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2024年, 第52卷,第12期  刊出日期:2024-12-20
    研究论文
  • 李菊清, 雷炳富, 刘应亮, 张学杰, 王静
    硅酸盐学报. 2024, 52(12): 3663-3672. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20240265

    玻璃网络结构对玻璃中CsPbBr3量子点的析晶行为及发光性质具有重要影响作用。通过高温熔融及后续热处理制备了一系列CsPbBr3量子点玻璃,系统研究了Sc2O3引入量对CsPbBr3量子点玻璃析晶行为及发光性能的影响。结果表明:Sc2O3作为一种玻璃网络中间体,添加至玻璃组分中可以有效增强玻璃网络结构,且随着引入量的增多,CsPbBr3量子点析出尺寸逐渐减小。经优化,最佳CsPbBr3量子点玻璃样品在460 nm激发下内、外量子效率高达62.98%及37.92%,该样品在455 nm蓝光发光二极管芯片上(20 V,20 mA)持续点亮7 d后依旧可以保持其原始发光强度的64.51%。上述优异的发光性能为其在宽色域背光显示领域中的应用奠定了基础。

  • 研究论文
  • 杜子娟, 葛璇, 乔昂, 师彩娟, 杜涛, 岳远征, 陶海征
    硅酸盐学报. 2024, 52(12): 3673-3684. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20240224

    作为金属有机框架玻璃的子集,沸石咪唑酯骨架(ZIF)玻璃结构上由配位键所主导,具有高玻璃形成能力等一系列独特的性能。金属离子的替代会显著影响该类材料的功能,使玻璃化转变温度(Tg)等性质随替代金属节点离子浓度的线性改变呈现出非线性的变化规律,即混合金属节点效应。通过对比Zn1-xCox(C3H3N2)2(Zn1-xCox-ZIF-4)高密度非晶相(HDA)和Zn1-xCox(C3H3N2)1.75(C7H5N2)0.25(Zn1-xCox-ZIF-62)熔融淬冷玻璃(MQG)的Tg,发现拥有混合配体的Zn1-xCox-ZIF-62 MQG的Tg均高于拥有单一配体的Zn1-xCox-ZIF-4 HDA的Tg。通过混合金属节点效应强度[(ΔTg)max]的对比,发现与单配体Zn1-xCox-ZIF-4玻璃相比,混合配体Zn1-xCox-ZIF-62玻璃中(ΔTg)max更高。基于拓扑束缚理论和化学键特性,同时结合全散射实验对分布函数和配位四面体结构参数计算,本工作解析了Zn1-xCox-ZIF-4和Zn1-xCox-ZIF-62玻璃化转变温度和混合金属节点效应强度出现差异的结构和化学起源。

  • 研究论文
  • 王任乐, 任进军
    硅酸盐学报. 2024, 52(12): 3685-3694. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20240285

    为了揭示碱金属、玻璃结构及化学稳定性之间的内在联系,以及对未来核废料基质玻璃的发展及化学稳定性的评估,本工作通过熔融淬冷法制备了一系列不同碱金属组成的铝磷酸盐玻璃,其组成为[xNa2O-yK2O-(41.6-x-y)Cs2O]-16.7Al2O3-41.7P2O5。采用产品一致性测试B方法研究了这些玻璃的化学稳定性,并使用先进的固体核磁共振技术对玻璃的原子尺度结构进行了精确解析。结果表明,碱金属种类的改变不仅通过调节对非桥氧的电场吸引力影响了玻璃网络的致密性,而且明显改变了玻璃的网络结构。在这些玻璃中,不同配位数的铝都只被磷氧四面体(PO4)所包围。随着碱金属离子场强的增大,高配位铝的含量增加,导致铝与磷氧四面体的化学键连接增多。这种结构变化进一步增强了玻璃网络的致密性,最终提高了其化学稳定性。

  • 研究论文
  • 李宁, 牛瑞文, 何智兵, 易泰民, 李婧, 张帅, 杨蒙生, 陈云建, 柯博
    硅酸盐学报. 2024, 52(12): 3695-3702. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20240292

    SiO2气凝胶在隔热、吸附、催化等领域有着广泛应用,为进一步改善其力学性能、加工性能,本工作以碳气凝胶为模板,正硅酸乙酯为硅源、氨水为氧源,通过化学气相沉积方法制备得到具有三维纳米管多孔结构的SiO2纳米管气凝胶。研究反应温度、压力对材料微结构、密度的影响,制备获得组织均匀的SiO2纳米管气凝胶,需匹配反应物的传质速率和反应速率。制备的SiO2纳米管气凝胶具有优异的力学性能及突出的结构可靠性,材料弹性模量为0.70 MPa,60%应变时对应的材料应力为0.83 MPa,在压缩应变很大时没有发生脆性断裂。此外SiO2纳米管气凝胶可采用车削、铣削、激光加工等多种手段加工成型,表现出了优异的加工性能。

  • 研究论文
  • 段明翰, 覃源, 李阳
    硅酸盐学报. 2024, 52(12): 3703-3717. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20240388

    为探究纤维混凝土在高寒盐渍土环境下的耐久性能,对西藏地区某工程现场暴露养护后的聚丙烯、聚丙烯腈及聚酯等3种纤维混凝土进行复合盐-冻融/干湿循环加速试验,通过测试试件超声波波速、劈拉强度及微观结构,进一步分析耐久性能衰减规律及损伤机理。结果表明:现场暴露养护下纤维混凝土均出现网状结构微裂纹,与素混凝土有显著差异;而表面裂纹与内部裂缝在盐-冻融/干湿循环作用下逐渐联通则会造成波速和劈拉强度下降;纤维的桥联-阻裂-增韧作用以能量传递方式体现,通过改善界面过渡区处的裂纹扩展能力,延缓了劈拉过程中的荷载损伤;波速损伤量与劈拉强度具有显著的相关性,建立的预测模型在一定程度上具有适用性。

  • 研究论文
  • 刘朝奇, 徐昌富, 吕蓬勃, 孙立忠
    硅酸盐学报. 2024, 52(12): 3718-3727. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20240190

    相较于铅卤钙钛矿材料,无铅金属卤化物因其优异的发光特性和无毒属性而受到关注。基于铯铜卤化物制备的无铅量子点玻璃,因玻璃基质的致密性可以将铯铜卤化物与水、氧气等侵蚀性环境隔离开,从而适应各种复杂的使用场景。本工作研究了在玻璃中原位析出的Eu3+/Eu2+共掺Cs3Cu2I5/CsCu2I3双相量子点透明玻璃,并通过改变Eu2O3的掺杂量和激发波长调控光谱发射,实现了不同色温的全光谱照明。结果表明,Eu3+/Eu2+的共掺杂可以实现Cs3Cu2I5/CsCu2I3双相量子点玻璃色温为7 421 K、一般显色指数为82、光致发光量子产率为75.1%的高效单基质冷白光发射。

  • 研究论文
  • 米晓云, 刘宇洁, 汪德岩, 董雅玲, 刘秀玲, 王艳平
    硅酸盐学报. 2024, 52(12): 3728-3736. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20240318

    发射波长范围在700~1100 nm的近红外发光因其可在无损检测、生物识别、夜视等领域发挥重要作用而倍受到关注。采用高温固相法合成了Cr3+单掺以及Ce3+、Cr3+共掺的Y2CaAl4SiO12发光材料。在438 nm光激发下,Cr3+可以产生位于740 nm的近红外宽带发射以及690 nm的R线窄带发射。测量出单掺Cr3+的量子效率为24%,且通过激发光谱分析计算得出晶体场强度为2.429。通过变温光谱分析Y2CaAl4SiO12:Cr3+的热稳定性,在150 ℃的发光强度可以达到初始强度的77.6%。在此基础上制备Y2CaAl4SiO12:Ce3+,Cr3+发光材料,存在Ce3+到Cr3+的能量传递,其能量传递机制为四极-四极作用,且Y2CaAl4SiO12:0.005Ce3+,0.007Cr3+的发光强度约为单掺Cr3+样品的3倍,同时测出共掺样品的量子效率为45%。

  • 研究论文
  • 杨玉婷, 张莹莹, 董庆桐, 陈全亮
    硅酸盐学报. 2024, 52(12): 3737-3747. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20240391

    污水中的有机染料罗丹明B和非甾体类药物美洛昔康对生物体具有较大危害,采用光催化技术处理有机污染物具有节能环保等潜在优势。通过水热法制备了新型ZnO/Ag2MoO4复合光催化剂,并利用红外光谱、X射线粉末衍射、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱等技术对催化剂的组成、结构和形貌进行表征。结果表明:ZnO/Ag2MoO4复合催化剂最小尺寸为100~200 nm,ZnO以棱柱状沉积在Ag2MoO4表面。ZnO/Ag2MoO4复合催化剂对有机染料和药物都具有良好的光催化降解活性。在最优反应条件下,复合催化剂对罗丹明B的降解率可达95.0%,对药物美洛昔康的降解率达80.6%。复合催化剂降解罗丹明B的最大反应速率常数分别是ZnO和Ag2MoO4速率常数的3倍和16倍。Ag2MoO4和ZnO复合后光催化活性的提高归因于复合后光生载流子分离效率的提高,可见光吸收强度的增加,带隙宽度的缩小和活性位点的增加。催化剂的循环实验表明ZnO/Ag2MoO4复合催化剂具有良好的光学稳定性。研究结果为水污染治理光催化剂的开发设计提供了有益的参考。

  • 研究论文
  • 郑佳红, 黄植
    硅酸盐学报. 2024, 52(12): 3748-3760. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20240461

    过一硫酸盐(PMS)的非均相活化技术,在废水处理领域表现出高效性。通过水热法成功制备了一种新型的复合催化剂Fe3O4/CoS/g-C3N4,证实该催化剂具备光催化和PMS活化的双重功能,并应用于罗丹明B(RhB)的降解实验中。催化剂中的Co离子通过氧化还原循环作用,与PMS自分解产生的自由基协同作用,有效保持了Fe3O4/CoS/g-C3N4的催化降解性能,并在光照条件下进一步提升了降解效率。实验结果表明,在PMS/可见光的催化体系中,Fe3O4/CoS/g-C3N4在5 min内对10 mg/L RhB溶液的降解效率达97.5%,并且该催化剂具有较宽的pH适应性,在pH值为3至11的范围内均表现出良好的降解性能。另外,由于引入Fe3O4,让该催化剂还具备优异的磁性回收特性,这使得它在实际应用具有很大的应用潜力。

  • 研究论文
  • 王雪松, 赵雪淞, 张雨涵, 张婷, 王力恒, 靳荟怡
    硅酸盐学报. 2024, 52(12): 3761-3771. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20240428

    高岭石纳米片作为一种2D纳米材料,原料廉价易得,在涂料、生物医药以及复合材料等领域的需求日益增加。本研究采用一种新颖的二甲基亚砜(DMSO)插层-球磨剥片-超声分散-微波干燥工艺,成功制备出晶形完整、片层薄、比表面积大的高岭石纳米片,DMSO插层和球磨剥片优化参数为:插层温度66 ℃、插层时间400 min、DMSO和H2O的体积比为30:3、球磨时间3.1 h、球磨转速300 r·min-1、六偏磷酸钠添加量0.22 g,该条件下制得超细高岭石纳米片平均粒径为0.77 μm。X射线衍射、Fourier变换红外光、比表面积、扫描电子显微镜和原子力显微镜表征分析显示DMSO分子与高岭石内表面羟基成键,而球磨剥片后保持了高岭石的基本晶体结构,超细高岭石纳米片层厚降低至15 nm左右,片层分布均匀且晶形保持良好,比表面积扩大到原来的近3倍(9.28~26.62 m2·g-1)。DMSO插层高岭石可以在保持高岭石基本晶形的同时显著降低其层间作用力,低速球磨使高岭石片层分离的同时保持了完整的片层结构。

  • 研究论文
  • 司宇, 高铭泽, 李世清, 官万兵, 杨钧, 王建新
    硅酸盐学报. 2024, 52(12): 3772-3780. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20240261

    La0.6Sr0.4CoO3-δ(LSC)材料是现在固体氧化物燃料电池(SOFC)空气极材料的主流研究方向之一,有着极佳的电化学性能,而其最大的短处就是热膨胀系数过大。负热膨胀材料因为特定温度区间内会呈现出热收缩的特性而被命名,复合后在理论上可以显著降低材料的热膨胀系数,更容易使SOFC空气极材料与电解质材料实现热匹配。本工作以LSC材料为基体,选择负热膨胀特性较为突出的Sm0.85Zn0.15MnO3(SZM)材料作为复合相,研究了复合料的电化学性能。通过固-液复合法合成了负热膨胀(NTE)氧化物SZM,将之与La0.6Sr0.4CoO3-δ(LSC)机械混合形成LSC-xSZM(x= 0~40%)系列复合空气极材料。XRD结果显示SZM与LSC二者化学相容性良好。热膨胀测试表明,SZM有着优秀的热补偿能力,x= 30%时,复合材料在室温至800 ℃的平均热膨胀系数为13×10-6 K-1,与阻隔层材料相近。LSC-30% SZM复合材料在800~550 ℃的面比电阻由LSC的0.012~1.240 Ω·cm2降至0.008~0.620 Ω·cm2,展现良好的界面接触。纽扣电池在750 ℃的功率密度为1 702 mW·cm-2,而同温的纯相LSC为1 209 mW·cm-2,实现41%的提升;同步的极化电阻Rp由0.65 Ω·cm2降至0.50 Ω·cm2。热循环和恒流放电的电压降幅均在1%以下,测试后的电池截面SEM照片均未发生分层现象。由于复合材料良好的热匹配,界面接触更好,最终实现电池的功率密度和稳定性的同时提升。

  • 研究论文
  • 杨澜, 胡彦杰
    硅酸盐学报. 2024, 52(12): 3781-3788. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20240442

    以四氯化锆为前驱体,乙醇为溶剂,采用火焰喷雾热解法(FSP)制备纳米二氧化锆(ZrO2)粉体,研究了前驱体溶液浓度、进料速度和氢气流量等工艺参数对粉体粒径、比表面积及微观形貌的影响,并探究了ZrO2的最佳合成工艺参数及其对高镍三元正极材料的包覆改性效果。利用Brunauer-Emmett-Teller方法、透射电子显微镜、X射线衍射、激光粒度分析仪等表征手段测试了粉体的物化特性。结果表明:当前驱体溶液浓度为0.16 mol/L、氢气流量为3.3 L/min、进料速度为3 mL/min时,得到的ZrO2粉体粒径最小(5~20 nm),比表面积最大(71 m2/g)。将其应用于LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料包覆改性,改性后的正极材料在1 C下的首次放电比容量为188.45 mAh/g,经历200次循环后,其容量保持率提升了约14%。

  • 研究论文
  • 陈怡菲, 惠增哲, 郭菲菲, 龙伟, 周宏桥, 高建金, 董文强
    硅酸盐学报. 2024, 52(12): 3789-3798. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20240437

    采用BaTiO3(BT)片状微晶制备了[001]取向的0.29PSN-0.39PMN-0.32PT(0.29Pb(Sc1/2Nb1/2)O3-0.39Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.32PbTiO3)织构陶瓷。制备了不同模板含量的织构陶瓷,并在织构度、微观结构以及压电、铁电和介电性能方面进行了比较。在PSN-PMN-PT织构陶瓷中,在3%(体积分数)BaTiO3模板下实现了高达98.6%的[001]织构度,并且获得了高的压电性能(d33= 816 pC/N,d33* = 1 080 pm/V)和高Curie温度(Tc = 185 ℃),这远远优于随机取向的陶瓷。此外,与具有相近压电常数的铅基陶瓷相比,织构化PSN-PMN-PT陶瓷表现出显著改善的热稳定性。高质量的织构化三元陶瓷在新一代高性能、宽温度范围的机电器件中具有广阔的应用前景。

  • 研究论文
  • 艾建平, 胡翔, 帅亚萍, 李文魁, 罗司玲, 程丽红
    硅酸盐学报. 2024, 52(12): 3799-3805. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20240419

    采用传统电子陶瓷制备工艺,制备了Bi、Sb摩尔比为4∶1的ZnO-Bi2O3基压敏陶瓷,研究低温(<1 000 ℃)烧结所得样品的显微结构和电学性能。结果表明,样品具有高的致密度和均匀的粒径,而且综合电学性能良好,电位梯度在599~1 154 V/mm范围内。当Bi2O3、Sb2O3含量分别为0.60%(摩尔分数)和0.15%时,900 ℃烧结的样品,综合电学性能最优,电位梯度高达1 154 V/mm,非线性系数为13.7,漏电流为39 μA。当烧结温度为920 ℃及以上时,Bi、Sb含量不同,Bi、Sb比值相同的2组样品,电位梯度非常接近,这为ZnO压敏陶瓷低碳制备提供一种新思路。

  • 研究论文
  • 张超杰, 涂广升, 靖正阳, 涂兵田, 王皓
    硅酸盐学报. 2024, 52(12): 3806-3814. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20240197

    高熵化合物可能展现出的优异物理化学性能,为新型透明陶瓷体系开发和性能调控提供了新的研究思路。本研究设计了一种高熵尖晶石型氧化物(Li,Mg,Al,Zn,Ga)3O4(LMAZGO),采用高温固相反应法合成了目标产物。以子晶格模型计算了体系的构型熵为3.38R,并通过长时间低温保温验证了LMAZGO高熵化合物的稳定性。结果表明:经无压烧结工艺并通过热等静压处理后,可得到光学和力学性能优异的LMAZGO高熵透明陶瓷材料,其光学透过范围为0.23~7.35 μm,最高直线透过率达到85.2%;Vickers硬度、杨氏模量和弯曲强度分别为12.7 GPa、265 GPa,(332±30)MPa。高熵LMAZGO透明陶瓷的研究为新型透明陶瓷的开发提供思路。

  • 研究论文
  • 张旭阳, 王秀芳, 万德田, 李海燕, 包亦望, 贾志杰, 马华超
    硅酸盐学报. 2024, 52(12): 3815-3823. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20240381

    氧化锆(ZrO2)陶瓷因其优异的性能常被用于航空发动机高温部件,然而在服役过程中常面临钙镁铝硅酸盐(CMAS)腐蚀,严重影响其服役寿命。为减缓CMAS对陶瓷构件的腐蚀,采用预应力增强的方法在ZrO2陶瓷表层引入一层含压应力的氧化铝(Al2O3)涂层,形成ZrO2基体的Al2O3-ZrO2预应力陶瓷,为研究其对CMAS腐蚀的抑制作用,通过选用ZrO2陶瓷为参照样,研究了不同服役温度下CMAS渗透和腐蚀反应机理。结果表明,Al2O3-ZrO2预应力陶瓷抵抗CMAS腐蚀效果显著优于ZrO2,这主要归因于2点:1)高温下CMAS与Al2O3涂层发生了反应,生成了高熔点化合物钙长石(CaAl2Si2O8)、尖晶石(MgAl2O4)和少量的钙铝黄长石(Ca2Al2SiO7),从而有利于阻止CMAS熔体渗透;2)表层的压应力能够抑制裂纹的扩展,从而阻碍了通过裂纹进入的氧化深入效应,提高ZrO2陶瓷构件在CMAS腐蚀环境下的使用寿命。

  • 研究论文
  • 温梦涛, 张效华, 张佩, 岳振星
    硅酸盐学报. 2024, 52(12): 3824-3831. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20240405

    由于全世界对环境保护和可持续发展的关注,陶瓷釉料的无铅化研究成为陶瓷科学与技术领域的一个重要议题。利用景德镇地区的传统陶瓷原料,采用Cu2+着色,成功实现吉州窑绿釉无铅化制备,研究了铜釉色彩对烧结温度的敏感特性。结果表明:随着烧结温度升高,釉层黏度逐渐降低,釉面依次呈现青蓝、淡绿、绿色,在1 280 ℃时达到釉面最佳效果。釉面主要以Cu2+的绿色呈色为主,随着烧结温度的提高,Cu+/Cu2+的摩尔比逐渐增大,釉面则从蓝绿色向青绿色转变。样品均存在圆形和蠕虫状2种相分离结构,当烧结温度较高时,相分离结构收缩并进一步生长成大尺寸圆形相分离液滴,发生Mie散射产生白色乳光,加深釉面呈色。吉州窑无铅绿釉的呈色机制是由铜离子价态和相分离结构的协同耦合作用的结果。

  • 研究论文
  • 陈光耀, 廖厚劲, 邓少文, 冯齐胜, 高鹏越, 王恩会, 赵云松, 侯新梅, 李重河
    硅酸盐学报. 2024, 52(12): 3832-3840. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20240387

    坩埚式感应熔炼镍基高温合金的纯净度与合金-坩埚界面反应程度密不可分,明确两者界面反应机理对实现高纯净度合金制备具有重要意义。采用MgO坩埚分别感应熔炼纯Ni和镍基高温合金,通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜及氧/氮分析仪研究了坩埚与金属熔体接触前后相组成、显微形貌及金属中氧含量的变化规律,进而研究了2种金属与MgO坩埚间界面反应,明晰了界面反应机理。研究表明:使用MgO坩埚熔炼纯Ni时,纯Ni熔体对坩埚内壁润湿,但并未见明显界面反应发生。而高温合金熔体与MgO坩埚存在界面反应,该反应以MgO在合金熔体中熔解-分解为主,分解O与熔体中Al反应形成Al2O3,其中:一部分Al2O3会上浮至合金表面;另一部分Al2O3会与MgO坩埚基体反应生成MgAl2O4,同时,该生成物一部分附着在坩埚内壁;另一部分也受电磁搅拌进入合金表面,最终在合金表面形成由Al2O3,MgAl2O4和一部分合金混合而成的厚度约80 μm的浮渣层。

  • 研究论文
  • 李君霞, 段锋, 丁冬海, 靳恩东, 闫光辉
    硅酸盐学报. 2024, 52(12): 3841-3848. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20240356

    镁铬质耐火材料作为一种优异的抗熔渣侵蚀材料,在铜冶炼领域具有广泛的应用前景。国内外关于铜冶炼耐火材料损毁机理研究主要集中在铜精矿火法炼铜工艺的熔炼炉、转炉、阳极炉等炉型,再生铜精炼炉用耐火材料损毁机理却鲜有研究。瑞林固体块料精炼炉(NGL)对废杂铜再生利用有重要意义,能缓解铜精矿资源的不足。采用扫描电子显微镜、能谱仪、衍射仪探讨了铜冶炼NGL炉用后镁铬质耐火材料侵蚀损毁机理。结果表明:镁铬砖受炉渣与铜熔体的双重作用,橄榄石相的形成与方镁石晶粒的溶解是炉衬材料化学损毁的主要原因。随着熔渣的渗透、方镁石晶粒的溶解,粗铜及铜的氧化物等熔体表现出更强的渗透能力,基质铬铁矿颗粒边缘及镁质骨料的晶界、气孔或裂纹处被大量的粗铜、铜的氧化物熔体填充,破坏了镁铬砂、铬铁矿尖晶石、方镁石的直接结合,这种金属熔体能够深入镁铬砖的内部结构,可达260 mm以上。含SO2-O2的气体扩散到残砖冷面的类原砖层,由于晶界处的钙镁橄榄石的离解,气相介质中SO2/SO3与砖中CaO反应生成了CaSO4,XRD结果证实,残砖冷面反应层存在CaSO4物相。SO2-O2的气体扩散作用下的相关反应会引起体积膨胀,导致结构疏松,加剧了耐火材料的熔融侵蚀。

  • 研究论文
  • 刘醒醒, 胡梦婷, 刘翠翠, 李佳豪, 储向峰, 梁士明
    硅酸盐学报. 2024, 52(12): 3849-3855. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20240191

    实现甲醛气体的高效检测对人类健康和环境污染十分重要。采用共沉淀-煅烧法制备了CdSnO3,并利用超声分散法制备了一系列不同质量比的WS2-CdSnO3复合材料。用X射线衍射、扫描电子显微镜和X射线能谱等对CdSnO3和复合材料WS2-CdSnO3的相结构、形貌和元素价态进行了表征,研究了WS2对CdSnO3的气体传感性能的影响,结果表明:与适量的WS2复合可以提高CdSnO3的气敏性能。在工作温度140 ℃条件下,3.5%(质量分数)的WS2-CdSnO3复合材料对0.01%甲醛气体的响应为15.7,是CdSnO3的4.2倍。

  • 综合评述
  • 张凤, 张润杰, 吕时超, 周时凤
    硅酸盐学报. 2024, 52(12): 3856-3867. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20240379

    玻璃闪烁体作为探测高能射线常见的闪烁体材料之一,在核医学成像、工业无损探伤、高能核物理、安全检查、环境监测等领域有着广泛应用。闪烁玻璃的密度越高,对射线和粒子的吸收拦截能力越强,有利于提高探测器的探测效率。本文从闪烁玻璃的闪烁机理和基质材料选择出发,总结介绍了Ce3+、Tb3+、Eu3+等稀土离子掺杂的高密度闪烁玻璃的最新研究进展,重点关注闪烁玻璃的密度、衰减时间、光输出和耐辐照等特性,并对高密度闪烁玻璃的未来发展做出了展望。

  • 综合评述
  • 王峰, 贺智勇, 王晓波, 王不赖, 孟晴, 李江涛
    硅酸盐学报. 2024, 52(12): 3868-3883. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20240331

    随着电子功率器件向高电压、大电流、高功率密度发展,其在运行过程中会产生更多的热量,承受更大的热应力,这就对器件用陶瓷基板的散热性能及可靠性提出了更高的要求。传统陶瓷基板如氧化铝(热导率低)、氮化铝(力学性能差)已难以满足大功率器件要求。氮化硅陶瓷由于兼具较高的理论热导率与优异的力学性能而成为大功率器件用陶瓷基板的首选材料。但是氮化硅陶瓷的实际热导率与理论值尚存在较大差距,晶格氧含量是主要影响因素。另外,氮化硅陶瓷在制备过程中需要引入适宜的烧结助剂,由烧结助剂引入而引起氮化硅陶瓷显微结构(致密度、晶粒形貌、晶界相含量与分布及平均晶界薄膜厚度等)的变化也会影响其热导率。氮化硅陶瓷显微结构的演变又与其成型技术、烧结工艺密切相关。降低晶格氧含量,减少晶界相,获得具有由细小晶粒与大长柱状晶粒组成的双峰结构是获得高导热氮化硅陶瓷的关键。本文从氮化硅结构与热学性质入手,对晶格氧与显微结构对氮化硅陶瓷热导率的影响作用机制进行了讨论,从原料粉体、烧结助剂、烧结工艺、结构织构化4个方面对氮化硅陶瓷中晶格氧的调控作用、显微结构的演变过程及热导率的强化机理进行了阐述,对高导热氮化硅陶瓷发展现状及面临的挑战进行了探讨,最后对高导热氮化硅陶瓷未来发展前景进行了展望。

  • 综合评述
  • 袁振侠, 李大海, 徐佳豪, 邵远, 陆有军, 王燕民
    硅酸盐学报. 2024, 52(12): 3884-3895. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20240399

    本文从反应机理、Al2O3-C界面改善技术、高比表面积前驱体制备技术以及反应气氛调控技术诸方面综述了碳热还原氮化(CRN)法合成氮化铝(AlN)粉体的研究进展。依据相关气-固反应讨论了反应过程的质量损失和晶须生长的传质过程,并根据固-固反应控制机理讨论了合成产物与前驱体形貌延续的现象,以及多项研究中Al-O-C与Al-C-N等Al2O3的转化中间态化合物的形成机制。在固-固反应机理中,C原子因其既能获得电子也能失去电子的性质而充当电子交换媒介促进N2分解和反应正向进行。采用CRN法合成氮化铝粉体技术工艺可归结为:1)通过引入有机高分子分散剂改善C与Al2O3颗粒的分散态,以形成在原料颗粒尺度层面上的均匀结合界面;2)通过引入黏结剂(如有机碳源)对Al2O3颗粒均匀包覆,并经热解形成裂解碳与Al2O3的均匀结合;3)通过有机物分解、燃烧合成、溶胶-凝胶和发泡-注凝等工艺技术实现多孔高比表面积前驱体的制备和铝源与碳源在超微尺度上的均匀混合,进而降低完全反应的条件,以合成纳米AlN粉体;4)增加反应气氛的置换(流动)效率,降低CO分压并增加N2分压以促进合成反应的正向进行。根据现有研究成果,本文还以关键技术与关键装备结合为思路,分别提出发展连续式前驱体制造与连续式高温合成装备,尤其可解决温区差异和气流场差异问题的连续式高温合成装备,以提高CRN法产业化合成AlN粉体性能和效率。

  • 综合评述
  • 赵孔俐, 孙正阳, 冯军宗, 姜勇刚, 李良军, 胡艺洁, 冯坚
    硅酸盐学报. 2024, 52(12): 3896-3904. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20240447

    气凝胶是一种具有低密度、高比表面积、低热导率等优异特性的纳米多孔材料,在诸多领域应用广泛。但气凝胶传统制备工艺中凝胶化过程多在液相中进行,凝胶干燥过程中为了避免受到表面张力的影响需要进行复杂的溶剂置换或使用专业的超临界干燥设备,制备条件较为苛刻成本较高、制备工艺较为繁琐,在一定程度上限制了其规模化应用,而通过化学气相沉积工艺在气相环境中直接构造气凝胶纳米骨架可避免干燥步骤,从而可大幅简化工艺流程并有可能降低其成本。同时,采用化学气相沉积工艺制备的气凝胶具有良好力学性能并且此工艺更加适用于制备某些特殊结构的气凝胶。本文对气凝胶的化学气相沉积制备工艺包括无模板化学气相沉积法和模板辅助化学气相沉积法的最新研究进展进行了介绍,并对未来研究方向进行了展望。