以钛酸丁酯、无水乙醇、硝酸银等为原料, 通过溶胶-凝胶法制备了不同Ag掺杂含量的TiO2纳米晶粉体, 用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)检测分析了粉体的晶型转化、微观形貌和晶粒尺寸, 用光致发光光谱(PL)表征材料的光电性能。结果表明, Ag掺杂后的TiO2纳米晶粉体的锐钛矿相比未掺杂Ag样品的含量有所增多, 当Ag掺杂量为1%和3%时, 锐钛矿的相对含量约为65%; 随着Ag掺杂量的增加, 锐钛矿晶粒尺寸逐渐减小; 由TEM图像可知, Ag颗粒较为均匀地弥散在TiO2纳米晶粉体中; 由PL荧光检测结果可知, Ag掺杂TiO2纳米晶粉体的荧光强度比未掺杂的TiO2纳米晶粉体的低。试验结果表明, Ag颗粒较为均匀地弥散在TiO2纳米晶粉体中, 有利于在锐钛矿界(表)面形成Ti-O-Ag的键合, 有效阻止锐钛矿向金红石的转变, 同时抑制锐钛矿TiO2纳米晶粒的增长, Ag颗粒与TiO2纳米晶粉体接触形成肖特基势垒, 加速光生电子由TiO2向Ag颗粒传输, 减小光生电子与空穴的复合几率, 从而提高TiO2纳米晶粉体的光电性能。

一维TiO2纳米材料良好的电子传输特性为有效提高钙钛矿太阳电池等新型太阳电池的光电性能提供了理论基础。采用水热法在FTO上制备了垂直定向生长的一维单晶金红石相TiO2纳米棒薄膜; 利用XRD、SEM、UV-Vis、TEM和SAED对样品进行了表征; 研究了钛酸丁酯的用量和水热反应次数对纳米棒薄膜的形态和光学性能的影响。结果表明, 在水∶浓盐酸∶钛酸丁酯=30∶30∶1(体积比)和循环水热反应2次时, 得到均匀致密且沿［001］晶向定向生长的一维单晶TiO2纳米棒薄膜, 它在紫外光、可见光区的光吸收增强, 且带边红移, 禁带宽度为3.0eV。

TiO2纳米材料良好的光电性能, 为其作为制备染料敏化太阳电池等新型太阳电池的光阳极材料提供了很好的应用基础。采用溶胶-凝胶法成功制备了Cu掺杂的TiO2纳米晶粉体, 并利用XRD、EDS、TEM以及荧光分光光度计对样品进行了表征, 研究了Cu掺杂对TiO2的物相类型、微观结构、晶粒尺寸以及光致发光性能的影响。结果表明, Cu掺杂使Cu2+取代Ti4+进入TiO2的晶格中, 在抑制TiO2晶粒生长的同时促进了TiO2的晶型转变, 但这种抑制和促进作用会随着Cu掺杂量的增加而减弱。3%(原子分数)的Cu掺杂能够有效增强TiO2对光生电子的捕获能力, 降低光生电子的复合速率, 优化其光电性能。

为了研究激光冲击(LSP)过程中冲击波的实际作用面积, 对涂敷新型吸收层的Al2O3陶瓷材料进行了冲击, 通过烧蚀形貌的变化, 分析了等离子体的横向膨胀效应对实际冲击过程的影响; 通过对0Cr18Ni9奥氏体不锈钢, 3A21防锈铝合金的冲击过程, 分析了变形面积及深度的变化, 验证了对不同材料而言, 等离子体的膨胀效应具有普遍意义。结果表明,等离子体的膨胀与约束层材料有着直接的联系, 在目前普遍使用的8 mm直径的光束冲击下, 若使用柔性约束, 由于等离子体的膨胀, 冲击波的实际作用面积直径约在12 mm。

激光冲击过程中,反射拉伸波一直都是造成材料失效的主要破坏模式。为了进一步分析陶瓷材料的冲击性能,控制拉伸波对材料造成的破坏,从而最终达到改善其脆性的目的,使用高功率钕玻璃脉冲激光器对Al2O3陶瓷进行了冲击试验。通过在Al2O3试样背表面粘贴胶带,发现陶瓷表现出与无粘贴状态下完全不同的破裂模式。使用扫描电子显微技术观察其断口形貌并结合理论分析,发现粘贴胶带以后,对背表面的反射拉伸波能量有相当程度的衰减,大幅减少了拉应力的作用。通过计算表明,这种背面粘贴的胶带可降低冲击波能量到反射前的40％左右,这样就可以通过降低反射波能量来大幅减少拉伸波造成的灾难性脆断。