水热法制备的氧化锌微晶的形态特征

氧化锌陶瓷材料及其相应的功能器件在电子、化工等行业有许多应用.工业上用草酸锌分解的方法来制备ZnO粉体,但所得粉体粒度大、分布宽且烧结活性差.制备优质氧化锌粉体是提高相应陶瓷材料性能的基础.水热法是制备优质超细粉体的湿化学方法之一,其中采用水热法制备ZrO_2,BaTiO_3,PLZT等超细粉体的研究近年来受到了广泛的重视;采用水热法制备Ⅱ-Ⅵ族化合物的超细粉体最近亦有报道.作者研究了采用不同水热条件下的氧化锌超细微晶的制备,实验表明,水热法制备的氧化锌微晶的形态变化很大,而形态特征对粉体的实际应用具有重要影响.同时,研究水热条件下超细微晶制备过程中的结晶习性也是晶体生长工作的一个重要内容.1 实验采用直径为20mm,长180mm的管式高压釜,内加贵金属内衬,釜体分区加热以建立合适的温场(上下部温差为10～20℃);在一定的充填度条件下,进行不同反应温度(150～350℃)和反应时间(恒温时间4 ～72h)的水热反应.在填充度为85%,反应温度300℃时,实际测得体系的压力不超过50MPa.     

水热条件下BaTiO3晶粒的结晶学特性

水热法在制备含氧化合物细粉方面具有许多优点.水热反应不需要很高的温度,这不仅降低了能耗,而且使所得产物反应活性得到提高;由于反应是在较高压力和温度下进行的,所以反应速度较快,且可得到高纯、单相产物.近年来,水热法在含氧化合物粉体的制备方面得到了广泛的研究和应用,但有关水热条件下所制得的粉体的结晶学特性的报道不多,而这方面的研究对认识水热条件下粉体的形成机理及选择适宜工艺路线都是十分重要的.本文报道了水热条件下BaTiO_3晶粒在晶相和晶胞参数方面的一些变化规律.     

MgO/α-Al_2O_3单晶衬底上磁控溅射Pt外延薄膜微结构观测分析

采用射频磁控溅射方法在Mg O和α-Al_2O_3单晶基片上沉积制备Pt外延薄膜,研究了衬底晶格结构和沉积氛围对薄膜外延生长晶向和表面形貌的影响.实验研究表明,Pt薄膜外延生长晶向主要受衬底表面晶格结构的影响,沉积氛围主要影响薄膜表面形貌.X射线衍射分析证明了Pt(100)//Mg O(100),Pt(111)//Mg O(111),Pt(111)//α-Al_2O_3(0001)和Pt(111)//α-Al_2O_3(01 12)的晶面外延关系.扫描电子显微镜观测发现15%氧分压氛围沉积在Mg O(111)和α-Al_2O_3(01 12)衬底上的Pt(111)外延薄膜以三角形晶粒密排堆叠形成平整致密的膜面,但膜内存在旋转畴缺陷;而15%氧分压氛围沉积在Mg O(100)衬底上的Pt(100)外延薄膜无旋转畴缺陷,但薄膜表面出现大小不一的微孔.     

关于Na2O-Al2O3-SiO2-H2O系的平衡固相

Na_20-Al_2O_3-SiO_2-H_2O系相图对铝冶金、硅酸盐化学和热液成矿理论均有重要意义.Деревякин等研究Na_2O-Al_2O_3-SiO_2-H_2O系水热条件下的平衡固相并发表了相图.认为含氧化硅的铝酸钠-氢氧化钠溶液析出的平衡固相主要是“铝酸盐方钠石”(Aluminate-Sodalite,3[Na_2O·Al_2O_3·2SiO_2]NaAl(OH)_4·H_2O)和“碱性方钠石”(Basic Sodalite,3[Na_2O·Al_2O_3·2SiO_2]NaOH·H_2O),并在相图中划分了二者各自的初晶区.其中“碱性方钠石”实际上就是沸石化学文献中在方钠石β笼中嵌入NaOH的羟基方钠石(Hydroxy-Sodalite).它早已见诸文献,并为我们的实验验证.至于“铝酸盐方钠石”,显然是Дервякин为了解释低Na_2O/Al_2O_3比的溶液析出的方钠石样品SiO_2/Al_2O_3比小于2.0(一般可达1.6～1.9)     

核壳结构α-Fe2O3@Zn2SnO4的水热法制备及光电性能

α-Fe2O3(带隙2.2eV)和Zn2SnO4(带隙3.6eV)两者都是廉价的光电材料,然而前者光生载流子复合效率较高,后者只有在紫外光区有光电响应.本文采用水热法制备了核壳结构的α-Fe2O3@Zn2SnO4复合材料,利用X射线衍射(XRD)、场发射电子扫描电子显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见吸收光谱(UV-vis)及表面光电压谱(SPS)等分析手段进行材料结构、形貌和性能表征.结果表明,该核壳结构复合材料的光电响应比单一组分光电响应的强度和范围都有明显的改善.该复合材料光电响应的改善,与水热法制备的α-Fe2O3@Zn2SnO4核壳结构有关.α-Fe2O3与Zn2SnO4复合后Fe2p的结合能变化明显这可能有利于光生载流子分离.     

Al_2O_3和NaF熔盐的相互作用

Al~(3+),Na~+|F~-,O~(2-)互易盐系的研究对铝电解原理的了解有重大意义,但对Al_2O_3-NaF截面并未认真研究.有苏联文献报道,在1200～1300℃以下Al_2O_3在NaF 熔盐中溶解度极小,而Ratkje 为论证冰晶石-氧化铝熔体结构,在含冰晶石仅百分之几的NaF 熔体中加入Na_2CO_3,然后测其冰点下降.这实际上是认为Al_2O_3在NaF 中有显著溶解度.为了澄清这方面的矛盾,我们对Al_2O_3-NaF 系进行了实验研究.将分析纯的NaF 和α-Al_2O_3置     

H_2O/γ-Al_2O_3体系的热化学研究——大孔γ-Al_2O_3吸附水后的热容及其中吸附水的相变

在测定H_2O/γ-Al_2O_3、H_2O/γ-Al_2O_3·H_2O和H_2O/SiO_2等吸附体系200—300K下热容的基础上,为了进一步考察固体表面孔结构对吸附水性质的影响,我们又测定了由大孔氧化铝组成的H_2O/γ-Al_2O_3(大孔)吸附体系在该温度范围内的热容,并进行了讨论。     

低温相偏硼酸钡(BBO)的发现及其对探索新型非线性光学材料的启示

1960年用红宝石(α-Al_2O_3:Cr)作为激光晶体,实现了激光运转.翌年(1961年)让红宝石激光束(694.3um)入射到石英晶体(α-SiO_2),出现了倍频(34.15um)效应,从而开辟了激光及非线性光学及其材料研究的新领域.国内外许多单位就在这个基础上开展了有关激光和非线性光学晶体的研究.     

Si3N4/BN纳米复合粉体的制备

采用化学溶液法, 溶解分散H₃BO₃, CO(NH₂)₂及α-Si₃N₄微粉制成悬浮液, 干燥后以氢还原氮化法制备出纳米氮化硼包覆微米氮化硅的Si₃N₄/BN纳米复合粉体. 利用X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对复合粉体的形成过程及形貌结构研究发现: 当反应温度为1100℃时, 包覆层中除在临近α-Si₃N₄颗粒表面有少量涡流状氮化硼(t-BN)生成外, 其主要组成部分为非晶态BN. 以上复合粉体经1450℃氮气氛下处理后, 非晶态氮化硼与涡流状氮化硼转化为h-BN. 所制复合粉体经1800℃热压烧结获得加工性能良好的复相陶瓷.     

KNO3在沸石表面上分解以产生碱性位的新途径

碱性沸石的制备通常采用碱金属离子交换、碱金属叠氮化物和(或)碱金属氧化物及醋酸盐的负载和热分解等方法,但是极少使用中性盐进行改性。KNO_3通常主要作为催化剂助剂,最近我们发现KNO_3负载在γ-Al_2O_3上经873K热分解后具有强碱性,在273K的丁烯异构化反应中活性高于K_2CO_3/Al_2O_3,KOH/Al_2O_3或MgO。为制备具有更大比表面的碱性催化剂,我们将KNO_3负载于Y沸石表面,发现了促使KNO_3分解以形成碱性位的新途径。     

Si3N4/BN纳米复合粉体的制备

采用化学溶液法, 溶解分散H3BO3, CO(NH2)2及α-Si3N4微粉制成悬浮液, 干燥后以氢还原氮化法制备出纳米氮化硼包覆微米氮化硅的Si3N4/BN纳米复合粉体. 利用X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对复合粉体的形成过程及形貌结构研究发现: 当反应温度为1100℃时, 包覆层中除在临近α-Si3N4颗粒表面有少量涡流状氮化硼(t-BN)生成外, 其主要组成部分为非晶态BN. 以上复合粉体经1450℃氮气氛下处理后, 非晶态氮化硼与涡流状氮化硼转化为h-BN. 所制复合粉体经1800℃热压烧结获得加工性能良好的复相陶瓷.     

形态发生之美丽

人类对形貌和结构之美的探索不止于自然界更延伸到科学领域,我们更关注的是蕴藏在形态和模式中的物理规律和应用价值。随着非线性科学的出现,形态和模式的研究再次成为科学研究的焦点,晶体可以在非平衡体系中生长出骸晶和枝晶等特殊形态的晶体,表面活性剂及模板分子的应用极大地丰富了晶体的结构和形貌。本文评述了部分晶体生长理论和不同条件下的形态发生图样。     

均匀纺锤形铁黄α-FeOOH微晶生长机制研究

均匀纺锤形α-FeOOH微晶,是合成γ-Fe_2O_3和α-Fe磁粉的前躯.纺锤形磁粉的磁学性能较之针形磁粉优良.它在外磁场作用下,能产生均匀磁化,其内部不产生磁极,表面平整,分散性好.因而,纺锤形磁粉是高记录密度的理想材料.其次,若将其轴比控制合适,既适用于现时通用的平行磁记录方式,也可适用于正在改进的垂直磁记录方式.均匀纺锤形氧化铁微晶生长方法,一是采用水热法或强迫水解法,使三价铁盐水解结晶析出无孔洞的α-Fe_2O_3.此法省略了传统磁粉生产过程中铁黄脱水工艺,因而可消除脱水     

四方相LiY（Yb）F4:Yb3+/Er3+晶体颗粒的合成及上转换荧光光谱

采用水热法分别合成了四方相LiYF4:Yb3+/Er3+和LiYbF4:Yb3+/Er3+的八面体晶体颗粒,并通过XRD,SEM,荧光光谱观测等手段对其晶相、形貌及上转换荧光效应等进行了研究.结果表明,EDTA(乙二胺四乙酸)表面活性剂的引入导致了样品平均粒径和结晶度的变化及发光强度等的变化.在波长为980nm激光的激发下,观测到了源于2H11/2→4I15/2和4S3/2→4I15/2跃迁的绿色上转换荧光发射、4F9/2→4I15/2跃迁的红光发射和2H9/2→4I15/2跃迁所产生的微弱紫光发射;分析了上转换发光机理和基质变化对上转换荧光性质的影响.     

肝素对CaCO3晶体形貌和结构的控制

有机物对CaCO₃晶体生长的调控作用是其矿化机制与仿生制备的一个重要组成部分. 利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、红外吸收光谱仪和荧光分光光度计研究了低分子量肝素(heparin, HEP)对CaCl₂/Na₂CO₃体系中CaCO₃晶体形貌与结构的影响. 结果发现, 在纯水溶液中CaCO₃为菱形方解石; HEP的加入促使CaCO₃形貌与结构发生变化. 当HEP浓度达到2.5 mg/mL时, 可成功诱导CaCO₃晶体取向生长并形成直径为1.5 ?m左右的球霰石型晶体. X射线衍射分析显示, HEP浓度为5和20 mg/mL时, 球霰石晶体含量分别为57.4%和64.9%. 这种HEP/CaCO₃微球对HEP的包封率达到80%以上. 实验研究结果可以为探讨生物矿化机制和制备肝素功能化材料提供新的参考依据.     

水热条件下四方相BaTiO3的合成

BaTiO_3陶瓷是一种重要的介电材料,广泛用于热敏电阻,多层陶瓷电容器以及电光器件中.陶瓷材料的性能在很大程度上取决于所用粉体材料的性能.因而,数十年来BaTiO_3的合成一直是一个很重要的研究课题,传统方法是将氧化物或盐经多次混和研磨、灼烧,而近年来研究中心则已转移到低温合成方法上,低温合成方法的优点在于可以获得高纯、均一的超细粉体.其中尤以水热法更为成功,水热法是将Ba(OH)_2与TiO_2粉体或胶体、Ba-Ti醋酸盐凝胶在OH~-存在的条件下于80～250℃的水介质中加热.这类方法可制得超细BaTiO_3,但是所得BaTiO_3在室温下呈立方相,因而是顺电性的,必须经过1100℃以上的高温处理才能得到室温下为四方结构的铁电相.四方相BaTiO_3粉料可用热压烧结而制成陶瓷,从而避免了长时间的高温灼烧,使晶粒长大和气孔扩张得到控制.因此,水热条件下四方相Ba-TiO_3的低温直接合成是一项很有意义的工作1 实验BaTiO_3细粉是采用Ba(OH)_2·8H_2O和市售TiO_2粉末在(?)30mm×430mm的管式高压釜中制得的.高压釜作分段加热,以建立适宜的上、下温度梯度.反应温度为300℃,反应时间为8h.制得的粉体用醋酸溶液将pH值调至7.5,以去离子水多次洗涤后,在120℃下于空气中烘干.样品作了X射线衍射(XRD;日本理学,RAX-10)、X射线荧光(     

不同聚合态胰岛素的晶体学研究:重组突变体B9(Ser→Asp)人胰岛素的系列结晶及其初步晶体学研究

用基因工程方法制备的B9(Ser→Asp)人胰岛素突变体是一种速效胰岛素.报道这一突变体的晶体生长,初步晶体学分析及衍射数据收集与处理.在不同的晶体生长条件下,分别得到了正交、四方、三方3种晶型的晶体.突变分子在不同晶型的晶体中以不同聚合方式存在,其构建单位分别是二体和六体.通过对这3种不同晶型的晶体结构解析和比较研究,将对此突变体的速效特性的结构基础以及胰岛素在不同条件下的自聚合特征有更深入的了解.     

硝酸钾-氧化铝复合固体电解质在中温区的离子和质子导电性

自 1973年 Liang发现固体电解质的“复合效应”以来,人们相继对许多复合体系进行了研究.复合固体电解质可看成是一个两相混合体,即电导率不太高的离子导体相和高度弥散的绝缘体(如Al_2O_3).复合体的离子电导率常常因复合效应而大大增强.业已提出一些唯象模型来解释这种复合效应,比较典型的是所谓空间电荷层模型,认为离子导体相与绝缘体相之间存在着原子或离子相互作用,从而在两相界面处产生附加缺陷浓度,形成一高电导的空间电荷层.然而有关复合效应的机理目前仍处于定性认识阶段.尽管如此,现已发现某些复合固体电解质可用做中温固体燃料电池、传感器等器件的新型固体电解质材料.例如,已发现Li_2SO_4-Al_2O_3,RbNO_3-Al_2O_3,CsNO_3-Al_2O_3等复合材料在中温区具有相当高的离子电导率;在含氢的环境(如氢浓差电池或氢-氧燃料电池)中质子电导率可达10~(-2)Ω~(-1)·cm~(-1)量级.在原理性燃料电池的实验研究中,用这些材料做固体电解质时,已显示出相当好的放电性能.本文报道关于硝酸钾-氧化铝复合固体电解质材料的结构以及在中温区的离子和质子导电性的研究.1 实验     

高压下石榴石Gd3In2Ga3O12的合成

Gd_3Ga_5O_(12)稀土材料具有Ga~(3+)离子易于被其它离子部分取代的特点.Gd_3Sc_2Ga_3O_(12),Gd_3Lu_2Ga_3O_(12)和Gd_3In_2Ga_3O_(12)作为膜磁光材料YIG和Y_(3-x)Bi_xFe_5O_(12)的衬底引起关注. 这些材料可以通过固相反应、浮熔法、提拉法合成,但它们的高压合成未见报道.本文首次利用高温高压方法实现了Gd_3In_2Ga_3O_(12)的合成,并对其合成区进行了研究.     

掺V2O5的YBa2Cu3O7-δ体系的成相研究

自从高温超导氧化物出现以来,在材料中引入不同元素一直是人们探索高温超导机理、改善材料性能和寻找新型超导材料的重要途径。最近冯勇在研究高价氧化物掺杂对淬火YBa_2Cu_3O(7-δ)(简称YBCO,0≤δ≤1)材料性质的影响时发现,掺适量V_2O_5的YBCO材料(V_2O_5重量比x不超过0.05)具有一种独特性质,即样品经900℃淬火仍具有T_c为88K的超导电性。这个实验事实和该材料从900℃以上淬火后生成不超导的四方相结构,必须在氧气中退火或慢速(如1℃/min)冷却,在600～800℃之间吸收足够的氧,完成由四方到正交相的转变才具有高温超导电性是完全不同的。掺V_2O_5的YBCO材料的这种特性使在Y系材料的制备过程中不必经过在氧气中退火,而采用适当掺入V_2O_5淬火的方法直接获得超导性能良好的材料成为可能。这对薄膜材料的制备是非常有利的,因为长时间的热处理会造成衬底与薄膜材料间的扩散,从而导致材料T_c下降甚至失去高温超导电性。对于这样一个具有重要应用前景的掺杂体系,进一步研究掺V_2O_5对其微结构、成相和超导电性等方面带来的影响是很有意义的。本文利用X射线衍射和Raman散射着重对该材料的物相结构和相成分进行了研究。