1 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，武汉 430070
2 武汉理工大学材料科学与工程国际化示范学院(材料与微电子学院)，武汉 430070
3 湖北省特种玻璃工程技术研究中心，武汉 430070
新型Cu2O纳米微晶玻璃具有高Cu载量、低成本和易大规模制备等特点，有望成为载银抗菌玻璃较有潜力的替代者。通过采用XRD、Raman光谱、XPS、FESEM和TEM等表征方法重点研究了不同ZnO/K2O比对SiO2-Al2O3-K2O-ZnO-P2O5-B2O3-CuO微晶玻璃显微结构的影响，并分析讨论了其结构-性能关系。结果表明，微晶玻璃中Zn与P元素会富集在Cu元素所在区域的附近，适量的ZnO能使微晶玻璃中析出的Cu2O晶粒尺寸稳定在纳米级别，并能调节微晶玻璃中Cu元素的浸出速率。Cu2O纳米微晶玻璃对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有显著的抗菌效果，并能实现对维多利亚蓝B溶液的可见光催化降解，是一种极具发展潜力的新型功能微晶玻璃材料。
微晶玻璃 氧化亚铜纳米晶 显微结构 抗菌性能 可见光催化 glass-ceramics Cu2O nanocrystalline microstructure antibacterial property visible light driven photocatalysis
1 武汉理工大学，硅酸盐建筑材料国家重点实验室，武汉430070
2 中建材玻璃新材料研究院集团有限公司，安徽 蚌埠233000
3 玻璃新材料创新中心(安徽)有限公司，安徽 蚌埠233000
4 武汉理工大学信息学院，武汉430070
推动硅酸盐材料制造过程的低碳排放对于实现碳达峰、碳中和总体战略目标意义重大。本工作以平板玻璃窑炉为基础，采用数值模拟方法开展氢能在玻璃窑炉中应用的基础研究。分析采用天然气/氢气混合燃料对玻璃窑炉燃烧空间温度场/速度场分布、燃烧生成烟气成分的影响，预测氢能在玻璃窑炉中应用的可行性。结果表明，采用天然气/氢气混合燃料为玻璃液熔化提供能量，可以保证玻璃窑炉温度制度稳定。采用天然气/氢气混合燃料供能，燃料燃烧速率加快，释放热量集中，掺氢体积比为20%及以上时，燃烧形成的火焰长度会明显缩短，而热烟气在窑炉内停留时间延长。对比基础窑炉，采用掺氢比例40%的燃料，窑炉总烟气排放质量减少了4.13%，CO2排放质量减少了12.50%，烟气中NOx浓度由1 093 mg·Nm-3 (干燥，8% O2条件下)增加至1 282 mg·Nm-3 (干燥，8% O2条件下)。为推动氢能在硅酸盐制造领域的应用还需开展燃烧系统设计、耐火材料侵蚀等方面研究，以解决氢能在大型窑炉中应用存在的问题。
玻璃熔窑 氢气 燃烧过程 仿真 glass furnace hydrogen energy combustion process simulation
1 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，武汉 430070
2 武汉长利新材料科技股份有限公司，武汉 430090
3 湖北省特种玻璃工程技术研究中心，武汉 430070
一窑两线浮法玻璃熔窑技术对我国浮法玻璃产业的升级转型和“双碳”目标的实现具有重要意义。本文采用Glass Furnace Model软件，数值模拟分析了1 250 t/d非对称型一窑两线浮法玻璃熔窑的温度分布和玻璃液流规律，利用温度场和液流场，以及快速粒子运动轨迹、粒子的最小滞留时间和平均滞留时间等指标，研究了冷却部的偏心结构设计对出口玻璃液温度均匀性及液流稳定性的影响。结果表明：主线冷却部的玻璃液回流进入支线的比例增加会导致支线冷却部入口玻璃液的温度降低；支线通道长度增加会导致支线流道出口玻璃液温度的降低；采用合适的偏心结构冷却部设计，主线和支线流道出口玻璃液在池窑内的滞留时间差异缩小，玻璃液在均化冷却阶段的横向温度差异减小，主线和支线冷却部玻璃液的液流稳定性提高。
浮法玻璃 玻璃熔窑 一窑两线 数值模拟 冷却部结构设计 float glass glass furnace one furnace with two working ends numerical simulation structure design of working ends
1 武汉理工大学，硅酸盐建筑材料国家重点实验室，武汉 4300702
2 咸宁南玻光电玻璃有限公司，湖北 咸宁 437100
堇青石微晶玻璃具有低介电常数、低介电损耗、低热膨胀等优点，化学计量堇青石MgO-Al2O3-SiO2 (MAS)玻璃组成易表面析晶。采用熔融-整体析晶法制备了MAS微晶玻璃，研究了TiO2添加量对MAS微晶玻璃析晶行为和性能的影响。随着TiO2添加量的增加，玻璃化转变温度和第1析晶峰温度降低，说明TiO2能够有效促进析晶。TiO2进入玻璃网络结构中，促进玻璃中先形成μ-堇青石和钛酸镁铝相，在较高温度下转变为α-堇青石。当x(TiO2)>5% (摩尔分数)时玻璃结晶机制为体析晶。当TiO2含量增加到10 %时，经800 ℃保温10 h+1 000 ℃保温5 h热处理的微晶玻璃具有高密度2.95 g/cm3，高硬度9.67 GPa，高热导率2.13 W/(m·K)。在频率为8.2~12.4 GHz，其介电常数为6.3~6.5，介电损耗在10-2~10-3内波动，在频率为1 MHz，介电常数为10.8，介电损耗为0.024 4。
微晶玻璃 堇青石 表面析晶 介电性能 二氧化钛 glass-ceramics cordierite surface crystallization dielectric properties titanium dioxide
武汉理工大学, 硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 武汉 430070
由于量子限域效应, 量子点掺杂玻璃在宽波长范围内可产生可调谐的吸收和光致发光, 其近年来得到了广泛的研究。硫族铅系半导体具有窄带隙和较大的波尔半径, 在大尺寸范围内具有强的量子限域效应, 因此, 由硫铅系化合物制成的量子点在光电子领域具有广泛的技术应用。量子点掺杂玻璃具有良好的化学和热稳定性, 为制作全固态小型光电器件提供了可能。为了获得理想的光学性能, 各国学者在调控量子点的带隙和提高量子点荧光效率方面做了大量研究。本文综述了玻璃中PbS和PbSe量子点光学性质调谐方法的研究进展, 总结了IV-VI量子点掺杂玻璃的应用研究存在的问题和未来的研究方向。
硫铅族量子点 生长机理 玻璃基质 光致发光 lead chalcogenide quantum dots growth mechanism glassy matrix photoluminescence
武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，武汉 430070
空心玻璃微球因具有低密度、高强度、耐高温等优点而被广泛研究。采用喷雾造粒法与粉末法相结合，掺入发泡剂，以射频等离子体作为热源制备空心石英玻璃微球，研究了SiC、CaSO4、CaCO3三种发泡剂对制备空心石英玻璃微球的影响。结果表明，通过喷雾造粒法将发泡剂与SiO2充分混合形成粗坯颗粒，再利用射频等离子设备对粗坯粉末进行高温烧结，得到空心石英玻璃微球。其中CaSO4、CaCO3发泡剂效果较差，所产生的气体难以留在玻璃微球内部形成中空气泡；而SiC发泡剂效果最好，在射频等离子烧结过程中产生气体，被玻璃液包裹形成空心结构，得到的玻璃微球平均真密度为1.799 5 g/cm3。选用菲利华石英块状疏松体作为SiO2原料，当m(SiO2)∶m(SiC)∶m(H2O)为100∶3∶300时，可制备出平均真密度为0.72 g/cm3的空心多孔石英玻璃微球。
发泡剂 石英玻璃 空心微球 碳化硅 喷雾造粒法 射频等离子体 foaming agent quartz glass hollow microsphere silicon carbide spray granulation method radio frequency plasma
1 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，武汉 430070 2
2 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，武汉 430070
3 中建材蚌埠玻璃工业设计研究院有限公司，安徽 蚌埠 233000
电子信息技术的快速发展推动超薄电子玻璃市场不断扩大，电子玻璃生产向大型化、薄型化和柔性化方向发展。开发适用于大吨位电子玻璃窑炉的综合供能方式及能量调控方法是实现高品质电子玻璃稳定量产的前提。采用数值模拟技术对电子玻璃窑炉在不同电助熔供能比例条件下的运行状态进行分析，探究了电助熔供能比例对玻璃液熔化质量、窑炉传热效率及电极工作环境的影响。结果表明：电助熔供能比例为67.70%时，燃烧空间传热较少，维持池窑表面玻璃液高温状态的难度明显升高。池窑电极总功率采用1 300~1 400 kW及以上时，电极最大工作电流接近电极材料使用极限将导致电极侵蚀加剧。采用电助熔供能比例为57.89%时，得到玻璃液熔化质量相对较优，可实现电子玻璃熔窑服役周期内高效稳定运行。
电子玻璃 电助熔 能量调控 数值模拟 electronic glass electric boosting energy regulation numerical simulation
1 武汉理工大学 硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 武汉 430070
2 中国科学院 过程工程研究所, 湿法冶金清洁生产技术国家工程实验室, 中国科学院绿色过程与工程重点实验室, 北京 100190
3 中国科学院 理化技术研究所, 北京 100190
La2O3-TiO2-ZrO2玻璃具有很高的折射率, 在镜头材料和上转换发光基质材料等领域表现出良好的应用前景, 但其玻璃形成能力低, 通常只能采用快速冷却的方法制备, 因此难以获得大尺寸材料。为了获得大尺寸La2O3-TiO2-ZrO2玻璃, 本研究采用La2O3-TiO2-ZrO2非晶粉末为原料, 利用非晶在玻璃转变温度以上的塑性行为, 在温度动力学窗口ΔT内进行热压烧结制备了大尺寸La2O3-TiO2-ZrO2玻璃, 在保持非晶的前提下实现了La2O3-TiO2-ZrO2粉末的完全致密化。采用SEM、XRD等方法研究了样品的显微结构和相组成。研究发现, 当烧结温度高于910 ℃时, 烧结过程中会析出La4Ti9O24晶相; 当烧结温度低于900 ℃时, 样品保持良好的非晶性, 并随着烧结温度的增加, 样品的致密度有所升高。烧结压力也会影响烧结过程, 样品的致密度随着烧结压力升高而增加。大尺寸La2O3-TiO2-ZrO2非晶材料具有很高的折射率, 在587.6 nm处折射率可达到2.33。在La2O3-TiO2-ZrO2非晶粉末烧结过程中, 塑性流动是其主要的传质机理。
无容器凝固 非晶 热压烧结 致密化 塑性流动 containerless method amorphous hot-pressed sintering densification plastic flow
硅酸盐建筑材料国家重点实验室 武汉理工大学, 湖北 武汉430070
采用固相反应法合成了Eu3+离子激活的Ca1.9Eu0.1NaMg2-xZnx(VO4)3(0≤x≤1), 并研究了其发光和热猝灭性能。经粉末X射线衍射确认, 反应产物由目标相和微量杂质相EuVO4构成。在355 nm激发下, 样品中均能同时观察到来自［VO4］3-基团和Eu3+离子的特征发光。研究结果表明: 随着x值的增加, 上述两种发光的强度均先增加后降低; 而它们的最强激发峰位置由347 nm逐渐地红移至356 nm, Stokes位移也逐渐地减小。这种现象应归因于Zn3d轨道和O2p轨道间很强的轨道杂化效应, 这种效应随着x值的增加而逐渐增强。此外, Eu3+离子荧光发射强度最大值对应的x值与自激活荧光的不同。当x=1.0时, 两者的相对强度差别最大。经荧光热猝灭测试确认, 上述现象是由样品中的自激活荧光表现出比Eu3+离子荧光更严重的荧光热猝灭造成的。因而, 在紫外光激发下, 样品发出荧光的颜色具有温度敏感性。
荧光粉 碱土钒酸盐 自激活荧光 Eu3+离子 荧光热猝灭 phosphor alkaline earth vanadate self-activated emission Eu3+ ion photoluminescence thermal quenching
1 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 太原 030051
2 苏州中盛纳米科技有限公司, 江苏 苏州 223100
针对微机电系统(MEMS)矢量水听器声压灵敏度测试中出现的测试步骤单一、测试任务繁重且耗时多,同时手动测量存在不确定的操作误差等问题,在分析矢量水听器灵敏度测试原理和测试过程的基础上,采用AD9850,AD8599,PGA205、单片机MK60DN512ZVLQ110等芯片,设计了集成信号激励源、微弱信号检测、调理以及信号采样和传输等模块的矢量水听器灵敏度自动测试装置。该装置将测试现场的仪器“缩小”,多模块功能集成,通过与PC上位机连接控制,快速、实时地完成矢量水听器灵敏度测试标定,在节约测试时间的同时,也能快速地完成对水听器的优化改进的验证; 此装置体积小、轻便,测试连线简单,方便外场测试,促进MEMS水听器工程化应用。
矢量水听器 微机电系统 灵敏度 测试装置 自动化 vector hydrophone MEMS sensitivity testing device automation 强激光与粒子束
2017, 29(4): 044101
