淬火与元素替代对Y-Ba-Cu-O系超导材料结构及性能的影响

本文采用X射线分析方法,研究了在不同淬火温度下YBa_2Cu_3O_7-δ超导材料的X射线衍射谱线和点阵常数的变化规律。发现在550℃以上温度淬火,YBa_2Cu_3O_7-δ超导材料,在液氮温区火去超导性能。在700℃以上温区淬火,出现BaCuOy非超导杂相。以Sr替代YBa_2CuO_7-δ相中的一部分Ba时,随Sr含量的增加,超导转变温度下降。X射线分析表明,这是由于氧在晶胞中的位置发生变化和微量失氧造成的。以稀土元素完全替代其中的Y,对结构和超导中点转变温度影响不大。     

高TcY-Ba-Cu-O超导材料物相转变过程的研究

本文采用高温X射线衍射技术,对用Y_2O_3、BaCO_3、CuO为原料烧结制备的YBa_2Cu_3O_(7-δ)超导材料的物相转变过程进行了研究。结果发现,烧结温度在800～825℃温区范围内,BaCO_3相大量分解反应生成了YBa_2Cu_3O_(7-δ)相和Y_2Cu_2O_5、BaCuO_2、BaO相。在825～920℃升温过程中,Y_2Cu_2O_5和BaO相继反应生成YBa_2Cu_2O_(7-δ)相。而BaCuO_2相在此温区较为稳定,基本上不再继续参预物相反应。在降温实验过程中,BaCuO_2相于580℃保温时,逐渐发生转变。对点阵常数随温度变化的测定结果表明,YBa_2Cu_3O_(7-δ)相由四方向正交结构转变的温度范围是620～560℃之间。由此看来,反应生成非超导杂相的关键温区是800～825℃。在这一温区内,相转变非常剧烈而又非常复杂。560～620℃范围是对YBa_2Cu_3O_(7-δ)超导体进行保温吸氧热处理时决定氧含量、微裂纹及孪晶等微观结构非常敏感的温区。     

石墨烯及石墨烯/金属层状复合材料辐照损伤研究进展（英文）

随着航天器、核动力船舶、核聚变发电等工业的不断发展,不仅要求材料拥有优异的性能,还要求材料在极端条件下(辐照、高温等)仍能正常工作。那么如何保证材料在长时间辐照条件下的使用寿命?设计和制备抗辐照性能优异的金属复合材料已成为国防领域和核聚变发电的热点问题,此外,金属及其复合材料在辐照条件下的结构演化、性能变化及内在机理也是设计、制备抗辐照材料的关键所在。石墨烯具有优异的抗辐照能力,将石墨烯加入金属中又将会产生什么新变化呢?本文综述了离子辐照技术在石墨烯/金属复合材料及石墨烯的裁剪、修饰改性、结构设计及产业功能化等方面的研究进展。进一步理解石墨烯/金属复合材料辐照后的变化机理,为石墨烯/金属复合材料在核工业的应用提供理论依据。     

石墨烯及石墨烯/金属层状复合材料辐照损伤性能进展

随着航天器、核动力船舶、核聚变发电等领域的不断发展,不仅要求材料拥有优异的性能,还要求材料在极端条件下(辐照、高温等)仍满足正常工作。那么如何保证材料在长时间辐照条件下的使用寿命？设计和制备抗辐照性能强的金属复合材料已成为国防领域和核聚变发电的热点问题,此外,金属及其复合材料在辐照条件下的结构演化、性能变化及内在机理也是设计、制备抗辐照材料的关键所在。石墨烯具有优异的抗辐照能力,将石墨烯加入金属中又将会产生什么新变化呢？本文综述了离子辐照技术在石墨烯/金属复合材料及石墨烯的裁剪、修饰改性、结构设计及产业功能化等方面的研究进展。进一步理解石墨烯/金属复合材料辐照后的机理,为石墨烯/金属复合材料在核工业的应用提供理论依据。     

铜基体上爆炸喷涂钨涂层及其电子束热负荷实验研究

详细介绍了爆炸喷涂法在铜基体上制备钨涂层.磁约束核聚变面对等离子体材料要求有承受较高热负荷的性能,电子束辐照热负荷实验发现:0.3 mm的钨涂层可以承受5.13 MW/m2的热通量;在2 MW/m2、20s脉冲的条件下,样品能承受300周的疲劳而没出现破裂现象,且距离表面5 mm处铜基体的温度在70°C左右;5 MW/m2、2 s脉冲的条件下,样品可承受95周热疲劳,且距离表面5 mm处铜基体的温度不高于200°C.钨铜的热膨胀系数和杨氏模量相差很大,在加载热通量过程中,界面处产生应力,这将影响材料的耐热冲击性能,但爆炸喷涂仍然为制备核聚变较低热通量区域面对等离子体材料的一种参考方法.     

Bi—Sr—Ca—Cu—O系氧化物熔体的凝固产物及其向超导体的转变

用不同的熔化方法和后续热处理制备了BSCCO系超导体,研究了冷却速度、退火温度、退火时间和不同熔化方法对相变的影响,运用X射线衍射,光学显微镜,电子探针,差热分析,热重分析,导电性和抗磁性测量等分析了组织、结构和性能,结果表明,名义成分为Bi_2(Sr,Ca)_3Cu_2O_x的熔体在空气中凝固时,Bi_2(Sr,Ca)_3Cu_2O_(8+δ)(简称2212)超导相是较稳定的相;包含Bi_2(Sr,Ca)_2CuO_(6+δ)(简称2201)相的产物是易生成的亚稳相;在急冷条件下生成非晶后两者通过后续热处理可以转变成2212相,最佳退火温度在780-870℃间,非晶相也可转变成2201相,激光浮区熔化法(LFZM)制成的2201相退火后易转变成片状或纤维状的2212相,有利于改善超导相颗粒间的连接,提高临界电流密度     

孔隙率对SFN-LSGM作为SOEC阴极的性能影响

选择具有双钙钛矿结构的Sr_2Fe Nb O_6(SFN)及La_(0.9)Sr_(0.1)Ga_(0.8)Mg_(0.2)O_(3-δ)(LSGM)材料混合作为固体氧化物电解池(SOEC)的阴极,在SFN-LSGM中掺杂不同比例的淀粉,经过干压成型并在1400℃下烧结后得到测试样。利用真实密度仪及阿基米德法测定了样品的孔隙率;利用热分析仪测定了不同孔隙率的样品在35~1400℃条件下的热膨胀系数,研究该材料与常用SOEC电解质材料La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ(LSGM)的热匹配性能;之后利用电化学工作站测试了该材料在纯氢气气氛下电导率与孔隙率的关系。结果表明,样品孔隙率与淀粉掺杂量成正比,孔隙率对该材料热膨胀系数影响不大,且该材料与LSGM电解池热匹配性能良好。另外,当样品孔隙率增加时,该材料在850℃纯氢气气氛下的电导率在18%孔隙率时达到最大值。     

钨铼合金制备工艺及其热负载行为的研究现状

钨凭借其优异的性能,已成为核聚变堆面向等离子体材料的候选材料之一。在核聚变堆运行过程中,钨将面临高热负载辐照、高氢/氦等离子体辐照和高能中子辐照。其中,钨经中子辐照后会产生嬗变元素铼,随着核聚变反应的进行,这些元素将在钨中持续产生和积累,形成嬗变产物钨铼合金。因此,钨面向等离子体材料的热力学参数和耐热负载性能会发生变化,这将关系到钨面向等离子体材料的服役性能,甚至关系到反应堆的稳定运行问题。目前,由于在实验室条件下核聚变高能中子的产生受限,故而对嬗变产物钨铼合金的研究主要基于实验室制备的钨铼合金。本文综述了现阶段钨铼合金的主要制备工艺及其热负载行为,分析了钨铼合金热辐照行为中存在的问题,希望能为未来核聚变堆中钨面向等离子体材料的早日应用提供参考。     

α-Al_2O_3单晶的中子辐照效应研究

选用能量为0.1～500 MeV、总注量为1.0×10~(18) neutron/cm~2的快中子对α-Al_2O_3单晶进行辐照.采用吸收光谱和荧光光谱研究了α-Al_2O_3单晶经辐照后的缺陷形成及光学性能变化.α-Al_2O_3单晶经快中子辐照后出现着色现象,在206、228及256 nm等处出现吸收峰.荧光光谱出现了326、331及379 nm等荧光吸收峰值.分析表明,中子辐照在α-Al_2O_3单晶中产生了F~+、F_2及F_3~+等色心类型,该类吸收色心起源于α-Al_2O_3单晶中氧空位,并计算了辐照退火前后的色心浓度N.正电子湮没寿命结果表明,经快中子辐照后,α-Al_2O_3单晶产生单空位及多空位,且多空位浓度增大幅度比单空位的增大幅度大.     

La_(0.4)Sr_(0.6)Co_(0.2)Fe_(0.7)Nb_(0.1)O_(3-δ)电极应用于YSZ基对称SOFC性能研究

采用固相法合成了钙钛矿型氧化物La_(0.4)Sr_(0.6)Co_(0.2)Fe_(0.7)Nb_(0.1)O_(3-δ)(LSCFN),并采用流延-丝印法制备了以8 mol%Y_2O_3稳定Zr O_2(YSZ)为电解质、Gd_(0.1)Ce_(0.9)O_(2-δ)(GDC)为隔离层、LSCFN同时为阴极和阳极的对称固体氧化物燃料电池。利用X射线衍射对电极材料进行了物相及化学相容性分析,用扫描电镜表征了对称电池的微观形貌。分别以湿H_2(3%H_2O)和湿CH_4(3%H_2O)为燃料气,空气为氧化气测试了单电池的电化学性能,并在850℃湿CH_4下进行了电池的稳定性测试。结果表明:LSCFN与GDC具有良好的化学相容性。以湿H_2和湿CH_4为燃料气的单电池在850℃时最大功率密度分别为254和105 m W/cm~2。在100 h的CH_4稳定性测试中性能无明显衰减,具有良好的稳定性。     

退火温度对纳米晶Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4吸波性能的影响

采用溶胶-凝胶自燃烧法制备了Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4纳米晶,将其分别在550、800和1050℃下二次退火2h,利用XRD和微波矢量网络分析方法对二次热处理产物及其电磁性质进行了研究.结果表明,自燃烧后已形成完整的结晶尖晶石型Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4纳米晶.在0.1～1.5 GHz的测试频率,纳米晶具有介电损耗和磁损耗,且随着热处理温度的升高,电损耗逐渐减小.在1050℃下退火后获得的Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4纳米晶材料的μ'、μ"以及磁损耗正切tanδ_m明显大于在室温及550、800℃退火后的试样,在所测频率内具有优异的磁吸收性能.     

微波LTCC环行器用热压烧结SrFe_(12)O_(19)铁氧体的低温烧结特性（英文）

为了与低温共烧陶瓷(LTCC)技术兼容,采用热压烧结工艺在870℃制备了添加不同Bi_2O_3含量的SrFe_(12)O_(19)铁氧体材料,着重研究了材料的晶相组成、烧结密度、气孔率和磁性能等低温烧结特性。研究结果表明,材料在870℃烧结时,Bi_2O_3的添加促进了SrFe_(12)O_(19)晶相结构的形成,提高了材料的烧结致密度和磁性能。当Bi_2O_3的添加量(质量分数)为2%~4%,材料可以获得致密的结构,烧结密度达到4.65 g·cm~(-3)以上,气孔率低于10%,材料的饱和磁化强度Ms和内禀矫顽力Hci较高,分别达到252.4 k A·m~(-1)和312.9k A·m~(-1)以上。此外,基于SrFe_(12)O_(19)材料的低温烧结特性讨论了该材料在微波LTCC环行器当中的应用。     

钛表面氧化皮的清理方法

本文报道了退火处理对粉末烧结Y_1Ba_2Cu_3O_(7-δ)体材料超导性能的影响。在525～750℃的退火温度(T_A)范围内,体材料的起始超导转变温度和零电阻温度随退火温度提高而提高。当T_A=750℃时,样品由单一Tc组元构成,而T_A<750℃,样品却由两个Tc组元构成。不同退火样品的Jc随T_A的变化呈抛物线规律。对于给定的T_A,退火时间的改变对Tc和Je影响甚微。根据一维Cu-O链和二维Cu-O网络的完整性与退火的关系,文章对研究结果进行了讨论。     

三元Au/Fe_2O_3-ZnO基高选择性丙酮气敏材料的共沉淀和微波辐照法合成（英文）

采用共沉淀和微波辐照法合成三元Au/Fe_2O_3-ZnO基气敏材料。采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对材料进行表征,并对其气敏性能进行测试。结果表明,材料由六方纤锌矿ZnO、面心立方纳米金和斜方相Fe_2O_3晶粒组成。Au/Fe_2O_3-ZnO基传感器对乙醇和丙酮具有很高的选择性,在较低工作温度(270°C)下,对丙酮气体的灵敏度高(154),且响应速度极快(1 s)。材料对气体的选择性与加入该材料的Fe_2O_3量有关。该材料在丙酮气体检测与安全管理方面具有非常好的应用前景。     

Na掺杂对Bi-2212高温超导体性能的影响（英文）

采用放电等离子烧结(SPS)工艺制备了Na掺杂的Bi_(2.1)Sr_(1.96)Ca_(1-x)NaxCu_(2.0)O_(8+δ)超导材料。Bi-2212前驱体粉末采用改进的共沉淀工艺制备,并在烧结前将前驱体粉末与NaOH混合。研究了Na离子掺杂对Bi-2212体系晶格结构、相组成、微结构和相关超导性能的影响。结果表明:Na离子掺杂导致Bi-2212体系相转变温度的显著降低,因此在SPS过程中,烧结温度相应发生了变化。但Na掺杂仍然导致大量Bi_2Sr_2CuO_6 (Bi-2201)相生成,进而导致了超导相含量的降低和织构度的破坏,所以给体系的超导电性带来了负面的影响。另一方面,Na掺杂相Bi-2212中掺入了大量的点缺陷,这些点缺陷可以作为有效钉扎中心。因此,通过优化Na掺杂Bi-2212的烧结工艺,可在高场条件下获得体系性能的改善。     

一步法合成La_(0.4)Sr_(0.6)Co_(0.2)Fe_(0.7)Nb_(0.1)O_(3-δ)-Ce_(0.8)Gd_(0.2)O_(2-δ)对称电极应用于SOFC性能研究

一步法合成La_(0.4)Sr_(0.6)Co_(0.2)Fe_(0.7)Nb_(0.1)O_(3-δ)-Ce_(0.8)Gd_(0.2)O_(2-δ)(LSCFN-CGO)混合电导对称电极,并采用La_(0.8)Sr_(0.2)Ga_(0.83)Mg_(0.17)O_(3-δ)(LSGM)作为电解质制备了结构为LSCFN-CGO‖_(LSGM)‖LSCFN-CGO的对称电池。分别使用X射线衍射(XRD)仪和扫描电子显微镜(SEM)对LSCFN-CGO粉体物相及电极微观结构进行分析。一步法制得的LSCFN-CGO电极粉体为纯相,LSCFN钙钛矿相与CGO萤石相具备极好的化学相容性,且烧结得到了良好微观结构的对称电极。采用H_2 (3%H_2O)、C_3H_8 (3%H_2O)为燃料气测试电池性能,850℃电池最大功率密度可分别达980和869mW/cm~2。稳定性测试在C_3H_8 (3%H_2O)气氛中0.3 A/cm~2的恒流放电条件下进行,全程共420 h,衰减较小,期间进行8次电极氧化还原循环,对称电极具有理想的碳基燃料下氧化还原再生能力。结果表明,采用一步法合成混合电导电极是一种简便、优化的电极制备方法,具有广阔的应用前景。     

BaCuO2-δ含量和Sm/Gd比例对(SmGd)-Ba-Cu-O单畴样品超导性能和磁通钉扎机制的影响

采用热籽晶技术和"二步冷却"生长工艺,在空气中制备出了(SmGd)-Ba-Cu-O体系的单畴熔融织构样品,研究了BaCuO2-δ含量以及Sm/Gd比对超导性能和磁通钉扎机制的影响.研究表明,制备出的(SmGd)-Ba-Cu-O体系熔融织构样品没有宏观裂纹,77 K下的冻结场呈中心对称的圆锥形;当BaCuO2-δ的加入量x=0.2时,样品的Tc和Jc都比较高,其超导性能达到最佳值,过高或过低BaCuO2-δ的含量都对超导性能不利;BaCuO2-δ的加入抑制了LRE-Ba的整体替代,使得超导基体中的组分波动具有更强的△Tc钉扎;临界电流密度Jc和超导转变温度Tc都随着Sm/Gd比降低而增大,样品的临界电流密度都有非常明显的"鱼尾效应".     

基于第一性原理的石榴石型Li_7La_3Zr_2O_(12)固态电解质的设计与合成（英文）

基于密度泛函理论(DFT)的第一原理方法计算了四方相和立方相中2种不同的Li_7La_3Zr_2O_(12)(LLZO)固体电解质材料的能带结构,晶格参数,态密度和成键特性。基于理论计算结果,通过电子结构特性解释了四面体相的离子电导率低于立方相的离子电导率的原因。基于LLZO的第一性原理计算,设计了2种晶体结构的LLZO材料,并通过高温固相法制备并分析了不同烧结时间的LLZO颗粒的性能。探索了合成工艺参数对Li_7La_3Zr_2O_(12)性能的影响。立方晶Li_7La_3Zr_2O_(12)(C-LLZO)的平均晶格大小为a=b=c=1.302 246 nm,而四方Li_7La_3Zr_2O_(12)(T-LLZO)的平均晶格大小为a=b=1.313 064 nm,c=1.266 024 nm。在1000℃下烧结12 h的C-LLZO为纯立方相,在室温(25℃)下最大离子电导率为9.8×10-5 S·cm-1。T-LLZO在室温(25℃)下的离子电导率为5.96×10-8 S·cm-1,在800℃下烧结6 h具有纯的四方相结构,与计算结果基本吻合。     

超导应用的可能领域

利用其完全导电性利用其完全反磁性利用超导态和常态之转换超导强磁体测量仪器脉泽激光远红外线检测固体物理学研究磁选矿、生物磁应用离子推进电磁推进磁流体发电核聚变实验磁浮高速列车磁治疗机、发电机、电动机、低 温输电超导储能电子显微镜的磁透镜天线大功率振动台超导空腔谐振器加速度计陀螺仪无摩擦轴承和吊架磁屏蔽(磁场的超导屏蔽)高灵敏度磁通计标准电磁测量放大器磁流体发电机整流器磁通泵冷子管和固磁管(计算机中作开关元件和存储元件用。超导大容量存储器)逻辑元件热泵的开关微波接触器微波开关超导保险和开关超导应用的可能…     

氧化锑掺杂贫Ti钛酸锶钡陶瓷的介电性能及缺陷行为（英文）

采用固相法制备Sb_2O_3掺杂的贫Ti钛酸锶钡陶瓷,通过SEM、XRD和LCR测试系统研究其显微结构及介电性能随非化学计量比及Sb_2O_3含量的变化。结果表明:随着δ值增大,(Ba_(0.75)Sr_(0.25))Ti_(1-δ)O_(3-2δ)陶瓷由典型立方钙钛矿结构单相固溶体转变为多相化合物,而(Ba_(0.75)Sr_(0.25))Ti_(0.998)O_(2.996)陶瓷随Sb_2O_3掺杂量增加始终为单相固溶体。由V_(Ti)~(″″)及V_O~(··)引起的ABO_3型钙钛矿晶胞畸变导致(Ba_(0.75)Sr_(0.25))Ti_(1-δ)O_(3-2δ)陶瓷随δ值增大居里温度降低且相对介电常数增高。弹性偶极子V_O~(··)的定向引起畴壁钉扎而导致其介电损耗降低。(Ba_(0.75)Sr_(0.25))Ti_(0.998)O_(2.996)陶瓷的相对介电常数、介电常数最大值及居里温度均随着Sb_2O_3掺杂量增加显著降低而其介电损耗却随Sb_2O_3掺杂量的增加而增大。