温度对CVD法在纤维表面制备BN涂层的影响

采用BCl_3-NH_3-H_2体系,在不同温度下通过化学气相沉积法在SiC纤维表面沉积BN涂层。研究温度对BN涂层的沉积速率、形貌、组成以及结构的影响。结果表明:在低温阶段(700~900℃),生长速率随着温度的增加而增大,该结果与阿仑尼乌斯定律相一致,计算得出该反应表观活化能为57.2kJ/mol。涂层表面光滑致密,沉积均匀,沉积速率受表面反应控制。在900℃时,反应速率达到最大值(174nm/h),此时,反应速率由表面反应控制转变为物质运输控制。在高于900℃时,由于气相成核的缘故,沉积速率随着温度的增加而减小,涂层变得疏松粗糙。BN涂层为化学计量比1∶1的乱层结构,有序度随着制备温度的升高而增大。     

基于碳纤维的新型自支撑电极制备方法

借鉴自支撑电极的制备原理,利用电化学沉积结合(NH₄)₂S₂O₈和NaOH沉积液进行表面处理等手段制备了基于碳纤维表面Cu(OH)₂纳米结构的自支撑电极,分析测试了碳纤维表面的微观形貌、表面元素组成及其分布和表面物质的晶型以及利用水热反应在其表面附着电化学物质MnO₂后的电化学性能。结果发现,当(NH₄)₂S₂O₈的浓度为0.43 g/L、NaOH浓度为30.48 g/L、处理时间为12 min时,由SEM观察发现碳纤维表面的Cu(OH)₂纳米纤维的直径、长度、数量都较适宜;XPS、XRD和EDS的测试结果,沉积液处理后碳纤维表面部分单质铜转化为Cu(OH)₂,此结构非常有利于电化学物质的负载而由此构成开放、具有核壳结构的高性能电极材料;恒电流充放电(GCD)测试结果表明此电极材料具有极快的充放电速度。因此本文首次成功地在碳纤维表面的铜层表面原位生长出Cu(OH)₂纳米纤维,为未来以超级电容器为代表的能源设备的性能提升和商业化应用开拓了一种新的电极制备方法。      

沉积温度及热处理对低压化学气相沉积氮化硅涂层的影响

以SiCl₄-NH₃-H₂为前驱体, 在750~1250 ℃范围内通过低压化学气相沉积技术于碳纤维布上制备氮化硅涂层, 系统研究了沉积温度对氮化硅涂层的生长动力学、形貌、化学组成和结合态的影响。研究结果表明, 在沉积温度低于1050 ℃的情况下, 随着沉积温度的升高, 沉积速率单调增大。而当沉积温度高于1050 ℃时, 沉积速率随温度升高逐渐下降。在整个沉积温度范围内, 随着沉积温度的升高, 涂层表面形态逐渐向菜花状转变, 同时涂层表面变得愈加粗糙。涂层的最佳沉积温度在750~950 ℃之间。随着沉积温度的升高, 涂层中氮含量先降低后升高, 而硅含量不断增加, 氧含量在整个温度范围内逐渐降低。原始沉积涂层均呈无定形态, 经高于1300 ℃热处理后实现晶化, 并伴随着表面形貌的显著变化。此时涂层仅由a-Si₃N₄构成, 不存在任何b-Si₃N₄相。     

等离子喷涂-物理气相沉积Si/莫来石/Yb2SiO5环境障涂层

采用等离子喷涂-物理气相沉积技术(PS-PVD)在SiC/SiC复合材料表面依次制备了Si(底层)、3Al₂O₃-2SiO₂ (中间层)、Yb₂SiO₅(面层)环境障涂层(EBC)。利用扫描电子显微镜(SEM)观察分析EBC涂层表面与界面的微观形貌, X射线衍射仪对喷涂过程中易非晶化的莫来石涂层进行物相分析, 研究了喷涂粉末与高温等离子体的相互作用并探讨了EBC涂层的沉积机制。结果表明：通过PS-PVD技术可制备出低孔隙率、高致密界面的EBC涂层。通过观察EBC涂层表面, Si涂层表面无裂纹, 而莫来石和Yb₂SiO₅涂层表面均发现有微裂纹, 其中莫来石涂层表面的裂纹尺度大于Yb₂SiO₅涂层。三层结构的致密EBC涂层以液相沉积为主, 同时伴随有气、固沉积。在Yb₂SiO₅涂层沉积过程中, 液相沉积导致涂层为致密的层状结构, 蒸发后气相在等离子焰流中及基体表面发生均匀形核和非均匀形核导致涂层中出现大量的纳米晶粒, 而微熔粒子和溅射粒子则形成涂层中亚微米、微米晶粒。     

电沉积氧化锌纳米柱的带隙和近带边发射蓝移

用电化学沉积方法制备了ZnO纳米柱阵列。在Zn(NO₃)₂基础电解液中加入新电解质并引入NH₄NO₃ 和Ga(NO₃)₃,实现了对ZnO纳米柱阵列的带隙、近带边发射、斯托克斯位移、直径、密度等物理性质的设计和裁剪。可在63~77 nm操控纳米柱的直径。增加电解液中的Ga(NO₃)₃浓度,阵列的密度可降低到7.0×10⁹ /cm²。新加入电解液中的盐类使ZnO纳米柱的带隙蓝移~50 meV并使光致发光图谱中的近带边发射蓝移53~73 meV以及斯托克斯位移蓝移23 meV,表明可对其非辐射复合进行抑制设计和裁剪。     

SiC纤维表面(BN-SiC)n复合涂层的制备及单丝拉伸性能

为制备出理想的连续纤维增韧陶瓷复合材料界面相,利用化学气相沉积（CVD）工艺在SiC纤维表面连续制备出三种类型的（BN-SiC）_n复合界面涂层,对其进行微观结构表征,并通过单丝拉伸测试研究不同涂层对纤维单丝拉伸性能的影响。结果表明：SiC纤维表面沉积的（BN-SiC）_n涂层较为均匀致密。单丝拉伸强度随着涂层层数的增加而降低。单层BN涂层的SiC纤维具有最高的单丝强度保持率（70%）和最大的拉伸伸长率（2.3%）。具有（BN-SiC）₁与（BN-SiC）₂复合涂层的SiC纤维单丝的拉伸性能相比原始SiC纤维有明显下降,拉伸强度保持率分别是42.1%和32.3%。     

沉积真空度对铝化物涂层相结构和高温氧化行为的影响

采用化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)工艺,在沉积真空度为150mbar、200mbar和250mbar的条件下分别在镍基单晶高温合金基体上制备了三种铝化物涂层,研究了沉积真空度对铝化物涂层相结构和高温氧化行为的影响。借助X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等表征方法系统分析了三种铝化物涂层的相结构、显微形貌和化学组成。结果表明：三种沉积态铝化物涂层的相结构均为β-NiAl相,沉积真空度为200mbar的涂层样品还存在Ni_1.04Al_0.96和Ni_1.1Al_0.9双相结构;经1100℃静态氧化后,三种涂层表面均形成了Al₂O₃,β-NiAl相转变为γ′-Ni3Al相,沉积真空度为250mbar的涂层样品中γ′-Ni3Al相的峰强度最低;三种铝化物涂层的氧化增重速率分别为0.037g/(m²·h)、0.022g/(m²·h)和0.018g/(m²     

不同载气温度条件下低压冷喷涂Al-Al2O3复合涂层的沉积特性

目前,对低压冷喷涂Al-Al₂O₃复合涂层的研究主要集中在工艺和性能方面,对颗粒的沉积特性和机理的研究较少。为此,利用低压冷喷涂技术沉积Al-Al₂O₃复合涂层,研究了不同载气温度对复合涂层沉积特性的影响规律,采用扫描电镜(SEM)、三维轮廓仪对复合涂层的厚度、表面形貌、显微组织进行了分析。结果表明:不同载气温度(300,400,500,600℃)制备的Al-Al₂O₃复合涂层厚度依次为213.34,321.62,920.64,986.97μm,复合涂层厚度随载气温度升高而增加,尤其当冷喷涂载气温度由400℃变为500℃时,沉积层厚度增幅达186.25%;复合涂层表面最大高度差H_max和粗糙度R_a随载气温度升高呈增加趋势,载气温度为400℃时复合涂层表面质量最优,当载气温度由400℃变为500℃时H_max和R_a增幅最大,分别为72.68%和52.22%,随载气温度的升高复合涂层表面质量下降;复合涂层中形变Al颗粒的扁平率随载气温度升高呈下降趋势,复合涂层中Al颗粒由塑性变形量较大的扁平状(300℃)逐渐变为塑性变形量较小的椭球形(600℃),随载气温度升高Al-Al₂O₃涂层的沉积率突增和颗粒扁平率下降归因于Al颗粒的热软化效应。     

CVD法制备B-C体系材料

以BCl₃-C₃H₆-H₂为反应体系, 采用化学气相沉积法(CVD)在炭纤维束上制备了B-C体系材料, 研究了沉积温度的影响。利用SEM和XPS对BC_<em>x层的微结构、 元素含量和化学结构进行表征, 并结合化学反应过程, 探讨了导致沉积产物形貌、 成分和键结合状态的差异原因。结果表明, 沉积温度对B-C层生长速率和断面形貌均有较大影响: 900℃沉积时, 沉积较慢, 断面平整; 1000℃时, 沉积速度加快, 断面呈显著片层状结构; B-C层内B元素原子含量随沉积温度升高而降低; 沉积产物内B元素键结合状态有: B₄C、 B替代C、 BC₂O、 BCO₂和B₂O₃。沉积温度不仅影响B元素键结合状态, 而且还影响各结合状态的含量。B₄C在900℃时含量为0, 在1000℃时达到最大值32.5at%; B替代C在900℃时含量最高, 然后随温度升高而下降, 在1050℃时其含量又有所升高。      

制备工艺对CVD Si3N4涂层沉积速率的影响

采用HSiCl3-NH3-N2(稀释气体)体系在石英陶瓷基板上通过低压化学气相沉积(LPCVD)法沉积出了Si3N4涂层,研究了工艺条件对涂层沉积速率的影响.结果表明,在没有稀释气体的情况下,随着沉积温度升高,Si3N4涂层的沉积速率逐渐增加,在850℃附近达到最大值,随着反应温度的进一步升高,涂层沉积速率下降.当存在稀释气体时,在所选温度范围内随着沉积温度的升高,Si3N4涂层的沉积速率一直增大,反应的表观活化能约为222KJ/mol.随着原料中NH3/HSiCl3流量比值的增大,Si3 N4涂层的沉积速率逐渐增加,随后稳定,但稍有下降趋势.在所选稀释气体流量范围内,Si3N4涂层的沉积速率随着稀释气体流量的增加而增大.     

硼含量对碳硼化合物结构、力学影响行为研究

利用低压化学气相沉积技术, 以BCl₃-C₃H₆-H₂为反应气体制备了不同掺硼量的热解碳薄膜B_xC_1-x(x=0.05, 0.10, 0.16, 0.30, 0.50), 并研究了硼含量对B_xC_1-x微观结构及力学性能的影响。B_0.1C_0.9展现了高度结晶的类石墨结构, 其中大部分B取代石墨层中的C。随着B含量上升, B主要形成B-C键, B_xC_1-x结构向无定型转变。纳米压痕测试结果显示, B_0.1C_0.9的弹性模量和硬度较低, 载荷位移曲线显示其力学变形接近弹性变形, 随着B含量增加, 碳化硼生成量增加, 其弹性模量和硬度显著提升, 载荷位移曲线表现出典型的脆性材料力学行为。     

Deposition of Sm2O3 doped CeO2 thin films from Ce(DPM)4 and Sm(DPM)3 (DPM=2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato) by aerosol-assisted metal–organic chemical vapor deposition

Samarium-doped ceria (SDC) thin films were prepared from Sm(DPM)₃ (DPM = 2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato) and Ce(DPM)₄ using the aerosol-assisted metal–organic chemical vapor deposition method. -Al₂O₃ and NiO-YSZ (YSZ = Y₂O₃-stabilized ZrO₂) disks were chosen as substrates in order to investigate the difference in the growth process on the two substrates. Single cubic structure could be obtained on either -Al₂O₃ or NiO-YSZ substrates at deposition temperatures above 450 °C; the similar structure between YSZ and SDC results in matching growth compared with the deposition on -Al₂O₃ substrate. A typical columnar structure could be obtained at 650 °C on -Al₂O₃ substrate and a more uniform surface was produced on NiO-YSZ substrate at 500 °C. The composition of SDC film deposited at 450 °C is close to that of precursor solution (Sm : Ce = 1 : 4), higher or lower deposition temperature will both lead to sharp deviation from this elemental ratio. The different thermal properties of Sm(DPM)₃ and Ce(DPM)₄ may be the key reason for the variation in composition with the increase of deposition temperature.     

Eu3+掺杂Y2O3单分散红色荧光球形颗粒的尺寸可控合成与荧光性能

结合籽晶法和添加矿化剂硝酸铵, 通过均相沉淀合成和后续煅烧实现了(Y, Eu)₂O₃单分散球形颗粒(直径范围110~550 nm)的可控合成。通过XRD、FE-SEM、TEM和PLE/PL分析等手段对产物进行了系统表征。发现采用籽晶法和添加矿化剂硝酸铵可以促进球形颗粒长大。碱式碳酸盐前驱体经600℃煅烧分解为立方晶(Y, Eu)₂O₃, 且经1000℃煅烧后(Y, Eu)₂O₃依然继承球形形貌特征。所得多晶(Y, Eu)₂O₃球形荧光颗粒在242 nm激发下于615 nm处呈现最强红色荧光发射(Eu³⁺的⁵D₀→⁷F₂跃迁)。荧光粉的荧光性能呈现明显的尺寸依存性。增大球形颗粒尺寸减小了荧光寿命(1.15~1.57 ms)和荧光不对称因子[I(⁵D₀→⁷F₂)/I(⁵D₀→⁷F₁)], 但增强了荧光发射强度。     

CeO2修饰Mn-Fe-O复合材料及其NH3-SCR脱硝催化性能

氨选择性催化还原(NH3-SCR)技术需要进一步研发在相对较低温度(<300℃)下具有良好催化活性、高稳定性及环境友好的脱硝催化材料。本工作采用草酸共沉淀法制备Mn-Fe-O催化材料,并对其进行不同含量CeO2修饰,用于低温NH3-SCR脱硝催化反应。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、氮气吸附-脱附、X射线光电子能谱(XPS)、程序升温还原或脱附(H2-TPR、NH3-TPD)等手段对催化剂进行了表征。催化结果表明,在相同反应条件下适量CeO2修饰后的Mn-Fe-O样品比纯Mn-Fe-O表现出更优异的NH3-SCR脱硝催化性能,在80℃时NO转化率在95%以上,且具有较高的N2选择性。CeO2修饰提高了Mn-Fe-O氧化物表面的Fe^3+、Mn^3+和Mn4+含量及表面酸性位点数量,从而有助于NH3的吸附及催化反应的进行,并且Fe^2+/Fe^3+、Mn^2+/Mn^3+/Mn^4+以及Ce^3+/Ce^4+电子对之间的相互氧化还原反应提高了催化剂的氧化还原能力及稳定性。     

Deposition chemistry in the Cat-CVD processes of the SiH4/NH3 system

Laser spectroscopic as well as mass-spectrometric techniques were employed to examine the deposition chemistry in the catalytic chemical vapor deposition processes of the SiH₄/NH₃ system. The absolute densities of NH, NH₂ and SiH₃ radicals were measured under various conditions. The densities of the stable products, H₂ and N₂, as well as those of the reactants, NH₃ and SiH₄, were also measured. The NH₂ density is always higher than that of NH and both densities decrease by the addition of SiH₄. The SiH₃ density increases nonlinearly with the increase in the SiH₄ pressure. The SiH₃ density was found to be much higher than that of NH₂ under near practical deposition conditions to fabricate Si₃N₄ films (an NH₃ to SiH₄ flow-rate ratio of 50:1, a total pressure of 20 Pa and a catalyzer temperature of 2300 K). No aminosilane molecules were identified, suggesting that the contribution of aminosilyl radicals to the film deposition is minor. Thus, NH₂ and SiH₃ must be the major deposition species to form Si₃N₄.     

N与La共掺杂纳米TiO_2/电气石复合材料的制备及其光催化性能

采用超声辅助溶胶-凝胶法,以钛酸丁酯为原料,尿素为N源,硝酸镧为La源,制备了N与La共掺杂纳米TiO_2/电气石复合材料。采用XRD、UV-Vis、SEM-EDS和XPS对复合材料的结构和性能进行了表征。以2,4,6-三硝基甲苯作为目标污染物,考察了N与La共掺杂纳米TiO_2/电气石复合材料的光催化活性及再生利用性能。结果表明:N与La共掺杂并负载电气石后,两者协同作用使TiO_2晶粒更加细化,光吸收范围向可见光区拓展,N与La共掺杂纳米TiO_2/电气石复合材料具有良好的光催化活性和再生利用性能,且在模拟可见光照射条件下对2,4,6-三硝基甲苯具有良好的去除效果。