La$_{{1-x}}$Sr$_{x}$TiO$_{3}$ 薄膜的高通量 X 射线衍射

高通量材料合成方法和高通量材料表征手段区别于传统低效率的 "试错法"材料发展方法, 极大地加速了材料科学的变革和发展. 通过设计程序进行了高通量 X 射线衍射实验, 在保证数据分辨率条件下, 高效地表征了 La$_{1-x}$Sr$_{x}$TiO$_{3}$ 薄膜上多个数据位点的晶体结构, 验证了其成分的连续变化性质, 为后续开展更多类型的高通量 X 射线衍射实验提供了指导.     

X射线衍射技术及其在材料表征实验的研究综述

X射线衍射技术是一种不损害材料、无污染、精确测量并能得到样品完整结构信息的测量技术,在材料研究的众多领域得以应用。该文主要介绍了X射线衍射的产生及其工作原理,从物相分析、应力测量、晶粒尺寸和结晶度测量等方面概述了该技术在材料结构表征中的应用。     

材料的高通量制备与表征技术

 经过40 年的发展,材料高通量制备与表征技术已取得了较大的进展,并被证明可有效地加速材料研发-应用进程,因此被列为材料基因组计划的三大技术要素之一。本文简要回顾材料高通量实验技术的发展历程,阐述高通量实验在材料基因组技术中的地位与作用,系统介绍一系列有代表性的高通量制备与表征技术,并指出一些高通量实验方法的应用局限。对未来面临的挑战与发展趋势进行了分析展望,重点介绍基于同步辐射、散裂中子源等大科学装置以及基于材料非均匀性本质的原位统计映射表征解析等发展新一代材料原位实时高通量制备、表征与分析技术的新思路,以期为中国材料基因组技术的跨越式发展提供参考。     

D8 advance X射线衍射仪测试ITO薄膜厚度

X射线衍射仪是材料研究中物相表征的常规手段,利用X射线衍射测试纳米级平整薄膜厚度具有无损、高精度、测试范围大的优点。以ITO薄膜材料为例,利用布鲁克D8 advance衍射仪通过X射线反射法测量薄膜材料的厚度以及粗糙度等结构参数,对测试样品的要求、测量方法的原理、布鲁克D8 advance衍射仪的具体调试和测试步骤以及数据处理方法等进行了详细的说明。这一方法为高校利用常见的X射线衍射仪测试薄膜材料结构参数提供了具体的实验指导。     

MOCVD Al_xGa_(1-x)N/GaN超晶格结构的界面与表面表征

采用掠入射X射线反射谱技术和原子力显微镜表面形貌技术对AlxGa1-xN/GaN超晶格结构的界面与表面进行了表征,将反射谱数据与X射线衍射结果结合获得了垒层组分及阱层宽度与界面粗糙度的关系.掠入射X射线反射谱的显著强度振荡与原子力显微镜所观察到的台阶流动形貌表明了平整的界面和表面的存在.研究发现,低Al组分(x=0.15)阱宽小的样品界面与表面粗糙度最小.     

假单胞菌合成花型硒颗粒的研究

利用实验室分离而来的一株假单胞茵(Pseudomonas alcaliphila MBR),以亚硒酸钠为硒源,通过菌体的还原反应来获得红色硒纳米颗粒.将纯化出的硒颗粒为样品,使用一些材料表征技术表征其结构.扫描电镜观察其主要为球形颗粒且直径随着反应时间延长而变大,并最终形成花型硒材料;X射线能谱分析花型材料的构成基本为硒元素.     

La掺杂双钙钛矿Ba2NiMoO6的磁性和铁电性能

通过固相烧结工艺制备Ba2-xLaxNiMoO6(x=0,0.1)陶瓷样品,采用多晶X射线衍射仪和扫描电子显微技术对样品的物相成分、晶体结构及其表面形貌进行表征与分析.实验样品的X射线衍射谱与理论模拟多晶样品的X射线标准谱比较,显示样品相已经形成.X射线衍射分析结果表明,Ba2NiMoO6晶体原胞(a=b=c=0.8045 nm)属于立方晶系,空间群为Pm3m,布拉格衍射峰(1,1,1),(3,1,1)分别为样品中Ni离子和Mo离子有序占据B位超晶格有序峰,实验显示La掺杂对样品的晶胞参数影响很小.对样品铁电性能的测试表明,A位的替代增强了Ba2NiMoO6的偶极运动,使剩余极化得到提高.通过振动样品磁强计(VSM)测量样品磁化强度与磁场强度的关系,表明样品在室温下呈现顺磁行为.     

Cu_2ZnSnS_4粉体材料的制备及其性能研究

采用固相反应法制备了Cu2ZnSnS4(CZTS)粉体材料,利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对样品的形貌和晶体结构进行了表征,采用紫外-可见-近红外分光光度计对样品的光学性能进行了测试,研究了热处理温度对CZTS样品的晶体结构、光吸收系数和禁带宽度等性能的影响关系.研究结果表明:使用固相反应法在热处理温度高于500℃时,得到的CZTS粉体材料结构为典型的锌黄锡矿晶体结构,其禁带宽度为1.45eV,SEM照片显示样品粒径为50μm的粉体.该材料可以用来压制CZTS靶材,可以用在CZTS薄膜材料的制备领域.     

氢气热处理诱导Ti_3C_2T_x MXene的结构及特征元素演变行为研究

在氢气气氛下,采用不同的温度对Ti_3C_2T_x MXene粉体进行了热处理,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱仪(EDX)、X射线吸收精细结构谱(XAFS)、X射线光电子能谱(XPS)对样品的微观结构与形貌进行了测试与表征.研究表明,氢气热处理温度能够诱导Ti_3C_2T_x MXene先向锐钛矿型TiO_2及金红石型TiO_2转变,且能够保持二维层状材料结构特征.氢气退火后,Ti的K边向高能量偏移,这说明Ti原子的平均氧化态程度变高,认为与材料表面的Ti因配位环境演变而失去电子有关.该研究为实现Ti_3C_2T_x MXene结构转变及特征元素配位环境的精准调控提供了支撑.     

氮等离子体浸没注入处理316不锈钢的抗点蚀性能研究

利用等离子体浸没技术进行低剂量注氮,对AISI 316不锈钢材料进行了表面改性研究.电化学测试实验显示N2+离子的注入能够显著改善316不锈钢的抗点蚀性能.基于X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射分析(XRD)、二次离子质谱(SIMS)等技术表征结果,系统分析了N2+离子注入导致了316不锈钢抗点蚀性能提高的可能原因.     

基于“材料基因组工程”的3种方法在镍基高温合金中的应用

"材料基因组工程"强调以产业应用为导向,集成和发展材料的计算工具、试验工具和数据库等核心基础能力,聚焦解决关系国计民生产业应用中材料的关键问题。本文列举3种基于"材料基因组工程"方法在镍基高温合金中的实际应用,包括高通量合金制备及其关键热力学和动力学数据的高通量采集、显微组织的多尺度和多维度表征、微型试样的力学性能检测。分析表明,定量预测和描述材料成分、工艺、组织和性能关系的计算、表征和数据库技术面临极大挑战,基于"材料基因组工程"的方法将促进镍基高温合金的研发,加快从实验室研究到市场应用的转化。     

组合材料芯片技术在新材料研发中的应用

 组合材料芯片是高通量材料实验技术的重要组成部分,可实现在一块较小的基底上,通过精妙设计,以任意元素为基本单元,组合集成多达10~10⁸种不同成分、结构、物相等材料样品库,并利用高通量表征方法快速获得材料的成分、结构、性能等信息,以实验通量的大幅度提高带来研究效率的根本转变,实现材料搜索的"多、快、好、省"。组合材料芯片技术经历了20 年的发展与完善,已形成一系列较为成熟的材料制备技术与表征方法。本文列举多年来涉及微电子材料、磁性材料、光电材料、能源材料、介电材料、催化材料、合金材料等15 个领域中较为成功的应用案例,以展示组合材料芯片技术在加速新材料发现、材料和器件性能优化、以及基础物理研究中的突出作用及效果。     

关于陶瓷材料的脆性问题

陶瓷材料众多优点是其他材料所不能比拟的,但是它的致命弱点是它的脆性,陶瓷材料的脆性在很大程度上影响了材料性能的可靠性和一致性,研究陶瓷材料的脆性问题,并提出改善它的有效途径就成为陶瓷材料研究工作者所特别关心的,半个世纪的研究,从陶瓷材料脆性的基础认识研究到有效改善途径的实施,首先是材料中弱界面的建立,诸如纤维补强陶瓷基复合材料、复相陶瓷材料、自增韧陶瓷材料、叠层复合材料、陶瓷材料的晶界应力设计,还有氧化锆增韧陶瓷材料、功能梯度材料、纳米陶瓷材料等都是行之有效的,在此基础上又提出多相材料,同时也研究了多种途径强化与增韧的协同效应。总之,陶瓷材料的脆性问题是可以采用不同的途径在很大程度上使之改善的,但是否可以解决陶瓷材料的脆性问题,尚不能作定论。材料的研究方向向多功能发展,这是材料发展的总趋势。     

液态GaSb材料的研究现状与展望

综述液态GaSb材料的研究现状，指出GaSb熔体黏度的学术意义在于反映了GaSb熔体的微观结构和特性，并对今后的研究工作进行了展望。     

电(类)Fenton体系阴极材料的研究进展

电Fenton是一种新型的电化学高级氧化技术,其阴极室区在通电时可催化还原溶解O2原位产生H2O2或转化为.OH,并促进对有机污染物的降解,从而提高了传统Fenton(H2O2/Fe2+)体系的催化氧化效率.电(类)Fenton体系中理想的阴极材料须具备两方面的特点:有较大比表面积,以增大氧气向阴极表面传质和接触面积;电极要对O2还原为H2O2具有良好的催化活性,并对H+还原为H2时高的过电位具有抑制作用.因此,开发合适阴极材料是电(类)Fenton体系的研究重点.本文概述了电(类)Fenton高级氧化技术基本原理及研究进展,重点阐述了电(类)Fenton阴极材料的电催化特性和最新研究现状,并对其当前研究趋势进行了归纳,引用文献45篇.     

New insights into the properties of high-manganese steel

In the Collaborative Research Centre 761's "Steel ab initio-quantum mechanics guided design of new Fe based materials," scientists and engineers from RWTH Aachen University and the Max Planck Institute for Iron Research conducted research on mechanism-controlled material development with a particular focus on high-manganese alloyed steels. From 2007 to 2019, a total of 55 partial projects and four transfer projects with industrial participation(some running until 2021) have studied material and process design as well as material characterization. The basic idea of the Collaborative Research Centre was to develop a new methodological approach to the design of structural materials. This paper focuses on selected results with respect to the mechanical properties of high-manganese steels, their underlying physical phenomena, and the specific characterization and modeling tools used for this new class of materials. These steels have microstructures that require characterization by the use of modern methods at the nm-scale. Along the process routes, the generation of segregations must be taken into account. Finally, the mechanical properties show a characteristic temperature dependence and peculiarities in their fracture behavior. The mechanical properties and especially bake hardening are affected by short-range ordering phenomena. The strain hardening can be adjusted in a never-before-possible range, which makes these steels attractive for demanding sheet-steel applications.     

纤维改性沥青混合料性能的研究现状与展望

纤维材料作为一种沥青混合料添加剂和稳定剂,能有效改善沥青路面的各项性能指标,首先从纤维材料的自身特性出发,介绍了几种常用路用纤维的物理力学特性以及近年来开发出的新型绿色环保型纤维材料;通过复合材料理论、界面理论等相关理论模型解释了纤维材料对沥青混合料的微细观改性机理;总结了现有关于纤维改性沥青混合料的界面表征分析方法;...     

Application of mesoscale modeling optimization to development of advanced materials

The rapid development of computer modeling in recent years offers opportunities for materials preparation in a more economic and efficient way. In the present paper, a practicable route for research and development of advanced materials by applying the visual and quantitative modeling technique on the mesoscale is introduced. A 3D simulation model is developed to describe the microstructure evolution during the whole process of deformation, recrystallization and grain growth in a material containing particles. In the light of simulation optimization, the long-term stabilized fine grain structures ideal for high-temperature applications are designed and produced. In addition, the feasibility, reliability and prospects of material development based on mesoscale modeling are discussed.     

Sr2CeO4荧光材料的合成与发光机理研究进展

 Sr₂CeO₄具有新型独特的一维链状结构,它不仅可作为蓝色荧光材料,而且还是良好的基质材料。由于其性能优异,同时又适合稀土掺杂的基质材料,被人们誉为第二代长余辉发光材料,是发光材料的发展方向之一,所以Sr₂CeO₄的研究引起了人们的广泛关注。本文主要介绍了评价发光材料性能优劣的一些指标,Sr₂CeO₄荧光体的结构、发光的原因机理以及影响发光的一些因素。介绍了发光材料的常见合成方法：燃烧法、高温固相法、微波法、化学共沉淀法、溶胶-凝胶法等,并指出了各种合成方法优点和需解决的问题,提出了解决问题的设想。此外还介绍了发光材料的表征手段,及稀土掺杂的Sr₂CeO₄的发展状况,并提出了今后研究的设想。