研究了生长温度为1400℃时4H-SiC同质外延膜的生长速率、表面形貌及缺陷. 拉曼表征并结合KOH腐蚀表明外延膜中未出现3C-SiC多晶, 为单一的4H-SiC晶型. 通过KOH腐蚀发现, 低生长速率和高C/Si比有利于衬底表面的基平面位错(BPDs)转变成露头刃位错(TEDs). 在高生长速率下, 外延膜的表面三角形缺陷和位错密度会显著增加. 通过引入界面层, 可以实现生长初期的平滑过渡, 极大地降低高生长速率下外延膜的缺陷密度.

采用Bridgman法生长CdZnTe晶体.分别采用红外透过显微镜和正电子湮灭寿命谱仪研究了CdZnTe晶体中的Te夹杂相、Cd空位等缺陷与坩埚中的自由空间量大小的关系. 结果表明: 随着坩埚自由空间量的减小, 晶体中Te夹杂相密度从6.67×10⁴/cm²降低到2.36×10³/cm², 且Te夹杂相尺寸减小; 晶体的正电子平均寿命值随着坩埚自由空间量的减小从325.4 ps降低到323.4 ps, 表明晶体的Cd空位浓度及微结构缺陷减少; 晶体的红外透过率和电阻率则随着坩埚自由空间量的减小大幅提高, 进一步表明坩埚中自由空间量的减小能够有效地降低晶体中的缺陷浓度.

以铜氨离子为铜源, 水合肼为还原剂, 在表面预氧化的SiC表面, 采用一步原位化学沉积法制备了均匀包裹Cu颗粒的SiC复合粉体. 采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅立叶红外光谱(FT-IR)、Zeta电位等测试表征手段研究了工艺条件对原位沉积反应的影响. 研究发现SiC表面预氧化形成的SiO2层能显著增强对铜氨离子吸附能力, 有助于原位还原生成单质Cu, 形成近乎连续包裹层. 控制反应体系中铜氨离子浓度和反应温度可以影响反应速率, 从而控制Cu颗粒的沉积速率和包裹效果. 对比研究表明, 在0.2 mol/L铜氨离子溶液中70℃反应, 在预氧化的SiC表面能够获得最佳包裹层.

采用化学气相沉积法, 在涂层Al₂O₃的蜂窝状堇青石表面生长纳米碳纤维(CNFs), 通过负载V2O5催化剂, 制成低温蜂窝状脱硝催化剂. 采用SEM、TEM、XRD和XPS等分析方法, 对所制催化剂的物化性质及其脱硝性能进行了分析. 研究结果表明, 当CNFs在堇青石表面的生长厚度为0.74 μm时, 所制CNFs/堇青石载体的压缩强度达34.46 MPa; 在150~250℃范围内, V₂O₅/CNFs/蜂窝状堇青石催化剂表现出较高的低温脱除NO活性, 其中当CNFs的生长量为12.5%、V2O5担载量为1%时, 在250℃下NO的转化率达95%左右.

以不同配比的Y₂O₃-Al₂O₃为烧结助剂, 通过添加3wt%的单分散β-Si₃N₄籽晶, 采用气压烧结制备了氮化硅陶瓷, 并对所得材料的相组成、密度、室温和高温力学性能及显微结构进行了研究. 结果表明: 不同烧结助剂配比的α-Si₃N₄粉体在1800℃保温2 h即全部转化为β-Si₃N₄, 且各烧结体的相对密度都达到了97%以上. 在6wt%Y₂O₃和4.5wt%Al₂O₃为烧结助剂时, 添加3wt%籽晶的样品其室温强度和1200℃高温强度分别提高了20%和16%, 断裂韧性提高了8%.

PAN预氧丝在BCl₃气氛中进行碳化处理, 研究了处理温度与时间对纤维B元素含量的影响. 采用X射线光电子能谱(XPS)、傅立叶红外分析(FTIR)、扫描电镜(SEM)对碳化后纤维的形貌与结构进行表征, 并对其吸波性能进行分析. 结果表明: PAN预氧丝在BCl₃气氛下碳化后, 纤维表面生成了BCN包状附着物, 纤维中有B?N键的生成. 与氮气中碳化的碳纤维相比, 纤维的介电常数有所降低, 介电常数虚部降低得较快, 有利于改善纤维的吸波性能.

研究了炭黑或碳纤维填充氧化铝/二氧化硅吸波涂层在X波段范围的介电和吸波性能. 结果表明: 吸波涂层的复介电常数随着炭黑或碳纤维含量的增加而增大. 当吸收剂含量相同时, 填充碳纤维的吸波涂层比填充炭黑的吸波涂层具有更大的复介电常数. 当吸收剂含量大于5wt%时, 吸波涂层的介电常数在低频急剧增加, 且随频率增大而减少, 出现频散效应. 反射率测试结果表明: 吸波涂层的最大吸收峰随涂层厚度的增大向低频移动, 当涂层中炭黑含量为2wt%、厚度为1.8 mm时, 吸波涂层在9.2~12.4 GHz范围内反射率小于-10 dB, 具有较好的吸波效果.

以Mg、Si、Sn、Sb块体为原料, 采用熔炼结合放电等离子烧结(SPS)技术制备了n型(Mg₂Si_1-xSb_x)_0.4-(Mg₂Sn)_0.6(0≤x≤0.0625)系列固溶体合金. 结构及热电输运特性分析结果表明: 当Mg原料过量8wt%时, 可以弥补熔炼过程中Mg的挥发损失, 形成单相(Mg₂Si_1-xSb_x)_0.4-(Mg₂Sn)_0.6固溶体. 烧结样品的晶胞随Sb掺杂量的增加而增大; 电阻率随Sb掺杂量的增加先减小后增大, 当样品中Sb掺杂量x≤0.025时, 样品电阻率呈现出半导体输运特性, Sb掺杂量x>0.025时, 样品电阻率呈现为金属输运特性. Seebeck系数的绝对值随Sb掺杂量的增加先减小后增大; 热导率κ在Sb掺杂量x≤0.025时比未掺杂Sb样品的热导率低, 在Sb掺杂量x>0.025时高于未掺杂样品的热导率, 但所有样品的晶格热导率明显低于未掺杂样品的晶格热导率. 实验结果表明Sb的掺杂有利于降低晶格热导率和电阻率, 提高中温区Seebeck系数绝对值; 其中(Mg₂Si_0.95Sb_0.05)_0.4-(Mg₂Sn)_0.6合金具有最大ZT值, 并在723 K附近取得最大值约为1.22.

采用固相法获得了Mn改性的Na_0.5Bi_2.5Nb₂O₉(NBN+xmol%MnCO₃, 0≤x≤10.0)铋层状压电陶瓷, 并系统地研究了Mn(掺杂)对NBN基陶瓷显微结构与电性能的影响. 结果表明, 所有获得的样品都是居里点在700℃以上的单一相铁电体. 加入Mn显著地提高了NBN系列陶瓷的机械品质因素Q_m, 明显改善了陶瓷的压电与机电性能. 当MnCO₃掺杂量为8.0mol%时, 陶瓷获得最佳电性能: tanδ=0.749%, d₃₃=20 pC/N, Q_m=3120, k_p=12.37%, k_t=21.09%, P_r=7.01 μC/cm². NBN+xmol% MnCO₃(x=8.0)陶瓷经700℃退极化处理后, 其d₃₃保持为原来的75%(~15 pC/N), 表明该材料在高温领域下具有良好的应用前景.

采用电化学沉积法制备了ZnO纳米棒, 首先讨论了电化学沉积参数对氧化锌(ZnO)纳米棒形貌的影响, 并对不同长度ZnO纳米棒的光吸收和反射等性质进行了研究. 实验发现沉积时间是影响纳米棒长度、直径的重要因素, ZnO纳米棒的微观形貌对其光学性质有重要影响. 然后以氧化锌纳米棒为n型材料, 以氧化亚铜为p型材料, 通过电化学沉积法构筑了ZnO/Cu₂O异质结太阳能电池, 并测试了其光伏性能, 研究表明增长纳米棒阵列的长度使得开路电压、短路电流密度及光电转换效率等性能得到提升. 最后, 综合分析了氧化锌纳米棒形貌与所组装电池的性能之间的关系, 发现调控氧化锌纳米棒的形貌是提高ZnO/Cu₂O异质结太阳能电池光伏性能的有效途径.

对LiFePO₄/C复合前驱体, 分别采用静态氮气气氛, 动态氮气气氛及静态真空三种烧结方式进行碳热还原合成LiFePO₄/C复合正极材料. 采用XRD、SEM、CV和充放电循环测试等方法分析和表征材料的结构、形貌和电化学性能. 结果表明, 烧结方式对所得材料的结晶度、晶粒大小、碳含量、合成温度以及电化学性能均有显著影响. 真空烧结所得材料结晶度高, 而动态气氛烧结对材料颗粒细化及均匀化都有积极影响, 同时也能有效促进锂离子扩散动力学. 动态气氛烧结可将材料的烧结温度降低到500℃, 且所得材料表现出优异的电化学性能. 0.5C倍率下循环首次放电比容量达到163.4 mAh/g, 50次循环后容量保持率为99.02%.

采用激光区熔凝固技术制备大尺寸Al₂O₃/Y₃Al₅O₁₂(YAG)共晶自生复合陶瓷, 考察双面区熔条件下大尺寸氧化物共晶陶瓷的熔化及凝固成形规律, 采用扫描电镜、能谱和X射线衍射对其凝固组织特征进行了表征和分析. 研究结果表明:在优化的凝固工艺下, 激光双面区熔增加了熔凝层的厚度, 获得了熔凝层厚度8.2 mm, 长度65.0 mm, 致密度达98.5%±1%的Al₂O₃/YAG共晶陶瓷; 共晶熔凝层厚度随激光扫描速率的减小而增加, 随激光功率的增大而增大, 并且致密度随着激光功率的增大呈现先增大后减小的趋势; 双面区熔后的Al₂O₃/YAG共晶陶瓷微观组织由均一分布、相互交织的Al₂O₃和YAG共晶相组成, 共晶层片间距较小(1.0~3.5 μm), 且与凝固速度满足Jackson-Hunt公式; 共晶间距随扫描速率的增大逐渐减小; 双面区熔界面处共晶组织生长具有连续性, 界面结合良好; 共晶陶瓷的Vickers硬度为(18.6±1.0) GPa.

利用脉冲小孔法在He气氛下制备出了球形粒径可控的[(Fe_0.5Co_0.5)_0.75B_0.2Si_0.05]₉₆Nb₄金属玻璃单分散微粒子, 这些粒子具有粒径均匀和圆球度高等优良特点. 通过XRD、DSC以及TEM对所获得的粒子进行了检测分析, 结果表明随着粒径尺寸的减小, 微粒子的微观结构从混合相逐渐向全金属玻璃相转变, 制备的粒子均为全玻璃相, 临界尺寸小于645 μm. 通过冷却速率的计算, 得到全玻璃相微粒子的临界冷却速率为800~1100 K/s, 该速度与环境气氛的改变无关, 并且该计算值低于同成分的大块金属玻璃合金TTT曲线的测量值.

利用羧甲基纤维素(CMC)作为低熔点玻璃粉水分散液的防沉剂, 用高压均质机对玻璃粉进行细化处理, 使其粒度减小. 探讨了不同高压均质时间对玻璃粉的粒度大小和烧结性能的影响; 结果表明: 在相同的压强下(50 MPa), 高压均质时间越长则玻璃粉粒度越小、粒度分布范围越窄, 其软化温度和烧结温度也越低. 因此可以利用高压均质技术来降低玻璃粉的粒度, 从而降低玻璃粉的软化温度和烧结温度.

采用传统的高温熔融法熔制了一系列掺镱硅酸盐玻璃, 并测试了这些样品经总剂量为5 kGy的钴-60伽马射线辐射源辐照前后的吸收谱、荧光谱和上转换发光光谱. 实验结果表明: 辐致暗化效应导致玻璃样品在400 nm附近出现一个非常强的宽吸收带, 其尾端可延伸至近红外区.经辐致损耗谱分析可知, 部分Yb³⁺离子在辐照过程中通过俘获电离自由电子转变成了Yb²⁺离子, 导致掺杂样品的辐致损耗明显比基质材料的要大. 在960 nm LD泵浦下辐照过的样品荧光强度、上转换发光强度及荧光寿命均有所下降, 且在476 nm附近出现了氧缺陷ODC(Ⅱ)的荧光.室温下辐照过的样品在荧光测试过程中温度明显升高并出现漂白现象.

在研制的Er³⁺/Ce³⁺共掺低声子能量碲酸盐玻璃(TeO₂-Bi₂O₃-TiO₂)中, 分别引入高声子能量WO₃、SiO₂和B₂O₃氧化物组分, 测试了玻璃样品400~1700 nm范围内的吸收光谱、1.53 μm波段荧光谱、Er³⁺离子荧光寿命和拉曼光谱, 结合McCumber理论计算了Er³⁺离子光谱参数. 结果表明: 高声子能量氧化物组分的引入, 能使声子参与的Er³⁺/Ce³⁺离子间能量传递过程变得更为有效, 增加了Er³⁺离子亚稳态能级⁴I_13/2上粒子数积累, 从而增强1.53 μm波段荧光发射. 另外, 高声子能量氧化物组分的引入还可以增加荧光半高宽(FWHM)和带宽品质因子(σ_e×FWHM). 研究结果对于获取具有优异光谱特性的掺Er³⁺光纤放大器(EDFA)的玻璃基质具有实际意义.

通过膜层设计理论设计出以K9玻璃为基底的兼具高透过率和高耐摩擦性的三层宽带增透膜, 并通过溶胶-凝胶技术成功制备了所设计的增透膜. 以正硅酸乙酯(TEOS)和钛酸丁酯(TTIP)为前驱体、以盐酸为催化剂制得SiO₂和TiO₂溶胶. 将两种溶胶按一定比例混合得到SiO₂-TiO₂复合溶胶. 实验结果表明: 三层增透膜在可见光区的平均透过率达到98.7%, 与未镀膜的K9玻璃基片相比提高了7.1%. 增透膜经较强机械摩擦后透过率基本保持不变, 表明该增透膜具有优良的耐摩擦性. 采用六甲基二硅氮烷(HMDS)对增透膜表面进行进一步的修饰, 修饰后增透膜与水的接触角提高至94.3°, 增透膜的疏水性及环境稳定性得到较大的提高.

采用冷、热压烧结技术分别制备了WC-8Co和Al₂O₃-TiC两种拉拔模具. 研究了该两种不同拉拔模具用于实际拉拔加工45#钢线时的摩擦磨损行为, 并对其磨损机理进行了分析. 结果表明: 两种拉拔模具均具有较好的强度和硬度, 能较好地进行拉拔加工, 其内孔磨损在工作区及定径区最为严重, 磨损面有金属脱落元素、模具颗粒脱落元素及润滑脂残留物. WC-8Co和Al₂O₃-TiC两种拉拔模具的磨损机理不尽相同, WC-8Co模具主要为粘着磨损和磨粒磨损, 而Al₂O₃-TiC模具则以磨粒磨损和表面疲劳磨损为主. Al₂O₃-TiC拉拔模具更适合于45#钢线材的拉拨.

通过制备含有不同丝素蛋白(SF)含量的丝素蛋白/纳米羟基磷灰石复合材料, 着重研究丝素蛋白含量对纳米羟基磷灰石(n-HA)仿生矿化过程中晶体成核与生长及体外细胞相容性的影响. 结果表明: SF的加入对n-HA晶体的成核和生长具有明显的调控作用; 丝素含量的大小对n-HA晶体成核和生长没有明显的区别, 但对晶粒在有机大分子中的聚集状态有明显的影响: 当SF含量不超过20wt%时, n-HA晶粒呈现放射状团簇, 当SF含量超过20wt%时, n-HA晶粒无序团聚. 体外细胞相容性结果显示, SF的加入可以促进材料与细胞的界面亲和性, 但SF含量对这种亲和性的影响不明显, 20wt%和30wt%的SF含量对增殖能力具有较强的促进作用.

用固相反应法制备了RBaCo₂O_5+δ(R=Y、Dy、Gd、Pr、Nd、Sm和Eu)系列陶瓷. 用标准四探针法测量了它们从室温到600℃之间的电阻率变化. 在温度较低时, 它们的电阻率都随着温度的升高而减小, 显示为半导体特征. 当电阻率在某一温度达到最大值后, 电阻率开始随着温度升高而缓慢增加, 显示为半金属特征. 进一步研究了RBaCo₂O_5+δ系列陶瓷在高温恒温时的电阻率随着环境气氛的变化情况. 结果表明RBaCo₂O_5+δ陶瓷是一类潜在的氧阻传感器材料, 并且它们的响应速率从快到慢顺序是YBaCo₂O_5+δ > DyBaCo₂O_5+δ > GdBaCo₂O_5+δ > PrBaCo₂O_5+δ > NdBaCo₂O_5+δ > SmBaCo₂O_5+δ > EuBaCo₂O_5+δ. 以YBaCo₂O_5+δ陶瓷为例, 在700℃恒温时, 当从氧气氛切换到氮气氛时, 由于晶格中氧的脱附导致电阻率先是快速上升, 然后缓慢上升, 并在90 s内达到最大平衡值. 反之, 当从氮气氛切换为氧气氛时, 由于氧的吸附, 电阻率迅速降低, 约30 s内达到最小平衡值.

通过溶胶–凝胶法制备纯的VO₂和W掺杂的VO₂薄膜, 并且进行了XPS、AFM和XRD的分析与表征, 并观察了其微观形貌和结构. 同时研究了VO₂和W掺杂VO₂在红外光谱(λ=4 μm)和THz(0.3~1.0 THz)区域的金属–绝缘转变性能. 结果表明: 室温下W掺杂的VO₂薄膜在红外和THz区域的初始透过率都比纯的VO₂薄膜低. 在THz波段, W掺杂的VO₂表现出更低的相变温度. 同时在VO₂和W掺杂VO₂相变过程中, 观察到了金属–绝缘转变和结构转变的现象, W掺杂VO₂具有明显的峰位偏移现象.