自上世纪50年代第一代玻璃闪烁材料开发以来, 玻璃闪烁材料在核物理、高能物理、工业探测(中子能谱测量、中子射线照相术及极端环境下α、β与γ射线的探测等)等领域发挥着越来越难以替代的作用. 中子探测用玻璃闪烁材料的研究集中于镧系离子(Ce³⁺、Tb³⁺、Pr³⁺等)掺杂含6Li、10B等中子吸收截面较大核素的硅酸盐、磷酸盐、铝酸盐上. 本文由中子探测用玻璃闪烁材料的性能特点、发展历程与发光机理出发, 重点关注了含⁶Li硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、氟氧玻璃及其它玻璃闪烁材料的制备方法、光学性能、荧光衰减时间及中子探测效率等性能研究, 并对玻璃闪烁材料的发展趋势及未来应用方向作出了展望.

近年来, 石墨烯以其独特的结构和优异的材料性能而广泛应用于物理、化学及材料学等领域. 其中被寄予厚望的应用之一是高光电转换效率的新一代太阳能电池. 本文综述了石墨烯应用于太阳能电池领域的发展现状, 包括石墨烯应用于太阳能电池透光导电极、工作电极以及电池中电子受体材料等方面, 并指出了其今后的发展趋势.

采用共沉淀法制备了一系列Nd₂O₃含量为0~13wt%的CeO₂-ZrO₂-A1₂O₃(CZA)复合氧化物, 并通过X射线衍射(XRD)、低温N2吸附–脱附、氧脉冲吸附(OSC)、H₂–程序升温还原(H₂-TPR)及扫描电子显微镜(SEM)等方法对所制备的材料进行了表征. 研究结果表明, Nd₂O₃在CZA固溶体中的溶解限约为10wt%, 过量Nd的添加会出现分相形成Nd_0.5Ce_0.5O_1.75氧化物. 掺杂适量Nd能有效抑制氧化物晶粒的长大, 提高材料的热稳定性和氧化还原性能. Nd2O3的掺杂量为10wt%时, 样品的织构稳定性最好, 1000℃老化5 h后, 比表面积和孔容分别达97.14 m²/g和  0.44 mL/g. Nd₂O₃的掺杂量为7wt%时, 样品有高的储氧量, 经600℃和1000℃焙烧后储氧量分别为938.01 μmol/g和821.72 μmol/g; 体相氧的移动能力最强, 还原性能最佳, 老化后还原峰温由465℃升高到483℃. SEM结果表明, 所制备的材料均为球形颗粒, Nd₂O₃的添加可以有效阻止高温焙烧过程中粒子的团聚.

采用硬脂酸法合成K₂La₂Ti_3-xPb_xO₁₀, 通过微波辅助酸交换、胺柱撑、离子交换等步骤制备了CdS插层的K₂La₂Ti_3-xPb_xO₁₀ (记作CdS-K₂La₂Ti_3-xPb_xO₁₀)复合光催化剂. 利用X射线粉末衍射(XRD), 场发射扫描电子显微镜(SEM), X射线能谱仪(EDX), 紫外–可见漫反射吸收光谱(UV-Vis), X射线光电子能谱(XPS)和光致发光光谱(PL)等对产物进行表征, 考察了CdS-K₂La₂Ti_3-xPb_xO₁₀在紫外光及可见光下催化制氢活性. 结果表明, Pb离子掺杂和CdS插层K₂La₂Ti_3-xPb_xO₁₀拓展了催化剂的可见光吸收范围, 提高了光催化活性. 微波辅助制备的催化剂在紫外光和可见光照射3 h后的产氢量分别为 230.15和3.35 mmol/(g cat), 并对光催化机理进行了分析.

以钛酸四丁酯(TBT)为原料, 利用溶胶–凝胶法、小孔干燥和老化液浸泡工艺在常压下制备出了完整、无开裂的TiO₂气凝胶块体. 研究了小孔干燥和老化液浸泡技术对常压制备TiO₂气凝胶的影响, 研究结果表明: 小孔干燥能够降低TiO₂醇凝胶干燥过程中所受的不均匀收缩应力, 而TBT醇溶液和TEOS醇溶液浸泡处理, 能够增强凝胶的骨架强度, 有助于减轻凝胶在干燥过程中的收缩和开裂, 制备出完整的高性能TiO₂气凝胶块体. 基于小孔干燥和TEOS乙醇溶液浸泡老化处理, 制备得到的高性能完整TiO₂气凝胶块体, 其密度为0.184 g/cm³, 比表面积达389.5 m²/g. 用高温煅烧后的锐钛矿相TiO₂气凝胶催化降解渤海原油污水模拟溶液, 在TiO₂气凝胶加入量为400 mg/L的情况下, 90 min内对渤海原油污水的去除率最高可达91%.

以Na₂WO₄·2H₂O和Zn(COOCH₃)₂·2H₂O为原料, 采用微波水热法, 制备具有光催化性能的黑钨矿型棒状ZnWO₄纳米晶. 利用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、紫外–可见吸收光谱仪(UV-Vis)和光致发光谱仪(PL)分别对产物的物相、形貌和光学性能进行了表征. 结果表明: 采用微波水热法, 产物沿(100)晶面取向生长为棒状结构; 对其光学性能和光催化性能的研究显示, 所制备的ZnWO₄具有蓝光发光特性, 其激发峰和发射峰分别为295和460 nm, 其还具有较强的紫外吸收特性; 棒长约为50~60 nm, (100)取向度为0.24的ZnWO₄纳米晶具有最佳的光催化性能.

采用固相反应法制备Bi_1.5-xCa_xZnNb_1.5O₇ (0≤x≤0.50, BCZN)陶瓷, 研究Ca²⁺替代Bi³⁺对Bi_1.5ZnNb_1.5O₇陶瓷烧结特性、显微结构、介电性能和结晶化学特性的影响. 结果表明: 替代量x≤0.25 mol时, 样品为单一的α-BZN相. 随着Ca²⁺替代量增加, 样品最佳烧结温度从1000℃升高到1020℃; 致密度从7.011 g/cm³减小到6.353 g/cm³; 样品晶粒尺寸、晶格常数、电阻率均减小; 结晶化学参数键价和, AV(O')[Bi₄]、AV(O')[Bi₃Zn]、AV(O')[Bi₂Zn₂]和AV(O')[Ca₃Zn]均增大, 且该行为与其晶格常数、介电性能变化相吻合.

采用第一性原理方法, 模拟了应变对四方相BaTiO₃(BTO)空位形成能的影响, 并计算了应变和双空位共同作用下BaTiO₃体系的极化. 计算结果表明, 应变改变了空位形成能, 且在–3%到3%的应变范围内, 氧空位的形成能逐渐减小, 亦即压应变抑制了氧空位的形成, 这与Ti–O键的变化有关. 此外压应变在改变双空位形成能的同时, 增大了体系的极化和极化偏移, 对于1A和2A组合的双空位即使在–3%的应变下其极化偏移也只有1 μC/cm²和0.3 μC/cm², 而极化偏移是印记效应的表现, 因此应变对印记效应的影响很小, 可以忽略.

采用共沉淀–相转化法制备了纳米Dy_0.15Fe_1.85O₃磁颗粒, 研究了低温条件下温度变化对其磁学特性的影响. 采用XRF、TEM、XRD和超导量子磁强计(SQUID)对样品的化学成份、形貌、晶型结构和磁学性能进行了表征. 结果表明: 样品中的金属离子主要是Dy³⁺、Fe³⁺, 含量分别为12.17wt%、51.88wt%. 形貌为类球形, 平均粒径约15 nm, 且结晶性完全, 晶型为面心立方尖晶石结构. 在56.5～200.2 K范围内, 样品的饱和磁化强度(MS)、矫顽力(HC)均随温度的降低呈现出增大的变化规律, 当温度T≥142.8 K时, 呈超顺磁性状态; 当T＜142.8 K时, 由超顺磁性状态转化为铁磁性状态.

为了改善AB₅型储氢合金的放电容量和循环稳定性, 研究了快淬速度对MlNi_3.55Co_0.75Mn_0.4Al_0.3/5wt% Mg₂Ni复合储氢合金结构和电化学性能的影响. 电感耦合等离子发射光谱(ICP)、X 射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM/EDS)和透射电子显微镜(TEM)分析表明, 铸态复合合金由LaNi₅相和少量的Mg₂Ni相组成, 而快淬态复合合金却由(La,Mg)Ni₃新相和LaNi₅相组成. 当快淬速度≥15 m/s时, 复合合金中形成明显的纳米晶组织并伴有部分非晶化倾向. 电化学性能测试表明, 快淬态复合合金的最大放电容量和容量保持率随快淬速度的增大呈现出先增大后减少的变化规律, 其中快淬速度为20 m/s时合金电极的最大放电容量达最大值344 mAh/g, 经100次充放电循环后该电极的容量保持率为93.9%.

研究了固相反应法及共沉淀法制备的CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷深陷阱松弛特性. 测试了CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷在频率为0.1~10⁷ Hz, 温度为–100~100℃的范围内的介电频谱及温谱. 通过对不同温度下介电频谱的分析, 研究了双Schottky势垒结构中深陷阱松弛特性. 研究表明：在交流小信号作用下, 由于Schottky势垒中深陷阱与Fermi能级的上下关系发生变化, 引起深陷阱电子发射和俘获即电子松弛过程, 在介电频谱中表现为松弛峰; 并且由介电谱的分析结果可得深陷阱能级等微观参数. 比较不同试样的深陷阱参数可知：在CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷中, 在导带以下约0.52和0.12 eV的能级处存在由本征缺陷产生的深陷阱. 介电温谱与频谱的分析类似, 二者可以互为补充.

为了降低第二代高温超导涂层导体的制备成本, 采用电化学法(ED), 在双轴织构的Ni-5at%W (Ni-5W)金属基带上分别成功制备出了具有较好c轴取向的La₂Zr₂O₇ (LZO)和Gd₂Zr₂O₇ (GZO)缓冲层. 通过与磁控溅射方法(MS)相结合, 制备出MS-CeO₂/ED-RE₂Zr₂O₇双层结构, 用以取代完全用磁控溅射方法(MS)制备的多层缓冲层结构. 电化学法得到的 60 nm LZO缓冲层的面内和面外织构半高宽分别为7.2°和6.8°, 同样厚度的GZO缓冲层的面内和面外半高宽分别为6.7°和5.8°. 之后用脉冲激光沉积(PLD)在ED-LZO/Ni-5W, ED-GZO/Ni-5W, MS-CeO₂/ED-LZO/Ni-5W 三种结构的缓冲层上分别制备出具有超导性能的YBa₂Cu₃O_7-δ (YBCO)超导层.

空间电离辐照主要由能量连续变化的粒子组成, 绝大多数粒子穿透能力小, 因此, 空间电离辐照对玻璃的着色损伤必然随深度而呈现一种复杂的变化, 针对这一现象, 并且考虑到玻璃中色心的弛豫消失, 本工作建立了一种适用于玻璃空间电离辐照着色损伤动力学研究的方法. 以K9-HL玻璃为研究对象, 利用空间电离辐照作用在玻璃中随深度变化的Monte Carlo模拟结果, 研究了该玻璃在轨(近地点350 km, 远地点425 km, 轨道倾角51.6°)电离辐照着色损伤过程, 讨论了航天器用玻璃抗辐照性能考核方法, 分析了玻璃空间电离辐照着色损伤的深度分布, 提出了航天器用玻璃材料抗电离辐照损伤加固的关键点. 此外, 对不同石英玻璃防电离辐照层保护的K9-HL玻璃在轨光学性能做了研究.

利用自主设计、组装的高压脉冲激光沉积(PLD)系统, 研究了温度、靶材、催化剂厚度等生长参数对ZnO和Zn1-xMgxO纳米棒生长的影响, 并对ZnO纳米棒的生长机理和Zn_1-xMg_xO纳米棒的光致发光性能进行了探讨. 实验发现, 当金膜催化剂厚度为2 nm、温度为925℃时, 在单晶Si衬底上生长了直径均匀的ZnO纳米棒阵列, 且具有明显的(002)择优生长取向. 实验发现温度与催化剂厚度是影响ZnO纳米棒的直径和生长密度的重要因素. 据此提出了ZnO纳米棒阵列的高压PLD生长过程应为气–液–固和气–固相结合的生长机制. 通过在ZnO靶材中掺入氧化镁, 获得了Zn_1-xMg_xO纳米线和纳米带结构, 但生长无明显的择优取向. 光致发光谱测量表明, 镁掺杂明显增大了ZnO的带隙, 但也在其禁带中引入了缺陷能级, 导致可见发光明显增强.

采用胶体化学法合成硒化镉(CdSe)胶质量子点, 在此基础上制成了以CdSe胶质量子点为有源层, 结构为ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al的电致发光(EL)器件. 透射电镜测量表明量子点的尺寸为4.3 nm, 扫描电子显微镜测量ZnS薄膜和Al薄膜结果显示表面均较为平整, 由器件结构的X射线衍射分析观察到了CdSe(111)、ZnS(111)等晶面的衍射, 表明器件中包含了CdSe量子点和ZnS绝缘层材料. 光致发光谱表征胶质量子点的室温发光峰位于614 nm, 电致发光测量得到器件在室温下的发光波长位于450 ~ 850 nm, 峰值在800 nm附近. 本文对电致发光机制及其与光致发光谱的区别进行了讨论.

以聚合环硼氮烷前驱体(PBN)为原料, 通过熔融纺丝、不熔化处理、高温热解陶瓷化等工艺制备了BN中空陶瓷纤维. 利用XRD、SEM、TEM等对BN中空纤维的物相、结构和形貌进行了分析和表征, 同时测量了BN中空纤维的抗氧化性能及介电性能. 研究表明, 升温速率和热解温度是影响BN中空纤维的结构及介电性能的重要因素. 在优化工艺条件下, 制备BN中空纤维介电性能优异, 介电常数ε′和介电损耗正切值tanδ分别小于3.30和0.00064(室温, 7~18 GHz), 在氧化气氛中的使用温度高达950℃.

以碳纤维为填充物, 环氧树脂为基体, 制备了碳纤维/环氧树脂介电复合材料. 介绍了两种分布方式对复合材料介电性能的影响, 分别研究了两种分布方式的介电常数随碳纤维含量和长度的变化规律. 在2.6–8.2 GHz频率范围内, 轴向介电常数是径向介电常数的数倍; 实部和虚部都随着碳纤维含量的增加而增大; 碳纤维长度也对介电性能的各向异性影响显著. 双层微波传输带模型可以合理地解释这些规律.

用传统固相反应法制备了(K_0.5Na_0.5)NbO₃(KNN)和0.98(K_0.5Na_0.5)NbO₃-0.02LaFeO₃(0.98KNN-0.02LF)无铅陶瓷, 并对其介电、铁电性质以及相结构进行了研究. KNN陶瓷是正交相, 0.98KNN-0.02LF陶瓷是伪立方相结构. 介电研究表明: 0.98KNN-0.02LF 陶瓷的介温曲线与KNN陶瓷相比较出现两点异常: (i)正交相–四方相相变温度(T_O-T)和四方 相–立方相相变温度(T_T-C)均降低; (ii)最高介电常数温度T_m附近的相变温度宽化. 并且, 0.98KNN-0.02LF陶瓷在0~400℃内显示了相对比较平坦的介电常数, 介电常数达到2000, 介电损耗低于4%. 电滞回线变“窄”进一步证明了0.98KNN-0.02LF陶瓷的弛豫性.