En 1953, China necesitaba urgentemente desarrollar la mina de hierro de Bayan Obo en Mongolia Interior y construir la Baotou Iron and Steel Company. Sin embargo, el mineral de hierro contiene grandes cantidades de fluorita y elementos de tierras raras, que son raros en el mundo. Su fundición en alto horno no tiene una experiencia madura en la historia de la fabricación de hierro en el mundo y es un trabajo pionero. Zhou Ren, quien en ese momento era director del Instituto de Cerámica Metalúrgica de Shanghai, era el líder del grupo líder de las "Dos Minas" (Mina de Hierro Bayon Obo y Mina de Hierro Daye) de la Academia de Ciencias de China. Superó las dificultades y asumió la tarea de investigación de la fundición en alto horno del mineral de hierro de Bayan Obo para el Instituto de Cerámica Metalúrgica. Llevó a cabo una movilización general en el instituto, rápidamente organizó un grupo de batalla y nombró a Zou Yuanxuan como técnico a cargo de la investigación de la mina. Bajo la guía y participación personal de Zhou Ren, Zou Yuanxuan y Xu Yuansen construyeron rápidamente un pequeño alto horno experimental de 1 metro cúbico. Por un lado, realizaron pruebas de laboratorio y pruebas de fundición en altos hornos a pequeña escala para estudiar sistemáticamente el comportamiento del flúor en la fundición de altos hornos, incluido el impacto del flúor en las propiedades físicas y químicas de la escoria de alto horno, así como los cambios y distribución de flúor durante el proceso de fundición en alto horno. Descubrieron el impacto de las escorias que contienen flúor en la fundición de altos hornos y su erosión de diferentes materiales refractarios. Se explica el mecanismo de volatilización del flúor del mineral y la escoria y su corrosión en la estructura de acero del alto horno. Se propuso el sistema de escoriación de la mina Bayan Obo y el plan para mejorar la intensidad de fundición. Se resuelve el problema de la corrosión por flúor en la estructura de acero del alto horno y en el revestimiento de ladrillos refractarios. Proporcionó datos técnicos clave fiables y una base teórica para que los expertos soviéticos diseñaran altos hornos revestidos de acero. Especialmente para el revestimiento de ladrillos refractarios de altos hornos, los expertos soviéticos originalmente planearon usar solo ladrillos de carbono en el hogar del alto horno, pero la investigación de Zhou Ren y Zou Yuanxuan mostró que los ladrillos con alto contenido de alúmina y los ladrillos de alúmina-magnesia se erosionaban rápidamente en escoria con alto contenido de flúor. y solo los ladrillos de carbón pueden resistir la erosión de la escoria con alto contenido de flúor, por lo que el hogar del horno hasta la parte inferior del cuerpo del horno (excepto el área de la tobera) se cambió por ladrillos de carbón, evitando así un posible accidente mayor. Este trabajo de investigación obtuvo el tercer premio del Premio Nacional de Ciencias Naturales en 1982.
Para extraer valiosos elementos de tierras raras de la escoria de alto horno revestida de acero que contiene entre un 4% y un 5% de óxidos de tierras raras, Zou Yuanxuan propuso utilizar el método de reducción de ferrosilicio para reducir los elementos de tierras raras en la escoria y logró lograrlo. produjo elementos de tierras raras. En ese momento, esta aleación se llamaba "Aleación Baotang No. 1". Este método tiene las ventajas de contar con pocas materias primas y equipos simples, y ha hecho una contribución importante a la utilización integral de los recursos de tierras raras en mi país. Este proceso de reciclaje de metales de tierras raras no tiene precedentes en el mundo, por lo que ganó el segundo premio del Premio Nacional de Invención en 1965 y ha sido elogiado por los líderes nacionales en numerosas ocasiones.
En 65438-0957, China estaba ansiosa por desarrollar la magnetita de vanadio y titanio Panzhihua, y su fundición en altos hornos también era un problema importante en el mundo. Xu Yuansen y Zou Yuanxuan estudiaron sistemáticamente las propiedades físicas y químicas y la composición mineral de la escoria de alto horno que contiene titanio y descubrieron el mecanismo de espesamiento de la escoria de alto horno que contiene titanio en condiciones de fundición de alto horno. Al realizar pruebas en un pequeño horno de prueba de 1 metro cúbico, según la sugerencia de Xu Yuansen, se utilizó creativamente una salida de explosión especial, que resolvió la clave técnica de la escoria con alto contenido de titanio que obstruía el hogar y proporcionó una base confiable para Panzhihua Iron and Steel Co. ., Ltd. Diseño de alto horno y selección del plan de fundición. Datos técnicos y bases teóricas. Este trabajo obtuvo el cuarto premio del Premio Nacional de Ciencias Naturales en 1982.
Durante el mismo período, Zou Yuanxuan también dirigió investigaciones sobre hidrometalurgia y fabricación de acero, como extracción de cobalto, lixiviación de alúmina, extracción de óxido de titanio y manganeso, etc. , logró destacados resultados y realizó importantes aportes al aprovechamiento integral de diversos minerales en nuestro país.
El concepto de "actividad" en química física metalúrgica es una poderosa herramienta para estudiar las reacciones reales de las masas fundidas a alta temperatura y puede entenderse como "concentración efectiva". En su tesis doctoral "Distribución de ciertos elementos entre hierro líquido y plata" presentada al Instituto Carnegie de Tecnología en 65438-0947, Zou Yuanxuan midió con éxito las actividades del cobre, manganeso, silicio y azufre en el coeficiente de hierro líquido y su. La influencia del carbono en el hierro modifica el mecanismo tradicional de desulfuración en el proceso de fabricación de acero y proporciona una base para la determinación de la actividad de los elementos en el metal líquido. El éxito de este trabajo de investigación no sólo lo colocó entre los mejores graduados de la escuela, sino que también sentó las bases para su futura carrera.
De 65438 a 0952, Zou Yuanxuan fundó y dirigió el trabajo de investigación sobre química física metalúrgica en el Instituto de Investigación de Cerámica Metalúrgica de Shanghai, y completó más de 30 artículos, incluido "El efecto del flúor en la viscosidad, la fusión y la Desulfurización de escoria de alto horno" Se publicaron una serie de artículos académicos en "Science China", "Acta Metallurgical Society" y "Scientific Bulletin". Los artículos son de amplio alcance y tratan sobre las actividades de los componentes de la escoria y el metal, el equilibrio entre la escoria y el metal y la teoría física y química básica de los procesos pirometalúrgicos e hidrometalúrgicos. Una extensa investigación sobre las actividades de los componentes y las energías libres de formación de compuestos intermetálicos en sistemas metalúrgicos binarios y ternarios ha acumulado datos valiosos para la química física metalúrgica, muchos de los cuales se han incluido en enciclopedias y libros de texto universitarios. Además, en la medición de la actividad, Zou Yuanxuan rompió la práctica tradicional de los metalúrgicos ferrosos que generalmente usan hierro como fase metálica, adoptó algunas fases de metales no ferrosos y luego utilizó la fórmula de Gibbs-Duhem modificada y la actividad de dos componentes La suma o cociente de los coeficientes de grado determina la actividad de cada componente, resolviendo así con éxito problemas internacionales de larga data, como la selección del material del crisol, el diseño de reacciones químicas y la determinación de la actividad de los elementos traza.
Bajo el liderazgo de Zou Yuanxuan, el nivel de investigación de física y química metalúrgica del Instituto de Cerámica Metalúrgica de Shanghai en las décadas de 1950 y 1960 no solo era líder a nivel nacional, sino también conocido a nivel internacional.
Desde la década de 1960, de acuerdo con las tendencias de desarrollo científico y tecnológico mundial, Zou estaba preocupado por las necesidades urgentes del país y, independientemente de sus últimos años, se dedicó decididamente al campo de la investigación de metales puros y compuestos. Materiales semiconductores. Aplicó principios metalúrgicos a la purificación de elementos de alta pureza y la preparación de materiales semiconductores compuestos. Utilizó hábilmente reacciones entre fundidos metalúrgicos, refinado por precipitación, cristalización fraccionada, extracción, sublimación, rectificación y destilación al vacío para purificar elementos elementales. Bajo su liderazgo, la tecnología de preparación de elementos de alta pureza como galio, fósforo y arsénico se promovió en importantes fábricas nacionales y ganó el tercer premio de la Comisión Nacional de Planificación, la Comisión Estatal de Ciencia y Tecnología y la Comisión Estatal de Economía. de Nuevos Productos Industriales en 1964.
Para lograr un crecimiento de alta pureza de cristales de compuestos III-V como arseniuro de galio, antimonuro de indio, arseniuro de indio, indio, antimonio y bismuto, Zou comenzó analizando las propiedades de los donantes y aceptores restantes. en el cristal propuso y completó un método de tratamiento especial a alta temperatura en recipientes ordinarios, reduciendo así en gran medida el contenido de impurezas como el sodio y algunos elementos de metales pesados. Este método obtuvo el tercer premio del Premio Nacional de Invención en 1983.
Además, bajo la dirección de Zou Yuanxuan, se desarrolló una nueva tecnología para el recubrimiento oportuno de embarcaciones, un nuevo método para el crecimiento por solidificación in situ de un monocristal de GaAs semiaislante no dopado bajo presión normal e inclinación. -Se completó la investigación de película delgada mediante el método de crecimiento epitaxial en fase líquida de GaAs de alta calidad. Estos trabajos obtuvieron el segundo premio del Premio Nacional al Progreso Científico y Tecnológico de 1985.
Zou Yuanxuan ha publicado más de 70 artículos académicos sobre química física de semiconductores. Su contribución no fue solo extender los principios de la química física metalúrgica al estudio de materiales semiconductores, y lo que es más importante, unificó los dos temas aparentemente completamente diferentes de los defectos de los materiales semiconductores sólidos y la fusión metalúrgica en la disciplina básica de la química, proporcionando una base para el estudio de los materiales semiconductores. Física. Ha realizado importantes contribuciones a la aplicación, desarrollo y exploración de la química.
Desde la década de 1970, Zou Yuanxuan ha planteado tres cuestiones clave en la calidad del arseniuro de galio desde una perspectiva metalúrgica: aceptores desconocidos, defectos estructurales y "verdugo de movilidad". En 1972, resumió cientos de datos sobre la concentración de portadores y la movilidad del arseniuro de galio tipo N cultivado mediante diferentes métodos en el país y en el extranjero, y derivó una relación de función de correlación entre las concentraciones restantes del aceptor y del donante. Basándose en esto, predijo audazmente que había defectos en los aceptores en los materiales de arseniuro de galio de los que la gente no era consciente en ese momento, los llamados "aceptores desconocidos", que afectaban el grado de compensación del material. A través de experimentos, descubrió que la impureza química del sodio era uno de los receptores desconocidos que a menudo se pasan por alto. Más tarde, a medida que mejoró aún más la pureza del arseniuro de galio, descubrió que, además del sodio, había algunos defectos estructurales de tipo aceptor (no impurezas) en el aceptor desconocido. En 1974, Zou especuló que puede haber dos defectos aceptores, GaAsVGa y AsGaVGa, basándose en las reacciones entre algunos defectos. Estos dos defectos aceptores coexisten y tienen casi la misma concentración. Esta predicción fue confirmada por los estudiosos extranjeros (Lang) y (Logan) en 1975 utilizando los resultados de las pruebas del entonces recién inventado espectrómetro de transitorios de nivel profundo. Estos dos defectos del aceptor se denominan trampas a y b. El "verdugo de movilidad" es esencialmente un centro de dispersión de carga espacial cuya sección transversal de dispersión para los portadores es casi dos órdenes de magnitud mayor que la de las impurezas ionizadas ordinarias, lo que afecta seriamente las propiedades eléctricas de los materiales de GaAs. Bajo el liderazgo de Zou Yuanxuan, se llevaron a cabo una gran cantidad de experimentos con materiales de arseniuro de galio utilizando epitaxia en fase líquida y epitaxia en fase vapor, revelando que su microestructura es un compuesto de silicio y oxígeno.
A principios de la década de 1980, con la investigación en profundidad sobre los defectos en materiales semiconductores y el rápido desarrollo de dispositivos de arseniuro de galio, muchos teóricos y experimentales internacionales comenzaron a prestar atención al llamado "EL2" en Materiales de arseniuro de galio. Propiedades defectuosas de niveles donantes profundos. Este defecto prevalece en los materiales de arseniuro de galio cultivados mediante diferentes métodos, tiene muchas propiedades anormales y desempeña un papel decisivo en el rendimiento de dispositivos como los circuitos integrados a gran escala. En la década de 1970, basándose en el estudio de los defectos estructurales, Zou Yuanxuan aplicó la ley de acción de masas física y química de 1981 y propuso por primera vez en el mundo que los defectos de EL2 pueden ser el complejo ternario de AsGaVAsVGa. Desde entonces, científicos de varios países han presentado más de diez opiniones desde diferentes aspectos basándose en sus propios datos experimentales, creyendo que los defectos de EL2 pueden ser antiátomos aislados y otros complejos binarios y ternarios. La mayoría de estos científicos utilizan métodos de investigación física. Zou Yuanxuan y otros no solo estudiaron cuidadosamente todos estos resultados, sino que también analizaron el flujo y reflujo mutuo y las conexiones internas de algunos defectos en diversas condiciones cambiantes, resumiendo así de manera integral un criterio poderoso para juzgar los defectos EL2, a saber, las "características de huellas dactilares". Posteriormente, basándonos en los resultados de cálculos químicos cuánticos y experimentos sísmicos paramagnéticos electrónicos, y aplicando el principio de las leyes de fases físicas y químicas, propusimos además el mecanismo de formación de defectos EL2 en cristales, el mecanismo metaestable de los defectos EL2 bajo iluminación a baja temperatura. y la esencia del fenómeno de la "familia EL2", formando así un modelo de defecto EL2 relativamente completo. Después de la muerte de Zou Yuanxuan, la comunidad académica internacional llamó a este modelo el "modelo Zou". Se creía que podía explicar casi todas las propiedades eléctricas y ópticas de EL2 en detalle y elogió los métodos físicos y químicos utilizados por Zou Yuanxuan y. otros para identificar puntos de nivel de energía profundos en materiales semiconductores. Herramienta muy útil para caracterizar defectos.
Zou Yuanxuan ganó el tercer premio del Premio Nacional de Ciencias Naturales en 1987 y el primer premio del Premio de Ciencias Naturales de la Academia China de Ciencias en 1991 por sus logros en química física de semiconductores.