AZ91镁合金中变形孪晶与析出相交互作用结构的电子显微学研究

本文综合利用透射电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM)及高分辨透射电子显微镜(high resolution transmission electron microscope,HRTEM)电子显微表征技术,对冲击变形时效AZ91镁合金中变形孪晶与β⁃Mg17Al12析出相交互作用引发的变形结构进行了观察和表征。结果表明:(1)β析出相阻碍{1012}孪晶生长使其界面形成台阶结构导致孪晶板条呈现粗细不均的形貌,更严重的交互作用可导致孪晶界发生大角度弯折,同时诱发基体中扭折带的形成以协调孪晶变形;(2){1011}孪晶与β析出相的交互作用会产生局域应力集中,导致连锁诱发{1012}孪晶形核,表明孪晶与析出相的交互作用可以促进孪晶形核。

原子分辨的材料力学行为实验系统与晶界塑性原子机制

原子分辨的材料力学性能实验方法具有原子分辨功能,可实现外力作用下材料的组织结构与缺陷相互作用,以及微观结构在时间-空间演化过程的观测。受制约于高空间分辨电子光学系统的要求,透射电子显微镜的物镜极靴空间极小,原子分辨的原位力学实验系统在国际领域长期没有突破,基本属于空白。本文综述了研究小组近二十年来围绕原子分辨材料力学行为的研究工作,包括研发原子分辨的材料力学行为实验系统,在实验系统基础上发展的实验方法及开展的相关科学研究。科学研究主要在多晶金属中的晶界塑性原子机制方面取得的较系统的工作,包括发现晶粒转动位错攀移机制、晶界滑移机制、晶界位错攀移与阶错(disconnection)反应机制、晶界位错锁形核与解锁机制、晶界迁移与扩散机制、晶界发射偏位错形核孪晶机制、孪晶界位错塞积与位错交滑移机制等。上述实验系统和相关科学仪器研发上取得的进展为原子尺度动态观测材料弹塑性力学行为和界面弹塑性机制的研究提供了方法学基础。晶界塑性原子机制的科学发现有助于发展先进结构材料体系。

小尺寸金属纳米线力学行为的原位电镜研究进展

金属纳米线在信息采集、存储以及超灵敏传感器等方面被广泛应用。在实际应用中,金属纳米线常处于应力状态下,对关键器件的性能稳定性有直接影响。原位研究金属纳米线在应力作用下的塑性变形原子机制是确保重要元器件在复杂环境下依旧保持稳定的物理性能输出的实验依据。本文介绍了纳米力学原位实验技术的研究进展和纳米材料力学性能曲线的测量策略;在此基础上,从材料的尺寸效应出发,总结了不同直径尺寸金属纳米线的位错、孪晶、表面原子扩散等变形机制与纳米线力学性能之间的相关性;展望了小尺寸金属纳米线原位纳米力学技术和原位实验研究的发展方向。

紫外光辐照下CH3NH3PbI3基钙钛矿太阳能电池失效机制

随着光伏产业的不断发展,有机无机杂化钙钛矿太阳能电池的研发成为科学与工业界广泛关注的焦点。到目前为止,其光电转换效率已经提高到了25.2%,成为替代硅基太阳能电池的核心方案之一。然而,钙钛矿太阳能电池的稳定性较差,容易受到环境中氧气、水分、温度甚至光照的影响,这严重制约了其大规模推广与应用。大量科学研究表明,如何避免紫外辐照下有机无机杂化钙钛矿太阳能电池的性能衰减,对于提高钙钛矿太阳能电池的光照稳定性至关重要。然而到目前为止,仍然没有系统的工作来对紫外辐照下钙钛矿太阳能电池性能以及微结构演化过程进行详细的表征与分析。本文中,我们利用聚焦离子束-扫描电子显微分析(FIB-SEM)以及球差校正透射电子显微分析(TEM)等技术,全面地研究了紫外辐照过程中有机无机杂化钙钛矿太阳能电池性能变化规律以及电池微结构演化特征。实验结果表明,紫外辐照过程中太阳能电池内部会形成0.5-0.6 V的内建电场,钙钛矿中的I;离子在电场的驱动下向金属Au电极和空穴传输层2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’-螺二芴(Spiro-OMeTAD)一侧迁移;随后,空穴传输层与金电极的界面处,碘离子与光生空穴一起与金电极发生反应,将金属态Au氧化成离子态Au;。而Au;离子则在内建电场的驱动下反向迁移穿过钙钛矿MAPbI;层,直接被SnO;和MAPbI;界面处的电子还原形成金属Au纳米团簇。除此之外,紫外辐照过程中钙钛矿太阳能电池性能降低的同时,往往伴随着Spiro-OMeTAD与钙钛矿界面处物质迁移、钙钛矿薄膜内晶界展宽以及Au纳米颗粒周围MAPbI;物相分解等现象。以上各种因素的协同作用,共同导致了紫外光照下有机无机杂化钙钛矿太阳能电池光电转换性能(PCE)、开路电压(V;)以及短路电流(J;)等性能参数的急剧下降。

空气下光诱导有机金属卤化钙钛矿薄膜的降解机理

近几年来钙钛矿材料作为新兴光伏材料取得了巨大的发展进步,但有机无机杂化钙钛矿较差的环境稳定性限制了它的大规模应用。因此深入研究钙钛矿材料的降解机制有助于开发更稳定的钙钛矿光伏器件。本文基于透射电子显微学的微观形貌观察、晶体结构及元素成分表征,详细研究了杂化钙钛矿CH3NH3PbI3薄膜在光照以及空气共同作用下的降解机理。研究发现,光诱导下CH3NH3PbI3薄膜会与空气中的氧气发生交互作用,同时生成六方晶态PbI2甚至氧化为非晶态化合物PbI2-2xOx (0.4 <x <0.6),而其衰减位点主要存在于薄膜与空气接触的表面。降解过程中,由于存在着挥发性分解产物(I2,CH3NH2)的大量丢失,薄膜的表面会产生许多小孔洞,继而形成一种蜂窝状的介孔衰竭通道。而这种衰竭方式主要与光照下钙钛矿中光生电子与氧气结合形成超氧根自由基(O2·-)有关,该基团诱导了CH3NH3PbI3向PbI2和非晶氧化态的转变。本文揭示了空气中光照诱导钙钛矿薄膜的降解机理,这将为未来设计和优化更稳定的钙钛矿太阳能电池提供全面的实验数据与理论支持。

有机无机掺杂钙钛矿太阳能电池界面的光氧失稳机理研究

有机无机杂化钙钛矿材料因其优异的光电性能在光伏领域引起了广泛关注并获得巨大的发展。但钙钛矿太阳能电池在环境条件下的稳定性,尤其是光稳定性,严重限制了它的商业化应用。本文基于透射电子显微学的微观形貌结构及元素成分的表征,并结合性能参数的测试,详细研究了有机无机杂化钙钛矿太阳能电池在空气中光照条件下的衰退过程。研究结果表明,在光照条件下,钙钛矿太阳能电池内部形成的光生电压会诱导如碘离子等离子的迁移,而离子的迁移会造成钙钛矿层内元素分布不均匀,同时也会导致金属电极被腐蚀进而形成孔洞。另外,空气中氧气也会进入电池当中并导致钙钛矿层与电子传输层的界面处出现严重降解,并形成孔洞,从而影响了界面处的载流子传输,导致电流密度下降,进而影响电池的转换效率。

稀土掺杂卤化铅钙钛矿的制备、性能与辐射探测器

近年来卤化铅钙钛矿由于优异的半导体特性,在光伏器件、光电探测器等领域展现了优异的性能,成为材料科学的研究热点。稀土元素掺杂卤化铅钙钛矿是改善其性能的一种有效途径。本文从材料制备、掺杂结构与性能、辐射探测器等方面综述了稀土掺杂卤化铅钙钛矿的最新研究进展。稀土掺杂引入了新的发光中心和能级,产生新的发光特性、提高了钙钛矿晶体的结晶度和半导体性能。因此,稀土掺杂可以进一步提高卤化铅钙钛矿辐射探测器的性能。

AZ31镁合金拉伸扭折带结构的产生及交互作用机制

利用TEM结合SAED花样,对室温轧制变形AZ31镁合金中拉伸扭折带结构及交互作用的形貌和晶体学特征进行了系统的研究。在镁合金塑性变形过程中,当外力不利于常见的孪晶形成及位错滑移时,扭折带作为一种补充的变形方式可以继续协调hcp结构的拉压不对称特性,对材料宏观塑性有着重要的影响。结果显示,hcp结构在与基面呈小角度的拉应力作用下,会形成基面位错对,并向相反方向运动,进而形成以{101ˉ2}晶面为界面的拉伸扭折带。拉伸扭折带界面与基体基面的夹角约为43°。位错在不同变形结构的交互作用过程中起到了非常重要的作用,通过位错的作用可以调节变形结构的形态及晶体学取向,进一步提升材料的塑性。

白光及紫外光辐照下甲氨碘化铅基钙钛矿太阳能电池降解机制差异

本工作实验对比了可见光以及紫外光辐照下甲氨碘化铅(CH_(3)NH_(3)PbI_(3)即MAPbI_(3))基钙钛矿太阳能电池器件性能及微结构演变特征差异.结果表明可见光辐照下钙钛矿太阳能电池器件中MAPbI_(3)层发生降解的同时,伴随着Au元素从金属电极一侧向MAPbI_(3)和电子传输层SnO_(2)的界面处迁移现象.但相较于紫外光,可见光辐照下器件中Au元素的迁移速率慢30倍左右.这是由于器件电子传输层SnO_(2)具有较低的价带顶位置(-8.4 eV),它吸收紫外光激发出强氧化性的空穴h^(+),氧化碘离子I-生成I原子.而I原子会对金属电极层产生较大的破坏作用,促进Au^(+)离子的形成.因此可见光辐照下,尽管器件开路电压Voc一直保持较高的数值,但是Au元素的迁移以及钙钛矿层的分解,会引起短路电流密度Jsc的快速降低.本文为钙钛矿太阳能电池光照不稳定性的机理解释,提供了全新的理论依据.

当谈论球差校正透射电镜时,我们在谈论什么?

透射电子显微镜(简称透射电镜)是能够直观分析材料微结构的最重要工具之一。在透射电镜近百年的发展历史中,近些年来球差校正透射电镜的研发与应用乃是最具革命性的发展,不但进一步延伸了通向微观世界之路,更为材料科学的快速发展提供了关键的工具与研究方法。文章通过介绍球差校正透射电镜的原理、优势、应用及发展,来回答“什么是球差校正透射电镜”,“球差校正透射电镜有什么突出作用”,“球差校正透射电镜除了拍原子还能做什么”这三个问题。