。该研究为石质文物的修复保护提供了科学支撑。

钇掺杂硅酸锆薄膜的制备及其抗氧化性能研究

通过溶胶-凝胶法在SiC基底上制备了钇掺杂硅酸锆薄膜。采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析技术分别对样品的物相和形貌进行了表征,并测试了抗氧化性能。实验结果表明,未进行钇掺杂时,硅酸锆薄膜中存在t-ZrO2和m-ZrO2杂质相,1300℃氧化102 h后SiC基底增重0.03%。相比之下,钇掺杂后硅酸锆薄膜中仅存在t-ZrO2杂质相,当钇掺杂量为2%时,氧化后SiC基底的质量变化仅为0.027%。这是由于钇掺杂防止了ZrO2相转变,提升了薄膜的整体稳定性,但掺杂量大于3%时会影响硅酸锆的合成。

热处理制度对硅酸锆薄膜结构及显微形貌的影响

以乙酸锆为锆源,正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,乙酰丙酮(Hacac)和氟化锂(LiF)分别为螯合剂和矿化剂,通过溶胶-凝胶法制备了硅酸锆薄膜。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)系统研究了热处理温度、保温时间和升温速度对于硅酸锆薄膜的合成和形貌的影响。实验结果表明:500℃之前样品热失重较大,约为40.57%,因此慢升温速度(0.5-1.0℃·min-1)有利于有机物的排出,可以避免薄膜表面开裂;由于硅酸锆薄膜具有二维传质的特性,纯相硅酸锆薄膜的热处理温度需达到900℃;随着保温时间的延长(0.5-3h),薄膜的结晶度不断提高;AFM测试结果说明制备的硅酸锆薄膜表面光滑平整。

基于多步法制备一水草酸钙防风化涂层

一水草酸钙(CaC_(2)O_(4)·H_(2)O)作为一种石质文物防风化材料,因溶度积低、与碳酸盐岩相容性好、可去除的特点受到了大量关注.在碳酸盐岩表面通过化学溶液制备防护涂层时,由于基底非均质、反应过程难控制、产物多样化的原因,易于形成有缺陷的CaC_(2)O_(4)·H_(2)O涂层,导致防护效果下降.目前主要有两种改进方法:第一种是使用酸性溶剂对CaC_(2)O_(4)·H_(2)O晶体形貌进行调整,提升致密化程度;第二种是利用草酸酯类溶液缓慢水解的特性,有效提升CaC_(2)O_(4)·H_(2)O的覆盖面积.基于此,本研究在大理石基底上依次施加了草酸铵、草酸二甲酯和乙酸钙混合溶液制备CaC_(2)O_(4)·H_(2)O涂层,且经XRD、SEM测试表明该方法制备的涂层致密化程度高,结合耐污性实验证明该涂层对于黑色结壳的形成能够起到有效抑制作用,此外可逆性实验结果表明CaC_(2)O_(4)·H_(2)O涂层易于去除,去除后不会对文物外观造成太大影响.