HNTs/SiO2复合气凝胶制备及其性能研究

采用正硅酸乙酯(TEOS)为硅原,以硅烷改性的埃洛石纳米管(HNTs)为增强相,利用CO2超临界干燥技术制备具有优良力学和隔热性能的HNTs/SiO2复合气凝胶.利用傅立叶红外光谱、扫描电镜、比表面积与孔径分析仪、万能试验机和导热率测量仪等手段对HNTs改性后的表面状态、HNTs/SiO2复合气凝胶的微观形貌、孔结构、力学和导热性能进行了测试分析.结果表明:改性后的HNTs均匀分散到二氧化硅气凝胶基体中,并与SiO2纳米颗粒实现良好的结合,HNTs/SiO2复合气凝胶呈三维网络结构,当HNTs含量为15wt;时,平均孔径为10.47 nm;随着HNTs含量的增加,复合气凝胶的力学性能不断增强,同时其导热系数也不断增大,当HNTs含量为15wt;时,HNTs/SiO2复合气凝胶的抗压强度为0.85 MPa,导热系数为0.024 W/mK.     

扩孔剂对SiO2气凝胶微观结构与性能的影响

以正硅酸乙酯为硅源,乙醇为溶剂,在溶胶-凝胶法和CO2超临界干燥的基础上,采用分别加入聚乙二醇(400)、六次甲基四胺和尿素作为扩孔剂的方法制备低密度SiO2气凝胶.利用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、孔径分布及比表面积测试仪(BET)、纳米压痕仪对未加扩孔剂和加入不同扩孔剂所制备的SiO2气凝胶的表面形貌、结构、比表面积、孔径分布、力学性能以及密度进行研究.结果发现:随着增加扩孔剂的加入量, SiO2气凝胶的密度明显降低;与未加扩孔剂的样品相比,加入扩孔剂所制备的SiO2气凝胶的比表面积和孔径增大;其中,六次甲基四胺具有较佳的扩孔效果,制备得到的SiO2气凝胶的性能较佳,孔径分布主要集中在15~55 nm,平均孔径为35.4 nm,比表面积高达1006 m2· g-1,孔体积为5.3 cm3· g-1,孔隙率高达96.2;.     

常压干燥法制备铁掺杂二氧化钛气凝胶

以钛酸四丁酯(TRIP)为原料、硝酸铁为掺杂剂、冰醋酸为催化剂、甲酰胺为干燥控制化学添加剂,采用溶胶-凝胶法制备Fe3+掺杂TiO2醇凝胶,并结合常压干燥工艺,实现了Fe3+掺杂TiO2气凝胶的常压干燥法制备.采用XRD、BET、SEM、IR等对样品进行检测.结果表明:制备态Fe3+掺杂TiO2气凝胶密度为0.24 g/cm3,比表面积为529.17 m2/g,平均孔径约为20.10 nm,晶型为无定形;经850℃空气气氛下煅烧2h后,样品转变为锐钛矿型结构,平均孔径增大到22.32 nm,比表面积为136.22 m2/g.通过甲基橙溶液光催化降解实验,相比未掺杂二氧化钛气凝胶,掺入nFe∶nTi=0.05时,样品具有更高的光催化性能.     

SiO2气凝胶分子动力学模拟研究进展

二氧化硅(SiO₂)气凝胶是一种拥有三维骨架网络结构的纳米多孔材料,具有高孔隙率、低密度和低热导率等许多独特的性能。但是由于二氧化硅气凝胶本身的脆性及高温稳定性差等原因,限制了其大规模应用。二氧化硅气凝胶的热力学性能与其内部的三维骨架和孔结构紧密相关,掌握二氧化硅气凝胶内部微结构演化规律与宏观性能的关联,是改善其热力学性能的前提。分子动力学模拟可以从原子层面分析和探索气凝胶的结构并预测其热力学性能。本文对分子动力学模拟下二氧化硅气凝胶势函数、多孔结构建模、结构表征、力学性能和热性能方面进行了详细总结,有助于从原子层面解释二氧化硅气凝胶结构与性能之间的关系,为从成分和结构方面设计气凝胶提供一种理论指导方法。     

温度对SiO2表面上磁控溅射制备Ge纳米点的生长模式和尺寸的影响

采用磁控溅射技术在SiO2/Si(100)表面上制备了一系列不同生长温度的Ge纳米点样品.原子力显微镜(AFM)的实验结果表明:不同衬底温度下Ge纳米点在SiO2薄膜上的生长模式和尺寸分布有所不同.当衬底生长温度达到500 ℃时,SiO2开始与Ge原子发生化学反应,并形成"Ge纳米点的Si窗口".在此温度条件下,外延生长实验可获得尺寸均匀且密度高达3.2×1010 cm-2的Ge纳米点.     

SiO2气凝胶小球热处理过程中的相变研究

以无机硅溶胶为先驱物,通过溶胶-凝胶过程和常压干燥工艺制备出SiO2气凝胶.将SiO2气凝胶在不同温度条件下进行热处理,采用DSC、XRD、TEM、BET和IR等手段表征了SiO2气凝胶由无定形态向多晶态转化过程中,其多孔结构特征的变化.研究结果表明,在600℃以下进行热处理,样品表现出良好的热稳定性;当热处理温度在600～1060℃,随着温度的升高,多孔结构特征因无定形SiO2微粒团聚而逐渐消失;当热处理温度高于1060℃,无定形SiO2发生相变形成多晶态,导致SiO2气凝胶多孔结构特征完全消失.     

碳气凝胶修饰SnSb复合负极材料的制备及性能研究

采用超临界干燥法制备了碳气凝胶( Carbon Aerogels,CA),然后通过简单的化学还原法制备CA/SnSb复合负极材料。采用XRD和SEM等手段对材料的结构及形貌进行了表征,利用恒电流充放电测试了材料的循环性能。研究结果表明,碳气凝胶表现出纳米多孔三维网络结构,当对SnSb合金采用碳气凝胶修饰后,纳米SnSb颗粒包含在碳气凝胶的网络骨架中,呈现出碳气凝胶和纳米SnSb合金颗粒相互交错分布的结构,极大改善了复合材料的团聚性。 CA/SnSb复合负极材料首次放电容量高达1120.2 mAh·g-1,循环50次后放电容量仍达到557.3 mAh· g-1,远高于未经碳气凝胶修饰的SnSb合金。循环性能的改善主要归因于碳气凝胶的引入,不仅极大的改善了复合材料的团聚现象,而且可以缓冲SnSb合金在充放电过程中体积变化。     

提高氧化硅气凝胶耐温性能的研究进展

氧化硅(SiO2)气凝胶是一种高效隔热材料,具有高孔隙率、低导热系数、低密度等优点,在隔热保温领域具有广阔的应用前景.但纯SiO2气凝胶高温时易烧结,严重限制了SiO2气凝胶的使用.本文详细综述了国内外关于提高SiO2气凝胶耐温性能的研究进展,并对未来提高SiO2气凝胶耐温性能的研究提出展望.     

纳米AgSnO2/Bi2O3触头材料的性能及导电机理研究

添加少量第三种元素的AgSnO2触头材料的电性能研究均处在试验阶段而未深入到理论研究阶段.本文采用溶胶-凝胶法制备纳米级AgSnO2/Bi2 O3触头材料,材料的密度为9.73 g/cm3、硬度为105.35HV、电导率为70.22;IACS,并且接触电阻较小.在掺杂Bi元素提高触头材料性能的基础上,进行导电机理的研究.从微观原子角度采用第一性原理的计算方法,计算了Bi掺杂SnO2的电子结构、能带图、态密度及电荷密度分布.结果表明,Bi掺杂后带隙减小,电子跃迁容易,同时费米面附近载流子浓度增大,增强了材料的导电性.最终得出添加少量Bi元素能够使得AgSnO2触头材料的导电性增强的机理.     

新型纳米结构氧化钇粉末的制备及表征

以聚乙二醇作分散剂、正丁醇为蒸馏脱水剂,应用均匀沉淀法,再配合共沸蒸馏工艺,制备出了平均晶粒尺寸在15nm左右的新型结构纳米氧化钇多晶粉末.应用XRD、Raman、TEM、SEM对产品进行表征.结果表明该粉体是由纳米晶Y2O3薄膜碎片堆积而成,纳米Y2O3薄膜是由纳米Y2O3晶粒在二维方向堆积形成.该粉体结构新颖,松装密度低于0.05g/cm3.     

Mechanical properties of polymer-modified silica aerogels dried under ambient pressure

Silica gels prepared by copolymerizing tetraethylorthosilicate with 3-aminopropyltriethoxy-silane were modified using polymer derived from toluene diisocyanate and dried under ambient pressure. The successful preparation of silica aerogels depended on the effective control of shrinkage during drying. The resulting material, polymer-modified silica aerogel, was then characterized by thermogravimetric analysis and uniaxial compression tests. Results indicated that the apparent elastic modulus and compressive strength of the polymer-modified silica aerogels decreased with increasing amounts of incorporated polymer because of decreasing shrinkage and density, while the strains at the surface cracking point and the final failure point increased significantly during compression tests. The strength and modulus of the silica skeleton could be calculated from the apparent strength and modulus of the silica aerogels respectively. It was interestingly shown that the elastic modulus of the silica skeleton of the silica aerogels increased because of the incorporated polymers, while the polymers had no effects on the compressive strength of the silica skeleton. In addition, the relationships between the apparent elastic modulus or the apparent compressive strength of the polymer-modified silica aerogels and their shrinkage were quantitatively expressed.     

氧化锆凝胶注模工艺研究

采用凝胶注模成型超细粒度氧化锆陶瓷.使用小分子型分散剂PBTCA(2-磷酸丁烷1,2,4-三羧酸)制备高固相、低粘度浆料.探讨了分散剂含量、单体与交联剂的比例及引发剂的含量对生坯及氧化锆陶瓷性能的影响.结果表明:当固相含量为50vol;,分散剂加入量为0.2wt;,浆料的粘度为0.86 Pa·s.且当单体和交联剂的比例为15∶1、引发剂的加入量为2.5wt;时,生坯抗弯强度为29.56 MPa;经1520℃烧结后,氧化锆陶瓷体积密度和抗弯强度分别达到5.96 g/cm3和828.46 MPa.通过SEM进行断面观察,其结构均匀致密.     

烧结温度对陶瓷/青铜结合剂性能与显微结构的影响

通过粉末冶金法制备出陶瓷/青铜结合剂,青铜结合剂(mCu∶mSn=85∶15)与陶瓷结合剂质量比3∶1.结合电子万能试验机、洛氏硬度仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪等,研究了烧结温度对陶瓷/青铜结合剂性能及结构的影响.结果表明:随烧结温度的升高,陶瓷/青铜结合剂密度、抗折强度和抗冲击强度呈先上升后下降的趋势;且烧结温度为620 ℃时,陶瓷/青铜结合剂综合性能较优,其密度为5.43 g/cm3、抗折强度为170 MPa、抗冲击强度为9.76 kJ/m2、硬度(HRB)为126;温度升高促进铜锡元素合金化及陶瓷与青铜结合剂界面之间元素的相互渗透;且经620 ℃烧结后,铜锡之间全部以α+δ共析相存在,金属和陶瓷界面结合性好,提高了陶瓷/青铜结合剂的综合性能.     

Na-Ti共掺LiFePO4电子结构及弹性性质的第一性原理研究

本文基于密度泛函理论的第一性原理方法,构建了Na-Ti共掺LiFePO₄的模型,并利用CASTEP模块计算了共掺体系的电子结构和弹性性质。计算结果表明,由于引入了杂质原子,共掺体系的晶胞参数略微增加,带隙由0.695 eV降低至0.473 eV,电子跃迁所需能量减小。并且锂离子迁移势垒由0.34 eV降低至0.25 eV,使得共掺后的结构导电性增强。弹性性质计算结果表明,共掺后结构的体积模量、剪切模量以及杨氏模量均有不同程度的下降,而计算的泊松比显示材料掺杂前后均为脆性,但共掺杂后的材料塑性强于未掺杂的材料,并且共掺后晶体的各向异性减弱,提高了LiFePO₄的延展性。     

Mg2Sn机械性质及热电输运性能的第一性原理计算

窄带隙半导体材料Mg₂Sn具有丰度大、密度低、无毒及环境友好等特点,是中低温热电材料的优秀候选者。本文基于密度泛函理论,结合不同形式的电子交换关联能系统分析了Mg₂Sn晶体的弹性系数、声子振动谱和电子能带结构,并基于非平衡玻尔兹曼输运理论计算了Mg₂Sn的热电性能。结果表明,GGA-PBE作为电子交换关联能可以很好地拟合立方相Mg₂Sn的力学性能(声子振动谱无虚频率),其体弹性模量为42.1 GPa且各向同性。同时,当工作温度高于300 K,Mg₂Sn的德拜温度开始趋于平缓且不高于315 K,表明Mg₂Sn在该温度区域内具有低声子热导率。使用B3LYP作为电子交换关联能可以估算Mg₂Sn费米能级附近的电子结构,发现价带顶附近存在三重简并态。同时计算结果表明,Mg₂Sn p型掺杂下的热电优值(ZT值)优于n型掺杂,可达1.05。本研究结果为进一步优化Mg₂Sn热电性能的研究提供借鉴。     

Compositional design of high modulus glasses for disk substrates

Modified equations have been derived on the basis of Makishima–Machenzie (M–M) theory for direct determination of the elastic modulus of glasses from composition. This modified calculation model gives an excellent agreement between the measured and estimated values of elastic modulus for over 50 different glasses. Using this model we developed a glass in the Li₂O–MgO–Al₂O₃–Y₂O₃–TiO₂–SiO₂ system with elastic modulus value greater than 130 GPa and bending strength higher than 50 kg f/mm². This high modulus glass substrate is expected to provide a solution to the vibration problem of rapid rotation magnetic disk and allow higher track density per inch to be achieved for high performance hard-disk drives (HDDs).     

钙长石对刚玉-莫来石质陶粒支撑剂结构及性能的影响

以二级铝矾土为主要原料,通过添加不同含量的长石在1350 ℃烧结温度下制备了高强度的刚玉-莫来石质陶粒支撑剂.通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微分析(SEM)对陶粒的物相组成及显微形貌进行表征.结果表明,所制备陶粒支撑剂的物相成组为刚玉和莫来石,而且发现随着长石添加量的逐步增加,可以明显促进莫来石的形核过程,并抑制其进一步长大.当长石添加量为8wt;时,所制备的陶粒支撑剂体积密度为1.72 g/cm3,在52 MPa闭合压力下的破碎率为3.2;,酸溶度为5.0;,满足油气开采行业的要求.     

Preparation and characterization of monolithic alumina aerogels

Alumina aerogels were prepared by a sol-gel method combined with the ethanol supercritical drying technique using aluminum tri-sec butoxide and nitric acid as the precursor and catalyzer respectively. This method affords high-surface-area alumina aerogel monoliths without the use of complexing agents. The structure and morphology of the aerogels were investigated by TEM, XRD, FTIR and BET techniques. The results confirmed that the as-prepared alumina aerogel possessed a network microstructure made up of pseudoboehmite fibers and a surface area of 690 m²/g. It was transformed to γ-Al₂O₃ after heat treatment at 800 °C without a significant loss in surface area. DMA analysis and hotdisk thermal analysis were performed to characterize the mechanical and thermal properties of the samples. The results indicated that the alumina aerogel was robust and exhibited excellent thermal insulating properties. The elastic modulus was up to 11.4 MPa after drying, which is the one of the highest modulus of alumina aerogels ever reported. The thermal conductivities at 30 °C and 400 °C were 0.028 W/mK and 0.065 W/mK respectively.     

纤锌矿和岩盐结构ZnO的相变、弹性性质和电子结构研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势(USP)方法,结合广义梯度近似(GGA)计算了岩盐结构(B1)和纤锌矿结构(B4)ZnO的相变、弹性性质,并分析了B1和B4相ZnO在相变点处的电子结构特征.计算结果表明:ZnO在12.72 GPa时发生了由B4相向B1相的转变.B1和B4相ZnO的体弹性模量分别为171.5 GPa和132.8 GPa.能带结构的结果表明B1相是间接带隙半导体,带隙值为1.404 eV,而B4相是直接带隙半导体,带隙值为1.107 eV.     

CdZnTe(211)面纳米力学特性分析

采用研磨-机械抛光-化学机械抛光工艺对CdZnTe(211)面进行加工,当表面粗糙度Ra达到0.94 nm时,采用纳米压痕仪对CdZnTe(211)面进行纳米力学性能测量,试验结果表明:弹性模量和硬度随着压力的增大而减小,存在明显的尺寸效应.当针尖离开晶体表面时,黏附现象特别明显.在不同晶向上,弹性模量和硬度存在显著的各向异性.