γ辐照-腐蚀后硼硅酸盐玻璃的形貌及元素行为

硼硅酸盐玻璃是现有综合性能最好的深地处置高放废物固化材料,其辐照稳定性是影响放射性核素向生物圈泄漏的重要因素。对此,在室温下分别以8 kGy和800 kGy的γ射线辐照三组分硼硅酸盐玻璃(NBS),并对辐照后的样品在不同时间下的浸出行为展开研究。采用光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)对实验样品的表面形貌进行分析,利用能量色散X射线谱仪(EDS)分析元素分布,并用电感耦合-等离子体光发射光谱仪(ICP-OES)对溶液元素进行表征。结果表明:γ射线在8~800 kGy的吸收剂量范围内会对硼硅酸盐玻璃的浸出行为产生影响。此外,随着腐蚀时间的延长,玻璃腐蚀效应逐渐覆盖了辐照效应。与8 kGy辐照相比,NBS玻璃样品在800 kGy辐照下的元素行为变化更为明显。在高剂量辐照后,腐蚀对表面形貌的影响更为显著,而腐蚀7 d后NBS玻璃的元素浸出率更高。

Pb^(2+)对掺杂硼硅酸盐玻璃中CsPbBr_(3)钙钛矿量子点发光性能的影响

硼硅酸盐玻璃包覆钙钛矿CsPbBr_(3)量子点(PQDs@glass)能够大幅提高PQDs的稳定性,使其在LED照明和显示技术中拥有广泛的应用空间。然而,玻璃包覆的同时也导致了PQDs发光强度与量子产率降低。本工作为提高其发光强度探讨了热诱导温度及Pb^(2+)的含量对PQDs@glass结构的影响,当热诱导温度为460℃,Pb^(2+)浓度为6 mol时,其发光强度最高。研究发现,Pb^(2+)浓度的增加会导致玻璃网状结构的致密化,改变玻璃组分的扩散行为,影响PQDs的析晶过程,导致PQDs@glass发光强度的变化。本工作得到量子产率高达95.6%的PQDs@glass,并实现了硼硅酸盐玻璃基质内PQDs的尺寸可控制备。结果表明,PQDs尺寸分布在10 nm左右,超过86%的颗粒尺寸在6~14 nm内,且具有优越的稳定性,经历10次室温至200℃热循环后,发光强度仍能保持初始强度的98.9%。最后,为了验证其在LED照明及显示领域的应用,将制备的量子点微晶玻璃粉料与二甲基硅氧烷(PDMS)混合,得到的LED器件性能优异,色域范围覆盖110%sRGB。本研究为PQDs@glass的大规模制备及其在LED器件领域的应用奠定了基础。

Al_(2)O_(3)和B_(2)O_(3)对铝硼硅酸盐玻璃结构和热学性能的影响

采用高温熔融法制备了SiO_(2)-Al_(2)O_(3)-B_(2)O_(3)体系玻璃。通过改变玻璃组成中Al_(2)O_(3)∶B_(2)O_(3)比,研究了玻璃结构对玻璃热学性能的影响。通过核磁共振谱对玻璃样品结构进行了研究。结果显示,在该铝硼硅玻璃体系中,随玻璃中Al_(2)O_(3)∶B_(2)O_(3)比的增加,玻璃的热膨胀系数降低,玻璃转变温度和玻璃软化温度增高,此性能变化联系到玻璃微观结构。随玻璃中Al_(2)O_(3)∶B_(2)O_(3)比的增加,结构中的游离氧会优先与Al3+结合形成更多的[AlO_(4)]进入玻璃网络,同时形成少量[AlO_(5)]和[AlO_(6)]结构,剩余较少的游离氧才会与B^(3+)结合成[BO_(4)]和[BO_(3)]结构,这些结构变化影响了玻璃的热学性能。

新型低密度短寿命铈单掺硼硅酸盐玻璃闪烁材料

硼硅酸盐玻璃在探测领域作为闪烁基质材料具有天然的优势。本研究基于应用需求制备了Ce^(3+)离子掺杂硼硅玻璃闪烁材料60B_(2)O_(3)‐6SiO_(2)‐3Al_(2)O_(3)‐5BaO‐15Na_(2)O‐10La_(2)O_(3)‐1Sb_(2)O_(3)。基于密度和FT‐IR光谱对玻璃的结构进行了分析,结果表明加入的Ce^(3+)离子作为网络修饰体存在。吸收光谱显示该材料紫外吸收边均低于400 nm、光学带隙缩短至2.93 eV,这些因素都有利于提升Ce^(3+)离子在基质材料中的发光特性。采用306 nm泵浦波长,该材料在372 nm处得到了最佳的发射光谱。光学碱度随着Ce^(3+)离子浓度的增加而增加(0.5392~0.5417)的现象与发射光谱的红移结果相吻合。荧光寿命短至24.39 ns,与其他Ce^(3+)离子掺杂玻璃闪烁材料相比具有明显的优势。这些优势为检测领域提供了一种新的材料选择。

离子辐照导致硼硅酸盐玻璃浸出性能的变化

在高放射性废物深地质处置过程中,放射性核素衰变引起的强辐射场会导致玻璃固化体浸出性能的变化。本工作利用15 MeV Si离子辐照模拟深地质处置强辐射场,采用MCC-1静态浸泡法在pH=9.0的KOH溶液中对硼硅酸盐玻璃分别浸泡1、3、7、14、28 d,结合电感耦合等离子体发射光谱仪、拉曼光谱仪以及扫描电镜研究了辐照前后玻璃样品的浸出行为。结果表明:随着浸出时间推移,玻璃表面会不断地腐蚀脱落;辐照后玻璃样品的浸出率明显高于未辐照玻璃样品的,蚀变层结构与元素组成无明显差异,但厚度明显增大;形成的蚀变层中Na元素和B元素基本耗尽;蚀变层中SiO_(2)网络体结构溶解,生成大量的Si—OH键及硼硅酸盐结构,并出现四配位B单元向三配位B单元的转变。

光热核壳TiN@硼硅酸盐生物玻璃纳米颗粒的降解和矿化性能

硼硅酸盐生物玻璃以其稳定的结构和优异的生物活性而受到广泛关注,但生物玻璃在矿化过程中活性呈现初期快而中后期慢的趋势,造成后期的活性降低。光热可加速生物玻璃降解,本研究制备了以氮化钛为核、生物玻璃(40SiO_(2)-20B_(2)O_(3)-36CaO-4P_(2)O_(5))为壳的复合生物玻璃,利用光热场干预生物玻璃的矿化过程。结果表明,生物玻璃具有显著的光热效应,光热能力随氮化钛掺杂量和激光功率密度的增加而提高;在体外浸泡中,近红外光辐照促进了生物玻璃的降解,浸泡7 d后模拟体液中钙、硼的含量分别增加12%~16%和8%~11%,加速了羟基磷灰石的生成;细胞增殖活性实验表明样品有良好的生物安全性。因此,光热场可促进生物玻璃降解和矿化,对周围细胞影响小,有望在保障初期生物安全的同时发挥调节作用。

磷钼杂多酸盐含量对硼硅酸盐玻璃固化体结构和抗浸出性能的影响

我国现存高放泥浆主要成分为磷钼杂多酸盐(PM),磷和钼在硼硅酸盐玻璃中溶解度较低,超过一定溶解度后会在玻璃表面产生分相从而影响玻璃化的效率和安全。本文主要研究了PM含量对硼硅酸盐玻璃固化体物相组成、微观结构和抗浸出性能的影响。结果表明,当PM掺量为0%~4%(质量分数,下同)时,样品为透明玻璃,而PM掺量高于5%时,样品为含钼酸钙和钼酸钡晶相的玻璃陶瓷。随着PM掺量从0%增加至6%,玻璃网络结构中的[SiO_(4)]结构逐渐解聚,[MoO_(4)]^(2-)结构逐渐增加,且[BO_(4)]、Q^(3)和Q^(4)结构单元含量逐渐降低,玻璃网络结构的致密程度也逐渐降低。随着PM掺量增加,Si、B和Na元素28 d归一化浸出率先降低后升高,Mo元素28 d归一化浸出率先升高后降低。

Nd_(2)O_(3)取代CaO对硼硅酸盐玻璃物相、结构和化学稳定性的影响

以典型Na_(2)O-CaO-ZrO_(2)-B_(2)O_(3)-SiO_(2)为基础玻璃组分,通过Nd_(2)O_(3)替换CaO,采用传统的高温熔融冷却法制备了固化体。通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)对固化体进行了物相和结构的表征,并通过产品一致性检测法(PCT)和溶解速率法(MCC-1)对化学稳定性进行了分析和评估。结果表明:随着Nd_(2)O_(3)取代量的增加,ZrO_(2)的析晶逐渐减弱,当Nd_(2)O_(3)的含量为5%时,6%的ZrO_(2)能完全溶于玻璃相中。通过Nd_(2)O_(3)替换CaO促进ZrO_(2)在该硼硅酸盐玻璃结构中的溶解,可提高固化体的化学稳定性。浸泡28天后,固化体的LRSi、LRCa、LRZr和LRNd在10^(-4)g/(m^(2)·d)数量级及以下,失重速率在10^(-9)g/(cm^(2)·min)数量级,其主要浸出的元素是Na和Ca。因此,本研究为富含Zr和Nd的高放废液固化提供了理论支撑和实验指导。

锆在硼硅酸盐玻璃的溶解度研究

Zr是乏燃料后处理的典型元素,它作为燃料包壳组件存在,是一种裂变产物。以SiO_(2)-B_(2)O_(3)-Na_(2)O-Al_(2)O_(3)-CaO-BaOLi_(2)O-MgO基础玻璃珠为玻璃基体,将Zr按质量分数梯度0、3%、6%、9%、12%、15%、17%和18%掺入玻璃基体中进行烧制。通过XRD、SEM、FT-IR、DTA、ICP-OES等表征手段对Zr在硼硅酸盐玻璃的溶解度进行了探究。Zr在本研究硼硅酸盐玻璃中的溶解度为17%,超过溶解度将会以ZrSiO_(4)晶体析出;玻璃化转变温度随着Zr的掺入先提高后降低;玻璃的密度随Zr的掺入量的增加而增大,而摩尔体积随其掺入量的增大而减小;通过28天的产品一致性测试(PCT),得出该玻璃中的Si元素、Na元素和Zr元素浸出率的数量级分别为10^(-6)~10^(-5)g/(m^(2)·d)、10^(-5)g/(m^(2)·d)和10^(-8)g/(m^(2)·d),均低于硼硅酸盐玻璃的标准浸出率,说明富Zr硼硅酸盐玻璃具有良好的化学稳定性。

硼硅酸盐玻璃润滑剂的黏度及析晶行为

玻璃润滑剂是钛材热挤压生产的重要润滑材料之一,其黏度和析晶性能是影响润滑效果的重要因素.利用高温旋转黏度仪及热力学软件FactSage 8.1,研究了在850~1000℃下w(B_(2)O_(3))/w(SiO_(2)),w(Na_(2)O)/w(SiO_(2)),w(CaO)/w(SiO_(2))和w(CaO)/w(Al_(2)O_(3))对玻璃润滑剂黏度及析晶行为的影响.结果表明:SiO_(2)含量的增加可提高闪石相的析出温度和析出量,CaO含量的减少能够促进硼酸镁相的析出,Na_(2)O含量的减少能够抑制闪石相的析出;熔体黏度随着Na_(2)O和CaO含量的增加而减小,但随SiO_(2),B_(2)O_(3)和Al_(2)O_(3)含量的增加而增大;利用Arrhe-nius公式拟合获得了熔体的黏滞活化能,其值均在180~240 kJ/mol.

Al_(2)O_(3)/SiO_(2)对铝硼硅酸盐玻璃结构与性能的影响

采用高温熔融法制备了铝硼硅酸盐玻璃。通过改变玻璃组成中Al_(2)O_(3)/SiO_(2)比,研究了玻璃组成对玻璃性能的影响。通过光电子能谱(XPS)和核磁共振波谱(NMR)分析了玻璃的结构。结果显示,在Al离子多的玻璃中,Al离子主要形成[AlO_(4)]结构和少量五配位[AlO_(5)]、六配位铝[AlO_(6)]结构,Si离子主要形成Q^(4)结构;在Si离子多的玻璃中,Al离子主要形成[AlO_(4)]结构,Si离子主要形成Q^(4)和Q^(3)结构。随着Al_(2)O_(3)/SiO_(2)比的增大,玻璃中桥氧(BO)数减少,形成[BO_(4)]和[BO_(3)]构成的硼氧环结构。这些玻璃结构的变化导致玻璃的热膨胀系数、玻璃转变温度和玻璃软化温度随着Al_(2)O_(3)/SiO_(2)比的改变而变化。

Mo对含Nd硼硅酸盐玻璃的析晶动力学影响研究

乏燃料处理产生的高放废物处置是国内外研究重点,其中Mo的研究是热点问题。以SiO_(2)-B_(2)O_(3)-Na_(2)O-Al_(2)O_(3)-CaO-Nd_(2)O_(3)为基础玻璃配方制备含Nd的硼硅酸盐玻璃,向玻璃中加入以摩尔分数0、2%、4%和6%为梯度的MoO_(3)进行烧制。先通过XRD和Raman测试分析得出在MoO_(3)掺入量为4%开始析出CaMoO_(4)晶体;然后对Mo-0,Mo-2和Mo-4进行析晶动力学分析,探究出在MoO_(3)掺量在0~2%时,析晶活化能降低,在2%~4%掺量时析晶活化能升高;最后对不同MoO_(3)掺量样品在830℃下保温3h进行二次析晶处理,在仅含Nd_(2)O_(3)的样品中主要析出的是磷灰石[Ca_(2)Nd_(8)(SiO_(4))_(6)O_(2)]相,在掺有MoO_(3)的样品中含有磷灰石[Ca_(2)Nd_(8)(SiO_(4))_(6)O_(2)]和钼酸钙(CaMoO_(4))相,同时MoO_(3)添加对Nd_(2)O_(3)的析晶有抑制作用。

硼硅酸盐生物玻璃的制备及其体外生物活性和降解性

采用熔融法制备了NaO–CaO–SiO_2–P_2O_5–B_2O_3玻璃,用质量损失分析、pH值测定和X射线衍射、电子显微镜以及电感耦合等离子体离子浓度分析法表征玻璃与稀K2HPO4溶液的类生物反应,研究了这类玻璃的生物活性和生物降解性。结果表明当玻璃中B_2O_3/SiO_2的摩尔比为31时,生物活性较好。随着B_2O_3与SiO_2的摩尔比减小,玻璃的降解速度变慢,获得的羟基磷灰石结晶度较低。利用此特性可控制生物玻璃的降解速度,从而与骨细胞生长速度相匹配。因此,此类硼硅酸盐生物活性玻璃有望在硬组织工程支架材料中得到应用。

低温共烧陶瓷用硼硅酸盐玻璃的研究进展

概述了低温共烧玻璃陶瓷复合材料体系中所采用的硼硅酸盐玻璃的组成、工艺、应用技术参数。比较了锌、铅、钡硼硅酸盐玻璃组成、掺杂量对玻璃陶瓷的烧结特性的影响。指出了不同硼硅酸盐玻璃材料的优缺点和在低温共烧陶瓷技术中的适用范围。

铒硼硅酸盐玻璃形成性能的研究

用新的玻璃形成区研究方法探索了铒硼硅酸盐玻璃的形成区范围,研究了Al2O3含量和Er2O3含量对玻璃形成区的影响和相应的玻璃形成区图。结果表明:当Al2O3含量从15%增加到20%时玻璃形成区相应增大,Er2O3含量从20%增加到30%时玻璃形成区缩小。同时利用热分析结果所得到的玻璃析晶倾向参数β值,讨论了铒硼硅酸盐玻璃的形成能力,发现含有Er2O3的铝硼硅酸盐玻璃的玻璃形成能力比较弱,但在一定的组成范围内随着Er2O3含量的增加,铒硼硅酸盐玻璃的形成能力也会有所提高。另外,在铒硼硅酸盐玻璃系统中加入Al2O3,可以加强玻璃的网络结构,从而能够提高玻璃的形成能力。

钐离子掺杂硼硅酸盐玻璃的耐酸性及发光性质

用高温熔融方法熔制了Sm3+掺杂硼硅酸盐玻璃。对制得的玻璃进行耐酸性及发光特性测试。结果表明:在硅酸盐玻璃中掺加少量B2O3可以提高玻璃的化学稳定性。在402nm紫外氙灯激发下,Sm3+掺杂硼硅酸盐玻璃在可见光范围内主要出现3个荧光峰,峰值波长为:568,601,647nm,分别对应于4G5/2→6H5/2,4G5/2→6H7/2,4G5/2→6H9/2跃迁,其中以601nm处荧光峰最强,因此,Sm3+可以作为日光转换材料的有效激活离子。

铒硼硅酸盐玻璃结构的研究

通过对Er2O3-Al2O3-B2O3-SiO2玻璃红外光谱和激光拉曼光谱的分析表明,该系统玻璃中存在[SiO4][、BO3][、BO4][、AlO4][、AlO6]等基团。同时对玻璃进行析晶热处理,热处理后析晶产物为ErBO3相,表明稀土玻璃中的Er3+主要偏聚在富硼相中,在受热过程中发生了分相,并以ErBO3相的形式析出,富硅相则保持玻璃态。将稀土玻璃结构与析晶产物联系起来研究,在一定程度上可以揭示稀土玻璃的结构形式,根据研究结果提出了Er2O3-Al2O3-B2O3-SiO2玻璃的结构模型。

硼硅酸盐废物玻璃中硫形态的拉曼光谱

为提高硫在玻璃中的包容量,需了解硫结合进硼硅酸盐玻璃中的结构,本研究利用拉曼光谱来定性分析硼硅酸盐玻璃中硫的结构。拉曼光谱分析结果表明,在硼硅酸盐玻璃中,硫以硫酸盐的形式存在,SO4四面体周围最近的原子是Na+、Ca2+或其它阳离子,阳离子类型取决于形成玻璃的网络调节剂类型,硫酸盐存在于玻璃网络空穴中,在硫酸根和玻璃网络间没有键合。研究提出了提高硫包容量的方法,即适当降低网络形成剂的浓度,使网络结构松散,增大空穴量,从而提高硫酸盐的溶解量。

Al_2O_3对硼硅酸盐玻璃热膨胀和分相的影响(英文)

通过红外光谱分析了Al2O3取代SiO2后硼硅酸盐玻璃结构的变化,测试了玻璃的热膨胀系数和膨胀软化温度,通过扫描电子显微镜分析硼硅酸盐玻璃的分相,并结合X射线能谱分析了富硅相的组成。结果表明:硼硅酸盐玻璃中引入Al2O3后,随着Al2O3取代量的增加,玻璃结构中[BO3]增多,[BO4]减少;玻璃的热膨胀系数增大,转变温度和软化温度提高;硼硅酸盐玻璃中引入Al2O3后对玻璃的分相没有明显的改善作用。

钠硼硅酸盐玻璃分相微结构的NMR研究

采用２９Ｓｉ、１１ＢＭＡＳＮＭＲ研究了组成点位于Ｎａ２Ｏ－Ｂ２Ｏ３－ＳｉＯ２三元体系玻璃分相区内的玻璃，探讨组成点不同及处理温度不同产生的分相微结构的差异，以便从微结构角度阐明分相的机制。结果表明：在相同温度下位于反常线上的组成点不混溶程度最大。而当组成点固定、分相温度愈低，［ＢＯ３］向［ＢＯ４］的转化率愈大。研究结果提供了该体系玻璃分相微结构的重要信息。