移动区熔法生长全无机钙钛矿型CsPbBr3晶体及其性能研究

利用自制移动区熔炉生长了CsPbBr₃晶体, 事先采用相同工艺合成了高纯多晶原料以去除杂质和水分。通过工艺优化获得了大尺寸CsPbBr₃晶体, 达到ϕ25 mm× 60 mm。该晶体呈橘红色, 在600~2000 nm波长范围内具有透过率达78.6%的优异透光性能。热分析表明, 所得CsPbBr₃晶体在88.1℃和131.25℃时存在正交-四方和四方-立方相变。计算得到CsPbBr₃晶体的带宽E_g= 2.25 eV。上述结果表明移动区熔法是一种具有应用潜力的制备高质量大尺寸CsPbBr₃晶体的生长方法。     

MOFs自牺牲模板法制备CoNx/g-C3N4纳米材料用作高效光催化还原U(VI)

近年来, 利用石墨氮化碳(g-C₃N₄)光催化法将易溶的U(VI)还原为难溶的U(IV)来清除铀, 已逐渐成为放射性核素研究的热点。本研究将一种含金属钴的金属有机框架材料(MOFs)作为自牺牲模板, 利用简单热共聚法成功合成了含有Co-N_x构型的CoN_x/g-C₃N₄催化剂。在固液比为1.0 g/L、pH 5.0、可见光照射45 min下, 制备的催化剂(w(Co-MOFs) : w(g-C₃N₄)=1 : 1)对50 mg/L的U(VI)标准溶液还原率达到100%。从形貌, 微观结构和光学性能等方面对催化剂进行了表征,结果显示, 引入Co有效拓宽了g-C₃N₄对可见光的吸收范围, 抑制了光生电子与空穴的复合, 从而促进了U(VI)的还原反应。此外, 基于捕获实验深入探究了U(VI)在CoN_x/g-C₃N₄材料表面催化可能的反应机理。研究表明, CoN_x/g-C₃N₄复合光催化剂光学性能优异, 制备方法简单且绿色环保, 对放射性废水中的U(VI)的光催化还原去除效果较好。本工作对后续石墨氮化碳类新型材料的设计、合成与实际应用具有一定的参考作用。     

热交换坩埚下降法制备大尺寸氟化铈晶体的热场设计与优化

随着CeF₃晶体在激光和磁光领域应用的持续发展,大尺寸、高光学质量的CeF₃单晶的需求日益急迫,而CeF₃熔体的高黏度和低热导率的特性给晶体生长工艺带来了较大挑战。为研究CeF₃熔体低导热性引发的生长问题,探究其生长过程中炉体结构和工艺参数对温度分布和结晶界面的影响机制,本工作对热交换坩埚下降法(Heat Exchanger-Bridgman method,HEB)生长大尺寸(?80mm)CeF₃晶体中炉体结构与晶体/熔体温度分布关系、不同生长阶段界面的变化规律以及热场结构对生长界面的作用机制开展了数值模拟研究。研究结果表明：当发热体长度与坩埚长度相适应时，更有利于构建合理的温度梯度场,而放肩和等径生长阶段的凹界面问题则可以通过改变隔板形状和加反射屏调节坩埚壁温度分布得到有效解决。本研究成果不仅可以加深对CeF₃晶体结晶习性的理解,炉体结构和生长界面的优化思路对坩埚下降法制备其他晶体同样有实际指导意义。     

(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1-xSnx)O3无铅压电陶瓷的相结构与压电性能

钙锆共掺钛酸钡陶瓷(BCZT)具有优异的介电性能和压电性能, 是一类具有发展潜力的无铅压电陶瓷, 但其压电性能仍无法与铅基陶瓷媲美。为提高压电性能, 本研究对陶瓷材料进行Sn元素掺杂改性((Ba_0.85Ca_0.15)- (Ti_0.9Zr_0.1-xSn_x)O₃, x=0.02~0.07))。晶体结构分析证实所有组分的陶瓷无杂相, 处于正交相与四方相两相共存状态, 并具有较大的c/a; 显微结构分析发现所有陶瓷都很致密, 且平均晶粒尺寸随着Sn含量的增加而增大。当x=0.04时, 陶瓷最致密, 且室温处于准同型相界附近, 因此拥有最佳的电学性能: d₃₃=590 pC•N ^-1, k_p=52.2%, tanδ=0.016, ε ^T₃₃=5372, d ^*₃₃=734 pm•V ^-1, IR=57.8 GΩ•cm。本研究表明: Sn掺杂的BCZT基无铅压电陶瓷具有优异的压电性能, 有望在换能器、机电传感器和驱动器等方面得到应用。     

热处理时间对透辉石系尾矿微晶玻璃析晶及其性能的影响

使用金尾矿和铁尾矿为主要原料,采用熔融法和一步法析晶热处理制备了透辉石系尾矿微晶玻璃。将其分别在低温段720℃和高温段820℃保温,使用DSC、XRD、Raman光谱、SEM和综合力学性能仪等手段研究了保温时间对透辉石系尾矿微晶玻璃析晶过程及性能的影响。结果表明：该系微晶玻璃的主晶相为单斜结构的透辉石晶体(Mg_0.6Fe_0.2Al_0.2)Ca(Si_1.5A_l0.5)O₆(JCPDS 72-1379),晶体的生长过程包括玻璃的分相、成核和晶体生长过程。热处理温度为低温段720℃时透辉石晶体的成核温度为720℃,随着保温时间的延长透辉石晶体逐渐长大且由球状晶向枝状晶演变,透灰石晶体的析出量逐渐增加;热处理温度为高温段820℃时透辉石晶体的形貌均为尺寸较大的枝状晶,但是随着保温时间的延长透辉石晶体的形貌和尺寸变化不大。综合性能最优的热处理制度为在820℃保温45 min,制备出的微晶玻璃密度为2.97 g/cm³,抗折强度为211.0 MPa,硬度为789.0 MPa,耐酸性99.3%,耐碱性99.1%。     

低成本溶液法制备厘米级Cs3Cu2I5单晶及其闪烁发光性能

近年来, 拥有高发光量子效率的低维钙钛矿/类钙钛矿结构金属卤化物在辐射探测领域展现出潜在的应用前景。本工作利用反溶剂扩散法生长了高光学质量的厘米级尺寸零维结构Cs₃Cu₂I₅单晶, 并系统研究了其光学吸收、透过、光致激发和发射、时间分辨光致发光、X射线辐照发光、余辉、热释光以及伽马射线探测性能。溶液法制备的Cs₃Cu₂I₅晶体的光学带隙为3.68 eV。在X射线激发下, Cs₃Cu₂I₅单晶的蓝光发射峰位于448 nm, 来源于自陷激子发光。闪烁衰减时间主分量为947 ns (96%)。Cs₃Cu₂I₅单晶的余辉水平与商用BGO晶体相当。此外, 该晶体作为伽马射线闪烁体也表现出29000 photons/MeV的高光产额, 与熔体法制备的Cs₃Cu₂I₅晶体闪烁性能相当。本研究证实了低成本制备高性能Cs₃Cu₂I₅闪烁晶体的可行性。     

活性氧化铝催化剂载体的光固化浆料制备与成型

为制备具有高效化学催化反应和复杂精细结构的活性氧化铝催化剂载体, 制备出低粘度、高均匀性和高固相含量的光固化浆料, 通过粒度分析和流变测试等手段, 研究树脂配比和偶联剂改性剂改性活性氧化铝表面对粉末粒度分布和浆料的稳定性、均匀性和流变性的影响。当w(HEA) : w(HDDA) : w(TMPTA) : w(modified-EA)=1.5 : 1.0 : 2.5 : 5.0时, 预混液在剪切速率为1 s^-1时的粘度仅为0.35 Pa·s; 粉末改性后KH560高分子链附着在活性氧化铝表面, 使得活性氧化铝由亲水性改性为疏水性, 提高浆料的均匀性和稳定性, 并使粉末之间产生空间位阻, 降低粉末团聚, 其平均直径从4.43 μm降低至3.89 μm; 采用浸润混合法制备固相含量为52%(质量分数)的浆料并成功打印。脱脂烧结后的活性氧化铝样品保持了复杂异形薄壁结构, 其开孔率和密度分别为51.3%和1.93 g/cm³。     

利用混合溶剂实现钙钛矿材料微观结构和光电性能优化

采用纯N, N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂、纯二甲基亚砜(DMSO)溶剂以及DMSO/DMF不同体积比例混合溶剂制备钙钛矿(CH₃NH₃PbI₃)薄膜, 并系统研究了不同溶剂对钙钛矿薄膜微结构及光电特性的影响。结果表明, 随着DMSO在混合溶剂中比例增加, 钙钛矿薄膜平均晶粒尺寸增大, 碘化铅(PbI₂)残留量降低, 同时薄膜中有序的钙钛矿晶体所占比例呈现先增大后减小的趋势, 并且当DMSO占混合溶剂体积比为60%时达到最大。薄膜Urbach能, 载流子寿命以及PbI₂含量之间的关系表明, 微量的PbI₂可有效钝化钙钛矿薄膜的缺陷。经过优化后(DMSO占混合溶剂体积比为30%), 钙钛矿太阳电池的光电转换效率达到15.1 % (V_OC=0.99 V; J_SC=20.9 mA/cm²; FF=0.73)。     

二氧化碲晶体及其在红外器件中的应用研究进展

二氧化碲(TeO₂)晶体同时具有优异的声光性能和高自然丰度的¹³⁰Te双b衰变性能, 既可用于高性能声光器件, 也可用于中微子与暗物质研究。近年来, 这两方面的应用都对TeO₂晶体的尺寸和质量提出了更高要求。本文简要介绍了TeO₂晶体的结构与物理性能, 综述了大尺寸、高质量TeO₂晶体制备的研究进展以及该晶体在红外器件中的应用进展, 最后展望了TeO₂晶体的制备与应用趋势。     

锡量子点制备及其电催化还原二氧化碳产甲酸性能

锡基材料在自然界含量丰富、价格低廉, 在电催化还原CO₂制液体燃料反应中具有巨大潜力。但是较低的产物选择性和较差的稳定性限制了其应用。本工作制备的锡量子点电催化剂(Sn-QDs), 具有高效、高稳定性和高选择性的电催化还原CO₂产HCOOH活性。Sn-QDs的平均颗粒尺寸仅为2~3 nm, 结晶性良好。小的颗粒尺寸增大了电化学活性面积(ECSA), Sn-QDs的ECSA约为锡颗粒的4.4倍。ECSA增大以及CO₂还原反应动力学加速, 促进了CO₂电化学转化。在-1.0 V (vs RHE)下, Sn-QDs/CN催化剂的HCOOH法拉第效率(FE_HCOOH)达到95%, 并且在宽约0.5 V的电势范围内能够保持在83%以上。此外, Sn-QDs/CN可以在24 h内保持良好的电化学稳定性。     

石墨烯装载不同含量钴锌铁氧体及其电磁行为对比

以天然鳞片石墨为原料制备氧化石墨(GO), 应用水热法制备钴锌铁氧体(Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄), 并将两者制备成石墨烯(rGO)/Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄复合材料。采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、红外光谱(FT-IR)研究rGO/Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄的结构; 应用透射电子显微镜(TEM)和矢量网络分析仪(VNA)研究不同复合比例对rGO/Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄复合材料形貌、电磁损耗特性、德拜弛豫模型及电磁响应行为的影响。结果表明: 复合反应后的GO在XRD图谱中主衍射峰由2θ=9.74°变化为2θ=24.15°, 且红外光谱图中显示含氧官能团消失, 均说明GO成功还原为rGO。透射电子显微镜图中可以看到Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄嵌布在rGO上。复合反应过程中, 当钴锌铁氧体的含量增大, 分散性逐渐减弱。Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄与GO质量比为2 : 1时制备的rGO/Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄复合材料的吸波性能最佳, 在15.11 GHz处反射率达到最小值-36.89 dB, 有效吸波频带宽为3.74。     

Corrosion of tin in citric acid solution and the effect of some inorganic anions

The corrosion behaviour of tin in different concentrations of citric acid solutions (0.3–1.0 M, pH=1.8) was studied at 30 °C by potentiodynamic technique. The E/I profiles exhibit an active passive behaviour. The active dissolution involves one anodic peak A associated with a dissolution of the metals as Sn(II) species. The passivity is due to the formation of thin film of SnO₂ and or Sn(OH)₄ on the anode surface. The cathodic sweep shows a small peak C related to the reduction of the passive film. The peak current density I_p of peak A increases with increasing both acid concentration and sweep rate.

The effects of adding increasing concentrations of Na₂CrO₄, NaMoO₄, NaNO₃ and NaNO₂ on the corrosion of tin in 0.5 M citric acid at 30 °C were investigated. Both CrO₄²⁻ and MoO₄²⁻ ions inhibit the corrosion of tin and the extent of inhibition enhances with their concentrations. Addition of either NO₃⁻ or NO₂⁻ accelerates the corrosion of tin. NO₃⁻ ions are more aggressive than NO₂⁻ ions.     

石墨烯/炭气凝胶的制备及其结构与性能研究

以间苯二酚(R)和甲醛(F)为炭前驱体原料, 通过溶胶-凝胶法制备石墨烯/炭气凝胶复合材料。采用XRD、Raman、SEM和N₂吸附/脱附等对样品进行结构表征。结果表明: 石墨烯为R和F的聚合提供形核场所, R和F首先在氧化石墨烯(GO)表面聚合, 随着RF含量的增加, 复合炭气凝胶(RF)结构从石墨烯薄片层为骨架的三维网络, 经RF基炭球包裹于石墨烯的网络结构, 最终转变为球形团簇交联的三维网络。石墨烯/炭气凝胶复合材料的比表面积随着RF的增加先增大后减小。当GO与RF质量比为1︰100时, GO/RF-100用作超级电容器电极材料, 在6 mol/L KOH电解液中的比电容达169 F/g, 具有较好的电容特性。     

凹凸棒石/g-C3N4复合材料的制备及其电催化析氧性能研究

以凹凸棒石(ATP)为载体, 通过原位沉积, 结合冷冻干燥、程序焙烧工艺在其表面负载不同质量分数的类石墨相氮化碳(g-C₃N₄)薄层材料, 制备系列ATP/g-C₃N₄复合材料用于电催化析氧反应, 产物标识为ATP/g-C₃N₄-w (质量分数w = mATP: (mATP + mg-C₃N₄)=0.33、0.40、0.50、0.67), 并研究在0.1 mol/L KOH的电解液中的电催化析氧性能。结果表明: g-C₃N₄薄层通过Si-O-C键牢固负载于凹凸棒石表面, 从而有效调变g-C₃N₄表面的电子层结构, 提供更多的催化活性位点。电催化析氧测试的结果表明: ATP/g-C₃N₄-0.50具有最优的析氧催化性能, 在10 mA/cm ²电流密度下其析氧过电位为410 mV, 塔菲尔斜率为118 mV/dec, 并表现出优异的析氧稳定性。     

A novel transparent pn junction based on indium tin oxides

p-Type indium-doped SnO₂ thin films were successfully fabricated on degenerate n⁺ indium tin oxide glass and quartz glass by sol gel dip-coating method. It was found from the X-ray diffraction results that indium-doped SnO₂ thin films were in the same rutile structure as that of undoped SnO₂. Hall effect measurement results showed that for In/Sn ratio≤0.33 and process temperature approximately 525 °C, the indium-doped tin oxide were p-type. The I–V curve measurement of a prototype transparent pn⁺ junction consisting of a layer of p-type indium-doped SnO₂ and a layer of degenerate n⁺ tin-doped indium oxide showed typical rectifying characteristics.     

Determination of the fracture toughness of fabric reinforced composites by the J-integral approach

The fracture behaviour of a glass-fabric-reinforced epoxy composite has been investigated experimentally. Load-displacement curves for single-edge-notched specimens were obtained on an MTS system and the J-integral evaluated through its energy rate interpretation. J_c, the critical value of the J-integral, obtained directly for a₀/w > 0·4 and that obtained through an extrapolation procedure for a₀/w < 0·4 compare quite well. J_c appears to be independent of crack length for specimen widths between 15 and 45 mm. J_c for ±45° specimens is less than half that for 0/90 specimens.     

Kinetics of reactive diffusion between Au and Sn during annealing at solid-state temperatures

The reactive diffusion between Au and Sn was experimentally studied at solid-state temperatures using Sn/Au/Sn diffusion couples prepared by a diffusion bonding technique. The diffusion couples were annealed at temperatures of T = 393 and 473 K for various times in an oil bath with silicone oil. After annealing, compound layers composed of AuSn₄, AuSn₂ and AuSn were recognized to form at the Au/Sn interface. The thickness of the AuSn₄ layer is about six and four times greater than those of the AuSn₂ and AuSn layers at T = 393 and 473 K, respectively. The ratio of the thicknesses of the compound layers is kept constant independently of the annealing time. The total thickness l of the compound layers is described as a function of the annealing time t by the equation l = k(t/t₀)ⁿ, where t₀ is unit time, 1 s. The exponent n is nearly equal to 1/2 at T = 393 K but takes a value between 1/4 and 1/2 at T = 473 K. Such an intermediate value of n at T = 473 K indicates that the grain boundary diffusion contributes to the reactive diffusion and the grain growth occurs at certain rates. As the annealing temperature decreases, the contribution of the grain boundary diffusion should become more remarkable, but the grain growth will slow down. Consequently, n becomes close to 1/2 at T = 393 K. According to the constancy of the ratio of the thicknesses, it is concluded that the same rate-controlling process works in the AuSn₄, AuSn₂ and AuSn layers at a constant annealing temperature.