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锰掺杂纳米羟基磷灰石的体外抗菌–促成骨性能研究

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无机材料学报 2024年第3期39卷 313-320页

作者：李承瑜丁自友韩颖超武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室武汉430070

羟基磷灰石(HAP)作为一种常见的骨修复材料,在治疗感染性骨缺损时仍面临着细菌感染的风险,有限的骨诱导能力也阻碍了其进一步应用。本研究采用共沉淀法制备了一种锰掺杂羟基磷灰石纳米棒(MnHAP),该纳米材料兼具优良的细胞生物相容性,高... 详细信息

羟基磷灰石(HAP)作为一种常见的骨修复材料,在治疗感染性骨缺损时仍面临着细菌感染的风险,有限的骨诱导能力也阻碍了其进一步应用。本研究采用共沉淀法制备了一种锰掺杂羟基磷灰石纳米棒(MnHAP),该纳米材料兼具优良的细胞生物相容性,高抗菌效率和骨诱导能力。抗菌实验表明,MnHAP10(n(Mn)/n(Ca+Mn)=10%)对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制率可分别达到77.85%和75.92%,并且在808 nm近红外光照射下,对大肠杆菌的抗菌效率得到了进一步增强(97.63%)。细胞增殖以及相关成骨基因实验表明,MnHAP有利于成骨细胞的增殖分化,提高了对蛋白质的吸附能力和成骨活性,促进了相关成骨基因的表达,且具有良好的生物相容性。MnHAP纳米棒有望为感染性骨缺损治疗提供一种新的思路。

关键词：羟基磷灰石锰抗菌感染性骨缺损光热

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硅基负极材料空心结构构筑与储锂性能

科学通报 2024年第16期69卷 2145-2156页

作者：杜寰刘珊麟张媛媛周亮武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室武汉430070

硅基负极材料具有比容量高和嵌锂电势低等优点,已成为提高锂离子电池能量密度的关键材料之一,但其在循环过程中巨大的体积变化严重影响了电池的循环稳定性.通过构筑具有特殊微纳结构的硅基负极可以有效缓释体积变化.本文将硅基空心结构... 详细信息

硅基负极材料具有比容量高和嵌锂电势低等优点,已成为提高锂离子电池能量密度的关键材料之一,但其在循环过程中巨大的体积变化严重影响了电池的循环稳定性.通过构筑具有特殊微纳结构的硅基负极可以有效缓释体积变化.本文将硅基空心结构分为四大类:空心球/笼、蛋黄-蛋壳结构、空心纳米管以及其他特殊空心结构,从构筑硅基空心结构的必要性出发,对具有空心结构的单质硅基负极材料的合成方法及储锂性能进行了综述.最后,对硅基空心结构负极材料研究当前存在的问题及未来发展方向进行了讨论与展望.

关键词：硅基负极材料空心结构锂离子电池能量储存体积膨胀

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不同惰性调控离子对钕掺杂氟磷酸锶透明陶瓷微观结构和光谱性能的影响

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硅酸盐学报 2024年第3期52卷 899-905页

作者：张永强梅炳初武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室武汉430070

采用传统热压烧结法制备了不同惰性调控离子掺杂的Nd:Sr_(5)(PO_(4))_(3)F (Nd:S-FAP)透明陶瓷,研究了陶瓷相组成对微观结构、光谱性能的影响规律。结果表明:所制备的S-FAP透明陶瓷为纯相,无杂相生成,晶格常数随着掺杂离子与Sr离子半径... 详细信息

采用传统热压烧结法制备了不同惰性调控离子掺杂的Nd:Sr_(5)(PO_(4))_(3)F (Nd:S-FAP)透明陶瓷,研究了陶瓷相组成对微观结构、光谱性能的影响规律。结果表明:所制备的S-FAP透明陶瓷为纯相,无杂相生成,晶格常数随着掺杂离子与Sr离子半径差异的增大而减小;所制备的样品在1μm处透过率为70%,在500 nm处为40%;掺入惰性调控离子后,Nd:S-FAP透明陶瓷的发射强度及荧光寿命存在增大的趋势,其中掺入Y离子后调控作用更为有效。通过共掺惰性离子,打破了钕离子在S-FAP基质材料中的团簇现象,提升了钕离子的发光性能。

关键词：钕掺杂氟磷酸锶透明陶瓷微观结构光谱性能

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Er:Sr_(5)(PO_(4))_(3)F透明陶瓷的制备和上转换光学性能

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硅酸盐学报 2024年第3期52卷 874-881页

作者：刘鑫纹梅炳初谭国龙武汉理工大学材料学院材料复合新技术国家重点实验室武汉430000

随着激光二极管朝着小型化和高度集成化目标的不断发展,包括Sr_(5)(PO_(4))_(3)F (S-FAP)在内的一些热管理性能一般的晶体材料开始重新进入研究者的视野。本研究采用共沉淀法合成了2%(摩尔分数) Er^(3+):S-FAP多晶纳米粉体,通过热压烧... 详细信息

随着激光二极管朝着小型化和高度集成化目标的不断发展,包括Sr_(5)(PO_(4))_(3)F (S-FAP)在内的一些热管理性能一般的晶体材料开始重新进入研究者的视野。本研究采用共沉淀法合成了2%(摩尔分数) Er^(3+):S-FAP多晶纳米粉体,通过热压烧结合成出光学性能优异的Er:S-FAP透明陶瓷,并对Er:S-FAP多晶纳米粉体和透明陶瓷进行了表征。结果表明:2%Er^(3+):S-FAP粉体和陶瓷的物相结构都符合六方晶系氟磷灰石结构,没有观察到异常杂质峰。2%Er^(3+):S-FAP粉体整体呈现出分散性优良的短棒状外观,其平均晶粒尺寸为(19.10±1.6) nm。对应陶瓷的平均晶粒尺寸为386.6±20.8 nm,断面和表面微观结构都呈现出均匀致密的特征。2%Er^(3+):S-FAP透明陶瓷在500 nm和1 000 nm波长处的线性光学透过率分别达到了66.14%和84.41%。Er^(3+)在S-FAP陶瓷中的主要的发射峰位于550 nm和661 nm,分别对应绿色光和红色光的发射,红绿光的上转换发光是由双光子吸收过程决定,最后陶瓷在550 nm波长位置的荧光寿命为2.1μs。

关键词：铒离子掺杂氟磷酸锶上转换性能光学性能透明陶瓷

准等静压制备ANbTeO_(6)(A=K,Rb)透明陶瓷的结构与光学性能

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硅酸盐学报 2024年第3期52卷 836-844页

作者：李燕赵倩倩靖正阳涂兵田王皓武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室武汉430070 湖北隆中实验室湖北襄阳441000

具有立方晶体结构的缺陷烧绿石ANbTeO_(6)(A=K,Rb)陶瓷是一类颇具潜力的新型透明陶瓷材料,但RbNbTeO_(6)透明陶瓷制备鲜见报道,且A位离子对透明陶瓷的结构及其光学性能的影响尚缺乏研究。本工作采用固相反应合成了KNbTeO_(6)(KNT)和RbNb... 详细信息

具有立方晶体结构的缺陷烧绿石ANbTeO_(6)(A=K,Rb)陶瓷是一类颇具潜力的新型透明陶瓷材料,但RbNbTeO_(6)透明陶瓷制备鲜见报道,且A位离子对透明陶瓷的结构及其光学性能的影响尚缺乏研究。本工作采用固相反应合成了KNbTeO_(6)(KNT)和RbNbTeO_(6)(RNT)单相陶瓷粉体,通过无压预烧结合准等静压烧结制备出了光学性能优良的透明陶瓷,系统比较了二者的光学带隙、折射率与色散、红外截止波长。结合对2种材料的晶体结构分析,发现晶格常数随A位离子半径从10.247 9A(KNT)增大为10.258 0A(RNT),但(Nb/Te)—O键长变化不大。与KNbTeO_(6)(2.23 eV)相比,RbNbTeO_(6)透明陶瓷的带隙减小到2.20 eV,导致可见光吸收边略微红移;分子电子极化率和晶胞体积增大使材料在589.3 nm处的光学折射率从1.973 (KNT)上升至2.013 (RNT);(Nb/Te)O_(6)八面体振动的减弱使RNT的红外截止波长拓宽了约0.3μm。本研究有助于加深对ANbTeO_(6)(A=K,Rb)缺陷烧绿石透明陶瓷组成、结构与光学性能关系的认识。

关键词：缺陷烧绿石透明陶瓷准等静压晶体结构光学性能

MgF_(2)助剂对MgAl_(1.9)Ga_(0.1)O_(4)透明陶瓷的制备与光学性能的影响

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无机材料学报 2024年第5期39卷 531-538页

作者：吕朝阳徐勇杨久延涂广升涂兵田王皓武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室武汉430070 武汉理工大学襄阳示范区湖北隆中实验室襄阳441000

MgAl_(1.9)Ga_(0.1)O_(4)透明陶瓷具有优异的光学性能,其制备依赖于高质量坯体的凝胶注模成型和长时间的无压预烧。本研究选择MgF_(2)为烧结助剂,并通过瞬时液相调节无压预烧的致密化过程。采用干压成型、无压预烧和热等静压烧结制备了... 详细信息

MgAl_(1.9)Ga_(0.1)O_(4)透明陶瓷具有优异的光学性能,其制备依赖于高质量坯体的凝胶注模成型和长时间的无压预烧。本研究选择MgF_(2)为烧结助剂,并通过瞬时液相调节无压预烧的致密化过程。采用干压成型、无压预烧和热等静压烧结制备了不同尺寸的MgAl_(1.9)Ga_(0.1)O_(4)透明陶瓷样品,并系统分析了MgF_(2)对材料显微结构、光学和机械性能的影响。研究表明:MgF_(2)在~1230℃熔化形成的液相促使陶瓷的致密度与晶粒尺寸增大,后续烧结过程中残留的MgF_(2)氧化为MgO并固溶进入MgAl_(1.9)Ga_(0.1)O_(4)晶格。添加质量分数0.2%MgF_(2)的2.04 mm厚透明陶瓷样品在紫外和可见光区域具有76.5%~83.4%的直线透过率和较高的光学质量。此外,该陶瓷的特征抗弯强度为167.1 MPa,与细晶MgAl2O4透明陶瓷相近,但是前者的Weibull模数(8.81±0.29)更高。本研究为制备光学性能良好的大尺寸MgAl_(1.9)Ga_(0.1)O_(4)透明陶瓷提供了新的选择。

关键词：透明陶瓷 MgAl_(1.9)Ga_(0.1)O_(4) MgF_(2) 瞬时液相烧结光学性能

水热-烧结法制备Cr^(2+):ZnSe/ZnSe核壳结构纳米孪晶

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无机材料学报 2024年第4期39卷 409-415页

作者：张婷婷王方园刘长友张国荣吕佳辉宋宇晨介万奇西北工业大学材料学院凝固技术国家重点实验室西安710072

Cr^(2+)掺杂ZnSe纳米晶是一种重要的中红外材料,核壳结构的ZnSe基半导体纳米晶表现出优异的光学、电学与催化性能。纳米晶的缺陷可以影响其性能,如具有孪晶结构的纳米晶拥有更高的强度和硬度。为了提高掺杂纳米晶的综合性能,本工作以可... 详细信息

Cr^(2+)掺杂ZnSe纳米晶是一种重要的中红外材料,核壳结构的ZnSe基半导体纳米晶表现出优异的光学、电学与催化性能。纳米晶的缺陷可以影响其性能,如具有孪晶结构的纳米晶拥有更高的强度和硬度。为了提高掺杂纳米晶的综合性能,本工作以可溶性Zn盐为Zn源,以新制NaHSe溶液为Se源,以Cr(AC)_(2)为掺杂源,通过两次水热过程制备了核壳结构Cr^(2+):ZnSe/ZnSe,在氩气保护或高真空下分别于400和800℃烧结获得了室温下化学性质稳定的纳米晶。结构和形貌表征结果显示,纳米晶尺寸主要集中在20~30 nm之间,壳体厚度约为2.6 nm,纳米晶具有层错缺陷,并由此发展成为孪晶。分析可知孪晶面为(111),相邻两晶面夹角为70.02°,误差在±0.5°以内。随着样品结晶度提高,孪晶密度增大,表明释放晶格畸变能为层错和孪晶的形成提供驱动力,孪晶的形核与长大符合位错诱导机制。XPS分析表明,Cr元素以+2价存在于纳米晶中;反射光谱测试结果分析发现,烧结的纳米晶在1775 nm附近存在吸收带,表明所制纳米孪晶具有潜在的中红外发光性能。

关键词： Cr^(2+):ZnSe 核壳结构纳米孪晶孪晶机制烧结

WO_(3)/Zn_(0.5)Cd_(0.5)S S型异质结光催化产氢耦合有机物转化机理研究

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物理化学学报 2024年第5期40卷 50-54页

作者：曹爽钟博别传彪程蓓徐飞燕武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室武汉430070 中国地质大学(武汉) 材料与化学学院太阳燃料实验室武汉430078

开发新型纳米材料实现光催化产氢耦合有机物转化、提高太阳能到化学能的转换效率,在解决能源和环境危机方面具有巨大潜力。三元金属硫化物具有可调控的带隙和优异的可见光响应,在光催化分解水产氢方面引起了广泛关注。其中,Zn_(0.5)Cd_(... 详细信息

开发新型纳米材料实现光催化产氢耦合有机物转化、提高太阳能到化学能的转换效率,在解决能源和环境危机方面具有巨大潜力。三元金属硫化物具有可调控的带隙和优异的可见光响应,在光催化分解水产氢方面引起了广泛关注。其中,Zn_(0.5)Cd_(0.5)S是一种带隙较窄、导带位置较高、耐光腐蚀的还原型光催化剂;然而,单一Zn_(0.5)Cd_(0.5)S中光生电子和空穴的复合率较高,只有少部分光生载流子参与光催化反应,导致量子效率较低而无法达到实际需求。WO_(3)是一种典型的氧化型光催化剂,具有较低的价带位置和较强的氧化能力,是与Zn_(0.5)Cd_(0.5)S耦合构建S型异质结的理想半导体。基于此,本文通过静电纺丝和水热方法将Zn_(0.5)Cd_(0.5)S纳米片垂直生长在WO_(3)纳米纤维上,制备了具有核壳结构的WO_(3)/Zn_(0.5)Cd_(0.5)S异质结。功函数的差异驱动Zn_(0.5)Cd_(0.5)S的电子转移到WO_(3)上,在界面处形成内建电场并使能带弯曲。通过原位光照X射线光电子能谱、电子顺磁共振和时间分辨荧光光谱分析,发现在内建电场、弯曲能带和库仑吸引力的作用下,WO_(3)导带上的光生电子迁移到Zn_(0.5)Cd_(0.5)S价带上并与其光生空穴复合,表明WO_(3)和Zn_(0.5)Cd_(0.5)S之间形成了S型异质结,实现了具有强氧化还原能力的载流子的高效分离。得益于独特的S型光催化机制以及反应物在催化剂表面的有效吸附与活化,没有贵金属助催化剂的情况下,WO_(3)/Zn_(0.5)Cd_(0.5)S异质结在产氢(715 μmol·g^(-1)·h^(-1))和乳酸转化为丙酮酸方面表现出增强的光催化活性,实现了光生电子和空穴的高效利用。原位漫反射傅里叶变换红外光谱和密度泛函理论计算揭示了光催化产氢和有机物转化的反应机理。本工作为设计和研究新型S型异质结光催化剂、实现高效产氢耦合有机物转化提供了新的见解。

关键词：三氧化钨 S型异质结产氢有机物转化化学吸附与活化

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质子交换膜燃料电池电堆阳极饥饿反极的研究

高等学校化学学报 2024年第2期45卷 118-124页

作者：董文雅潘建欣郭伟武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室武汉430070 武汉氢能与燃料电池产业技术研究院武汉430064 佛山仙湖实验室佛山528200

目前,质子交换膜燃料电池(PEMFC)反极研究主要通过单电池完成,反极过程没有考虑相邻电池的影响,与电堆实际情况并不完全相同.本文通过控制加湿度和过量系数等测试条件分析了5片PEMFC电堆阳极在水淹和缺气情况下的饥饿反极情况.结果表明... 详细信息

目前,质子交换膜燃料电池(PEMFC)反极研究主要通过单电池完成,反极过程没有考虑相邻电池的影响,与电堆实际情况并不完全相同.本文通过控制加湿度和过量系数等测试条件分析了5片PEMFC电堆阳极在水淹和缺气情况下的饥饿反极情况.结果表明,在电堆阳极水淹情况下,反极单电池电压表现为缓慢下降到电解水平台然后迅速恢复的循环过程,性能恢复归因于水淹单电池阳极进出口压差上升使其液态水排出而氢气重新进入;在电堆阳极缺气情况下,反极单电池电压表现为迅速降低到碳腐蚀平台然后迅速恢复的循环过程,这是由于缺气单电池的阳极进出口压差下降使电堆内氢气重新分配.缺气反极电池电压会降低到碳腐蚀平台,因此会对电池性能造成不可逆的损害.

关键词：阳极水淹阳极缺气质子交换膜燃料电池电堆