粉末冶金制备50%SiC_p/Al复合材料的结构及性能

采用球磨加常压烧结的粉末冶金工艺制备50%SiC_p/6061Al(体积分数)复合材料,研究了烧结温度对该高体积分数SiC_p/Al复合材料结构与性能的影响。结果表明:球磨有利于形成成分均匀的50%SiC_p6061Al复合粉体;随着烧结温度的升高,50%SiC_p/6061Al复合材料的致密度及抗弯强度先增后减。710℃烧结的复合材料性能最佳,致密度达到97%,抗弯强度大于400 MPa。该复合材料中SiC_p呈解理断裂,而Al合金基体呈韧性撕裂的断裂特征。750℃烧结的50%SiC_p/6061Al复合材料中,SiC_p/Al界面反应加剧,生成较多的Al4C3相,导致复合材料结构劣化,性能降低。

GOSs-稀土配合物紫外增强材料的光谱分析与稳定性研究

氧化石墨烯薄片(GOSs)作为一种新型的二维片状材料,具有较高的比表面积、丰富的表面含氧官能团以及良好的光热稳定性。而稀土配合物通过无机稀土元素与有机配体的结合表现出优异的荧光特性。为了将两类材料具有的物化特性结合起来应用于紫外光谱探测领域。选取了合适的有机配体啉菲罗啉(1,10-邻二氮杂菲,phen)、2’2-联嘧啶(bpm)作为桥联分子,把氧化石墨烯(GOSs)与稀土配合物通过氢键自组装作用进行复合,制备了高效稳定可调的GOSs-稀土配合物复合荧光材料GOSs-Eu(BA)3phen和GOSs-Eu(TTA)3bpm,并且制备了相应的聚乙烯醇(PVA)共混紫外增强薄膜,对其光谱特性与稳定性进行了深入的研究。采用红外光谱、扫描电镜和金相显微镜等方法,对紫外增强材料进行了性能表征。采用吸收光谱,荧光光谱等方法,对紫外增强薄膜进行了性能表征。此外,通过热重测试(TGA)表征了GOSs氢键复合前后紫外增强材料的热稳定性,通过荧光强度-紫外光照次数表征了GOSs氢键复合前后紫外增强薄膜的光稳定性。红外光谱分析发现,进行配位前后有机配体的特征峰产生了频移,表明稀土配合物中Eu 3+与配体之间存在着明显的配位作用。在进行复合之后,桥联配体的特征峰也产生了偏移,表明GOSs与稀土配合物通过桥联分子的氢键作用进行了进行复合。吸收光谱与荧光光谱测定结果表明增强薄膜吸收峰在200~400 nm,荧光主峰在612 nm左右,为Eu 3+特征红色荧光峰,且不同配体可以实现不同范围的吸收产生差异化的荧光表现。扫描电镜和金相显微镜清晰地展示了稀土配合物复合前后的微观形貌,即颗粒状稀土配合物附着在石墨烯薄片上。光稳定性测试表明经过GOSs氢键复合之后,Eu(BA)3phen和Eu(TTA)3bpm稀土配合物荧光材料在进行25次荧光强度测试后光漂白程度分别下降了4.26%和6.41%,提高了其光稳定性。热重测试也表明在经过GOSs氢键复合之后,稀土配合物的热稳定性有了很大提高。总之,得益于GOSs和稀土配合物的特性结合,所制备的紫外增强材料表现出优异的荧光特性与稳定性,必将在紫外探测方面有着广阔的应用前景。

粉末冶金50％Sip／6061Al复合材料的结构与性能

以Si粉和6061Al合金粉末为原料,采用机械球磨-常压烧结工艺制备硅颗粒含量(质量分数)为50%的颗粒增强铝基复合材料,利用扫描电镜和X射线衍射仪分析不同温度下烧结的复合材料结构与物相组成,并测试材料的密度、抗弯强度、硬度及热膨胀系数等性能。结果表明,通过球磨可获得成分均匀的Si_p/6061Al复合粉体。烧结温度为700℃时,50%Si_p/6061Al复合材料仅含少量Al_2O_3杂质,Si相分布均匀,呈半连续骨架结构,Si颗粒与6061Al基体合金结合良好,材料中孔隙的数量和尺寸都最小。在680~750℃温度范围内,随烧结温度升高,50%Si_p/Al复合材料的致密度及抗弯强度先增大后降低,在700℃烧结的50%Si_p/6061Al复合材料具有优异的综合性能,其致密度、抗弯强度、硬度(HB)、热膨胀系数(室温)分别为96.4%,310.8 MPa,225.4和7.43×10^(-6)/K。

聚合物墙表面组成的调控及其对聚合物墙液晶器件光电性能的影响

本文探究了单体与液晶的相容性对聚合物墙表面组成的影响和表面组成对聚合物墙液晶器件光电性能的影响及其调控方法。选取与液晶相容性相差较大但表面能相近的单体,通过表面引发聚合形成与液晶分层的聚合物薄膜,洗去液晶后用反应离子刻蚀在聚合物表面刻蚀出不同深度。通过衰减全反射红外光谱和X射线光电子能谱仪表征不同深度的组分。最后利用掩模版制备聚合物墙液晶器件,并探究聚合墙表面组成对其光电性能的影响。实验结果表明在聚合物-液晶界面处富集与液晶相容性高的聚合物组分,并且聚合光强越低,这种组分偏析效果越明显,当聚合光强较低时,聚合物表面组成中的PTFEMA组分占比为68.5%,比高光强时的多出10.6%。聚合物墙的表面组成对液晶器件的光电性能有一定的影响,当光强为10 mW/cm^(2)时器件的阈值电压为0.879 V,而在70 mW/cm^(2)光强时升高到1.172 V。可以利用单体与液晶的相容性差异以及光强调控聚合物墙表面组成,进而影响液晶器件的光电性能。

基于小冲杆试验的纯钨韧脆转变温度测定及其变形特性

在不同温度(25,200,300,400,500℃)下对纯钨进行小冲杆试验,获得断裂能与温度之间的关系,拟合得到纯钨的韧脆转变温度;对不同温度小冲杆试验后的纯钨断口形貌进行观察,探究纯钨在小冲杆试验中的变形特性。结果表明:在25,200℃下纯钨处于完全脆性状态,在300℃下处于半脆性状态,而当温度达到400℃后,纯钨表现出良好的塑性;在250~400℃范围内纯钨的断裂能急剧升高,拟合得到的韧脆转变温度为(342±8)℃。当温度低于韧脆转变温度,纯钨断口存在沿轧制方向的长直裂纹,断裂特征随温度升高由沿晶断裂向穿晶断裂转变;当温度高于韧脆转变温度,断口出现帽形挤出形貌以及环形裂纹和短缺口裂纹,并且环形裂纹处存在大量韧窝,断裂特征为韧性断裂,且短缺口裂纹处出现钨分层现象。

PVP对有机无机复合绝缘FeSi粉芯力学性能与磁性能的影响

在FeSi粉芯的环氧树脂/SiO_(2)绝缘工艺流程中添加PVP作为增强剂,系统研究了PVP添加量对粉芯生坯强度、成品强度以及磁性能的影响规律。研究发现,PVP的引入可增加绝缘层各组分之间以及绝缘层和磁粉之间的粘结力,进而有利于生坯强度的提高。在退火过程中,适量PVP的熔化还有助于SiO_(2)纳米粒子的均匀重排,从而增强成品强度。同时,适量PVP可促进稳定、均匀SiO_(2)绝缘层的形成,进而实现直流偏置性能的优化以及维持良好的磁导率频率稳定性和较低的磁芯损耗。PVP最佳添加量为0.3%(质量分数),相应的FeSi粉芯生坯强度为22 N,成品强度为305.76 N,有效磁导率在20~2000 kHz具有良好的频率稳定性,8000 A/m直流偏置场下的有效磁导率百分比高达86.5%,50 kHz/100 mT的损耗仅为522.7 kW/m^(3)。

氟化改性TiO_2空心微球的制备及光催化性能

以钛酸四丁酯为钛源、氢氟酸为氟源、乙醇为溶剂,采用溶剂热法合成了氟化改性的TiO2空心微球,并利用XRD、FESEM、FTIR、XPS等手段对氟化TiO2微球的晶体结构、形貌、分子基团以及元素形态等性质进行了表征,同时将TiO2微球应用于光催化降解甲基橙溶液。结果表明:氟化TiO2空心微球由奥斯瓦尔德熟化过程获得,其中TiO2以锐钛矿存在,氟以化学吸附态存在于TiO2的表面,形成≡Ti-F基团。相比纯TiO2,氟化TiO2空心微球光催化活性有很大提高,对初始浓度为20 mg·L-1的甲基橙溶液进行光催化降解30 min,其降解率达到98%。氟化改性TiO2空心微球光催化活性的提高是源于TiO2独特的空心微球结构以及TiO2表面≡Ti-F基团的存在。TiO2表面≡Ti-F基团有很强的吸电子能力,抑制了光生电子与空穴的复合,同时有利于羟基自由基的产生。

非晶合金熔体的原子扩散

非晶合金熔体的扩散是描述非晶合金熔体动力学行为的重要参数,不同于一般的金属熔体,非晶合金熔体的扩散行为具有自己独特的性质,如表现出典型的慢扩散和复杂的温度依赖关系等。由于技术、理论上的原因,目前无论是国内还是国际上,对非晶合金熔体扩散的研究尚处于不成熟的阶段。主要介绍了扩散系数的几种比较可行的测量方法,其中包括最近本课题组在传统长管法和切单元法基础上开发的滑动剪切技术,该技术能够有效消除加热阶段的扩散,是熔体扩散系数测量的方法的一项进步。同时,基于前人的测量技术和理论模型,对非晶合金熔体的扩散研究进行了系统的总结和讨论。目前能较好地描述一般熔体原子扩散的模型:Arrhenius关系、VFT方程、Tn关系、Darken公式及S-E关系,在非晶合金熔体中都表现出很大的局限性。尽管MCT理论能预言熔体原子扩散的动力学行为,且得到了实验证实,但是其自身亦存在一些难以克服的问题。

Ce_(70)Ga_(8.5)Cu_(18.5)Ni_3块体非晶合金的室温压缩塑性的显著尺寸效应

以新开发的Ce70Ga8.5Cu18.5Ni3块体非晶合金为研究对象,系统研究了试样尺寸对其室温下压缩力学性能的影响。不同直径的非晶合金采用铜模吸铸法获得,采用万能试验机测量不同尺寸样品的室温压缩力学性能,并用扫描电子显微镜观察断裂后样品的端口形貌,此外,还通过差示扫描量热法分析不同样品的热力学性质。结果显示,直径1.5mm非晶柱状样品具有1%的压缩塑性,并伴随有典型的锯齿流变现象。随着非晶柱状样品尺寸的增加,其塑性逐渐消失。断裂后的样品的端口形貌呈现出典型韧窝状形貌,并且韧窝的密度随着样品尺寸的增加而降低。热分析结果表明,不同尺寸的铸态样品的玻璃转变之前都有一个明显的焓回复过程,而且其焓回复放热量和样品尺寸有近似的反比关系。尺寸较小的非晶合金在制备过程中拥有更快的冷却速率,能够保留更多的自由体积,为剪切带形核提供更多的形核点,表现出较好的宏观塑性变形能力。

Ce-Ga-Cu系非晶合金的热力学研究

通过差示扫描量热仪(DSC)利用三线法求出Ce_(70)Ga_xCu_(30-x)(x=4,6,10,12,15)系非晶合金过冷液体、熔体和晶体的热容及液体和晶体的热容差(ΔCP),并计算出液体相对于晶体的过剩焓(ΔHexc)、过剩熵(ΔSexc)和Gibbs自由能之差(ΔGl-s)。结果显示,对应于Ce-Ga-Cu系非晶合金低的玻璃转变温度(Tg),其液体的Kuazmann温度(TK)也较低。Ce-Ga-Cu系非晶合金的热力学参数ΔHexc、ΔSexc和ΔGl-s都随着Ga含量的增加而减小,这与玻璃形成能力(GFA)的变化趋势不相符。这说明对于Ce-Ga-Cu非晶合金体系,热力学驱动力不是控制非晶形成的主要因素,其他因素(比如动力学因素)可能是形成能力的关键因素。

聚氨酯大分子表面活性剂组成结构对WPUA胶粒结构及其膜性能的影响

设计了聚合度相同,但组成结构不同的聚氨酯大分子表面活性剂(PUS),并将此大分子表面活性剂用于甲基丙烯酸甲酯(MMA)的聚合,制备出乳胶粒结构不同的水性聚氨酯-丙烯酸酯乳液(WPUA),乳液经干燥成膜后得到不同的样膜。应用透射电镜(TEM)、Zeta纳米粒度仪及旋转黏度计对WPUA乳胶粒形貌、粒径和乳液黏度进行了测试与表征,通过ATR-FTIR、吸水率测试、万能材料试验机和紫外-可见光谱仪对WPUA膜的结构、耐水性、力学性能和物理老化行为进行了研究。结果表明,PUS组成结构会影响WPUA乳胶粒的结构,进而影响形成的WPUA膜的性能。WPUA-PCDL乳胶粒的核壳结构明显,其膜的力学和耐老化性能较好。

氧敏感性供体-受体共轭聚合物薄膜晶体管

研究了基于供体-受体共轭聚合物双(2-氧代二氢吲哚-3-亚基)-苯并二呋喃-二酮和联噻吩(PBIBDF-BT)薄膜晶体管的氧传感特性。在不同的氧气浓度下,器件展示了空穴和电子载流子的传感特性,如源漏电流、迁移率和亚阈值摆幅随着氧从半导体层内吸附/解吸附的过程中被调节。实验结果表明:随着真空度从0.7 Pa上升到0.08Pa,即氧气的体积分数从~5.3×10^(-6)降到~6×10^(-7),对于P型传输的迁移率、源漏电流(开态)和亚阈值摆幅分别改变了-52.7%、-51.3%和48%,而对于N型传输分别改变了42.3%、59.5%和-39%。并且腔室中氧气的浓度从~8×10^(-7)降到~6×10^(-7),变化了~2×10^(-7),相应的P型和N型源漏电流分别变化了-45.9%和31.1%。基于PBIBDF-BT聚合物薄膜晶体管能够实现对氧气的双极性检测和低的氧检测线。

空间环境下金属熔体扩散研究进展

金属熔体的扩散行为是凝聚态物理研究的重要课题之一。金属熔体的扩散系数是描述熔体质量传输现象的重要参数,精确的扩散系数对于基础材料科学研究和工程应用领域都非常重要。介绍了几种常用的金属熔体扩散系数测量技术以及国内关于金属熔体扩散的研究进展。由于受到各种因素的影响,如重力效应引起的对流,地面条件下测量得到的扩散系数往往存在很大的误差。总结了国外学者在空间微重力环境下开展的一系列的金属熔体扩散系数测量研究工作,由于技术和成本的限制,目前空间实验得到的精确的扩散测量结果还十分匮乏,这导致人们对金属熔体微观质量传输机制认识远远不足。结合现有的实验结果简要介绍了几种扩散理论模型,并予以简要的评述。最后给出了熔体扩散未来值得研究的方向,提出了未来要解决的科学及技术问题。

Al掺杂对Ca2Co2O5结构、电子性质与磁性质的影响研究

采用密度泛函理论模拟分析的方法在赝势法平面波电子波函数的基础上研究了掺杂Ca2Co2O5基体系复合氧化物的微细电子状态,并分析了其晶体结构、能带结构、亚层间及亚层内相互作用及跃迁过程的变化.结果表明,CaCoO层Al掺杂之后晶格a轴和b轴略有收缩,而c轴保持不变,且引起相对能量升高,稳定性较纯Ca2Co2O5有所降低.两种Ca2Co2O5基复合氧化物材料均为金属型能带.掺杂引起d电子对Ca2Co2O5材料电性能的影响弱化,而p电子的影响得到强化.经过Al掺杂之后CoO层在电性能中发挥的作用增大,CaCoO层发挥的作用减小,CoO层中的Co和O对电性能的影响大幅度增强.

Microstructures and properties of Cu/Ag(Invar) composites fabricated by powder metallurgy

The Ag(Invar)composite powder prepared by ball milling was used to fabricate the Cu/Ag(Invar)composites.Microstructures and properties of the composites were studied after sintering and thermo-mechanical treatment.The results indicatethat during ball milling,micro-forging weld and work-hardening fracture result in that the average particle size of the Ag(Invar)powder increases rapidly at first,and then decreases sharply,finally tends to be constant.Compared with the Cu/Invar ones,thesinterability of the composites is greatly improved,resulting in that the pores in them are smaller in amount and size.After thethermo-mechanical treatment,the Cu/Ag(Invar)composites are nearly fully dense with the optimum phase composition and elementdistribution.More importantly,Cu and the Invar alloy in the composites distribute continuously in a three-dimensional(3D)networkstructure.Cu/Invar interface diffusion is effectively inhibited by the Ag barrier layer,leading to a great improvement of themechanical and thermal properties of the Cu/Ag(Invar)composites.

聚(3,4-乙烯基二氧噻吩)涂层和电解液策略表面协同保护红磷负极用于钠离子电池

红磷具有超高的理论容量和适宜的钠化电位,它作为一种有前途的储钠材料引起了广泛关注.然而,红磷的本征电导率较低和储钠体积变化大导致其在循环过程中极化大和容量衰减快.本文提出了通过导电聚(3,4-乙烯基二氧噻吩)涂层和电解液改性的策略表面协同保护红磷.纳米红磷被包裹在多孔碳骨架中而外部通过原位聚合的3,4-乙烯基二氧噻吩封装.多孔碳为钠离子的快速传输提供了丰富的路径,且中空的内部空间可以容纳红磷的体积膨胀.3,4-乙烯基二氧噻吩涂层能有效隔离活性材料与电解液的直接接触,便于在其表面形成稳定的固体电解质界面.另外,含有3 wt%SbF3添加剂的改性电解液可以有效稳定电极表面从而提高钠离子电池的电化学性能,特别是循环性能和倍率性能(10 A/g电流密度下容量为433 mA·h·g^(-1)).

石墨烯/纳米TiO2复合材料的制备及其光催化性能

以氧化石墨烯(GO)和钛酸四丁酯(Ti(OBu)4)作为初始反应物,采用乙醇溶剂热法合成了石墨烯/纳米TiO2复合材料,并利用XRD、FE-SEM、TEM、RAMAN和XPS等手段对石墨烯/纳米TiO2复合材料的晶体结构、形貌及元素形态等性质进行了表征,同时将复合材料应用于光催化降解甲基橙溶液,进行光催化性能评价。结果表明:Ti(OBu)4在乙醇溶剂中通过化学静电引力吸附到GO表面,经过溶剂热反应,GO被还原成石墨烯的同时,石墨烯的表面负载生长锐钛矿TiO2颗粒。随着溶剂热反应时间的延长,GO表面的活性基团减少,还原更加彻底,同时TiO2晶粒有一定的增大趋势;与纯TiO2相比,石墨烯/纳米TiO2复合材料光催化活性明显提高,石墨烯含量对复合材料的光催化活性有直接的影响。

两步水热法制备还原氧化石墨烯/纳米TiO_2复合材料及其光催化性能

为研究由还原氧化石墨烯(RGO)和具有高活性晶面的TiO_2组成的复合材料的制备方法及其光催化性能,首先采用两步水热法制备了RGO/纳米TiO_2复合材料:第1步为合成暴露高活性晶面的纳米TiO_2;第2步为将合成的纳米TiO_2与氧化石墨烯(GO)复合,形成RGO/纳米TiO_2复合材料。然后,利用XRD、SEM、X射线光电子能谱仪和紫外-可见漫反射光谱等手段对制备的暴露不同晶面的纳米TiO_2和RGO/纳米TiO_2复合材料进行了表征,评价了其光催化性能。结果表明:在水热法的第1步中,通过调节HF的浓度能可控制备出具有高活性的(001)和(101)晶面的纳米TiO_2,氟原子在纳米TiO_2中以物理吸附态和化学结合态这2种形态存在;在第2步后,GO与纳米TiO_2复合形成RGO/纳米TiO_2复合材料,同时在此过程中GO被转化成RGO。在紫外光照射下,两步水热法合成的RGO/纳米TiO_2复合材料具有很好的光催化性能,明显优于商用TiO_2(P25)和纳米TiO_2的。RGO/纳米TiO_2复合材料的光催化性能有明显的提高,RGO和TiO_2暴露的晶面对光催化活性有影响。

原材料Ce的纯度对Ce-Ga-Cu系大块非晶合金形成能力的显著影响

本文通过使用不同纯度的原材料Ce制备Ce70GaxCu70-x(4≤x≤15)系大块非晶合金,系统研究了原材料纯度对合金玻璃形成能力(GFA)的影响.结果发现,相同的合金成分,Ce的纯度变化0.1%左右,能够引起非晶合金临界尺寸从1 mm到6–10 mm的变化.同时,Ce70GaxCu70-x(4≤x≤15)系的临界玻璃形成尺寸和Ga含量x之间的关系也随着Ce元素纯度的变化而显著变化.总体来看,与其他的Fe基和Zr基体系不同,低纯度的原材料有助于提高Ce-Ga-Cu系非晶合金的玻璃形成能力.本文还分析了合金的GFA和热力学参数之间的关系,发现晶化温度(Tx)越高,形成能力越好,这表明Ce基合金的形成能力与其抵抗晶化的能力密切相关.此外,实验结果也显示原材料杂质中的微量元素,能有效抑制Ce和CeCuGa3相的形成,从而导致合金GFA的提高.因此,本文结果有助于深入理解微量元素对玻璃形成能力的影响以及作用机制.

一维纳米阵列制备及其在电化学生物传感器中的应用

电化学生物传感器是一种高效、准确检测物质浓度的一种手段,在过氧化氢、尿酸、葡萄糖、胆固醇、硝酸盐以及DNA等物质的检测中取得了丰硕的科研成果。采用一维纳米阵列为基体构筑电化学生物传感器可以改善其综合性能,获得良好的可重复性、较高的灵敏度、较低的检测极限等。本文综述了在过去五年时间内一维纳米阵列的主要合成方法,回顾和总结了近年来基于一维纳米阵列的各种电化学生物传感器的研究进展。