锯齿形氮化铝纳米带负阻器件电子输运性质研究

低维纳米带材料因为其结构的特异性而呈现出新奇的物理性质.修饰纳米带的边缘能够调制其电子性质.本文运用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,探究了锯齿形氮化铝纳米带(ZAlNNR)单边氟化、单边氯化以及单边氢化的电子结构和输运特性.研究表明:锯齿型氮化铝纳米带可以通过以上手段实现能带结构的半导体-金属转换.计算电子输运特性,我们发现三种边缘修饰的器件均呈现出负微分电阻效应,其中AlN-F器件有最大峰谷电流比(PVCR),达到了1.78×10^(7),是硅烯纳米器件以及黑磷纳米器件的10^(6)倍.值得一提的是,相比于H-AlN-Cove纳米器件,AlN-F器件能够在更小的偏压范围内实现高PVCR.该结果为锯齿形氮化铝纳米带在低功耗纳米器件中的应用提供了广泛的前景.

煤表面含氧官能团吸附氮化物的模拟计算研究

煤表面六种常见的官能团结构单元包括酚羟基Ph-OH、羧基-COOH、羰基-C=O、醚键-O-、醇羟基R-OH和烷基R,采用巨正则蒙特卡洛(GCMC)和密度泛函理论(DFT)从原子层面模拟计算煤表面官能团对苯胺、吡啶、喹啉三种典型氮化物的吸附性能.通过计算分析前线轨道、吸附能及分子间吸附距离等参数,探究三种氮化物在煤表面不同官能团上的吸附机理,结果表明煤表面模型上各官能团对三种氮化物的吸附强弱顺序均为:-COOH>R-OH>Ph-OH>-C=O>-O->R,三种氮化物在煤表面官能团的吸附强弱顺序为:吡啶>喹啉>苯胺.

硅掺杂对不同衬底的氮化铝薄膜的影响研究

选择硅作为N型杂质源,采用高温热扩散的方式进行实验研究.采用磁控溅射法在硅/蓝宝石衬底上外延的AlN薄膜上沉积纯硅.硅的溅射时间决定了硅层的厚度,从而决定了硅的掺杂剂量.在氮气气氛下高温(1150℃)热扩散4小时后,AlN薄膜表面的硅原子扩散进入AlN晶格,取代铝原子的位置,形成掺杂硅的AlN薄膜.有效的硅掺杂导致AlN(002)衍射峰向一个较大的角度偏移,且偏移的角度随掺杂的浓度升高而增大.且硅衬底上的样品,使用能量色散光谱仪测试结果表明,衬底硅将作为固定的扩散源扩散到薄膜中,增加非故意掺杂浓度,因此可以在整个薄膜截面内测量到硅元素.蓝宝石的衬底的样品在热扩散后出现裂纹.

铂修饰氮化铝纳米管对CO的吸附性能研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了铂修饰的(5,5)氮化铝纳米管的几何结构、电子性质以及与一氧化碳(CO)之间的相互作用.结果表明:铂原子吸附于氮化铝纳米管表面氮原子的顶位时能量最低.铂原子附近可以吸附四个CO分子,平均吸附能在1.189-2.940 eV之间,铂原子的修饰有效提高了氮化铝纳米管对CO分子的吸附能力.本研究为实验上开发制备性能更加优良的CO气体传感器提供理论指导.

不同产地酱香型白酒中挥发性含氮化合物的差异分析

酱香型白酒中含氮类化合物含量虽占比较少,但部分化合物气味阈值较低,对酒体风味贡献较大。以20种酱香型白酒为对象,来源产地包括贵州、广西、湖南、北京、天津、山东、黑龙江,采用液-液萃取结合全二维气相色谱-氮化学发光检测器联用技术对酱香型白酒中挥发性含氮化合物进行定性定量分析。共定性出49种挥发性含氮化合物,包括16种吡嗪类、12种噻唑类、4种吡啶类、6种吡咯类、2种胺类和9种其他化合物;不同产地的酱香型白酒中挥发性含氮化合物的种类差别不明显。对已报道具有香气的挥发性含氮化合物进行定量分析,结果表明:酱香型白酒挥发性含氮化合物中吡嗪类质量浓度最高;贵州酒样的吡嗪类质量浓度[(5.36±0.96)mg/L]最高,其次高的是中北部地区的酒样[(4.12±1.20)mg/L],湖南酒样的质量浓度[(3.05±0.64)mg/L]和广西酒样的质量浓度(3.00 mg/L)差别不明显,最低的是黑龙江产地的酒样[(1.68±0.42)mg/L]。根据定量结果,采用正交偏最小二乘判别分析,可成功区分不同产地的酱香型白酒;苯并噻唑、吡嗪、2,3,5,6-四甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪等11种变量投影值大于1的含氮化合物,可作为区分不同产地酱香型白酒的差异成分。研究可为酱香型白酒产地区分和溯源提供理论支持。

氮化硼系列材料的合成制备及应用研究进展

六方氮化硼(hBN)、立方氮化硼(cBN)和聚晶立方氮化硼(PcBN)等系列氮化硼材料,具有优异的耐热、高硬度等多种物理性能,应用领域广阔。hBN有许多产品形态,如微粉、纤维、陶瓷、薄膜和纳米材料等。hBN可以通过添加触媒,采用静态触媒法超高压高温合成cBN,cBN是硬度仅次于金刚石的超硬材料。利用cBN的超硬特性,cBN经超高压高温再进行烧结,制备PcBN,得到理想的机械加工刀具材料。以hBN、cBN和PcBN三种主要氮化硼系列材料为研究对象,综述了氮化硼系列材料的合成制备方法、性能及应用研究进展。建议重点研发的相关课题有:hBN、cBN和PcBN之间的关联性转变、hBN的绿色合成、粗粒度cBN的合成,以及高韧性PcBN的合成等。

宽光谱响应范围的氮化碳纳米片的制备及其光催化产氢性能研究

以块体氮化碳(CN)为前驱物,采用氧化剥离制备氧化型氮化碳纳米片(o-CN NSs),将o-CN NSs还原制得了还原型氮化碳纳米片(r-CN NSs)。o-CN NSs和r-CN NSs厚度均约2 nm,且都保留了纯CN的庚嗪环骨架结构;相比于o-CN NSs,r-CN NSs具有更小的禁带宽度(2.62 eV)、更宽的光响应范围(485 nm)和更高的产氢速率(1700μmol/(g·h));r-CN NSs的光催化产氢速率是CN的8.5倍、o-CN NSs的2.1倍。经过20 h的循环测试,r-CN NSs的光催化产氢速率没有衰减,具备良好的光催化稳定性。实验和理论分析表明,r-CN NSs是边缘基团为氨基的纳米片结构,氨基的引入改善了纳米片的结晶性,提高了电子和空穴的分离效率、拓宽了纳米片的光响应范围,从而导致光催化性能增强。

六方氮化硼纳米材料的研究进展

以六方氮化硼纳米管为主,综述了氮化硼纳米材料的制备方法、性能和主要应用领域。六方氮化硼纳米结构与碳纳米结构类似,形态呈现多样性,制备方法多种多样,本研究重点介绍了机械剥离法、反应烧结法和化学气相沉积法。以六方氮化硼纳米材料为添加剂,可制备无机或有机高分子复合材料,在导热、介电、生物、贮氢、催化和吸附等方面具有广泛的应用前景。

高效叠氮化方法研究进展

有机叠氮化合物是一类多功能化合物,是合成一系列治疗药物、生物活性化合物、功能材料及高能化合物有用的前驱体,被广泛应用于点击化学和Staudinger反应中.在过去的几十年里,研究人员开发了大量的合成策略来制备结构多样的有机叠氮化物,但不是所有的反应都能高效地进行.随着绿色化学的概念深入人心,安全性低、普适性低和效率低的传统叠氮化方法逐渐被淘汰,发展新的高效叠氮化方法迫在眉睫.本文综合评述了近年来制备脂肪族叠氮化合物及叠氮聚合物的高效合成方法,从碳碳多重键和碳氢键的叠氮化策略方面简述了脂肪族叠氮化物的合成,对叠氮聚合物的合成方法、潜在的新型合成策略进行了概述,并对未来叠氮化学的发展前景进行了展望.

高品级氮化铝粉体及其碳热还原氮化工艺研究进展

氮化铝(AlN)具有高导热、绝缘、低膨胀、无磁等优异性能,是半导体、电真空等领域高端装备的关键材料,特别是在航空航天、轨道交通、新能源装备、高功率LED、5G通讯、电力传输、工业控制等领域功率器件中具有不可取代的作用。高品级粉体是制备高性能陶瓷的基础,氮化铝粉体的性质直接影响了后续成形、烧结等工艺以及材料的组织和性能。碳热还原氮化法制备氮化铝粉体具有纯度高、粒度细和烧结性好等特点,本文综述了氮化铝粉末的评价指标以及碳热还原氮化法制备氮化铝粉末的研究进展,提出未来研究与产业化的方向与趋势。

钨基氮化铀微球弥散燃料制备工艺及性能研究

金属陶瓷(CERMET)弥散燃料是目前核热推进反应堆用燃料研发热点。氮化铀(UN)微球具有高铀密度、高热导率、高填充率等特点,钨基体具有高熔点、高热导率及低线性热膨胀系数等优点,将两者结合形成的钨基氮化铀微球弥散燃料是空间核动力的理想候选材料。本文突破了碳热还原-氮化关键难点,成功制备了高纯UN微球,采用无压通氢烧结的工艺路线,实现了钨基UN弥散燃料芯块制备,研究了不同参数对UN微球和弥散燃料芯块性能的影响规律。结果表明,当碳化温度为1900℃、保温时间为8 h、氮化温度为1900℃、保温时间为3 h时,UN微球的纯度最高,达93.79%,相对密度为96%T.D.;以丙三醇为黏结剂、无水乙醇为稀释剂,对UN微球与基体钨粉进行湿混后直接装模压制,UN微球在钨基体中分布较均匀;使用氢气进行致密化烧结,在1900℃可获得95%T.D.以上致密度。对燃料芯块的性能测试表明,钨基UN芯块中的微球完整且分布均匀,微球中U、N原子比为1.04∶1,钨基体与UN微球界面粘附紧密,无分层;随着温度的升高,芯块的导热系数逐渐降低,100℃时的导热系数为182.6 W/(m·K)。

氮化镓基单片功率集成技术

宽禁带、高临界击穿电场和高饱和电子速度的材料优越性,以及铝镓氮/氮化镓(Al GaN/GaN)异质结能通过极化不连续性在其界面极化诱导出具有高浓度、高迁移率的二维电子气并制备出高电子迁移率晶体管,使氮化镓器件正成为下一代功率和射频应用领域的新型高性能电子器件。氮化镓基单片功率集成技术是减小寄生电感影响、提升集成电路开关速度、降低系统功耗和实现系统小型化的关键技术。该文围绕氮化镓单片功率集成技术,对p/n双极性沟道异质结外延结构、单片异质集成、全氮化镓集成电路和p沟道器件关键技术的研究进展进行了全面分析。

改性纳米氮化硼对纤维金属层板的性能影响

纤维金属层板是一种由金属薄板与纤维层依次交替铺叠而成,在一定的温度与压力下粘结固化形成的一种混合复合材料。因为其中有金属与纤维两种材料,因此它既有金属的富延展性、韧性强与导热性好等优点,又具有复合材料纤维的抗疲劳、耐高强度与低密度等特点。文章以提升环氧复合材料基体的拉伸与断裂韧性性能和改善FMLs的性能,尤其是冲击与弯曲性能为主要目的,采用向FMLs环氧树脂基体中添加纳米氮化硼(h-BN)的方法,来提升纤维金属层板的力学性能。先对氮化硼材料进行一系列的球磨改性处理,分成不同含量的组分依次加入环氧树脂基体中,确定用量最好的四组,再将这四组环氧树脂复合材料基体用湿法铺层的方法铺在铝薄板与碳纤维布之间,使用硫化机固化的方式制备FMLs试件,利用水切割技术切割成标准试样,并进行冲击与弯曲测试。实验结果表明,向FMLs的环氧树脂基体中添加一定量的纳米氮化硼对FMLs的性能有着积极的影响。

基于氮化铝薄膜的二维模态谐振器双模结构设计与仿真

基于氮化铝(aluminum nitride,AlN)压电薄膜的二维模态谐振器(two-dimensional-mode resonators,2DMR)由于其较高的有效机电耦合系数k^(2)_(eff)及其与集成电路工艺兼容等优势,引起了业内广泛的关注。然而,传统的2DMR只研究单谐振模态,难以满足多模无线通信系统的需求。针对该问题,提出一种应用于5G new radio(5GNR)频段为2.6~3.4 GHz的二维模态(2DM)双模谐振器,通过合理设计电极宽度和电极周期,使得2个模态的品质因数Q和k^(2)_(eff)相当,实现了S1模态和高阶S1模态的有效激励。通过有限元方法研究分析了压电材料厚度及梳齿电极结构对2DMR双模谐振频率和k^(2)_(eff)的影响,S1模态谐振频率主要受压电材料厚度影响,高阶S1模态谐振频率在受压电材料厚度影响的同时还易受金属电极宽度影响。基于Al N压电薄膜中d_(33)和d_(31)压电系数的共同作用,所设计的2DMR中2个模态的k^(2)_(eff)分别达到3.1%和3.6%。随后,基于S1模态和高阶S1模态谐振处无杂散和高机电耦合性能,设计了含有50Ω阻抗匹配网络的双频带通滤波器,通过增加阶数提高器件的带外抑制。滤波器的2个传输频带相邻,无带内波纹且陡峭滚降,中心频率分别位于2.852和3.082 GHz,插入损耗分别为2.0和1.9 dB,分数带宽分别为29和39 MHz。研究结果说明了这种2DMR双模结构设计在射频前端极具应用潜力。

含有氮化硼势垒层的三明治结构聚合物基复合介质储能特性研究

聚合物基高温储能介质因其较高的功率密度及优异的充放电效率被广泛应用在电气和电子等领域。该文选用不同粒径的氮化硼纳米片(BNNSs)作为填料,掺杂到聚醚酰亚胺(PEI)中构建势垒层,添加在纯PEI两侧制备拥有三明治结构的复合薄膜,探究粒径大小在不同温度/填充体积分数下对复合薄膜的介电性能及储能性能的影响。研究发现,构建BNNSs势垒层的三明治结构复合薄膜显著抑制了介质的高温电导,提高了充放电效率,且较小粒径BNNSs填充势垒层能更有效地提高击穿场强和储能密度,其中掺杂200 nm粒径BNNSs体积分数为5%的复合薄膜在常温下的储能密度可达5.65J/cm^(3),充放电效率高达96%,即使在150℃下,储能密度和充放电效率也可分别达到2.52 J/cm^(3)和95%。通过随机击穿模型阐明了粒径大小及三明治势垒层结构对击穿性能的提升机制。该文提出的含有势垒层的三明治复合结构为高温下复合薄膜储能特性优化提供了新的策略。

电催化氮集成二氧化碳还原反应合成有机氮化合物

以化石能源如煤、石油和天然气为主要能源的社会发展模式,不仅导致不可再生资源枯竭,还引发大气中CO_(2)浓度持续上升的问题。随着人们对能源结构认识的深化和生态环境保护意识的增强,寻求有效的清洁CO_(2)固定和转化技术已成为研究热点。这些技术可利用太阳能、风能、潮汐能和地热能等可再生能源,促进人工碳循环、碳储存,并缓解环境恶化。在众多CO_(2)固定和催化转化技术中,常温常压下的CO_(2)还原技术受到可再生能源的驱动,有助于人工碳循环、碳储存,减轻环境退化。目前,水溶液中的电催化CO_(2)还原研究已取得显著进展,但在制造其他重要的有机小分子,如尿素、酰胺、胺及其衍生物,甚至氨基酸方面,仍有未开发的潜力。这些产品在肥料、化学品合成、医药化学和航空工业等领域有广泛应用,引起了广泛研究兴趣。通过氮集成的电催化CO_(2)还原反应制造有机氮化合物,能显著提高CO_(2)电还原技术的实际应用价值,同时也为生物小分子的起源提供参考,因此具有重要意义。然而,该过程涉及CO_(2)和含氮无机物的电化学耦合,包含多步电子和质子转移过程,因此面临着缓慢的动力学和复杂的反应机制。在本综述中,我们详细讨论了氮集成电催化CO_(2)还原生成不同产物的具体反应路径和合理的催化剂设计策略,这对于指导高效电催化剂的设计至关重要。尽管已经通过一系列策略取得了一定的研究进展,但仍然存在一些需要解决的挑战,这限制了它们在大规模实际应用中的发展。最后,我们对该领域的发展限制和改进的可能方向进行了讨论,希望这能有助于氮集成电催化CO_(2)还原反应催化剂的进一步发展。

贫化铀的等离子氮化处理

为了提高贫化铀表面耐腐蚀性能,利用三种等离子氮化技术(等离子源离子注入Plasma Source Ion Implantation—PSⅡ、辉光放电等离子氮化Glow Discharge Plasma Nitriding—GDPN、空心阴极等离子氮化Hollow Cathode Plasma Nitriding—HCPN)在贫化铀表面制备了氮化层。通过多种材料分析手段对氮化层成分、结构、化学状态进行了分析。三种氮化层中的氮化物都以α-U_(2)N_(3)为主,由于金属铀与氧的亲和力较强,三种等离子氮化过程都不同程度地引入了氧杂质。PSⅡ可以突破热力学平衡,将部分氧化物转化为氮化物。GDPN和HCPN则通过表面反应和热扩散形成氮化物层。HCPN技术对控制氧杂质有一定优势,可以显著降低氮化层中氧杂质含量。湿热腐蚀和电化学测试表明,等离子氮化可以明显提升贫化铀的抗腐蚀性能,HCPN和GDPN的提升程度要优于PSⅡ,而HCPN技术最优。本文的研究结果可为活性金属的等离子氮化处理提供参考。

改性氮化碳/铜基MOF纳米复合材料修饰电极对草甘膦的电化学检测研究

使用铜基MOF材料(Cu-BTC)和含羰基杂环的介孔氮化碳(CN)合成的纳米复合材料修饰电极构建了电化学传感器,采用差分脉冲伏安法检测水环境中的草甘膦。该传感器的检测机理是通过Cu^(2+)与草甘膦发生络合反应,使得响应电流发生降低。所制备的材料通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射技术、X射线光电子能谱和傅立叶变换红外光谱等进行表征,确认了其形貌与结构。实验结果表明,该传感器具有高的灵敏度,检出限为0.1576 pg/L,线性范围为10^(-6)~10^(-12)g/L,对草甘膦具有良好的选择性。当评估该传感器以检测实际水样中的草甘膦时,回收率达到94%~107%,表现出很高的准确性和实用性。

氮化硼包覆碳化硅纤维表面CVD法生长碳纳米管研究

目的通过调节化学气相沉积(CVD)的工艺参数,实现碳纳米管(CNTs)在氮化硼(BN)包覆的碳化硅纤维(SiCf)表面的可控生长。方法通过控制单一变量,采用扫描电子显微镜、热重分析、X射线光电子能谱等表征手段,系统地研究了CVD工艺参数和BN表面改性对CNTs形貌、长度、含量的影响。结果通过改变CVD工艺参数,实现了对CNTs形貌、长度、含量的调节与控制,获得了CNTs和BN协同改性的SiC纤维(SiC@BN-CNTs)。其中,SiC@BN-OH在反应温度为700℃、反应时间为20 min等参数下具有最大的CNTs产率(质量分数为10.6%),且形貌良好、含量较高。结论浸渍催化剂和缩短碳源与载体的距离对生长CNTs有积极影响,增加了CNTs的长度和生长密度;通过调节反应温度和时间能够实现对CNTs长度、含量的精确控制,从而获得高质量、高结晶度的CNTs;在反应器中,气体和催化剂的含量相互影响,在制备过程中需要考虑气体和催化剂的比例,按比例同时增加气体和催化剂的流入速率能够获得更好的结果。BN表面羟基化改性处理增强了BN对催化剂的吸附,促进了催化剂颗粒的分散,提高了CNTs的产率。

表面负载金属纳米粒子的氮化物陶瓷导热填料的制备与表征

采用直接混合加热法制备氮化物陶瓷复合导热填料,这是一种可以批量生产,并且不使用溶剂、对环境友好的制备方法。通过扫描电镜、X射线衍射仪、TCI导热仪研究不同金属纳米粒子(镍、钴和银)在氮化物(氮化铝、氮化硼)上的负载情况以及负载量,并考察了复合陶瓷导热填料对聚乙烯醇基复合导热膜导热性能的影响。结果表明,金属纳米粒子成功负载到氮化物上而不改变氮化物的晶体结构。且负载金属粒子的尺寸随乙酸盐含量的增加而增大。另外,负载金属粒子的陶瓷导热填料能有效提高聚乙烯醇基复合导热膜导热能力,Ag/AlN-0.05导热膜的导热率能达到0.752 W/(m·K)。