科学研究成果融入无机化学实验教学——[(CH_(3))_(3)NCH_(2)Br]_(2)-ZnBr_(4)的合成及铁弹畴

根据本课题组科研成果设计了一个通过有机小分子与无机盐在酸性条件下组装,获得具有自发应变的有机-无机杂化金属卤化物,[TMBM]_(2)-ZnBr_(4)(TMBM=(CH_(3))_(3)NCH_(2)Br),的化学实验。通过制备薄膜材料,在偏光显微镜下观察铁弹畴与温度的关系。本实验可以锻炼学生对化学实验基本操作的运用,掌握仪器设备的使用,增强自主学习和团队合作能力,激发学习兴趣和热情,开拓科学研究视野,丰富学科知识,提升学科素养。

高分辨X射线衍射术对NdP_5O_(14)晶体的自发应变及铁弹畴结构的研究

利用助溶剂法 ,已经生长出 15mm× 2 5mm× 6 0mm的大尺寸NdP5O14 (NPP)晶体。用高分辨X射线衍射术对自发应变及铁弹畴结构进行了研究。对几个不同的反射 ,可在其摇摆曲线上观测到由基体畴和铁弹畴之间的取向差导致的反射峰的分离。通过反射峰分离的特点 ,可以确定铁弹畴结构。NPP晶体中大多数铁弹畴为a型畴 ,b型畴只出现在严重形变的区域。基于NdP5O14 晶体畴结构 ,我们分别计算了 80 2 ,40 2和 2 0 4反射的峰分离量。实验测量结果符合计算结果。另外 ,通过测量基体畴和铁弹畴的 80 0反射的峰分离量我们确定了NdP5O14 的自发应变是 0 .0 0 82。通过结构和对称性分析 ,我们对这种晶体的畴结构进行了详细讨论。

铁弹畴转向增韧:应用于陶瓷涂层的一种潜在高温增韧机制

陶瓷具有极其优异的耐高温性能,是一种不可替代的可在高温等极端环境条件下服役的材料。然而,陶瓷的本征脆性已经严重制约了其更为广泛的应用,特别是在力、热条件复杂的极端高温环境下的应用,例如应用于高性能航空发动机上的热障涂层(TBCs)。陶瓷的高温增韧机制相对匮乏,其高温增韧目前已经成为一个亟待解决的关键问题。不同于传统利用纤维、晶须等增韧陶瓷的方式,铁弹畴转向增韧主要利用铁弹性材料在受外力下发生的铁弹畴转向过程来耗散驱动裂纹扩展的能量,是一种高温下依然有效的增韧机制,因而非常适用于高温陶瓷涂层的增韧。本文从铁弹性定义与铁弹畴转向增韧的基本原理出发,对铁弹畴转向增韧的研究进展进行了综述,分析了铁弹增韧的相对优势和发展前景。此外,本文就目前学界关注较多的铁弹性材料(包括氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ)、稀土铝酸盐、稀土铌酸盐和稀土钽酸盐)的研究和应用情况进行了重点介绍,并对相关材料的应用前景进行了展望。最后,本文以新型热障涂层材料稀土锆酸盐为代表介绍了以铁弹体作为增韧第二相的研究进展。

非均匀铁弹畴变对离面极化压电陶瓷应力强度因子的影响研究

基于文献中报道的试验结果,本文考虑非均匀的畴变过程区,它包含一个位于中心的饱和区和环绕饱和区的渐变区.为了描述外加应力引起的部分铁弹畴变,本文采用一个显式的基于最小能量原理的非均匀畴变准则.考虑离面极化的压电陶瓷,假设其初始极化矢量平行于离面方向.畴变后的电畴位于面内,具体方位由最大释放功来确定.基于非均匀畴变准则,本文给出了裂尖处非均匀畴变区几何及畴变体积分数的分布.并在静止裂纹和稳态扩展裂纹两种特殊情况下计算了铁弹畴变对裂尖处应力强度因子的影响.结果表明:(1)静止裂纹尖端处的畴变减小了材料的起裂强度;(2)准静态稳态裂纹附近的畴变增加了材料的断裂强度.且理论预测的R曲线渐近值与试验结果定量吻合.

五磷酸镧钕晶体铁弹畴对激光性能的影响

本文揭示晶体铁弹畴的存在,探讨了畴的存在对晶体光学均匀性和激光性能的影响,提出在激光运转中防止畴产生的方法。

PrP_5O_(14)的晶体结构与铁弹畴

本文用X射线衍射方法研究了PrP_5O_(14)的晶体结构和铁弹相变。晶体空间群为P2_1/c,晶胞参数a=8.777(1)A,b=9.029(2)A,c=13.068(2)A,β=90.35°(1),z=4,最终R值为0.046。在130±5℃转变成正交晶系,空间群为P_(ncm),a=8.813(7)A,b=9.075(2)A,c=13.119(10)A。高温相变使晶体产生了铁弹性孪晶,室温下晶体属mmmF2/m类铁弹体。

(Nd_(1-x)Ca_(x))(Al_(1-x)Fe_(x))O_(3-x/2)(x=0~0.3)陶瓷铁弹性和红外发射率研究

采用1600℃高温固相反应6 h,在NdAlO_(3)中引入Ca^(2+),Fe^(3+)合成(Nd_(1-x)Ca_(x))(Al_(1-x)Fe_(x))O_(3-x/2)(x=0,0.1,0.2,0.3),并采用放电等离子烧结(spark plasma sintering,SPS)陶瓷试样,探究Ca^(2+),Fe^(3+)的引入对NdAlO_(3)的物相组成、发射率和铁弹性的影响。结果表明:高温固相反应成功形成固溶体;引入Ca^(2+)和Fe^(3+)后,氧空位增加并产生轻微晶格畸变,使NdAlO_(3)在2.5~10μm的发射率最高提升至0.9;杂质离子的引入使物相由菱方相逐渐转变为立方相,从而导致铁弹畴消失,但陶瓷试样的断裂韧度仍保持较高水平。

β′-钼酸钆晶体的生长与畴结构观察

用提拉法生长了质量较好的铁电 -铁弹 β′ Gd2 (MoO4 ) 3 晶体。研究了晶体中包裹物的形成原因及晶体转速、提拉速度、温度梯度等对包裹物的影响 ,分析了晶体开裂的类型及克服的方法。指出了用提拉法生长高质量 β′ Gd2 (MoO4 ) 3 晶体的合适工艺参数。用偏光显微镜对晶体中的畴结构进行了观察 ,发现样品中存在宽畴和细畴两种类型 ,结合同一样品减薄实验确定了晶体中的宽畴为铁电畴 ,细畴为铁弹畴。

五磷酸镨晶体中缺陷的X形貌研究

首次报导了五磷酸镨晶体中缺陷的Ｘ形貌研究结果．这些缺陷是铁弹畴、反相畴界、生长层和生长区界面。

杂化卤化铅光致变色铁弹体

多功能材料是当前交叉研究的热点,有机-无机杂化材料因其结构多样性为构筑多功能材料提供了极大的可能性.多功能铁弹材料在机械开关、形状记忆以及能量转换等领域具有广泛的应用前景,特别是具备光学电学协同特征的铁弹材料是新器件应用研究的亮点.尽管目前报道了大量具有光致发光、热致变色等优异性质的铁弹材料,但尚未破解将铁弹性和光致变色协同这一难题.本文通过功能阳离子与卤化铅骨架构筑了具有光致变色效应的铁弹体,(3-hydroxypyrrolidinium)_(4)Pb_(3)Br_(10),并通过分子间插入氢键的策略有效提高了材料的相变温度.该材料还可同时实现两步介电响应,具有可切换铁弹畴和光致变色的多通道物理特性,这对显示传感器件的探索研究非常有帮助.总之,本研究为多功能物理响应材料的合成提供了多学科交叉研究策略和思路.