SiO_(2)气凝胶@聚合物复合材料的制备方法及性能研究进展

SiO_(2)气凝胶@聚合物复合材料融合了SiO_(2)气凝胶纳米多孔、低热导、耐高温特性及聚合物柔韧、高强特性,可在微观尺度形成独特的有机无机互渗透结构,既克服了SiO_(2)气凝胶脆性大、强度低的固有缺陷,也增强了聚合物的隔热、耐高温、阻燃、疏水等功能,从而可用于需求高强、高韧、高效绝热、耐高温、阻燃、防火、超疏水等多种复合功能的应用场景,是当前气凝胶新材料领域的研究热点。本文从SiO_(2)气凝胶@聚合物复合材料的制备方法、组成与微观结构、物理化学性能三个角度综述了当前领域最新研究进展,涵盖了环氧树脂、聚氨酯、聚酰亚胺、聚乙烯醇、聚苯乙烯等常见聚合物体系,归纳总结了“共混法”“共前驱体法”“气凝胶或聚合物原位生长法”三种典型制备途径,分别从组成与结构、力学性能、热学性能、阻燃性能、疏水性能等方面,阐述了气凝胶@聚合物复合材料的结构与性能特点,分析了制备方法及气凝胶掺量等因素对复合材料体系结构与性能的影响规律。在此基础上,梳理了SiO_(2)气凝胶@聚合物复合材料当前研究存在的问题及未来可能的发展方向。

超声辅助SILAR法生长纳米晶ZnO多孔薄膜及其光学性能研究

将超声辐照技术引入连续离子层吸附与反应(SILAR)法,提出超声辅助连续离子层吸附与反应(UA-SILAR)液相成膜技术.以锌氨络离子([Zn(NH3)4]2+)溶液为前驱体,在90℃下沉积得到ZnO薄膜,对其晶体结构,微观形貌、透过光谱和光致发光性能进行表征, 并考察了超声辐照和沉积循环次数对薄膜形貌、结构和光学特性的影响.结果表明,所得薄膜由彼此交联、尺寸均匀的ZnO晶粒组成,呈现典型的多孔特征,同时具有高结晶性和强c轴取向性.由于多孔结构对入射光的散射作用,薄膜在可见光区具有低透射率(约20%);在紫外光激发下,薄膜具有较强的近带边发射和很弱的蓝带发射,体现出薄膜较高的光学质量;薄膜生长过程中超声辐照的引入可对薄膜的结晶性能和微观结构产生显著的影响.

CuSCN薄膜的室温液相沉积及其光学性能

采用连续离子层吸附与反应(SILAR)方法,在室温液相条件下(20～25℃)制备了沉积于玻璃衬底上的CuSCN半导体薄膜,以X射线衍射、扫描电镜、光学透过谱考察了所得薄膜的晶体结构、微观表面断面形貌和光学性能,探讨了影响CuSCN薄膜沉积的关键因素.结果表明,所得薄膜具有明显结晶性及沿c轴择优生长趋势,表面致密、均匀,分别由50～100nm的较大颗粒和20～30nm的小颗粒紧密堆聚而成;薄膜在400～800nm波段的透过率为50%～70%,光学禁带宽度为3.94eV.CuSCN薄膜的沉积过程受铜前驱液中S_2O_3^(2-)与Cu^(2+)的摩尔比、衬底漂洗方式和生长温度等因素影响显著,高络离子浓度、多次沉积反应后再进行衬底漂洗、以及室温生长条件有利于得到高质量的CuSCN薄膜.

纳米多孔TiO_2厚膜的制备及其汞溴红敏化光电化学性能

采用"粉末刮涂"与"化学分散"相结合的方法制备了用于染料敏化太阳电池光阳极的纳米多孔TiO_2厚膜,解决了传统工艺中TiO_2浆料难于制备和保存等问题,同时可对膜层微结构进行精确调控.采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等表征所得膜层的晶体结构、表面和断面形貌;采用透过光谱考察了涂覆次数、退火温度、汞溴红敏化对TiO_2膜光学性质的影响,并以汞溴红敏化TiO_2膜为光阳极制作了染料敏化太阳电池原型器件.结果表明,采用以稀硝酸为分散剂、低分子量聚乙二醇为结构调控剂的化学分散技术可以制得满足染料电池要求的TiO_2厚膜.所得膜层致密均匀,无孔洞、缺陷以及分层现象,在纳米尺度表现出典型的纳米多孔结构特征.浆料涂覆次数、退火温度、汞溴红吸附对纳米多孔膜层的光学透过率影响显著.采用汞溴红敏化TiO_2光阳极制作的染料电池原型器件具有较强的光电响应,经12～15次涂覆、500℃退火工艺制得的膜层显示出较优的电池性能(V_(oc)～430mV,I_(sc)～150～215μA).

连续离子层吸附与反应法(SILAR)生长ZnO多晶薄膜的研究

采用连续离子层吸附与反应法(SILAR),以锌氨络离子([Zn(NH_3)_4]^(2+))为前驱体溶液,在玻璃衬底上沉积了ZnO薄膜,以XRD和SEM等手段分析了薄膜的晶体结构和表面、断面形貌,考察了空气气氛下的退火过程对ZnO薄膜晶体结构与微观形貌的影响,并初步探讨了以SILAR方法沉积ZnO薄膜的机理.结果表明,经200次SILAR沉积循环,所得ZnO薄膜为红锌矿结构的多晶薄膜,沿<002>方向择优生长;薄膜表面致密、光滑均匀,厚度约800nm.退火处理使ZnO薄膜氧缺位减少,晶粒沿c轴取向增强;随退火温度升高,锌间隙原子增加;500℃退火时,ZnO薄膜发生再结晶.减小前驱体溶液的[NH_3·H_2O]/[Zn^(2+)]比率可提高ZnO薄膜生长速率.

低水胶比粉煤灰混凝土的钢筋锈蚀性能与抗冻性的研究

本文选用Ⅱ级粉煤灰及SN Ⅱ型高效减水剂 ,配制了水胶比在 0 3～ 0 4范围、粉煤灰最大取代水泥量5 0 %的粉煤灰混凝土 ,系统研究了其抗冻性、氯离子渗透性、碳化及钢筋锈蚀性能 ,探讨了低水胶比条件下 ,粉煤灰的掺入量、水胶比及水泥品种等对粉煤灰混凝土的护筋性及抗冻性的影响规律。

不同硬化水泥浆体中 Cl^- 扩散的研究

本文采用“扩散槽法”实测了不同硬化水泥浆体中的Ｃｌ－扩散量，基于扩散动力学原理计算得到不同水泥的有效扩散系数Ｄｅ，研究了温度及水灰比相同条件下，水泥中矿渣含量及粉煤灰品质对Ｃｌ－扩散作用的影响．结果表明，矿渣的掺入能有效抑制Ｃｌ－扩散，粉煤灰品质对有效扩散系数有显著影响．

低水胶比粉煤灰混凝土强度与断裂性能

用Ⅱ级粉煤灰与 Ｓ Ｎ－ Ⅱ型高效减水剂复合， 配制了水胶比在 ０．３～０．４ 范围、粉煤灰最大取代水泥量为５０％ 的粉煤灰混凝土， 系统研究了其强度、断裂与变形性能， 通过与高水胶比粉煤灰混凝土的对比， 得到了在低水胶比情况下， 粉煤灰的掺入量、水胶比及水泥品种等因素对粉煤灰混凝土力学性能的影响规律， 并结合微观测试对其内在机理进行了分析。

低水胶比粉煤灰混凝土的耐硫酸盐侵蚀性能研究

选用Ⅱ级粉煤灰和ＳＮ－Ⅱ型高效减水剂，采用“超量取代法”配制了水胶比在０．３－０．４范围、粉煤灰最大取代水泥量５０％的粉煤灰混凝土，以Ｎａ２ＳＯ４溶液浸泡法研究了水化早期混凝土抵抗硫酸盐侵蚀的能力，着重讨论了低水胶比条件下，粉煤灰掺量、水胶比及水泥品种等因素对粉煤灰混凝土耐硫酸盐侵蚀性能的影响。

连续非均相沉淀法生长ZnO薄膜及其光致发光性能研究

将连续离子层吸附与反应法(SILAR)和液相非均相沉淀技术相结合,提出ZnO薄膜的连续非均相沉淀液相制备技术。以[Zn(NH_3)_4]^(2+)络离子为前驱体,以玻璃和Si(100)为衬底,从90℃水溶液中沉积得到ZnO薄膜。XRD分析表明,所得薄膜为六方纤锌矿型多晶结构,沿(002)晶面择优取向。AFM测试表明,薄膜表面致密、均匀,ZnO粒子尺度约为200nm～300nm。在340nm室温紫外光激发下,薄膜产生强的近紫外光发射(～390nm)和若干较弱的深能级发射(～450nm～500nm)。初步探讨了连续非均相沉淀法生长ZnO薄膜的机理。

低水胶比粉煤灰混凝土的耐盐酸侵蚀性能研究

选用Ⅱ级粉煤灰和SN－Ⅱ型高效减水剂，采用“超量取代法”配制了水股比在0．3－0.4范围、粉煤灰最大取代水泥量50％的粉煤灰混凝土。以试验室加速腐蚀试验研究了水化早期混凝土抵抗盐酸溶液侵蚀的能力，讨论了低水胶比条件下，粉煤灰律量、水胶比及水泥品种等因素对粉煤灰混凝土耐盐酸侵蚀性能的影响。

混凝土中水分迁移机理与模型研究评述

综合论述了混凝土在不同环境条件下水分迁移机理与理论模型 ,以及国外在该领域的最新研究进展 .指出了对高性能混凝土必须考虑自干燥效应对非线性水分扩散方程的修正 。

喷雾热解法生长N掺杂ZnO薄膜机理分析

通过超声喷雾热解工艺,以醋酸锌和醋酸铵的混合水溶液为前驱溶液,在单晶Si(100) 衬底上制备了N掺杂ZnO薄膜,采用热质联用分析(TG—DSC—MS)、X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)和霍耳效应(Hall-effect)测试等手段研究了喷雾热解工艺下N掺杂ZnO薄膜的生长机理、晶体结构和电学性能.结果表明,随衬底温度的不同,薄膜呈现出不同的生长机理,从而影响薄膜的晶体结构和电学性能.在优化的衬底温度下,实现了ZnO薄膜的p型掺杂,得到的p型ZnO薄膜具有优异的电学性能,载流子浓度为3.21×1018cm-3,霍耳迁移率为110cm2·V-1s-1,电阻率为1.76×10-2Ω·cm.

Zn_(1-x)Mg_xO薄膜p型导电和光学性能

采用超声喷雾热分解(U ltrason ic Spray Pyrolysis,USP)方法,以醋酸锌、醋酸镁、醋酸铵、氯化铝的混合水溶液为前驱溶液,在单晶S i(100)衬底上制备了ZnO,Zn0.81Mg0.19O,N-A l共掺杂ZnO和N-A l共掺杂Zn0.81Mg0.19O薄膜。以X射线衍射(XRD)、场发射-扫描电镜(FE-SEM)、霍尔效应(Hall-effect)、光致发光(Photolum inescence,PL)谱等手段研究了薄膜的晶体结构、表面形貌、电学性能、光学性能和带隙变化。电学测试结果表明,未掺杂ZnO及Zn0.81Mg0.19O薄膜为n型导电;而N-A l共掺杂ZnO和N-A l共掺杂Zn0.81Mg0.19O薄膜呈p型导电。Zn0.81Mg0.19O和N-A l共掺杂Zn0.81Mg0.19O(p型)薄膜在维持ZnO纤锌矿结构的前提下,光学带隙随Mg掺杂量增加而增大。初步结果显示,优化工艺参数下通过Mg掺杂制备光学带隙可调的p型Zn0.81Mg0.19O薄膜,对于试制Zn1-xMgxO基同质p-n结、短波长(紫外、深紫外)器件等方面有重要意义。

衬底温度对ZnO薄膜生长过程及微观结构的影响研究

以醋酸锌水溶液为前驱体,采用改进的超声喷雾热解法在Si(100)衬底上沉积ZnO薄膜,以X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段分析所得ZnO薄膜的晶体结构和微观形貌,着重考察了衬底温度对ZnO薄膜生长过程及微观结构的影响.结果表明,在衬底温度为500℃下所得ZnO薄膜表面均匀光滑,属六方纤锌矿结构,且沿c轴择优生长,晶粒尺寸的为40～50nm;衬底温度对ZnO薄膜生长过程影响显著,随衬底温度的升高,薄膜生长速率存在一极限值,且ZnO薄膜的c轴取向趋势增强,晶粒尺寸得到细化.

电化学沉积法制备纳米多孔ZnO/曙红复合薄膜

以Zn(NO3)2和曙红的混合溶液为沉积液,采用阴极电化学沉积法在ITO导电玻璃上制备了纳米多孔ZnO/曙红复合膜.考察了电化学预处理过程和曙红浓度对薄膜晶体结构、微观形貌和光学性能的影响.结果表明,引入短时间的电化学预处理过程能提高复合薄膜中ZnO的结晶质量,并诱导ZnO沿c轴定向生长.随着电沉积液中染料浓度的增大,所得薄膜的结晶质量下降,薄膜由六角晶颗粒逐渐向纳米多孔结构转变.当沉积液中曙红浓度为50μmol/L时所得复合薄膜具有最大膜厚,装载的曙红量最高.以该复合膜为光阳极制作了太阳能电池原型器件,其开路电压为0.49V,短路电流为0.67mA/cm2,总光电转换效率为0.105%.

表面活性剂对陶瓷基底化学镀镍的作用机理及镀层性能的影响

采用酸性化学镀技术在Al2O3陶瓷片表面沉积Ni-P镀层,通过电感耦合等离子体发射光谱,X射线衍射光谱和扫描电子显微镜等分析测试,对镀层的成分、物相和形貌进行了表征,考察了表面活性剂种类、掺量等因素对镀层表面性貌和性能的影响。结果表明,当添加5mg·L-1SDS时,镀速从14μm·h-1增加到17μm·h-1,随表面活性剂添加量继续增加,镀速呈减少趋势。添加表面活性剂能够不同程度的消除化学镀Ni-P镀层固有的胞状组织,提高表面致密性和平整性;镀层自腐蚀电流密度从43μA·cm-2减小至3.5μA·cm-2,镀层的耐腐蚀性能显著提高。根据电化学理论和实验规律,探讨了表面活性剂在化学镀镍磷合金反应过程的影响机理。

纳米晶ZnO薄膜的电化学沉积及其光电化学性能研究

以Zn（NO3）2和曙红的混合溶液为沉积液，采用阴极电化学沉积法在ITP导电玻璃上制备了纳米多孔ZnO／曙红复合膜。该复合膜中的曙红用KOH溶液溶解脱附后得到晶粒尺寸为10～20nm的ZnO纳米多孔薄膜。XRD结果表明该薄膜为ZnO六方纤锌矿结构，EDS表明薄膜中的主要成份为Zn和O，未检测到其他杂质成分。以该薄膜为光阳极制作了太阳能电池原型器件，其开路电压为0．68V，短路电流为0．79mA／cm2，总光电转换效率为0．26％。

脉冲激光法淀积MgO薄膜及其结晶性能的研究

研究了脉冲激光淀积MgO薄膜的过程中,制备工艺参数对薄膜结晶性的影响.研究发现,MgO薄膜的结晶性主要受控于衬底温度和激光能量密度,而薄膜的生长速率则依赖于脉冲频率、衬底与靶材间的距离以及激光能量密度.通过对比不同靶材,即金属Mg靶和烧结陶瓷MgO靶,对薄膜结晶性的影响,发现通过添加一层TiN籽晶层可以显著改善薄膜的结晶质量.最后在优化的制备工艺参数:衬底温度TS=873K,激光能量密度DE=7J/cm2,靶材与衬底间距离DST=70mm,激光脉冲频率FL=5Hz以及采用烧结陶瓷MgO靶材和添加TiN籽晶层的情况下,获得层状生长模式和表面具有原子级平整度的MgO薄膜.

高质量四脚状ZnO纳米结构的制备及其影响因素

采用汽相传输法制备高质量四脚状ZnO纳米结构(T-ZnO).以ZnO纳米晶为同质催 化剂,在锌源-衬底间添加蒸汽过滤器,研究过滤器和纳米晶对产物组成和形态的影响,以及 T-ZnO的结构特征.实验结果表明,T-ZnO为纤锌矿结构,分布均匀、尺寸一致,由四个柱 状纳米棒和一个球形核心组成.纳米棒直径约为60nm,沿<0001>晶向生长.过滤器的使用可 有效地去除产物中颗粒,而ZnO纳米晶的使用明显降低其尺寸,提高其均匀性.