石墨烯辐照损伤及力学性能研究

石墨烯的加工和掺杂是其工程应用和性能开发的重要手段,离子辐照技术是实现上述目的的有效途径.利用分子动力学方法建立了硅离子辐照石墨烯和辐照后拉伸的数值模型.考虑辐照剂量、辐照能量和辐照角度这3个主要影响因素,研究了不同辐照条件下石墨烯的缺陷类型和数量,并分析了在辐照剂量影响下的拉伸破坏.结果表明:当辐照能量较小时,入射粒子会吸附在石墨烯表面.随着辐照能量的增大,入射粒子会穿透石墨烯而形成缺陷,当辐照能量到达一定值时,再无吸附原子.随着辐照剂量的增加,溅射原子和缺陷数目均增多,且缺陷类型以空位缺陷为主,其拉伸力学性能随着缺陷数量的增加而减小,二者近似成线性关系.辐照后石墨烯的拉伸破坏机理与完美石墨烯的有所不同,应力强化阶段明显缩短,缺陷带决定其起裂位置和断裂走向.      

载能离子辐照的ODS铁素体钢硬化效应的研究

研究了氧化物弥散强化(ODS) 的3 种铁素体钢,包括: 19Cr-3.5Al ODS钢(MA956),16Cr-0.1TiODS和16Cr-0.1Zr ODS铁素体钢,在多能量的氦离子和MeV能量级的Bi、Xe 离子辐照条件下的硬化效应。获得了辐照硬化与原子离位损伤水平(dpa)、He 注入浓度的关系。结果表明,材料的硬度在低剂量范围会随着辐照剂量迅速增加,而在高剂量范围材料的硬度逐渐趋于饱和,可以用1/2 次的幂函数拟合辐照硬化与离位损伤水平之间的关系。不同入射离子——Bi离子和Xe离子都会引起ODS 钢的硬化,而氦离子还会在材料中聚集导致氦泡的形成,造成更加明显的硬化。实验证明,Ti 或Zr 掺杂的16Cr-ODS 铁素体钢较19Cr-3.5AlODS钢具有更强的抗辐照硬化能力,原因可归于其含有更高数密度的细小氧化物粒子——能够有效俘获点缺陷和氦原子,从而有效抑制晶粒内部和晶界出缺陷的长大。The present work investigates the irradiation hardening of ODS ferritic steels after multi-energy Heion implantation, or energetic Bi-ion and Xe-ion irradiation, to get an understanding of dependence of irradiationhardening on atomic displacement damage and gas accumulation. Three kinds of high-Cr ODS ferritic steels including the commercial MA956 (19Cr-3.5Al), the 16Cr-0.1Ti and the 16Cr-0.1Zr ODS ferritic steels were used.The results show that the hardness increases rapidly at the lower doses but tends to saturate at the higher dose.An 1/2-power law dependence on dpa value is obtained. Helium implantation contributes significantly to the irradiation hardening, possibly due to the impediment of the motion dislocations by helium bubbles. 16Cr-ODS (Ti or Zr added) ferritic which contains finer oxide particles in higher number density shows higher resistance to irradiation hardening than the MA056.     

光致发光在钻石检测中的应用

采用光致发光系统,在297 K及80 K温度下,应用氩离子激光器(波长为488 nm和514 nm)对合成钻石、HPHT处理钻石、辐照处理钻石和天然钻石进行了测试.结果表明:在80 K低温下的测试结果要远比常温297 K温度下好,可能出现由更多的缺陷产生的吸收峰.通常情况下,对于钻石样品514 nm光源激发,可以得到较多较明显的峰,而在488 nm光源激发时,可以产生503 nm和598 nm处的峰.CVD合成钻石、HPHT处理钻石、辐照处理钻石样品在低温80 K、514 nm激发时,均会出现较为明显的575 nm、637 nm峰,而天然钻石则不会出现或仅有微弱显现及偏移,两者区别明显,可以作为鉴定依据.辐照改色的钻石样品中可见到588 nm、680 nm特征峰,而天然钻石、CVD合成钻石及HPHT处理钻石中均未出现此峰,也可作为鉴定辐照改色钻石的依据.     

金属组分负载量对复合催化剂湿式氧化性能的影响

采用浸渍法制备Cu-Fe-Pt-La/γ-Al2O3催化剂,通过催化湿式氧化法处理垃圾渗滤液,以COD去除率、浊度去除率和反应后垃圾液中金属溶出量为指标,评估催化剂金属组分负载量对其活性和稳定性的影响,并对催化剂结构进行表征.结果表明,催化剂的活性和金属溶出量均随着负载量的增大而增加,0.7 mol/L为适宜的金属组分负载量,此催化剂属于介孔结构,表面颗粒分布均匀,且在循环应用中活性稳定.     

镧钡改性的γ-Al2O3的制备及其热稳定性研究

以硝酸铝为氧化剂,甘氨酸作为还原剂,添加硝酸钡-硝酸镧作为改性剂,通过溶液燃烧合成法制备了改性的γ-Al2O3纳米粉体.通过对产物进行X射线衍射分析(XRD)、热重-差热分析(TG-DTA)、扫描电镜分析(SEM)和比表面积分析,研究了改性剂的添加量、煅烧温度、煅烧时间等工艺参数对最终产物的物相、形貌、粒径等的影响.结果表明,制备硝酸钡-硝酸镧改性的γ-Al2O3的最佳工艺条件为:以甘氨酸为燃烧剂,硝酸镧、硝酸钡、硝酸铝的摩尔比为0.01:0.03:1,煅烧温度为1050℃,煅烧时间为4h.通过掺杂稀土元素La和碱土金属元素Ba,可同时阻止Al3+的表相和体相扩散.     

分级多孔γ-Al2O3空心微球微波水热法制备及其对刚果红的快速吸附

以KAl(SO₄)₂和尿素为前驱体,通过微波水热法于180 ℃反应20 min,经600 ℃焙烧2 h制得分级多孔γ-Al₂O₃空心微球.所制备的样品被用于吸附典型有机染料刚果红(CR)溶液.结果表明,制备的γ-Al₂O₃空心微球直径为0.8-1.0 μm,厚度约为200 nm.此γ-Al₂O₃空心微球具有高的比表面积(243 m²·g^-1)和分级大孔-中孔结构,此结构非常有利于液相过程中的质量传递.微波水热法制备的γ-Al₂O₃空心微球比水热法制备的γ-Al₂O₃和商用的γ-Al₂O₃样品显示出更快和更强的吸附性能.此样品的吸附数据很好地符合假二级速率方程和Langmuir吸附理论模型.从Langmuir吸附理论模型计算得到微波水热法制备的γ-Al₂O₃空心微球的最大吸附量(q_max) 25 ℃时高达515.4 mg·g^-1.由于具有分等级结构、高比表面积、大的孔容和吸附能力,微波水热法制备的γ-Al₂O₃空心微球样品有望成为一种具有很好应用潜力的环境吸附剂.     

燃烧法合成Y掺杂改性的γ-Al2 O3及其表征

以硝酸铝为氧化剂,甘氨酸作为还原剂,添加氧化钇作为改性剂,采用燃烧法合成了改性的纳米γ-Al2 O3粉体。研究了改性剂的添加量,煅烧温度,煅烧时间等工艺参数对产物的影响。以甘氨酸作为还原剂,氧化钇和硝酸铝的摩尔比为0.07∶1,煅烧温度950℃,煅烧时间4 h 的条件下制得最佳产物。对产物进行 X 射线衍射分析( XRD)、傅里叶红外光谱仪( FTIR Spectrometer)、扫描电镜分析( SEM)和比表面积分析,结果表明所得产物表面积较大,具有表面弱酸性,作为催化剂载体可以提高其表面的贵金属分散度和催化剂的抗积碳能力。     

高能重离子辐照的低活化钢硬化效应

为了探讨聚变堆候选低活化钢的抗辐照性能,在兰州重离子加速器国家实验室HIRFL的材料辐照终端,利用63 MeV的~(14)N离子和336 MeV的~(56)Fe离子在-50?C下对一种国产低活化钢进行辐照实验.借助离子梯度减能装置,使入射离子能量在0.22—6.17 MeV/u之间变化,从而在样品表面至24μm深度范围内产生0.05—0.20 dpa的原子离位损伤坪区.利用纳米压痕仪测试样品辐照前后的显微硬度,通过连续刚度测量(constant stiffness measurement)得到低活化钢硬度的深度剖面信息.使用Nix-Gao模型很好地描述了纳米压痕硬度随深度递减的现象(压痕尺寸效应,indentation size effect),从而有效避免了低能离子辐照的软基体效应(softer substrate effect).正电子湮灭寿命谱显示低活化钢在辐照之后长寿命成分增加,说明样品中产生了大量缺陷形成空位团,从而导致了材料力学性能的变化,在离子辐照剂量增加至0.2 dpa时,平均寿命τ_m增加量逐渐变慢,材料中辐照产生的缺陷趋于饱和.     

基于微孔硅阵列的像素化γ-CuI闪烁转换屏的研制及性能表征

以微孔硅阵列为模板,高纯CuI粉末为原料,采用压力注入法,成功制备了具有单分散微柱结构的像素化CuI闪烁转换屏。扫描电子显微镜(SEM)与X射线衍射(XRD)的测试结果表明,所制备的转换屏中CuI微柱连续、致密,微柱柱径约为2.5μm、间隔约为1.5μm、柱长约为80μm,并具有良好的γ相晶体结构。在X射线激发下,所制备的像素化γ-CuI闪烁转换屏具有峰值波长位于680nm附近的红光慢发射带;掺碘后,该发射带被较大幅度的抑制,同时出现了峰值波长位于432nm的快发光峰;当碘掺杂含量达到10Wt%时,峰值波长位于680nm附近的红光慢发射带被完全抑制,只存在峰值波长位于432nm的快发光峰。采用刃边法测量了所制备的像素化γ-CuI闪烁屏的空间分辨率,结果显示其分辨率可达38lp·mm-1,表明该闪烁屏除拥有超快时间响应特性外,兼具很高的空间分辨本领,在X射线成像方面具有独特的应用价值。     

γ-氨基丁酸和苯甲酸共晶体及其形成条件的振动光谱分析

使用太赫兹时域光谱(THz-TDS)、傅里叶红外光谱(FTIR)和傅里叶拉曼光谱(FT-Raman)技术在室温下对γ-氨基丁酸(GABA)、苯甲酸(BA)及其研磨和溶剂共晶体进行表征分析。FTIR,FT-Raman及THz光谱都能够分辨原料物质及GABA-BA共晶体。其中THz实验结果显示了GABA-BA研磨和溶剂共晶体位于0.93,1.33,1.57THz的吸收峰明显区别于原料物质,这体现了不同物质在THz波段具有明显的指纹特征。为确认GABA-BA共晶体的晶型结构,分别采用FTIR和FT-Raman光谱进行光谱归属。通过FTIR的光谱归属推断GABA-BA共晶体由GABA中的氨基H_23和BA中的羰基O1构成第一个氢键,氨基中的N18结合BA中的羟基H15形成第二个氢键。FT-Raman光谱中,原料物质GABA中位于576,886,1 250,1 283,1 337,1 423和1 470cm~(-1)处归属于—CH_2,—NH_2弯曲振动的Raman散射峰在GABA-BA共晶体内消失,判定GABA中的氮原子N18亦可作为氢键受体,从而验证了GABA-BA共晶体的晶型结构。此外,为了进一步说明溶剂pH值对GABA-BA共晶体的形成条件的影响,利用THz-TDS,FT-Raman光谱确认了该共晶体在溶剂条件2.00≤pH≤7.20可稳定地生成。这一研究结果同时也为利用THz-TDS,FTRaman光谱技术辨别固体物质晶型结构、晶型形成条件提供了实验及理论依据。