石墨烯基薄膜的表面改性与电输运性能研究

文章以天然鳞片石墨为原料,采用改进Hummers方法制备氧化石墨烯(graphene oxide,GO)薄膜,再利用氮离子注入和热处理得到表面改性的氮掺杂还原氧化石墨烯(nitrogen-doped reduced graphene oxide,NrGO)薄膜;利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、拉曼(Raman)光谱和X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)表征并系统研究氮离子注入对石墨烯基薄膜表面形貌和微观结构的影响。结果表明:氮离子注入会造成石墨烯基薄膜表面层内碳原子的缺失和氮原子的替代掺杂,从而在NrGO薄膜表面层内实现氮掺杂并产生纳米级孔洞;氮掺杂氧化石墨烯(nitrogen-doped graphene oxide,NGO)薄膜表面层氮掺杂量(质量分数)高达10.86%,热处理后的NrGO薄膜表面层氮掺杂量(质量分数)可达9.90%;I-V测试发现,氮离子注入和热处理对石墨烯基薄膜的电输运性能也产生显著影响。

高质量二维WTe2薄膜的可控制备及电输运性能研究

以WCl_(6)为前驱体,采用化学气相沉积法制备二维WTe_(2)薄膜材料。借助X射线衍射仪、拉曼光谱、原子力显微镜、综合物性测量系统等探究了前驱体用量对二维WTe_(2)薄膜质量的影响并对薄膜的电输运性能进行表征。结果表明,在500℃下,仅需10 min的生长时间就可以获得大面积的WTe_(2)薄膜,且薄膜厚度随前驱体用量的减少而减薄。WCl_(6)前驱体为0.6 g时所制多层二维WTe_(2)薄膜在温度为10 K、磁场强度为50000 Oe下的磁电阻率为1.54%,该磁电阻率仍未达到饱和。样品平面霍尔电阻随电场和磁场夹角变化而周期性变化,表明所制WTe_(2)薄膜具有和块体WTe_(2)相似的电输运特性。

Na、Ga共掺杂对n型Bi_2Te_(2.7)Se_(0.3)电热输运性能的影响

采用真空熔炼及热压烧结方法制备了Na和Ga共掺杂n型Bi2Te2.7Se0.3热电材料。XRD结果表明,Na0.04Bi1.96-xGaxTe2.7Se0.3块体材料的XRD图谱与Bi2Te2.7Se0.3的图谱对应一致。通过EDAX技术对Na0.04Bi1.96-xGaxTe2.7Se0.3块体材料的成分进行了分析,无氧化现象。在298~523K温度范围内,在垂直于热压方向对样品的电热输运性能进行了测试分析,结果表明Na和Ga共掺杂可以有效地提高Bi2Te2.7Se0.3的载流子浓度,从而使电导率得到明显改善,但同时Seebeck系数有不同程度的损失。由于晶格热导率减小,Na掺杂及共掺杂样品Na0.04Bi1.96-xGaxTe2.7Se0.3（x=0.04）均使热导率降低。当Na掺杂浓度为0.04时,随着Ga掺杂浓度的增加,热导率呈现递增的现象,Na和Ga共掺杂样品Na0.04Bi1.96-xGaxTe2.7Se0.3（x=0.04）的热电优值获得了较明显的提高,在398K时的最大ZT值为0.75。

单根一维TiO_2纳米线的电子输运性能

采用电化学诱导溶胶-凝胶法,在多孔氧化铝模板(AAO)的纳米孔道内制备了直径分别为60和20nm的锐钛矿型TiO2纳米线阵列.利用原子力显微镜(AFM)技术,在半接触模式下得到了TiO2纳米线的形貌像,在接触模式下测量了单根TiO2纳米线的I-V曲线.TiO2纳米线的电子输运性能表现为半导体的性质.TiO2纳米线的导通电压值明显小于TiO2块体,并且随着TiO2纳米线直径的减小,导通电压值增大.

Cu掺杂对ZnO氧化物电子结构与电输运性能的影响

采用平面波超软赝势密度泛函理论计算方法研究了p型Cu掺杂的纤锌矿结构氧化物ZnO的电子结构,在此基础上分析了其电输运性能。计算结果表明,Cu掺杂ZnO氧化物具有0.6 eV的直接带隙,且为p型半导体,在导带和价带中都出现了由Cu电子能级形成的能带,体系费米能级附近的能带主要由Cu p态、Cu d态和O p态电子构成,且他们之间存在着强相互作用。电输运性能分析结果表明,Cu掺杂的ZnO氧化物价带中的载流子有效质量较大,导带中的载流子有效质量较小;其载流子输运主要由Cu p态、Cu d态、O p态电子完成,且需要载流子(空穴和电子)跃迁的能隙宽度较未掺杂的ZnO氧化物减小。

氮化硼纳米管热输运性能的分子动力学模拟

采用基于声子散射理论的Boltzmann-Peierls声子传输方程(BTE)和非平衡态分子动力学模拟(NEMD)方法研究了氮化硼纳米管(BNNT)的热输运性能.分析了BNNT的热力耦合效应,通过BTE与NEMD两种方法相结合,分析了温度和长度对BNNT热输运性能的影响,并应用量子修正扩大了NEMD的研究范围.结果表明:随着拉伸或压缩应变的增加,BNNT热输运性能均呈降低的趋势.通过计算声子态密度(PDOS)在理论上分析了以上结果,发现在拉伸状态下,声子模式的变化是决定BNNT热输运性能变化的主要因素;在压缩状态下,热导率变化是由于模型发生明显的屈曲变形引起的.在低温段,BNNT的热输运性能受量子效应影响最初有一个线性增加的过程,当温度超过一定值时,其开始显著地降低;当BNNT长度小于120nm时,随着长度的增加,其弹道性能逐渐减弱,但仍主要体现为弹道特征,其热导率(κ)与长度(L)基本满足κ∝Lα这一关系.

Ca_(2.9)M_(0.1)Co_4O_9(M=Ag,La,Ba)复合氧化物体系的制备及电输运性能

采用柠檬酸溶胶-凝胶结合放电等离子烧结方法制备了p型Ca位掺杂的Ca2.9M0.1Co4O9(M=Ag,La,Ba)复合氧化物块体试样,对其进行X射线衍射(XRD)分析,表明产物为单一物相,Ca位掺杂原子可以改变Ca2.9Co4O9多晶体的取向度,掺杂试样取向度随着掺杂原子电负性的降低而提高;对其进行扫描电子显微镜(SEM)分析结果表明,试样呈层状结构,且层状结构随掺杂原子电负性降低而逐渐明显;电性能分析结果表明,测试温度范围内掺杂试样各温度点的电阻率随着掺杂原子电负性的降低而升高,所有试样的载流子传输层未受影响,导电机理未发生变化.其中掺杂电负性最高的Ag原子的烧结体保持最低取向度的同时具有最低的电阻率,在973K时达6.87mΩ·cm,而掺杂电负性最低的Ba原子的烧结体具有高的取向度的同时具有较高的电阻率,在973K时达8.22mΩ·cm.

紫外光辐照对TiO_2纳米线电输运性能的影响及磁阻效应研究

采用溶胶凝胶法以及静电纺丝法,利用热处理工艺,成功制备出了多晶锐钛矿型TiO_2纳米线,通过两线法在室温下测试单根TiO_2纳米线的V-I曲线来研究其电输运性能及磁阻效应.结果表明:在无光照环境下其V-I曲线为不过零点的直线,零场电阻较大,在磁场作用下电阻下降,表现出负磁阻效应;紫外光辐照环境下TiO_2纳米线载流子浓度增加使得电阻变小,然而在磁场作用下电阻增大,表现为正磁阻效应.紫外光辐照导致的载流子浓度变化,使得负磁阻转变为正磁阻,我们将磁阻变化归结为d电子局域导致的负磁阻与能带劈裂导致的正磁阻两种机理相互竞争的结果.

Ca_(1-x)Y_xMnO_3体系的电磁输运性能及团簇玻璃态行为

文章系统地研究了电子型掺杂Ca1-xYxMnO3(0<x≤0.3)体系的电阻、磁化强度与温度的关系。结果表明,当x≤0.10时,Ca1-xYxMnO3的电阻率随着钇掺杂量的增加而减小,同时反铁磁性(AFM)减小,铁磁性增强;当0.15≤x≤0.30时,Ca1-xYxMnO3电阻率随着钇掺杂量的增加而增加,反铁磁性逐渐增强,铁磁性减弱;另外,磁化强度测量观察到Ca1-xYxMnO3低温下的团簇玻璃态行为,其原因是随着钇离子掺杂量的升高,样品中的Mn3+离子增加并且Mn3+和Mn4+离子不均匀分布导致反铁磁和铁磁团簇在低温下随机共存。

Bi_2V_(0．9)Cu_(0．1-x)Sn_xO_(5．5-δ)氧离子导体的烧结行为、微结构与输运性能研究

采用固相反应法合成了Bi_2V_(0.9)Cu_(0.1-x)Sn_xO_(5．5-δ)(0(?)x(?)0．75)系列化合物．X-ray粉末衍射分析表明所制样品均是四方γ相．实验研究表明：Sn的掺入未能进一步改善体系的电学性质,但掺Sn有利于优化材料的微结构及材料力学性能的提高；氧渗透测量数据分析得到Bi_2V_(0．9)Cu_(0．05)Sn_(0．05)O_(5．5-δ)陶瓷致密膜中氧的渗透输运过程主要是由表面氧交换控制的．

钙钛矿型复合氧化物Nd_(1-x)Sr_xFeO_(3-δ)的电输运性能

用固相反应法合成了钙钛矿型复合氧化物Nd1-xSrxFeO3-δ(x=0.2,0.4,0.6,0.8)样品,对各样品作了结构分析,对x=0.4样品作了热重分析,测试了各样品在不同温度下的直流电导率,给出了活化能,分析了材料的电输运机理。结果表明,所有样品都呈类钙钛矿结构,在低温段,载流子具有p型小极化子导电特征。对于这种电输运特性,结合材料的失氧规律,给出了合理的解释。

Mn_(2-x)Fe_xP_(0.48)Si_(0.56)化合物的磁性与输运性能研究

利用机械合金化和固态烧结的方法制备了Mn2-xFexP0.48Si0.56(x=0.55,0.60,0.65,0.70)系列化合物,研究其物相结构、磁热效应和输运特性.XRD和SEM测试结果表明,该系列化合物主相具有Fe2P型六角结构,主相成分基本与配方成分相同.磁性测量结果表明,该系列化合物经历一级相变过程,随着Fe含量的增加化合物的居里温度和最大磁熵变也增大,电阻率在相变处显示出反常行为.

Mn_2Sb_(0.95)Bi_(0.05)化合物的磁性和电输运性能

通过首先熔炼Sb0.95Bi0.05固溶体,然后再把该固溶体和Mn一起熔炼的多步骤熔炼法,成功地制备了Mn2Sb0.95Bi0.05化合物。样品的热磁曲线测量表明在亚铁磁的Mn2Sb基体中,通过Bi对Sb的替代可以在90K附近诱发亚铁磁到反铁磁转变。与这个一级变磁转变相对应,随着温度的降低,该化合物的电阻曲线在90K附近呈现异常的向上跳跃。电阻异常变化的机理可以被归结为反铁磁态下的超级布里渊区带隙的形成。

Pr掺杂对CaMnO_3热电材料高温电输运性能的影响

CaMnO_3热电材料作为一种能直接实现热能与电能转换的媒介的环境友好新型材料而倍受青睐,但其较大的电阻率影响了热电性能的进一步提高。在钙位掺杂高价态稀土金属离子是降低其电阻率的有效途径。采用共沉淀法制备了一系列Ca1-xPrxMnO_3(x=0、0. 01、0. 03、0. 05、0. 10)热电材料。利用XRD对材料的物相进行表征,利用四探针法同时测量了CaMnO_3材料的电阻率。XRD结果显示,所有样品都为单相CaMnO_3结构,且随着Pr掺杂量的增大,样品的晶胞参数和晶胞体积变大。样品的电阻率随着Pr掺杂量的增加而变小,Ca0. 9Pr0. 1MnO_3的室温电阻率最小,为0. 70×10-4Ω·m。

瞬时蒸发法制备Bi薄膜的微观结构及电输运性能

用瞬时蒸发法在加热到453K的玻璃基体上沉积出了厚度在40-160nm的多晶Bi纳米薄膜。用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微术(FE-SEM)分析了薄膜的相结构和表面形貌。在300-350K研究了薄膜厚度与电阻率的关系,随着薄膜厚度增加,电阻率并不是单调减小;随着温度增加,电阻率减小。温度在300K时,Bi薄膜的电阻率在0.36-0.46mΩ·cm之间变化。随着薄膜厚度的增加,Seebeck系数增加。电子浓度、迁移率与薄膜厚度的关系表明薄膜的电输运性能随薄膜厚度的变化而波动。

铋基纳米线异质结阵列的制备和电输运性能研究

采用分步脉冲电沉积技术，在氧化铝模板中制备了Sb／Bi和Ag／Bi／Ag纳米线异质结阵列，对其进行了结构表征，研究了这些纳米线异质结阵列的电输运特性。在Sb／Bi纳米线异质结中发现了温控金属／半导体开关特性，而在Ag／Bi／Ag纳米线异质结中观察到室温库仑阻塞效应（Bi纳米线的尺寸为20×20nm^2）。结合异质结接触界面的性质，对测得的结果进行了讨论。

离子束沉积PdC_x纳米结构及其输运性能

采用离子束沉积方法制备了PdCx纳米结构,并对材料的电子输运性能进行了研究。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDX)分析了材料的微观结构和组成,利用原子力显微镜(AFM)分析了纳米结构的尺寸大小,利用高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)分析了材料的原子结构。采用电阻桥测试了PdCx纳米结构的电阻,在低温保持器(OXFORD2)中对其电子传输性能进行了测试。X射线能谱仪(EDX)检测结果表明,该纳米结构金属含量低,表现出非金属性。高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)检测结果表明,其为PdCx多晶纳米结构,与所观测到的电子输运性能结果一致。

离子束沉积PtC_x纳米结构及其输运性能研究

采用离子束沉积的方法制备了PtCx纳米结构,并对材料的电子输运性能进行了研究。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDX)分析了材料的微观结构和组成,利用原子力显微镜(AFM)分析了纳米结构的尺寸大小,利用高分辨率的透射电子显微镜(TEM)分析了材料的原子结构。采用电阻桥测试了PtCx纳米结构的电阻,其电子输运性能在低温保持器中进行测试。X射线能谱分析结果表明,由于材料金属含量低而表现出非金属性。高分辨率透射电子显微镜分析结果表明,材料为非晶PtCx纳米结构,与所观察到的输运性能一致。

钒氧化物一维纳米材料的构筑与电输运性能

钒氧化物一维纳米材料因其新颖的结构和独特的电输运等特性,在纳电子和锂离子电池等领域受到广泛的关注和重视。基于国内外最新研究进展及本课题组的研究工作,综述了钒氧化物一维纳米材料的制备技术和电输运性能研究。首先介绍了Mo掺杂VO2纳米线阵列的形成机理及其半导体-金属相变特性;然后介绍了AgVO3-PPy同轴纳米电缆和单根NH4V3O8纳米带器件的构筑与电输运特性。最后指出对单根钒氧化物一维纳米材料及其阵列器件的性能研究是更深入探索此类材料的有效途径及发展方向。

沉积气压对纳米晶硅薄膜晶化率与电输运性能的影响

采用热丝化学气相沉积法在不同气压(1～8 Pa)下沉积了p型纳米晶硅薄膜,研究了沉积气压对薄膜晶化率和电输运性能的影响。结果表明,薄膜的晶化率和平均晶粒尺寸随沉积气压升高而增大,而当沉积气压超过6 Pa后,薄膜的晶化率和平均晶粒尺寸会减小。当沉积气压由1 Pa升高到2 Pa时,BH3粒子迅速增多,且吸附方式是化学吸附,因而载流子浓度从8.9×1018cm-3迅速增大到6.252×1020cm-3。此时电导率从1.08 S/cm显著增加到29.5 S/cm,而电导激活能则从95.8meV急剧减小至18.6 meV,这是硼杂质掺杂浓度和薄膜的晶化率迅速增大所致。