专业英语

第一题

材料的分类

基本分类和工程材料

固体材料被便利的分为三个基本的类型：金属，陶瓷和聚合物。这个分类首先基于化学组成和原子结构来分的，尽管有许多中间材料，但大多数材料明显属于一个或另一个类别。除此之外，有三类其他重要的工程材料：复合材料，半导体材料和生物材料。复合材料由两种或者两种以上不同的材料组成，半导体由于它们非同寻常的电学性质而得到使用；生物材料被移植进入人类的身体中。关于材料类型和它们特殊的特征的一个简单的解释将在后面给出。

金属：金属材料通常由金属元素组成。它们有大量无规则运动的电子。也就是说，这些电子不是被约束于某个特定的原子。金属的许多性质直接归功于这些不规则运动的电子。金属是十分好的电和热的导体，它们对可见光不透明；一个抛光的金属表面有金属光泽。另外，金属硬度高，可变形，这个性质解释了它们在结构方面的广泛应用。

陶瓷：陶瓷是介于金属和非金属元素之间的化合物；它们通常是氧化物，氮化物和碳化物。属于这类材料广的范围包括陶瓷，它们由粘土矿物，水泥和玻璃组成。这些材料是典型的电和热的绝缘体，并且它们比金属和聚合物更加耐高温和耐苛刻的环境。至于机械性能，陶瓷很硬但是却很脆。

聚合物：聚合物包括常见的塑料和橡胶材料。它们中的大多数是有机化合物，这些化合物是以化学的方法把碳、氢和其他非金属元素组合而成。因此，它们是高分子结构。这些材料通常密度低且十分柔软。

复合材料：许多工程使用复合材料，它们由至少一种类型的材料组成。玻璃丝是一个熟悉的例子，它是在聚合物材料中加入玻璃纤维制成的。为了表现出多种材料各自最好的特性，一种复合材料被设计出来。玻璃丝具有玻璃的强度并且具有聚合物的柔软性。最近发展中的绝大多数材料包含了复合材料。

半导体材料：半导体有电学性质，它们是介于电导体和绝缘体之间的中间物。除此之外，这些材料的电学性质对微量杂质原子的存在十分敏感，杂质原子浓度可以控制在一个十分小的区域内。这些半导体使得集成电路的出现变得可能，在过去20多年间，这些集成电路革新了电子装置和计算机工业 生物材料：生物材料被应用于移植进入人类身体以取代病变的或者损坏的身体部件。这些材料不能产生有毒物质而且必须同人身体器官要相容（比如，不能导致相反的生物反应）。所有以上材料－金属，陶瓷，聚合物，复合材料和半导体材料可能用作生物材料。比如，CF/C和CF/PS（聚砜）这些生物材料被用作人工肾的取代物。

先进材料：用在高科技中的材料有时被称作先进材料。借助于高科技，我们预定一个装置或者产品，这些产品用相对复杂和熟练的原理运转或者起作用；这些例子包括电子设备（ VCRs, CD 播放器），计算机，光纤系统，宇宙飞船，航天飞机和军事火箭。 这些高级材料或是典型的性质被提高的传统材料，或是最近开发出来的高性能材料。除此之外，它们可能是所有材料类型（比如，金属、陶瓷和聚合物），通常相对较贵。在下面的章节将讨论众多先进材料的性质和应用－比如被用作激光，集成电路，磁信息存储，液晶显示器，光纤和空间舱轨道的热保护系统的材料。

现代材料的需求：在过去几年内，不论材料科学与工程的规律取得了多么巨大的进步，仍然

有一些技术挑战，包括开发更加熟练的专业化的材料，并且考虑材料生产对环境导致的影响。针对这个问题，一些评论是十分相关的。

核能还有着一定前景，但是，从燃料到保护结构仍然存在材料方面的问题有待解决，以便方便处置这些放射性废料。

相当数量的能源用在交通上。减少交通工具（汽车，飞机，火车等）的重量，提高引擎工作温度，将提高燃料的使用效率。新的高强度，低密度结构材料仍在发展，用作引擎部位能耐高温材料也在发展中。

除此之外，人们一致认为要寻找新的、经济的能源资源，并且更加有效的使用目前现存的资源。材料将毫无疑问的在这些发展过程中扮演重要的角色。比如，人们已经被证实太阳能能直接转化为电能。太阳能电池使用的是相当复杂且昂贵的材料。为了保证技术的可行，在这个转化过程中必须被发展高效但不贵的材料。

此外，环境质量取决于我们对空气污染和水污染的控制能力。污染控制技术使用了各种材料。再者，材料加工和精制的方法需要改善以便它们尽可能低的促使环境退化，也就是说，在材料加工过程中，更少的污染和更少的对自然环境的破坏是必要的。同样，在一些材料生产过程中，产生有毒物质，必须考虑它们的处理对生态产生的影响。

我们使用的许多材料来源于不可再生的资源，不可再生也就是说不能再次生成的。这些材料包括聚合物，最初的原生材料是油和一些金属。这些不可再生的资源逐渐变得枯竭。下面的几点是很有必要的：1）发现另外的储藏资源，2）开发拥有较少负环境影响的新材料，3)增加循环的努力并且开发新的循环技术。因此，不仅是材料的生产，环境影响和生态因子，与材料整个生产过程紧密相关的材料的生命周期的都变得越来越重要。

第二题

掺杂锆酸钡调节铌酸钾钠正交相到六方相的相变温度

摘要：

本文我们报导在铌酸钾钠中加入锆酸钡可以调节铌酸钾钠正交相到六方相的相变温度，使其从低于室温变到高于室温。据结果显示，当锆酸钡的摩尔量在8%到15%之间时，室温条件下，固溶体呈现六方对称结构。里特维德分析表明六方相的空间群是R3m。这表明相对大的B阳离子有利于形成低温相，这也是钙钛矿结构铁电体的共性。 正文

为了研究高性能的无铅压电材料，室温下具有六方对称结构的钙钛矿结构铁电体非常重要，因为它们对于形成六方/四方准同型相界是必不可少的，而准同型相界附近无铅压电材料的压电性能可比拟很多铅基压电陶瓷。然而，不幸的是，到目前为止，在室温下，很少有无铅压电材料呈六方对称结构。另一方面，对于像BaTiO3、KNbO3、和Na0.5K0.5NbO3这些钙钛矿结构铁电体，在低温下是六方相结构。如果在温度高于室温时仍是六方相，可以通过构造MPB发展高性能的无铅压电陶瓷。

对于研究无铅压电材料，Na0.5K0.5NbO3是最有前途的基础材料，且最近几年广受关注。从高温到低温，Na0.5K0.5NbO3会经历连续的相变：立方相到四方相，四方相到正交相，正交相到六方相，在温度低于150K时，他是六方结构。本文中介绍：通过制得（1-x）Na0.5K0.5NbO3-xBaZrO3固溶体，可使Na0.5K0.5NbO3D的TO-R从低于室温转变到高于室温。

采用传统固相反应法制得（1-x）Na0.5K0.5NbO3-xBaZrO3粉体，通过X射线 的衍射分析陶

瓷的结构；使用纯度99.999%的硅粉作为内标准。通过衍射线的最小二乘法获得晶格参数。在温度从10K变化到770K时，使用阻抗分析测定介电常数。通过Jobin-Yvon三方单色仪观察拉曼散射现象，观察时用波长488nm、功率10mW 的Ar离子射线照射样品。所有的光谱都是在常温下观察的。

图1a是常温下（1-x）Na0.5K0.5NbO3-xBaZrO3固溶体的XRD衍射图案，所有的样品都是纯净的钙钛矿结构，这表明实验形成结构均匀的固溶体。通过晶格参数计算了钙钛矿的初基胞体积，它随x的增大呈直线增加，衍射峰出现在44~46.5o之间，与伪立方（200）反应的结构一致，其放大图如图1b。当样品中x=0时，图中可以观察到两个明显的峰，说明此时KNN是正交结构，随着x的增加，右边的峰极快的降低，到x≥0.08时，两个峰合并为一个对称的峰，此时可能是六防对称 也可能是立方对称。但是，为了最终确定x≥0.08的样品的结构，需要从图1 中的衍射图案找更多信息。

图2 显示的频率100KHz下介电常数关于温度的函数关系。随着x的增加，TC-T和TT-O

逐渐降低，而TO-R逐渐升高。在x≤0.15时，KNN的TC-T高于室温，在x=0.20和x=0.25时，TC-T低于室温。结果表明，当0≤x≤0.15时，样品在室温时铁电体。众所周知铁电体不是中心对称结构。因此，再结合介电常数和XRD的结果可以清楚知道，0.0≤8x≤0.15时，样品是六方结构，x=0.20和0.25时样品是立方结构。

采用里德伯尔德法，根据图1中的X射线衍射数据，对样品的结构参数进行精修，可以发现：对x≤0.06的样品，采用正交晶系Amm2结构模型；对0.08≤x≤0.15的样品，采用六方晶系R3m结构模型；对x≥0.20的样品，采用立方晶系Pm3m结构模型；其结构参数都能很好的精修。表1列出了可靠性因子RWP拟合优度指标S=RWP/Re。从表中看出S的值较低，对于不同的样品使用不同的结构模型是合理的。

为了更直接的证实结构精修的结果，测定了（1-x）Na0.5K0.5NbO3-xBaZrO3的拉曼光谱，图3a到3c显示了典型的光谱，当BaZrO3的含量较低时，在610cm处叠加一个明显的“低频肩”。随着x 的增加，这个肩逐渐变尖，到x=0.25是，合成一个宽峰。我们采用洛伦茨峰值函数分析了光谱，两种成分样品的拉曼位移如图3d所示。在x=0.08和x=0.15附近，拉曼位移突然出现异常，这种现象与XRD图谱得到的Amm2到R3m到Pm3m的连续相变和介电常数的结果解读吻合。通过比较KNbO3中的正交相、六方相和立方相，可以在途中合理的标出峰来。这里我们应该指出在立方相中F1u中没有实际的拉曼活性。

根据以上结果，可以得到 （1-x）Na0.5K0.5NbO3-xBaZrO3固溶体的相图。当在Na0.5K0.5NbO3

中掺入BaZrO3时，随着x的增加TC-T和 TT-O逐渐降低，而TO-R却大大升高，在0.08≤x≤0.15之间高于室温。Na0.5K0.5NbO3的TO-R低于室温150K左右，但通过在晶格中加入BaZrO3使其变到室温以上。

比较图4与（1-x）Na0.5K0.5NbO3-xBaTiO3固溶体的相图，可以对Na0.5K0.5NbO3固溶体的相变有更深的理解。对于（1-x）Na0.5K0.5NbO3-xBaTiO3固溶体，TC-T、TT-O和TO-R都随x 的增加降低。

（1-x）Na0.5K0.5NbO3-xBaTiO3固溶体和（1-x）Na0.5K0.5NbO3-xBaZrO3固溶体有相同的A位

4+

离子，它们时间仅仅只有B位离子不同，即（1-x）Na0.5K0.5NbO3-xBaTiO3固溶体中的Ti被4+4+4+Zr取代变成（1-x）Na0.5K0.5NbO3-xBaZrO3固溶体，两种固溶体相图的显著不同与Ti 和Zr

4+4

之间的不同紧密相关，最明显的差异是离子半径不同，Ti 的半径是0.060nm，Zr的半径

++5+4+

是0.072nm，而Nb的半径是0.064nm。因此，当Nb被Ti取代时B位离子平均半径减小，

44

而被Zr取代时B位离子平均半径增大。在晶胞体积增大上，用大半径的Zr取代小半径的5+4+

Nb、Ti和物理负压有着相同的效果.以前关于BaTiO3和SrTiO3的结果表明，对于

-1

A2+B4+O3-型的钙钛矿结构铁电体，物理负压是低温相存在的关键因数。在前面的研究中，我们论证了，虽然取代的离子是四价的，对于像Na0.5K0.5NbO3这样的A+B5+O3-型的钙钛矿结构铁电体，用大半径的Zr4+取代B位小半径的Nb5+是形成低温结构的原因，这种和A2+B4+O3-型的钙钛矿结构铁电体结果相似的现象表示相对大的B离子是低温相存在的关键因素，这也是钙钛矿结构铁电体的普遍特性。

综上所述，我们的实验证明：通过在铌酸钾钠中加入锆酸钡，有利于低温晶体结构。结果：当（1-x）Na0.5K0.5NbO3-xBaZrO3固溶体中锆酸钡的摩尔量在8%到15%之间时，铌酸钾钠正交相到六方相的相变温度从低于室温变到高于室温。本次研究在样品组分的设计方面有进步，加速了高性能无铅压电陶瓷的研究。，

第三题

目标和范围

每月出版的美国陶瓷协会期刊涵盖了整个范围内的陶瓷材料的原创性研究。 欢迎的以下领域的陶瓷科学方面的论文： ? 超高温陶瓷

? 做电子显示屏的玻璃陶瓷 ? 透明陶瓷 ? 无铅压电陶瓷

? 铁电体、铁磁体和多铁性材料 ? 固体氧化物燃料电池 ? 绿色制造陶瓷 ? 固态照明陶瓷

? 电工陶瓷传感器和致动器 ? 能量收集 ? 热电陶瓷

? 纳米陶瓷、纳米管、纳米棒和纳米线 ? 微电子和微系统 ? 生物陶瓷 ? 生物活性陶瓷 ? 装甲陶瓷 ? 多功能陶瓷

? 纳米粒子的合成和形态 ? 给药陶瓷

? 做电子光学和非线性光学设备的陶瓷 ? 微波陶瓷 ? 高频超声陶瓷 ? 发光陶瓷 ? 光催化

? 有毒废物处理 ? 核废料储存

? 核燃料涂料和包层

编辑和联系信息

美国陶瓷协会杂志的编辑是David J. Green，John Halloran,，David W. Johnson Jr和and Lisa Klein。联系编辑部,请电子邮件:mstoltz@ceramics.org。

文章的类型

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专题文章和其他文章相似，但它通常具有更详尽的主题。在某种程度上，专题文章可能包括对最近研究主题的综述，使尽可能多的读者理解其技术内容。专题文章一直是杂志的头条。专题文章只有受邀才能投稿，但作者可能会给高级编辑发送一个建议以供考虑。每篇专题文章由两位资质的人员审查，然后助理编辑负责推荐给其中一个编辑。

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