赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的水化特性*

采用XRD、IR、TG-DTA、MIP等手段表征赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的水化产物及其硬化浆体的孔结构, 研究了解赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的水化特性。结果表明, 赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的水化产物主要有C-S-H凝胶、钙矾石和Ca(OH)₂, 前两者对其强度的发展有促进作用; 水化1 d至90 d其中Ca(OH)₂的含量呈先升高后降低的趋势; 随着水化反应的进行在CaO/SiO₂比值较低的赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料中Si-OH基团之间发生聚合反应, 水化产物的聚合度升高; CaO/SiO₂比值为0.95和1.04的赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的硬化浆体具有较好的孔结构, 而CaO/SiO₂比值为1.13的胶凝材料硬化浆体的孔结构相对较差。     

(Ca,Fe)共掺铈酸镧陶瓷的制备及红外辐射性能研究

以La₂O₃、CeO₂、CaO和Fe₂O₃为起始原料, 采用高温固相烧结工艺制备得到(Ca,Fe)共掺铈酸镧(La_1.9Ca_0.1Ce_1.9Fe_0.1O₇)红外辐射陶瓷材料。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪、紫外-可见-近红外(UV-Vis-NIR)分光光度计分别对样品的物相组成、显微结构、化学成份、UV-Vis-NIR反射率及UV-Vis吸收进行了表征, 同时采用IR-2双波段红外发射率测量仪测试了样品3~5 μm波段的红外发射率。结果表明: 掺杂元素(Ca, Fe)均固溶进入铈酸镧晶格, 共掺后样品的晶体结构也为萤石结构; (Ca,Fe)共掺样品内部形成杂质能级, 强化了自由载流子吸收与杂质能级吸收, 使样品红外短波段(0.75~5 μm)性能由高反射转变为高吸收(辐射), 其中在0.75~2.5 μm波段的平均红外吸收率为0.88, 3~5 μm波段的红外发射率为0.752, 与未掺杂样品相比分别提高了1660%与60%。     

海藻酸钠离子凝胶法制备直通孔氧化铝多孔陶瓷

利用海藻酸钠的离子凝胶过程, 采用溶剂置换结合冷冻干燥的工艺, 成功制备了具有高度有序六方排列的直通孔多孔氧化铝陶瓷, 整个工艺过程及所使用的原料都是环境友好的。研究结果表明, 1500℃烧结2 h样品的孔径尺寸在200 μm左右, 且与固相含量的关系不大, 而孔壁上存在0.3 μm~0.5 μm的小孔。通过控制浆料中氧化铝的固相含量可以对材料的性能进行有效地调控, 研究表明, 随着固相含量从5wt%提高到15wt%, 材料的密度从0.87 g/cm³提高到1.16 g/cm³, 渗透率从2.57×10^-11 m²下降到2.16×10^-11 m², 而抗压强度从(18.9±3.2) MPa提高到(44.2±5.4) MPa, 平行孔道方向的热导率从2.1 W/(m·K)提高到3.1 W/(m·K), 而垂直孔道方向的热导率从1.3 W/(m•K)提高到1.7 W/(m·K), 并且平行孔道方向热导率的增加幅度要明显大于垂直孔道方向。     

纤维厚度和体积分数对压电纤维复合物应变性能的影响

实验制备了不同纤维厚度和体积分数的压电纤维复合物, 并在0.1 Hz的激励电压下测试了压电纤维复合物的自由应变性能和驱动性能, 研究复合物典型结构参数对其性能的影响。实验发现, 随着压电纤维厚度增加, 复合物自由应变和顶端位移下降, 1000 V激励电压下, 纤维厚度为200 μm样品纵向自由应变为665 με, 驱动Mylar膜产生的顶端位移为1.9 mm, 而纤维厚度为300 μm和400 μm样品的纵向自由应变仅为纤维厚度为200 μm样品的23.2%和11.7%, 顶端位移为纤维厚度为200 μm样品的45.8%和19.0%。压电纤维复合物具有驱动正交异性, 横向自由应变、纵向自由应变以及横向效应系数随着纤维体积分数的降低而减小, 纤维体积分数为74%的复合物其横向自由应变和纵向自由应变分别为体积分数为59%样品的2.04倍和1.72倍, 横向效应系数也从0.519减小到0.451。     

Nafion改性多级孔径石墨烯气凝胶制备与性能研究

通过溶胶-凝胶法制备了孔径小于1 μm的多级孔径新型石墨烯气凝胶。制备过程中, 首先通过Nafion对氧化石墨烯(GO)表面进行化学修饰, 并利用乙二胺还原制备石墨烯水凝胶, 最终通过冷冻干燥形成石墨烯气凝胶。实验发现Nafion可以有效减少制备过程中氧化石墨烯的团聚, 使石墨烯气凝胶形成多级孔径形貌。所得石墨烯气凝胶的孔径可控制在1 μm以内, 远小于传统石墨烯气凝胶材料的孔径(20~100 μm)。这种具有独特结构的石墨烯气凝胶表现出优异的性能, 例如高比表面积, 高孔隙率, 其电化学电容性能相对传统气凝胶提高了约40%。     

DLP打印β-磷酸三钙/纳米黏土复合支架的制备与表征

β-磷酸三钙(β-TCP)具有生物降解性和生物相容性, 但其固有的脆性限制了其在承重种植体中的应用。为进一步提高β-TCP的力学性能和生物相容性, 本研究以纳米黏土(Nano clay, NC)为添加剂, 采用数字光处理(Digital light processing, DLP)技术制备了β-TCP/NC(TNC)复合支架, 支架TNC10多孔结构孔径为200~300 μm。当加入NC含量为10%(质量分数)时, 支架(TNC10)各结构特征的烧结收缩最小。加入NC不会改变TCP的物相成分, 且支架表面均匀分布Si、Mg元素。加入NC可以提高TCP支架的压缩强度, NC(粒径<500 nm)融合在TCP颗粒的间隙中, 对比纯TCP支架, TNC10支架的压缩强度提高了10%。另外, TNC10 组较纯TCP的比表面积增加2倍以上。TNC降解速率更快, 可以持续释放Ca、Mg、Si、Li等离子, 并且TNC降解液保持弱碱性的环境。研究结果表明: 加入NC对β-TCP支架的力学强度、降解性能均具有一定的促进作用。利用DLP方法打印的具有良好的理化性能的多孔生物陶瓷支架在骨修复领域有巨大应用前景。     

基于碟片法的溶蚀作用下水泥净浆微观结构演变研究

溶蚀作用下水泥基材料的微结构变化导致混凝土材料服役性能退化。为了克服传统试验因试样厚度影响而产生的脱钙不均匀现象,以NH4NO3溶液对约1mm的碟片状水泥净浆试件进行加速脱钙,通过控制质量损失来控制溶蚀程度。然后把质量损失作为衡量溶蚀程度的参数,结合压汞法(MIP)、环境扫描电子显微镜(ESEM)及能谱分析(EDS),研究不同溶蚀程度下水泥净浆的微观形貌、化学组成和孔隙结构变化规律。试验结果表明:试件钙硅比(Ca/Si)与质量损失大致呈两段线性关系。在第一阶段,水泥浆体试件Ca/Si逐渐降低,氢氧化钙(CH)分解,质量损失10%试件中CH已被严重溶蚀;水化硅酸钙(C-S-H)凝胶的Ca/Si随着溶蚀程度增加而降低,证明C-S-H凝胶第一阶段已开始分解。在第二阶段,主要表现为C-S-H凝胶继续分解。试验还发现,溶蚀后水泥净浆试件内部孔径小于50nm的孔略微增加,50~200nm的孔含量有部分减少;孔径大于200nm的多害孔大量增加。     

Si-Mn矿粉粒度对复合胶凝体系水化机理和力学性能的影响

为了实现Si-Mn矿渣的高效利用,通过气流分级机将Si-Mn矿粉分为D50=6.9μm、17.9μm和56.4μm三个不同的粒度区间.采用等温量热仪(TAM air)、X射线衍射(XRD)仪、全自动压汞仪(MIP)、扫描电子显微镜-能谱(SEM-EDS)分析测试技术,研究了Si-Mn矿粉粒度对复合胶凝体系水化行为和微观结构的影响,并对其胶砂强度进行了评价.结果表明:各粒度区间的Si-Mn矿粉均能促进游离石灰、铝酸盐相和C3 S等矿物的早期水化(30 min)放热速率;水化后期,Ca(OH)2和熟料衍射峰强度随着Si-Mn矿粉粒度减小而显著降低;掺入细粒度的Si-Mn矿粉可增加硬化复合胶凝材料浆体凝胶孔数量,有效降低最可几孔径和总孔隙率;SEM-EDS结果进一步证实了硬化浆体孔结构的优化是由于细粒度Si-Mn矿粉表面生成了大量低钙硅比的C-S(Al,Mg)-H水化产物.值得注意的是:D50=6.9μm和17.9μm的Si-Mn矿粉掺量高达30％时,复合胶凝材料的胶砂强度超过了GB 175标准中42.5等级水泥的技术指标.因此这些粒度区间的Si-Mn矿粉可以被建议作为绿色水泥的生产和高性能混凝土配制中的矿物掺合料.     

小芯径硫系玻璃光纤的制备及其非线性光学应用

通过动态蒸馏提纯技术制备了高纯Ge-As-Se和Ge-As-S硫系玻璃。采用两步棒管法拉制了以Ge-As-Se玻璃为纤芯、Ge-As-S玻璃为包层的小芯径阶跃折射率光纤, 并使用飞秒激光抽运光纤测试了超连续谱的产生。以Al 和GaCl₃分别作为除氧剂和C/H纯化剂可以有效消除玻璃中的C、H和O杂质。制备的GeAsSe/GeAsS光纤在2~9 μm波段表现出优异的传输性能, 光纤数值孔径约为1.3; 采用重复频率为10.5 MHz、脉冲宽度为320 fs、中心波长为4.0 μm、峰值功率为4.6 kW激光抽运长度为22 cm、芯径为6 μm的光纤, 获得了覆盖1.9~8.2 μm、光谱平坦度为±10 dB、平均功率为4.5 mW的超连续谱。     

一维β-SiAlON材料可控合成

以Si粉、Al粉和Al₂O₃粉为原料压制成条样, 在1650~1850 K氮气和埋Si₃N₄颗粒气氛下分别合成了β-SiAlON晶须、带状和柱状晶, 并系统研究了一维β-SiAlON材料可控合成条件, 进而结合热力学分析了一维β-SiAlON材料的生长机制。结果表明: 以Si粉、Al粉和Al₂O₃为原料, 在氮气(纯度99.9%)和埋Si₃N₄颗粒气氛下在1650~1850 K保温6 h, 可以合成不同形貌的一维β-SiAlON材料。生长温度是一维β-SiAlON材料形貌控制的关键因素。生长温度为1650 K时, 合成了β-SiAlON晶须, 晶须直径200~400 nm, 长径比100~1000; 生长温度在1700~1800 K时, 可以合成β-SiAlON带状晶体, 厚度为200 nm, 宽度为1~4 μm, 长宽比在10~20之间; 生长温度升高至1800 K时, 出现大量柱状晶体。结合晶须显微结构形貌和热力学分析, β-SiAlON晶须的生长机制为气-固(VS)生长机制。     

Deposition and structural characterization of poly-Si thin films on Al-coated glass substrates using hot-wire chemical vapor deposition

The growth of polycrystalline Si films onto Al-coated Corning 7059 glass substrates using hot-wire chemical vapor deposition (HW-CVD) was investigated. The crystalline fraction, grain structure and average grain size of the films were compared as a function of the growth rate and the Si/Al thickness ratio. Micrometre-size Si grains were achieved with a Si/Al ratio of 2 and Si thickness of 2 μm at a growth rate of 1 μm h⁻¹. It was found that the films had a bimodal grain size distribution, which included nanocrystalline Si, and that the growth of micrometre-size crystallites does not continue as the thickness of Si film increases. At a growth rate of 5 μm h⁻¹, films are similar to those grown on glass with an average grain size less than 60 nm and crystalline fraction of 75%.     

碳化硼颗粒级配对硅反应结合碳化硼复合材料结构与性能的影响

本研究探讨了碳化硼原料颗粒尺寸对反应结合碳化硼复合材料相组成、结构与性能的影响。研究结果表明:颗粒级配可以使粉体堆积更加密实, 有效提高压制坯体的体积密度, 最终降低复合材料中游离Si的含量; 加入粗颗粒可减缓B₄C与Si的反应, 减少SiC相的生成; 当原料中粒径为3.5、14、28、45 μm的B₄C粉体按质量比为1.5 : 4 : 1.5 : 3配比时, 所制备的复合材料维氏硬度、抗弯强度、断裂韧性和体积密度分别为(29±5) GPa、(320±32) MPa、(3.9±0.2) MPa·m^1/2和2.51 g/cm³。在制备复合材料过程中减缓B₄C与Si反应速度、减少游离Si的含量和缩小Si区域尺寸是其性能升高的主要原因。     

电纺制备多孔Ni1-xZnxFe2O4超细纤维的结构与磁性能

采用静电纺丝技术结合后期的热处理制备了具有多孔结构的Ni_1-xZn_xFe₂O₄(x=0~0.8)超细纤维. 利用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、场发射扫描电镜(FESEM)、低温N₂吸附-脱附和振动样品磁强计(VSM)对纤维样品的晶体结构、微观形貌、孔特征和室温磁性能进行了研究. 结果表明, 550℃焙烧2?h得到的多孔Ni_1-xZn_xFe₂O₄超细纤维均为单相尖晶石结构, 平均粒径约为25~30?nm, 纤维直径主要分布在200~500?nm之间, 且具有较大的长径比; 所制备的Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄多孔纤维的孔结构主要以狭缝状介孔为主, 其平均孔径约为11?nm; 随着Zn含量x由0增加0.8, Ni_1-xZn_xFe₂O₄纤维的晶格常数a线性增大, A位的红外特征振动频率单调递减, 矫顽力由13.8?kA/m逐步减小到2.3?kA/m, 比饱和磁化强度先增大后减小, 在x=0.4时达到最大值66.8?A·m²/kg. 与相近尺寸的Ni-Zn铁氧体纳米粒子相比, Ni-Zn铁氧体超细纤维由于其形状各向异性而表现出更高的矫顽力.     

Design thermal values for unfired clay bricks

This paper reports on a laboratory and theoretical method for determining the design values for thermal conductivity and thermal resistance of unfired clay masonry bricks from both experimental and theoretical design point of view. The paper describes the methodology of obtaining these values using the measured lower and upper lambda limits. In order to determine the basic design thermal value and the design thermal resistance, a Laser-comp FOX 200 thermal conductivity meter equipped with WinTherm32an software package was employed for the laboratory data collection and analysis. Lime or Portland cement (PC)-activated Ground Granulated Blastfurnace Slag (GGBS) binder was used to stabilise Lower Oxford Clay (LOC) for unfired masonry brick specimen production. The major influence of the design values on the thermal conductivity and thermal resistance are illustrated in this study, using two different types of unfired clay bricks (LG and PG) at 2% moisture content prior to test. This paper covers conductivity test for each unfired clay bricks within the temperature range 2.5–17.5 °C. The measured thermal properties of the unfired clay bricks were compared to the design thermal properties of fired bricks. The results were used to predict the design thermal values of unfired clay masonry bricks at varied density and moisture contents prior to testing. A comparison of the measured thermal values for the unfired bricks to the design thermal values of fired clay bricks can also be seen. The results demonstrate that the unfired clay bricks were able to comply with the design thermal requirements for clay masonry units, suggesting that the unfired clay bricks can be used for low-medium cost housing and energy efficient masonry structures.     

水热法合成白磷钙石

以CaO、Mg(NO₃)₂和H₃PO₄为原料, 通过水热法合成白磷钙石。采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、热分析(TG-DTA)和X射线荧光光谱(XRF)进行了分析表征。结果表明, 随着初始溶液中Mg/(Ca+Mg)摩尔比的增加, 白磷钙石的结晶行为有显著不同: 形貌由六方板状晶体(直径30~50 μm)向球形聚集体(直径3~5 μm)转变, 晶胞参数a和c值则逐渐减小。初始溶液中Mg/(Ca+Mg)增加, 产物中的Mg/(Ca+Mg)含量也逐渐增加, Mg/ (Ca+Mg)的最高值为13.6%。在实验条件下, 白磷钙石的成核与结晶过程在2 h之内基本完成。白磷钙石Ca₁₈Mg₂H₂(PO₄)₁₄在680~950℃之间脱去结构水, 转变为Ca₁₈Mg₂(PO₄)₁₂P₂O₇。