碘化铯(CsI)薄膜因对X射线及紫外光具有高的光电转换效率而倍受关注。在核物理、高能物理以及天体物理研究的推动下, 研制高量子效率(QE)、性能稳定的CsI薄膜光阴极成为了近年来研究的热点。然而, 目前人们对某些影响其性能的因素还不完全清楚或确定。本文综述了CsI薄膜光阴极的最新研究进展, 总结了影响QE的因素和光阴极的老化机理, 重点关注了一些存在争议的问题, 并对其研究发展方向进行了探讨。

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算, 研究了C/Ge掺杂对单壁扶手型硅纳米管电子结构和光电性质的影响。结果表明, 本征态和C/Ge掺杂的硅纳米管均属于直接带隙半导体, 其价带顶主要由Si-3p态电子构成, 而导带底则主要由Si-3p态电子决定。通过C掺杂, 可使硅纳米管的禁带宽度减小, 静态介电常数增大, 吸收光谱产生红移; 而通过Ge掺杂, 可使硅纳米管的禁带宽度增大, 静态介电常数减小, 吸收光谱产生蓝移。研究结果为硅纳米管在光电器件方面的应用提供了理论基础。

实验研究了Fe和Cu离子对N31型激光玻璃在激光波段1053 nm激光斜率效率的影响。研究发现, 随着Fe离子含量的增加, 激光斜率效率呈e指数快速下降, 激光阈值呈二次方程形式快速增加, 并得出Fe离子含量与斜率效率和激光阈值之间的经验关系式。同时发现, 在相同掺杂浓度条件下, Cu离子比Fe离子更加严重地降低钕玻璃的激光性能。研究结果对如何提高激光玻璃的增益性能和定量控制原材料的杂质含量具有一定指导意义。

使用熔融淬冷法制备了Er³⁺掺杂Ge-Ga-S-CsBr硫卤玻璃, 研究了其在1550 nm激光激发下的上转换发光特性, 观察到强的波长中心位于525和545 nm绿色发光及弱的中心波长位于660 nm红色发光, 也观察到了中心波长分别位于810和980 nm的红外上转换发光。基于泵探光功率关系和能级寿命测试研究了发光机理, 发现中间态能级寿命的延长是上转换发光效率增强的根本原因。使用全光谱光源测试了Si太阳能效率, 当使用上转换发光层时, 太阳能电池平均效率从7.28%上升至7.32%。结果显示所探索的稀土掺杂硫卤玻璃有望应用于硅太阳能电池效率增强领域。

分别采用不同的熔炼、退火工艺, 结合放电等离子烧结方法制备了块状多晶In₄Se₃热电材料。研究了熔炼时间和退火时间对材料物相、成分、显微结构及热电性能的影响。熔炼后铸锭中存在In及InSe杂相, Se缺失量随熔炼时间的延长而增加, 使得样品载流子浓度增大, 电导率有所提高, 熔炼48 h样品ZT值相对较高。在确定熔炼工艺的基础上, 进行不同时间的退火处理后, InSe相消失, 显微结构中分布有较大尺寸的台阶状结构, 这种台阶状结构有利于降低热导率, 而对电导率无明显影响。实验结果表明: 一定程度延长熔炼时间、退火时间对提高样品的热电性能有积极作用, 其中熔炼48 h再退火96 h后的样品ZT值最高, 在702 K达到0.83, 比文献值提高约32%。

通过放电等离子烧结(SPS)实现阻挡层Ti-Al、过渡焊接层Ni与热电臂Yb_0.3Co₄Sb₁₂的一体化烧结, 使用Ag-Cu-Zn共晶合金完成热电元件Yb_0.3Co₄Sb₁₂/Ti-Al/Ni与Mo-Cu电极的钎焊连接。扫描电镜(SEM)显示出Yb_0.3Co₄Sb₁₂/Ti-Al/Ni/Ag-Cu-Zn/Mo-Cu接头中各界面结合良好, 无裂纹, 成分分析发现Yb_0.3Co₄Sb₁₂/Ti-Al界面存在AlCo、TiCoSb及TiSb₂等金属间化合物(IMC)。500℃下等温时效30 d后, Yb_0.3Co₄Sb₁₂/Ti-Al界面处的金属间化合物厚度无明显变化; Ag-Cu-Zn/Ni界面处Cu、Zn扩散趋于稳定, Cu-Zn扩散层厚度达到约40 μm。界面接触电阻测试结果表明, 等温时效前后Yb_0.3Co₄Sb₁₂/Ti-Al/Ni/Ag-Cu-Zn/Mo-Cu元件的界面接触电阻率均低于10 μΩ·cm²。

采用电弧炉熔炼、球磨、放电等离子烧结的方法合成了系列第I类笼状化合物Ba₈Ga₁₅XSi₃₀(X=Ga、Zn、Cu)。研究了Zn、Cu对Ga的替代对材料结构以及热电性能的影响。结果表明, 相比于Ba₈Ga₁₆Si₃₀, Zn、Cu的掺杂使得样品的晶格常数减小, 热导率降低, Seebeck系数的绝对值增大, ZT值有明显的升高。

以AlN粉末为原料, 添加稀土氧化物(Sm₂O₃、Y₂O₃), 在氮气气氛下, 采用SPS烧结方法制备AlN陶瓷, 研究稀土氧化物的掺杂对AlN烧结试样相组成、微观结构和电性能的影响。实验表明: Sm₂O₃、Y₂O₃与Al₂O₃反应生成的液相稀土金属铝酸盐会提高AlN陶瓷致密度, 且在晶界处形成导电通路降低了AlN陶瓷电阻率。随着Sm₂O₃掺杂量的增加, 晶界相逐渐由Sm₄Al₂O₉过渡到SmAlO₃, 且Sm₄Al₂O₉对电阻率贡献最大。其中, 3wt% Sm₂O₃掺杂AlN陶瓷电阻率最低, 为

, 相对密度为99.33%。Y₂O₃掺杂量的增加会使晶界处钇铝酸盐由富铝酸盐向富钇酸盐转变, 三者电阻率相差较小, Y₂O₃含量高于3wt%的AlN陶瓷电阻率维持在

左右, 其中4wt%Y₂O₃掺杂AlN相对密度最高为99.08%。

在Ti-C体系中引入PTFE(聚四氟乙烯树脂)作为反应促进剂, 实现了TiC粉体的低温固相合成。分别利用热分析仪、X-射线衍射仪和场发射扫描电子显微镜, 测定了体系的反应温度, 表征了生成物的物相和微观形貌, 并对其反应过程和反应机理进行了分析。结果表明: 当添加3wt% PTFE时, 能够在530℃通过燃烧合成制备平均粒径小于100 nm的TiC陶瓷粉体, 接近于利用Scherrer 公式取XRD最强衍射峰计算出的平均晶粒尺寸81 nm, 可以推测所合成的TiC颗粒为单晶颗粒。燃烧合成过程分为两个步骤: 首先, 在低温下PTFE和Ti发生反应并释放出大量的热; 然后, 诱发Ti和C的固相反应生成TiC。

通过常压烧结法制备了气孔率为53.43%的多孔氮化硅预制体, 并利用挤压铸造法制备双连续β-氮化硅增强铝基复合材料, 并研究了热处理温度对复合材料显微组织和力学性能的影响。利用位错增殖强化理论和界面反应理论分析复合材料的显微组织和力学性能, 结果表明, 随着热处理温度的升高, 铝合金基体发生位错增殖, β-氮化硅增强体和铝合金基体的界面反应程度增强, 复合材料的显微硬度增高, 断裂韧性降低, 弯曲强度先增加后降低, 复合材料断裂模式从沿晶韧性断裂转变为沿晶脆性断裂。当热处理温度为850℃, 复合材料的界面层厚度约为20~50 nm, 其综合力学性能达到最佳。

采用喷雾干燥与真空烧结技术制备出不同MoSi₂含量的ZrB₂-MoSi₂球形团聚粉末, 并以平均粒径为30 μm的ZrB₂-MoSi₂团聚粉末为原料, 利用大气等离子喷涂法在C/C复合材料表面制备包覆完整的ZrB₂-MoSi₂复合涂层, 借助XRD、SEM等对涂层的组织结构以及涂层的抗氧化性能进行了研究。结果表明: ZrB₂-MoSi₂涂层结构均匀致密, 结合强度达到7.2 MPa。适当含量的MoSi₂, 可以提高涂层的抗高温氧化性能; ZrB₂-40wt%MoSi₂涂层C/C复合材料试样在1500℃静态空气中氧化9 h, 失重率仅为1.7%, 涂层具有良好的自愈合能力, 表现出优异的抗高温氧化性能。

采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)以团聚烧结的ZrO₂-7wt%Y₂O₃(7YSZ)为原料, 在850℃基体温度下制备了具有柱状结构的热障涂层, 并通过场发射-扫描电镜(FE-SEM)分析了柱状涂层的显微结构。此外, 基于原子聚集理论研究了PS-PVD中7YSZ气相分子在基体上的形核与生长过程, 并分析了高温基体下7YSZ柱状涂层的沉积机理。另外, 在1200℃下考察了7YSZ柱状涂层的CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂ (CMAS)腐蚀性能并探讨了其失效机制。结果表明, 在高温下7YSZ气相分子首先吸附在基体上, 通过扩散迁移形成分子团并吸附在基体表面上, 然后分子团再与其它吸附分子碰撞结合形成临界晶核, 临界晶核捕获其它吸附分子进一步长大形成晶核小岛, 此后依次经过岛状、联并、沟道、连续这四个阶段最终形成柱状涂层。高温下 CMAS熔融并在毛细管力的作用下沿着柱状涂层孔隙往深度方向渗透并与涂层发生热化学反应使涂层热物性能发生变化, 最终在热化学与热机械的相互作用下使涂层内产生平行于表面的横向裂纹, 并层离失效。

采用一种新型涂晶方法即蒸汽相转化涂晶法, 在廉价大孔α-Al₂O₃载体上水热合成制备高质量的SAPO-34分子筛膜。该方法能够有效修复α-Al₂O₃载体的大孔缺陷, 通过制备平整均匀的晶种层, 最终得到了连续并且无明显“针孔”缺陷的SAPO-34膜。实验考察了浆料中添加尺寸分别为2 μm、1 μm、500 nm及100 nm的晶种对形成晶种层及分子筛膜的影响, 并将制备的分子筛膜用于渗透汽化异丙醇脱水实验。在75℃下对90wt%的异丙醇/水混合物具有优良的分离性能, 其通量和分离系数分别为1.396 kg/(m²·h)和973。

采用溶胶-凝胶技术在铝表面涂覆氧化铝薄膜, 再利用长链脂肪酸对氧化铝薄膜进行疏水改性, 在金属铝表面构筑了具有较强减摩性能的超疏水薄膜。研究了沸水及水合肼溶液处理对氧化铝薄膜表面微纳织构的影响; 探讨了脂肪酸分子结构对薄膜静态和动态润湿性的影响, 利用球盘式微纳米摩擦磨损试验机评价了薄膜的摩擦学性能。结果显示, 水合肼溶液处理后的氧化铝薄膜经硬脂酸改性后不仅表现出超疏水性能, 而且具有较强的减摩性能。

以碳球为模板, 六水合氯化镍和尿素为原料, 通过水热反应制备前驱体Ni(OH)₂/C, 在高纯氮气中煅烧获得核壳结构的NiO/C微球。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光谱(EDX)和热重分析(TGA)等技术手段, 分析NiO/C微球的形貌结构以及物相组成, 结果表明: NiO/C微球直径约1.4 μm, 由厚度为50 nm的纳米片包覆碳球形成花状核壳结构, NiO呈立方相。通过循环伏安法和计时电流法研究了NiO/C微球的电化学行为及葡萄糖传感能力。与单纯NiO相比, NiO/C具有优异的葡萄糖传感性能, 其灵敏度为31.37 mA/(mmol·L^-1·cm²)线性响应范围为2~1279 μmol/L, 最低检测限为2 μmol/L。该传感器具有灵敏度高、抗干扰能力强和稳定性好等特点。

以海藻酸钠为晶体生长调节剂, 在水热条件下制备了形貌均匀、高长径比的羟基磷灰石(Hydroxyapatite, HA)单晶纳米棒。通过X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、透射电镜(TEM)以及同步热分析(TG/DSC)等测试方法对合成产物进行了表征, 探索了反应温度和时间对产物的结晶度、组成以及形貌的影响, 并提出了HA纳米棒的合理生长机理。研究表明, 80℃水热条件, 反应24 h, 对于均匀、低有机吸附量的HA单晶纳米棒合成较有利。对纳米棒的不同生长阶段的微结构分析表明: 晶体生长经历了成核、表面调控、继续生长和取向搭接四个阶段。

本研究探索具有良好力学性能的纳米晶体纤维素(NCC)对磷酸钙骨水泥(CPC)抗压强度的影响。采用万能力学试验机、Gilmore双针、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)表征含不同NCC的CPC理化性能; 利用扫描电子显微镜(SEM)和荧光显微镜观察CPC断面形貌和荧光标记的NCC在CPC中的分散。抗压强度结果表明: NCC能显著提高CPC的抗压强度, 且2% NCC-CPC的抗压强度最高, 约为27 MPa; CPC的凝固时间随NCC含量的增加而延长, 含量为2%时基本符合临床要求; XRD和XPS结果显示NCC与Ca²⁺形成不稳定的配合物, 促进了CPC中二水磷酸氢钙(DCPD)和CaCO₃的溶解和转化; SEM观察结果显示加入NCC使CPC内部结构更致密, 孔隙和裂纹减少; 荧光显微观察结果表明NCC在CPC中均匀分散。

以CeCl₆•6H₂O 和NH₃•6H₂O为原料, 使用离子液体1-丁基-3甲基咪唑氯盐([Bmim]Cl)辅助水热法在160℃下合成了CeO₂纳米棒。采用X射线衍射(XRD)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对样品的结构和形貌进行了表征。实验结果表明: 使用离子液体辅助水热法制备的产物为CeO₂纳米棒, 而没有离子液体时产物则为外形无规则的纳米颗粒。所制备的纳米棒直径为13~25 nm, 长度为200~500 nm。增大离子液体的用量将得到纳米颗粒。此外, 升高水热温度至180℃所得样品为直径19~24 nm的纳米球, 该纳米球由2 nm 的纳米晶团聚而成。

分别采用微波法和传统固相法制备了Eu²⁺掺杂的Ba₃Si₆O₁₂N₂绿色氮氧化物荧光粉, 利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、荧光光谱仪等检测方法研究Ba₃Si₆O₁₂N₂:Eu²⁺的物相、表面形貌及光致发光特性。研究结果表明: 在微波场下1275℃保温4 h合成的Ba₃Si₆O₁₂N₂:Eu²⁺绿粉的发光强度高于在传统固相法1300℃保温10 h的样品强度。微波辅助烧结可以降低活化能, 从而提高扩散率, 并大大提高了晶体的结晶性。研究了氮化硅含量对物相的形成、形貌和光致发光性能的影响。结果表明: 氮化硅不仅能够促进晶体的结晶度, 而且还能提高其在紫外激发下的发光强度。因此, 微波法有望应用于合成具有高的相纯度和发光强度的其他氮氧化物荧光粉体。