碳纳米管对硅酸盐水泥力学性能的影响研究(英文)

研究了用超声分散的碳纳米管对硅酸盐水泥物理力学性能的影响,并利用XRD和SEM等测试手段对碳纳米管改性水泥的水化产物及硬化浆体的形貌进行了分析。结果表明:碳纳米管的掺入改变了水泥净浆的标准稠度用水量和凝结时间,提高了其抗压和劈裂抗拉强度,但并未造成安定性不良。随碳纳米管掺量的增加,水泥净浆的标准稠度用水量逐渐增加,凝结时间不断缩短,标养28天的抗压和疲劳抗拉强度较未掺碳纳米管的硬化浆体分别提高了15.34%和18.44%。XRD分析表明碳纳米管的掺入不仅提高了水泥净浆的水化程度,增加了C-S-H的生成量,而且降低CH的结晶度。SEM证明碳纳米管的掺入较未掺的水泥净浆硬化浆体结构趋于优化,更致密。

碳纳米管对硅酸盐水泥耐腐蚀性的影响研究

研究了碳纳米管对硅酸盐水泥耐腐蚀性的影响,采用SEM和能谱对碳纳米管水泥的水化产物形貌进行测试,并对改性机理进行了初步研究。试验结果表明:碳纳米管的掺入可以改善水泥净浆的抗酸性硫酸盐及盐酸侵蚀,当碳纳米管的掺量为0.1%时,水泥净浆试件的抗腐蚀性最佳。在最佳掺量下,水泥净浆试件在浓度分别为5%的Na2SO4和HCl溶液中浸泡28 d的抗压强度较未掺杂碳纳米管试件分别提高了46.3%和56.8%,抗拉强度分别提高了60.3%和11.5%。初步分析碳纳米管的掺入可改善硅酸盐水泥耐腐蚀性的机理在于填充作用和桥联增强效应。

硅酸盐水泥改性机理的IR曲线拟合研究

将磷铝酸盐水泥熟料掺入到硅酸盐水泥中制备的改性硅酸盐水泥具有优异的力学性能。对改性水泥IR图谱中-OH基非对称伸缩振动带进行曲线拟合,并与硅酸盐水泥进行对比,研究了磷铝酸盐水泥对硅酸盐水泥的改性机理。结果表明改性硅酸盐水泥浆体中有5种状态的"水":Ca-OH,Si(P)-OH,Al-OH/AFt结晶水、氢键水和配位水,其在各水化龄期与Si、Al结合的以OH状态存在的"水"较硅酸盐水泥多,而与Ca结合的以OH状态存在的"水"以及氢键结合的水、配位水较少,从而展现较硅酸盐水泥优异的力学性能。

材料学科培养创新人才的教学改革探索

针对材料学科在宽口径模式下专业性教与学中存在的学生就业观偏差,对专业课程缺乏全面、系统的掌握,同学间团队合作少等问题进行剖析并提出解决方案,围绕培养材料专业创新人才的目标进行教学改革,培养具有高水平、高素质及高适应市场需要的创新性人才。

碳纳米管对混凝土性能的影响研究

近年来,将混凝土作为一种复杂的电化学体系研究其电阻率是检测其结构性能的一种新的测试方法。碳纳米管具有优异的导电性,将碳纳米管加入到混凝土中预期可以改善混凝土的导电性。本文将多壁碳纳米管掺加到C40混凝土中,探讨了多壁碳纳米管对混凝土和易性、凝结时间以及电学性能的影响。试验结果表明,当碳纳米管为0.3%时,混凝土拌合物的和易性良好,且碳纳米管可以在硬化混凝土中形成良好的导电纤维网络,水泥基体形成的导电势垒较小,显著提高了混凝土导电性。本论文的研究成果可为导电混凝土研究应用提供依据。

CH_3NH_3PbI_3钙钛矿光电探测器的短脉冲光电响应

以Nd：YAG纳秒脉冲激光器的2倍频输出（532nm）作为激发光源,比较了1步法、2步法制备钙钛矿光电探测器对ns量级短脉冲激光的光电响应.结果表明,2种钙钛矿光电探测器的上升沿响应时间相当,为20~25ns,且随着探测器的性能退化,上升沿响应时间基本保持不变;在灵敏度方面,2步法CH_3NH_3PbI_3钙钛矿光电探测器能够在更大入射能量范围内保持线性响应,且在低能入射条件下具有更佳的光电转换效率;在光电转换效率的长时间稳定性方面,1步法CH_3NH_3PbI_3钙钛矿光电探测器优于2步法CH_3NH_3PbI_3钙钛矿光电探测器.所得结果既有助于钙钛矿光电探测器的光电转换行为表征,也有利于拓展钙钛矿光电探测器的应用范围.

徐徐展开新型钙钛矿光电材料的神秘画卷

在国家双碳目标的引领下,新型钙钛矿材料在众多领域受到广泛关注。国家部委针对钙钛矿太阳能电池产业陆续出台了多个相关政策,为新型钙钛矿材料与光电器件的发展提供了有力支撑[1-2]。新型钙钛矿材料(如卤化物钙钛矿材料)具有光吸收系数大、带隙可调、光生电子能力强、载流子扩散距离长、双p/n型、高光致发光量子产率、发光半峰全宽窄等特点,也兼具铁电性、离子迁移可控和维度可调等显著优势[3-4],在光-电转换、电-光转换、光-光转换(全光转换)等领域呈现出广阔的应用前景[5],尤其是在太阳能电池、发光显示、阻变器、忆阻器、射线探测、示踪纳米药物等领域具有巨大的发展空间[6-7]。

关于新型功能材料人才培养的见解

关于如何培养新型功能材料人才,本文从学校制度（提供宽松的学术氛围）,开发学生潜能和培养团结合作精神三方面进行了探讨,希望培养出适应于国民经济发展的新型人才。

高效医学传感钙钛矿材料研究进展

卤化物钙钛矿材料作为一种新型半导体材料,具有优异的光电转换特性、能级结构可调、易于加工、结构和尺寸以及形貌可调、改性后优异的生物相容性等优点,在医学检测传感器中具有广阔的应用前景。本综述讨论了钙钛矿材料在生物医学传感领域的研究进展,钙钛矿医学传感器能通过光电转换、全光转换、电催化等多种物理或化学机制实现传感,具有可灵活选择的器件结构、性能指标和信号传递方式,用于人体代谢物质、神经递质、癌症相关物质和药物等医学物质的检测。钙钛矿医学传感器将为未来的医工多学科融合提供新希望,加快医工融合发展。

CH_3NH_3PbI_3薄膜的光致发光增强效应

采用光谱测量技术分析了CH_3NH_3PbI_3薄膜的光致发光增强效应及其对载流子复合动力学的影响.实验结果表明,增加光浴功率密度有助于提高薄膜的光致发光增强速率,O2环境有利于薄膜的光致发光增强.CH_3NH_3PbI_3薄膜光浴处理引入的光致发光增强效应源于薄膜内缺陷态浓度降低.同时利用微波吸收介电谱技术,表征了CH_3NH_3PbI_3薄膜光浴前后,自由载流子和浅能级束缚载流子的复合动力学.发现光浴后,薄膜的自由载流子和浅能级束缚载流子浓度明显提高.

高效光电调控钙钛矿量子点阻变存储性能

光电阻变存储器(RRAM)因其微型化、集成化和多功能等优点成为下一代非易失性存储器中最有前途的竞争者。采用低温旋涂法合成具有绿色荧光的无机CsPbBr_(3)量子点(QDs)为阻变功能层,制备了高效光电调控的Ag/CsPbBr_(3) QDs/ITO RRAM器件。该器件具有良好的抗疲劳性能和保持特性。在光照触发下,Ag/CsPbBr_(3) QDs/ITO器件的开关比(ON/OFF比)约为3.2×10^(3),较暗态增大了约24倍;写入电压(VSET)为2.88 V,较暗态降低了约13.3%。电场作用下Br−和Ag+双离子迁移形成混合导电细丝的通断是Ag/CsPbBr_(3) QDs/ITO器件阻变的主要机制。经光照激发作用,CsPbBr_(3) QDs薄膜内缺陷密度的减少促进光电流的增大,促进了Ag/CsPbBr_(3) QDs/ITO器件低阻态(LRS)阻值和VSET减小、进而提高器件ON/OFF比。高效光电调控全无机钙钛矿RRAM技术推动了高密度信息存储器的快速发展。

钙钛矿太阳能电池界面工程优化研究

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(PSCs)具有高能量转换效率、低能耗和低成本等优点,但PSCs界面缺陷引起的非辐射复合严重阻碍了其光电转换性能提升。本研究通过降低氧化镍空穴传输层的粒径尺寸,提高粒径均匀性,实现了光生空穴在电池界面的高效传输;并通过优化钙钛矿薄膜的反溶剂作用时间提升结晶质量,降低界面非辐射复合,改善空穴传输层和钙钛矿的界面问题,使钙钛矿太阳能电池的能量转换效率(PCE)从10.11%提高到18.37%。开尔文探针力显微镜(KPFM)研究表明,界面优化后的钙钛矿薄膜在亮态下的表面接触电位差相比于暗态下增加了120.39 mV。采用压电力原子力显微镜(PFM)分析钙钛矿薄膜明暗态铁电性能,发现界面优化后的钙钛矿铁电极化变化微弱,说明优化界面有效降低了电池界面缺陷和迟滞效应。该研究结果表明,优化氧化镍空穴传输层,提高钙钛矿薄膜质量,减少了界面缺陷,降低了非辐射复合和电池迟滞效应,提高了钙钛矿太阳能电池的能量转换效率。

卤化物钙钛矿光电阻变机理研究进展

阻变器作为一种基于可逆、非易失、阻态突变的信息存储和处理器件,是解决传统存储器的内在物理限制和冯·诺依曼架构瓶颈问题的核心电子元器件之一,受到了广泛关注。卤化物钙钛矿具有快速的载流子迁移特性和优异的光电转换性能,作为阻变功能层赋予光电阻变存储器优异的阻变性能。因此,近年来卤化物钙钛矿基阻变器的存储和计算应用研究发展迅速。然而,目前对于卤化物钙钛矿的光电阻变机理尚未形成统一认识。基于此,本文分析了卤化物钙钛矿阻变存储器的工作机理,对比分析了卤化物钙钛矿基光电阻变器导电细丝和能级匹配调控特性,总结了其各种机理的制约因素,揭示了导电细丝在光场和电场作用下重复形成和断裂,以及阻变器中卤化物钙钛矿功能层和其他功能层之间肖特基势垒改变,主导卤化物钙钛矿光电阻变器的开关比、阈值(Set/Reset)电压和阻变器性能稳定性,并进一步展望卤化物钙钛矿基光电阻变器在新型人工智能仿生突触、存内运算、机器视觉的应用。

CsFAMA混合阳离子钙钛矿的带尾态发光和热无序度分析

利用稳态和瞬态光致发光光谱技术对Cs_(0.05)FA_(0.81)MA_(0.14)PbI_(2.55)Br_(0.45)(以下简称CsFAMA混合阳离子钙钛矿)薄膜的发光过程进行研究。在245 K附近观测到相变引起的CsFAMA混合阳离子钙钛矿发光光谱红移现象。根据Saha-Langmuir方程计算结果,确认温度高于65 K时电子空穴复合主导CsFAMA混合阳离子钙钛矿发光过程。利用带间发光与带尾态发光组合模型拟合CsFAMA混合阳离子钙钛矿的发光光谱,得到65~295 K温度范围内的带尾态扩展程度E_(0)(0.023~0.045 eV)与载流子等效温度。根据CsFAMA混合阳离子钙钛矿的发光动力学曲线分析,确定电子空穴复合速率常数R_(eh)随热力学温度升高(65~295 K)而不断降低。本文实验结果表明,热力学温度升高引起的晶格振动加剧,有利于实现自由载流子与晶格间的热交换,但增加了体系的热无序度,抑制了电子空穴的辐射复合,加快了载流子的非辐射复合速率。

光浴对CH_3NH_3PbI_3薄膜光致发光量子效率的影响

研究了CH_3NH_3PbI_3薄膜在光浴条件下的光致发光量子效率演化行为。在光浴过程中,CH_3NH_3PbI_3薄膜的光致发光量子效率表现为先增大再减小的变化趋势。发光动力学测量实验表明,在光浴过程中,CH_3NH_3PbI_3薄膜的载流子复合寿命与光致发光量子效率具有相同的变化趋势,即先增大再减小。根据实验结果可以推断,光浴引发CH_3NH_3PbI_3薄膜发生两种物理过程,分别使其光致发光量子效率升高和降低。两种过程共同决定了CH_3NH_3PbI_3薄膜在光浴条件下的光致发光量子效率演化行为。

铸造铝合金中的组织异质性对其疲劳性能的影响

铸造铝合金材料被广泛应用于发动机部件、结构材料、齿轮箱、底盘等部件,在使用过程中承受交变应力。准确预测铸铝材料的使用寿命对于部件的安全运转极为重要,因疲劳裂纹而导致的漏油等事故可能产生极为危险的后果。铸铝材料的使用寿命可以通过其铸造缩/气孔的尺寸分布或者尺寸最大的缩/气孔的直径结合裂纹扩展速率公式进行预测。缩孔的深度及相对位置对于应力集中具有重要影响。通常情况下,铸造铝合金的组织主要包括铝基体、共晶硅、富铁相及其他一些第二相颗粒。因这些第二相颗粒开裂而产生的微裂纹会导致铸铝材料疲劳寿命的降低。因此,如何通过显微组织合理预测铸铝材料的疲劳寿命对于铸铝材料的使用极为重要。本文回顾了以往研究中铸造缩/气孔和第二相颗粒等组织缺陷对Al-Si-Mg铸造铝合金疲劳寿命的影响。

新型光伏储电原位集成电池研究进展

随着光伏智能电子产品日益融入到日常生活,人们不仅对高性能光伏发电设备的需求增加,同时对智能化、可持续和快速充电/放电能源集成设备的需求也急剧增加,将能量产生部件和能量存储部件结合成独立设备已经成为一种极具有吸引力和挑战性的前沿技术。原位逐层制备光电转换功能薄膜与储电功能薄膜并组装,获得光伏储电原位集成电池的技术,既减少了太阳光波动对能量输出的影响,又可以实现光伏自供电、弱光缓冲和可穿戴等功能,因此具有良好的发展前景。本文综述了硅基光伏储电原位集成电池、敏化光伏储电原位集成电池、钙钛矿光伏储电原位集成电池的最新研究成果,介绍了此类新型电池性能的评价方法,分析了其工作原理、构造特点和性能参数,并对此新兴研究领域的发展趋势进行了展望。

二元烧结助剂增强氧化铝陶瓷的微观结构及性能

Al_(2)O_(3)陶瓷广泛应用于刀具、激光冲击材料、路基基板、耐火材料等领域。本文以MgO和SiO_(2)作为烧结助剂,通过低成本无压烧结技术制备了Al_(2)O_(3)陶瓷,并研究了烧结温度和二元烧结助剂配比对Al_(2)O_(3)陶瓷力学性能和显微组织的影响。XRD和EDS分析结果表明,在样品中加入MgO和SiO_(2)后形成了尖晶石相(MgAl_(2)O_(4))。当烧结助剂总量固定、MgO的掺加量为20 wt%、烧结温度为1550℃时,烧结性能最佳。烧结样品的抗弯强度和密度的最大值分别为314 MPa和3.73 g/cm^(3)。适量SiO_(2)的加入有利于液相烧结形成和大孔隙的去除。同时,从样品的微观结构来看,少量MgO的掺入对晶粒细化产生了影响。综上表明,MgO和SiO_(2)是促进氧化铝陶瓷致密化和性能提升的理想烧结助剂。

Preface to the special issue on Interdisciplines

Interdisciplinary research is an inevitable trend in scientific development and an important driving force to accelerate scientific and technological innovations.How to promote interdisciplinary research has always been a common question and a challenge faced by science research funding agencies all over the world.

一种具有三维p型埋层的超高压4H-SiC混合PiN肖特基二极管

现代社会对半导体芯片具有旺盛的需求,而4H型碳化硅(4H-SiC)功率器件是下一代半导体芯片中极具潜力的候选者,可应用于各种电力电子系统。为了提高4H-SiC功率器件的性能,本文提出了一种具有三维(3D)p型埋层(PBL)的超高压(UHV)4H-SiC混合p型/本征/n型(PiN)肖特基(MPS)(3D-PBL MPS)二极管,并进行了数值模拟仿真研究。3D-PBL MPS的静态正向导通特性与没有PBL的传统4HSiC MPS二极管(PBL-free MPS)的相近。然而,当3D-PBL MPS处于反向阻断状态时,3D PBL可以将峰值电场(E_(peak))转移到外延层体内更深的位置,增强器件屏蔽肖特基接触界面处高电场(E_(S))的能力。因此,3D-PBL MPS在10 kV下的反向漏电流密度仅为PBL-free MPS的0.002%。新型3D-PBL MPS也克服了具有二维PBL的4H-SiC MPS二极管(2D-PBL MPS)的缺点。当器件从反向阻断状态转换到正向导通状态后,3D-PBL MPS的正向导通特性不会退化,这是由于3D PBL具有特殊的耗尽层变化机制。所有器件仿真结果表明,新型UHV 3D-PBL MPS具有出色的器件性能。