协同萃取方法分离稀土元素的热力学及动力学

本论文以有效的萃取和分离稀上元素为目的，研究和开发了几种新的有效的协同萃取体系，并详细研究了其对稀土元素的萃取和分离性能，在热力学研究的基础上进一步考察其动力学和界面性质，为其在实际中的应用奠定基础；同时探讨了加入氨梭络合剂的方法实现稀土元素的分离。研究了有机腾酸类萃取剂cyanex272与有机梭酸类萃取剂CA-100、CA-12构成的协同萃取体系，考察了混合体系在盐酸介质中对稀土元素的协同萃取规律，详细研究了它们对Y,Er,Sc单独及协同萃取的反应机理及反萃性能，稀土元素之间的分离系数表明：此体系对稀土元素具有较好的选择性。2．研究了有机磷酸类萃取剂EHEHPA与中性萃取剂Cyanex923协同萃取体系对稀土元素的协萃效应规律，并考察了其对La，Nd，Gd的协萃反应机理及反萃取性能，讨论了稀土的分离可能性。3．采用加入氨梭络合剂的方法改进单独的CA-100体系，对两种料液进行实验，确定最佳分离条件，研究表明：本方法适合于选择性分离和提纯含有少量重稀土杂质的Y溶液，具有很好的应用前景。4．研究了CA-100＋Cyonex272协同萃取Y,Yb的动力学性质，通过考察各种因素对萃取速率的影响，确定其对Y,Yb的萃取动力学为扩散控制过程，并得到了其对从Yb的萃取速率方程，讨论了Y,Yb动力学分离的可能性。5．研究了CA-100+Cyanex272-庚烷体系的界面性质，讨论了水相酸度、温度、稀释剂等各种因素的对界而性质影响，发现此体系具有良好的界面性质，能够定性地解释其协同萃取稀土的热力学和动力学特征。

Cyanex 302萃取轻、中和重稀土热力学、动力学及其界面性质的研究

本文系统研究了酸性单硫代磷酸萃取剂Cyanex302萃取抗、忆、斓和礼的单一体系热力学，钦、钻和饵的协同萃取热力学，抗、忆、斓和礼的动力学机理及其各种因素影响下的界面活性，在以下四个方面得到了具有学术意义和应用前景的结果。1．推导了Cyanex302萃取Sc（111），Y（111），La（111）和Gd（111）的平衡方程式，比较了Cyanex302与纯化后Cyanex302对稀土的萃取性能和分离选择性。以斓为例，深入探讨了Cyanex302中不同组份在萃取过程中的地位和作用，明确了cyanex302与TOPO混合对稀土元素萃取具有明显的协同效应，推测了纯化cyanex302与TOPO混合萃取悯的热力学机理，计算了协萃系数，确定了萃合物组成。2．探讨了Cyanex302与不同类型（酸性，中性和胺类）萃取剂混合对钦、钻、饵的萃取性能。比较了Cyanex302与不同类型萃取剂等物质的量混合后，对三种稀土元素萃取能力的强弱顺序和分离选择性顺序。明确cyanex302与不同类型萃取剂混合可以构成协萃和反协萃体系，计算了协萃体系的协萃系数。以cyanex302与CA-100萃取YCl3为例，推导了协萃机理，确定了协萃配合物的组成。3．借助于不同的数据处理方法研究了cyanex302萃取杭、钻、斓和锐的动力学，考察了各种因素对萃取速率的影响，获得不同方法下的速率方程，得出不同的萃取机理。比较了Cyanex302正向萃取和反萃取YCl_3的动力学方程，得出一些具有指导意义的结论。Vll4．用不同的数学处理方法研究了Cyanex302在没有离子强度维持下各种稀释剂对界面活性的影响，比较了各种数据处理方法下结论的不同，分析了不同稀释剂对Cyanex302界面活性影响的原因。重点讨论了CyaneX302-庚烷-（H，Na）Cl体系中温度、水相酸度和离子强度对界面活性的影响，把界面吸附与萃取动力学相结合，探讨了二者之间的关系。

镍-金属氢化物电池新型负极材料研究

贮氢合金是镍一金属氢化物电池的核心材料，其综合性能的改善是提高镍一金属氢化物电池性能的关键。本研究以探索镍一金属氢化物电池新型负极材料为目的，以非ABS型贮氢合金为研究对象，采用X射线衍射、Rietveld分析、恒电流充／放电、P-C-T曲线及线性微极化等方法，从基础和潜在应用等方面详细研究了非ABS型合金的结构与电化学性能。对La-Ni体系中非ABS型二元合金的结构和电化学性能的研究表明，LaNi_(228)具有最优异的高倍率充电性能；La_2Ni_7合金电极的高倍率放电性能最佳；La_7Ni_3在低温条件下表现出较好的放电性能。然而，所有得到的La-Ni合金电极容量远低于其理论容量。因此，必须通过进一步研究，如元素取代、热处理、表面处理等来提高其电化学容量。对RENi_3（RE＝La，Ce，Pr，Nd，Sm，Gd，Th，Dy，Ho，Er，Y）研究表明：YNi_3合金因其具有最大的晶胞体积，最小的密度，而表现出最好的高倍率充／放电性能及低温放电性能，但其高温放电性能需要进一步提高，以满足实际应用的要求。用Al、Mn、Ti、Fe、Sn、Si、Cr、M。、Cu和Co十种元素取代Ni进行了大量的配方筛选工作。得到了大量的实验数据，并发现LaNi_(3.7)Al_(0.3)合金电极电化学放电容量最高，达290.8mAh／g；LaNi_(3.7)Mo_(0.3)合金电极的高倍率放电性能最好，在以4200mA/g的电流密度下进行放电时，其放电容量仍达到145.8mA/g；而I镍一金属氢化物电池新型负极材料研究镍一金属氢化物电池新型负极材料的研究Al的取代会使合金电极性能对温度不敏感。以我们的实验为基础，进一步进行合金配方的微调，具有可能开发出具有实用价值的贮氢合金的潜力。在Ar保护下用真空电弧炉熔炼合成了四种Lal一xMg：（NICoAI）3．6体系贮氢合金，制成姐卜Ni电池负极，通过恒电流充／放电方法研究了其电化学性能。结果表明：Lal一xMg：（NiCoAI）3．6体系金属氢化物电极较容易活化，室温下具有优异的高倍率放电性能，在以4200mA／g电流放电时，La卜汉gx（NICoAI）36合金电极的放电容量是ABS型合金电极的3倍，达152hah／g，显示出良好的动力学特性。R，入1兮Ni（R：raree田劝，Ca，Y）型合金因能吸引／释放1．8一1．87％质量的HZ而被认为是种很有希望的贮氢合金。但其吸／放氢平台过高，循环寿命短。如何提高Rh厦g剑19循环稳定性是这类合金能否成功商业化的关键。研究发现，Co能够显著提高ABS型合金电极的循环寿命，但其价格太贵。人们发现Al在提高电极寿命方面与C。有类似的作用，但Al元素的添加因其在碱性电解质的作用下在电极表面易生成致密的氧化膜而不利于氢的扩散，进而对高倍率放电性能不利。入物在提高电极表面活性，改善其高倍率放电性方面作用明显。本工作在前面的基础上用Al和MO联合取代Ni，以期待同时改善La一Mg一Ni一Co合金的循环稳定性和高倍率放电性能。详细研究了La07Mg03Ni切一（A105Mo05）x（x：o，0．2，0．4，0．6，0．8）系列贮氢合金的晶体结构和电化学性能。X射线衍射及Rietveld分析发现：所有La07Mg03Ni4D一x（A105Mo05）x合金均为包含PuNi3结构的六方LaZMgNig相、CaCus结构的LaNis主相及L匆Ni7，LaN儿和LaNi杂相的多相结构。合金中La（La，Mg）剑19相及LaNis相的晶格参数及晶胞体积均随合金中Al和Mo含量的增加而增大。用电化学方法测得的RC一T曲线显示：Al和'fo部分取代Ni降低了氢的平台压力。随合金中Al和Mo含量的增加，电极的电化学容量从329．7（x＝0）、徽橇毓孺鑫盆一11瀚加至365．物A吨（＝0．6）后又降低到351．3毗吨（x＝0．8）。当以1200m刀g的电流密度进行放电时，其I｛RD从62．0％沁0）增加到82．1％沁0．8）。线性微极化结果显示：Al和Mo的添加增大了合金表面的交换电流密度，因而也改善了合金电极的高倍率放电性能。另外，Al和M。取代合金中的Ni增大了氢在电极合金中的扩散系数（D），改善了La07Mgo3Ni4。一x（Alo5M。。5）x（X＝o，0．2，0．4，0．6，0．8）合金电极的低温放电性能（LTD）。

氯化原位接枝反应合成酐化CPE及结构表征

本硕士论文主要工作是利用氯化原位接枝反应对高密度聚乙烯（HDPE）进行氯化及醉基化。对上述反应体系的反应机理，产物的化学结构、链结构、反应条件对MAH接枝率（GD％）的影响以及物理机械性能等进行了详细的讨论。采用FT-IR和~1HNMR方法对氯化原位接枝反应的配化产物CPE-g-MAH进行了表征。二者均证明了MAH单体接枝到氯化聚乙烯主链上，证实了氯化原位接枝反应的可行性。并用~1HNMR，结合EI-Ms电喷雾质谱表征了氯化原位接枝共聚物CPE-g-MAH的链结构。反应过程中，主链及支链均被氯化。氯化原位接枝共聚物CPE-g-MAH凝胶含量的测定结果表明，在氯化原位接枝过程中没有交联反应的发生。论文中还研究了醉化CPE的合成过程。主要针对反应条件对MAH接枝率（GD％）的影响进行了详细的讨论，包括氯化原位接枝的温度模式、MAH单体量、氯气流量、氯含量等对MAH接枝率（GD％）的影响。同时探讨了氯化原位接枝反应历程。考查了氯化原位接枝MAH体系和氯化HDPE林系自由基浓度随时间变化的情况。接枝产物的硫化特性曲线表明：由于MAH的引入，聚合物主链上连接有酸配基团，使得氯化原位接枝共聚物CPE-g-MAH可以通过官能团之间相互反应而交联成为可能。随着MAH接枝量的升高，接枝率上升使得HDPE大分子链上带有更多MAH接枝点，CPE-g-MAH可硫化的程度相应提高。接枝产物的力学性能测试结果表明：随着MAH接枝率的增加，材料的拉伸强度上升，而材料的扯断伸长率、硬度等力学性能下降。

层状钙钛矿结构化合物的合成、电性和磁性的研究

近年来，随着金属多层膜，磁隧道结和钙钦矿锰氧化物等材料中磁阻现象的发现，以研究磁阻效应的机理和应用为目的的磁电子学迅速发展。这其中钙钦矿结构的稀土锰氧化物以其超大的磁阻值和丰富的物理内涵而备受瞩目。尽管人们对此已做了大量的工作，但是对这类氧化物的深入认识直至超大磁电阻效应物理机制的合理解释仍需做艰苦细致的努力。本论文选择层状钙钦矿稀土锰氧化物作为研究对象，系统地研究了A位，B位的变化和B位原子之间的相互作用对氧化物的结构、磁性和磁阻性质的影响。希望得到钙钦矿中磁、电性质和磁阻与结构之间的关系，能对该系列化合物中电、磁性质的变化规律和相互作用机理作出合理的解释。基于LaSr2Mn2O7的结构特殊性，我们选择了它作为母体化合物。并通过过渡金属离子Cr，Ti，Ni，Fe对Mn离子取代来研究B位原子的变化对性质的影响。结果发现，Cr3＋因为与Mn4＋具有相同的电子形态而能够参与双交换作用，使掺杂Cr3＋的系列样品的磁化强度随cr含量的增加而增加。而掺杂讨＋，Ni2＋，Fe3＋离子的化合物虽然与Mn离子之间的相互作用各不相同，但引起的磁性变化却是相同的。这四种元素的掺杂都提高了体系的磁阻和电阻率。通过对这几种过渡金属取代的比较，发现在LaS2Mn2O7中对Mn离子进行取代的离子和Mn离子之间的交换作用对磁性质的影响并不起主要作用，掺杂引起的主要作用是致使Mn位的无序度增加和对双交换作用的稀释和阻碍。值得注意的是每个系列样品中都有一个样品的磁阻在高温时出现较大的正值，且随着温度的降低转变为负值。例如，在Fe掺杂的系列样品中，只有x＝0.2的样品表现出正磁阻，且MR在28OK时达到74％。这可能是因为掺杂导致的结构变化引起的。这种正磁阻对材料的应用意义重大。电荷有序对磁阻材料是一种很重要的状态，为了提高LasrZMn2O7的电荷有序温度，我们选择了具有孤对电子的Bi3+来取代Sr2+。结果发现，单相样品只能持续到x≤0.2。样品的电荷有序温度并没有象预想的那样有所提高。这是因为体系的二维结构抑止了Bi3＋离子的作用，同时由于体系中Bi3＋的含量较少没有达到提高电荷有序温度的程度。但Tco降低的程度相对于其它离子的取代效果（如Gd）要低。目前n=3的层状钙钦矿研究较少，但是由于该化合物具有结构可变性和理论上可以解释磁转换机理，我们对（La，ca）4kMn3O10进行了深入的研究。在La3-3xCa1＋3xMn3O10（0.5≤x≤1.0）中随La3＋含量的减少，该系列化合物经历了从铁磁性到顺磁性再到反铁磁性的转变，同时在磁阻上也经历了由负磁阻（x＝0.5～0.7）到正磁阻（x=0.8-1.0）的转变。根据磁性和电性的变化规律，我们认为这种正负磁阻的转变是由于体系中超交换和双交换作用的相互竞争引起的。La3＋含量多时，Mn3十离子含量较多，双交换作用占主导地位，产生负磁阻；随着Mn3+离子含量的减少，双交换作用逐渐减弱，Mn4+离子之间的反铁磁性超交换作用逐渐增强，产生了正磁阻。在低掺杂浓度时LaxCa4-xMn3O10（x＝0-0.9）经历了顺磁性到反铁磁性的转变，为了了解其磁性变化过程，我们进一步研究了富含Mn4＋的这一区间。发现磁化强度在x≤0.2的范围内随x增加而增强，在高于0.2的掺杂范围后随x的增加而逐渐降低。这是因为这一区间的磁结构由基态时的G型-AFM向x＝0.9时的C型-AFM的转变。而且这种转变与载流子浓度密切相关。

镧系元素化合物在乙烯聚合中的催化作用

用稀土催化剂聚合双烯烃的工作已有大量报导，但有关乙烯，特别是α-烯烃在上述催化剂作用下的聚合却不多见。醇可以活化LnCl_3-Et_3Al催化体系，但对其活化的原因，仅有个别文献进行了定性的解释。在论文研究了NaCl_3-ECOH-Et_3Al体系中醇对催化体系的活化作用，发现通过定量计算催化体系中Cl-Nd链的诱导效应指数，可以判断各种活化剂的活化能力的大小。因此，我们通过定量的计算，解释了没有活化剂时二元体系为什么活性低，而水同样具有含氧的孤对电子，却基本无活化作用，甲醇为什么比其他醇活化能力差等一系列实验现象。研究了镧系所有元素氯化物，在常温常压下对乙烯的催化活性，发现PrCl_3的活性最大，LuCl_3的活性最小，EuCl_3和YbCl_3则无催化活性。用催化效率原子序数作用，在PrCl_3、TbCl_3、TmCl_3、LuCl_3处呈现极值。二价钐不能使乙烯聚合的结果及定量分析EnCl_3体系中Eu~(2+)含量表明，SmCl_3-EtOH-Et_3Al及EuCl_3-EtOH-Et_3Al体系活性小或无催化性是与其部分或全部还原至二价有关。以前的工作证明，在催化体系中Pr、Nd、Gd、Ho及Er均以三价状态存在。因此，用价态的观点不能完全解释活性差异的结果。为了解释上述催化性不同的结果，本文提出了在轨道参与成键及反馈键对活化乙烯分子起主要作用的何定，并用Δ-（表示4f~n→4f~(n-1)的能量）近似代表稀土金属的轨道能量。根据上述何定，利用分子轨道理论，可较好地解释不同稀土氯化物聚合乙烯时催化活性产生差异的原因。用扫描电镜研究了稀土聚乙烯的形态，聚合物呈条网状，与文献中的蛛网状结构类似，对产生条网状结构的机理进行了讨论。用红外光谱，X射线衍射及DSC等仪器，比较了稀土聚乙烯与低压聚乙烯及高压聚乙烯的各种性质，发现稀土聚乙烯具有较高分子量，属于超高分子量聚乙烯，熔点高，抗张强度大及在熔点以上（150 ℃）仍具有一定的强度等特点。其相对支化度，结品度及品粒尺寸均与低压聚乙烯类似。我们详细地研究了稀土催化剂聚合得到的聚乙烯粉末的结晶结构，发现稀土聚乙烯的结晶结构属伸展链型，它得到了如下实验事实的证明：1）具有较高的熔点(Tm=139.5 ℃)及较窄的熔融范围；2）同一样的经过热处理后，其熔点明显降低；3）结晶熔点随升温速度的增加而增高；4）粉末光散射图形呈十字叉形状，具有棒状结构特征。

镧系稀土硝酸盐二甲亚砜络合物的振动光谱研究

DMSO是一个很好的配位体，有氧原子和硫原子两个配位原子，通过这两个配位原子，DMSO可以和许多过渡金属和稀土金属的离子发生络合，形成稳定的金属络合物。稀土金属离子的络合物，角过氯酸盐、卤化物，高铼酸盐六氟磷化物等，曾有人进行了研究，它们的光谱研究表明，二甲亚砜是通过氧原子同稀土络合，O、N、S三原子的络合能力是O＞N＞S。在稀土硝酸盐的二甲亚砜的络合物中，由于即存在DMSO的配位，也存在硝基的配位，所在情况比较复杂。它们的振动光谱研究了可以在1967年Ramalingan和1977年Kawcuno的工作中得知一些，前者研究了La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Ho、Yb、Y九个元素的络合物，后者研究了La、Nd、Er、Yb、Lu五个元素的络合物，所有络合物的光谱数据都很不完全，他们都认为DMSO与NO_3都与稀土离子络合，并肯定是通过氧原子络合，但是对于NO_3的络合方式没有一致的结论。Ramalingan等认为络合物分子中，硝根既有双基配位，又有单基配位，和X光衍射实验的结果不相符，Kawano通过研究全氘化二甲亚砜（DMSO－d_6)的稀土硝酸盐络合物，认为三个NO_3都是通过两个氧原子同稀土相配位，是双基配位基。硝基的配位方式是一个长期争论的振动光谱问题，不少学者曾对硝基的各种振动模式的谱带位置和吸收强度进行探讨，很难得出一致的结论。在络合物中氧与稀土离子的络合键Ln-O的振动频率位置问题，亦存在争论，Kawanv认为这个配位键的振动频率在180 cm~(-1)附近，但是日本的岩濑秋雄等人，在研究稀土高氯酸盐的二甲亚砜络合物时，则认为400 cm~(-1)附近的谱带为Ln-O的振动频率在研究稀土的无水硝酸盐的红外光谱的工作中。A.Walker等人也把180 cm~(-1)谱带归属为Ln-O络合键。J.R.Ferraro等人在研究Ln（NO_3）_3·3DBP络合物时，也认为Ln-O配位键在180 cm~(-1）附近，但是我们考察了他们的数据与稀土动量L的关系，未发现四分组现和“斜W”效应。我们研究了除P_m 以外的十四个稀土元素并Y的硝酸盐DMSO络合物的付氏变换红外光和激光拉曼光谱，4000 cm~(-1)－80 cm~(-1)的红外光谱图和4000 cm~(-1)－50 cm~(-1)的拉曼光谱图提供了较完整的数据，除了肯定了NO_3和DMSO都以氧原子与稀土络合外，还肯定了NO_3的配位方式和利用红外数据区别不同类型的配位的方法找出了金属离子配位数不同的光谱特征，做了Ln-O络合键的振动频率的归属及其与稀土物化性质间的规律关系。根据DMSO的简正坐标计算结果，可以归属出DMSO及其络合物的许多谱带，其中S＝0伸缩振动频率在990－1018 cm~(-1)之间，随原子序数增加无明显规律性变化，在Gd络合物以后，分裂为三条谱带。C－S的伸缩振动移问低波数，变化随原子序数增加而增加，但无明显的线性变化，C－S－O变形振动频率向高频方向移动约16 cm~(-1)，与原子序数无关，C－S－C变形振动移向高波数5 cm~(-1)，与原子序数无关。此外，在～3000 cm~(-1)是Vc-H，～1400 cm~(-1)是CH_3变形振动频率谱带，～950 cm~(-1)是CH_3摇摆，络合后上述谱带变化不大，可见络合对CH_3基团的振动无大的影响。通过考察S＝0振动频率变化，可以看出十配位络合物和九配位络合物之间的光谱区别在于十配位络合物S＝0伸缩振动仍为一条谱带，而九配位络合物的S＝0振动频率则分裂为两条谱带。已知十配位的Ln－O多面体为双帽正多棱柱，九配位络合物则为三帽三角柱，考虑到氧原子的不同，前者为C_(2v)对称性，后者为C_3对称性，不同配位数的络合物所显示谱带分裂不能用对称性来说明，因为这两种群均没有简并的群表示，利用X光衍射数据计算了La和Yb的络合物中DMSO间氧原子的距离，可以看出，十配位络合物中DMSO的配位氧原子间距离大，而九配位络合物中氧原子间距离小，两者之间相差近两倍。所以S＝0振动频率分裂可能是相同基团因距离近而产生了振动耦合。利用此结果可以区分不同配位数的络合物，这种现象，在以往的DMSO络合物的研究中没有发现。硝基离子属于D_(3h)群，有四个振动模式，其中三个是红外活性，分别为V_2（A＂）＝823－817 cm~(-1)，V_3（E'）＝1368－1355 cm~(-1)，V_4（E'）＝702－718 cm~(-1)，V_1、V_3、V_4是拉曼活性的，络合以后，NO_3对称性变为C_(2v)群，有六条红外谱线，同时也是拉曼活性，其中N－O伸缩振动在1460 cm~(-1) （A，S），No_2反对称伸缩振动在1340－1329cm~(-1)（B，S），NO_2，对称伸缩振动在1037.7 cm~(-1)附近，NO_3的对称面内弯曲振动在817 cm~(-1)（A，S），反对称面内弯曲振动在767.7 cm~(-1)，NO_3的面外变形振动在710 cm~(-1)（B_2 W），由此可知硝基在络合物中确实参加了配位。存在络合物中的三个硝基的配位类型在红外上如何区别我们进行了初步探讨。单基配位基和双基配位基同属C_(2v)对称性所以在基频上很难区别，Lever等人在研究过渡金属络合物中发现，No_3的组频1750 cm~(-1) （V_1＋V_4）在络合以后发生了分裂，双基配位基分裂在22－66cm~(-1)范围，而单基配位基则在5－26cm~(-1)范围，可以以此来区别NO_3的配位类型，这种方法适用于很多络合物，我们把这种方法应用于稀土络合物中发现，这个组频分裂现象在络合物中普遍存在，分裂在25－44.4cm~(-1)范围，所以络合物的硝基是双基配位体，在此波数区间内只有分裂很好的两个峰，所以可以断定无单基配位的硝基存在，这与X光衍射实验结果相一致，分裂距离随原子序数增加而增加，但无“斜W”效应。Ce和Lu的络合物分裂较小。由此可知这种方法适用于稀土二甲亚砜络合物。对有可能归属为Ln-O配位键的180 cm~(-1)和400 cm~(-1)附近的两条谱带进行考查，～400 cm~(-1)附近的谱带随原子序数增加总趋势增加，在Gd络合物开始分裂为两条，这条谱带与稀土离子总角动量L之间存在“斜W”效应，Shyama P. Sinha在研究稀土元素的性质时发现，稀土很多性质都具有“斜W”效应。其中包括配位键振动频率。利用V＝1／（2πC）（F／（－1~n））~(1/2)，用乙酰丙酮络合物的F_(Ln-O)近似计算V_(Ln-O)可以算得V_(Ln-O)在400.8－418.49cm~(-1)范围，所以可以认为～400 cm~(-1)附近的谱带可以归属为Ln-O键伸缩振动。～200 cm~(-1)的谱带在S_m络合物以后分开，此谱带亦随原子序数增加而增加，但无“斜W”效应，Kawano把它们归属为Ln-O，J.R.Ferraro在研究Ln（NO_3）_3（TBP）_3时，也认为Ln-O键伸缩振动在此位置，但也无“斜W”效应，这条谱带能否归属于Ln-O键，有待寻找更进一步的证据。通过稀土二甲亚砜络合物的研究，我们可以得知，NO_3的组频在1750 cm~(-1)谱带在络合以后发生了分裂，分裂范围在25－44.4 cm~(-1)，从而证明了NO_3为双基配位基。DMSO的S＝0伸缩振动频率和Ln-O键伸缩振动在Gd络合物后出现分裂，因而可以利用此结果可以区分两种不同配位数的络合物，通过考虑振动频率同稀土物化性质L间的关系及近似计算，初步可以确定Ln-O键振动频率在～400 cm~(-1)附近。有“斜W”效应存在。

萃取分离稀土元素及计算机模拟计算的研究

为了改变稀土萃取工艺单靠人工模拟实验确定的落后状况和满足生产自动化的需要，近十多年来，国内外许多国家相继开展了稀土萃取数学模型的研究。但大部分工作侧重于两相平衡分配模型方面，所提出的相平衡分配模型中，用来进行串级计算的尚不多见，进行串级计算的也大多采取逐级计算法。对于P_(507)的萃取体系的数学模型的研究及用矩阵法进行串级模拟计算，国外尚未见报导。本论文在单级实验的基础上，对15个单一稀土的RECl_3-HCl-P_(507)体系及部分二元稀土的RECl_3-HCl-P_(507)和Re(NO_3)_3-HNO_3-P_(507)体系进行了萃取平衡的讨论，求出了上述体系中，单个稀土的表现浓度平衡常数；为了串级模拟计算的需要，提出了一个形式简单、较为通用的相平衡模型，用FORTRAN语言编写了该模型的回归程序，通过回归上述体系的单级实验数据，得到了各模型的系数。进行了(Sm-Gd)(NO_3)_3-HNO_3-P_(507)体系的分馏萃取实验，和中科院化工冶金所协作，对该体系的串级模拟计算进行研究。所用串级模型把两相稀土浓度、酸度、萃取剂浓度作为变量，由以上的相平衡模型和各级稀土、酸、萃取剂的物料稀算式构成的大型非线性方程组，采用改进牛顿法求解该方程组进行计算，用FORTRAN语言编写了计算程序，计算结果和实验结果较为一致。在此基础上，独立地继续进行研究，对串级模型进行了很大的改动，改进后的串级模型把酸度、萃取剂浓度这些变量隐含在相平衡模型中，去掉了原来串级模型的酸、萃取剂的物料稀算式。和原来串级模型相比，所含的变量及方程数均减少了2N个，大大减少了占用计算机的存贮单元，提高计算收敛速度。对计算方法作了扩大迭代方向，导找最优松弛因子，采用更为合理的保证解的笔挺理意义的限制等改进，使解的收敛稳定性得到了改善。根据以上的改进用FORTRAN语言编写了新的计算程序，计算结果和实验结果吻合很好，在拟合精度，迭代次数各方面都比用原来串级模型要好得多。此外，进行了改变串级条件的模拟计算，所得结果符合萃取规律的变化。对（Ho-Er)(NO_3)_3-HNO_3-P(507)进行了2个不同工艺条件的分馏萃取实验，模拟计算值和实验值相当吻合，该体系的改变工艺条件的计算，也得到了与萃取变化规律一致的计算结果。对于文献报导的P_(204)萃取体系的分馏萃取，也同样进行了模拟计算，计算值和实验值的吻合程度也相当令人满意。通过以上不同串级体系的模拟计算，说明了所提出的相平衡模型适用于串级模拟计算；秘诀进后的串级模型及计算方法更为可靠；证明了计算机辅助实验及工艺设计的可能性。为达到这个目标打下了基础。对环烷酸分离钇的萃取体系进行了合成料及龙南稀土料的分馏萃取实验，取得了出口水相钇的纯度>97%，有机相出口非钇稀土的纯度>94%的结果。根据该体系的实际情况，简化了串级模型，提出了一种处理多元稀土体系的模拟计算方法，用FORTRAN语言编写了逐级计算程序，计算结果和实验结果有一致的趋势，但具体数值差别较大，说明该简化的串级模型及计算方法均有不够完善之处，有待深入研究。提出了一种新的萃取方式，它具有三个物料出口，可同时把若干个稀土元素分成难、中、萃三组，经试探实验初步肯定了该萃取方式的实用性。若能将之用于工厂生产上，将会带来很大的经济效益，故值得进一步研究和推广应用。

Ce~(3+)在稀土取代的卤磷酸盐中的发光与能量传递的研究

本工作用固相反方法、以炭保护或在N_2-H_2还原气氛中，两次灼烧，合成了一系列烯土取代的卤磷酸盐发光体，其反应是M_2~ICO_3 + M_3~(II)(PO_4)_2 + M_2~(III)O_3 + (NH_4)_2HPO_4 + M~(II)F_2 → M_x~IM_(10-2x)~(II)M_x~(III)(PO_4)_6F_2 + NH_3 + H_2O式中：M~I = Li~+, Na~+, K~+; M~(II) = Ca~(2+), Sr~(2+); M~(III) = Y~(3+), La~(3+), Gd~(3+); X = 0.5, 1, 2, 3。通过X－射线分析法和以Eu~(3+)作为荧光离子探针方法确定了样品的物相和晶体结构，表明它与M_(10)~(II)(PO_4)_6F_2同属六方晶系(Pb_3/m)。并用图解外推法求得样品的晶胞参数a和c分别为9.41和6.89 A。在研究了M~I, M~(II)和M~(III)为不同阳离子，X为不同值时，取代物的物相和结构变化以及对Ce~(3+)发光和能量传递影响规律的基础上，以Na_2Ca_6La_2(PO_4)_6F_2为基本体系比较详细地研究了Ce~(3+)的发光，Ce~(3+)-Mn~(2+), Ce~(3+)-Re~(3+) (Re~(3+) = Pr~(3+)、Nd~(3+)、Sm~(3+)、Tb~(3+)、Dy~(3+)、Tm~(3+)、Ho~(3+)、Er~(3+))以及Ce~(3+)-Mn~(2+)-Re~(3+) (Re~(3+) = Dy~(3+), Nd~(3+))的能量传递。实验发现，Na_2Ca_6La_2(PO_4)_6F_2:Ce~(3+)是较强的紫外光发射体，发射谱带是由338和358nm两个宽带峰组成的，相应于~2D-~2F_(5/2)和~2D-~2F_(1/2)跃迁。发射强度和~2D-~2F_(6/2)，~2D-~2F_(7/2)两种辐射跃迁几率相对大小与温度，Ce~(3+)的浓度有关；F~-含量对发射强度也有强烈的影响。我们认为，浓度和温度的影响是由于Ce~(3+)-Ce~(3+)的能量迁移作用。实验发现，Ce~(3+)能有效地敏化Mn~(2+)的发光，得到高效的黄色荧光发射体。Ce~(3+)对Re~(3+)的作用可以分为三类：A）. Ce~(3+)-Sm~(3+)、Tb~(3+)、Dy~(3+)、Tm~(3+)；B）．Ce~(3+)-Nd~(3+)，Pr~(3+)；C）. Ce~(3+)-Ho~(3+), Er~(3+)。在A，B类型中，Ce~(3+)能有效地敏化这些稀土离子，但能量传递效率(η_T)_A > (η_T)_B。在Ce~(3+)-Ho~(3+)、Ce~(3+)-Er~(3+)类型中，Ho~(3+)、Er~(3+)不产生可见辐射，Ce~(3+)的发射强度也显著降低。在Ce~(3+)-Mn~(2+)-Re~(3+)三元中心体系中，Ce~(3+)的能量可直接传递给Mn~(2+)和Re~(3+)中心，还可通过Ce~(3+)-Mn~(2+)-Re~(3+)的途径传递。通过研究中心离子的浓度效应，温度效应、测定激发光谱、荧光光谱、荧光衰减曲线的荧光寿命，能够证实：在Ce~(3+)-Mn~(2+)、Ce~(3+)-Re~(3+)、Ce~(3+)-Mn~(2+)-Re~(3+)的能量传递属于无辐射共振传递相互作用类型。符合M. Yokata等人提出的偶极－偶极相互作用扩散限制传递历程。我们还利用Ce~(3+)、Ce~(3+)-Mn~(2+)、Ce~(3+)-Re、Ce~(3+)-Mn~(2+))-Re~(3+)激活体系中Ce~(3+)的发射强度和荧光寿命等数据计算了Ce~(3+)的能量传递效率。发现两种结果相差较大，为了准确地表达Ce~(3+)的敏化效果，在分析上了产生这种误差的原因后，提出了两种传递效率表示式(η_f, η_R)。

稀土苯多酸络合物的合成及其性质的研究

苯多酸作为配体，因有多个可参与配位的羧基，因此，可以和稀土离子生成不同配比而结构特殊的化合物，同时这类化合物具有一系列有趣的性质。本论文选择1,2,4,5-苯四酸（H_4L），1,3,5-苯三酸（H_3L_I），1,2,4-苯三酸（H_3L_(II)）和1,2,3-苯三酸（H_3L_(III)）作为配体，合成了除P_m以外的十四个镧系元素和Y的络合物。对于稀土和均苯四酸的络合物，除得到了文献曾报导过的4:3组成外，还合成了一个新的系列，其组成为1:1的络合物：Ln·HL·nH_2O(Ln = La-Gd，Er，Y)和Ln·L·NH_4·nH_2O(Ln=Eu，Tb-Lu)。培养出了未见文献报导的稀土Er与均苯四酸络合物的单晶，晶体结构分析指出其组成为[ Er·L·3H_2O]·NH_4·4H_2O，中心离子和配体形成八配位络阴离子，呈畸变的四方反棱柱结构。对所合成的稀土苯多酸络合物（除稀土和1,2,3-苯三酸络合物外），进行了热分析研究，结果表明这类络合物具有很高的热稳定性，空气中，除Ce外，其分解温度均大于420 ℃。指出了络合物热分解机理，对于绝大部分稀土苯多酸络合物。分解分两步进行，第一步络合物脱水，第二步分解为氧化物。镧的苯多酸络合物其分解过程经碱式碳酸盐（LaO）_2 CO_3，最后分解为La_2O_3。络合物DTA分解峰温随稀土原子序有规律地变化，且不同的苯多酸系列络合物呈类似的变化规律，变价元素处于曲线峰谷的位置。测定Ln_4L_3·nH_2O系列络合物的脱水热及脱水和分解表观活化能。系统地研究了络合物在4000-100cm~(-1)范围内的FT-IR光谱，通过对羧基反对称和对称伸缩振动的分析，指出了络合物中羧基的可能配位形式。对组成为Ln·HL·nH_2O(Ln=La-Gd，Y)，Ln·L·NH_4·nH_2O (Ln=Tb-Lu)，LnL_I·nH_2O (Ln = La-Ho)和LnL_(II)·nH_2O (Ln=Pr-Tm)的络合物，指认了Ln-O链伸缩振动，其振动频率随稀土离子总角动量量子数呈类似“斜W”效应的变化。对于Ln_4L_3·nH_2O，LnL_I·nH_2O和LnL_(II)·nH_2O络合物，随着配体的不同，羧基反对称和对称伸缩振动频率差ΔV以ΔV_(1,3,5)BTA > ΔV_(PMA) > ΔV_(1,2,4)BTA的规律变化。研究了Eu和Tb苯多酸铬合物的萤光相对亮度及其萤光光谱，对Tb络合物，其萤光相对亮度随配体结构的变化有如下变化规律：PMA > 1,2,4 BTA≥1,2,3 BTA > 1,3,5 BTA。Tb的PMA络合物由于其发光强度较大，有可能在实际中得到应用。

稀土铁双核配合物的合成

本文通过LnCl_3·nTHF和[C_5H_4(SiMe_3)]Na反应得到了两类配合物[C_5H_4(SiMe_3)] LnCl_2·nTHF (Ln = Nd，Sm，Gd；n = 0，1，2)、[C_5H_4(SiMe_3)] LnCl_2·HCl·nTHF (Ln = Nd，Sm，Gd；n = 1，2)。通过元素分析、红外分析、质谱、核磁共振和热重分析确定了配合物的分子组成，特别是带氯化氢的产品在红外光谱中有1250 cm~(-1)，835 cm~(-1)，748 cm~(-1)自的三甲基硅基特征吸收峰。对氯化稀上进行了结构分析，结果发现LnCl_3·4THF (Ln = Sm，Gd)是与NdCl_3·4THF之间存在着变态关系。GdCl_3·4THF。晶体属单斜晶系，空间群为P21/C，晶胞参数为a = 30.765(7)，b = 8.219(3)，C = 17.534(3)A~·，β = 93.71(2)°；SmCl_3·4THF。晶体属单斜晶系，空间群为P21/C，晶胞参数为a = 30.921(13)，b = 8.287(7)，C = 17.665(8)，β = 94.17(4)°。LnCl_3·4THF的单位晶胞中存在着八个分子，每对分子互相等同，但每对分子内部两个分子之间互不等同。SmCl_3·2THF·DME晶体属单斜晶系，空间群为P21/a，晶胞参数为a = 13.547(8)，b = 8.607(4)，C = 16.029(9)A°，β = 90.53(5)°。铲原子与三个氯原子。两个四氢呋喃中的氧原子以及DME中的两个氧原子键合，形成七配位的配合物，但是配位多面体不是理想的五角双锥，而是形成了比五角双锥(D_(5h))对称性更低的多面体(C_(3v))。它能看作是在正八面体的一个面的中心加上第七个原子的结果，而且这八面体主要受到决定上述那个面的三个原子伸展开的畸变。在制备C_5H_5SiMe_3时，如果不用减压蒸馏，而在常压下直接蒸馏，则得到的不是C_5H_5SiMe_3而是它的二聚体(C_5H_5SiMe_3)_2。用红外光谱和核磁共振确定了它的组成和结构，特别是在1650 cm~(-1)处出现(C_5H_5SiMe_3)_2的孤立双键吸收峰。用C_5H_5SiMe_3和Ee(CO)_5回流反应制得了[C_5H_4(SiMe_3) Ee(CO)_2]_2。经过元素分析，红外光谱，质谱，顺磁共振确定了配合物的组成，红外光谱中有桥羰基的吸收峰，质谱图中498的离子峰的出现标志着上述二聚体的存在。用[C_5H_5Fe(CO)_2]_2作为制备双金属配合物的原料，用Na/Hg并还原[C_5H_5Fe(CO)_2]_2。反应时间为6-7小时得到中间体[C_5H_5Fe(CO)_2]_2Na·4THF的深紫红色晶体。反应时间加长，中间体被破坏，反应到15小时时生成了[C_5H_5Fe(CO)_2]Na·TMEDA的黄色晶体，特别是中间体的获得及晶体结构的测定对我们解释反应的机理非常重要。[C_5H_5Fe(CO)_2]_2Na·4THF为单斜晶系，空间群为P21/n，晶胞参数为a = 10.155(5)，b = 17.121(4)，C = 18.667(6)A°，β = 97.61(3)°，V = 3216.9A°~3， 2 = 4。铁的配位数为七，钠的配位数为六，钠离子和桥连羰基氧以配位键结合，每个钠离子连结着两个[C_5H_5Fe(CO)_2]_2~-，而每个[C_5H_5Fe(CO)_2]_2~-又连结着两个钠离子，组成一个无限链状分子，键状分子间以Van de W力结合。[C_5H_5Fe(CO)_2]Na·TMEDA正交晶系，空间群为P_(2,2,2,)。晶胞参数为a = 6.001(4)，b = 10.644(6)，C = 24.214(11)A~·。α = β = r = 90°。z = 4 V = 1546·7A°~3，铁的配位数为五。钠的配位数为四，钠离子和羰基氧以配位键结合，每个钠离子连结着两个[C_5H_5Fe(CO)_2]~-，每个[C_5H_5Fe(CO)_2]~-又连结着两个钠离子，体系就是以这种连结方式或正负电荷交替的形式无限螺旋分子，每个链节存在着两个[C_5H_5Fe(CO)_2]Na·TMEDA分子，链节的长度为a轴的轴长，说明螺旋分子以a轴轴长向上平移。用LnCl_3·nTHF和[C_5H_5Fe(CO)_2]Na反应制得了[C_5H_5Fe(CO)_2] LnCl_2·nTHF (Ln = Nd, Sm, Gd; n = 1, 2)，用[C_5H_5Fe(CO)_2] LnCl_2和[C_5H_4(SiMe_3)]Na或用[C_5H-4(SiMe_3)] LnCl_2和[C_5H_5Fe(CO)_2]Na得到[C_5H_5Fe(CO)_2] [C_5H_4(SiMe_3)] LnCl·nTHF (Ln = Nd, Sm, Gd; n = 0, 1, 3)，配合物[C_5H_5Fe(CO)_2] LnCl_2·nTHF及[C_5H_5Fe(CO)_2] [C_5H_4(SiMe_3)] LnCl·nTHF中存在着2000 cm~(-1)左右的终端羰基吸收峰及1766 cm~(-1)左右的桥连羰基吸收峰。说明稀土和铁之间是以羰基相连的。在TOTOE质谱仪上，配合物[C_5H_5Fe(CO)_2]Gd~·Cl·THF出现[C_5H_5Fe(CO)]GdCl_2、[Fe(CO)_2] Gd~+Cl_2的离子峰，配合物[C_5H_5Fe(CO)_2]-[C_5H_4(SiMe_3)] GdCl·THF出现[C_5H_5Fe(CO)_2] [C_5H_4]Gd~+Cl、[C_5H_5Fe(CO)_2]Gd~+Cl·[C_5H_4C(SiMe_3)] Gd~+Cl等离子峰。所有稀土有机配合物都溶于四氢呋喃、苯，对空气和水敏感。

24-二甲基戊二稀土化合物的合成

本文叙述了2.4-二甲基戊二烯基稀土金属有机化合物的合成并通过元素分析，红外光谱、核磁共振谱及质谱的鉴定。测定了Gd(2.4-GH_(11))_3的单晶结构，此外还合成了（2.4-GH_(11)K.TMEDA及K_2C_8H_8·3THF并也测定了它们的晶体结构。在所合成化合物的红外光谱中，没有属于C=C双键的吸收峰，表明分子中配位体以η~5形式的大π键体系与稀土金属离子结合，在Ln(2.4-GH_(11))_2Cl·TMF和Ln(2.4-GH_(11))Cl_2·GH_THF的红外光谱中，于1060波数附近出现一强而宽的吸收峰，即化合物中有四氢呋喃分子络合。化合物的室温NMR谱有四个吸收峰，2.4-二甲基戊二烯配位体可能为η~5平面∪或W构型。化合物的水解'H-NMR谱与质谱都证实水解产物为2.4－二甲基－1.3－戊二烯。它是－2.4二甲基戊二烯阴离子水解所得的唯一产物，它表明化合物中的配位体确为2.4－二甲基戊二烯阴离子。(2.4-GH_(11))_2Cl·TMDA配合物晶体结构是应用低温X－射线衍射技术用Nicolet R_3 M/E型四园衍射仪LT－1低温装置并利用重原子法测定的最小二乘法精修至收敛时的一致性因子R=0.055. Rw=0.057。晶体属单斜晶系P21/n空间群。晶胞参数a=11.322(4)A, b=9.242(3)A, c=15.956(5)A. β=106.70(3)分子中2.4－二甲基戊二烯阴离子呈平面∪构型。钾离子与四甲基乙二胺二啮体结合形成的络合阳离子和2.4-二甲基戊二烯阴离子相间排列形成无限链状结构分子。2.4－二甲基戊二烯阴离子的C－C键长明显分为中间与外端C－C键两组。外端组C－C键双性质较强键长较短。表明C3具有负电荷的共振杂化体贡献较大。分子中K－C键最短的是K-C(1.5)。而不是具有较多负电荷的C3－K键。这可能是由于几何因素造成的。K_2C_8H_8·3THF的晶体结构是采用与前者相同的方法测定的。它属三斜晶系，PT空间群，晶胞参数a=10.263(3)A, b=13.157(4)A, c=9.443A, α=87.51(2)°, β=114.93(2)°, γ=76.81(2)°. V=1111.6A, R=0.051. 晶体中负二价的环辛四烯阴离呈平面构型，具有中心对称性，两侧与两中心对称相关的钾离子连接，相邻的非等效的钾离子间通过两四氢呋喃分子的氧原子相连接，从而形成了无限链状结构的分子。环辛四烯反映了Huckel的4n+2芳香性规则。该结构的特别之处在于四氢呋喃分子的氧原子以桥键形式与两个钾离子同时连接。而这种形式的桥键在其它化合物中似还未发现。Go(2.4-GH_(11))_3的晶体结构亦是采用与前述相同的方法测定的。其晶体为三斜晶系，PT空间群，晶胞参数a=12.541A, b=12.853A, c=8.432A, α=91.44°, β=108.61°, γ=117.97°, V=112.54A~3. 结构测定表明，Gd(2.4-GH_(11))_3分子具有C_3h对称性。三个配位体阴离了的九个带负电荷的碳原子近似以三帽三角棱柱形式与钆离子配位。分子中2.4－二甲基戊二烯阴离子的C－C键长－亦分为而组。外端C－C键较中间C－C键强，键长较短，亦表明C3具有较多的负电荷。2.4－二甲基戊二烯阴离子本身近似呈平面∪构型。C2,C4偏离由C1 C3 C5三碳原子构成的平面0.067A。方向上远离中心钆离子。可能在此以离子性为主的化合物中，钆离子与不带电荷的C2 C4间的相互作用有些排斥性质。与Nd(2.4-GH_(11))_3不同的是，在Gd(2.4-GH_(11))_3分子中，Gd-(C(1,5）键最短，而不是Gd-C(3)键。这可能是由于钆离子的半径较小，化合物的空间位阻效应较大所致。

金属溶剂萃取的数学模拟研究

溶剂萃取三出口分离工艺是在分馏萃取流程基础上提出的一种新工艺方法，应用这种流程，每个工艺可根据各组分萃取能力的不同得到三个不同的产品，因此具有很大的优越性。本工作首先进行了皂化P507对Cu、Co、Ni三种金属元素萃取分离性能的研究，得到了工艺设计的一些主要参数及其变化规律。在此基础上，设计了两种方式的三出口工艺，应用P507－煤油体系，对组成为1:1:1的Cu、Co、Ni混合合成料液进行同时分离串级实验，实现了三种元素的同时分离，从而将三出口工艺推广应用于非稀土体系，并对两种不同的三出口流程设计方式进行了比较，得出了有意义的结果。对串级过程的数学模拟引入了稀疏矩阵方法，并对分馏萃取体系工艺参数的优化作了尝试。通过对串给模拟计算中矩阵解法的分析，发现计算过程中的所用的大型微分矩阵是一种零元占绝对优势的稀疏矩阵。本工作根据此微分矩阵的特点，采用稀疏矩阵所特有的存贮方法，将解大型稀疏线性方程组的方法引入串级模拟计算，编制了计算程序，使矩阵法的内存占用量大大减小，而计算速度却基本上没有变化，为矩阵方法应用于高级数及多组分体系的串级模拟计算提供了基础。我们还对分馏萃取工艺参数的优化作了尝试，分别应用复合形法和直接网格搜索法编制计算程序，在料液组成一定、进料量一定的条件下，建立了目标函数：Q = N*(VOE * Zo)/(VAE * XX(1,1)对(Sm-Gd)(No_3)_3-HNo_3-P507－煤油体系，分别以级数。进料级等六个或四个变量为搜索变量。应用上述以稀疏矩阵法改进后的串级模拟程序计算目标函数，进行优化计算，得到了合理的结果。两种优化方法比较后，认为复形方法所耗机时少，较为实用。为了对Cu、Co、Ni的萃取分离体系进行数学模拟，进行了单级分配实验，通过对实验结果的分析，利用线性回归方法。得到了适用于不同浓度范围的简单的单级分配模型。研究了三出口工艺中的平衡关系，提出了两种分别适用于不同方式三出口工艺串级计算的串级模型，并在分馏萃取的基础上将稀疏矩阵方法引入三出口串级计算，对工艺一，根据流程特点，假定串级过程中分离 数变化不大；对工艺二，利用所建立的单级分配模型，分别用FORTRAN语言编制程序，串级计算的结果与实验结果基本吻合。将溶液理论应用于萃取过程的计算是目前人们努力的一个方面。本工作对于P507－正庚烷萃取CuSo_4体系进行了溶液理论模型的研究，对于水相，应用适用范围广，计算精度高的Pitger理论计算平均离子活度，并将其部分为单离子活度系数，对有机相，应用Scatacherrd-Hilbrand的“溶度参数“理论模型进行关联，得到了模型的端值常数和热力学萃取常数。

I：新型稀土永磁材料Nd-Fe-B氧化过程及抗氧化新体系研究II：CuO、Y_2Cu_2O_5、BaCuO_2和RBa_2Cu_3O_(7-δ)超导体磁化率及Cu价态研究

本论文由两大部分组成。第一部分是新型稀土永磁材料Nd-Fe-B氧化过程及抗氧化新体系的研究。Nd-Fe-B永磁体是1983年问世的新型稀土永磁材料。和原有的铁氧体及Sm-Co体系相比，具有磁能积高（50MGOe）。价廉源广，制备简单等三大优点；也有居里温度低（310℃），温度系数大（－0.126%/K），易氧化等三大缺点，我们对Nd-Fe-B合金的氧化过程进行研究，发现该材料热稳定性差，容易发生氧化反应，氧化使材料的结构受到破坏，并给材料的磁性造成不可恢复的损失，整个氧化过程是分阶段的。在室温和干燥的空气中材料基本是稳定的。150℃以下材料磁性受到破坏的主要原因是体系中Nd的氧化。230℃以上材料主体成分Fe也开始氧化，温度升高使反应进程大大加快。到800℃左右反应基本结束，最终产物主要为Fe_2O_3, Nd_2O_3·FeNdO_3和NdBO_3。增加体系中B的相对含量和添加某些新的元素均能提高材料的抗氧化能力，新研制的Nd-Fe-B-Si四元体系和原来的Nd-Fe-B体系相比具有下列显著优点：新体系的抗氧化能力大大提高，经过150℃的长期恒温试验，材料的结构，磁性均未受到破坏，某些体系甚至能在更高的温度下使用，另外，新体系的居里温度Tc也大为提高。比原有Nd-Fe-B磁体高40℃左右。因此该体系是一种大有发展前途的新材料。此外，我们用动态热重法研究了Nd-Fe-B合金的氧化动力学过程，但由于我们新合成的体系构相较为复杂，未能达到预期效果。第二部分是CuO，Y_2Cu_2O_5，BaCuO_2和RBa_2Cu_3O_(7-δ)超导体（R稀土元素）磁化率及铜价态研究，铜的氧化物具有复杂的化学计量关系和磁学性质。在对CuO的磁化率研究中，我们发现在低温区（77K－110K）和一定磁场下，CuO由顺磁突变为抗磁。这种转变与磁场强度有很大关系。这一结果与前人的工作有较大的出入。而与超导体的形为极为相似。所不同的是，转变温度与样品的重量也有关系。实验结果重复。由于铜氧性质在R-Ba-Cu-O超导体中起决定作用，因此有必要对CuO的低温磁性作进一步研究。此外，我们对文献尚未报道的Y_2Cu_2O_5的磁化率在77－300K温度区间进行了测量，发现它是顺磁性物质，室温有效磁矩μ_(eff) = 2.13μB。高于Cu~(2+)的理论有效磁矩（1.73μB）。经过碘量法价态分析，发现Y_2Cu_2O_5中有部分Cu~(3+)，这与磁化率的测定相符合。Tc在90K左右的Y-Ba-Cu-O体系是近期才发现的具有超高温超导材料。该体系有着独特的结构和性质。在对R-Ba-Cu-O及R-Ba-Cu-O-Ag超导体的研究中，我们发现此类超导体属II类超导体，在临界温附近该超导体由顺磁转变为抗磁，此种变化与磁场强度有很大关系，当场强大于一定值后，则观察不到这种转变。在对RBa_2Cu_3O_(7-δ) (R = Y, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm)超导体和具有相同配比但由于合成工艺条件不同而不超导的R'Ba_2Cu_3O_(7-δ) (R' = Y, Sm, Eu, Gd)非超导体的铜价态分析中，我们发现此两类化合物中均含有一定量的Cu~(3+)。且超导体中Cu~(3+)的含量高于非超导体中Cu~(3+)的含量（同样比例）。我们还发现Cu~(3+)对水极为敏感，将RBa_2Cu_3O_(7-δ) (除R = Gd, Dy, Er)超导体在未干燥容器中测出的Cu~(3+)量远远低于干燥容器中所测得的值。我们认为这可能是引起超导体不稳定的重要原因。由于尚缺乏用其它手段检测到超导体中Cu~(3+)存在的例证。故对此问题还有待于今后继续作进一步的研究。

X射线荧光光谱分析方法的研究

本工作研究了X荧光光谱进行痕量元素分析，谱线重迭干扰校正及基体效应的校正方法，共分六个部分。一．X荧光光谱滤纸片法分析痕量稀土元素。为了降低XRF滤纸片法的检出限，分析痕量稀土，我们对XRF的制样方法，标准工作曲线的制作，谱线干扰校正，背景扣除等进行研究，将滤纸片法应用到分析痕量稀土，方法准确可靠、快速、简便，测定精度优于1％，检出限为0.X-X微克，特别适合萃取分离流程中低含量稀土的测定。二．XRF中谱线重迭干扰的校正方法。在J. L. Brandle 假定合成峰的强度是各了成份的线性迭加的基础上，引入非零截距，提出了用线性规划法校正稀土元素谱线重迭的方法，其中R_i为第i个元素衍射角（20）处测量的谱线强度，C_i为浓度，K_(ij)为衍射角处的特性常数。通过实验求出K_(ij)，然后求出在[1]式约束条件下，使目标函数E = Σ from i=1 to n|Σ from j=1 to n of (k_(ij)(j+b_i)-R_i|(i,j=1,…n)为最小的C_i值。为了证明方法的有效性，实验中选用了干扰较大的分析线。本文对Eu Lβ, (56.96°)和Dy Lα_1 (56.58°)；Ho Lβ_1, (48.28°)，和Lu Lα, (47.40°)；Ho Lα, (54.52°)和Gd Lβ_1, (54.56°)的谱峰重迭进行校正，取得满意结果。三．XRF测定土壤中痕量铬钒时谱线干扰校正方法：在研究了薄样中稀土元素谱线重迭问题的同时，还研究了土壤直接压片时，Cr的K_α线(69.35°)和V的K_β线（69.12°）的谱线重迭问题。由于Cr的K_α线和V的K_β均处于铁的K系吸收限的长波侧，铁的基体效应是不可忽略的。同时，由于谱线的相互重迭，使得元素间不存在简单的线性关系，本文提出一种新的数模来校正Cr和V的谱线干扰及Fe的基体效应：C_i = K_0 + K_1R_1 + K_2R_2 + K_3R_3 + K_4R_1~2 + K_5R_1R_2 + K_6R_1R_3 + K_7R_2~2 + K_8R_1R_3 + K_9R_3~2 其中C_i(i = 1,2)分别为Cr, V 的浓度，单位为ppm；R_i(i = 1,2,3)分别为Cr、V和Fe的峰／背比值，K_i(i = 0,…,9)为参数。通过几种常用校正模型的比较表明，本文所提模型的剩余标准差最小。说明由于该模型同时考虑了基体的影响及谱线重迭而产生的非线性影响因素，用交叉项表示非线性项，对谱线重迭及基体效应的校正是有效的。四．土壤中常量元素的XRF测定：在XRF中，选择影响元素，解决元素间的基体效应是极其重要的问题。一般采用Plesch判据来选择影响元素，但该法需要知道主要基体和干扰元素对分析元素的质量吸收系数及干扰元素含量变化范围。本文采用逐步回归方法，对共存元素进行筛选，根据每个共存元素对分析元素的方差贡献大小选择影响元素，并以散射内标与经验系数相结合校正基体效应的影响。同时，对几种常用的经验校正模型进行比较。利用最小剩余标准作为判据。结果表明，几种常用的数模没有明显差别，当分析范围比较窄时，强度模型较好，当分析范围宽时，浓度模略优。同时用微型计算机，以基本参数法和若干标样，直接与X荧光谱仪进行联机分析，显示了基本参数法和经验系数法相结合解决实际问题的优越性。五．土壤中十三种痕量元素的XRF测定：用逐步回归方法选择基体元素，以散射内标和强度校正模型分析了土壤中十三种痕量元素。六．土壤中Cu、Zn、Rb、y的XRF测定：以相干／非相干散射之比为内标分析了Cu、Zn、Rb和y, 并考察了基体的影响，对参考标样的分析结果表明，结果满意。