外延生长的SrTiO_3/DyScO_3薄膜的微结构研究

利用激光分子束外延技术在DyScO3（DSO）衬底上异质外延生长了SrTiO3（STO）薄膜.采用原位X射线衍射方法在20~300 K范围内测量了低温下薄膜的热膨胀系数;讨论了应变与晶格失配之间的关系.薄膜的晶格参数在80 K的异常变化可能预示着结构相变的存在.高分辨X射线衍射用来分析样品中存在的两种位错：剪切位错和螺旋位错.结果显示,总的螺旋位错密度要比剪切位错密度大得多.我们认为螺旋位错是样品生长过程中的主要缺陷;剪切位错密度随着样品厚度的增加而增加.这两种位错密度之间的比例关系决定了薄膜的生长模式.

C轴压力下ZnO晶体结构及电子性质的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法对ZnO晶体在c轴取向压力作用下的晶体结构、电子结构的变化进行了研究.结果表明,当压力在0～6 GPa区间时,晶格参数呈线性变化,带隙随压力增大而增大,显示弹性应变特征;当压力从6 GPa增大到10 GPa的过程中,晶体结构有了较大变化,出现了介于常压下纤锌矿结构和等静压高压下NaCl结构之间的类石墨结构(Graphitelike structure).伴随着这一结构相变,ZnO的晶格参数,能隙和态密度等电子结构出现了较大跃变.

纳米复相锌铁氧体的隧道结构与相变动力学分析

采用sol-gel方法制备了ZnFe2O4/Fe2O3纳米复相铁氧体.利用X射线衍射,高分辨电镜(HREM)对样品的结构进行了分析.结果表明,复相锌铁氧体是形成隧道结构的必要条件;伏安曲线和磁电阻效应等从性能上说明复相锌铁氧体具有隧道磁电阻的特性;HREM直接观测到复相锌铁氧体形成隧道结构,其中绝缘层α-Fe2O3位于晶界处,从相变动力学分析中,也证实了α-Fe2O3是由ZnFe2O4晶界或表面控制的析晶,位于晶界处.

Fe_2O_3对锌铁氧体隧道结构和磁性能的影响

利用X射线衍射和高分辨透射电镜(HRTEM)分析和观测了ZnFe2O4/Fe2O3纳米复相铁氧体的结构,研究了Fe2O3对ZnFe2O4/Fe2O3纳米复相铁氧体的结构和磁性能的影响.结果表明:过量的Fe2O3是在复相锌铁氧体内形成隧道结构和隧道磁电阻(TMR)的必要条件;在复相锌铁氧体中α-Fe2O3位于晶界处,形成隧道结构的绝缘层;复相锌铁氧体具有非线性的伏安曲线和TMR效应;单相锌铁氧体具有线性伏安曲线和一般铁氧体磁电阻效应;复相锌铁氧体的相变动力学表明α-Fe2O3是由晶界或表面控制的析晶.

铁电磁体Pb(Fe_(1/2)Nb_(1/2))O_3单晶高温熔液法生长及其结构特征研究

采用高温溶液晶体生长法,选择PbO为助熔剂,以缓慢冷却法获得过饱和度并施以温度振荡,生长出典型尺寸为3mm×3mm×3mm的铁电磁体Pb(Fe1/2Nb1/2)O3单晶。用变温X射线衍射和变温Raman光谱研究了Pb(Fe1/2Nb1/2)O3单晶的结构对称性。结果表明:Pb(Fe1/2Nb1/2)O3在实验的最低温度80K到铁电相变温度383K之间均为菱面体结构。在反铁磁相变温度Nel点以上,Pb(Fe1/2Nb1/2)O3体对角线逐渐变短,而在该温度以下,其结构没有变化。在测量的温度20～200K范围内,Raman光谱的峰位不随温度变化,说明其结构在该温度范围内没有明显变化。实验结果将有利于进一步研究铁电磁体的形成机制。

高压下NaBH4和NaBH6的电子能带和声子结构的第一性原理计算研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法和基于进化算法的晶体结构搜索,研究了配位型储氢材料NaBH4和NaBH6在高压下的结构相变,讨论了高压稳定相的电子能带结构和晶格动力学性质。高压下的NaBH4表现出绝缘特征,其带隙约为5 eV,与金刚石的带隙宽度接近,为超宽带隙(UWBG)材料。随着H比例的提高,高压下的NaBH6显示出金属性,表明高压下的NaBHn材料可通过H含量来调制绝缘-金属转变。声子谱的计算还表明,该系列材料具有高达约1000 cm−1 (约30 THz)的声子带隙,可作为潜在的声子晶体材料用于调制太赫兹频段弹性波的传播。

平衡调制集成DFB激光器的理论和实验研究

非线性失真严重制约了直接调制DFB激光器的应用,平衡调制技术能够有效抑制非线性失真。理论分析了平衡调制技术抑制非线性失真的原理。将平衡调制的两个DFB激光器集成在同一个芯片上,并封装在同一个管壳内实现了平衡调制集成(IDPM)DFB激光器,基于IDPM DFB激光器设计了光载微波(Ro F)链路。实验证明该方法能够明显抑制激光器的非线性失真。该方案减小了平衡调制激光器的体积,降低了制作成本,提高了稳定性,进一步拓展了直接调制DFB激光器的应用范围。

CuWO_(4-x)/Bi_(12)O_(17)Cl_(2)梯型异质结增强PMS活化性能用于高效抗生素去除

利用光催化剂中产生的光生电荷活化过一硫酸盐(PMS)用于抗生素等污染物的去除,由于结合了光催化反应和PMS活化的独特优势,近年来引起了广泛的关注。然而,对于单一光催化剂,严重的光生电子空穴对的复合限制了其活化PMS的效率。于此,本文构建了CuWO_(4-x)/Bi_(12)O_(17)Cl_(2)光催化剂,通过梯型异质结促进电荷分离,实现高效PMS活化。通过X射线衍射仪技术(XRD)、高分辨透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和紫外-可见漫反射光谱(UVVis)等分析手段对所制备催化剂的形貌和结构进行了详细的表征。另外,通过在可见光照射下降解四环素(TC),系统地研究了CuWO_(4-x)/Bi_(12)O_(17)Cl_(2)的催化活性。结果发现,与CuWO_(4-x)和Bi_(12)O_(17)Cl_(2)相比,CuWO_(4-x)/Bi_(12)O_(17)Cl_(2)表现出了明显增强的四环素降解活性:在加入微量的PMS及可见光照射30分钟后,对四环素的降解效率达到了94.74%。X射线光电子能谱以及捕获实验结果表明,CuWO_(4-x)/Bi_(12)O_(17)Cl_(2)复合材料遵循梯型异质结电荷迁移机制。得益于梯型异质结的构建,CuWO_(4-x)/Bi_(12)O_(17)Cl_(2)光催化剂中电子和空穴的传输与分离效率得到显著提高,同时还能保持复合材料最佳的氧化还原能力。此外,对比反应前后样品的X射线光电子能谱结果,发现铜离子和氧空位也参与PMS活化,这将促进反应中活性自由基的产生,从而进一步提高了TC的降解效率。本研究为合成可高效活化PMS和降解抗生素的梯型异质结光催化剂提供了新的思路。

半金属磁性材料

半金属材料的一个重要特征为具有高达100%的传导电子自旋极化率。半金属磁性材料是一种具有极大的应用潜能的自旋电子学材料。本文从半金属性的来源、材料的晶体结构、半金属的电子态和电磁特性等不同角度对半金属材料进行了系统分类。对现已发现的几种半金属材料的基本性质和原子结构特征进行了综述。分别对5种传导电子自旋极化率的测量方法进行了分析和讨论。

微波固相剥离法制备功能化石墨烯及其电化学电容性能研究(英文)

通过微波固相剥离氧化石墨制备了功能化石墨烯材料。石墨烯的剥离,是由于微波加热过程中氧化石墨烯片上的官能团分解为CO2和H2O,产生的压力超过了片层间的范德华力。形貌表征显示了石墨烯的有效剥离和纳米孔结构的形成。红外光谱分析结果表明微波剥离的功能化石墨烯仍然有少量的官能团残留。N2等温吸附-脱附测试结果表明样品具有高比表面积(412.9m2·g-1)和大孔容(1.91cm3·g-1)。电化学测试结果表明功能化石墨烯具有良好的电化学电容行为和207.5F·g-1的比电容。

介孔碳纳米纤维-硫作为锂硫电池正极材料(英文)

锂硫电池的商用化受到硫和多硫化锂低的电导率、多硫化锂在有机电解液中的溶解、放电过程中硫的体积膨胀等因素的制约。我们通过自模板法制备了具有石墨化孔壁结构的介孔碳纳米纤维(MCNF),并利用这种结构将硫和多硫化锂封装在碳骨架内。具有石墨化孔壁结构的一维MCNF能够在循环中为硫和多硫化锂提供良好的导电网络。MCNF中小的介孔能够抑制长链多硫化锂的扩散。另外,MCNF大的孔容能够负载比较多的硫,并且能够为硫的放电膨胀提供足够的纳米空间。本工作制备的MCNF-硫纳米复合材料在0.8 A·g-1的电流密度下,经过100次循环后仍有820 mAh·g-1的比容量。

石墨烯-氧化钌纳米复合材料的水热法合成及电化学电容性能(英文)

通过水热法制备了石墨烯-氧化钌(G-RuO2)纳米复合材料。对样品进行了X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)和能量色散谱(EDS)表征。SEM结果表明氧化钌粒子均匀地分散在石墨烯层片上。TEM结果显示氧化钌纳米粒子的平均粒径约为3 nm。对样品进行了循环伏安和充放电性能测试,结果表明在1 A.g-1的电流密度下,样品在H2SO4(1 mol.L-1)溶液中具有219.7 F.g-1的比电容。

石墨烯包覆碳纳米管-硫(CNT-S)复合材料及锂硫电池性能

针对锂硫电池研究与实际应用中遇到的主要问题,本文通过一种简单有效的水热法还原氧化石墨烯对商用碳纳米管-硫(CNT-S)纳米复合材料进行包覆,形成一种可有效抑制多硫聚合物扩散的石墨烯包覆结构。X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)表征结果表明硫均匀地负载在碳纳米管上,并且在CNT-S复合材料外表面包覆有一层石墨烯。电化学测试结果表明,这种包覆结构能显著提高CNT-S复合材料的锂硫电池性能。

Cu－Al－Zn－Ni合金中与界面运动有关的内耗

用静电激励法和压电组合振子法测量了Ｃｕ－Ａｌ－Ｚｎ－Ｎｉ合金中与界面粘滞运动有关的内耗行为，导出了与界面粘滞运动有关的内耗公式．得到了形状记忆合金中对记忆效应起重要作用的参数（加粘滞系数、钉扎力常数等）

Ⅱ类超导体制冷效应的热力学分析

以超导热力学唯象理论为基础 ,讨论了Ⅱ类超导体样品当外场从 0增加到临界场Hc2 (T)过程中的制泠效应 .结果表明 :样品从Meissner态到低场混合态和从高场混合态到正常态相变为二级相变 ,无制冷效应 ,但是样品处在混合态区域时因外场增加有可能产生制冷效应 ,因而该区域是超导制冷实验研究的重点 .

5d过渡金属氧化物—Weyl半金属奇异量子物性研究

绝缘体系统的拓扑量子行为是当前物理学领域的焦点。那么没有能隙的金属体系是否也有拓扑非平庸行为呢?答案是肯定的,5d过渡金属元素既有着大的自旋轨道耦合,又有着不可忽略的电子关联作用,由其构成的材料体系因而具有奇异的量子物性。本文先简介人们最近关注的几类5d材料,着重讨论烧绿石结构铱(Ir)氧化物(A2Ir2O7,其中A=Y或稀土元素)。我们通过第一性原理计算结合有效模型成功地预言了这一大类磁阻挫材料的基态磁构型,并预言A2Ir2O7是Weyl半金属。我们发现和拓扑绝缘体一样,作为一种新型拓扑量子态,Weyl半金属态也具有其拓扑性质:Weyl点是受拓扑保护稳定的;Weyl半金属有着受拓扑保护的表面态,即非闭合的费米面(Fermi arc);它对外场的响应也由其拓扑性质决定(只与Weyl点的位置有关,和能带的细节无关)。我们进一步预言尖晶石结构锇(Os)氧化物(AOs2O4,其中A=Ca或Sr)是有着特别磁电响应的Axion绝缘体。最后我们讨论了电子关联、自旋轨道耦合、磁序结构对钙态矿结构锇氧化物的影响,进一步确定NaOsO3是由磁序导致金属–绝缘体相变的Slater绝缘体。

颗粒膜的研究

颗粒膜的研究ＡＳｔｕｄｙｏｎＧｒａｎｕｌａｒＦｉｌｍｓ￥／／都有为（南京大学微结构国家实验室，教授南京２１０００８）颗粒膜（ＧｒｏｎｕｌＱｒｆｉｌｍｓ）是微颗粒嵌人薄膜中所构成的复合薄膜，是一类人工功能材料，它兼具微颗粒与薄膜双重特性。原则上，任意两...