核科学百年讲座第七讲核科学技术在材料科学中的应用

核科学技术和材料科学的结合产生了一门新兴的交叉学科——核材料(也称核固体)，主要指核技术在材料分析、物质改性和新材料研制合成中的应用．文章介绍核技术在材料科学中的应用历史、现状及其前景，包括基本物理原理．     

β-NaGd0.794Yb0.200Ho0.001Tm0.005F4纳米颗粒的白色上转换发光

利用简单的水热合成法制备了β-NaGd0.794Yb0.200Ho0.001Tm0.005F4纳米颗粒。采用X射线粉末衍射(XRD)技术测定了样品的物相,结果显示样品为六角相。通过透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜观察的结果样品为椭球和六角形状,颗粒的平均尺寸为23 nm。用980 nm半导体激光二极管为激发光源,测定了样品的室温上转换发射谱,结果表明:样品分别发射红、绿和蓝色光,其相对发射强度,从强到弱的顺序为蓝色、绿色和红色,与其对应辐射跃迁分别为Tm3+离子的1G4→3H6,Ho3+离子的5F4→5I8,5F5→5I8跃迁。样品发射的蓝、绿和红光组合而发出强的白色上转换发光,其色品坐标为(x=0.271 7,y=0.267 3)。     

稀土掺杂磷酸钇荧光粉的控制合成和发光性能

利用水热法分别合成了Ce~(3+)、Tb~(3+)共掺杂的YPO_4下转换荧光粉和Er~(3+)、Yb~(3+)、Tm~(3+)共掺杂的YPO_4上转换荧光粉,经过工艺优化获得了1μm左右尺寸均匀的发光材料。通过系列实验研究了反应温度、反应时间、稀土离子掺杂比例和退火温度对样品发光性能的影响。YPO_4∶Ce~(3+),Tb~(3+)荧光粉在295 nm紫外光的激发下产生下转换发光效应,当Tb~(3+)摩尔分数为1%时得到明亮的绿光;YPO_4∶Er~(3+),Tm~(3+),Yb~(3+)荧光粉在980nm近红外光激发下产生上转换发光效应,当稀土离子中Er~(3+)摩尔分数为3%时,所制备的样品经过1 000℃退火处理后发出很强的暖白光。     

离子注入层的X射线光电子能谱分析

采用金属蒸汽真空弧（MEVVA）离子源发出的强束流脉冲钨离子,对H13钢进行了离子注入表面改性研究,借助X射线光电子能谱（XPS）考察了注入表面层中钨,氧,铁的化学状态,研究发现,钨离子注入层中钨元素以替位钨和三氧化钨形式存在,铁元素以金属铁和三氧化二铁形式出现,而且各价态元素的原子比随深度而变化。     

在有机玻璃上射频溅射ITO组合薄膜

利用射频磁控溅射技术在有机玻璃表面上一次完成表面活化、ITO膜制备、SiO2 减反射膜制备过程。利用低能等离子体对有机玻璃表面进行改性以提高ITO膜的附着力。研究了氧分压等工艺参数对ITO膜导电性能及光学性能的影响。     

水热合成六方相NaYbF4∶Er3+/Tm3+的上转换白光性质

在反应温度为220℃,反应时间为48h的温和条件下,利用水热法合成单掺杂或共掺杂Tm3 、Er3 的六方相NaYbF4体系,利用X射线粉末衍射、紫外-可见-近红外漫反射吸收光谱以及荧光光谱等测试手段,分析体系的物相结构和荧光性能。在980nm红外激光的激发下,NaYbF4∶Er3 体系能发出强的绿光和红光,两者分别对应于Er3 离子的(2H11/2,4S3/2)→4I15/2、4F9/2→4I15/2能级跃迁;NaYbF4∶Tm3 体系能发出对应于Tm3 离子1D2→3F4和1G4→3H6能级跃迁的强蓝光;而NaYbF4∶Er3 /Tm3 体系能同时发出红蓝绿三种颜色的光;各发射的归属与单掺杂相同,但由于Er3 和Tm3 离子之间存在能量交叉弛豫,致使各发光强度发生变化。通过控制Er3 和Tm3 离子的浓度及其比例,可以调整NaYbF4∶Er3 /Tm3 体系的上转换蓝光、绿光和红光强度的比例,结果表明,在980nm红外激光的激发下,NaYbF4∶Er3 /Tm3 (0.4%/0.4%)能发出近似白光的上转换发射。因此,NaYbF4∶Er3 /Tm3 有望成为单一基质的上转换白光材料。     

水溶性高聚物的研究进展

自八十年代初，水溶性高聚物再次成为高分子科学研究热点，评述了水溶性高聚物，特别是疏水缔合型改性水溶性高聚物的最新进展。     

SYNERGISTIC MODIFICATION OF EPDM AND CROSSLINKING AGENT IN IMMISCIBLE BLENDS OF POLYVINYL CHLORIDE WITH LOW DENSITY POLYETHYLENE

The synergism of ethylene-propylene-diene monomer copolymer （EPDM） and dicumyl peroxide （DCP, a crosslinking agent） in low density polyethylene （LDPE）/poly（vinyl chloride） （PVC） blends was investigated. When EDPM and DCP are added to the blends simultaneously, the tensile properties could be improved significantly, especially for the blends with LDPE matrix. For example, incorporation of 10/1 （mass ratio） EPDM/DCP improves the tensile strength of the LDPE/PVC （mass ratio 80/20） blend from 7.9 MPa to 8.5 MPa and the elongation at break from 25% to 503%. Results from selective extraction, phase-contrast microscopy and thermal analysis reveal that the improvement in the tensile properties of the blends with LDPE matrix is principally due to the formation of a fine crosslinking network of the LDPE and EPDM phase. The outstanding modification effect of EPDM is explained by its dual functions： molecular entanglement with LDPE and the enhanced efficiency of DCP in the blends.     

改性Y分子筛的酸碱性能及吸附性能的研究

吡啶、吡咯、苯、甲苯、乙苯作为探针分子，在Li＋, Na＋, K＋, Cs＋改性的Y型分子筛上进行吸附，用TPD及IR方法系统地研究了不同碱金属离子改性的Y型分子筛的酸碱性能和吸附性能的变化. 结果表明，按Li、Na、K、Cs的顺序, 随着碱金属离子半径的增大, 其L酸酸强度依次减弱，L碱的强度逐渐增强.由于改性Y型分子筛所含碱金属离子的不同，其对芳烃的吸附的强弱及吸附量的大小亦不同.随着骨架外的阳离子的半径逐渐增大，碱的强度逐渐增强，与芳烃的作用愈强烈，导致TPD脱附峰温增高及芳烃和侧链上的C－H伸缩振动谱带向低波数位移愈多.由于位阻的原因，对含同一种碱金属离子的分子筛来说，随着芳烃侧链C数的增加，芳烃的吸附量逐渐减小.