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。

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。

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.

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_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。

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。

镍掺杂对Ca_3Co_4O_(9+δ)基陶瓷显微结构和电输运性能的影响

采用溶胶-凝胶与热压相结合的方法制备了镍掺杂Ca_3Co_4O_(9+δ)基热电陶瓷,研究了镍掺杂量对其显微结构和电输运性能的影响。结果表明:随着镍掺杂量的增加,Ca_3Co_4O_(9+δ)基陶瓷的晶粒尺寸减小、织构含量降低、取向度下降;镍掺杂后使陶瓷晶界散射增强,导致电阻率和泽贝克系数增大,而功率因子降低,说明镍掺杂降低了该陶瓷的电输运性能。

复杂网络电输运性能与通信序列熵之间的关联

网络的电输运性能优化,不仅有助于理解网络的结构与功能关系,而且对于提升电气工程技术也有着非常重要的意义.从信息的角度看待网络,寻求影响网络电输运性能的信息结构测度是解决这一问题的有效途径.最近的研究表明,复杂网络的通信序列熵可以有效地量化网络的整体结构信息.本文将探讨其表征网络电输运性能的能力,其中主要研究了小世界网络、无标度网络、关联无标度网络、社团网络以及IEEE57等节点网络的通信序列熵和电输运性能之间的关联特性.研究结果表明,对于以上这些网络,它们的电输运性能是关于通信序列熵的单调递增函数,与通信序列熵成正关联特性.该规律的发现为设计高传输效率的电力网络提供了一个有效的策略,即可以通过提高网络的通信序列熵来优化其电输运性能.

Bi_(2)Te_(3)基热电材料的电输运性能研究进展

Bi_(2)Te_(3)基化合物是热电领域的代表性材料之一,被广泛应用于余热发电、固态制冷、温度探测等方面.该类材料具有复杂的能带结构,利用强自旋轨道和能带反转,有望对Bi_(2)Te_(3)基材料的热电性能实现优化.通过分析对比近些年Bi_(2)Te_(3)基材料的能带结构计算数据与部分实验结果,总结了Bi_(2)Te_(3)、N型Bi_(2)Te_(3-x)Se_(x)和P型Bi_(2-x)Sb_(x)Te_(3)材料的能带结构的特点,影响能带结构以及电输运性能的关键因素.相关结论将为提高Bi_(2)Te_(3)基材料的热电性能提供依据.

双钙钛矿氧化物Sr_(2)FeMoO_(6)的合成及其电输运性能研究

双钙钛矿氧化物Sr_(2)FeMoO_(6)在室温情况下具有较高的隧穿磁电阻效应,是室温自旋电子学器件的候选材料之一。为了详细地研究该材料的性能,采用溶胶-凝胶法通过调节溶液pH=10合成Sr_(2)FeMoO_(6)。通过X射线粉末衍射仪对其晶体结构进行测定,测量结果表明所制备样品为纯相,空间群为I4/m。通过观察SEM图发现样品结晶度较好,晶界清晰,但孔隙明显。从输运特性曲线可以看出:在不加磁场的情况下,样品表现出半导体性;加磁场后,表现出金属性;这些现象主要与样品的反位缺陷和结晶度有关。在低温5 K下,样品具有明显的铁磁性和较小的矫顽场,其饱和磁矩值为3.44μ_(B)/f.u。该材料在电极材料方面具有潜在的应用前景。

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。

双掺杂Ba_xAg_yCa_(3-x-y)Co_4O_9氧化物的织构与电输运性能

采用柠檬酸溶胶凝胶和放电等离子烧结制备了Ca位双掺杂型的BaxAgyCa3-x-yCo4O9烧结体,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、电阻率测试仪等研究了烧结体相组成、取向度、织构及电性能.结果表明:含Ag的掺杂试样中出现了偏离化学计量比分布的Ag单质,掺杂试样取向度随Ba与Ag掺杂量之比x/y的增大而提高,含Ag的掺杂试样取向度低于未掺杂试样,不含Ag的掺杂试样取向度高于未掺杂试样.x=y=0.1的试样导电机理发生变化.Ba,Ag掺杂量相等的试样保持较低取向度的同时具有较低的电阻率,在973K时达到最低值(7.3mΩcm),而取向度最低的Ag单掺杂试样电阻率在所有试样中最低,在973K时为6.3mΩcm.

应变加载下Si纳米线电输运性能的原位电子显微学研究

半导体纳米材料超大的弹性极限使其物理性能具有很宽的调谐范围,被认为是应变工程理想的研究材料,引起了人们广泛的关注.本研究中,利用聚焦离子束技术从p型Si的单晶薄膜上切割出?100?取向的单根纳米线,在透射电子显微镜中利用纳米操控系统对其加载弯曲形变,同时实时监测其电流-电压曲线的变化,研究弯曲应变对其电学性能的影响.结果表明,随着应变的增大,纳米线输运性能明显增强,当应变接近2%时,输运性能随应变的提升接近饱和;当应变达到3%以后,输运性能有时会略微下降,这可能由塑形事件导致的.本实验结果可能会对Si应变工程起到重要的参考意义.

MnTe单晶薄膜的外延制备、本征点缺陷结构及电输运优化

砷化镍型MnTe化合物是一类重要的环境友好p型中温热电材料.低空穴浓度是制约MnTe热电材料性能优化的关键因素,目前对于MnTe热电材料的性能优化缺乏系统的实验研究.本文采用分子束外延技术制备MnTe薄膜,并用扫描隧道显微镜表征其本征点缺陷,最终通过本征点缺陷的调控实现了MnTe的电输运性能大幅优化.结果表明,Mn空位(V_(Mn))和Te空位(V_(Te))是MnTe薄膜的主要本征点缺陷结构.随着薄膜生长温度(T_(sub))的提高或Mn∶Te束流比的降低,MnTe薄膜的空穴浓度得到了大幅提升,最高空穴浓度可达21.5×10^(19)cm^(–3),比本征MnTe块体获得的数值高一个数量级.这归因于MnTe薄膜中p型V_(Mn)浓度的显著增加,并引起电导率和功率因子的显著提升.最后,在T_(sub)=280℃以及Mn∶Te=1∶12条件下生长的MnTe薄膜获得了所有样品中最高的热电功率因子,在483 K达到1.3μW·cm^(–1)·K^(–2).本研究阐明了MnTe中存在的本征点缺陷结构特征及其调控电输运的规律,为进一步优化MnTe材料的空穴浓度和电输运性能提供了借鉴.