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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

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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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

基于FFT方法的不同温度下带孔隙单向复合材料横向拉伸性能研究

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复合材料学报 2024年第9期41卷 4837-4851页

作者：李孟磊王兵胡记强哈尔滨工业大学特种环境复合材料技术国家级重点实验室

本文旨在深入探讨温度和孔隙率对不同纤维体积分数单向碳纤维增强环氧树脂基复合材料横向拉伸方面的力学行为的影响。为此，本文发展了基于最大偏置方法的代表性体积单元(Representative volume elements,RVE)生成算法，构建了一系列不... 详细信息

本文旨在深入探讨温度和孔隙率对不同纤维体积分数单向碳纤维增强环氧树脂基复合材料横向拉伸方面的力学行为的影响。为此，本文发展了基于最大偏置方法的代表性体积单元(Representative volume elements,RVE)生成算法，构建了一系列不同纤维体积分数和孔隙率的高保真的单向复合材料RVE模型。为解决损伤模型的局部化及克服传统有限元(Finite element methods,FEM)方法低效率的弊端，本文提出了一种耦合非局部损伤模型的快速傅里叶变换(Fast Fourier transform,FFT)方法计算框架，基于该计算框架通过对已报道的模型和结果进行对比分析，验证了本文所提出的计算框架具有很好的准确性和可靠性。在此基础上，深入研究了温度、孔隙率和纤维体积分数对复合材料在横向拉伸性能方面的影响规律。具体而言，随着温度的升高，复合材料的横向拉伸强度和模量呈现出下降的趋势，随着孔隙率的增加，复合材料的横向拉伸强度和模量均呈现出显著降低的趋势。此外，随着纤维体积分数的增加，复合材料的横向模量显著增加，而拉伸强度则基本保持一致。本文提出的计算框架和研究结果有望在复合材料的设计和制造中发挥重要的指导作用，以提升材料的性能和可靠性。

关键词：快速傅里叶变换非局部损伤模型单向复合材料孔隙热力性能

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

聚丙烯酸-钙(铈)纳米团簇荧光探针用于无机磷定量检测研究

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无机材料学报 2024年第9期39卷 1053-1062页

作者：陈甲范依然闫文馨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

无机磷主要以磷酸根的形式存在,在自然界生命循环和现代工业社会中发挥重要作用。磷酸根离子的快速高效定量检测一直是临床生化分析、工业生产和环境污染监测等领域的研究热点。本工作以聚丙烯酸(PAA)为络合剂,通过与Ca^(2+)和Ce^(3+)... 详细信息

无机磷主要以磷酸根的形式存在,在自然界生命循环和现代工业社会中发挥重要作用。磷酸根离子的快速高效定量检测一直是临床生化分析、工业生产和环境污染监测等领域的研究热点。本工作以聚丙烯酸(PAA)为络合剂,通过与Ca^(2+)和Ce^(3+)的络合反应,合成了具有良好分散性和稳定性的PAA-Ca(Ce)纳米团簇荧光探针。利用298 nm激发光照射该探针与磷酸根的反应产物,建立其在352nm处发射峰峰值强度与磷酸根浓度的线性关系图。实验结果表明,(Ca^(2+)+Ce^(3+))浓度为37.575 mmol/L的纳米荧光探针与磷酸根浓度的线性关系式为y=1.09x+2.05,荧光强度可靠性范围为13.5~66.91 mmol/L。与钼锑抗分光光度法测试磷酸根对比,该方法具有更高的回收率。大鼠血清无机磷检测实验验证了该方法的可靠性。以上结果表明本研究所合成的荧光探针具有良好的磷酸根定量检测性能。

关键词：稀土离子荧光探针无机磷检测

料浆I/C比对PEMFC合金催化剂氧传质阻力的影响规律

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材料导报 2024年第14期38卷 177-181页

作者：谢雨秋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 佛山仙湖实验室广东佛山528200

氧气传输阻力对燃料电池性能有着重要的影响,而该阻力的大小也与料浆配方的I/C比和催化剂种类密切相关。本工作研究了不同I/C比对不同型号低载量合金催化剂性能的影响,使用了极限电流法对燃料电池的氧传质阻力变化规律进行分析。测试结... 详细信息

氧气传输阻力对燃料电池性能有着重要的影响,而该阻力的大小也与料浆配方的I/C比和催化剂种类密切相关。本工作研究了不同I/C比对不同型号低载量合金催化剂性能的影响,使用了极限电流法对燃料电池的氧传质阻力变化规律进行分析。测试结果表明,虽然合金催化剂的电催化活性高于纯铂催化剂(PtCo/C>PtRu/C>Pt/C),但是I/C比变化对电池性能的影响更为关键:PtRu/C催化剂极限电流密度最低,氧气传输能力受到I/C比的影响最严重,PtCo/C次之,Pt/C催化剂的氧气传输能力受到的影响最小。与之对应的,三种催化剂的电池性能依次为Pt/C≈PtCo/C>PtRu/C。

关键词： I/C比合金催化剂氧传质阻力燃料电池

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