La1-xNdxB6阴极材料的制备及性能研究

以高纯金属La块、Nd块和B粉为原料, 通过蒸发-冷凝与放电等离子烧结(SPS)结合的技术成功制备了高纯高致密的多元稀土六硼化物La_1-xNd_xB₆块体材料。系统研究了La_1-xNd_xB₆材料的物相组成、力学性能、电阻率及热电子发射性能。结果表明, 采用上述工艺制备了高纯高致密的La_1-xNd_xB₆单相块体材料。烧结样品的维氏硬度和抗弯强度可达26.70 GPa和230.48 MPa。热电子发射性能测试结果表明, La_0.1Nd_0.9B₆成分块体具有最佳的热发射性能, 在1600℃, 4 kV外加电压条件下, 发射电流密度达到32.04 A/cm², 零场电流密度达到12.72 A/cm², 在同样条件下优于纯LaB₆和NdB₆块体材料的热发射性能。计算得到La_0.1Nd_0.9B₆在不同温度下的平均有效逸出功为2.72 eV, 表明适当比例的复合可以降低逸出功, 提高热电子发射性能。     

悬浮区域熔炼法制备Ce1-xPrxB6单晶体及其热发射性能研究

以CeB₆和PrB₆粉末为原料, 采用放电等离子烧结结合悬浮区域熔炼法成功制备了晶体质量良好的多元稀土六硼化物Ce_1-xPr_xB₆(x=0.1、0.2、0.4)单晶体, 并系统研究了该系列单晶体(100)晶面热电子发射性能。结果表明: Ce_0.8Pr_0.2B₆单晶(100)晶面具有最好的热发射性能, 在1873 K, 最大电流发射密度达到66.07 A/cm², 比CeB₆单晶的电流发射密度提高约20%。此外, Ce_0.9Pr_0.1B₆、Ce_0.6Pr_0.4B₆单晶(100)晶面的热发射电流密度分别为65.81 A/cm²和65.31 A/cm²。Ce_0.8Pr_0.2B₆单晶(100)晶面的逸出功最低, 为2.61 eV, 其它单晶(100)晶面的逸出功在2.64~2.753 eV范围内。因此, Ce_1-xPr_xB₆多元稀土六硼化物单晶具有良好的发射性能和低的逸出功, 作为热阴极材料有很好的应用前景。     

(La1-xMgx)2Ce2O7-x的合成与热物理性能

Mg对La₂Ce₂O₇的掺杂可提高其热膨胀系数、降低其热导率, 从而改善其作为热障涂层材料的性能。采用溶胶-凝胶法制备了(La_1-xMg_x)₂Ce₂O_7-x系列组成样品。X射线测试表明: 当 0≤x≤0.4时, 所有(La_1-xMg_x)₂Ce₂O_7-x 样品均与La₂Ce₂O₇具有相同的缺陷萤石结构, 且晶胞参数随x的增大而递减; 当x?0.4时, 样品中出现MgO的峰。在组成相同的情况下, 样品(La_1-xMg_x)₂Ce₂O_7-x (0≤x≤0.4)的热膨胀系数随温度升高而增大, 而热导率随温度升高而降低。在相同温度下, 不同组成样品(La_1-xMg_x)₂Ce₂O_7-x (0≤x≤0.4)的热膨胀系数随x的增大而增大; 而样品的热导率则随Mg掺杂量的增加呈先增大后减小的趋势。在此基础上, 探讨了Mg掺杂对La₂Ce₂O₇的物相、晶胞参数、热膨胀系数以及热导率的影响机理。     

低逸出功Ce1-xGdxB6单晶体的制备及其热发射性能

以三元稀土硼化物Ce_1-xGd_xB₆为研究对象, 系统研究Gd掺杂对CeB₆阴极材料热发射性能的影响规律。采用放电等离子烧结结合光学区域熔炼法成功制备了高质量的Ce_1-xGd_xB₆(x=0~0.3)单晶体。借助360度Phi扫描单晶衍射仪对生长后的单晶进行了测试, 结果显示单晶质量良好。采用劳埃定向仪确定出(100)晶面, 并测试了该晶面在1673 K、1773 K、1873 K下的热电子发射电流密度。测试结果表明, Ce_0.9Gd_0.1B₆成分单晶体具有最优异的热发射性能, 在1873 K工作温度下, 4000 V电压条件下发射电流密度达到82.3 A/cm², 零场电流发射密度为24.70 A/cm², 平均有效逸出功为2.30 eV, 与相同条件下CeB₆单晶体热发射性能(热发射电流密度为78.2 A/cm², 零场电流发射密度为13.32 A/cm²)相比, 其具有更大的发射电流密度和更低的逸出功。因此, 采用该制备技术获得的Ce_1-xGd_xB₆单晶体具有良好的发射性能, 作为热阴极材料将会有更好的应用前景。     

Mn和Fe掺杂对尖晶石氧化物Co2MnO4结构和磁性的影响

以金属盐及柠檬酸为原料, 采用溶胶-凝胶法制备了尖晶石氧化物Co_2-xMn_1+xO₄和Co_2-xFe_xMnO₄系列, 通过XRD、FT-IR及PPMS等手段研究了Co₂MnO₄及系列掺杂样品的成相、结构、磁性等特征。结果表明, Co_2-xMn_1+xO₄系列在x<0.6时, 呈单相立方结构, 晶格常数和磁性随着Mn掺杂量的增加而增大, x≥0.6时逐渐向四方结构转化, 磁性下降, 并呈现磁化强度不易饱和的特征; Co_2-xFe_xMnO₄系列样品在x<1.75成分范围内均可保持立方结构, 且晶格常数和磁性都随着x增大而提高。这些变化主要是由于掺杂原子尺度及磁矩均大于原有元素, 掺杂后样品内部的磁性相互作用有所增强。     

烧结温度对La0.67Ca0.33-xSrxMnO3结构及电学性能的影响

采用传统固相反应法合成了双掺杂La_0.67Ca_0.33-xSr_xMnO₃(x=0, 0.05, 0.15)粉体, 研究了烧结温度对La_0.67Ca_0.33-xSr_xMnO₃(x=0, 0.05, 0.15)结构、微观形貌和金属-绝缘体相转变温度的影响规律。结果表明: 烧结温度的升高对微观形貌及结构影响较小, 双掺杂有效改善了材料体系的相转变温度。当烧结温度为1400℃, 掺杂量x=0增加至x=0.05时, 材料体系为正交相, 相转变温度从-20℃升高至6℃。掺杂量继续增加至x=0.15, 材料体系从正交相转变为六方相, 相转变温度升高至17℃。当掺杂量相同时, 相转变温度随烧结温度的升高而升高。具有上述智能相变特性的材料体系可以作为长寿命卫星主动热控技术的重要候选材料。     

垂直排列ReS2(1-x)Se2x合金纳米片的控制合成及带隙调控

二维过渡金属硫属化合物具有优异的电学和光学特性, 形貌控制及带隙调控对于其在光电子学、光子学、纳米电子学领域中的应用至关重要。研究采用CVD技术在SiO₂/Si衬底上生长了垂直排列ReS₂纳米片材料, 硒化处理后得到ReS_2(1-x)Se_2x合金纳米片, 并研究了硒化温度(700、850 和 920℃)及硒化时间(0.5、1和1.5 h)对ReS_2(1-x)Se_2x合金纳米片形貌及组分的影响。XPS元素定量分析及紫外-可见-近红外吸收光谱研究表明ReS_2(1-x)Se_2x样品中Se含量可以在x=0(纯ReS₂)到x=0.86之间调变, 相应材料的带隙可从1.55 eV (800 nm)调变到1.28 eV (969 nm)。SEM结果显示ReS_2(1-x)Se_2x纳米片的结构受到硒化温度和硒化时间的影响, 硒化温度升高和硒化时间延长会破坏纳米片的垂直结构。上述结果表明本研究成功合成了垂直排列ReS_2(1-x)Se_2x合金纳米片, 该材料在电化学催化、功能电子器件和光电子器件方面具有潜在应用价值。     

Ba1-xMgxAl2Si2O8晶体结构与微波介电性能的研究

采用固相烧结法, 按化学计量比Ba_1-xMg_xAl₂Si₂O₈(x=0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.3, 0.5)制备样品, 考察不同MgO含量对BaO-Al₂O₃-SiO₂系介电材料晶体结构及微波介电性能的影响。结果表明, MgO可以降低烧结温度, 促进六方相转变为单斜相, 当添加量x≥0.15时, 相转变可以达到100%。当x≤0.15时, 适量的MgO可以有效地促进单斜钡长石晶粒的长大。在0.05≤x≤0.1范围内, 随着MgO含量的增加, 单斜钡长石衍射峰增强, 晶粒尺寸增大, 密度、介电常数与τ_f均随MgO含量的增加而增大。在x=0.1, 烧结温度为1400℃时, 可获得综合性能相对较好的单斜钡长石, 其介电性能ε_r=6.44, Q×f=16461 GHz, τ_f= -30.6×10^-6 K^-1。     

La掺杂对磁控溅射CaB6薄膜的影响

利用直流磁控溅射的方法制备掺La和未掺La的Ca_1-xLa_xB₆ (x = 0, 0.01, 0.02, 0.03)薄膜。利用原子力显微镜对薄膜的表面形貌及厚度进行表征。掺La的薄膜的厚度约为未掺杂的两倍; La的掺杂会使薄膜的晶粒尺寸变大。利用X射线光电子能谱对薄膜表面的化学组成进行检测。薄膜中Ca/La比接近理论值, 没有检测到其它的铁磁性杂质及元素, 尤其是Fe。Ca_0.98La_0.02B₆薄膜具有最大的室温饱和磁化强度, 强度值为84.54 emu/cm³。同时薄膜的饱和磁化强度值随薄膜厚度的增加而降低。在Ca_1-xLa_xB₆薄膜中, B₆空位是薄膜磁性的主要来源, 其它类型的缺陷例如晶界等, 同样影响着薄膜磁性的大小。     

Sc3+和Ru4+联合取代BZN基陶瓷结构与介电性能的研究

采用传统的固相反应法制备致密的Bi_1.4Sc_0.1ZnNb_1.5-xRu_xO₇陶瓷样品, 研究Sc³⁺, Ru⁴⁺共同替代对Bi₂O₃-ZnO-Nb₂O₅陶瓷的相结构、晶体化学特性和介电性能的影响。结果表明: 当掺杂量x≤0.055 mol时, 样品保持单一的立方焦绿石结构。当掺杂量x=0.055 mol时, X射线衍射峰强度变弱, 峰形变宽。随着掺杂量的增加(0≤x≤0.04 mol), 陶瓷样品的晶格常数a和A位离子与第7个氧O′平均键长R_(A-O')逐渐减小, 结晶化学参数键价和AV(O')[A₄]增大, AV(O)[A₂B₂]减小, 48f(O)偏移量ξ增加。室温下样品的介电常数随着掺杂量的增加而减小, 介电损耗逐渐增加, 介电松弛特征减弱。低温下样品呈现明显的弛豫现象, 峰值温度T_m随着掺杂量的增加向高温方向移动。利用修正的Curie-Weiss(C-W)公式对样品ε_r-T曲线进行最小二乘法拟合, 得出样品的弛豫度γ由R0样品的1.57减小到R40样品的1.33。     

硬脂酸盐熔融法合成(Y,Lu)AG:Ce荧光粉及荧光性能研究

采用硬脂酸盐熔融新方法合成了[(Y_1-xLu_x)_1-yCe_y]₃Al₅O₁₂固溶体荧光粉(x=0’0.5, y=0.005’0.03), 并通过XRD、SEM、BET和PL-PLE等方法对该荧光粉进行了表征。结果表明, 纯相石榴石在800℃的低温下即可生成, 而不经过YAM和YAP中间相。煅烧所得[(Y_1-xLu_x)_1-yCe_y]₃Al₅O₁₂ 荧光粉具有良好的均一性和分散性, 并在455 nm蓝光激发下于544 nm附近呈现最强黄光发射。粉体的发光强度随煅烧温度升高而增大, 归因于结晶度提高和表面缺陷减少。发现Ce³⁺的荧光猝灭浓度为1.5%, 猝灭机制为Ce-Ce间的交换相互作用和晶格缺陷。发现发射峰位随Ce³⁺含量增加而红移, 而最强激发峰和发射峰随Lu³⁺含量增大而蓝移, 归因于Ce³⁺离子5d激发态能级重心移动和晶体场劈裂的共同作用。     

Fe2W型铁氧体BaFe2-x2+CoxFe163+O27(x=0.0~0.8)的微观结构和磁性

用固相法制备Fe₂W型铁氧体BaFe_2-x²⁺Co_xFe₁₆³⁺O₂₇(x=0.0~0.8),采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱仪(FT-IR)和振动样品磁强计(PPMS-VSM)等手段分析其物相组成、结构和磁性并使用Reitveld拟合分析晶体结构,研究了Co²⁺部分取代Fe²⁺的Fe₂W型铁氧体的微观结构和磁性。结果表明：所有样品都是纯相铁氧体BaFe_2-x²⁺Co_xFe₁₆³⁺O₂₇。样品具有W铁氧体结构,晶粒呈良好的六角形结构且分布均匀。用 Co取代能明显提高Fe₂W型铁氧体300 K的饱和磁化强度(M_s)。