Correlation between Light Emissions from Amorphous-Si：H/SiO2 and nc-Si/SiO2 Multilayers

We investigate the properties of light emission from amorphous-Si：H/SiO2 and nc-Si/SiO2 multilayers （MLs）. The size dependence of light emission is well exhibited when the a-Si：H sublayer thickness is thinner than 4 nm and the interface states are well passlvated by hydrogen. For the nc-Si/Si02 MLs, the oxygen modified interface states and nanocrystalline silicon play a predominant role in the properties of light emission. It is found that the light emission from nc-Si/SiO2 is in agreement with the model of interface state combining with quantum confinement when the size of nc-Si is smaller than 4 nm. The role of hydrogen and oxygen is discussed in detail.

季冻区纳米SiO_(2)改性SAP路面混凝土的耐磨性

为解决季冻区高吸水性树脂(SAP)路面混凝土耐磨性下降的问题,通过耐磨性试验探索了纳米SiO_(2)(NS)对季冻区SAP路面混凝土磨损量的影响;采用压汞仪(MIP)和扫描电镜(SEM)研究了冻融前后NS改性SAP路面混凝土孔结构和微观形貌的变化,从细微观角度阐述其耐磨性的提升机理;并对其微观结构与耐磨性进行相关性分析。研究结果表明,经150次冻融循环之后,掺有3%NS的改性SAP路面混凝土在200 N磨耗负荷下的磨损量较基准下降30.92%,20~50nm的孔占比上升,50~200nm的孔占比下降,总孔隙量和孔隙率减少,界面区裂缝数量和尺寸大幅降低,内部密实性程度显著提高,耐磨性明显增强。

助剂对球形Cu/SiO_(2)催化剂甲醇脱氢制甲酸甲酯反应性能的影响

甲醇脱氢制甲酸甲酯是实现甲醇下游产品多元化利用的绿色高效途径,使用助剂对SiO_(2)催化剂进行改性已成为提高目标产物甲酸甲酯收率的有效策略。首先通过溶胶-凝胶法制备了球形SiO_(2)负载Cu催化剂(Cu/SiO_(2)),然后采用旋蒸法引入助剂制得CuM/SiO_(2)(M=Ce或Al)催化剂,借助N2吸/脱附、扫描电子显微镜(SEM)、H_(2)-N_(2)O滴定和X射线衍射(XRD)等手段对催化剂进行了表征,并将催化剂用于甲醇脱氢制甲酸甲酯反应评价了其催化性能。结果表明,助剂可改变催化剂中活性Cu^(0)物种的含量和表面酸碱性。与Cu/SiO_(2)催化剂相比,CuCe/SiO_(2)催化剂表面Cu颗粒的分散度提高,这促进了活性物种Cu^(0)的形成,同时表面碱性位点减少,抑制了副反应发生,因而CuCe/SiO_(2)催化剂表现出最高的活性。在300℃、0.2 MPa的反应条件下,CuCe/SiO_(2)催化剂的甲醇转化率、甲酸甲酯选择性分别为29.2%、86.3%,甲酸甲酯收率为25.2%,均明显优于文献报道的Cu基催化剂。

纳米SiO_(2)界面剂对新旧混凝土界面抗渗性能和微观结构影响研究

采用试验的方法探究了纳米SiO_(2)界面剂对新旧混凝土界面劈裂黏结强度和抗渗性能的影响,其使用形式包括喷洒稀释溶液及作为增强相的砂浆界面剂两种方式,并与整体现浇试件及传统界面凿毛组的抗渗性能进行对比分析.同时,借助扫描电子显微镜(SEM)对不同纳米界面剂的黏结面微观结构进行了探究.最后,从界面强度、抗渗性能和微观机理3方面分析了纳米SiO_(2)界面剂对新旧混凝土界面黏结性能的影响.结果表明:两种纳米SiO_(2)界面剂均能不同程度地提高界面黏结强度及其抗渗性能,其中纳米SiO_(2)砂浆界面剂效果明显优于纳米SiO_(2)溶液组,且两者均存在最优掺量,分别为3.75%和2.5%;随着界面粗糙度的增加,黏结试件渗水高度和相对渗透系数逐渐降低;界面相对渗透系数与劈裂强度呈负相关,且相比于劈裂强度,相对渗透系数对界面缺陷更敏感.微观分析结果表明:纳米SiO_(2)的掺入改变了界面过渡区(ITZ)水化产物数量和C-S-H凝胶形貌,有效抑制了界面孔隙网络贯通,使ITZ微观结构更为致密.

球形纳米SiO_(2)的制备及其铝热剂的燃烧性能研究

采用溶胶-凝胶法,通过正交试验优化,制备平均粒径为120nm的球形纳米SiO_(2)。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪、红外光谱仪及全自动比表面及孔隙度分析仪等手段对该纳米SiO_(2)进行了表征。将制得的纳米SiO_(2)与Al粉和纳米MnO_(2)混合,配制成零氧平衡的复合铝热剂,详细测试了该铝热剂的燃烧性能。结果表明:低温有利于颗粒粒径的控制和分散度的调整。溶液的介电常数对颗粒形成有较大影响。正硅酸乙酯和氨水的浓度与SiO_(2)颗粒大小成正比。BET数据表明,纳米SiO_(2)比表面积较大,为微孔和介孔的混合结构。SiO_(2)的粒度大小对铝热剂的燃烧时间与效率有很大影响。随着SiO_(2)粒径的减小,铝热剂的燃烧压力峰值及增压速率得到了显著的提升,这为纳米SiO_(2)在复合铝热剂中的应用提供了参考。

PHC管桩桩头混凝土掺纳米SiO_(2)及钢纤维的抗锤击性研究

为提高PHC管桩抗锤击性能,对掺纳米SiO_(2)钢纤维的混凝土进行研究,比选出质量及性价比最优的方法。分析表明,在本次研究范围内,掺加纳米SiO_(2)时,随着掺量的增加,抗锤击性呈现先增后减的趋势;掺加钢纤维时,随着掺量的增加,抗锤击性各项指标均显著提升。综合比较得出,掺钢纤维对锤击性能提升效果较为显著。

不同改性剂对SiO_(2)气凝胶性能的影响

以正硅酸乙酯(TEOS-28)为硅源,以5种不同的改性剂(甲基三乙氧基硅烷MTES、二甲基二乙氧基硅烷DMDES、三甲基乙氧基硅烷ETMS、三甲基氯硅烷TMCS、六甲基二硅氮烷HMDZ),使用溶胶-凝胶法,通过超临界干燥工艺制备疏水SiO_(2)气凝胶。通过比表面积分析仪、扫描电镜、热重分析仪等多种表征方法,全面揭示了SiO_(2)气凝胶的孔结构、微观形貌和热稳定性等性能。结果表明:改性后的SiO_(2)气凝胶比表面积900~1024m^(2)/g,密度0.092~0.128g/cm^(3),平均孔直径14.67~18.3nm,均显著优于未改性;SEM结果显示孔结构更加均匀,孔隙率更大;疏水性TMCS>HMDZ>ETMS>DMDES>MTES;改性后的SiO_(2)气凝胶的热稳定性更好,其中TMCS和HMDZ改性的热稳定性最好。

非离子-阴离子Bola型表面活性剂和纳米SiO2颗粒协同稳定的双重响应型O/W乳状液

合成了一种非离子-阴离子Bola型智能表面活性剂,通过pH-响应可以在非离子型CH_(3)O(EO)_(5)-R_(11)-COOH(pHpKa)之间转换。单独使用时,非离子型和Bola型分别表现为不良乳化剂和优良乳化剂。与纳米SiO_(2)颗粒复配使用时,非离子型能与SiO_(2)颗粒协同稳定O/W(正癸烷)型Pickering乳状液,其中表面活性剂通过氢键作用吸附到颗粒表面产生原位疏水化作用,提高了颗粒的表面活性,并且这种Pickering乳状液具有pH-和温度-双重响应性,能够通过改变pH或者温度使乳状液在稳定和破乳之间实现多次转换。另一方面,Bola型CH_(3)O(EO)5-R_(11)-COONa能够与纳米SiO_(2)颗粒协同稳定分散液包油(oil-in-dispersion)乳状液,该乳状液具有良好的耐温性,但对调节pH时产生的盐较为敏感。然而与破乳后能完全返回水相便于回收再利用的同系物CH_(3)O(EO)7-R_(11)-COOH相比,具有较短EO链的CH_(3)O(EO)_(5)-R_(11)-COOH无论处于非离子型还是Bola型状态仍具有相当的油溶性,破乳后不能完全返回水相,表明EO数大小对这类新型智能表面活性剂的性能有显著的影响。

采用溶胶-凝胶法制备nc-Si/SiO_2薄膜

溶胶 凝胶方法是近年发展起来的一种新型的材料制备技术,被广泛的应用于薄膜、均匀超细粉末和陶瓷涂层的制备中。本文以正硅酸乙酯(TEOS)为原料,在乙醇共溶剂和盐酸催化剂条件下,采用溶胶 凝胶方法制备含有纳米晶硅(nc Si)的SiO2胶体溶液,通过旋涂法使溶剂迅速挥发而迅速凝胶化,经过适当温度的干燥和烧结制备了nc Si/SiO2薄膜。探讨了胶体粘度、盐酸催化剂浓度、旋涂速度和时间对成膜质量的影响。给出了nc Si/SiO2薄膜的扫描电镜图像和表征nc Si/SiO2薄膜组分的能谱图。

nc-Si/SiO_2球形量子点的三阶极化率

在有效质量近似下,采用无限深势阱,理论计算nc-Si/SiO2球形量子点导带中的电子束缚态,并利用紧束缚密度矩阵理论,推导出共振三阶极化率的表达式.通过数值模拟,分析讨论nc-Si/SiO2球形量子点的三阶极化率与量子点半径、入射光子的能量和弛豫相的关系.结果表明,在强受限中,三阶极化率与量子点半径、入射光子能量和弛豫相有着显著的关系.随着量子点半径的增大、入射光子能量的增大和弛豫相的减小,三阶极化率都有不同程度的增强.

nc-Si/SiO_2复合膜的非线性光学性质

采用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)技术,制备a-SiOx∶H(0<x<2)薄膜,经高温退火形成纳米硅晶粒(nc-Si)埋入SiO2基质的复合膜nc-Si/SiO2.采用简并四波混频技术(DFWM),研究nc-Si/SiO2复合膜的非线性光学性质,观察到这种纳米薄膜材料的位相共轭信号,测得样品在光波波长在589 nm处的三阶非线性极化率为X(3)=5.6×10-6esu,并分析其光学非线性增强机理.

等离子体氧化nc-Si/SiO_2多层膜的蓝光发射

报道了在等离子体增强化学气相沉积 (PECVD)系统中用交替淀积 a-Si对其进行原位等离子体氧化的方法制备了 a-Si∶H/ Si O2 多层膜。随着 a-Si∶H子层的厚度从 3 .8nm减小到 1 .5 nm,a-Si∶H/ Si O2 多层膜的光吸收边和光致发光 (PL )出现了蓝移。在晶化的 a-Si∶ H/ Si O2 多层膜中不仅观察到室温下的红光带 (80 0nm)的发光峰 ,而且还观察到蓝光发射 (4 2 5 nm) ,结合 Raman,TEM和 PL测试 。

nc-Si∶(Al_2O_3＋SiO_2)复合膜的制备及其热电特性

采用真空热蒸发技术在石英玻璃衬底上蒸镀约400 nm的铝膜,并在空气中580℃的条件下退火1 h。在退火过程中Al与石英中的SiO2反应形成纳米硅nc-Si∶（Al2O3＋SiO2）复合膜。利用X射线衍射（XRD）、拉曼散射（Raman）及扫描电镜（SEM）等方法研究了薄膜的结构特性。测得膜厚约为760 nm,估算出薄膜中纳米硅（nc-Si）的平均尺寸约为25 nm。实验发现该nc-Si∶（Al2O3＋SiO2）复合膜有热电特性,研究了其电阻率及Seebeck系数随温度（293-413 K）的变化关系,在293 K和413 K该薄膜的Seebeck系数分别约为-624μV/K和-225μV/K。

锂离子电池SiO/TiH_(2)复合负极材料的制备及其电化学性能

SiO材料具有较高的理论比容量、较低的电压平台以及比Si低的体积膨胀率,被认为是最具有商业化潜力的负极材料,但是SiO存在因初始库伦效率低、体积膨胀率高引起的循环快速衰减等问题。将SiO负极材料与钛氢化合物复合,采用简单、易于工业化的球磨和热处理方法制备了SiO/TiH_(2)负极材料,探讨了热处理温度与SiO和TiH_(2)的质量比对SiO/TiH_(2)复合负极材料的影响。结果表明,热处理过程中形成的高导电性中间相可以起到增强导电性、缓冲体积膨胀、显著改善复合负极材料循环和倍率性能的作用。其中热处理温度为700℃、质量比为4∶1的SiO/TiH_(2)复合负极材料的初始库伦效率为74.4%,100次循环后比容量为555.2 mA·h/g,比容量保持率为53.6%。

SiO_(2)表面金属包覆处理对铜基粉末冶金材料制动摩擦磨损性能的影响

为改善摩擦组元SiO_(2)颗粒与铜基体间界面结合性能,通过表面金属包覆处理的方式制备铜包覆SiO_(2)。分别以铜包覆SiO_(2)和普通SiO_(2)颗粒作为摩擦组元之一,利用SPS烧结技术制备2种铜基粉末冶金摩擦材料。分析2种摩擦材料的微观组织、力学及物理性能,在MM1000-Ⅱ型惯性制动试验台上测试2种摩擦材料的制动摩擦磨损性能,并对2种摩擦材料的摩擦表面及其三维形貌特征、磨屑特征和摩擦表面物相进行微观分析,研究SiO_(2)表面金属包覆处理对制动条件下铜基粉末冶金材料摩擦磨损性能的影响。结果表明:经铜包覆处理的SiO_(2)与Cu基体间的界面结合性能明显改善,提高了材料的硬度、致密度及导热系数,特别是导热系数得到了显著提升;随着制动初速度的升高,2种摩擦材料的平均摩擦因数均呈现先上升后下降的趋势;在相同的制动条件下,与含普通SiO_(2)材料相比,除了制动压力为0.8 MPa、制动初速度为100 km/h外,在其他各制动条件下含铜包覆SiO_(2)材料具有较高的平均摩擦因数和较低的磨损率,且其摩擦表面更为平整;提高制动初速度均能够促进2种摩擦材料表面形成以氧化膜为主的摩擦膜,且含铜包覆SiO_(2)材料的摩擦膜更均匀,因而保护作用更好,即磨损率低。

PVA纤维-纳米SiO2对混凝土抗疲劳性能的影响及机理分析

为研究PVA纤维和纳米SiO2的掺入对混凝土抗疲劳性能的影响,设计了单掺PVA纤维(P组)、单掺纳米SiO2(S组)和混掺PVA纤维与纳米SiO2(SP组)3组试件,对其展开疲劳后的单轴压缩试验,以经历疲劳荷载后混凝土试件的相对动弹性模量和抗压强度,作为分析评价不同掺料方式对混凝土疲劳性能影响的评价指标,并利用SEM电镜扫描试验研究了掺合料的微观作用机理。结果表明:3组混凝土较普通混凝土在抗疲劳性能上都有明显的提升,S组在提高混凝土强度方面表现最为明显;而SP组能够更有效地抑制混凝土内部劣化损伤的发展。从作用机理上来讲,PVA纤维是通过提高混凝土各单元间的抗拉能力,有效降低了混凝土在疲劳荷载作用下的损伤破坏,相当于延长了混凝土的破坏过程;而纳米SiO2则是通过参与反应生成C-S-H(水化硅酸钙)凝胶填充混凝土薄弱区,提高了混凝土的抗压强度,相当于提高了混凝土在疲劳荷载作用下的破坏起点。研究成果对混凝土结构抗疲劳设计有参考价值。

桐油覆膜Ni-Co-SiO2纳米复合涂层的制备及防腐性能研究

采用恒电位法在瓦特型电镀液中于碳钢表面制备了Ni-Co-SiO2纳米复合涂层,通过浸渍桐油处理制备桐油覆膜Ni-Co-SiO2涂层。利用场发射扫描电镜、能谱仪、X射线衍射、红外光谱仪、三维视频显微镜等表征涂层的形貌、元素组成、结构和粗糙度。采用Tafel动态极化曲线和电化学阻抗测试比较覆膜涂层和未处理涂层的耐蚀性。通过浸泡试验,对桐油覆膜涂层进行防腐蚀性评价。结果表明:桐油处理后涂层明显被一层薄膜涂覆,其表面粗糙度降低,但涂层前后的微观结构不变。桐油覆膜Ni-Co-SiO2涂层具有较低的腐蚀电流密度,较大的容抗弧和较高的阻抗模量。此外,长期浸泡试验表明,涂层低频阻抗模值在很长一段时间保持高于10~6Ω/cm~2,表明桐油覆膜Ni-Co-SiO2具有较高的耐腐蚀性。

可用于纸基材料书写印刷的SiO2光子晶体自组装性能

本研究采用双基片垂直自组装法和旋涂法制备硅基光子晶体,研究了粒径分布及高温热处理对光子晶体结构色的影响,表征了双尺寸和夹心结构光子晶体的微观形貌和光学特性等性能。结果表明,高温热处理有助于增强光子晶体结构色的鲜艳度,且光子晶体在载玻片上的附着强度增加。随着SiO2微球粒径的增大,光子禁带的中心波长位置逐渐向长波段移动。对于单分散SiO2微球,粒径越均一,自组装的光子晶体结构色越鲜艳。与双尺寸晶体相比,均一粒径晶体的自组装有序性更好;L-S-L结构比S-L-S结构的光子晶体排列更加平整有序。高浓度的SiO2微球乙醇分散液书写在黑色纸基材料上,可以呈现出色彩鲜明和饱和度较高的颜色。

SiO_(2)改性纳米ZnO防晒剂的制备及应用

用二氧化硅(SiO_(2))对纳米氧化锌(ZnO)防晒剂表面进行改性以降低纳米ZnO的光催化活性,从而减少光催化时产生的活性氧基团对皮肤的损伤和对有机物的降解并且最终制备出SiO_(2)包覆纳米ZnO的ZnO@SiO_(2)复合颗粒。透射电子显微镜(TEM)图像显示ZnO@SiO_(2)复合颗粒呈球状并且具有壳层结构。傅里叶变换红外光谱(FTIR)结果证明SiO_(2)包覆在纳米ZnO表面。光催化性能测试结果证实,SiO_(2)壳层有效降低了纳米ZnO光催化活性。将ZnO@SiO_(2)复合颗粒和有机防晒剂复配制得防晒乳液,并且对乳液进行防晒性能评价。结合紫外屏测试结果和SPF测量结果可以证明,ZnO@SiO_(2)和甲氧基肉桂酸乙基己酯复配表现出良好的协同效果,具有高紫外屏蔽能力的广谱防晒效果。

雾化喷涂法制备耐磨疏水SiO2涂层及其应用

以甲基三甲氧基硅烷(MTMS)为前驱体,十六烷基三甲基溴化铵(CATB)控制其团聚度,通过溶胶—凝胶法制备疏水二氧化硅凝胶,采用雾化喷涂法对椰子木基材表面进行喷涂,后经80℃干燥获得了疏水SiO2涂层。利用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱、接触角测量仪、全自动比表面及孔隙度分析仪对涂层的表面形貌、化学组成、表面润湿性、耐磨性等进行了表征。结果表明:与混合喷涂法相比,溶胶—凝胶喷涂法制备的涂层耐磨性更好。当CATB含量为15mmol·L^(-1)时,涂层耐磨性最佳;当CATB含量为20mmol·L^(-1)时,涂层疏水性最佳,其水接触角可达(148.76±0.94)°。涂层的疏水性归因于MTMS引入的-CH3,其较好的耐磨性归因于疏水二氧化硅凝胶在基材表面的堆积。以MTMS为前驱体制备的疏水二氧化硅具有较好的稳定性、耐酸性和耐碱性。基于木材的3D均匀多孔管状结构和单侧雾化喷涂技术,构建了双面不对称润湿性膜,在油/水混合物分离领域具有广泛应用前景。