掺铒CaF_(2)、SrF_(2)、PbF_(2)晶体的光谱性能与团簇结构研究

3μm波段中红外激光处于大气传输窗口,又可以作为基础光源,是激光技术研究的前沿。目前,铒离子激活的激光晶体材料是产生3μm中红外激光的重要途径之一。然而,Er3+离子4I11/2激光上能级荧光寿命较短,下能级4I13/2的寿命较长,难以实现粒子数反转,导致自终止现象。为了解决这一难题,往往需要高浓度掺杂,通过能量传递降低4I13/2能级的寿命。然而高浓度掺杂又会造成晶体热性能变差,限制了掺Er3+激光晶体效率和功率。三阶铒离子容易在氟化物晶体中形成团簇,导致稀土离子间距缩短,即使在低掺杂浓度下稀土离子之间的能量传递作用仍较为显著。同时,低浓度掺杂还可以减轻激光运转下晶体的热堆积效应。掺铒氟化物晶体已成为一类重要的高功率、高效率中红外激光材料。然而,掺铒氟化物晶体的光谱性能与铒离子团簇结构之间的相互联系尚不明确,制约了掺铒氟化物晶体光谱和激光性能的进一步发展。本文采用第一性原理计算模拟了铒离子在CaF_(2)、SrF_(2)和PbF_(2)晶体中的团簇结构。结果显示,铒离子团簇结构随基质晶体变化逐渐演变。结合模拟计算和实验表征定性揭示了不同晶体离子团簇与光谱性能的联系,为掺铒氟化物中红外激光晶体材料的调控与设计提供参考。

三明治结构钌插层二氧化钛光催化四环素降解性能研究

纳米TiO_(2)具有高催化活性、高化学稳定性、成本低廉和安全无毒等优势,是目前广泛使用的一类光催化剂,但较大的禁带宽度和较高的光生电子-空穴复合速率使其光子利用率偏低。本研究利用微刻蚀法设计合成了二维TiO_(2)纳米片,并进一步与Ru复合,构建了三明治结构Ru@TiO_(2)高效光催化剂。采用不同表征手段研究了三明治结构Ru@TiO_(2)的表面形貌、电子结构、光电特性和光降解盐酸四环素的性能。结果表明:插入Ru将TiO_(2)的光响应范围由紫外光区拓展至整个可见-近红外光区,光子吸收和载流子分离效率得以提升,同时提高了体系光催化活性。模拟太阳光(AM 1.5G,100 mW·cm^(–2))照射80 min,三明治结构Ru@TiO_(2)高效光催化剂对盐酸四环素的降解效果出色,降解效率达到91.91%。本研究为TiO_(2)基高效光催化剂结构设计提供了一条有效途径。

C与Na掺杂AlN电子结构与光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势法,计算了本征AlN,C-AlN,Na-AlN以及C-Na-AlN四种体系的电子结构和光学性质.得出结论:掺杂后各体系与本征AlN相比发生了晶格畸变,C-Na-AlN体系的结合能最小,体系最稳定.掺杂体系相比于本征AlN,禁带宽度都有不同程度的减小,导致电子在体系内跃迁时的概率增大,其中C-Na-AlN体系尤为明显,电子跃迁所需要的能量更小.掺杂后吸收带边发生了红移,拓宽了AlN体系对光的响应范围,增强了光吸收,并且C-Na-AlN体系在可见光区域内光吸收能力最强,在介电函数图的分析中可以得到,C-Na-AlN体系的介电常数最大,表明其电荷束缚能力最强,体系稳定性强,极化能力最好.

Al_2O_3/Ni包裹粉体的制备、烧结行为及其显微结构研究

利用非均相沉淀包裹技术，在铝无机盐溶液中制备出氧化铝前驱体包裹纳米镍颗 粒的复合粉体，并通过能量发散能谱（ＥＤＳ）以及俄歇电子能谱（ＡＥＳ）研究包裹粉体的成分构 成，发现镍纳米颗粒表面均匀地包裹一层氧化铝的前驱体．煅烧后的包裹粉体在氩气氛中进行 热压烧结．结果表明，与溶胶－凝胶法制备的粉体相比，包裹粉体可以在较低的温度下达到致 密化．烧结后的材料其显微结构明显不同于球磨粉体烧成的材料，不论在氧化铝晶界或晶内， 镍颗粒与氧化铝之间都有孔隙，这是由于镍的热膨胀系数比氧化铝的热膨胀系数大引起的． Ａｌ２Ｏ３／Ｎｉ复合材料的断裂方式以沿晶断裂为主.

硼化物陶瓷:烧结致密化、微结构调控与性能提升

TiB2、ZrB2、HfB2、B4C及BN为代表的硼化物陶瓷具有优异的物理化学性能,在超高温、超硬以及超疏水等极限条件下有广阔的应用前景,但材料的烧结致密化困难、断裂韧性低等问题制约了它们更为广泛的应用.本文针对无压烧结在材料制备过程中的优势,探讨了影响硼化物陶瓷无压烧结的主要因素,总结了以"除氧"机制为代表的硼化物陶瓷无压烧结技术;针对硼化物陶瓷韧性低的不足,介绍了以"板晶增韧"、"纳米相增强"为代表的硼化物陶瓷微结构调控手段和强韧化措施.最后,文章还对硼化物陶瓷的织构化设计、制备方法与性能提升进行了简要介绍.

Y-TZP/Al_2O_3复相陶瓷的液相烧结及显微结构

通过在Y-TZP／Al2O3复相陶瓷材料中加入一定的添加剂，可以使其在较低的温度下进行液相烧结，使材料的烧结温度大幅度降低．由于液相的存在，氧化锆晶粒较细，而氧化铝晶粒可以借助液相发育成长柱状，这种形状的晶粒有利于陶瓷材料的力学性能，复相材料仍然保持较高的强度和断裂韧性．

细晶粒BaTiO_3陶瓷的微结构及介电性能测试

采用放电等离子烧结技术，在９００℃下得到细晶粒尺寸的、均匀的、纯ＢａＴｉＯ３陶瓷。对样品的高分辨电镜分析表明，晶粒中只有１８０°电畴，没有９０°电畴，晶界宽度相当于两倍的晶格常数．同时观察到有部分孪晶出现．对细晶粒陶瓷介电性能的测量表明，介电常数对晶粒尺寸有明显的依赖关系，认为李晶的存在是导致小晶粒陶瓷介电常数没有迅速降低的原因之一．对这一效应，用通常的串、并联模型不能很好地拟合。

Ca-α-Sialon的形成特性和显微结构的研究

由热压工艺制备了组份为ＣａｘＳｉ１２－３ｘＡｌ３ｘＯｘＮ１６－ｘ（０．３≤ｘ≤２．０）的Ｃａ－α－Ｓｉａｌｏｎ陶瓷。本文报道了它的反应过程、相组成、晶胞参数随组份的变化和显微结构的研究结果．研究结果表明，当ｘ≥１．０时，制备的Ｃａ－α’样品的物相由α－Ｓｉａｌｏｎ和ＡＩＮ多型体２１Ｒ组成，其中２１Ｒ的含量随ｘ值的增加而变大．ＴＥＭ的观察结果与物相分析相符，并进一步揭示了在Ｃａ－α－Ｓｉａｌｏｎ样品中长颗粒形貌的α－Ｓｉａｌｏｎ的存在．

原位生成TiC/Ti_5Si_3纳米复合材料的显微结构研究

研究了原位生成ＴｉＣ／Ｔｉ５Ｓｉ３纳米复合材料的显微结构．实验结果表明，以ＳｉＣ和Ｔｉ 为原料，通过反应热压工艺可以原位合成ＴｉＣ／Ｔｉ５Ｓｉ３复合材料，其中的大部分ＴｉＣ粒子为纳 米粒子．ＴｉＣ晶粒与Ｔｉ５Ｓｉ３晶粒的晶界上存在原子台阶．复合材料还含有少量Ｔｉ３ＳｉＣ２相．这 些Ｔｉ３ＳｉＣ２相主要呈棒状分布在Ｔｉ５Ｓｉ３基体中，另有少量Ｔｉ３ＳｉＣ２相位于大的ＴｉＣ晶粒内．

烧结温度对PMS-PZT系陶瓷显微结构和压电性能的研究

研究了不同烧结温度对Pb(Mn1/3Sb2/3)O3-PbZrO3-PbTiO3(PMS-PZT)系压电陶瓷显微结构和压电性能的影响.实验结果表明:在1240℃、2h条件下烧结,能获得最优的综合性能:εr=1530、d33=374、Kp=0.6、tanδ=0.41%、Qm=1250,可以满足压电变压器和超声马达等大功率场合下的使用要求.与此同时,当烧结温度为1100-1150℃时,材料仍然具有良好的压电性能:εr=1370、daa=348、Kp=0.57、tanδ=0.62%、Qm=1620(1150℃),因此可以作为中低温烧结的多层器件用厚膜材料.高温显微镜、SEM、TEM和EDS等研究表明,PMS-PZT系陶瓷具有很宽的烧结温度区域,特别是中低温烧结时仍能成瓷并具有高的压电性能,主要是因为PbO和Sb2O5在较低烧结温度下(1100℃)能够形成过渡液相促进陶瓷烧结,随着烧结温度的升高,它们能够重新进入晶格形成单一钙钛矿结构.

原位生成SiC/TiSi_2纳米复合材料的显微结构

采用Si粉和TiC为原料，通过反应热压可制得纳米SiC粒子复合的TiSi2材料，生成的纳米SiC粒子聚集分布在TiSi2基体中，SiC粒子与TiSi2的界面没有晶界相存在．但由于残余应力的作用．TiSi2晶格发生扭曲并有位错出现。

不同工艺条件下Ca-α-Sialon显微结构的形成与发展

对高x值Ca－α－Sialon系统（Ca1．8Si6．6Al5．4O1．8N14．2）用无压烧结的方法得到了具有长颗粒形貌的α－Sialon陶瓷．通过SEM观察研究了升温速度和中间保温等工艺因素对材料显微结构的影响规律，并结合反应过程的研究探讨了在Ca－α－Sialon中长颗粒α－Sialon晶粒的成核与生长机理．结果表明，α－Sialon形成过程中较少的晶核数目及较多的液相量容易得到长颗粒的α－Sialon晶粒，并且中间相的形成与溶解会直接影响晶核数目与液相量．

SiC-ZrO_2(3Y)-Al_2O_3纳米复相陶瓷的力学性能和显微结构

本文介绍用非均相沉淀方法制备的纳米ＳｉＣ－ＺｒＯ２（３Ｙ）－Ａｌ２Ｏ３复合粉体经放电等离子超快速烧结得到晶肉型的纳米复相陶瓷；超快速烧结的升温速率为６００／ｍｉｎ；在烧结温度不保温，迅即在３ｍｉｎ内冷却至６００以下．力学性能研究结果表明，在１４５０超快速烧结得到的纳米复相陶瓷的抗弯强度高达１２００ＭＰａ，断裂韧性Ｋ１ｃ为５ＭＰａ·ｍ１／２ＴＥＭ像显示纳米ＳｉＣ颗粒大多分布在Ａｌ２Ｏ３母体晶粒内，也有一些纳米ＳｉＣ颗粒分布在ＺｒＯ２晶粒内．断裂表面的ＳＥＭ像表明，穿晶断裂是其主要的断裂模式，这是所制备的纳米复相陶瓷力学性能大幅提高的主要原因．

氮化蓝宝石衬底上GaN薄膜的微结构与光学性质

用透射电子显微镜 (TEM) ,X射线衍射(XRD)和光荧光谱 (PL)等测量手段研究了GaN薄膜的微结构和光学性质。样品是用光辐射加热MOCVD在蓝宝石衬底上制备的。随着衬底氮化时间的增加 ,扩展缺陷的密度显著增加。在位错密度增加一个数量级时 ,XRD摇摆曲线半宽度 (FWHM)由 1 1″增加到 1 5″,PL谱的黄光发射从几乎可忽略增加到带边发射强度的 1 0 0倍。结合生长条件 。

原始粉料对Sr_(0.4)Ba_(0.6)Nb_2O_6烧结性能与显微结构的影响

对比了以单相Sr0.4Ba0.6Nb2O6为原料的常规烧结试样(SBN40)以及以SrNb2O6与BaNb2O6混合物为原料的反应烧结试样(RSBN40)的烧结性能与显微结构.结果发现,RSBN40试样的致密化速率较SBN40试样较慢,试样SBN40与RSBN40密度分别在1250与1300℃达到最大,其值分别为5.21与5.27g·cm-3.此外,当烧结温度高于1250℃时,试样SBN40比RSBN40易于出现异常晶粒长大现象.

以柠檬酸铵为TiO_2分散剂控制Si_3N_4-TiN复相陶瓷的显微结构

以Si3N4,AlN和TiO2为原料,Y2O3和Al2O3为烧结助剂,通过添加柠檬酸铵作为TiO2的分散剂,采用原位反应合成法制备TiN体积分数为5%的Si3N4-TiN复相陶瓷,在高温烧结过程中原料中的TiO2和AlN反应生成TiN。通过扫描电子显微镜观察了柠檬酸铵分散剂用量对Si3N4-TiN 复相陶瓷显微结构的影响。结果表明:添加柠檬酸铵分散剂降低原料混合粉体中TiO2的团聚,获得组分均匀的Si3N-TiO2-AlN复合粉体,从而提高 Si3N4-TiN复相陶瓷中TiN相在Si3N4基体中的分散性,烧结后获得显微结构均匀的Si3N4-TiN复相陶瓷。当在体系中添加0．20g柠檬酸铵分散剂可以显著改善Si3N4-TiN复相陶瓷的显微结构,TiN晶粒被控制在0．2-0.3μn。

PAA与PBTCA对CaCO_3显微结构的影响

利用扫描电镜(ＳＥＭ)和原子力显微镜(ＡＦＭ)研究了分散剂ＰＡＡ与ＰＢＴＣＡ对ＣａＣＯ３显微结构的影响．结果表明,与ＰＡＡ相比,ＰＢＴＣＡ对ＣａＣＯ３的沉积形貌具有更大的影响．ＳＥＭ表明,在两种分散剂的存在下,沉积物的形貌皆发生了变化,随着阻滞影响增大,沉积物晶型畸变程度随之严重,沉积物形貌的分维值也随之增大．ＸＲＤ分析表明,随着阻滞影响增大,ＣａＣＯ３晶相中球霰石的含量增大．在分散剂存在下,热力学上属亚稳态的文石和球霰石从动力学上被稳定住了．ＡＦＭ研究表明,随着阻滞影响增大,ＣａＣＯ３晶体表面上台阶间距变大．同时,发现了ＣａＣＯ３晶体表面台阶的聚并现象并进行了讨论．

添加2 wt%Cu对Zr-4合金显微结构和耐腐蚀性能的影响

研究了在Zr-4合金中添加2wt%Cu的合金显微组织及其在500℃和10.3 MPa过热蒸汽中的耐腐蚀性能。结果表明,该合金经过热轧、冷轧以及经2 h、580℃真空退火处理后,得到以α-Zr为基体的显微组织,合金中主要存在四方结构的Zr_2Cu和密排六方结构的Zr(Fe,Cr,Cu)_2第二相,Zr_2Cu相有长度1～4μm、厚度约1μm的片状和直径300～500 nm的球形两种形态,并且都会富集一定量的Fe元素。在10.3 MPa、500℃过热水蒸汽中,添加2 wt%Cu的Zr-4合金不发生疖状腐蚀,表明Cu是改善锆合金耐疖状腐蚀性能的有益元素。

14Cr-ODS合金粉球磨过程中的显微结构变化及合金化进程

利用OM、SEM、EDS和XRD等测试手段研究了球磨转速和球磨时间对14Cr-ODS合金粉的形貌、显微结构及物相的影响。结果表明,转速为250 r/min时,随着球磨时间的延长,粉末粒径增大,16 h时基本稳定;点阵参数增大,晶粒尺寸不断减小并趋于稳定;12 h时颗粒内部出现层状结构并不断细化直至消失,颗粒成分更接近名义成分。12 h时合金化已开始,持续球磨使合金化程度提高,30 h时基本实现合金化。合金化过程可分为包覆、粘结、分层、细化、均匀化5个阶段。当转速提高到300 r/min时,合金化进程加快。

Sialon基陶瓷材料制备工艺及显微结构变化对力学性能的影响

系统研究了通过外部添加增韧相和热处理诱发原位自增韧机制等工艺因素控制所引起的三种Sialon基陶瓷材料的显微结构变化及其对力学性能的影响．研究内容包括：1．TiN（p）、MoSi2（p）、SiC（p）和SiC（w）第二相物质复合Sialon陶瓷的界面结合状态及其增韧效果；2．利用Nd2O3、Dy2O3和Yb2O3典型稀土氧化物作为烧结添加剂，制备α／β两相复合Sialon材料，诱发β相长颗粒生长，导致类晶须长颗粒原位自增韧机制发生作用；3．α－Sialon长颗粒的成核及生长机制．研究结果表明：对于TiN（p）、MoSi2（p）、SiC（p）和SiC（w）第二相复合Sialon陶瓷，基质相与第二相的界面结合状态及第二相颗粒临界粒径是制约复相材料韧性的主要因素．对于Nd2O3、Dy2O3和Yb2O3典型稀土氧化物Sialon材料，轻稀土Nd2O3是良好的烧结助剂，且Nd－Sialon相变程度极高，热处理诱发大量长颗粒β－Sialon相生成是其具有高韧性的主要原因（最高断裂韧性值达7．0MPa·m1／2）．重稀土Yb2O3不仅是良好的烧结助剂，同时也是有效的α－Sialon稳定剂，体系内存在大量等轴状α－Sialon颗粒，使此种材料硬度高达18．00GPa．中稀土Dy2O3的作用介于轻稀土Nd2O3和重稀土Yb2O3之间．