1 1.北京交通大学 理学院, 应用微纳米材料研究所, 北京 100049
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海200050
基于声表面波(Surface acoustic wave, SAW)技术的无线无源器件是在极端条件下工作的首选传感器, 其中压电衬底在高温环境下的稳定性是影响SAW器件性能的关键因素。钽酸镓镧(LGT)晶体因电阻率高和稳定性好, 是SAW器件理想的高温压电衬底。为了全面评估LGT晶体的高温电阻率和材料系数稳定性, 本工作分别测试了纯LGT和掺铝钽酸镓镧(LGAT)晶体在氧气、氮气和氩气气氛中的高温电阻率, 并采用超声谐振谱(Resonant ultrasound spectroscopy, RUS)技术定征了纯LGT晶体高温全矩阵材料系数。电阻率测试结果显示, 在不同气氛下LGT晶体的高温导电行为明显不同, 纯LGT晶体在400~525 ℃范围内, 氮气中的电阻率最高; 在525~700 ℃范围内, 氩气中的电阻率最高, 700 ℃电阻率高达2.05×106 Ω·cm; 而对于LGAT晶体, 在整个测试温度区间氮气中的电阻率均最高, 700 ℃电阻率达1.12×106 Ω·cm, 略低于纯LGT晶体。高温全矩阵材料系数测试结果显示, 室温~400 ℃范围内, LGT晶体的电弹性能稳定, 随着温度升高, 弹性系数略有降低, 而压电系数d11几乎保持不变。以上结果表明, LGT晶体在高温下具有非常高的电阻率和材料稳定性, 适合作为压电衬底用于制备高温压电器件。本工作的研究结果为LGT基高温压电器件的设计与制备奠定了基础。
钽酸镓镧 高温电阻率 封装气氛 高温材料系数 langatate high temperature resistivity encapsulation atmosphere high temperature material coefficient
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050
2 2.上海理工大学 材料与化学学院, 上海 200093
SiO2-BaO基微晶玻璃以其膨胀系数高、耐高性能优异而成为耐高密封领域研究的热点, 但稀土氧化物对该类封接玻璃改性的影响研究尚不多见。本工作研究不同高阳离子场强(Cation field strength, CFS)的稀土氧化物取代传统碱土氧化物BaO对新型富稀土—SiO2-BaO-Ln2O3(SBLn, Ln=La、Sm、Er、Yb)系列玻璃的网络结构、结晶行为、微观结构和高温性能的影响。随着稀土阳离子场强由2.82(La3+)增大到3.98(Yb3+), SBLn玻璃的玻璃转变温度(Tg)、析晶起始温度(Tx)、析晶峰值温度(Tp)均逐渐增加, 说明高稀土阳离子场强有利于提高SBLn玻璃的热稳定性。四类富稀土SBLn玻璃的结晶相均由BaSiO3和BaSi2O5相组成, 随稀土阳离子场强增大, BaSiO3相减少、BaSi2O5相增多, 稀土元素只存在于玻璃相中, 不参与晶相析出。随着稀土阳离子场强增加, SBLn微晶玻璃的热膨胀系数(Coefficient of thermal expansion, CTE)由12.52×10-6/℃增大到13.13×10-6/℃(30~800 ℃), 但析晶量下降导致软化温度从1313.5 ℃降至1174.1 ℃。总之, 富稀微晶玻璃材料高热膨胀系数大于12×10-6/℃、软化温度均高于1150 ℃, 且在700 ℃高温下的直流电阻率大于106 Ω·cm, 说明富稀土微晶玻璃密封材料具有在固体氧化物燃料电池、氧传感器、铂薄膜热敏电阻器等高温场景下的应用前景。
耐高温密封材料 富稀土微晶玻璃 阳离子场强 高温电阻率 high-temperature resistant sealant rich rare-earth glass-ceramics cation field strength high temperature resistivity
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 中国科学院无机功能材料与器件重点实验室, 上海 200050
2 2.中国科学院大学, 北京 100049
3 3.上海师范大学 光电子材料与器件重点实验室, 上海 200234
BiFeO3-BaTiO3(BF-BT)陶瓷兼具高居里温度和优异的压电性能, 在高温压电传感器和驱动器等部件具有广泛的应用前景。BF-BT陶瓷在高温环境下电阻率较低, 易造成器件高温性能恶化甚至失效。因此, 改善BF-BT陶瓷电阻性能是应用推广必须解决的关键问题。作为一种铁酸盐, 其电阻率很难通过掺杂改性等常规方法进行改善。本研究在BF-BT陶瓷体系中发现一种电阻率异常升高的现象, 并证实这与样品中的第二相Bi25FeO40有关。显微结构分析表明, 该第二相具有一种特殊的层状周期性结构, 其中每三排原子构成一个周期, 而缺陷大多集中在其中一层原子当中。本研究采用传统固相法成功地制备出纯相的Bi25FeO40, 将其作为外添加剂加入到0.70BF-0.30BT组分中, 使基体组分在300 ℃的电阻率从1.03 MΩ·cm提高到4.33 MΩ·cm。此外, COMSOL仿真模拟的结果证实, 通过引入该第二相可以将0.67BF-0.33BT组分电阻率提高一个数量级。根据能量过滤效应, 这种特殊的结构具有高能垒, 可以阻碍载流子迁移, 从而提高BF-BT陶瓷电阻率。本工作为改善BF-BT陶瓷电阻率提供了一种切实可行的方法。
电阻率 载流子迁移 BiFeO3-BaTiO3陶瓷 仿真模拟 resistivity carrier migration BiFeO3-BaTiO3 ceramics simulation confirm
1 武汉科技大学城市建设学院，武汉 430065武汉科技大学高性能工程结构研究院，武汉 430065城市更新湖北省工程研究中心，武汉 430065
2 武汉科技大学城市建设学院，武汉 430065
3 武汉大学 水资源工程与调度全国重点实验室，武汉 430072
铁铝酸盐水泥具有优异的抗海水侵蚀性能，在海洋工程应用中具有突出优势。研究了海水拌和与掺入偏高岭土对铁铝酸盐水泥浆体的流动度、凝结时间、水化热、电阻率、内部温度、化学收缩、抗压强度和水化产物的影响。结果表明，掺入偏高岭土减小了水泥浆体的流动度，缩短了凝结时间，72 h化学收缩、24 h电阻率均减小，浆体内部温度峰值降低。偏高岭土掺量小于20%时可加快早期水化放热速率、化学收缩和电阻率，并可促进钙矾石生成。海水拌和能加快水泥水化，使得水泥浆体的流动度显著降低，凝结时间显著缩短，并生成水化产物Friedel盐。海水和适量的偏高岭土拌和促进了更多的钙矾石生成，提高了铁铝酸盐水泥浆体的抗压强度。各试样的180 d抗压强度与淡水拌和时相比提高48.6%~80.2%。
铁铝酸盐水泥 海水拌和 偏高岭土 水化热 电阻率 ferroaluminate cement seawater mixing metakaolin heat of hydration electrical resistivity
1 南京林业大学林学院, 南方现代林业协同创新中心, 江苏 南京 210037
2 江西省林业科学院林业有害生物防治研究所, 江西 南昌 330013
3 南京林业大学理学院, 江苏 南京 210037
松材线虫病对我国松林资源造成严重破坏, 早期精准诊断该病害对精准防控及保障国家森林生态安全具有重要意义。 该病目前的诊断技术包括林间症状诊断法、 病原线虫鉴定法、 流胶法等, 这些方法受到条件或技术的限制而不完善, 也无法有效地对松树针叶变色前或极少数针叶变色的阶段进行诊断。 为此提出一种基于光谱分析的马尾松松材线虫病针叶电阻率检测方法。 对野外8~9年生马尾松接种松材线虫后, 在不同时间对针叶进行数据测量。 使用美国Ocean Insight公司生产的Ocean Optics USB2000+对马尾松针叶反射光谱数据进行采集, 取冠层上、 中、 下3个位置光谱反射率平均值作为该植株的光谱反射率； 将针叶横截面近似看成半椭圆形, 剪取针叶中部4 cm, 测量针叶的宽度和厚度, 使用M4070 LCR测试仪测其电阻值, 从而计算出其电阻率； 取冠层上、 中、 下3个位置电阻率平均值作为该植株的针叶电阻率。 对原始光谱（OR）进行光谱变换, 主要方法为一阶导数（FD）、 二阶导数（SD）、 对数变换（LOG）、 倒数变换（1/R）和连续统去除法（CR）； 使用随机森林算法对原始光谱和各个变换的光谱数据提取特征波段以反演针叶电阻率, 采用最小二乘支持向量机（LSSVM）算法对筛选出的特征波段与针叶电阻率的建模效果进行分析, 确定最佳马尾松针叶电阻率预测模型。 结果表明, 在该病害出现极少数针叶变色后的早期阶段, 马尾松接虫株与对照株针叶电阻率达到极显著差异（p<0.01）。 LSSVM建模效果表明, 二阶导数变换后的光谱数据综合表现最好, 选择特征波段为594.986、 646.107、 646.451、 782.896、 784.841、 839.164、 863.890、 902.021、 947.901和962.315 nm； 建模集和验证集的平均R2为0.848, RMSE和MAE分别为32.331和7.067。 相较于原始数据（OR）建立的模型, R2提升4%, RMSE和MAE分别降低2.5%和18.9%。 研究结果表明, 使用针叶反射光谱反演针叶电阻率是可行的, 且SD-RF-LSSVM建立的预测模型精度最高, 可用于针叶电阻率的快速估测, 为实现基于遥感的松材线虫病早期诊断与监测提供了思路与方法。
松材线虫病 早期诊断 针叶电阻率 高光谱数据 随机森林 最小二乘支持向量机 Pine wilt disease Early monitoring Needle resistivity Hyperspectral data Random Forest Least squares support vector machine 光谱学与光谱分析
2023, 43(10): 3280
1 1.东华大学 材料科学与工程学院, 上海 201620
2 2.东华大学 功能材料研究中心, 上海 201620
Zintl相Mg3(Sb,Bi)2基热电材料因在中低温区(27~500 ℃)表现出优异的热电性能而受到广泛关注。然而, 由于Mg、Sb元素比较活泼, 在长期高温服役下易与电极发生剧烈界面扩散反应, 导致热电器件的性能和服役寿命衰减。因此, 选择能有效阻挡元素剧烈互扩散并且具有低界面接触电阻率阻挡层材料至关重要。本研究首先利用热压工艺制备出300 ℃最高ZT~1.4的n型Mg3SbBi(Mg3.2SbBi0.996Se0.004)样品, 然后采用Nb粉作为扩散阻挡层一步烧结制备Mg3SbBi/Nb/Mg3SbBi“三明治”结构样品, 系统研究界面层的组成、微结构以及电阻随老化时间演变过程。加速老化实验(525 ℃/70 h; 525 ℃/170 h; 525 ℃/360 h)研究发现, Nb阻挡层中的Mg-Sb/Bi组分发生偏析, 表面产生裂纹, 抛光处理后界面连接完好, 无裂纹和孔洞, 界面扩散层厚度随老化时间延长缓慢增加至1.6 μm。Nb/Mg3SbBi界面电阻率从初始的12.9 μΩ·cm2增大到19.8、27.4和31.8 μΩ·cm2, 表明老化导致界面处元素发生微弱扩散, 但Nb阻挡层仍呈现优异的阻挡性能。因此, 在Mg3(Sb,Bi)2基热电材料体系中, 选择界面扩散微弱且结构致密的Nb作为阻挡层材料, 可以在确保连接可靠的同时有效阻挡Mg、Sb元素扩散, 从而提升Mg3(Sb,Bi)2基器件的稳定性和可靠性, 推动其在中温发电领域的应用。
Mg3(Sb,Bi)2 扩散阻挡层 界面稳定性 界面电阻率 Mg3(Sb,Bi)2 diffusion barrier layer interface stability interface resistivity
论述了测定玻璃熔体密度的二种高温成像方法(座滴法高温成像与毛细管法高温成像)和二种计算方法(液滴球层迭代法与液滴球形轮廓曲线积分法)。在此基础上，利用座滴法高温成像与液滴球层迭代法计算了玻璃纤维用典型电子纱配方E玻璃的熔体高温密度，并论述玻璃熔体高温密度在玻璃窑炉技术与玻璃高温特性测试技术上的应用。
高温成像 玻璃熔体 密度测定 窑炉技术 熔体电阻率 high temperature imaging glass melt density measurement furnace technology melt resistivity
1 北方民族大学材料科学与工程学院, 银川 750021
2 碳基先进陶瓷制备技术国家地方联合工程研究中心, 银川 750021
3 南昌航空大学航空制造工程学院, 南昌 330000
采用冰模板法构筑具有层状结构的Al2O3三维网络骨架, 并通过真空浸渍工艺制备出Al2O3/环氧树脂(EP)复合材料。研究了楔形硅橡胶角度、浆料固相含量、冷冻温度对层状Al2O3三维网络骨架微观结构的影响, 分析了片层间距对Al2O3/EP复合材料导热、介电和绝缘性能的影响。结果表明: 楔形硅橡胶角度为10°和15°时Al2O3三维网络骨架的层状有序性最佳, 固相含量的增加和冷冻温度的降低均会使片层间距减小; Al2O3/EP复合材料的热导率和介电常数随着片层间距的减小而增大, 但体积电阻率呈降低趋势; 当片层间距为45 μm时, 热导率达到0.52 W/(m·K), 体积电阻率为1012 Ω·cm。
Al2O3三维网络骨架 Al2O3/EP复合材料 冰模板法 热导率 介电常数 体积电阻率 Al2O3 3D network skeleton Al2O3/EP composite ice template method thermal conductivity dielectric constant volume resistivity
1 江苏科技大学土木工程与建筑学院, 镇江 212114
2 香港理工大学土木及环境工程学系, 香港 999077
裂缝自修复效果是评价材料功能恢复水平的重要依据。为实现水泥基材料裂缝全断面修复效果的综合评定, 开展了基于接触电阻理论的裂缝自修复评价方法研究, 包括导电材料选择与优化、测试参数优化和计算方法推导等。结果表明, 0.3%体积掺量碳纤维能有效降低水泥基材料电阻率, 并同步改善力学性能。测量电压对电阻率测试结果无显著影响, 电阻率随接触压力的增加逐渐降低。自修复过程即裂缝面接触形式变化的过程, 同时伴随接触电阻的变化, 从而可以构建接触电阻与自修复效果的定量计算公式。该方法仅与修复产物在裂缝面的分布数量有关, 不受空间分布形式影响。研究结论为水泥基材料自修复效果定量表征提供借鉴。
裂缝修复率 电阻率 接触电阻 定量表征 自修复混凝土 产物分布 crack repair rate resistivity contact resistance quantitative characterization self-healing concrete product distribution
1 河海大学力学与材料学院，南京 211100
2 中国长江电力股份有限公司，宜昌 443000
3 浙江省水利河口研究院，杭州 310020
为研究新型水泥基材料本征传感器，本文制备了二维过渡金属碳/氮化物(MXene)水泥基复合材料。利用四电极法测试复合材料的电阻率变化，研究MXene掺量、湿度、温度对电阻率的影响，并通过扫描电子显微镜(SEM)观察复合材料的微观形貌。结果表明：MXene水泥基复合材料电阻率随MXene掺量的变化符合渗流理论，相对含水量的增加和环境温度的升高均会降低其电阻率，在多次升降温循环后复合材料仍具有良好的温敏性能。SEM测试表明MXene水泥基复合材料的电阻率主要由MXene导电网络的分布和接触情况决定。
水泥基复合材料 电阻率 导电网络 相对含水量 温度 MXene MXene cement-based composites electrical resistivity conductive network relative water content temperature
