1 1.上海大学 材料科学与工程学院, 上海 200444
2 2.中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 绵阳 621050
3 3.桂林电子科技大学 广西电子信息材料构效关系重点实验室, 桂林 541004
随着我国核辐射技术的进步, 辐射探测在近些年也得到了高速发展, 并被广泛应用于辐射安全监测、放射性医学诊疗、X射线安监系统、工业无损探伤以及微观粒子轨迹探测等诸多领域。辐射光致发光(Radio- photoluminescence, RPL)是一种在电离辐射作用下, 材料内部产生新的发光中心, 并被紫外光激发进而发光的现象, 可作为一种新型辐射探测手段。RPL材料通常具有存储辐射信息、信息几乎不衰减、剂量线性响应好、均匀稳定的高辐射灵敏度、能量依赖性小和可重复读数等特点, 弥补了光释光(Optically stimulated luminescence, OSL)和热释光(Thermally stimulated luminescence, TSL)材料在存储稳定性和重复使用性等方面的不足。自RPL现象被报道以来, RPL材料层出不穷, 如传统的Ag掺杂磷酸盐玻璃、Al2O3:C,Mg和LiF, 再到新型的Cu离子掺杂体系、Sm离子掺杂体系以及无掺杂体系材料等。同时, RPL应用也被不断发掘, 目前它已成为辐射探测领域不可或缺的材料之一。基于此, 本文概述了RPL材料的最新进展, 重点梳理了传统和新型RPL材料的发光原理、性能特点及其应用, 特别对比了不同RPL材料在辐射探测性能方面的差异。最后, 本文对RPL材料的优势及其不足之处进行了归纳分析, 并对其发展趋势进行了展望。
辐射光致发光 辐射探测 剂量监测 Ag掺杂磷酸盐玻璃 X射线成像 radio-photoluminescence radiation detection dose detection Ag-doped phosphate glass X-ray imaging
南京航空航天大学材料科学与技术学院，南京 211106
本文以氧化镁(MgO)和磷酸二氢钾(KH2PO4)作为磷酸镁骨水泥的固相成分，并引入不同含量的植酸改性羟基磷灰石(IP6-HA)粉末，制备多种不同镁磷比的磷酸镁基复合骨水泥。通过调整磷酸镁粉末中MgO和KH2PO4的比例和IP6-HA含量，改善了骨水泥的力学性能和固化时间，并研究了骨水泥的固化机理。结果表明，当镁磷比为4且固相中的IP6-HA含量为5%(质量分数)时，鸟粪石晶体(MgKPO4·6H2O)的生长效果最好，固化时间为7.5 min，抗压强度可达49 MPa，固化四周后强度可达69.3 MPa。试验所得的IP6-HA改性磷酸镁基复合骨水泥力学性能较好且固化时间适宜，具有潜在的生物医学应用前景。
骨水泥 磷酸盐 氧化镁 羟基磷灰石 固化时间 力学性能 bone cement phosphate magnesium oxide hydroxyapatite curing time mechanical property
1 伊犁师范大学物理科学与技术学院,伊宁 835000
2 伊犁师范大学新疆凝聚态相变与微结构实验室,伊宁 835000
3 新疆大学化工学院, 乌鲁木齐 830017
4 石油天然气精细化工教育部暨自治区重点实验室,乌鲁木齐 830017
晶体材料的微观结构对于宏观性能有着决定性的作用, 探究材料电子结构与光学性质之间的关系是合成新型材料研究的基础方向之一。本文基于密度泛函理论的第一性原理, 系统地对X(PO3)2(X=Zn, Cd, Hg), 这三例阳离子含d10电子构型元素的三元磷酸盐晶体的电子结构与光学性质进行了研究。Zn(PO3)2、Cd(PO3)2和Hg(PO3)2三种材料的带隙宽度依次减小, 分别为5.089、4.065和 2.942 eV。通过分析禁带附近的能带轨道归属, 可知X(PO3)2的价带顶部由P原子、O原子以及阳离子的d轨道所占据, 而导带底部则主要由P原子、O原子以及阳离子的s、p轨道所占据, 此外P和相邻O原子的电荷密度分布图有明显重叠, 证明P-O键具有较强的共价性。X(PO3)2的静态介电常数分别为3.13、2.76、3.24。计算可知在1 064 nm处Zn(PO3)2的双折射率为0.032, Cd(PO3)2的双折射率为0.025, Hg(PO3)2的双折射率为0.024, 且通过分别计算化合物以及阴离子基团的双折射大小, 分析出材料的双折射是P-O基团和阳离子协同作用的结果。同时对材料进行布居分析, 计算元素得失电子的情况, 再次验证了P-O基团相对于Zn-O、Cd-O、Hg-O具有较强的共价性。
磷酸盐晶体 第一性原理 密度泛函理论 电子结构 光学性质 phosphate crystal first-principle density functional theory electronic structure optical property
1 广西民族大学化学化工学院广西多糖材料与改性重点实验室, 南宁 530006
2 广西民族大学化学化工学院广西高校化学与生物转化过程新技术重点实验室, 南宁 530006
3 广西科学院, 南宁 530007
4 广西大学化学化工学院, 南宁 530004
磷酸盐胶凝材料力学性能好, 制备工艺简单, 为资源化利用铜渣提供了新的途径。本文以铜渣和磷酸二氢钠(NaH2PO4)为原料制备了磷酸盐胶凝材料, 采用电子万能试验机、X射线粉末衍射仪及扫描电子显微镜研究了原料配合比和养护条件对铜渣基磷酸盐胶凝材料抗压强度、物相和微观形貌的影响, 并采用同步热分析仪考察了磷酸盐胶凝材料的热稳定性。结果表明, 原料配合比对磷酸盐胶凝材料的力学性能和微观结构有重要影响, 适当提高养护温度有利于强度发展。当NaH2PO4/铜渣质量比为0.30、水/(NaH2PO4+铜渣)质量比为0.15、60 ℃下养护7 d时, 铜渣基磷酸盐胶凝材料抗压强度高达54.70 MPa。铜渣基磷酸盐胶凝材料优异的力学性能源自铜渣中铁橄榄石(Fe2SiO4)与NaH2PO4反应生成的致密无定形结构相。铜渣基磷酸盐胶凝材料热稳定性较好, 空气气氛下467 ℃开始被氧化分解, 无定形结构相发生相转变。
磷酸盐胶凝材料 铜渣 磷酸二氢钠 力学性能 微观结构 热稳定性 phosphate cementitious material copper slag NaH2PO4 mechanical property microstructure thermal stability
华南理工大学 物理与光电学院，发光材料与器件国家重点实验室，广东省光纤激光材料与应用技术重点实验室，广东 广州 510640
通过研究稀土离子在玻璃中激发态布居数与掺杂浓度之间的关系，建立了一种半定量的激光玻璃发光猝灭浓度预测的研究方法。研究发现，在Nd3+掺杂磷酸盐玻璃中，无辐射跃迁速率与浓度的线性相关性大于其与浓度的平方相关性，表明OH-对无辐射跃迁几率的影响大于稀土离子之间的能量传递过程。选择低浓度下的荧光寿命代替自发辐射跃迁寿命预测猝灭浓度，有效降低了多声子弛豫以及OH-的影响，预测发光猝灭浓度与实验值的绝对误差从0.82%降低到了0.16%。本文所提出的预测计算方法具有较高的准确性和普适性，这为理论预测激光玻璃的猝灭浓度提供了一定的指导意义，有助于新型激光玻璃的研究和探索。
磷酸盐玻璃 Nd3+ 猝灭浓度 理论计算 phosphate glass Nd3+ quenching concentration theoretical calculation
1 内蒙古科技大学矿业与煤炭学院, 内蒙古 包头 014010
2 内蒙古自治区白云鄂博矿多金属资源综合利用省部共建国家重点实验室, 内蒙古 包头 014010
3 内蒙古科技大学材料与冶金学院, 内蒙古 包头 014010
4 鄂尔多斯应用技术学院, 内蒙古 鄂尔多斯 017000
在地球科学等研究领域自动化分析, 逐步取代了传统的光学观察法。 然而, 这些方法获得结果, 过于依赖元素组成到矿物组成的转换。 同时, 也会破坏掉完整描述矿物材料来源和蚀变历史所需的重要信息。 因此, 利用合适的检测手段, 对分析矿物成矿规律及成因具有重要现实性意义。 研究利用拉曼Mapping、 光学显微镜、 自动矿物分析仪(TIMA)三种技术做对比。 对具有代表性霓石型稀土矿物分布特征、 化学成分、 矿物结构及晶体取向等方面进行研究。 通过TIMA与光学显微镜研究结果分析可知, 独居石矿物多呈自形-半自形不等粒结构, 粒度大小不均约为100～500 μm之间, 部分颗粒有被磷酸盐溶液交代痕迹, 可初步判断独居石矿物经多期成矿； 氟碳铈矿物呈细粒状分布较散以不规则颗粒包裹在其他矿物中, 具有明显的早期成矿特征； 易解石矿物以不规则团块状或放射状集合体, 具有明显方向性与方解石形成时间一致。 利用拉曼光谱技术在微区进行Mapping扫描, 通过数据分析得到独居石矿物［PO4］3-的P—O对称伸缩模式(ν1)与P—O对称弯曲振动模式(ν2)所在峰位面积比值, 得到独居石矿物不同生长取向相图。 经与独居石矿物光镜特征相结合, 进一步证明了浸染状霓石型铁稀土矿石中独居石矿物是多期成矿的事实, 成矿期数最少为三期。 该发现也为白云鄂博矿床多阶段成矿提供有力证据支撑。 此外, 该技术也可作为一种快速判断磷酸盐矿物不同生长取向的图像方法。 该技术对于碳酸矿物、 硫酸盐矿物也同样适用。 由此可扩展到多种矿物类型, 成为判断矿物多期成矿事实提供了重要依据。 也为拉曼Mapping技术应用于复杂矿物的矿物学研究矿物的赋存特征奠定基础。
白云鄂博矿 磷酸盐 独居石 拉曼Mapping 晶体取向 Bayan Obo deposit Phosphate Monazite Raman Mapping Crystal orientation 光谱学与光谱分析
2023, 43(4): 1183
武汉科技大学, 省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室, 武汉 430081
为了提升磷酸盐胶黏剂的耐高温性能, 以自制的磷酸二氢铝为基体, 纳米Al2O3、Si粉和低温熔融玻璃粉(Zn-B-Si-Al-R)等为填料, 制备出一种新型磷酸盐粘结剂, 并对其界面反应机理进行了分析。结果表明: 当Fe2O3、ZrO2、CuO的添加量分别为5%、10%、15%(质量分数)时, 粘结剂在500 ℃的高温拉伸强度为5.28 MPa, 质量损失率仅为7.8%。从室温至500 ℃, 粘结剂与不锈钢基体热膨胀系数匹配良好, 两者的差值始终小于1.5×10-6 K-1。同时, 电势差异促进了Fe与Cu的离子交换, 在界面处形成成分梯度层, 有效缓解因热失配而产生的热应力, 提高粘结剂在高温下的粘结强度。
磷酸盐粘结剂 热处理 耐高温强度 界面反应 phosphate adhesive heat treatment high-temperature strength interface reaction
安徽建筑大学材料与化学工程学院, 合肥 230601
随着电子通信行业的迅速发展, 微波介质陶瓷近年来成为关注的热点。磷酸盐微波介质陶瓷通常具有烧结温度低、介电常数较低、粉体材料容易制备, 以及与银不发生显著反应等特点, 故可作为低温共烧陶瓷。本文概述了正磷酸盐(PO4)和焦磷酸盐(P2O7)系列陶瓷几种常见的晶体结构和微波介电性能, 以及PO4陶瓷的掺杂和复合。研究发现, 当A位元素和P元素摩尔比大于1时, 制备的样品是PO4与P2O7的混合物。PO4陶瓷的掺杂本质是通过A/B位离子取代起到改进介电性能的作用。PO4陶瓷的复合对性能改进的原理是原样品温度系数若为负值, 则可复合TiO2使温度系数接近0; 原样品温度系数若为正, 则复合其他温度系数为负的材料中和温度系数。最后提出了当下磷酸盐微波介质陶瓷存在的问题和研究展望。
微波介质陶瓷 低介电常数 低温共烧 正磷酸盐 焦磷酸盐 PO4陶瓷掺杂与复合 microwave dielectric ceramics low dielectric constant low-temperature co-firing orthophosphate pyrophosphate doping and recombination of PO4 ceramics
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 强激光材料重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国核电工程有限公司, 北京 100840
钼是动力堆乏燃料后处理产生的高放废液中主要的核素之一。MoO3在铁磷酸盐玻璃中的溶解情况以及MoO3含量变化对玻璃结构的影响是动力堆高放废液固化用铁磷酸盐玻璃配方研究的重点。在成分为60%P2O5-19%Fe2O3-8%Al2O3- 13%Na2O (摩尔分数)的基础玻璃中, 加入1%~8% (摩尔分数) MoO3, 采用熔淬法制备一系列样品。X射线衍射、电子探针显微分析用于物相和显微形貌分析, Raman光谱、X射线光电子能谱和Mssbauer谱用于结构分析。MoO3实际含量小于等于6.38%时, Mo可以完全溶入到玻璃结构中, 不形成析晶和分相。MoO3含量大于等于4%时, Mo离子以［MoO6］结构存在并形成Mo-O-P键。Q1和Q2单元是玻璃相中的主要结构, 且Q1单元的相对含量随着MoO3含量增加。随着MoO3含量增加, Fe3+相对含量略有减少, 而Mo离子价态不变。
钼 铁磷酸盐玻璃 玻璃结构 价态 molybdenum iron phosphate glass glass structure valence state
红外与激光工程
2022, 51(12): 20220239
