掺杂氧化钨薄膜光学性能2/2
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- 发布于 2015年12月17日 星期四 17:36
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采用磁控溅射的方式掺杂Ni所得到的WOx-Ni薄膜也为非晶体，Ni都是以NiO氧化物的形式存在。在磁控反应溅射工艺下，Ni的掺杂能显著提高氧化钨薄膜的电致变色性能。同时掺杂Ni可以大幅度降低氧化钨薄膜缺陷，提高循环的稳定性，经过高达600次着的褪色循环之后，氧化钨薄膜着色态的透过率高达70％，光学动态调节能力降低为10％，已经基本失去电致变色的能力，而通过均匀方式掺杂了4％Ni的WOx-Ni薄膜着色态的透过率变为45％，光学动态的调节能力变为35％，是纯氧化钨薄膜的3倍多。最好的掺杂Ni方式是采用均匀掺杂的方式，掺量为4~7．7％，这样才能有效地提高WOx-Ni薄膜电致变色的性能。
采用磁控溅射的方式掺杂V得到WOx-V薄膜能改善氧化钨薄膜的电致变色性能，而且能提高氧化钨薄膜记忆存储的能力，均匀掺杂6％的V再放置24小时后氧化钨薄膜的着色态透过率从原始的25．5％下降为38．5％，并且氧化钨薄膜的透过率下降了50％达到75％。
从一般情况来说，掺杂不同的物质，会使对着色态氧化钨薄膜的透过率造成很大的影响，通过实验数据得出：，掺杂Ti、N、V这三种元素时，只有Ti会出现降低薄膜光学性能的状况，而掺杂N、V这两种元素时能从不同程度上提高薄膜的光学性能，单从提高光学性能来说V的效果是最为显著。但不论使用哪种掺杂物来提高氧化钨薄膜的性能，都必须遵守一条规则：掺杂量并不是越多越好，而是存在一个最佳值。
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掺杂氧化钨薄膜光学性能1/2
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- 发布于 2015年12月17日 星期四 17:34
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氧化钨是一种常见的电致变色材料，也最早被制成电致变色器件产品，如今已经被广泛应用于生活中的各种领域。本文主要介绍掺杂Ti、Ni、V这三种元素对氧化钨薄膜光学性能的影响。氧化钨薄膜采用溅射镀膜法制备而成的，在WOx、WO-Ti、WOx-Ni及WOx-V薄膜的沉积过程中，持续通入氧气与氩气混合气体，以金属钨为靶材，采用直流电源溅射制备，而其他三种元素的掺杂则是通过射频电源溅射各自的金属靶材来实现的。由于采用溅射镀膜法不同于传统的掺杂工艺，无法精确地计算出掺杂量，只能采用相对掺杂量来比较掺杂量对电致变色性能的影响。相对掺杂量就是通过将直流电源与射频电源的功率调整到相同的情况下，根据溅射时间的长短来确定相对掺杂量的多少。
采用的方式掺杂Ti得到的WO-Ti薄膜仍为非晶体，Ti大多数都是以Ti2+的形式存在。Ti的掺杂能提高氧化钨薄膜一倍以上的循环使用寿命以及缩短薄膜的褪色时间。磁控反应溅射工艺进行掺杂时，例如：溅射功率、氧含量等这些工艺参数对薄膜性能影响比较大。虽然采用前期掺杂的掺杂方式更能有效地增加薄膜的响应速率，但均匀掺杂更有利于循环使用寿命以及光学性能，如果以提高循环使用寿命为主，掺杂量应在4-8%，而要提高光学性能掺杂量应在14%左右。
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三氧化钨电致变色器件结构3/3
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- 发布于 2015年12月17日 星期四 17:32
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3.离子导体层(IronConductingLayer)又称电解质。也类似于一个能来回传输的通道，能使离子来回传输于电致变色层和离子存贮层之间。器件电致变色的速度与离子的迁移速度是成正比的，所以电解质的离子导电能力能直接影响到电致变色的速率。作为离子导体层的材料必须具备以下几点条件：（1）必须是离子良好导体与电子的绝缘体，这样才能保证将离子以最快的速度在电致变色层和离子存贮层之间传输；（2）在室温下（或者说工作环境下）要有高的离子电导率和高的电子电阻率；（3）器件在透射模式下工作时，电解质必须是透明；（4）与电致变色层和离子存贮层材料兼容、无腐蚀性（5）对固体电解质而言，还要容易制成薄膜。电致变色过程之所以注入的离子是为了补偿注入的电子，满足电中性以达到电流连续性效果。理论上满足上述条件的离子品种可选范围很广，但实际产品中被应用的只有H+、Li+、OH-及F-这四种离子，其主要原因为大多数离子在电致变色层中难以迁移。在三氧化钨薄膜中具有较高的迁移率的离子为Li+，具有抗氧化、记忆效应好以及变色效应受温度影响小的特点。因此，Li离子电解质受到人们极大的关注，尤其是Li离子固态电解质。
4.离子存贮层(Ion-storage layer)又称为对电极层。主要作用为存贮与提供电致变色过程中所需要的离子，使器件电致变色过程中保持电中性，当电致变色层被注入离子时，它提供离子到离子导体层；当电致变色层被抽出离子时，它将离子存贮起来；始终保持离子导体层的电中性。对离子存贮层要求为：（1）具有较高的存储及释放离子能力；（2）具有混合传导而不只是离子传导；（3）应具有和电致变色层一样可逆的氧化还原能力，为了防止反电极时对电致变色器件光学性质与循环寿命造成影响；（4），在电致变色过程中，应为透明或与电致变色层同步发生致色或保持弱致色。
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三氧化钨电致变色器件结构2/3
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- 发布于 2015年12月17日 星期四 17:29
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1.透明导电层(TransparentConductingLayer)。从图中就可以看出透明导电层有两层，并且分别与电场的正负相连，这层的主要作用就相当于一根导线将电场与器件相连，起着传导电子进出电致变色层的作用。整个电致变色器件的颜色变换速度大部分都是由透明层的电导特性决定，特别是在大面积的电致变色玻璃上，透明导电层的电阻值对器件反应速率影响更大，为了不影响玻璃的变色速率，一般会要求其电阻要小于20Ω/cm2（厚度为0.6-1um）。而且该层不能影响到电致变色器件对光谱的选择，在350~200nm内是透明的，当器件进行颜色转换时该层的透明度至少要达到85%，同时要有稳定的电极化学性。
目前用的比较多的透明电导材料为ITO膜，ITO膜不但具有接近90%的可见光透过率与很高的红外光反射率，而且具有电阻值、耐磨与稳定的化学特性，在许多领域中已经被广泛应用，如液晶显示器、防静电、反辐射、太阳能面板等。
2.电致变色层(ElectrochromicLayer)。电致变色层是整个电致变色器件最核心的地方，担负着变色的任务。在电场的作用下电子和小离子往电致变色层移动，注入到电致变色层中，电致变色层中的三氧化钨薄膜分别于对应的电子与离子发生化学或者物理反应（由三氧化钨的电致变色机理存在争议），使得三氧化钨薄膜颜色产生变化。当电场反转时，电子与离子与三氧化钨薄膜发生逆向化学或者物理变化，而且在电场的作用下被抽出，三氧化钨薄膜被漂洗干净，变为透明。
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三氧化钨电致变色器件结构1/3
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- 发布于 2015年12月17日 星期四 17:26
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电致变色材料，即通过给材料添加电场，使材料发生颜色的变化。电致变色机理较为复杂，三氧化钨（WO3）是最早被发现的电致变色材料，并且也是最早被制成电致变色器件，但其变色原理却一直成为争议。研究者们通过对其变色性能进行研究，建立了好几种模型来解释其变色机理，例如，色心模型、价间电荷迁移模型、极化模型、自由载流子模型等，但是这些模型谁也说服不谁，谁也无法全面地去解释三氧化钨的电致变色机理。
尽管三氧化钨的电致变色机理任然没有一种较为全面、能让所有研究者认可的说法或者模型来解释其机理，但是研究者早已经掌握了如何去应用三氧化钨的电致变色性能，而且已经有三氧化钨电致变色器件问世，并被应用于生活中的很多领域。
三氧化钨电致变色器件的结构。电致变色器件发展到现在出现过很多种不同的结构，虽然这些结构都能实现电致变色功能，但就目前而言能被研究者普遍接受，同时也是最典型的器件结构为三明治型的五层结构。如图为三明治型的五层结构的三氧化钨电致变色器件，上下两层为覆盖层，即普通透明玻璃，中间五层从上往下依次为透明导电层-电致变色层-离子导体层-离子存贮层-透明导电层。
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仲钨酸铵的除锡工艺
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- 发布于 2015年12月17日 星期四 17:09
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仲钨酸铵的各种除锡工艺主要都是着重于将钨酸钠溶液的锡酸根(SnO32-)中去除。这是由于当前我国所用钨精矿的特点决定的：矿石中杂质锡的赋存状态以SnO2为主，经碱分解所得的钨精矿碱浸液中锡主要以锡酸根形态存在：
SnO2+2OH-—SnO32-+H2O。
目前，在我国钨冶炼采用优质钨精矿的情况下，由于矿石中杂质锡的含量不高(0.1%～0.4%)，形态单一，以SnO2为主，因此，所得浸出液中杂质锡的含量不会太高，在钨冶炼工艺中采用以上各除锡工艺，都能生产出高质量的产品APT。当然，各除锡工艺也有一定的负面影响，主要是除锡率与钨损率无法很好的平衡，尽管有的工艺钨损较低，但同时除锡率也一样不高。此外，各工艺还存有工艺复杂等缺点，由于引入了除锡工艺，对钨冶炼工艺的生产周期、生产成本、工艺路线复杂程度等方面造成了较大的影响。
同时，值得指出的是，随着我国优质钨精矿的日益匮乏，可供开采的矿石资源中锡等杂质的含量越来越高、形态越来越复杂，钨精矿中锡的赋存状态有时不再以SnO2为主，而是以SnO2和硫化状态的锡(黝锡矿Cu2FeSnS4；硫化锡SnS2等)共存。碱浸时，由反应式：
3SnS2+6OH-一2SnS32-+Sn(OH)62-，
由此得出，硫代锡酸根离子(SnS32-)在钨酸钠溶液中锡酸根含量升高的同时会出现。在目前的生产中，引起产品APT杂质锡超标的主要是硫代锡酸根离子。因此，除锡工艺的发展方向应着重研究去除硫代锡酸根离子，同时要兼顾精短的钨冶炼工艺和保证钨的回收率。国内对此研究的甚少，国外对此也未见相关报道。有学者对此进行过系统的研究，研究了溶液中硫代锡酸根的存在比例与溶液pH值的关系、硫代锡酸根的去除方法等，但都只处于摸索阶段，还希望有更多的冶金工作者加人到此研究行列中来。
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提高钨铜电极耐电弧烧蚀性能
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- 发布于 2015年12月17日 星期四 16:42
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钨铜材料是由钨和铜的组合成的复合材料，其具有较高的硬度和密度，又具有良好的导电导热能力、耐电弧烧蚀能力以及抗熔焊性是一些电极材料和触头材料的最佳选择之一，在一些电火花EDM，电化学加工ECM，断路器、真空触头以及高压开关中都有着广泛的应用前景。通常来说，钨铜材料的性能决定于钨和铜两种元素的配比。
钨本身具有高密度、高硬度、高强度、化学稳定性好的特点，若钨铜电极材料中钨含量增加，那么钨铜电极材料的硬度也会得到显著的提升，尤其是高温拉伸强度，这可以表现在钨铜电极材料的损耗率降低，加工的稳定性提高。但是另一方面，由于钨比重的提高，使得Cu含量相应下降，则铜本身所具备的优良的电导率和热导率性能得不到充分体现，使得钨铜电极材料电导率和热导率都有所下降。反之，钨铜电极材料中的钨含量越低，即铜含量升高，则材料相应的可塑性、导电导热能力、发汗冷却效果以及抗热震性能都会得到相应的升高。
此外，钨和铜两者熔点相差极大（W-3410℃，Cu-1084.5℃），两者属于完全不互溶体系，只有在高温下才能互相浸润，这也就使得其不适合一般的熔铸法制造工艺，而需要采用粉末冶金（Powder Metallurgy，PM）的方法加铜液的熔渗的方法（在高于铜熔点的温度下，将液态铜熔渗制备好的钨骨架中，将孔隙填满。）。近几年来，有越来越多的钨铜电极制备工艺不断地出现，根据不同电极的侧重点不同（如截流水平、耐电蚀以及抗熔焊能力等），通过工艺改进等方法，提高其其中的某项性能，使钨铜电极材料得到更好的应用。本文主要研究的两种工艺为：其一，对纳米结构钨铜合金制备工艺的研究，主要通过改善钨骨架中渗铜的孔隙度，使其微粒尽可能纳米化；其二，在传统粉末冶金（PM）的基础上，通过在钨骨架中添加一定量的稀土元素或稀土氧化物颗粒，在进行熔渗铜的方法。两种方法都存在着一定的优势以及一些不足之处。
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钨合金屏蔽材料在γ射线中的应用Ⅱ
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- 发布于 2015年12月17日 星期四 14:48
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从研究的草图中可以看出，放射源通过钨合金准直器形成窄束γ射线，在穿过吸收介质时，由于两者的相互作用，其强度就会减弱，该现象称为γ射线的吸收。伽马射线的能力和吸收介质的密度等因素有关即密度越大、单位体积中原子、电子数越多，伽马射线照射量率衰减得就愈快。
众所周知，钨是所有金属中熔点最高、密度最大（相当于钢的两倍）的材料。因此钨合金作为γ射线的屏蔽材料是最适宜的。早先的大型屏蔽构件使用较广的一般是铅合金。但是铅作为辐照防护构件存在着许多弊端，比如熔点低，硬度差，容易产生二次轫致辐射等等。此外铅本身是重金属污染源，在使用过程中容易造成重金属中毒。而钨合金作为新型屏蔽材料有许多铅合金所不具备的优势：1、无二次韧致辐射；2、硬度大；3、同样的厚度下屏蔽效果高于铅；4、良好的抗辐射损伤和耐腐蚀性能。
由于钨合金以其高密度、极强的防γ射线能力，高强度，无毒环保等优势，且在较小厚度，较小的环境下较大程度的减少光子剂量率，因此成为射线屏蔽材料研究和发展的新方向。
钨合金屏蔽材料在γ射线中的应用Ⅰ
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- 发布于 2015年12月17日 星期四 14:36
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γ射线是原子衰变裂解时释放出的射线之一。它虽然可以在医疗上用以杀死癌细胞达到癌症治疗的效果，但也容易造成生物体细胞内的DNA断裂进而引起细胞突变、造血功能缺失、造成癌症等疾病，如同一把双刃剑。γ射线的电磁波波长很短但是穿透力却极强，又携带高能量。
虽然γ射线有广泛的用途，但人体若长期受到γ射线大剂量的照射，就会诱发诸如白血病、甲状腺病、骨肿瘤等恶性肿瘤病。对于孕妇而言，则可能引起人体遗传物质发生基因突变和染色体畸变，造成先天性畸形、流产、死胎、不育等病症。γ射线若长期照射到生活中常用的金属器具、土壤或者食品等物质上，就会使这些原来没有放射性的物质产生感生放射性，转而对人体造成伤害。因此对γ射线实施屏蔽是必然的。
γ射线的威力主要表现在以下两个方面：1、γ射线的能量大。由于其波长非常短，频率高，因此具有非常大的能量。高能量的γ射线对人体的破坏作用相当大，且随着剂量的增大而增大。2、γ射线的穿透本领极强。人体受到γ射线照射时，γ射线可以进入到人体的内部，并与体内细胞发生电离作用，侵蚀体内的有机分子。因此，必须寻找一种安全可靠的防护材料来屏蔽γ射线。钨合金屏蔽材料则可以很好地满足安全可靠的要求，且以其高密度、高辐射吸收能力被广泛关注。
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放射源的种类及钨合金屏蔽材料防护
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- 发布于 2015年12月17日 星期四 14:32
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经济的发展促使各国在能源方面的探索愈来愈频繁。新能源的发现和探索也将带领人类走进一个新的发展格局。核能作为一种干净又经济的现代能源可以被大规模地生产，然而也伴随着一系列的核废料放射源污染的问题。核反应堆工程中常见的放射源有α射线、β射线、γ射线、中子、质子、重氢核等它们都具有很强的放射性，会对人体造成危害。除此之外还有许多放射性物质，比如裂变产物（FP）辐射和他们的衰变产物（衰变辐射）等。在这些放射源中，其中γ射线与中子对人体的危害可谓首屈一指，因为二者的穿透力更强。它们除了会对人体造成危害，也会透过对周边物体的辐照使原先无放射性的物体成为另一种放射媒介。因此在核屏蔽设计时，屏蔽γ射线及中子应最先受到关注。
对于γ射线来说，其屏蔽物质的原子序数越高，屏蔽的效果就会越好，如铁、钨、铅、贫铀、混凝土、砖、离子水等。其中尤以钨合金作为屏蔽材料为最佳。而对于中子而言，由于其散射截面会随着元素的种类和中子能力而变化复杂，所以不是原子序数越高的物质对中子的屏蔽效果也能够越大。相反的，原子序数小的元素，反而能通过弹性散射使中子辐射剂量大幅度减小。研究发现，10cm厚度的钨合金材料对中子的屏蔽率可达93%。
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钨合金放射源盛放器
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- 发布于 2015年12月17日 星期四 14:25
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近年来随着我国科研技术的逐步发展和成熟化，放射性同位素和辐射应用技术也得到了较快的发展。随之而来就是放射源引起的安全问题。众所周知，放射源对人体健康和生存坏境是有较大伤害的，而根据其危害程度的不同，可以将放射源从高到低分为五类。其中一类放射源危害程度最大，第五类放射源最小。那么，什么是放射源？放射源就是一种永久性密封在容器中严密包层的固态放射性物质（除研究堆和动力堆核燃料循环外）。也就是说，这种有害的固态放射性物质需将其密封存放在容器中，但是如何保证放射源不外泄就使得放射源盛放器的选择成为了重中之重。
据有关部门初步统计，我国现有的废弃放射源大约有2.5万枚，且有2000枚是以失控的情况存在于人类赖以生存的环境中，如同隐形炸弹一般威胁着人类的健康安全。钨合金（含钨量85%~99%）是一种添加少量钴、镍、铜、铁等等元素组成的合金，也可称为高比重合金或者高密度钨合金。顾名思义，钨合金有着较高的密度，使其成为制作放射源盛放器的绝佳材料。这是由于密度高的材料可以更好地防止放射性物质的外逸，从而使其安全地封存在盛放器内，杜绝安全隐患。
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