摻雜氮的螺旋形SiC纖維吸收劑研究

摻雜氮的螺旋形SiC纖維吸收劑是由摻雜氮的SiC納米晶（即納米SiC(N)）和Si/C/N非晶區(qū)構(gòu)成的螺旋形纖維，用作耐高溫隱身材料的吸收劑。將摻雜氮的納米SiC吸收劑與螺旋形手征吸收劑有機融為一體，構(gòu)成一類新型的納米效應(yīng)與手征特性復(fù)合的耐高溫吸收劑。摻雜氮的納米SiC吸收劑是一種理想的耐高溫吸收劑，以這種納米吸收劑構(gòu)成螺旋形手征纖維，不僅保持了摻雜氮的納米SiC吸收劑的優(yōu)異性能，還引入手征參數(shù)，增加材料設(shè)計的靈活性，降低實現(xiàn)空間阻抗匹配的難度。摻雜氮的螺旋形SiC纖維手征吸收劑由高N摻雜的SiC(N)納米晶和Si/C/N非晶區(qū)組成，具有一定的力學(xué)性能，使吸收劑在使用時具有一定彈性，不會破壞其手征特性。首先用基板法通過催化裂解反應(yīng)制備螺旋形碳纖維，以螺旋形碳纖維為模板，在特定環(huán)境下通過氣相化學(xué)反應(yīng)以及后處理在螺旋形碳纖維內(nèi)部引入Si、N原子，制備出摻雜氮的螺旋形SiC纖維耐高溫手征吸收劑。

介紹了稀土元素、過渡元素、碳族元素和其它元素的釩酸鉍摻雜體系，并對未來的發(fā)展方向做出展望。

釩酸稀土元素?fù)诫s的釩酸鉍體系

稀土元素?fù)诫s釩酸鉍時，通常是稀土離子來取代釩酸鉍中的釩，形成摻雜固溶體。C.K. Lee等用固相法實現(xiàn)了釹、釓、鉺、鐿稀土元素在釩酸鉍中的摻雜。具體方法是將Bi₂O₃、V₂O₅和RE₂O₃（RE=Nd，Gd，Er，Yb）按照一定的化學(xué)計量比進行稱量，隨后將稱量好的樣品加入到瑪瑙研缽中，并同時加入丙酮，將其混合。干燥后在850～950℃煅燒20h，冷卻到室溫后得到摻雜的釩酸鉍體系。

然而，有些摻雜并沒有取代釩酸鉍中的離子，而是以氧化物的形式摻雜在釩酸鉍中。Hui Xu 等在釩酸鉍中摻入了鈥、釤、鐿、銪、釓、釹、鈰、鑭等稀土元素。制備的方法是：先制備釩酸鉍，將 0.04mol的Bi(NO₃)₃·5H₂O 溶解到4mol/L的硝酸中，同時將0.04mol的NH₄VO₃溶解到2mol/L的氫氧化鈉中，將上述兩個溶液混合后加入7.5g的尿素。隨后在90℃下攪拌8h便得到了黃色沉淀，用去離子水和乙醇洗滌得到的黃色沉淀。再制備稀土元素的硝酸鹽，將稀土元素的氧化物溶解到濃硝酸中就能值得稀土元素的硝酸鹽。最后是稀土元素載入的釩酸鉍的制備，將制備好的釩酸鉍分散到稀土元素硝酸鹽的溶液中，邊攪拌邊蒸發(fā)，直到除去所有的水后，將得到的產(chǎn)物在400℃下煅燒4h。實驗得出這些稀土元素是以其氧化物的形式摻雜于釩酸鉍樣品中。用稀土元素改性的釩酸鉍在DRS分析中出現(xiàn)藍移。Gd³ 摻雜的釩酸鉍有最好的光催化性能，并且Gd最合適的摻雜量為8%。

釩酸過渡元素?fù)诫s的釩酸鉍體系

過渡元素在釩酸鉍中的摻雜，存在的方式主要有取代釩酸鉍中的釩或者是鉍離子，金屬顆粒和氧化物等三種形式摻雜在釩酸鉍中。并且經(jīng)摻雜后，普遍能提高釩酸鉍的光催化性能。Xiufang Zhang等用光致還原技術(shù)制備了銀摻雜的釩酸鉍薄膜。具體的制備方法為：釩酸鉍薄膜是用金屬有機沉積法制備的。將鉍源和釩源按1∶1的化學(xué)計量比分別溶解在乙酸和乙酰丙酮中，完全溶解后將兩者混合，制成溶膠后攪拌30min。隨后在FTO玻璃上鍍一層2.2mm厚的薄膜，鍍好后在500℃下煅燒2h。將制得的薄膜在濃度為0.01mol/L的硝酸銀溶液中浸泡，隨后在紫外燈下照射5min制的了銀摻雜的釩酸鉍薄膜。實驗測試表明銀在釩酸鉍薄膜中是以金屬顆粒的形式存在的，粒徑 10～20nm。

釩酸碳族元素?fù)诫s的釩酸鉍體系

Duk Kyu Lee等用浸漬法制備了碳摻雜的釩酸鉍。具體方法是：將Bi₂O₃和V₂O₅按一定的化學(xué)計量比進行混合，以無水乙醇為介質(zhì)，加入ZrO₂球石，球磨24h。隨后快速進行干燥并在800～900℃下煅燒2h。煅燒得到的粉體再球磨12h制得BiVO₄ 粉體。將3.0g的BiVO₄加入到30mL含有蔗糖的去離子水中，得到的懸浮液邊加熱邊攪拌直至蒸干，將蒸干的粉體在氫氣和氮氣氣氛下300℃熱處理1h制備了碳摻雜的釩酸鉍。C沉積在釩酸鉍的表面，并且沒有團聚；隨著碳含量的增加，釩酸鉍表面的粉體會增加，能帶間距會減小，并且能觀察到在可見光下寬的吸收峰。和沒有摻雜的釩酸鉍進行比較，碳摻雜的釩酸鉍有更好的光催化性能。在碳摻雜量為3wt%時，光催化活性是最高的。

釩酸其他元素?fù)诫s的釩酸鉍體系

Yu-ki Taninouchi等用固相法制備了鋰和銀摻雜的釩酸鉍。具體方法是：將適量的Bi₂O₃、V₂O₅、Li₂CO₃和Ag₂O進行混合，并在600℃加熱12h。將研磨的粉體做成球形，Li的摻雜量為5%，Ag的摻雜量為5%和10%的樣品在 800℃下加熱12h，Li的摻雜量為10%的樣品在700℃下加熱12h。隨后，再研磨，將制備的樣品壓制15min，Li摻雜量為5%和Ag摻雜量為5%的樣品在700℃煅燒24h，Li摻雜量為10%的樣品在700℃煅燒12h，Ag摻雜量為10%的樣品在750℃煅燒12h。最后制得鋰和銀摻雜的釩酸鉍。鋰和銀的摻雜提高了亞晶胞的對稱性和在570℃下Bi₂VO_5.5 的導(dǎo)電性能。 2100433B

瀝青以其優(yōu)良的性能在公路建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用，但隨著國際上長壽命瀝青路面設(shè)計理念的提出以及我國西部強紫外線地區(qū)公路建設(shè)的快速發(fā)展，瀝青的紫外光老化問題受到廣泛重視，對其防紫外光老化措施的研究已成為國內(nèi)外瀝青基道路材料領(lǐng)域的研究熱點。本項目以不同類型的紫外線吸收劑與不同產(chǎn)地的瀝青為研究對象，系統(tǒng)研究了紫外光吸收劑對瀝青物理、流變、熱氧及紫外光老化性能的影響，分析了紫外光吸收劑對瀝青組成、結(jié)構(gòu)的影響及其與性能變化之間的關(guān)系，探討了紫外光吸收劑與瀝青的相互作用機理。研究結(jié)果表明，紫外光吸收劑可使瀝青的延度顯著提高，復(fù)數(shù)剪切模量略微降低，相位角增大，對瀝青低溫抗裂性能有明顯的改善作用。紫外光吸收劑對不同瀝青的抗老化性能表現(xiàn)出較為復(fù)雜的影響，二者之間表現(xiàn)出特定的選擇性。紫外光吸收劑的加入改變了瀝青的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為瀝青的芳香分含量增大，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量減小，瀝青表面微觀形貌變得平整，相位圖向單相化轉(zhuǎn)變，形成了相對均一的體系，膠體結(jié)構(gòu)更趨于溶膠化。對于具有優(yōu)良耐老化性能的紫外光吸收劑/瀝青體系，瀝青在老化過程中的斷鏈、芳縮化及氧化反應(yīng)被抑制，紫外光和熱老化后瀝青的兩相化程度不明顯，瀝青中瀝青質(zhì)分散相的締合被抑制。研究成果對于采用紫外光吸收劑制備具有優(yōu)良耐老化性能的瀝青材料，提高瀝青路面的耐久性具有重要的理論指導(dǎo)意義。 2100433B

瀝青以其優(yōu)良的性能在公路建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用，但隨著長壽命瀝青路面的提出，對瀝青耐老化性提出了更高的要求。研究表明紫外光對瀝青的性能影響很大，光老化后的瀝青變硬變脆，導(dǎo)致路面易產(chǎn)生裂縫、坑槽等破壞。摻加紫外線吸收劑是改善聚合物光老化的有效方法，然而，瀝青是一種組成復(fù)雜的大分子混合物，其復(fù)雜的組成結(jié)構(gòu)使紫外線吸收劑與瀝青之間存在一定的相互作用。研究表明對于不同產(chǎn)地的瀝青，一些紫外線吸收劑對瀝青光老化有良好的改善效果，另一些紫外線吸收劑反而加速了瀝青的光老化，同時紫外線吸收劑對瀝青的物理流變性能也有較大影響。本申請項目擬以各種類型的紫外線吸收劑與不同產(chǎn)地的瀝青為研究對象，利用先進的表征手段，系統(tǒng)研究各類紫外線吸收劑對不同組成結(jié)構(gòu)瀝青的物理流變和老化性能的影響，探明不同種類紫外線吸收劑與不同組成結(jié)構(gòu)瀝青的相互作用，揭示其作用機理，為采用紫外線吸收劑制備具有優(yōu)良耐候性的道路瀝青提供理論指導(dǎo)。