非晶态固体的结构可以决定性能吗?

晶态固体的力学性能与塑性变形主要由结构缺陷,比如位错的运动决定.而在非晶态固体中结构如何决定性能,仍然是固体力学、材料学和凝聚态物理学共同关心但尚未解决的核心问题之一.传统材料学研究的经典范式为"结构决定性能".遵循这一信条,已经有大量的实验表征与理论、模拟研究,尝试将非晶态固体的某种结构特征与性能建立一一对应关系.但是,科学界对于非晶固体结构-性能关系成立与否,以及背后隐藏的规律知之甚少.本文针对非晶态固体的变形机制以及其微结构特征,基于分子动力学模拟,定量评估短程简单结构与中长程复杂结构在决定非晶态固体动力学性能方面的效用.通过海量抽样每种具体玻璃结构的激活能(标识激发难易程度),尝试将结构参数与激活能建立定量关系,从而揭示出非晶态固体结构-性能关系的隐藏主控因素为结构的空间关联,受限比几何结构本身更关键.只有某种结构在空间上呈现亚纳米级的空间关联长度,这种完备结构才有可能有效地决定非晶态固体的力学性能,而短程简单结构则无效.进一步,给出了评价非晶态固体结构预测性能有效性的普适定量方法,为建立广义无序物质的结构-性能关系提供了筛选准则.     

铋化物发光玻璃中银表面等离激元对铒离子的发光增强作用

局域表面等离激元可以由自由空间的光直接激发,这也是局域表面等离激元的优点所在。研究铋化物发光玻璃中纳米银颗粒的表面等离激元对铒离子发光的增强效应、进一步的提高铋化物发光玻璃中铒离子的发光性能很有意义。首先,测量了(A)Er 3+(0.5%)Ag(0.5%):铋化物发光玻璃与(B)Er 3+(0.5%):铋化物发光玻璃样品的吸收谱,发现(A)Er 3+(0.5%)Ag(0.5%):铋化物发光玻璃在约600.0 nm处有一个较弱的宽的银表面等离激元共振吸收峰。同时发现两者都有典型的铒离子的吸收峰,它们的吸收几乎完全一样:在波峰形状、峰值强度和峰值波长等方面都很相近。测量了(A)Er 3+(0.5%)Ag(0.5%):铋化物发光玻璃和(B)Er 3+(0.5%):铋化物发光玻璃样品的激发谱,发现有位于379.0,406.0,451.0,488.0和520.5 nm的5个550.0 nm可见光的可见激发谱峰,和位于379.0,406.5,451.0,488.5,520.5,544.0,651.5和798.0 nm的8个1531.0 nm红外光的红外激发谱峰,容易指认出依次为Er 3+的4I 15/2→4G 11/2,4I 15/2→2H 9/2,4I 15/2→(4F 3/2,4F 5/2),4I 15/2→4F 7/2,4I 15/2→2H 11/2,4I 15/2→4S 3/2,4I 15/2→4F 9/2和4I 15/2→4I 9/2跃迁的吸收峰,通过测量发现(A)Er 3+(0.5%)Ag(0.5%):铋化物发光玻璃相对于(B)Er 3+(0.5%):铋化物发光玻璃样品的可见和红外激发谱的最大增强依次分别是238%和133%。最后,测量了它们的发光谱,发现有位于534.0,547.5和658.5 nm的三组可见发光峰,容易指认出依次为Er 3+的2H 11/2→4I 15/2,4S 3/2→4I 15/2,4F 9/2→4I 15/2荧光跃迁。还发现红外发光峰位于978.0和1531.0 nm,依次为Er 3+的4I 11/2→4I 15/2和4I 13/2→4I 15/2的荧光跃迁。通过测量发现(A)Er 3+(0.5%)Ag(0.5%):铋化物发光玻璃相对于(B)Er 3+(0.5%):铋化物发光玻璃样品的可见和红外发光谱的最大增强依次分别是215%和138%。对于银表面等离激元增强铒离子发光的机理,认为主要为纳米银颗粒的局域表面等离激元共振,造成金属纳米结构附近产生的局域电场的强度要远大于入射光的电场强度,从而导致了金属纳米结构对入射光产生强烈的吸收和散射,进而导致了荧光的增强;即局域表面等离子体共振局域场的场增强效应。     

Eu^3+激活氟氧硼酸锗酸盐闪烁玻璃的发光性能

采用传统高温熔融法合成了玻璃组成为B2O3-GeO2-15GdF3-(40-x)Gd2O3-xEu2O3(0≤x≤10)的Eu^3+激活氟氧硼酸锗酸盐闪烁玻璃。在硼锗酸盐玻璃基质中,Gd2O3和GdF3稀土试剂的总含量高达55%,从而确保其密度高于6.4 g/cm^3。闪烁玻璃的光学性能通过光学透过光谱、光致发光光谱、X射线激发发射(XEL)光谱和荧光衰减曲线来表征。玻璃中Gd^3+→Eu^3+离子的能量传递通过激发光谱、发射光谱和Gd^3+-Eu^3+离子间距得到证明,同时也确定了在紫外线和X射线激发下Eu^3+激活氟氧硼酸锗酸盐闪烁玻璃的最佳浓度。Judd-Ofelt理论分析了玻璃中Eu―O键的共价性随Eu^3+掺杂浓度增加而显著增强。Eu^3+激活氟氧硼酸锗酸盐闪烁玻璃在80~470 K温度范围内荧光衰减曲线和发射光谱的温度依赖关系最终证实了其具有较好的发光稳定性。     

挤压-堆积复合法制备As_2S_3红外硫系玻璃光子晶体光纤及其特性研究

在利用多极法优化设计光子晶体光纤结构的基础上,充分结合挤压和堆积两种方法的优点,提出了基于挤压-堆积的新型硫系光子晶体光纤制备技术,利用As2S3硫系玻璃制备了三层孔环结构光子晶体光纤.通过理论模拟分析得出了该光纤的色散特性和零色散点,测试了1 550 nm近红外光纤激光在该光纤中的传输效果和纤芯光斑能量分布,利用该光斑测试验证了该光纤在近红外的光能传输局部限制能力和光子晶体的光学初步控制现象.     

荧光粉Ba5-3x/2B4O11∶xEu3+的制备及发光性能

采用高温固相烧结法成功制备了Ba_5-3x/2B₄O₁₁∶xEu³⁺(x=0.02~0.22)荧光粉,利用XRD和SEM等对荧光粉进行了结构和形貌表征。 在激发波长为393 nm的条件下,发射峰(596、621、657和706 nm)与Eu³⁺的⁵D₀-⁷F_J(J=1,2,3,4)电子跃迁相对应,其中621 nm最强发射峰由Eu³⁺离子⁵D₀→⁷F₂电偶极跃迁造成。 文章还研究了Eu³⁺掺杂浓度对Ba_5-3x/2B₄O₁₁∶xEu³⁺发光性能的影响,结果表明,荧光粉的发光强度随着Eu³⁺掺杂量的增加呈现先增大后减小的趋势,Eu³⁺最佳掺杂量为0.16。     

玻璃料对铜基金属结合剂性能及结构的影响

采用粉末冶金法向铜基金属结合剂中引入玻璃料,结合材料电子万能试验机、洛氏硬度仪、SEM等检测方法,研究了玻璃料加入对铜基金属结合剂及金刚石磨具的影响.结果表明,随着玻璃料含量的增加,铜基结合剂的抗折强度和抗冲击强度呈下降的趋势,其硬度呈逐渐上升趋势,硬脆相的引入提高了铜基金属结合剂的自锐性;玻璃相和金属相之间结合紧密,两相之间化学元素在界面处发生相互扩散;玻璃料的加入使结合剂对磨料的包裹更加紧密,大大提高了结合剂对金刚石的把持力,有利于增加金刚石磨具寿命及加工效率.     

用正电子寿命谱研究GeSe_x硫系玻璃的自由体积

采用正电子寿命谱和拉曼散射研究了不同组分配比的Ge Sex(x=6,7,8,9)硫系玻璃的微结构.正电子寿命结果显示在x=8时,其平均正电子寿命具有最小值.拉曼光谱结果研究表明,这种硫系玻璃样品主要由[Ge Se4]四面体和Seμ链的结构单元构成.以上的实验结果用级配理论得到了合理的解释,这两种结构单元配比关系的变化导致硫系玻璃样品中的自由体积变化,从而导致正电子平均寿命减小.研究发现Ge Se8具有最小的自由体积,即具有最稳定的结构.     

单相氟磷灰石微晶玻璃晶相特征和生物相容性研究

采用熔融-淬火-烧结法制备氟磷灰石微晶玻璃,研究其析晶机制和体外生物相容性.采用X射线衍射(XRD)和场发射扫描电镜(FE-SEM)分析了不同烧结温度下样品的晶相组成和微观结构,利用能量色散X射线光谱仪(EDS)分析了化学成分.结果表明,氟磷灰石是烧结微晶玻璃中的唯一晶相,其晶体可以在较宽的温度范围内析出.显微组织结构致密,显微硬度为644～709 Hv0.1.氟磷灰石晶体在FE-SEM中有针状和多边形两种形态,多边形是短棒状晶体的横断面.低温下,以固相烧结为主,氟磷灰石析晶以表面析晶为主,晶体生长为针形;高温下玻璃液较多,在保温和冷却凝固过程中析出短棒状晶.在37℃温度下将样品在模拟体液中浸泡14 d,SEM/EDS和FT-IR检测结果表明,样品表面包含磷酸根和羟基的吸收带,形成了羟基磷灰石层,可作为骨或牙齿修复材料.