非层状二维γ-In_(2)Se_(3)的各向异性生长及其光学特性

非层状二维(2D)γ-In_(2)Se_(3)具有优异的光学和电学性能,在超薄柔性器件和光电探测领域具有广泛的应用前景.然而,相较于层状的类石墨烯材料,非层状材料固有的各向同性化学键,使得其二维各向异性生长面临较大的挑战.本研究构建了一种新的化学气相沉积(CVD)生长策略,成功制备了高质量的2Dγ-In_(2)Se_(3).首次选用低熔点的铟粉为前驱体,有效降低了生长温度.此外,生长过程去除了CVD法合成二维硒化物时不可避免的危险气体H_(2),这不仅能有效抑制InSe副产物的形成,还降低了实验危险性.通过探究原料用量、生长温度及时间等参数对样品形貌和厚度的影响,获得了最佳生长窗口.详细表征了2Dγ-In_(2)Se_(3)的微观形貌、化学组分、晶体结构和光学特性等.结果表明,样品具有强烈的光致发光(PL)效应,与γ-In_(2)Se_(3)的直接带隙属性相吻合.随着厚度的减小,PL峰会发生蓝移,说明光学带隙随之增大.Raman光谱显示,不同厚度的样品其特征峰也会发生移动,说明厚度会影响2Dγ-In_(2)Se_(3)的分子振动行为.由此可见,通过生长参数调控2Dγ-In_(2)Se_(3)的厚度,可实现对其光学带隙和分子振动行为的调控,这将为相关的理论研究和光电器件应用提供基本的材料平台.

二维层状α⁃In_(2)Se_(3)(2H)铁电材料的各向异性光响应

采用机械剥离法制备了2H相α⁃In_(2)Se_(3)[α⁃In_(2)Se_(3)(2H)]纳米片。通过X射线衍射(X⁃ray diffraction,XRD)、拉曼光谱、球差电镜和压电力显微镜对纳米片的结构和铁电性能进行详细表征,确定纳米片为具有特殊结构的α⁃In_(2)Se_(3)(2H)铁电材料。进一步在SiO_(2)/Si基片上成功构造了基于α⁃In_(2)Se_(3)(2H)铁电的平面四端器件,详细研究其在各个方向的光响应。结果表明,具有本征结构的α⁃In_(2)Se_(3)(2H)在相互垂直方向均没有光响应。在器件两端分别施加电压后,α⁃In_(2)Se_(3)(2H)器件在相互垂直方向均出现了明显的光响应,尤其在接近于易极化轴方向施加电压后,α⁃In_(2)Se_(3)(2H)器件出现了各向异性光响应。

Mg^(2+)掺杂对富锂层状氧化物材料Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_(2)的影响

Mg^(2+)作为一种电化学惰性的阳离子,由于其离子半径(0.072 nm)与Li^(+)的离子半径(0.076 nm)相近,因此被广泛应用于取代富锂层状氧化物(LLOs)材料中Li^(+)的位置。然而,Mg^(2+)对LLOs材料晶体结构的影响还存在争议。利用溶胶凝胶法成功制备了一系列Mg^(2+)掺杂富锂正极材料Li_(1.2-x)Mg_(x)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_(2),通过X射线衍射仪和X射线光电子能谱等对其晶体结构和元素价态进行了系统的研究。结果表明,Mg^(2+)掺杂导致LLOs材料晶胞参数的增加。通过与Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_(2)材料的电化学性能对比发现,Mg^(2+)掺杂有效地提高了LLOs材料的电化学性能。经过优化后,Mg-0.03样品展现出最优异的电化学性能,在0.1 C倍率下的初始放电比容量为291.9 mA•h/g,首圈库伦效率为78.40%。

Bi掺杂O3型NaNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)钠离子电池层状正极材料的制备与储钠性能

O3型NaNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)拥有高理论比容量且易于制备,是商业钠离子(Na+)电池的首选正极材料之一,但其循环稳定性仍面临挑战。利用Bi对NaNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)进行改性。研究发现,Bi的引入可以在晶粒生长过程中通过调节表面能实现晶粒细化,并且Bi的掺杂增加了层状正极材料的晶胞参数,为Na+提供了宽的扩散通道,提高了Na+的扩散能力,优化了Na^(+)在脱嵌过程中的可逆性。改性后的NaNi_(0.495)Mn_(0.5)Bi_(0.005)O_(2)实现了在2.0~4.0 V的电势区间内0.2 C倍率下的可逆容量为138.1 mAh/g,在5 C倍率下循环100圈后容量保持率可以达到97%。

1060Al/Al-Al_(2)O_(3)/1060Al层状铝基复合材料热变形模型对比分析

采用Gleeble-3500热模拟试验机在变形温度为25~400℃、应变速率为0.01~10s^(-1)和真应变为0.85的条件下,对1060Al/Al-Al_(2)O_(3)/1060Al层状铝基复合材料进行了热压缩试验,研究其热变形行为,建立了应变补偿的Arrhenius (SCA)、修正的Johnson-Cook (MJC)和修正的Zerilli-Armstrong (MZA) 3种本构模型,并对流变应力的预测值与实验值进行对比。结果表明,层状复合材料流变应力呈加工硬化型,并随温度升高或应变速率降低而降低;在100℃/0.5s^(-1)、200℃/0.1s^(-1)和300℃/0.1s^(-1)条件下,层状复合材料组元层间变形较为协调;3种本构模型中,MZA模型的相关系数最高,R为0.99085、平均绝对相对误差最低,e_(AARE)为0.046966,更适合描述1060Al/Al-Al_(2)O_(3)/1060Al层状铝基复合材料的热变形行为。

层厚比对Cu-TiB2/Cu层状复合材料微观组织和力学性能的影响

铜基复合材料由于优异的综合性能在电子封装、电接触等领域具有重要应用价值。然而,克服材料的强-塑性倒置关系一直面临着极大的挑战,层状构型设计被认为是解决该倒置难题的有效策略。本文采用粉末冶金并结合原位反应法,通过控制铺粉工艺,制备出Cu层与TiB2/Cu复合层交叠分布的Cu-TiB2/Cu层状复合材料。研究了Cu-TiB2/Cu层状复合材料的力学性能及断裂特征,并讨论了层状结构参数对材料综合性能的影响。当Cu层与TiB2/Cu复合层的层厚比为1∶3时,Cu-TiB2/Cu层状复合材料的极限抗拉强度(UTS)为315 MPa,断裂伸长率为18%,实现了良好的强塑性匹配。基于复合材料裂纹扩展路径表征与分析,揭示了层状构型设计在抑制裂纹扩展、促使裂纹偏转等方面的作用机制,为高强韧铜基复合材料的构型设计和性能优化提供新思路。

无钴富锂层状氧化物的结构调控和电化学性能研究

采用碳酸盐前驱体共沉淀-高温固相法制备无钴富锂层状氧化物正极材料,研究了组分调节对材料阳离子排布和电化学性能的影响。对材料进行不同尺度的形貌和结构表征以及电化学测试,研究结果表明:降低Li摩尔分数可以减小材料的一次颗粒粒径,在不影响材料富锂相摩尔分数的前提下减小了类Li_(2)MnO_(3)晶畴的尺寸,并且增大了材料的Li^(+)/Ni^(2+)混排程度;小尺寸的类Li_(2)MnO_(3)晶畴可以提高晶格氧氧化活性和材料的充电容量;Li^(+)/Ni^(2+)混排的增加可以提高晶格氧还原活性和材料的放电容量,并抑制循环过程中的电压衰减。

基于层状双氢氧化物前驱体的CO_(2)甲烷化NiAlNd催化剂

采用乙二醇溶剂热法合成了一系列基于层状双氢氧化物前驱体(LDHs)的NiAlNd催化剂。Nd的引入大大提高了CO_(2)甲烷化的低温催化活性。在T=210℃,WHSV(weight hourly space velocity)=24000 mL·g^(-1)·h^(-1),p=100 kPa的条件下,NiAlNd-0.4催化剂上CO_(2)转化率达到83.9%。Nd^(3+)取代部分Al^(3+)阻碍了前驱体中LDHs结构的形成,同时也减小了焙烧后催化剂的粒径。Nd的加入削弱了NiO与Al_(2)O_(3)之间的相互作用,促进了NiO的还原,提高了Ni的本征活性。此外,Nd的添加提高了催化剂表面碱性位的数目,从而增强了对CO_(2)的吸附。随着Nd掺杂量的增加,还原后的催化剂中金属Ni的表面积呈火山形变化。Ni活性位的数目和本征活性同时影响NiAlNd催化剂的催化活性。

Yb^(3+)/Tm^(3+)共掺层状钙钛矿型CaBi_(2)Nb_(2)O_(9)半导体的制备及上转换发光性能研究

采用固相法合成了Yb^(3+)/Tm^(3+)共掺杂的层状钙钛矿型CaBi_(2)Nb_(2)O_(9)(CBN)上转换(UC)发光材料,并利用粉末X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)和UC发射光谱研究了它们的物相结构、形貌和上转换发光性能。在980 nm激发下,CaBi_(2)Nb_(2)O_(9):Yb^(3+)/Tm^(3+)样品呈现出以478 nm为中心的强蓝光发射,并伴有典型的647 nm、695 nm弱红光发射和783 nm近红外发射,这归因于Tm^(3+)分别对应于^(1)G_(4)→^(3)H_(6)、^(1)G_(4)→^(3)F_(4)、^(3)F_(3)→^(3)H_(6)和^(3)H_(4)→^(3)H_(6)跃迁。功率依赖性研究表明,所有UC发射都是双光子过程。结果表明,CaBi_(2)Nb_(2)O_(9)是一种很有前途的UC发光材料。

锂离子电池正极材料层状镍钴锰复合材料LiNi_xCo_yMn_zO_2的研究

层状镍钴锰复合材料LiNixCoyMnzO2具有比商业化锂离子电池正极材料——Li-CoO2低廉的成本、更低的毒性、更好的热稳定性,近年来受到广大科研工作者的关注.本文重点介绍了近年来层状镍钴锰复合正极材料合成方法及掺杂、包覆改性方面的研究成果,并简要概括了目前存在的问题及材料未来的研究趋势.

固相法制备正交层状LiMnO_2

以LiOH·H2O为锂源、Mn2O3(电解MnO2680℃焙烧6 h)为锰源,采用一步固相法在氩气中制取正极材料o-LiMnO2。对Mn2O3和LiOH·H2O混合物进行热重分析,然后对影响LiMnO2合成的重要因素进行考察,最后对合成的样品进行Mn平均化合价的测定和SEM分析。研究结果表明:合成LiMnO2的温度应控制500℃以上。合成LiMnO2的最佳实验条件为:锂锰物质的量比1.03、焙烧温度600℃、焙烧时间8 h。合成的样品即为LiMnO2;样品的结构为正交层状结构。

层状K_4Ag_2Sn_3S_9·2H_2O的溶剂热合成与表征

用溶剂热法合成了 K4 Ag2 Sn3S9· 2 H2 O,通过单晶 X射线衍射、 DSC、 TG、 IR和紫外漫反射光谱等手段对其进行了表征 .结果表明 ,K4 Ag2 Sn3S9· 2 H2 O属单斜晶系 ,P2 1 / m空间群 ,a=0 .780 71 ( 2 ) nm,b=2 .73 5 0 8( 1 ) nm,c=1 .0 5 0 0 8nm,α=90°,β=1 0 3 .87( 6)°,γ=90°,Z=4.其层状结构内具有一维孔道 。

层状LiMnO_2的固相合成及电化学性能

以Mn2O3和氢氧化锂为原料,通过焙烧合成出o-LiMnO2。用X射线衍射和扫描电镜对不同温度下合成的粉末样品进行了表征,并研究了材料的电化学性能。通过对不同温度条件下烧结样品的晶胞参数、布拉格(110)晶面峰半高宽及电化学性能研究发现:600℃下合成样品的半高宽最大,堆垛层错率高,同时电化学性能也最好,首次放电容量达到156mAh·g-1,20次循环后仍保持在140mAh·g-1以上。中高温固相合成的o-LiMnO2材料,在晶粒范围大小相近时,材料电化学性能与材料堆垛层错率相关。

层状Ti_3SiC_2陶瓷的组织结构及力学性能

利用热压烧结TiH2,Si和C粉获得了致密度大于98%的层状Ti3SiC2陶瓷。利用压痕法,在不同的载荷下测定了材料的维氏硬度,发现其硬度值随载荷的增加而降低,在最大载荷30kg时,硬度值为4GPa。压痕对角线没有发现径向裂纹的出现。这归因于多重能量吸收机制——颗粒的层裂、裂纹的扩展、颗粒的变形等。利用三点弯曲法和单边切口梁法测定了材料的强度和韧性分别为270MPa和6.8MPa·m1/2。Ti3SiC2材料的断口表现出明显的层状性质,大颗粒易于发生层裂和穿晶断裂,小颗粒易被拔出。当裂纹沿平行于Ti3SiC2基面的方向扩展造成颗粒的层裂,当裂纹沿垂直于基面的方向扩展时,裂纹穿过颗粒的同时,在颗粒内部发生偏转,使裂纹的扩展路径增加。裂纹的扩展路径类似人们根据仿生结构设计的层状复合材料。裂纹在颗粒内的多次偏转、裂纹钉扎以及颗粒的层裂和拔出等是材料韧性提高的主要原因。此外,在室温下得到的荷载-位移曲线,说明Ti3SiC2材料不象其它陶瓷材料的脆性断裂,而是具有金属一样的塑性。

Al_2O_3/Ti_3SiC_2层状复合材料的制备与性能

采用两种方法制备Al2O3/Ti3SiC2层状复合材料,一是原位-热压法,即Ti3SiC2是在层状材料的制备过程中同时被合成的;一是分步法,即制备过程分两步进行,首先制备出Ti3SiC2高纯粉,再采用热压法进行烧结制备层状材料。两种方法制备的Al2O3/Ti3SiC2层状复合材料强度保持在450MPa以上,断裂功达到1200～1560J/m2,相对Al2O3块体材料提高十余倍。另外,不同的制备方法得到不同的组成和显微结构,决定了这两种Al2O3/Ti3SiC2层状复合材料性能的差异:前者强度较高韧性较低,后者强度较低而韧性较高。

层状三元碳化物Ti_3SiC_2及其制备研究

三元碳化物 Ti3Si C2 属于层状六方晶体结构 ,空间群为 P6 3/ mm C;它同时具有金属和陶瓷的优良性能 ,有良好的导电和导热能力 ,在室温下可切削加工 ,在高温下有良好的热稳定性和塑性变形能力 ,还具有优异的抗氧化性能 ,抗热震等 ;应用 CVD、SHS、HP/ HIP等方法可制备该化合物 ,用 HIP方法能制备高纯、致密的 Ti3Si C2 陶瓷。最近 ,以元素单质粉为原料 ,采用放电等离子烧结工艺成功制备了高纯 Ti3Si C2

Li过量的层状结构锂离子电池材料Li_(1+x)M_(1-x)O_2(x≥0)——I.LiAO_2-Li_2BO_3(A=Co,Ni,Cr·…;B=Mn,Ti…)固熔体材料

设计和研发锂过量层状Li1+xM1-xO2(M是一种或一种以上的过渡金属元素,x≥0)锂离子电池正极材料成为研究热点。此类材料展示不同寻常的电化学性能,如高比容量、优秀的循环能力以及新的电化学充放电机制。简单介绍此类材料的结构定义,结合我们的研究结果,着重综述了近几年LiAO2-Li2BO3(A=Co,Ni,Cr…;B=Mn,Ti…)固熔体锂过量层状材料的研究现状和发展趋势。

层状Li(Ni_(1-x)Co_x)O_2结构研究

LiNi1-xCoxO2 with x=0.1, 0.2, 0.3, 0.5 and 1 were prepared by co-precipitation of mixed solution of Ni- and Co-salt in NaOH. The structure of LiNi1-xCoxO2 was analyzed by XRD. The results show that the unit cell constants a and c decrease as the Co content increases. Although the change of unit cell constants can reflect the substitution of Co ions with Ni ions in the lab, the splits of the pairs of (006), (102) and (108), (110) in the XRD pattern can not reflect the presence of Ni2+ in the lithium site.

ZrO_2层状复合陶瓷的显微结构及晶体学位向关系

利用扫描和透射电子显微镜及X rays衍射仪等,对ZrO2层状复合陶瓷的显微形貌特征、断裂相变量及晶体学位向关系进行了深入研究。研究结果表明,ZrO2层状陶瓷由于界面压应力的作用,抑制了烧结过程中晶粒的生长速度及冷却后四方相向单斜相的转变,提高了可相变四方相的含量,提高了断裂相变量,改善了材料的力学性能,但却没有改变四方相和单斜相之间的晶体学位向关系,在层状ZrO2陶瓷中,(100)m//(010)t的晶体学位向关系仍然存在。

离子交换法制备层状Li_xNi_(0.3)Mn_(0.7)O_2正极材料及其离子交换规律的研究

通过共沉淀法高温固相反应在空气气氛中合成出具有P2型结构特征的碱青铜前驱体Na0.66Ni0.3Mn0.7O2,研究了在4种不同离子交换条件下进行离子交换反应得到目标正极材料LixNi0.3Mn0.7O2的离子交换规律,并用XRD、SEM、粒度分析和电性能测试考察了目标正极材料及其前驱体的结构、形貌和电化学性能。结果表明,以熔融LiNO3为介质于300℃离子交换4h反应进行得最为完全,离子交换率达98%,且目标正极材料具有较完善的O2型层状结构,在2.6~2.9V存在唯一的充放电平台,循环过程中未发现向尖晶石相转变;而离子交换时间过长,目标正极材料将出现尖晶石相而影响其放电容量和循环稳定性。