采用氯磺酸作为磺化试剂, 在多壁碳纳米管上接枝氯磺酰基, 之后通过乙二胺的胺解反应, 制备出胺基修饰的多壁碳纳米管MWCNT-NH2, 并进一步与氯磺酰基酞菁铜反应制备出MWCNT-Pc复合物. 产物采用红外光谱,紫外可见, 拉曼光谱, X射线光电子能谱, 循环伏安, 热重分析等进行了表征. 结果表明, MWCNT-NH2上磺酰胺基接枝在MWCNT表面, 而MWCNT-Pc上的酞菁基团是通过MWCNT-NH₂上的酰胺基团与Pc形成复合物, 碳纳米管上约38个碳原子结合一个磺酸基酞菁分子; 该MWCNT-Pc复合物的热稳定性较MWCNT-NH2低; 利用喷涂法构筑了ITO/MWCNT-Pc光电极, 光电性能的研究结果表明在AM1.5光照条件下, 光电压及光电流分别为0.434V和0.158mA/cm²; 在320nm处的IPCE达19.8%, 具有较优良的光电转化性能. 根据测得的MWCNT-Pc的能带结构, 推知MWCNT-Pc的光诱导电子转移过程是Pc端基发生光激发电子跃迁, 此后电子转移到MWCNTs上并进一步传递到ITO, 完成电荷分离.

以Fe₂O₃、BaCO₃为原料, 采用熔盐法合成了BaFe₁₂O₁₉(BaM)六角铁氧体, 研究了煅烧温度、反应时间、熔盐添加量R及Fe³⁺/Ba²⁺摩尔比对产物物相、显微结构及磁性能的影响. 结果表明, 熔盐合成BaM的反应温度低于   750℃, 中间产物为BaFe₂O₄及BaFe₄O₇. Fe³⁺/Ba²⁺摩尔比在10~11.5可得BaM单相. 熔盐添加量R为1~3时, 所制BaM颗粒为规则六角片状. Fe³⁺/Ba²⁺摩尔比为11.5, 煅烧温度为1000℃时制得的BaM的比饱和磁化强度为71.9A·m²/kg, 接近其理论值72A·m²/kg.

采用溶胶-凝胶过程和静电纺丝技术相结合的方法, 制得了PVP/Sr_1-xLa_xFe_12-xCo_xO₁₉(x=0~0.5)复合纳米纤维, 经过煅烧处理过程, 获得了Sr_1-xLa_xFe_12-xCo_xO₁₉ (x=0~0.5)纳米纤维. 通过SEM、TEM、XRD和VSM等技术对样品的形貌、物相、结构以及磁性能进行了表征. 结果表明, 800℃煅烧后的Sr_1-xLa_xFe_12-xCo_xO₁₉ (x=0.5)纳米纤维的直径主要分布在80~150 nm; 这些纤维在室温下都具有硬磁特性, 化学组成对铁氧体的磁性能有着显著的影响, 当x≥0.3时, 样品中同时出现M型的SrFe₁₂O₁₉、LaFeO₃和CoFe₂O₄; 在适当范围内(x≤0.1), La³⁺-Co²⁺的掺杂有利于改善锶铁氧体纤维的永磁性能, 相应的矫顽力、饱和磁化强度和剩余磁化强度分别为H_c=432.02kA/m, M_s=54.7A·m²/kg, M_r=28.9A·m²/kg, 与传统溶胶-凝胶法在相同条件下制得的Sr_0.9La_0.1Fe_11.9Co_0.1O₁₉粉体样品相比, 磁性能也有显著提高.

通过等离子增强化学气相沉积(PECVD)法, 以氨气和硅烷为反应气体, P型单晶硅和石英为衬底, 低温下(200℃)制备了含硅纳米粒子的非化学计量比氮化硅(SiN_x)薄膜. 经高温(范围500~950℃)退火处理优化了薄膜结构. 室温下测试了不同温度退火后含硅纳米粒子SiN_x薄膜的拉曼(Raman)光谱、光致发光(PL)光谱及傅立叶变换红外吸收(FTIR)光谱, 对薄膜材料的结构特性、发光特性及其键合特性进行了分析. Raman光谱表明. SiN_x薄膜内的硅纳米粒子为非晶结构. PL光谱显示两条与硅纳米粒子相关的光谱带, 随退火温度的升高此两光谱带峰位移动方向相同. 当退火温度低于800℃时, PL光谱峰位随退火温度的升高而蓝移. 当退火温度高于800℃时, PL光谱峰位随退火温度的升高而红移. 通过SiNx薄膜的三种光谱分析发现薄膜的光致发光源于硅纳米粒子的量子限制效应. 这些结果对硅纳米粒子制备工艺优化和硅纳米粒子光电器件的应用有重要意义.

针对目前常规高温固体氧化物电解池(SOEC)阴极材料水蒸气扩散阻力大、极化能量损失高和稳定性差的不足, 本研究采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)造孔剂对SOEC阴极材料进行了微观结构调整和优化, 以提高其电解过程制氢性能和耐候性. 实验结果表明: 采用PMMA造孔剂可以显著降低水蒸气的扩散阻力, 提高SOEC的电解效率和制氢性能. 当PMMA的添加量为10wt%时, 阴极材料的孔隙率高达45%, 孔形规整圆形, 分布均匀, 孔径约为10 um. 微观结构改进后, 阴极的电导率为6726 S/cm, 运行稳定, 具有较高的机械强度. 当电解温度为850℃, 电压1.3V时, 与采用淀粉造孔剂的SOEC相比, 采用PMMA造孔剂的SOEC在运行过程中水蒸气扩散阻抗降低50%, 产氢率提高50%.  

分别采用共沉淀法、胶溶法和胶溶-共沉淀法制备了Ce_0.5Zr_0.5O₂(12wt%)-Al₂O₃(CZA)储氧材料, 并通过XRD、低温N2吸附?脱附、氧脉冲吸附(OSC)、程序升温还原(H₂-TPR)和O₂-程序升温脱附(O₂-TPD)等手段进行了表征. 材料经过1000℃焙烧后, XRD结果表明, 三种方法制备的样品均存在CeO₂-ZrO₂立方萤石和γ-Al₂O₃两种晶型. N₂吸附-脱附结果表明, 胶溶-共沉淀法制备的样品, 具有最大的比表面积和孔容, 分别为146.2m²/g和0.5mL/g, 且有最佳的孔径分布; 氧脉冲吸附(OSC)和H₂-TPR结果表明胶溶?共沉淀法制备的材料, 具有最佳的储氧性能和还原能力; 同时实验还比较了经1100℃焙烧对几种方法制备样品性能的影响.  

利用脉冲激光沉积(PLD), 在纳米多孔二氧化钛层(np-TiO₂)与透明导电玻璃之间分别沉积了二氧化钛致密层(d-TiO₂)和掺锂二氧化钛致密层(d-Li-TiO₂), XRD衍射结果显示该致密层具有锐钛矿结构. 电池开路电压随时间的衰减实验结果表明, 该结构可以有效减慢开路电压的衰减, 抑制透明导电玻璃上的电子向电解质逆向传输并进行电子复合的几率; 同时, 掺入锂后, 致密TiO₂层(d-TiO₂)能带宽度变窄, 降低了np-TiO₂层与透明导电玻璃之间的界面电阻, 使得np-TiO₂层导带上的光生电子更容易地向透明导电玻璃传输, 进而使得具有d-Li-TiO₂层的染料敏化太阳电池比无致密层的染料敏化太阳电池光电转换效率提高了42%.

配制RuCl₃·3H₂O和Co(CH₃COO)₂的异丙醇混合溶液, 采用原位热分解法制备了超级电容器用(RuO₂/ Co₃O₄)·nH₂O复合薄膜电极. 借助扫描电镜、X射线衍射仪、红外光谱仪、电化学分析仪等表征薄膜的微观形貌、物相转变以及电化学性能. 结果表明, 当涂覆液中n(Ru³⁺):n(Co²⁺)=1:3时, 复合薄膜经260℃热处理3h达到最佳的综合性能, 比电容为569F/g, 附着力为22.4MPa, 内阻仅为0.42Ω, 1000次充放电循环后比电容保持在初始电容量的97.6%.

采用微反应器技术, 在低毒性的非配位有机溶剂十八烯(ODE)/配体十八烯酸(OA)反应体系中对CdSe量子点进行了尺寸可控合成. 详细探讨了制备条件对生成的CdSe量子点的粒子数及粒子尺寸的影响. 结果表明, 反应温度对生成的粒子数不产生显著影响, 但相对较高的温度有利于具有较强荧光性的CdSe量子点生成. 在固定其他反应条件下, 过量的Se有利于生成大量的小粒子, 当n(Cd):n(Se)=1:5时, 产率可接近100%. 反应物中配体的量直接影响到单体的浓度, 通过控制配体OA浓度和反应时间, 成功地制备了一系列显示从蓝色到红色荧光, 粒径在2.2~4.3nm的CdSe量子点.

采用蒸馏提纯工艺制备了五组不同Er³⁺离子掺杂浓度的Ge-Ga-S-CsI玻璃样品, 测试了样品的折射率、红外透过光谱, 以及800nm激光泵浦下样品在2.85um处的中红外荧光光谱和荧光寿命, 计算了样品中OH^-在3um处的红外吸收系数以及Er³⁺离子与OH^-基团相互作用的强度参量KOH-Er, 讨论了OH^-根杂质对样品中红外荧光特性的影响. 结果表明: 蒸馏提纯工艺能有效降低玻璃样品中的OH^-残留量, 增强Er³⁺离子2.85um中红外荧光强度和荧光寿命. 计算得到KOH-Er值为1.08×10^-16cm⁴/s, 由于Er³⁺离子与OH^-之间单声子能量转移的高效性, 残存的少量OH?基团仍会影响2.85um荧光的强度.

采用激光区熔快速定向凝固技术制备出Al₂O₃/Er₃Al₅O₁₂(EAG)共晶自生复合陶瓷, 研究了不同激光扫描速率下材料的凝固组织特征及其演变规律, 并对其力学性能和增韧机制进行了分析. 结果表明: 激光区熔Al₂O₃/EAG由连续的Al₂O₃和EAG两相组成, 两相相互交错分布, 形成均匀的三维网状结构; 共晶间距细小, 在0.2~2.1μm之间, 并随着扫描速率的增加规律性地减小. 在低的扫描速率下, 微观组织呈现典型的层片状非规则共晶组织; 当扫描速率增至800μm/s时, 出现了胞状及EAG树枝晶. 共晶陶瓷的硬度和断裂韧性分别为18.7GPa和2.45MPa·m^1/2. 微观组织高度细化以及裂纹扩展过程中沿两相界面偏转、分叉等机制提高了材料的韧性.

采用不同厚度的MgO-Al₂O₃-SiO₂(MAS)玻璃作为中间层, 对表面改性炭/炭(C/C)复合材料与Li₂CO₃-Al₂O₃- SiO₂(LAS)玻璃陶瓷进行热压连接, 重点研究了中间层厚度对接头强度的影响, 并利用扫描电子显微镜(SEM)对连接界面及剪切断口的微观组织和形貌进行了分析. 结果表明: 没有添加中间层时, 接头强度仅为10MPa; 采用MAS玻璃作为中间层时, 接头室温剪切强度随着中间层厚度的增加先增大后减小, 当中间层厚度为80μm时, 获得的接头剪切强度最大, 为26.61MPa.

以聚合有机锆与聚碳硅烷组成的共溶前驱体为原料, 采用溶液浸渍-裂解(PIP)工艺制得了2D C/C-ZrC-SiC复合材料, 对复合材料的超高温烧蚀性能进行了研究. 利用SEM和XRD对烧蚀后材料的微观结构和物相组成进行分析, 探讨了复合材料的抗烧蚀机理. 结果表明, 复合材料的质量烧蚀率和线烧蚀率随着ZrC含量的增加先减小后增大. 其中ZrC含量为17.45vol%的复合材料具有最优的抗烧蚀性能, 即在表面温度为2200℃, 等离子焰烧蚀300s后, 其质量烧蚀率仅为1.77mg/s, 线烧蚀率为0.55μm/s. 研究发现, 材料表层的ZrC氧化生成的ZrO₂溶于SiC氧化生成的SiO₂中, 形成粘稠的二元玻璃态混合物, 有效阻止氧化性气氛进入基体内部, 对抗超高温烧蚀起到协同作用. 

以酚醛树脂(PF)为炭前驱体, 己二酸(DA)为致孔链段, 利用聚合物共聚炭化法制备双电层电容器用多孔炭材料. 通过红外和热重分析证实己二酸与酚醛树脂发生了化学反应, DA以链段或支链的形式存在于酚醛树脂固化体系中, 并在后续炭化过程中热解逸出. 氮气吸附分析表明酚醛树脂固化体系中的DA起到了一定的造孔作用, 随着DA加入量增加, 多孔炭比表面积先增大后减小, 当w(PF)/w(DA)=3:1时所得多孔炭的比表面积为550 cm²/g, 孔容为0.27 cm³/g. 采用直流充放电法、交流阻抗法和循环伏安法测定以上述多孔炭为电极材料的双电层电容器的电化学性能, 结果表明: w(PF)/w(DA)=3:1时制得的多孔炭电极在30% KOH电解液中比电容为145 F/g, 电流密度增大50倍, 比电容保持率达到70 %. 

以铌酸锂(LiNbO₃)作为压电增韧相, 碳纳米管(CNTs)/羟基磷灰石(HAp)复合粉料作为基体, 通过热压烧结在较低的温度下制得一种力学性能优良的骨组织替代材料. 主要研究了不同烧结温度下LiNbO₃的加入对复合材料的物相组成、微观结构和力学性能的影响. 结果表明: 在热压烧结过程中, LiNbO₃部分与HAp发生反应生成新相CaNb₂O₆. 当烧结温度为900℃时, 加入48.5wt% LiNbO₃的复合材料的抗弯强度和断裂韧性分别达到135MPa和1.71 MPa^.m^1/2, 相比基体材料分别提高了55%和109%. 

实验前期用冷冻干燥法合成一种溶胶?凝胶生物活性玻璃(BG/COL)与粗胶原纤维复合的组织工程支架. 本实验将支架与鼠骨髓间充质干细胞(rMSCs)共同培养, 评价支架材料的细胞相容性. 并将复合了成骨细胞的支架材料植入裸鼠皮下, 探讨其异位成骨的性能. 研究结果显示rMSCs可以在BG/COL多孔支架材料表面成功粘附、铺展、并向多孔支架内部迁移, 随着培养时间的延长, 双链DNA(ds DNA)数量增多, 细胞增殖情况与对照组差异明显. 将种在复合材料上的骨髓间充质干细胞诱导培养14d后切片染色, 其碱性磷酸酶(ALP)和钙素表达均呈强阳性. 体内植入实验的裸鼠健康状况良好, 伤口完全愈合, 6w后BG/COL周边及内部有骨组织和血管生成. 由此证明, 这种新型的复合多孔支架材料具有良好的生物相容性, 其复合了成骨细胞的组织工程骨具有良好的诱导成骨的性能, 因此这种材料是理想的应用于骨组织修复和再生的组织工程支架材料.  

采用尿素法制备高结晶度Mg-Al 水滑石(MAH), 系统研究了Mg-Al水滑石“记忆效应”及其对Cr(VI) 阴离子吸附性能的影响. 通过XRD、FT-IR、SEM、DSC以及去卷积分析对MAH、重构“记忆”MAH (RMAH)以及MAH的金属氧化物(MAO)、RMAH的金属氧化物(RMAO)进行表征分析. 结果表明, 重构的“记忆”RMAH和前体MAH均具高结晶度水滑石层状晶体结构特征, 两者晶体结构和层板电荷密度几乎无差异. MAO仍保留层状结构, 而再次重构的RMAO中MgAl₂O₄尖晶石晶相增多, 仍有层状结构残留. 由于水滑石强结构“记忆效应”, 使Mg-A1 LDOs(MAO和RMAO)对Cr(VI)阴离子吸附能力大大强于Mg-A1 LDHs(MAH和RMAH). MAO对Cr(VI)阴离子吸附能力高于RMAO, 可能由于RMAH焙烧形成的RMAO中MgAl₂O₄尖晶石含量增多及层状结构消减, 导致其“记忆效应”重构能力衰减, 从而使RMAO对Cr(VI)阴离子吸附能力下降. 

采用爆炸辅助化学气相沉积法, 以碳纳米管(CNTs)作催化剂, 三聚氰胺作碳源和氮源, 无金属催化剂合成出氮掺杂碳纳米管(CN_x). 通过TEM、EDS、Mapping、XPS、Raman和TG测试手段对CN_x进行了表征. 结果表明, CNx具有竹节状结构, 其掺氮量高达17at%, 且氮元素分布均匀. 氮元素以石墨型和吡啶型掺杂在石墨层中, 由于大量氮元素掺杂造成纳米管石墨化程度降低, 抗氧化能力减弱.  

二氧化硅空心微球是由模板/溶胶?凝胶法制备的, 其中模板选用的是阳离子型聚苯乙烯(PS), 前驱体采用的是正硅酸乙酯(TEOS). 二氧化硅空心微球的空腔大小由PS模板的尺寸决定, 所以通过改变聚合反应的参数(单体、引发剂、稳定剂、分散介质的极性), 可以制得粒径范围在0.71~1.80μm的二氧化硅空心微球. 改变TEOS的浓度为0.4~0.8mmol/L, 可以得到壁厚为20~60nm的二氧化硅空心微球. 空心微球的粒径和壁厚将会影响粉体的堆积密度, 而这同样会影响到以二氧化硅空心微球为原料制备的材料的热导率及强度.

以氢氧化钾(KOH)和五氧化二铌(Nb₂O₅)为原料, 通过微波水热法在200℃下合成出具有不同晶相、形貌的铌酸钾粉体(KNbO₃). 当KOH浓度在10~14mol/L时, 可以制备出纯相的KNbO₃粉体. X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)和透射电镜(TEM)分析可知, KOH浓度由10mol/L增大到15mol/L时, KNbO₃粉体由斜方六面体变为正交相, 再转变为四方相, 对应的形貌也由金字塔状变为棒状, 再转变为立方状. 当KOH浓度增大到15mol/L时, 出现了Nb₂O₅杂相. 常压烧结制备了KNbO₃陶瓷, 其介电常数达到302, 介电损耗为0.023,  压电常数达到80 pC/N, 平面机电耦合系数为0.17, 机械品质因数为70, 居里温度为420℃, 正交?四方相变温度为223℃.