掺硅纳米α-FeOOH絮凝剂在水处理中的应用研究

通过掺硅纳米α-FeOOH絮凝剂在水处理应用中的形态表征试验和吸附性能试验,研究了反应的控制因素对絮凝剂表面特性、形貌、粒径和吸附性能的影响。研究表明,不同掺比的掺硅纳米α-FeOOH的形貌、粒径分布达到纳米级别,且对持久性有机污染物PFOS都有较高的去除率;掺硅纳米α-FeOOH的投加量、pH值、溶液盐度对其吸附PFOS产生影响,Si/Fe值为0.01的掺硅纳米α-FeOOH的净化效果最好。

工艺条件对硼掺杂纳米硅薄膜微结构及力学性能的影响

采用射频和直流偏压(RF+DC)双重激励源,在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统中成功制备了掺硼纳米硅薄膜。改变衬底温度、射频功率和退火温度几个关键工艺参数,利用拉曼(Raman)谱仪、薄膜测厚仪和原子力显微镜(AFM)对掺硼纳米硅薄膜的微结构进行了分析;应用纳米压痕法研究了工艺条件对薄膜弹性模量及硬度等力学性能的影响关系。结果表明:薄膜晶态比、平均晶粒大小随着衬底温度的升高均有增大趋势;射频功率对提高薄膜生长速率存在最优值条件;退火对本征和掺硼薄膜表面形貌特征有较大影响,退火后掺硼薄膜表面粗糙度增大明显。薄膜弹性模量及硬度很大程度上受射频功率和后序处理条件的影响,退火使薄膜的力学性能有所提高。针对实验现象,从薄膜结构方面进行了相关的理论阐释。

掺混纳米微粉的聚碳硅烷熔融纺丝工艺研究

运用功率超声将纳米Ｎｉ粉均匀分散到聚碳硅烷（ＰＣＳ）中，通过熔融纺丝制备出了直径约１５～３５μｍ的有机纤维。研究了超声过程对纳米微粉分散状态的影响及掺混型ＰＣＳ熔融纺丝的工艺条件。

掺铝纳米α-FeOOH对册田水库水中铅和氟的吸附

针对我国当前地表水源水有机物微污染问题,以山西省大同市册田水库微污染水为例考察了掺杂铝的纳米氧化铁絮凝剂实际处理效果。结果表明,Al^(3+)/Fe^(2+)摩尔比为0.15的α-FeOOH的絮凝效果最好。

掺硅钛酸钡纳米粉体及其陶瓷的制备和表征

目的制备均匀的掺硅BaTiO_3纳米粉体及其高介电常数和高介电温度稳定性的钛酸钡基陶瓷。方法采用溶胶-凝胶(sol-gel)法制备掺硅钛酸钡基纳米粉体及其陶瓷样品,通过XRD,TEM和SEM对它们进行表征,并测试陶瓷的介电性能。结果采用sol-gel制得纳米级(～50 nm)掺硅BaTiO_3粉体,主要相组成为立方相,当掺硅摩尔分数增加到0.10时,有Ba_2TiSi_2O_8新相生成;烧结后的掺硅钛酸钡陶瓷主要相组成为四方结构;当掺硅摩尔分数为0.003,陶瓷的室温介电常数为4 081,介电损耗为0.004,而且ε-TT曲线比较平坦,介电温度稳定性较好。结论采用sol-gel可制得掺硅的钛酸钡纳米粉体和具有高介电常数和高介电温度稳定性的钛酸钡基陶瓷,温度稳定性满足Z5U(E)特性。

掺磷纳米硅薄膜的制备及介观力学性质与介观接触电阻的研究

采用PECVD法制备的纳米硅薄膜是一种具有特殊性能的人工材料。它是由大量具有纳米量级的硅微晶粒构成,纳米硅晶粒镶嵌在由非晶硅构成网络中,其晶粒所占的体积百分比为XC≈50%,从而决定了其特有的性质。本文通过严格控制薄膜生长的工艺参数,得到了掺磷纳米硅薄膜,并通过原位纳米力学电学测试系统对其力学和电学性质进行测试,发现掺磷纳米硅薄膜的纳米硬度为5GPa,而其杨氏模量随着压入深度的增加而增大,其接触电阻与薄膜的结构密切相关。这些属性对于纳米硅薄膜微器件的制备具有重要的参考意义。

激光烧蚀制备掺铒纳米硅晶薄膜形貌研究

采用XeCl准分子激光器交替烧蚀单晶硅靶和铒靶, 通过调整辐照两靶的激光脉冲个数比来控制掺铒浓度, 在2×10^-4 Pa真空下沉积制备了掺铒非晶硅薄膜, 经900～1200 ℃热退火实现纳米晶化. 扫描电子显微镜图像显示, 铒掺杂影响着薄膜的表面形貌, 与不掺铒情况相比, 可以得到晶粒尺寸分布更均匀的薄膜, 并且晶化温度更低. 对于一个固定掺铒浓度的样品, 随着退火温度的增加, 薄膜由晶粒结构转化为迷津结构.

掺硼纳米硅颗粒的脉冲放电制备及测试分析

以掺硼硅锭(电阻率0.01Ω·cm)作为原材料,在液体介质中采用脉冲放电法制备出掺硼纳米硅颗粒。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、纳米粒径电位分析(PSDA)、原子发射光谱(ICP-OES)等测试手段对获得的产物进行测试分析,绝大部分纳米硅颗粒尺寸集中在30~60 nm,其硼含量的质量分数为19×10-4%。在此基础上,将制备纳米硅颗粒配制为质量分数为15%的纳米硅浆料,通过丝网印刷在太阳硅片上,经850℃高温烧结后,硅片表面方阻可由100Ω□/降到30Ω□/。

铒掺杂氮氧化硅薄膜中不同敏化中心对铒离子光致和电致发光的影响

研究了磁控溅射法制备的经不同温度热处理的掺铒氮氧化硅薄膜的光致发光和电致发光特性。实验发现光致发光中,提高热处理温度会促使硅纳米团簇的形成,它们的存在对薄膜中Er^(3+)离子的发光起到了敏化作用。在电致发光中,硅纳米团簇无法成为载流子的捕获中心,敏化剂变为硅悬挂键,注入的电子和空穴可以在硅悬挂键引入的相关陷阱能级处复合,复合后的能量传递给铒离子后使其产生发光。

掺硼和掺磷的氢化纳米硅薄膜及其应用于类叠层太阳电池的研究

采用射频等离子体增强化学气相沉积法,制备了掺硼和掺磷的氢化纳米硅薄膜(nc-Si∶H),并将其应用于纳米硅薄膜类叠层太阳电池中。分析了薄膜样品的光学性能及表面形貌,结果表明:P型掺硼纳米硅薄膜的光学带隙为2.189 eV,电导率为8.01 S/cm,霍尔迁移率为0.521 cm2/(V.S),载流子浓度为9.61×1019/cm3;N型掺磷纳米硅薄膜的光学带隙为1.994 eV,电导率为1.93 S/cm,霍尔迁移率为1.694 cm2/(V.S),载流子浓度为7.113×1018/cm3;两者的晶粒尺寸都在3～5 nm之间,晶态比都在35%～45%之间,并且颗粒沉积紧密,大小比较均匀。制备了大小为20 mm×20 mm,结构为Al/AZO/p-nc-Si∶H/i-nc-Si∶H/n-nc-Si∶H/p-nc-Si∶H/i-nc-Si∶H/n-c-Si/Al背电极的纳米硅薄膜类叠层太阳电池,通过I-V曲线测试,其VOC达到544.3 mV,ISC达到85.6 mA,填充因子为65.7%。

PECVD生长纳米硅薄膜的X射线衍射分析

等离子增强化学沉积生长的纳米硅薄膜是由纳米级尺寸的晶粒和晶界组成的厚度极薄的薄膜,采用X射线薄膜衍射法即X射线以低掠射角(1°～5°)入射,延长X射线在薄膜中的行程,同时将聚焦光路改为平行光光路,以提高来自薄膜的衍射强度,得到纳米硅薄膜的衍射峰。借此方法,研究了本征膜和掺磷薄膜的硅晶体结构及掺磷浓度对硅晶粒大小和晶格微观畸变的影响。

热处理温度及掺硼对富硅氧化硅发光的影响

利用等离子体增强化学气相沉积制备了未掺杂与掺硼富硅氧化硅薄膜。在高纯N2气氛中经过600℃、800℃和1100℃热处理,发现随着热处理温度的升高,富硅氧化硅薄膜的光致发光发生了明显红移。这表明薄膜的光致发光来源逐渐由薄膜中的发光中心演变为硅纳米晶。在经过1100℃热处理的未掺杂与掺硼样品中,掺硼样品光致发光强度有明显减弱,这是由俄歇复合效应引起的。此外,在ESR测试谱中,掺硼样品的g因子为2.0020,这表明掺硼可以在薄膜基体和硅纳米晶之间的界面引入发光中心。

基于高雾度BZO前电极的高效率非晶硅/纳米硅叠层电池的制备

利用自行设计开发的LPCVD设备和BZO生长工艺制备BZO导电玻璃,并用自行研发的工艺在其上制备非晶硅/纳米硅叠层电池,同时用相近工艺在商用FTO导电玻璃上制备电池,对两者进行比较。实验发现:在工业化生产可接受的条件下,自行开发BZO前电极电池的QE总电流密度可比高质量商用FTO前电极电池高约1mA/cm2;通过自行研发的工艺技术,成功解决BZO前电极+非晶硅/纳米硅叠层+银背电极结构电池的开路电压和填充因子过低的问题,所制备的BZO前电极电池初始效率最高可达12.2%。

Er离子注入的富硅SiO_2 MOS-LED的可见和红外电致发光特性

通过Er离子和Si离子注入并结合高温退火制备了Er掺杂的富硅SiO2薄膜以及ITO/SiON/富硅SiO2∶Er/Si MOS结构电致发光器件。研究了富Si浓度的变化对Er3+离子掺杂的电致发光器件的发光性能和传导特性的影响。发现不同Si含量对Er3+离子的不同能级的电致发光会产生不同作用。在富Si量小于5%的条件下,主要由Si离子注入产生氧空位缺陷发光中心(Si-ODC),它们和Er3+离子的高能级之间存在着共振能量传递,增强了Er3+离子的522 nm绿色发光峰强度。在富Si含量大于5%时,过量的Si在退火时形成了纳米硅微晶,电子在纳米硅微晶之间的隧穿改变了载流子输运机制,降低了过热电子的平均能量,导致Er3+离子的所有发光峰的猝灭。

熔融纺丝制备聚碳硅烷有机先驱体纤维

运用超声手段将碳纳米管(CNTs)掺混到聚碳硅烷(PCS)中,在先驱体转化法的基础上,通过熔融纺丝、空气不熔化等工艺过程制备出了直径18～20μm的有机混合纤维.研究了掺混CNTs后PCS纤维纺丝工艺的变化,并通过红外光谱及热分析的手段将掺混CNTs的PCS纤维与原PCS纤维进行对比,研究了掺混CNTs后PCS纤维在活化能、反应速率常数及预氧化程度上的变化.结果表明:相同的升温制度下,随着CNTs的加入,PCS纤维的预氧化程度提高了7.51%,PCS纤维的熔融纺丝温度提高了约5℃,压力增加约5个单位.

纳米复合在现代混凝土科学中的应用与发展

纳米复合技术是近代提高材料性能的重要手段。本文通过对现有的混凝土矿物掺和料中纳米粉体的特性及其对混凝土性能影响的分析,从混凝土组成和微结构变化的角度揭示了纳米粉体对混凝土性能改善的机理,进一步对纳米粉体作为混凝土矿物掺和料的应用前景和发展方向提出了如下观点:复合纳米粒子是矿物掺和料发展的必然趋势。

硅基材料的发光特性及机理

硅基发光材料及器件是实现光电子集成的关键,文章介绍了目前取得较大进展的包括多孔硅、掺铒硅、钠米硅等几种主要硅基材料的发光特性及发光机理。

Nb2O5—CoO—La2O3复合掺杂的BaTiO3基粉体改性研究

采用铌、钴、镧的金属有机盐(柠檬酸-EDTA复合螯合前驱液)掺杂法实现对氧化硅掺杂的纳米晶BaTiO2粉体的掺杂改性。实验结果表明：随着Nb、Co、La掺量的增加以及Nb／Co比的增大，陶瓷烧结体的烧成收缩以及密度增加，晶粒尺寸减小。随着Nb／Co比的增大，材料的铁电弛豫特性增加。当Nb／Co-2时，随着La掺量的增加，材料的铁电弛豫特性增加。当Nb／Co>2时，La掺量对材料的介电温度特性影响不大。当La掺量一定时随着Nb、Co复合掺量的增加，材料的铁电弛豫特性明显增强。烧结温度的升高，使杂质容易固溶进入BT中，固溶量的增大，使材料的铁电弛豫性能增加。

等离子体增强化学气相沉积法实现硅纳米线掺硼

用等离子体增强化学气相沉积 (PECVD)方法成功实现硅纳米线的掺B .选用Si片作衬底 ,硅烷 (SiH4 )作硅源 ,硼烷 (B2 H6 )作掺杂气体 ,Au作催化剂 ,生长温度 4 4 0℃ .基于气 液 固 (VLS)机制 ,探讨了掺B硅纳米线可能的生长机制 .PECVD法化学成分配比更灵活 ,更容易实现纳米线掺杂 ,进一步有望生长硅纳米线pn结 。

掺硼nc-Si:H薄膜中纳米硅晶粒的择优生长

利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)生长的系列掺硼氢化纳米硅(nc-Si:H)薄膜中纳米硅晶粒(nanocrystallinesilicon,简称nc-Si)有择优生长的趋势。用HRTEM、XRD、Raman等方法研究掺硼nc-Si:H薄膜的微观结构时发现:掺硼nc-Si:H薄膜的XRD只有一个峰,峰位在2θ≈47o,晶面指数为(220),属于金刚石结构。用自由能密度与序参量的关系结合实验参数分析掺硼nc-Si:H薄膜择优生长的原因是:适当的电场作用引起序参量改变,导致薄膜在适当的自由能范围内nc-Si的晶面择优生长。随着掺硼浓度的增加,nc-Si:H薄膜的晶态率降低并逐步非晶化。nc-Si随硅烷的稀释比增加而长大,但晶态率降低。nc-Si随衬底温度升高而长大,晶态率提高。nc-Si随射频功率密度的增大而长大,晶态率增大的趋势平缓。但未发现掺硼浓度、稀释比、衬底温度、射频功率密度的变化引起薄膜中nc-Si晶面的择优生长。