二氧化钛相变的原位高温X射线衍射分析——介绍一个仪器分析拓展性实验

介绍一个仪器分析拓展性实验——二氧化钛相变的原位高温X射线衍射分析。该实验的主要内容包括:利用原位高温X射线衍射检测二氧化钛锐钛矿到金红石相变过程,并分析相变过程中结构变化,涵盖物相、定量、晶格常数、晶粒尺寸和微观应力计算分析。通过本实验将基础晶体材料结构理论知识和多种X射线衍射分析技能相融合,培养了学生综合知识的运用能力、科研能力和创新能力。

原位高温X衍射实验技术研究

原位高温X衍射是一项应用前景广阔的实验技术。该文采用原位高温X衍射实验技术对电气石进行了25～1 000℃的细致研究,实验揭示了电气石在600℃之前后晶胞参数的变化,原因在于F2e+氧化导致晶胞收缩,并精确确定电气石中的F2e+的氧化温度为600℃、电气石脱羟温度为400℃,显示原位高温X衍射技术是一项很有价值的实验技术。此项实验技术的缺点在于kapton(聚酰亚胺)薄膜的阻隔、导致衍射强度较低,为此提出了可能的解决办法。

大别硬玉石英岩中金红石原位高温高压下晶体结构和OH的研究

本文通过金刚石对顶砧与拉曼光谱、红外光谱联用技术,原位模拟了金红石在高温高压下晶体结构及其OH的变化,从而了解俯冲带流体中金红石在地质过程中的行为及作用。实验证明,金红石在压力的作用下经历两次相变,分别为金红石型TiO_(2)结构→斜锆石型TiO_(2)结构(P=23.43GPa)→萤石型TiO_(2)结构(P=34.98GPa),其结构在经历过超深俯冲后、折返过程中则以ɑ-PbO_(2)型TiO_(2)结构稳定存在。并且金红石晶体中的OH红外特征峰强度随着压力的增加而降低,从而显示在加压过程中金红石中OH含量降低,但直至地球深部超过600km(37.28GPa,约1200km),其晶体中的OH也并未完全脱去。在高温高压实验中,金红石样品从常温常压条件加压、加温至P=4.01~4.08GPa和T=700℃时,金红石晶体的有序度、OH含量随着温度增加而降低,但至实验最高温压,晶体内部仍保留OH,其结构也稳定存在,因此金红石可以将水携带至深部约120km处。在降至常温常压的过程中,金红石中OH含量虽然增加,但并未恢复至实验开始时的含量,因此经历过快速俯冲、折返后的金红石中的OH含量无法代表金红石形成时的OH含量。

纳米PbTiO_3温致相变的原位高温拉曼光谱研究(英文)

采用钛酸丁脂和醋酸铅和溶胶凝胶法制备了纳米PbTiO3粉体。利用扫描电镜观察了经不同温度烧结后常温下粉体形貌及晶粒尺寸,得到不同尺寸(5 0～1 0 0nm)的纳米粉体。同时观察了升温条件下的温致拉曼光谱,分析了不同温度热处理后粉体的相,高温原位拉曼光谱表明了烧绿石相是升温过程中四方相PbTiO3向立方相结构转变必须经过的过渡相。另外,对高温下挥发的粉体进行研究发现。

多热源情况下淤泥原位高温固结模拟分析

为探究多热源情况下淤泥原位高温固结地基处理方法的适用性,基于单热源情况下大连地区淤泥高温固结模型的试验数据,采用有限元软件COMSOL Multiphysics模拟了多热源情况下大体积淤泥原位高温固结的过程,研究了不同热源布置方式所形成温度场的分布规律,计算了不同布置方式、不同热源间距下地基承载力特征值达到1000kPa需要的加热时间和能量消耗。结果表明:两种布置方式的几何中心位置均为温度最低点;热源间距越小,所需加热时间越短,同热源间距等边三角形布置方式加热时间少于正方形布置方式;同热源间距下采用正方形布置方式能耗低于三角形布置方式;对模型的有效加热面积四周边界采取绝热措施,能耗降低20.81%~25.82%。

蓝宝石高温弹性模量的理论计算和实验测量

蓝宝石因其良好的透光性和高温稳定性而成为光纤式高温压力传感器的理想结构材料。蓝宝石在高温下弹性模量的变化与其高温压力测量的准确性密切相关,因此获取高温条件下蓝宝石的弹性模量是设计和制备高温压力传感器的必要前提条件。基于高温原位XRD测试得到不同温度下蓝宝石的晶胞参数,然后利用第一性原理对蓝宝石的弹性性能进行了理论计算,得到蓝宝石高温情况下的弹性刚度矩阵和柔度矩阵。同时基于脉冲激振法,测量了室温至1200℃范围内不同取向蓝宝石样品的弹性模量,验证了理论计算结果的准确性。理论计算及实验结果均表明:随着温度的升高,蓝宝石的弹性模量减小,并且不同晶向之间存在显著差异。所获取蓝宝石的高温弹性模量数据可为相关高温压力传感器的设计提供基础数据参考。

气动悬浮无容器激光加热技术的应用:MgTi_(2)O_(5)晶体及其熔体微结构的原位超高温拉曼光谱研究

搭建气体动力学悬浮无容器激光加热装置耦合皮秒级时间门控拉曼光谱仪,突破常规加热法的温度与坩埚材料的限制的同时,依靠皮秒级脉冲激光极短的测量周期大幅度屏蔽高温极端条件下黑体辐射对拉曼信号的干扰。并利用该平台首次原位测定了高熔点MgTi_(2)O_(5)超高温下(1903、1953和2003 K)的高信噪比熔体拉曼光谱。并通过耦合三代增强型电荷耦合探测器(ICCD)与纳秒级脉冲激光实现测定MgTi_(2)O_(5)晶体样品室温(RT)到1673 K的完整温度范围的原位拉曼光谱。在RT升至1953 K的升温过程中晶体的拉曼光谱出现展宽和红移现象,相对强度降低,当温度升高到熔体(2003 K)成为单一宽泛的包络线,表明此时晶体的长程有序的结构已经被破坏,体系内微结构发生本质改变。运用密度泛函理论(DFT)计算其常温拉曼光谱,比照实验光谱,对主要振动模式进行了归属分析,拉曼光谱位移低于350 cm^(-1)的低波数区的振动主要归属于晶体的晶格振动,中波数区域485 cm^(-1)的振动峰为Ti—O—Ti弯曲振动,主要特征峰648 cm^(-1)处为TiO_(6)八面体内O—Ti伸缩振动;787 cm^(-1)处为TiO_(6)八面体内O—Ti—O的弯曲振动。对熔体结构运用量子化学从头计算法,模拟了系列团簇模型的拉曼光谱,获得了特征振动模式的波数和散射截面,实验拉曼光谱采用散射截面校正后,解谱并定量分析了熔体中团簇结构的分布。定量分析显示,MgTi_(2)O_(5)晶体熔化后,存在TiO_(4)四面体构型(不同构型的Q_(i)相对摩尔分数分别为54.6%Q_(0)、20.1%Q_(1)、5.0%Q_(2)、4.8%Q_(3),Q_(i)为不同桥氧数i的钛氧四面体)和TiO_(6)八面体构型(H_(0)的相对摩尔分数为14.8%,H_(0)为孤立的六配位钛氧八面体)。Ti^(4+)主要以孤立四面体结构Q_(0)、二聚体结构Q_(1)四配位形式存在,少部分以孤立的钛氧八面体H_(0)六配位的形式存在。结果表明:MgTi_(2)O_(5)熔体成分中占较大比例的孤立结构,破坏了体系网络连接性,抑制了玻璃形成能力,因此该高温熔体不具备形成玻璃的条件。在升温过程中MgTi_(2)O_(5)晶体的拉曼光谱显示无相变发生;熔融过程中,晶体微结构中的Ti—O多面体结构由单一TiO_(6)型转变为TiO_(4)与TiO_(6)型共存。

原位拉伸研究热处理对激光选区熔化GH4169合金组织及650℃力学性能的影响

研究热处理制度对激光选区熔化成形GH4169合金组织及高温力学性能的影响。通过自主研发的SEM原位加热拉伸测试平台,探究热处理前后650℃合金力学性能变化与动态组织演变的关系。结果表明:热处理后合金的晶粒形态由柱状晶转化为等轴晶,Laves相溶解,析出大量γ′和γ′′强化相;在650℃下,沉积态合金的屈服强度和抗拉强度分别为574 MPa和740 MPa,热处理态(HSA态)合金的屈服强度和抗拉强度分别为818 MPa和892 MPa,较沉积态分别提升了42.5%和20.1%;沉积态合金表面晶粒起伏更大,协调变形能力更强,塑性流动能力好;裂纹在Laves相周围萌生沿枝状晶向最大切应力方向扩展,样品颈缩后发生剪切断裂;HSA态裂纹在碳化物周围萌生沿晶界扩展,断裂方式为沿晶和穿晶相结合的混合断裂。

天然闪锌矿原位高温X射线衍射研究

对天然闪锌矿进行了原位高温X射线衍射实验研究,结果表明:闪锌矿受热膨胀,27～675℃温度范围内其膨胀系数为25.61×10-6℃-1;随着温度的升高,在543℃时产生中间物相Zn3O(SO4)2,并分解产生红锌矿ZnO;在797℃时中间物相完全消失,同时出现尖晶石结构的ZnFe2O4;加热至1160℃时的产物为ZnO和ZnFe2O4。实验表明,天然闪锌矿的热改性可产生一定比例的红锌矿(ZnO),其与闪锌矿一起形成二元复合半导体。在光的激发下,该半导体体系产生的光生载流子由一种半导体注入另一种半导体,降低了光生电子-空穴对的复合几率,提高其光催化活性。本文的研究可为热改性提高天然闪锌矿光催化活性提供理论依据。

纳米Co_(78)Ni_(22)合金组织演变的原位高温X射线分析

采用高温X射线原位分析法研究了喷射电沉积制备的晶粒尺寸5.1 nm的Co78Ni22合金连续加热及等温条件下组织转变。结果表明:在连续加热条件下,随着加热温度升高,晶粒尺寸经历由低温缓慢长大到中温异常长大再到高温正常长大过程,同时ε相向α相转变。在等温条件下,随等温时间的延长,ε相向α相转变且转变的温度降低,随等温温度的升高,这种转变加快,晶粒尺寸也会发生明显的长大。Co78Ni22合金加热过程中的异常晶粒长大与ε相向α相转变有关。

插入式微波天线阵列诱导高温原位灭活治疗肢体恶性或侵袭性骨肿瘤

评价插入式微波天线阵列诱导高温原位灭活治疗肢体恶性或侵袭性骨肿瘤保肢手术的临床应用．方法：应用插入式微波天线阵列诱导高温原位灭活治疗肢体恶性或侵袭性骨肿瘤19o例．从手术技术、肿瘤学、关节功能、并发症等方面全面综合评价此方法的临床应用效果．结果：恶性骨肿瘤134例，术后平均随访47mo，因远隔脏器转移死亡者32例，另有3例虽有肺部转移，但经转移病灶切除后现仍无瘤存活；存活率为74．2％；IO2例存活者中肢体关节功能优者72例，良者14例．骨巨细胞瘤56例，术后平均随访49mo，l例死于肺转移；3例局部复发，经行瘤段截除大段异体骨移植后治愈；35例关节功能属优，21例为良．结论：插入式微波天线阵列诱导高温原位灭活治疗骨肿瘤技术是一种创新的、有效安全的、临床效果显著的、治疗肢体恶性或侵袭性骨肿瘤的新手段，值得继续应用、改进和评价这一治疗体系．

扫描电镜纳米分辨高温力学原位仪器研制进展

高温(1 000℃以上)高应力环境是金属、陶瓷等材料在热处理、烧结和制备过程中的主要工艺条件,也是航空发动机、核电站和火电站等关键热端部件服役过程中的苛刻工况条件之一。基于扫描电子显微镜的纳米分辨原位高温力学性能测试仪器能够从纳米到宏观尺度全面、深入、准确地研究材料在高温应力条件下微观组织结构、元素成分以及晶体取向演变与材料力学性能变化之间的定量化关系,是优化材料制备工艺、质量检测、服役寿命评估、安全性评价等的重要科学技术手段。本文主要介绍近年来浙江大学张泽院士主持的国家自然科学基金委重大科研仪器设备研制专项《针对若干国家战略需求材料使役条件下性能与显微结构间关系的原位研究系统》的重要研究成果以及扫描电镜纳米分辨高温力学原位仪器研制的最新研究进展和在材料科学研究中的应用。

高温原位XRD和TG-MS法研究S Zorb工业吸附剂热解行为

从某S Zorb工业装置上采集了2个具有不同脱硫活性的工业吸附剂,采用XRD、碳硫分析和SEM表征其晶体结构、化学组成和形貌,采用高温原位XRD表征其在受热过程中晶体结构的变化规律,采用TG-MS和DTA表征其热分解过程和产物。结果表明,Zn2SiO4的形成显著影响了S Zorb吸附剂的化学组成、脱硫活性和稳定性、分解温度、质量损失。S Zorb吸附剂的热解包括5个阶段,分别为物理吸附水和吸附物的挥发、Ni物相的氧化、积炭的燃烧、ZnS热解和晶相转变。高温和酸性环境会导致进一步生成Zn2SiO4物相。最后详细阐述了S Zorb吸附剂的热解机理,以期为S Zorb工业生产和科研提供信息。

Cu纳米线的高温原位加热XRD研究

采用电化学沉积方法,在孔径约50nm的阳极氧化铝模板中生长Cu纳米线,经过高温原位加热XRD实验,证实了其热膨胀系数约2.6×10-5K-1,稍大于块体Cu,与文献中Cu纳米线近似为零的热膨胀系数有明显的区别。对这一现象进行了简要的讨论后得出结论认为:基于模板生长的Cu纳米线,其晶格完整程度是决定热膨胀的重要因素。

持续被动活动在微波诱导高温原位灭活治疗膝关节周围骨肿瘤术后关节功能康复中的意义

目的探讨持续被动活动(CPM)在微波诱导高温原位灭活保肢手术治疗膝关节周围恶性或侵袭性骨肿瘤术后关节功能康复中的意义。方法微波诱导高温原位灭活保肢手术治疗膝关节周围恶性或侵袭性骨肿瘤,灭活处骨缺损应用脱钙骨基质颗粒加骨水泥修复,局部用钢板或异体皮质骨板内固定,不用外固定。将75例患者随机分为A、B两组。A组40例,术后24h开始使用CP对患肢进行持续被动功能锻炼,连续3周。B组35例术后进行常规功能锻炼。结果75例均获随访,平均随访时间13个月,骨缺损处无骨折和骨不连,内固定良好。至3个月时,A组膝关节活动度110°～160°,平均141°,B组膝关节活动度90°～140°,平均126°,统计学差异有显著性意义,P<0.01。结论微波诱导高温原位灭活治疗膝关节周围骨肿瘤保肢手术,能最大程度地保留膝关节功能术后CPM能进一步改善膝关节的活动度。

微波诱导高温原位灭活治疗骨盆恶性肿瘤的护理

目的 总结 76例应用插入式微波天线阵列诱导高温原位灭活治疗骨盆恶性肿瘤的护理。方法 根据围手术期患者的具体情况制定相应的护理措施。结果 平均随访 3年以上 ,8例局部复发 ,其中 5例死亡。其余 68例中 ,肢体关节功能优者 5 7例 ,11例尚可 ,3例感染 ,1例坐骨神经热损伤。从肿瘤学、肢体关节功能学及并发症评价方面均成效显著。结论 术前进行心理护理 ,调整全身情况 ,完善各项术前准备。术后密切观察生命体征及患侧肢体的神经功能恢复情况 ,注意切口渗血及引流情况 ,进行体位指导 ,早期加强肢体关节功能的康复锻炼 。

微波天线阵列诱导高温原位灭活治疗恶性肿瘤或侵袭性骨肿瘤10例体会

目的 探讨微波天线高温原位灭活治疗恶性或侵袭性骨肿瘤保肢体技术在临床应用。方法 应用微波天线诱导高温原位灭活肢体恶性或侵袭性骨肿瘤 10例 ,探讨其临床应用效果。结果 随访 3年 ,恶性骨肿瘤 8例 ,2例行截肢术。肢体骨巨细胞瘤 2例 ,1例皮肤坏死。 10例均存活。结论 插入式微波天线阵列诱导高温原位灭活治疗恶性或侵袭性骨肿瘤是一种创新的、安全的保肢术 ,值得临床应用。

硅酸锆分子振动模及其高温原位Raman光谱

用密度泛函理论对硅酸锆常温下的振动模进行模拟计算,并与实测的Raman和红外光谱进行了对比,解释了各振动模的归属。对硅酸锆晶体在升温过程中的Raman光谱的变化进行了研究。结果表明:随着温度上升,内振动模的红移明显,υ3(SiO4)伸缩振动模(B1g)红移最大,波数从常温时的1006cm–1红移至1823K时的937cm–1。各振动模不断展宽且相对强度减弱,表明硅酸锆在升温过程中逐渐无序化,但[SiO4]四面体并没有聚合。升温过程中硅酸锆分解成ZrO2和SiO2。

昆仑白玉的高温原位X射线衍射实验研究

本文在28℃-1150℃温区对昆仑白玉进行高温原位X射线衍射实验,研究了升温和降温过程的物相变化,结果表明昆仑碧玉在常温下主相为Ca2Mg5Si8O22(OH)2,晶格参数a=9.818,b=18.047,c=5.275,α=90°,β=104.6°,γ=90°,空间群为C2/m,属于单斜晶系;升温过程中在800℃时少量杂质白云石(CaMg(CO3)2)分解,少量杂质滑石(Mg3[Si4O10](OH)2)在900℃-1050℃分解,1000℃左右透闪石结构被破坏,存在形成CaMgSi2O6的两种机制,直到1150℃阳起石结构完全被破坏,最终产物中主要是透辉石CaMgSi2O6,还有少量CaSiO3,MgSiO3;降温过程的图谱表明这种高温相变是不可逆的.

高温原位拉曼光谱研究BiFeO3陶瓷反应烧结相变过程

多铁性材料BiFeO3(BFO)由于具有潜在的磁电耦合效应而备受关注,但纯相陶瓷的制备始终是一个难点,部分原因在于对其反应烧结相变规律的认识尚不充分。高温原位拉曼光谱技术(HT-Raman)是表征复杂的固体相变及反应的有力手段。首次利用HT-Raman,研究了不同配比(1∶1, 1.03∶1和1.05∶1)的Bi2O3-Fe2O3在不同升降温速率(10和100℃·min-1)下的反应烧结相变过程,以及降温时反应产物的收缩效应。结果表明:Bi2O3-Fe2O3反应烧结生成BiFeO3的过程中,会产生中间过渡相Bi2Fe4O9和Bi25FeO39∶Bi2O3-Fe2O3配比为1.03∶1、升降温速率较快时,产物中杂相含量最少,可见Bi过量及较快的升降温速率能有效抑制杂相的生成。降温过程中,发现BFO的A1-1峰位随着温度降低发生蓝移,且二者呈良好的线性关系,这说明降温过程中BFO仅因温度变化产生晶格收缩,并没有结构相变。此外,还利用二维X射线衍射(2D-XRD)及背散射电子衍射(EBSD),表征了烧结产物的相组成及形貌。XRD结果也显示Bi过量时杂相含量较少,与拉曼结果一致。结合2D-XRD和EBSD的结果可知, Bi过量时烧结产物晶粒尺寸较大且均一,可见快速升降温有利于晶粒的成核与生长。研究结果可帮助进一步认清反应烧结规律,并指导纯相BiFeO3基陶瓷的制备。