耐高温陶瓷作为高熔点材料，具有优异的高温抗烧蚀性能，有可能满足未来抗激光防护的需求。为摸清ZrB2陶瓷涂层抗激光防护性能，采用高功率固体激光器作为测试光源，搭建了激光烧蚀实验平台和激光耦合特性测量系统，重点对ZrB2陶瓷涂层开展了激光烧蚀实验和涂层反射率测试。实验研究了不同激光参数条件下ZrB2涂层抗激光烧蚀性能，以及掺杂相（SiC、MoSi2）的影响。结果表明，相比于未掺杂ZrB2涂层，掺杂后ZrB2涂层抗激光烧蚀能力明显下降。分析认为掺杂相可提高ZrB2涂层抗氧化性能，但不利于发挥氧化生成物ZrO2的高反射和隔热作用，致使抗激光损伤阈值降低。激光损伤前后涂层反射率的测试结果，也证实了ZrO2的高反射率是增强ZrB2涂层抗激光损伤阈值的关键。同时，利用有限元软件建立了连续激光烧蚀下ZrB2陶瓷涂层温度计算模型，并以基底发生熔化为判据，仿真得到了陶瓷涂层典型的抗激光烧蚀阈值参数。
陶瓷涂层 硼化锆 掺杂相 激光烧蚀 反射率 温度 ceramic coating ZrB2 doped phase laser ablation reflectance temperature
1 长春理工大学 材料科学与工程学院， 吉林 长春 130012
2 湖北新华光信息材料有限公司， 湖北 襄阳 441100
3 西南技术物理研究所， 四川 成都 610041
4 长春理工大学 光电功能材料教育部工程研究中心， 吉林 长春 130012
硼硅酸盐玻璃在探测领域作为闪烁基质材料具有天然的优势。本研究基于应用需求制备了Ce3+离子掺杂硼硅玻璃闪烁材料60B2O3?6SiO2?3Al2O3?5BaO?15Na2O?10La2O3?1Sb2O3。基于密度和FT?IR光谱对玻璃的结构进行了分析，结果表明加入的Ce3+离子作为网络修饰体存在。吸收光谱显示该材料紫外吸收边均低于400 nm、光学带隙缩短至2.93 eV，这些因素都有利于提升Ce3+离子在基质材料中的发光特性。采用306 nm泵浦波长，该材料在372 nm处得到了最佳的发射光谱。光学碱度随着Ce3+离子浓度的增加而增加（0.539 2~0.541 7）的现象与发射光谱的红移结果相吻合。荧光寿命短至24.39 ns，与其他Ce3+离子掺杂玻璃闪烁材料相比具有明显的优势。这些优势为检测领域提供了一种新的材料选择。
硼硅酸盐玻璃 Ce3+掺杂 光学性能 borosilicate glass Ce3+ doped optical performance
1 中国建筑材料科学研究总院，北京 100024
2 瑞泰科技股份有限公司，北京 100024
Al2O3-ZrO2-Cr2O3-SiO2(AZCS)材料是一种新型熔铸耐火材料，该材料在高温、高侵蚀性条件下的抗侵蚀性能优于其他类型的电熔耐火材料。为了研究该材料对硼硅酸盐玻璃熔体的抗侵蚀行为，利用含B2O3质量分数约12%的硼硅酸盐玻璃固化体对AZCS材料在1 500 ℃条件下进行侵蚀试验。结果表明：AZCS材料在侵蚀后，按照侵蚀程度可划分为变质层、过渡层、中心层。中心层变化很小，该层仍存在大量的铝-铬固溶体和斜锆石相，只有少量新形成的镁铝尖晶石相；渗入材料的MgO与固溶体反应，在原位形成镁铝尖晶石，并部分取代原有位置上的铝-铬固溶体。在过渡层中镁铝尖晶石形成的量达到最大，铝-铬固溶体溶解消失，该层存在的相为镁铝尖晶石相与斜锆石相；在变质层中基本只存在未被溶解的Cr2O3相，Cr2O3结构松散，呈蠕虫状形貌，铝-铬固溶体、斜锆石及镁铝尖晶石均溶解消失。
熔铸 锆铬刚玉材料 硼硅酸盐玻璃熔体 抗侵蚀 fused-cast zirconium?偉dchromium corundum refractory borosilicate glass melt corrosion resistance
中国电子科技集团公司第十二研究所微波电真空器件国家级重点实验室, 北京 100015
针对大功率折叠波导行波管 (TWT)对高导热衰减材料的迫切需求, 开展了硼掺杂金刚石膜制备和介电性能研究, 在此基础上研制出硼掺杂金刚石衰减器并探究衰减器性能的热稳定性。研究结果表明, 硼掺杂浓度为 1.81×1019 cm -3的金刚石膜, 在 W波段介电常数和损耗角正切平均值分别为 7.18和 0.30; 随着环境温度从室温升高至 90 ℃, 在 85~110 GHz范围内, 硼掺杂金刚石衰减器的 |S11 |由 19.67 dB提高至 20.94 dB, |S21 |由 44.03 dB提高至 45.63 dB, 呈现出较高的热稳定性。
硼掺杂金刚石膜 介电性能 衰减器 热稳定性 boron-doped diamond film dielectric property attenuator thermal stability 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(10): 1189
1 南京理工大学能源与动力工程学院, 先进燃烧实验室, 江苏 南京 210094
2 西安近代化学研究所, 燃烧与爆炸技术重点实验室, 陕西 西安 710065
金属燃料的添加不仅能够提高推进剂的能量密度, 还能缓解冲压发动机高频燃烧的不稳定现象。 硼具有较高的质量热值和体积热值, 受到了广泛关注。 然而由于硼自身熔点高、 沸点高且表面存在氧化层, 导致点火困难, 燃烧性能差。 铝和铁的存在会使得氧化过程表面反应的放热增加, 提高温度, 促进硼的点火和燃烧。 同时由于铝和铁具有较高的燃烧热和较快的能量释放速率, 理论燃烧热利用率高, 可引入铝和铁来提高硼的燃烧效率和实际燃烧热值。 针对硼点火困难和燃烧性能差的问题, 将硼分别和铝、 铁掺混得到兼具较好点火性能和较高能量密度的复合金属燃料。 采用弥散燃烧系统研究了纳米硼基复合金属颗粒云的弥散燃烧特性, 利用高速相机获得硼及硼基复合金属颗粒云的燃烧过程, 并利用双色法测量了其温度分布变化, 应用光纤光谱仪、 扫描透射电镜、 X射线衍射和元素分析对硼基复合金属颗粒的燃烧特性及机理进行分析。 结果表明, 铝和铁的加入缩短了硼的点火延迟时间和燃烧时间, 并且使得同一时间内被点燃的硼颗粒数量增加, 硼的燃烧过程更加剧烈。 铝的加入提高了复合燃料的燃烧温度； 铁的加入降低了复合燃料的燃烧温度。 硼基复合金属颗粒弥散燃烧测温过程中观察到明显的绿光, 结合光谱图, 分析该绿光来自于硼燃烧生成的中间产物BO2。 硼基复合金属颗粒弥散燃烧后团聚物主要为氧化产物, 其中也含有少量的氮元素。 硼基复合金属颗粒弥散燃烧后产物团聚现象更为明显, 且不规则块状硼的破裂更加严重。 硼基复合金属颗粒进入管式炉后, 受到热辐射后在短时间内快速升温, 铝和铁颗粒率先达到着火温度开始燃烧, 燃烧释放的热量积聚在颗粒内部, 被硼颗粒吸收, 硼表面氧化层破裂, 内部硼与空气接触, 继而温度上升至硼的着火点, 硼开始燃烧, 从而促进了硼的燃烧。
纳米颗粒 硼基复合金属 弥散燃烧 燃烧诊断 Nanoparticles Boroncomposite metal Dispersion combustion Combustion diagnostics 光谱学与光谱分析
2023, 43(10): 3252
精准智能化学重点实验室 中国科学技术大学高分子科学与工程系合肥 230026
环氧树脂（EP）及其复合材料在核工业中有着广泛的应用，对其辐射效应的研究可为开发耐辐射环氧树脂材料提供参考。本工作以四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯（TADE）/甲基六氢苯酐（MHHPA）体系为研究对象，以两种不同平均粒径（7.5 μm和757 nm）的氮化硼为填料制备氮化硼/环氧树脂复合材料。采用密度泛函理论（DFT）对环氧树脂交联结构的裂解方式进行了讨论，并研究了两种氮化硼/环氧树脂复合材料受不同吸收剂量的γ-射线辐照前后的力学性能和热稳定性能的变化规律。结果表明：环氧树脂交联点结构所包含的化学键中，异丙醇单元的C-C键键能最低，最易断裂，从而导致高分子交联网络被破坏。吸收剂量超过250 kGy时，环氧树脂及其复合材料的拉伸强度和热分解温度出现明显下降。辐照后的力学强度是BN粒径和添加量综合影响的结果，当吸收剂量达到1 100 kGy时，质量分数为3%的n-BN/EP的拉伸强度最大，其热分解温度也最高。因此，少量添加亚微米级尺寸的h-BN可以提升环氧树脂的耐辐射性能。本工作对耐辐射环氧树脂复合材料的开发具有理论和实践指导意义。
环氧树脂 六方氮化硼 辐射效应 密度泛函理论 裂解方式 Epoxy resin Hexagonal boron nitride Radiation effect Density functional theory Bond cleavage 辐射研究与辐射工艺学报
2023, 41(5): 050202
太原科技大学 应用科学学院，山西省光场调控与融合应用技术创新中心，山西 太原 030024
元素掺杂对调节碳点多色发光有着至关重要的作用。然而，目前碳点的可调荧光发射在固态下难以实现，这是因为会发生严重的聚集诱导猝灭（AIQ）现象以及存在制备工艺繁琐等问题。本文报道了一种以间苯三酚为碳源、硼酸为硼元素掺杂剂、尿素为氮元素掺杂剂，采用固相法，微波一步直接制备的氮硼共掺杂固态荧光碳点。随着氮和硼元素含量的变化，所得固态碳点的发光颜色经历黄色、绿色到蓝色的变化。表征分析发现氮和硼元素的掺杂在碳点表面形成了不同的结构和表面官能团，随着氮和硼元素掺杂含量的提高，其中石墨氮、N—C以及B—O/B—N 基团的协同作用导致了碳点发光颜色蓝移，且荧光发光效率增强。此外，鉴于这些固体碳点材料呈现出优异的多色发光性能，选择发光性能最佳的黄色、绿色和蓝色固态荧光碳点作为固态荧光粉末，制备得到了白光发光二极管（WLED）器件。这些器件均具有优良的色度指标，暖白光区发光和个别器件节能高效的工作特性表明这些发光材料在照明领域具有潜在应用前景。
固态碳点 氮硼共掺杂 发光调控 发光二极管 solid-state CDots N and B co-doping luminescence regulation LED 光子学报
2023, 52(10): 1052404
1 中国科学院深圳先进技术研究院，广东 深圳 518055
2 深圳市中科海世御生物科技有限公司，广东 深圳 518055
针对硼硅酸盐生物活性玻璃(BBG)临床应用的瓶颈问题，对比不同硼硅比(样品0B、样品1.5B、样品3B)生物活性玻璃与30% (质量分数)柠檬酸混合形成的骨水泥浸提液在体外对人骨髓间充质干细胞(hBMSCs)增殖活性与成骨分化的影响，及该骨水泥体内移植后对大鼠股骨缺损的修复效果。结果表明：骨水泥的降解速率随生物玻璃中B元素含量的增加而增快，同时其浸提液在体外对hBMSCs增殖活性与成骨分化的抑制效果更明显；然而，含最高浓度B的骨水泥(样品3B)在体内诱导更多新骨生成，展示出更好的骨修复性能。基于BBG在体内外生物学效应的显著性差异，本工作为硼基生物活性材料特性的优化设计及其体外有效性评价体系的构建提出了思考和建议。
硼硅酸盐生物活性玻璃 骨髓间充质干细胞 成骨分化 骨缺损 硼 borosilicate bioactive glass bone marrow mesenchymal stem cells osteogenic differentiation bone defect boron
1 中国航天科技集团有限公司量子工程研究中心, 北京 100194
2 北京航天控制仪器研究所, 北京 100039
原子气室作为量子仪表的核心部件, 其稳定性和寿命是决定量子仪表长期可靠工作的主要因素。在制备原子气室过程中, 玻璃高温熔接产生的残余应力会影响气室的力学特性及光学性能, 应力过大将导致气室在加工过程中发生炸裂, 并在后期应力释放过程中出现裂纹, 造成气室失效。测量和消除原子气室玻壳残余应力对提高原子气室的寿命和可靠性有重要意义。利用双折射应力测量仪对原子气室玻壳应力分布进行无损测量, 测量结果具有良好的一致性和重复性。经过退火处理后, 5支玻壳的应力最大值、平均值和标准差的平均值降幅分别达到81.35%、75.67%和77.32%, 表明消除应力取得了良好的效果。
原子气室 高硼硅玻壳 残余应力 退火处理 双折射原理 vapor cell high borosilicate glass shell residual stress annealing treatment birefringence principle
