掺杂氮的螺旋形SiC纤维吸收剂研究

掺杂氮的螺旋形SiC纤维吸收剂是由掺杂氮的SiC纳米晶（即纳米SiC(N)）和Si/C/N非晶区构成的螺旋形纤维，用作耐高温隐身材料的吸收剂。将掺杂氮的纳米SiC吸收剂与螺旋形手征吸收剂有机融为一体，构成一类新型的纳米效应与手征特性复合的耐高温吸收剂。掺杂氮的纳米SiC吸收剂是一种理想的耐高温吸收剂，以这种纳米吸收剂构成螺旋形手征纤维，不仅保持了掺杂氮的纳米SiC吸收剂的优异性能，还引入手征参数，增加材料设计的灵活性，降低实现空间阻抗匹配的难度。掺杂氮的螺旋形SiC纤维手征吸收剂由高N掺杂的SiC(N)纳米晶和Si/C/N非晶区组成，具有一定的力学性能，使吸收剂在使用时具有一定弹性，不会破坏其手征特性。首先用基板法通过催化裂解反应制备螺旋形碳纤维，以螺旋形碳纤维为模板，在特定环境下通过气相化学反应以及后处理在螺旋形碳纤维内部引入Si、N原子，制备出掺杂氮的螺旋形SiC纤维耐高温手征吸收剂。

介绍了稀土元素、过渡元素、碳族元素和其它元素的钒酸铋掺杂体系，并对未来的发展方向做出展望。

钒酸稀土元素掺杂的钒酸铋体系

稀土元素掺杂钒酸铋时，通常是稀土离子来取代钒酸铋中的钒，形成掺杂固溶体。C.K. Lee等用固相法实现了钕、钆、铒、镱稀土元素在钒酸铋中的掺杂。具体方法是将Bi₂O₃、V₂O₅和RE₂O₃（RE=Nd，Gd，Er，Yb）按照一定的化学计量比进行称量，随后将称量好的样品加入到玛瑙研钵中，并同时加入丙酮，将其混合。干燥后在850～950℃煅烧20h，冷却到室温后得到掺杂的钒酸铋体系。

然而，有些掺杂并没有取代钒酸铋中的离子，而是以氧化物的形式掺杂在钒酸铋中。Hui Xu 等在钒酸铋中掺入了钬、钐、镱、铕、钆、钕、铈、镧等稀土元素。制备的方法是：先制备钒酸铋，将 0.04mol的Bi(NO₃)₃·5H₂O 溶解到4mol/L的硝酸中，同时将0.04mol的NH₄VO₃溶解到2mol/L的氢氧化钠中，将上述两个溶液混合后加入7.5g的尿素。随后在90℃下搅拌8h便得到了黄色沉淀，用去离子水和乙醇洗涤得到的黄色沉淀。再制备稀土元素的硝酸盐，将稀土元素的氧化物溶解到浓硝酸中就能值得稀土元素的硝酸盐。最后是稀土元素载入的钒酸铋的制备，将制备好的钒酸铋分散到稀土元素硝酸盐的溶液中，边搅拌边蒸发，直到除去所有的水后，将得到的产物在400℃下煅烧4h。实验得出这些稀土元素是以其氧化物的形式掺杂于钒酸铋样品中。用稀土元素改性的钒酸铋在DRS分析中出现蓝移。Gd³ 掺杂的钒酸铋有最好的光催化性能，并且Gd最合适的掺杂量为8%。

钒酸过渡元素掺杂的钒酸铋体系

过渡元素在钒酸铋中的掺杂，存在的方式主要有取代钒酸铋中的钒或者是铋离子，金属颗粒和氧化物等三种形式掺杂在钒酸铋中。并且经掺杂后，普遍能提高钒酸铋的光催化性能。Xiufang Zhang等用光致还原技术制备了银掺杂的钒酸铋薄膜。具体的制备方法为：钒酸铋薄膜是用金属有机沉积法制备的。将铋源和钒源按1∶1的化学计量比分别溶解在乙酸和乙酰丙酮中，完全溶解后将两者混合，制成溶胶后搅拌30min。随后在FTO玻璃上镀一层2.2mm厚的薄膜，镀好后在500℃下煅烧2h。将制得的薄膜在浓度为0.01mol/L的硝酸银溶液中浸泡，随后在紫外灯下照射5min制的了银掺杂的钒酸铋薄膜。实验测试表明银在钒酸铋薄膜中是以金属颗粒的形式存在的，粒径 10～20nm。

钒酸碳族元素掺杂的钒酸铋体系

Duk Kyu Lee等用浸渍法制备了碳掺杂的钒酸铋。具体方法是：将Bi₂O₃和V₂O₅按一定的化学计量比进行混合，以无水乙醇为介质，加入ZrO₂球石，球磨24h。随后快速进行干燥并在800～900℃下煅烧2h。煅烧得到的粉体再球磨12h制得BiVO₄ 粉体。将3.0g的BiVO₄加入到30mL含有蔗糖的去离子水中，得到的悬浮液边加热边搅拌直至蒸干，将蒸干的粉体在氢气和氮气气氛下300℃热处理1h制备了碳掺杂的钒酸铋。C沉积在钒酸铋的表面，并且没有团聚；随着碳含量的增加，钒酸铋表面的粉体会增加，能带间距会减小，并且能观察到在可见光下宽的吸收峰。和没有掺杂的钒酸铋进行比较，碳掺杂的钒酸铋有更好的光催化性能。在碳掺杂量为3wt%时，光催化活性是最高的。

钒酸其他元素掺杂的钒酸铋体系

Yu-ki Taninouchi等用固相法制备了锂和银掺杂的钒酸铋。具体方法是：将适量的Bi₂O₃、V₂O₅、Li₂CO₃和Ag₂O进行混合，并在600℃加热12h。将研磨的粉体做成球形，Li的掺杂量为5%，Ag的掺杂量为5%和10%的样品在 800℃下加热12h，Li的掺杂量为10%的样品在700℃下加热12h。随后，再研磨，将制备的样品压制15min，Li掺杂量为5%和Ag掺杂量为5%的样品在700℃煅烧24h，Li掺杂量为10%的样品在700℃煅烧12h，Ag掺杂量为10%的样品在750℃煅烧12h。最后制得锂和银掺杂的钒酸铋。锂和银的掺杂提高了亚晶胞的对称性和在570℃下Bi₂VO_5.5 的导电性能。 2100433B

沥青以其优良的性能在公路建设中得到广泛应用，但随着国际上长寿命沥青路面设计理念的提出以及我国西部强紫外线地区公路建设的快速发展，沥青的紫外光老化问题受到广泛重视，对其防紫外光老化措施的研究已成为国内外沥青基道路材料领域的研究热点。本项目以不同类型的紫外线吸收剂与不同产地的沥青为研究对象，系统研究了紫外光吸收剂对沥青物理、流变、热氧及紫外光老化性能的影响，分析了紫外光吸收剂对沥青组成、结构的影响及其与性能变化之间的关系，探讨了紫外光吸收剂与沥青的相互作用机理。研究结果表明，紫外光吸收剂可使沥青的延度显著提高，复数剪切模量略微降低，相位角增大，对沥青低温抗裂性能有明显的改善作用。紫外光吸收剂对不同沥青的抗老化性能表现出较为复杂的影响，二者之间表现出特定的选择性。紫外光吸收剂的加入改变了沥青的化学组成与结构，表现为沥青的芳香分含量增大，胶质和沥青质含量减小，沥青表面微观形貌变得平整，相位图向单相化转变，形成了相对均一的体系，胶体结构更趋于溶胶化。对于具有优良耐老化性能的紫外光吸收剂/沥青体系，沥青在老化过程中的断链、芳缩化及氧化反应被抑制，紫外光和热老化后沥青的两相化程度不明显，沥青中沥青质分散相的缔合被抑制。研究成果对于采用紫外光吸收剂制备具有优良耐老化性能的沥青材料，提高沥青路面的耐久性具有重要的理论指导意义。 2100433B

沥青以其优良的性能在公路建设中得到广泛的应用，但随着长寿命沥青路面的提出，对沥青耐老化性提出了更高的要求。研究表明紫外光对沥青的性能影响很大，光老化后的沥青变硬变脆，导致路面易产生裂缝、坑槽等破坏。摻加紫外线吸收剂是改善聚合物光老化的有效方法，然而，沥青是一种组成复杂的大分子混合物，其复杂的组成结构使紫外线吸收剂与沥青之间存在一定的相互作用。研究表明对于不同产地的沥青，一些紫外线吸收剂对沥青光老化有良好的改善效果，另一些紫外线吸收剂反而加速了沥青的光老化，同时紫外线吸收剂对沥青的物理流变性能也有较大影响。本申请项目拟以各种类型的紫外线吸收剂与不同产地的沥青为研究对象，利用先进的表征手段，系统研究各类紫外线吸收剂对不同组成结构沥青的物理流变和老化性能的影响，探明不同种类紫外线吸收剂与不同组成结构沥青的相互作用，揭示其作用机理，为采用紫外线吸收剂制备具有优良耐候性的道路沥青提供理论指导。