一种SOL-GEL制备钛酸锶钡(BST)薄膜新路线的工艺研究

研究利用钡、锶的碳酸盐代替醋酸盐,采用sol-gel技术制备Ba1-xSrxTi O3(BST)铁电薄膜的工艺过程.以碳酸钡、碳酸锶和钛酸四丁酯作原料,采用sol-gel工艺制备BST薄膜,对比研究了用两种混合溶剂制胶和制膜的工艺.通过XRD分析了薄膜的结构,用AFM测定表面形貌,结果表明,采用碳酸盐作为钡、锶的原料,用冰醋酸和乙二醇甲醚混合液作溶剂,可配制出澄清透明、能长时间放置的溶胶,并制备出膜厚均匀、表面光洁致密、没有裂纹的全钙钛矿相的BST薄膜.

阴极沉积法制备纳米TiO_2薄膜及微观形貌分析

本文以TiOSO_4为原料,以2024铝合金片基体作为阴极、Ti片作为阳极,以2.5V的恒电位电压阴极电沉积,使得TiO_2、部分[Ti_2O_5(OH)_2]_n、TiO(OH)_2·H_2O和Ti(OH)_2凝胶在基体表面沉积,最后将电沉积的薄膜在马弗炉中经400℃烧结4h,得到二氧化钛晶体膜。利用Nova NanoSEM 450扫描电镜对其进行了微观形貌分析,结果表明,本法制备的TiO_2薄膜尺寸较均匀,几乎完全达到纳米尺度级别。本实验流程简单,操作方便,是一种经济有效的制备纳米氧化钛薄膜的工艺。

中温固体氧化物燃料电池电解质材料及其制备工艺的研究发展趋势

综合介绍了中温固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cells,SOFCs)的电解质材料以及薄膜的制备工艺。中温SOFCs的工作温度应低于800℃,甚至低于750℃,为600～800℃。固体氧化物电解质的晶体结构基本上属于下列两类:面心立方的萤石型和立方型钙钛矿晶体结构。稳定ZrO2是萤石型结构电解质的一个典型代表。8%(摩尔分数,下同)氧化钇稳定氧化锆(8% in mole Y2O3 stabilized ZrO2,8YSZ),其在1000℃左右才有可观的离子电导率(0.1S/cm)。在800℃,氧化钪掺杂氧化锆(Zr0.9Sc0.1O1.95,scandia doped zirconia,SSZ)的电导率(0.1S/cm)比Zr0.9Y0.1O1.95(10YSZ)的(0.03S/cm)高得多。Sm掺杂的CeO2(samarium doped ceria,CSO)电解质有希望应用于中温SOFCs。Sr和Mg掺杂LaGaO3(LSGM)氧离子导体已成为中低温SOFCs重要候选电解质材料。改进氧化锆基电解质的电导性能的另一个途径是薄膜化。厚度小于10μm的YSZ基SOFCs,在800℃,0.8V时的功率密度可达800mW/cm2。薄膜比厚膜能提供更好的化学均匀性和更易控制成分。SOFCs要求精细和尺度小时,通常选择薄膜;而低成本和大尺寸时,通常选择厚膜。成本较低的膜成型工艺有等离子喷涂、胶态成型工艺、流延成型、冷冻干燥成型、丝网印刷和真空泥浆浇注等。

Bi-Te基薄膜热电材料的研究进展

热电材料是一种能够实现热能与电能直接转换的功能材料,由于无法有效降低块体热电材料的热导率,其性能研究进展缓慢。自上世纪90年代初Hicks等提出了低维化能够显著提高热电材料性能的理论后,薄膜热电材料开始受到广泛关注。低维化提高材料性能的原因主要是材料在低维化后能够产生量子限制效应,使得电子在被压缩维度的运动受到限制。首先,在费米能级附近,与Seebeck系数呈正相关的电子态密度会增大,导致低维热电材料的Seebeck系数相比块体材料显著增大。其次,与块体材料相比,薄膜材料存在更多能够散射声子的晶界,能有效降低晶格热导率。在这两种效应的共同作用下,材料的热电优值(ZT值)能够显著增大。低维热电材料的研究初期主要是通过数学模型和数值计算,从理论上证明量子效应会影响材料的Seebeck系数和电导率,且能实现二者的独立控制,从而提高材料的ZT值。后期的实验数据证明,通过合适的热处理工艺能够有效降低薄膜材料的缺陷,提高其综合性能。因此,热处理工艺的改进对性能的提升也非常重要。热电材料性能的提升离不开制备工艺的进步。为了获得低维化的热电材料,多种薄膜材料制备工艺被用于样品的制备,且不同的制备工艺各有优缺点。Bi-Te基合金不仅可用于低温发电还可用于低温制冷,是目前应用最广泛的低温热电材料,虽然其块体状态下的热电性能研究已趋于完善,但其薄膜状态下热电性能的理论研究还相差甚远,因此Bi-Te基低温薄膜热电材料成为研究热点。本文介绍了国内外采用不同制备工艺生长Bi-Te基热电薄膜材料的发展状况以及热电性能测试方法,提出了在目前发展薄膜热电材料时需要重点关注的方面,并对低维热电材料的发展方向进行了阐述。