关键词： 熔盐堆   纳米碳化硅颗粒   金属基复合材料   镍钼合金   粉末冶金  

摘要： 熔盐堆以其本征安全性、经济性、不停堆换料、一回路低蒸汽压等优点被公认为六种最先进的第四代裂变核反应堆型之一。熔盐堆内高温、强中子辐照和强熔盐腐蚀等极端服役环境对堆用结构及功能材料提出了严苛的要求。Hastelloy N合金以其优异的抗熔盐腐蚀性能被选为熔盐堆最优备选结构材料。然而其较弱的高温力学强度和抗辐照性能限制了其在堆芯处使用。为了有效地推动熔盐堆的发展,非常有必要研发新型高温材料以满足熔盐堆的需求。本文通过粉末冶金的方法,利用高能球磨和放电等离子体烧结等工艺,成功制备了一种新型Ni-SiC复合材料并探讨了该类材料在熔盐堆中的应用前景。通过调整SiC初始添加量以及球磨时间并对其显微组织结构表征和力学性能测试,可以发现纳米SiC颗粒大幅提高了镍基体的力学强度,且强化能力随着基体晶粒尺寸减小而提高,当添加适量的SiC颗粒时,Ni-SiC复合材料在力学强度增加的同时依然保有很好的塑性。研究发现纳米SiC颗粒与镍基体存在不共格界面关系,且在烧结,退火,高温时效等过程中都保持稳定,但会随着球磨时间及SiC添加量的增大发生粗化,进而影响复合材料的综合力学性能。此外,Ni-SiC复合材料的高温时效研究表明该材料的基体晶粒在高温下会出现不同程度的长大。但是超细晶结构能有效阻碍晶粒长大,从而减小其力学性能下降幅度。同时,对该材料开展的低温退火研究表明合适的热处理工艺能细化Ni-SiC复合材料的晶粒并减少内部缺陷,从而改善其综合力学性能。鉴于Ni-SiC复合材料的力学强度与Hastelloy N合金相比仍有差距,我们通过在基体中添加Mo元素,成功制备了一种新型NiMo合金并实现了其力学强度的提高。在此过程中,提出了一种新的弥散强化机制,即弥散-沉淀强化(Dispersion and Precipitation Strengthening,DPS)机制。该机制有效地结合了碳化物弥散强化以及纳米析出相沉淀强化,大幅提高了材料的力学性能。通过对不同SiC添加量的NiMo-SiC DPS合金的研究发现,烧结/退火过程中部分SiC颗粒会与镍基体反应生成NiSi纳米相并析出,从而在合金中产生沉淀强化。此外,研究还发现该合金中形成MoC,且该碳化物能阻碍烧结/退火过程中基体晶粒的长大,增强晶界强化的作用。研究结果同时也表明长时间球磨能优化MoC在合金中的分布,减少因其团聚长大造成的材料力学性能下降。与此同时,研究中也发现长球磨时间会导致NiMo-SiC混合粉末在球磨过程中发生逆粉碎现象,使得烧结样品的致密度下降,进而造成NiMo-SiC DPS合金的延伸率下降。本文研究表明NiMo-SiC DPS合金的力学强度远高于Hastelloy N以及其他耐氟化盐腐蚀合金材料。这充分显示了DPS强化机制的优越性。这种新型纳米碳化硅弥散强化镍基合金(Ni-SiC复合材料和NiMo-SiC DPS合金)的成功制备为未来高温熔盐堆用材料的研发提供了新思路。

关键词： 稀土永磁材料   Nd-Fe-B合金   熔体快淬   微结构   磁性能  

摘要： Nd-Fe-B型永磁材料拥有创记录的高矫顽力、高剩磁和高磁能积,故被称为“磁王”。近年来,由于其优良的性能,在功能材料方面得到了广泛地应用。本文尝试在Nd-Fe-B合金中添加Alnico5或Fe-Cr-Co合金,获得复合型磁性材料,为开发高性能永磁体寻找思路。本文采用电弧熔炼、熔体快淬的方法制备出Nd-Fe-B型永磁薄带磁体,采用X射线衍射仪、振动样品磁强计、扫描电子显微镜以及透射电子显微镜等手段,重点研究了Alnico5或Fe-Cr-Co合金的添加以及不同快淬速度对Nd-Fe-B型薄带磁体的微结构以及磁性能的影响,重点研究了:1.通过在NdFeB合金中添加Alnico5合金,以40 m/s的快淬速度制备出名义成分为NdFeB+x%Anico5(x=0,3,5,10)的薄带磁体,结果表明:Alnico5合金的添加对薄带磁体的微结构和磁性能有着显著的影响,在x=3时,薄带磁体获得最佳的综合磁性能,Hc=8341 Oe,Mr=61 emu/g,Ms=104 emu/g。2.通过调整辊轮旋转速度控制快淬速度,制备出不同晶态的NdFeB+3%Alnico5薄带磁体,快淬速度明显地影响薄带磁体的晶化过程和磁性能,40 m/s是其最佳快淬速度。3.在40 m/s的快淬速度下制备了NdFeBAlNiCoCu(x=0,2,4)薄带磁体,研究了B元素对薄带磁体的微结构和磁性能的影响。结果表明:B元素能够显著地影响薄带磁体的玻璃形成能力以及相组成,在x=2时,获得了最佳的综合磁性能,Hc=10768 Oe,Mr=60 emu/g,Ms=90 emu/g。4.在NdFeB合金中添加Fe-Cr-Co合金,以40 m/s的快淬速度制备出名义成分为NdFeB+x%Fe-Cr-Co(x=0,3,5,10)的薄带磁体,结果表明:Fe-Cr-Co合金的添加影响薄带磁体的微结构和磁性能,在x=5时,薄带磁体获得最佳的综合磁性能,Hc=6066 Oe,Mr=63 emu/g,Ms=126 emu/g。

关键词： 细菌纤维素   动态固定化生物膜   水平转鼓式反应器   骨架增强   原位复合   一维溶胀膜   无支持膜   壳聚糖   羧甲基纤维素   羧甲基壳聚糖   聚电解质  

摘要： 细菌纤维素（Bacterial nano-cellulose,简称为BNC）是一种由微生物所分泌纤维素纳米丝构成的独特水凝胶。天然BNC水凝胶的纳米纤维网络微结构类似于细胞外基质（Extracellular matrix,ECM）的胶原蛋白丝骨架,同时其还具备高含水、高生物相容性、富羟基表面、高生物活性等诸多优良特性,这使得其被认为是一种天生的理想生物医用材料,在烧伤敷料、人工血管及骨组织支架等诸多的生物医用领域具有广泛的应用前景。BNC的诸多优秀特性（如促进伤口愈合的生物活性、高含水持水特性等）,极其依赖其与生俱来的纳米纤维网络微结构。该微结构形成于其特殊的微生物制造过程,其纤维素纤维在纤维细度、聚合度、高度均一性及立体堆砌结构等特性上,是现有人工技术难以达到的。然而,天然的BNC材料仍受到自身原始材料特性的局限,尚不能满足某些特定应用的功能性要求。特别是:（1）高含水态凝胶强度和耐缝合强度较低;（2）不具备抗菌特性（3）BNC水凝胶在常规干燥（风干、热干燥等）失水后形成的干胶,难以通过再次复吸水实现体积再溶胀。（4）除了天然材料性能上的不足之外,传统BNC静态生产模式,低效、周期长的缺陷极大地限制其工业化放大生产。现有复合功能化手段通常会破坏天然bnc原本的独特微结构与特性,从而极大地影响了bnc复合材料的应用效能。如何利用与保护bnc的自身原本的微结构和特性,获得保留bnc天生结构特性的功能增强材料,是bnc水凝胶基复合材料生产技术研究的关键问题。在本研究中,保存与恢复bnc水凝胶天然微结构特性被作为设计bnc功能增强复合材料的首要考虑因素,并开展了以下四个方面的研究:首先,针对bnc水凝胶基体在高含水态下强度不足及耐缝合特性弱的缺陷,采用内骨架增强方式保持bnc水凝胶基体原有天然功能与结构,并同时实现材料整体结构强度增强。传统纺织医用纱布虽然存在保水、透气、促愈功能性不足,但是结构强度较好,且具有较为可靠的生物安全性,是较为理想的内骨架材料。本研究以医用棉质纱布（cottongauze,简称cg）作为织物骨架模型,制备了织物骨架增强的bnc复合材料并对材料的基本理化特性进行了表征。以动态挂膜方式,研究制备了三种不同凝胶涂层厚度的bnc-cg骨架增强材料,并将其与cg及静态培养10天的bnc膜进行比较。结果发现,该动态方式生产的bnc-cg材料的bnc凝胶涂层均一性高,能够将cg骨架完整对称的包裹。同时保持了bnc原本的纳米纤维网络结构及水凝胶属性。与静态培养的bnc水凝胶相比,其含水率有明显下降,但是仍然超过了98%。在机械性能方面,通过cg骨架增强,bnc基体的拉伸强度及缝合强度均提高了两个数量级;而对于cg材料,即使仅有少量的bnc凝胶涂覆,其绝对断裂强度和吸水能力即能得到极大提高,同时降低断裂伸长率。该结果表明,织物骨架增强bnc材料的技术,能够在保留bnc原本属性的基础上极大增强强度可靠性;另一方面,对于传统纱布材料来说,表面涂覆bnc凝胶也是一种极佳的织物特性改造手段,将极大提升传统纺织纱布的医用特性及生物相容性水平。与单纯的bnc凝胶或者cg材料相比,bnc-cg复合材料在医用敷料材料领域具有更好的应用前景。其二,针对传统细菌纤维素静态生产方式低效的缺陷,同时也为了实现既不破坏bnc基体结构,又能完成bnc内的织物骨架植入,本文提出构建一种新的水平旋转生物反应器,探索了在bnc高效生物制造过程中实现材料复合的动态挂膜式生产工艺。以一种类似于“凝胶涂层”的生物膜生长过程,将bnc凝胶平整涂覆于织物骨架上,形成织物增强的bnc复合材料。详细比较研究了动态挂膜方式与传统静态方式下bnc的培养历程。结果表明:该动态挂膜方式能够将传统静态培养的10天成膜周期缩短至3天。该动态生长方式通过改善静态培养过程的关键控制性因素（即其营养物——糖的传质）提高细菌纤维素的生产效率。但是,实验显示该方式下,培养基内的菌群浓度并未明显提高,且两种方式的糖利用率、残余糖浓和bnc总产量并未明显变化。为进一步优化生产过程,研究比较了传统静态生产方式与水平旋转反应器的传质差异,并基于菲克第二定律,建立生物膜的动态糖扩散模型,对动态挂膜方式的糖传质过程及其对bnc生产的影响机制进行了系统阐释。该模型显示,糖传质过程受到糖本身的扩散系数（糖分子决定）、扩散时间（转鼓转速和装液体积共同决定）、培养基的糖浓度等三个因素决定。单个转鼓周期中,糖向菌膜内扩散的渗透距离由转速（扩散时间）和扩散系数共同决定,而不受培养基中的残余糖浓度的影响。通过荧光染色法对菌膜内的菌群分布情况进行了观察,发现在离生物膜界面约100μm内存在类似于静态培养气液界面有氧区的富菌群区域。研究初步阐明了如何通过水平转鼓反应器的转速调控糖传质过程,继而影响bnc生产效率的影响机制

关键词： Sol-gel法   钙钛矿   LaMnO3   掺杂   结构   磁性能  

摘要： 锰酸镧(LaMn03)是一种典型的具有AB03结构的钙钛矿材料,是钙钛矿锰氧化物材料研究的重点。以LaMnO3为母体,通过对LaMnO3的A位元素的掺杂改性,其通式为La1-xAxMnO3(A= Ca,Sr,Mg,Ba,Ce或其它稀土元素),会引起A位平均离子半径的变化并导致B位Mn3+和Mn4+混合价态产生,从而产生一系列的新的物理化学特性,如:巨磁电阻效应,磁热效应,等等。有研究表明[1,2],大多数元素如Ca、Mg、Ba、Na、K等掺杂的钙钛矿锰氧化物材料相转变温度低于常温,因此限制了该类型材料的应用。与多数元素如Mg、Ca等掺杂不同的是Pb等元素掺杂的LaMn03样品在常温下就表现出铁磁性质,具有较高的相转变温度,并且在居里温度附近存在较大的磁电阻和磁熵变化,因此在磁场传感器,磁制冷材料等方面均存在潜在的应用价值。相关研究表明,这些特殊的物理化学性质可能与该体系材料中的多种相变和相互作用有关,如顺磁到铁磁相变,铁磁到反铁磁相变,电子-电子相互作用以及电子-晶格耦合作用等等,因此Pb等元素的掺杂成为钙钛矿锰氧化物研究的重要课题。本文采用Sol-gel法对纯相LaMnO3和钙钛矿锰基复合氧化物A位Pb掺杂、A位Pb与Pr双掺杂LaMnO3材料的微结构、形貌以及磁性能做了系统性研究,一方面,柠檬酸溶胶凝胶法具有从分子水平上进行加工,且操作简单,容易调控的特点,因此可以通过控制不同的工艺条件,系统的研究材料结构和性能的变化规律,获得纯度较高,颗粒尺寸较小,团聚较少,性能优越的产品。另一方面,通过对材料的A位置进行单元或者双元掺杂,会使样品产生离子半径效应和价态效应,如Mn-O键长和Mn-O-Mn键角的变化、Mn离子混合价态的产生、造成La空缺和氧缺陷等等,从而引起样品晶格发生畸变,结果导致自旋结构倾斜,出现剩余磁矩,使样品表现出铁磁性。因此,本研究通过改进工艺条件和元素的掺杂含量,对材料的微观结构以及磁性能进行调控,有效的减少了样品的团聚,提高了样品在常温下的磁性能。对进一步探讨A位掺杂型LaMn03复合氧化物材料的内部机理,提高材料在磁学领域的应用价值具有重要意义,为新材料的开发奠定了基础。本论文通过TG-DSC、XRD、FT-IR、SEM、VSM对前躯体的失重过程和合成样品的晶体结构、化学键及官能团、微观形貌、磁性参数进行表征和分析。本论文主要研究成果如下:1.本文采用Sol-gel法成功制备了钙钛矿LaMn03粉末,采用XRD和SEM研究了不同水浴温度,不同PH值,不同煅烧时间和锻烧温度对LaMn03材料的结构和形貌的影响,最终选择了以柠檬酸为络合剂,50℃水浴,PH=7,煅烧10小时左右为最佳的制备方案,得到平均颗粒尺寸较小且形貌工整的样品。2.本文采用Sol-gel法成功制备了钙钛矿La1-xPbxMnO3多晶粉末,采用XRD、TG-DSC、FT-IR 和 SEM、VSM 研究了样品La1-xPbxnO3(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6)的微结构和磁性变化;在实验的基础上,研究了不同煅烧温度和不同煅烧时间对La0.7Pb0.3MnO3材料的微结构和磁性能的影响,实验结果发现,通过控制锻烧温度,可以有效的提高La0.7Pb0.3MnO3样品在常温下的饱和磁化强度的大小,在900℃缎烧2小时的La0.7Pb0.3MnO3样品具有最大的饱和磁化强度为55.49 emu/g,而且颗粒尺寸较均匀,团聚较小。3.本文采用Sol-gel法成功制备了钙钛矿La0.7-xPrxPb0.3MnO3多晶粉末,实验条件为950℃煅烧10小时,并采用TG-DSC、XRD、FTIR和SEM、VSM分析了不同比例La0.7-xPrxPb0.3MnO3(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7)材料的微结构和磁性能变化;实验发现,随着稀土元素Pr掺杂量的增加,样品的结构由菱方向立方结构转变,在常温下,磁性由铁磁性向顺磁性转变,其中饱和磁化强度随掺杂比例的增加迅速减小,而与之相反矫顽力呈增加的趋势;此外,本文采用Sol-gel法制备的样品均具有颗粒尺寸均匀且晶粒边界清晰、形貌工整的特点。

关键词： TiO2   溶剂热法   形貌调控   生长机理   光催化  

摘要： 本论文采用溶剂热法,选用氢氟酸为晶面生长控制剂,分别合成了(001)面暴露的片状、杨桃状、六棱柱状等一系列不同形貌的TiO,探究了上述不同形貌TiO的生长机理及形貌影响因素,并对所合成的样品进行了光催化降解甲基橙性能测试以及影响性能因素的分析。本文的具体研究如下:1.(001)面暴露的锐钛矿TiO纳米片的制备及光催化性能研究。本部分采用钛酸四丁酯为钛源,氢氟酸为晶面生长控制剂,醇为溶剂合成了(001)面暴露的锐钛矿TiO纳米片。通过选用不同的醇为溶剂,探究了不同的醇为反应介质时对(001)面暴露的TiO纳米片形貌及其性能的影响。结果表明,在甲醇溶剂条件下得到的样品为无规则的形貌,在乙醇、异丙醇及正丁醇溶剂中得到的均为(001)面暴露的片状形貌,其中在乙醇溶剂条件下所得纳米片的尺寸最小。不同溶剂条件下所得的样品表现出光催化性能的差异,其中乙醇溶剂条件下所得样品由于其具有较大的比表面积及合适的(001)暴露比而表现出最佳的光催化效果。2.杨桃状TiO的制备及其光催化性能研究。本部分选用辛醇为溶剂,采用溶剂热法合成了由(001)面暴露的纳米片组装而成的杨桃状TiO。通过时间依赖实验对杨桃状TiO的生长过程进行了探究,结果表明杨桃状TiO的形貌演变过程为成核、生长、溶解再结晶和进一步生长;并探究了氢氟酸的量与反应温度对杨桃状TiO形貌的影响,结果表明,在其他实验条件不变的条件下,氢氟酸的刻蚀作用是杨桃状TiO合成的关键,氢氟酸的浓度较高时,对杨桃状TiO的刻蚀程度越大,氢氟酸浓度低,对TiO的刻蚀程度较小,不足以发育成由(001)面暴露的纳米片组装的杨桃状TiO;反应温度对杨桃状TiO的形成也十分重要,当温度低于160 oC时,得到的杨桃状TiO发育不完全,当温度高于160 oC时,会有一些团聚的颗粒形成。不同反应温度下所得TiO的光催化性能测试表明在160 oC反应温度条件下所得到的样品光催化性能最好。3.通过前驱体HTiOF3分解制备六棱柱TiO及其光催化活性与热稳定性的探究。首先,通过溶剂热法合成了HTiOF3前驱体,并对前驱体的反应时间、反应温度、溶剂的量进行探究以调控合成六棱柱组装的前驱体。然后将HTiOF3前驱体分别在不同温度下煅烧,并对煅烧后的样品形貌及物相演变进行了探究:在物相方面,当煅烧温度为200 oC时,样品仍然保持了前驱体的物相成分,当煅烧温度从200 oC增加到300 oC时,前驱体的物相由HTiOF3转化为TiO,当煅烧温度增加至870 oC时,仍然保持锐钛矿相TiO,当煅烧温度为900 oC时,出现了金红石相TiO,由此可见,由前驱体HTiOF3分解得到的TiO表现出了较高的热稳定性;在形貌方面,当煅烧温度为200 oC时,样品保留了前驱体HTiOF3六棱柱的形貌,当煅烧温度升高为550 oC时,六棱柱暴露在外面的上表面破碎,使得里面的颗粒状填充物暴露,形成多孔的结构,当煅烧温度至870oC时,多孔的六棱柱形貌被完全破坏,一些无定形的纳米颗粒形成。最后,对不同煅烧温度下所得样品进行了光催化性能测试,其中煅烧温度为550 oC的样品由于其多孔的六棱柱形貌表现出较好的光催化性能。

关键词： CS微球   CS/nHA复合微球   微结构调控   吸附性能   载药缓释性能  

摘要： 壳聚糖(Chitosan,CS)是一种带正电荷、天然的生物可降解多糖,具有无毒、抗菌、抗氧化、增强凝胶、羟吸附性、抗肿瘤、无致突变效应等特征,已被广泛应用于生物医学、食品、化工及污水治理等方面。其中,利用壳聚糖特殊的物理、化学及生物特性与其它无机材料杂化复合制备新型的复合材料是近年来国内外研究的热点。本研究论文采用乳化-交联法,分别制备了CS微球、壳聚糖/纳米羟基磷灰石复合微球,系统地考察了不同的制备条件对产物微结构的影响,实现了微球的结构调控。在此前提下,比较研究了两种微球的吸附性能及作为药物载体的载药缓释性能。全文共分以下五个部分:第一章:绪论。本文在介绍CS和羟基磷灰石结构与性质的前提上,介绍了CS微球的制备方法,并对基于CS及其复合微球的研究现状、存在的问题及应用进展进行了论述。第二章:壳聚糖微球的制备及微结构调控。利用乳化-交联法制备壳聚糖微球,系统探究了搅拌速度,p H值,水浴温度,交联剂的用量,油水体积比等条件对CS微球的微结构及形貌的影响,制备了规整性、均一性、分散性较好的CS微球。第三章:壳聚糖/纳米羟基磷灰石复合微球的制备及微结构分析。利用制备的纳米羟基磷灰石,采取反相-乳化交联法,探究了不同比例、不同工艺条件对CS/n HA杂化复合微球形成的影响,制备了比表面积较大,均一性与分散性都较好的CS/n HA杂化复合微球。第四章:壳聚糖及其复合微球的吸附性能研究。以苯酚模拟废水为吸附对象,比较研究了CS微球和CS/n HA复合微球的吸附性能,并利用吸附动力学理论和热力学理论对其吸附机理进行了分析,同时探讨了微球微结构与性能之间的关系。第五章:壳聚糖及其复合微球的载药缓释性能。以诺氟沙星为载药模型,考察了CS微球、CS/n HA复合微球的载药性能,在此基础上,比较研究了载药微球在水和生理盐水不同环境下的缓释性能,研究证明了CS/n HA复合微球对比CS微球具有较好的稳定性和载药缓释性能,可以应用到生物医学领域。

关键词： 报废锂离子电池   失效Li Co O2   化学剥离   表面修复   微结构  

摘要： 锂离子电池是20世纪90年代迅速发展起来的新一代二次电池,在移动电话、笔记本电脑等领域中已占有极大的市场份额。正极材料是制造锂离子电池的关键材料之一,相比于其它正极材料,Li Co O在可逆性、放电容量、充电效率和电压稳定性等方面综合性能最好,是锂离子电池中应用量最大的正极材料。锂离子电池经长期使用后,正极材料Li Co O的微结构会发生变化,如表面组成成分改变、Co3+的价态发生变化、Li Co O晶胞参数发生改变等,这将导致锂离子电池电化学容量下降。开展报废锂离子电池中的正极材料Li Co O微结构的修复研究有利于促进数量庞大的失效Li Co O的低成本高效率循环利用。不同于其他学者提出的直接对失效Li Co O电极成分等的修复研究,本文提出了“先表面化学剥离-再修复”的新方法,并采用TG-DSC、XRD、SEM、EDS、XPS、ICP等表征方法对“化学剥离-再修复”程中的质量变化、热量变化、物相组成及形貌的变化特征、元素的分布分配特征、Co元素电子结合能的变化,以及修复后Li Co O的成分、形貌、晶胞参数进行了研究。结果表明:(1)采用Na HSO4·H2O做为化学剥离试剂,使Li Co O与Na HSO4·H2O分别以1:0.01、1:0.05、1:0.1摩尔比例均匀混合焙烧,焙烧后的产物用水溶解、过滤,按n(Li/Co)为0.75、1.06、1.5的量在滤渣中添加LiCO,高温焙烧后获得修复后的Li Co O电极材料。实验结果表明:最佳实验条件为Li Co O:Na HSO4·H2O=1:0.05及n(Li/Co)=1.06,修复实验后锂元素不再缺失且物相组成是(018)(110)(006)(012)峰都出现Li Co O一种物质,修复的Li Co O在Li+嵌入和脱出能力方面较好且是层状结构。I(003)/(104)=3.67,I(006)/(104)=0.92,I(006)/(003)=0.04,即结晶程度、纯度、循环寿命均较好。其晶胞参数a(?)=2.8190、c(?)=13.9041,c/a=4.9323,十分接近商用Li Co O值。修复后Li Co O呈现不规则的颗粒状,大小不一且分布不均匀。(2)采用KSO、NaSO分别做为化学剥离试剂,使Li Co O分别与KSO、NaSO以1:0.5、1:1、1:1.5摩尔比例均匀混合焙烧、焙烧后的产物用水溶解、过滤,按n(Li/Co)为1.06的量在滤渣中添加LiCO,高温焙烧后获得修复后的Li Co O电极材料。焙烧产物的形貌呈不规则的颗粒状,分布不均匀,比较致密。随着Li Co O与KSO、NaSO混合样中KSO、NaSO比例的增加,焙烧产物中Co、Na、K、O、S元素呈现出弥散分布的特征,且焙烧产物中Co元素的电子结合能呈增大的趋势。Li Co O与KSO、NaSO混合焙烧后干燥滤渣中Co元素的电子结合能约和Li Co O中Co元素的电子结合能相当,且随着Li Co O与KSO、NaSO混合样中KSO、NaSO比例的增加Co元素电子结合能峰强度增加,峰形尖锐。Li Co O与KSO、NaSO以不同比例焙烧过滤干燥后的物质主要是Li Co O与Co3O4,并且修复的Li Co O为层状结构。

关键词： 聚合物基复合材料   纳米压痕技术   微结构   粘弹性   力学性能  

摘要： 聚合物基复合材料由于具有比强度高、比模量大、耐疲劳、耐腐蚀等优良的物理化学特性以及多功能性、结构易设计、易加工等优点,被广泛应用于各个领域。为了满足各个领域对材料越来越高的性能和结构的要求,从微观上设计、表征材料的结构和性能显得尤为重要。纳米压痕技术是一种测试材料微尺度力学性能的实验方法,该方法通过记录压痕过程中的载荷和深度的变化关系获得材料局部力学性能,可以实现对复合材料微结构的表征。近年来虽然纳米压入技术在实验方法,实验原理及仪器分辨率等方面有了明显的提高,但是对于高分子聚合物材料,尤其是粘弹性材料的微区力学性能的测试与应用仍然存在很多问题。本文围绕纳米压痕技术在橡塑材料中的应用进行了相关研究。复合材料的整体力学性能与组成相及界面的力学性能密切相关,本文利用纳米压痕技术对纳米颗粒增强的塑料、颗粒增强橡胶复合材料和并用胶各组成相及其界面进行细观力学性能表征,通过绘制同力学性能相对应的三维形貌图来建立复合材料微结构同宏观性能之间的关系。另外粘弹性会影响纳米压痕力学性能的测试结果,本文通过改变压痕实验中的测试条件,从微尺度研究了材料的粘弹性。具体的研究工作如下:(1)采用准静态和动态压痕技术研究了羟基磷灰石/聚乳酸(HA/PLA)复合材料在微尺度的表面力学性能。通过改变保载时间、卸载时间讨论了粘弹性对样品准静态力学性能的影响;在动态模式下探究了材料的动态力学性能;通过蠕变行为和划痕测试研究了复合材料的尺寸稳定性。结果表明准静态模式下只有当蠕变不充分时,加载条件会影响模量和硬度的测试结果;动态模式下存储模量和硬度随着压入深度的增加而减小。HA/PLA复合物的微区硬度曲线显示在相同载荷下,局部压痕塑性变形较小,表明HA提高了 PLA的力学性能。(2)利用纳米压痕技术表征钛酸铜钙/硅橡胶(CCTO/PDMS)复合材料的微结构信息,主要工作集中在利用超低载荷的压痕条件绘制同力学性能相对应的三维相貌图,从而反映微结构同宏观性能之间的关系,并分析不同粒径的CCTO对基体增强效果产生差异的原因。通过比较不同载荷绘制得到的模量图,得出5μN为最佳载荷。通过比较不同颗粒周围微区的模量变化曲线发现CCTO粒径小于1μm时,随着粒径的减小,基体微区模量增大,界面过渡区范围扩大,表现出模量均化现象,但粒径降低为300nm时,微区模量不再增加,表明颗粒增强效果与颗粒粒径有关。(3)利用纳米压痕技术对胶粉并用胶进行准静态和动态纳米压痕实验,通过改变准静态实验中的加载、保载、卸载时间,研究了时间速率对准静态力学性能的影响;在动态模式下探究了测试频率,动态载荷对动态力学性能的影响。综合考虑实验结果采用加载和卸载时间5s,保载20s作为准静态模式下的理想测试条件。动态压痕实验结果表明存储模量依赖于载荷的频率,胶粉含量越多,对测试频率的依赖性越明显;损耗因子随着频率的增加先增大后减小;相同频率下动态力越大,损耗角越大。通过测试不同胶粉含量的并用胶的微区力学性能发现随着胶粉含量的增加,微区内部胶粉分布密集,由于硫化不均形成的具有交联梯度的界面越多,材料在宏观力学性能上表现为拉伸强度随着胶粉含量的增多单调递减。

关键词： 超导电性   微结构   TEM   元素替代效应  

摘要： 本文主要利用(扫描)透射电子显微镜(STEM/TEM),包括电子衍射、高分辨像(HRTEM)、以及高角环形暗场像(HAADF),并结合综合物性测量系统(PPMS)、磁学测量系统(MPMS)以及X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对半导体材料CsBiTe的超导电性与微结构特征进行系统的研究,分析了结构与物性之间的关系。利用元素替代的方法尝试合成与CsBiTe结构相关的多种材料,并在正交结构的CsPbxBi4-xTe6(0.3≤x≤1.0)材料中发现超导电性。此外,合成铜基超导材料La-Sr-Eu-Cu-O,并对其结构和物性进行了初步研究。***低维材料体系表现出非常奇特的结构特性,例如,层状的晶体结构中普遍存在的结构通道和Cs空位。利用球差校正扫描透射电子显微镜(STEM)对CsBiTe(1.00≤x≤1.25)材料进行微结构分析,发现该材料的晶体结构中存在位于Cs原子层与由Bi-Bi键的出现而形成的、平行于c轴方向的准层状结构交汇处的结构通道。该结构通道沿晶轴b轴方向无限延伸,在a-c面的投影大小为0.5 nm×1 nm。结构通道内可以填充原子,且不同的热处理过程会影响CsBiTe样品的结构通道中原子的填充情况。我们用两种烧结过程成功的制备了两个系列的CsBiTe(1.00≤x≤1.25)单晶,其中,用700°C淬火方法制备的样品在4 K附近表现出超导电性,而用600°C缓降方法制备的样品却不是超导体。原子尺度的微结构研究表明,超导样品的结构通道中常常没有原子填充,一些由Cs空位引起的点缺陷会出现在Cs原子层,所以我们得到超导相的化学式为Cs1-yBiTe,晶格常数β为102.3°,不超导样品的结构通道中Bi原子以三聚体团簇形式沿晶轴b轴填充,晶格常数β为100.5°。***对CsBiTe材料中Bi原子的替代会引起材料的结构和物性变化。通过对Cs,Bi,Te原子位置的元素进行化学替代,合成了CsPbxBi4-xTe6(0.3≤x≤1.0),CsPbBi3Te6(0.90≤x≤1.10)以及CsBi4SexTe6-x(0.2≤x≤1.2)样品,并在正交结构的热电材料CsPbxBiTe(0.3≤x≤1.0)中发现了最高Tc为3.1 K的超导电性,这种材料具有正交晶体结构。微结构分析表明,CsPbxBi4-xTe6(0.3≤x≤1.0)样品中存在与Pb有关的有序结构,这种结构特性可能是诱导该系列样品出现超导电性的原因。除此之外,CsPbxBiTe(0.3≤x≤1.0)系列样品中最高的超导转变温度和最大的超导体积分数均出现在x=0.3的样品中,这可能与该组分样品的晶体结构的结构不稳定性以及其特有的与Pb有关的调制矢量为q≈a*/2+c*/1.35的有序结构有关。***(0.05≤x≤0.2)材料的电阻率测量结果表明,当x大于0.15时,随温度降低,电阻率变为零,样品具有超导电性。

摘要： The influence of inhibitor Na2CrO4 and NaNO3 on corrotion and microstructure on AISI 348 steel material have been carried out. A series of corrosion tests were conducted with polarization and potentiodynamic and microstructure resistance methods on AISI steel 348 for secondary cooling pipes at steam power plants. This research was carried out in demineralized water at room temperature (25°C) using Na2CrO4 and NaNO3 inhibitors whose concentration varied between 0-150 ppm for corrosion rate inhibitors. Observations of microstructures were performed using optical microscopy and SEM. The corrosion test showed that in the NaNO3 inhibitor solution, the highest corrosion rate was 0.05 mpy at 15 ppm and the lowest corrosion rate was 0.0058 mpy at 30 ppm, and the highest tail was 174.89 mV at 75 ppm and the lowest tail 103, 04 mV at concentration 0 ppm. While in Na2CrO4 inhibitor solution obtained the highest corrosion rate 0,0606 mpy at concentration 75 ppm and lowest corrosion rate 0,0197 mpy at concentration 15 ppm, and highest tail 264 mV at concentration 30 ppm and lowest tail -128 mV at concentration 75 ppm from Inhibitor Na2CrO4. The optimum concentration of NaNO3 was 30 ppm with an efficiency of 72.1%, and the optimum concentration of Na2CrO4 was 150 ppm with an efficiency of 1.9%. The result of microstructure observation showed that on the surface of the sample was formed a protective film of oxide, and on corrosion of AISI 348 steel corrosion of well form.