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悬浮微粒的光学捕获与光谱技术研究进展

中国激光 2024年第3期51卷 207-224页

作者：钟航陈钧陈骏廖俊生表面物理与化学重点实验室四川绵阳621908 中国工程物理研究院材料研究所四川绵阳621907

光学捕获经过近几十年的发展,从光学悬浮到紧密聚焦的单光束光镊再到最近发展的多种类型的光学阱,已经可以捕获包括碳、金属氧化物、花粉、孢子、无机/有机液滴等多种不同类型的粒子,结合拉曼光谱、腔衰荡光谱或激光诱导击穿光谱可以获... 详细信息

光学捕获经过近几十年的发展,从光学悬浮到紧密聚焦的单光束光镊再到最近发展的多种类型的光学阱,已经可以捕获包括碳、金属氧化物、花粉、孢子、无机/有机液滴等多种不同类型的粒子,结合拉曼光谱、腔衰荡光谱或激光诱导击穿光谱可以获取悬浮微粒在原生状态下的物理和化学信息,并可以实现受控气氛环境下单粒子的化学反应研究。首先,本文根据微粒的吸光性对空气中微粒的光学捕获力的来源进行了介绍,透明微粒主要受辐射压力的作用,吸光微粒主要受光泳力的作用;然后,根据光学捕获力的不同对单光束、双光束、高斯光束和空心光束等光学捕获设计进行分类介绍;最后,综述了光学捕获与光谱技术结合起来用于单粒子研究的最新进展,并讨论了光学捕获拉曼光谱面临的挑战。

关键词：光谱学光镊光学捕获单颗粒气溶胶

面向核材料腐蚀产物检测的便携式拉曼光谱仪的研制及应用

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冶金分析 2024年第5期44卷 8-13页

作者：陈广李赣王帅鹏王茂成胡殷李海波表面物理化学重点实验室中国工程物理研究院材料研究所

拉曼光谱作为一种分子指纹光谱，具有无损、高分辨率、高灵敏度和非接触等优点，十分适合高放射性、昂贵的核材料的腐蚀产物检测。然而，目前商用的拉曼光谱仪还难以实现弱信号的核材料腐蚀产物现场检测，主要存在便携式拉曼光谱仪灵敏... 详细信息

拉曼光谱作为一种分子指纹光谱，具有无损、高分辨率、高灵敏度和非接触等优点，十分适合高放射性、昂贵的核材料的腐蚀产物检测。然而，目前商用的拉曼光谱仪还难以实现弱信号的核材料腐蚀产物现场检测，主要存在便携式拉曼光谱仪灵敏度低和台式显微拉曼光谱仪不方便移动的问题。为此，采用自主设计的反射式探头、高光通量的光谱仪和科学级高深冷CCD等一系列改进措施，研制了便携式拉曼光谱仪，显著提高了灵敏度的同时还大幅降低了光谱背景，从而克服了便携式拉曼光谱仪在弱信号检测方面的短板问题。使用该仪器对铀腐蚀产物（UO2、U4O9和U3O8）标准物质和混合物（U3O8和UO2）进行检测，获得的拉曼光谱背景低、特征峰清晰，可检测含量为5%（质量分数）的核材料腐蚀产物（U3O8）的信号。对3种腐蚀状态的铀材料进行测试，可区分和识别不同的腐蚀产物，对提高铀材料腐蚀机理和行为的科学认识有重要帮助。

关键词：核材料腐蚀产物便携式拉曼光谱仪研制与应用

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微缺陷对铀材料腐蚀的影响研究现状

稀有金属材料与工程 2024年第2期53卷 572-580页

作者：董豪鹏蔡定洲苏斌刘柯钊中国工程物理研究院材料研究所四川绵阳621907

铀及铀合金是核工业中重要的结构和功能材料,其腐蚀状态对于材料的使役有效性有重要影响。材料学因素,包括组分、组织结构、内部和表面的缺陷状态等是影响铀材料耐蚀性能的内因。本文重点综述了铀材料中微缺陷对腐蚀的影响规律的研究现... 详细信息

铀及铀合金是核工业中重要的结构和功能材料,其腐蚀状态对于材料的使役有效性有重要影响。材料学因素,包括组分、组织结构、内部和表面的缺陷状态等是影响铀材料耐蚀性能的内因。本文重点综述了铀材料中微缺陷对腐蚀的影响规律的研究现状,从杂质元素、夹杂、显微组织、表面状态4个方面系统梳理了国内外公开报道的研究工作和取得的规律认识。在此基础上,简要的提出了改善和消除微缺陷以提升铀材料耐蚀性能的策略。

关键词：铀材料微缺陷腐蚀规律

Cu含量对激光选区熔化CoCrMoCu合金微观组织及表面摩擦磨损性能的影响

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表面技术 2024年第7期53卷 126-135页

作者：岳术俊史文玲解凤宝潘超闫星辰北京市春立正达医疗器械股份有限公司北京100021 广东省科学院新材料研究所现代材料表面工程技术国家工程实验室广州510651 广东省科学院新材料研究所广东省现代表面工程技术重点实验室广州510651

目的阐明不同Cu含量对激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)制备的CoCrMoCu合金微观组织的影响及其在表面摩擦磨损和腐蚀性能使役行为方面的作用。方法采用CoCrMo合金粉和纯Cu粉通过行星球磨机进行机械混合,制备了Cu质量分数为2%... 详细信息

目的阐明不同Cu含量对激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)制备的CoCrMoCu合金微观组织的影响及其在表面摩擦磨损和腐蚀性能使役行为方面的作用。方法采用CoCrMo合金粉和纯Cu粉通过行星球磨机进行机械混合,制备了Cu质量分数为2%、4%、6%的CoCrMo/Cu混合粉末,并通过SLM技术制备相应的试样。对不同Cu含量的SLM CoCrMoCu的相组成、微观结构、硬度、摩擦磨损和腐蚀性能进行检测和分析。结果Cu含量对SLM CoCrMoCu的相组成和微观组织没有明显影响,在不同Cu含量的试样中,试样的微观组织均主要为胞状等轴晶。在力学性能方面,随着Cu含量的升高,试样的硬度先提升后降低,在含2%Cu的情况下达到最大值(429.2HV0.2),在含6%Cu的情况下达到最小值(367.7HV0.2)。CoCrMoCu的摩擦因数和磨损率随着Cu含量的升高而降低,在4%时摩擦因数和磨损率达到最低(2.7×10^(-5)mm^(3)/(N·m)),摩擦磨损性能最好。随着Cu质量分数进一步增加到6%,由于硬度降低,磨损性能下降,试样表面出现沟壑,影响Cu自润滑层的附着,磨损机制由黏着磨损向磨粒磨损转变,导致摩擦因数和磨损率增加。在腐蚀性能方面,腐蚀电位随着Cu含量的升高而升高,而腐蚀电流随着Cu含量的升高呈现先下降后上升的趋势,在4%时达到最佳的腐蚀性能。结论Cu的引入在一定范围内(2%~4%)可以有效提高CoCrMoCu合金的硬度和腐蚀性能。结合Cu的自润滑效应和类钝化效应,实现CoCrMo合金耐磨性能和腐蚀性能的协同提升。

关键词：激光选区熔化 CoCrMoCu 摩擦磨损性能微观组织自润滑医用金属

UN_(x)与O_(2)、H_(2)O、H_(2)的相容性

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核化学与放射化学 2024年第3期46卷 185-192,I0001页

作者：陈守闯钟火平胡殷罗丽珠龙重苏斌白彬刘柯钊中国工程物理研究院材料研究所四川绵阳621907 表面物理与化学重点实验室四川绵阳621907

U金属化学性质活泼,在环境中容易发生氧化、水解、氢蚀等反应,严重影响其物理化学性能。有很多方法被用于U表面的防腐蚀研究,其中最常用的方法之一是在表面形成一层能够有效隔断金属表面与外部气氛关联的UN_(x)(U_(2)N_(3+x)或UN)表面... 详细信息

U金属化学性质活泼,在环境中容易发生氧化、水解、氢蚀等反应,严重影响其物理化学性能。有很多方法被用于U表面的防腐蚀研究,其中最常用的方法之一是在表面形成一层能够有效隔断金属表面与外部气氛关联的UN_(x)(U_(2)N_(3+x)或UN)表面改性层。该表面层与外部环境直接接触,其与环境气氛,特别是气氛中的O2、H_(2)O、H_(2)等分子的相容性是决定改性层是否能够长期稳定存在并保持良好防腐蚀特性的关键因素。本文综述了UNx与O2、H_(2)O、H_(2)等的相容性,认为改性层的均匀性与完整性是长期防腐蚀的关键要素,氧化及水解过程中的N富集是一个值得关注的问题,水解过程中气相成分变化显著,需要深入研究。

关键词： UN UN_(x)改性层氧化水解氢蚀

铀及铀铌合金在潮湿气氛中的腐蚀行为研究进展

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材料导报 2024年第12期38卷 169-179页

作者：丁茜李海波廖俊生表面物理与化学重点实验室四川绵阳621700 中国工程物理研究院材料研究所四川绵阳621700

铀及铀合金是重要的核工业材料,在国防科技和核能领域具有广泛应用。金属铀的化学性质非常活泼,极易被环境气氛中的O_(2)、H_(2)O等气体氧化腐蚀,尤其是当H_(2)O存在时更易失效,导致其力学性能和核反应性能降低。铀铌合金作为一种重要... 详细信息

铀及铀合金是重要的核工业材料,在国防科技和核能领域具有广泛应用。金属铀的化学性质非常活泼,极易被环境气氛中的O_(2)、H_(2)O等气体氧化腐蚀,尤其是当H_(2)O存在时更易失效,导致其力学性能和核反应性能降低。铀铌合金作为一种重要的铀合金材料,具有良好的抗腐蚀性,但仍难以避免长期贮存过程中的表面氧化腐蚀。经过国内外数十年的研究,铀材料在典型气氛中的腐蚀规律已较为明确,但对其腐蚀机理的深入认识一直存在分歧。本文归纳和总结了铀及铀铌合金在水汽、水氧混合气氛等潮湿环境中的腐蚀行为研究工作,讨论和评述了各反应阶段的腐蚀机理,最后对铀及铀铌合金在潮湿气氛中的氧化动力学,H_(2)O和O_(2)在铀材料表面的吸附解离、微观扩散机制及UH3等中间产物的演化等方面进行了展望。

关键词：铀铀铌合金潮湿气氛腐蚀行为腐蚀机理

悬浮液等离子喷涂高效制备TiO_(2)涂层及其光催化性能

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表面技术 2024年第1期53卷 209-219页

作者：崔赛楠范秀娟尹辉俊李双建张小峰何春艳宋琛邓春明毛杰广西科技大学机械与汽车工程学院广西柳州200240 广东省科学院新材料研究所现代材料表面工程技术国家工程实验室广州510650 广东省科学院新材料研究所广东省现代表面工程技术重点实验室广州510650 广东工业大学广州510006

目的解决TiO_(2)粉末催化剂在污水净化过程中易沉降和难回收问题,同时提高TiO_(2)在可见光条件下降解有机污染物的速率。方法采用悬浮液等离子喷涂(SPS)技术,以H2为辅助气体制备TiO_(2)涂层,借助H2将高温等离子体焰流中熔融态TiO_(2)中... 详细信息

目的解决TiO_(2)粉末催化剂在污水净化过程中易沉降和难回收问题,同时提高TiO_(2)在可见光条件下降解有机污染物的速率。方法采用悬浮液等离子喷涂(SPS)技术,以H2为辅助气体制备TiO_(2)涂层,借助H2将高温等离子体焰流中熔融态TiO_(2)中的Ti4+还原成Ti3+。通过场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱光谱仪、紫外-可见光谱仪等对TiO_(2)粉末以及所制备涂层的结构形貌、物相组成、元素价态、光学特性进行分析。以亚甲基蓝为目标污染物,使用光化学反应仪测试粉末和涂层的光催化性能。结果TiO_(2)涂层表面呈现由熔融和半熔融颗粒组成的“喀斯特”微观形貌,表面粗糙度为2.94μm,孔隙率为10.2%。TiO_(2)粉末物相为纯锐钛矿,涂层物相由锐钛矿、金红石相及TiO_(2)-x相组成。TiO_(2)涂层中Ti3+的存在使其带间隙减小0.6eV。在紫外光条件下,TiO_(2)粉末的催化速率为0.00348,而涂层的催化速率为0.00345。在可见光条件下,粉末的催化速率与亚甲基蓝的光解速率相近,涂层的催化速率是0.00307。结论通过SPS技术成功制备了TiO_(2)光催化涂层,其在可见光条件下的催化性能较粉末有显著提升。

关键词：悬浮液等离子喷涂 TiO_(2)涂层微观结构物相组成带间隙光催化性能

不同铝合金对Al/Mg/Al层状复合材料腐蚀行为的影响

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材料导报 2024年第12期38卷 154-161页

作者：郭贺焦进超张津王旭东连勇冯波冯晓伟郑开宏丁啸云韩东北京科技大学新材料技术研究院北京100083 腐蚀-磨蚀与表面技术北京市重点实验室北京100083 广东省科学院新材料研究所广州510650

将镁合金与铝合金经过热轧制成Al/Mg/Al层状复合材料,结合析氢试验、电化学试验和电偶试验,对1060/AZ31/1060、5052/AZ31/5052和6061/AZ31/6061在3.5%(质量分数)NaCl溶液中腐蚀行为进行研究,通过分析其腐蚀形貌、腐蚀产物、析氢速率、... 详细信息

将镁合金与铝合金经过热轧制成Al/Mg/Al层状复合材料,结合析氢试验、电化学试验和电偶试验,对1060/AZ31/1060、5052/AZ31/5052和6061/AZ31/6061在3.5%(质量分数)NaCl溶液中腐蚀行为进行研究,通过分析其腐蚀形貌、腐蚀产物、析氢速率、动电位极化曲线和交流阻抗谱,探究Al/Mg/Al层状复合材料的腐蚀机理。结果表明:Al/Mg/Al层状复合材料的表面腐蚀行为与铝合金的腐蚀行为相似,其相对于原始镁合金的腐蚀电流密度降低了两个数量级;Al/Mg/Al层状复合材料截面腐蚀产物呈颗粒状密集分布在镁一侧,腐蚀行为主要受电偶效应的影响,镁-铝电偶对电偶电流可达10^(-3)A·cm^(-2)数量级;对应的三种镁-铝电偶对电偶电流密度和电偶电位与混合电位理论拟合值相差不大;三种Al/Mg/Al层状复合材料中5052/AZ31/5052的整体耐蚀性最好。

关键词： Al/Mg/Al层状复合材料电化学电偶腐蚀析氢腐蚀产物

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炸药造型颗粒随机堆积体系物理参量无损表征

含能材料 2024年第4期32卷 345-352页

作者：岳弘历张催张伟斌中国工程物理研究院化工材料研究所四川绵阳621999

炸药造型颗粒作为高聚物粘结炸药(Polymer‑bonded explosive,PBX)构件成型的中间体,表征其体系物理参量对掌握不同造型颗粒对PBX构件性能的影响具有重要意义。利用X射线层析成像(XCT)和图像处理技术无损表征了9种造型颗粒样品随机堆积体... 详细信息

炸药造型颗粒作为高聚物粘结炸药(Polymer‑bonded explosive,PBX)构件成型的中间体,表征其体系物理参量对掌握不同造型颗粒对PBX构件性能的影响具有重要意义。利用X射线层析成像(XCT)和图像处理技术无损表征了9种造型颗粒样品随机堆积体系(包含粒径、体积分数、孔隙率、球形度以及本征密度)的物理参量。9种造型颗粒堆积体系平均粒径最大为1.04 mm,体积分数最高可达68.7%,孔隙率最低为1.04%,平均球形度最高为0.93,密度最大为1.44 g·cm^(-3)。结果表明,造型颗粒配方中粘结剂种类、炸药晶体成分、炸药晶体配比以及造粒工艺对颗粒堆积体系物理参量有重要影响,且颗粒堆积体系物理参量之间存在相关性。体系粒径分布越分散,颗粒平均表面积越大;体系平均粒径越大、平均球形度越低,颗粒平均孔隙率就越高;平均粒径较大的颗粒堆积体系体积分数较高,当体系平均球形度较大时颗粒堆积的体积分数与球形度无关。研究为掌握造型颗粒堆积体系的物理参量以及颗粒结构与材料性能关系提供了基础。

关键词：炸药造型颗粒随机堆积体系体积分数孔隙率 X射线层析成像