Ca掺杂ZnO氧化物的电子结构与电性能研究

基于密度泛函理论广义梯度近似第一性原理计算的方法,系统研究了Ca掺杂ZnO氧化物的晶格结构和电子结构,在此基础上分析了其电学性能。结果表明,Ca掺杂ZnO晶胞减小。Ca掺杂氧化物仍为直接带隙半导体材料,带宽达1.5 eV。掺杂体系费米能级附近的能带主要由Cas态、Cap态、Znp态和Op态电子构成,其中p态电子对价带态贡献最大,且Cas态、Znp态和Op态电子之间存在着更强的相互作用。Ca掺杂ZnO氧化物费米能级EF附近载流子浓度增加,运动速度减小,有效质量增加,导电机构为Cas态、Znp态和Op态电子在价带与导带的跃迁,具有更高的电导率,较高的Seebeck系数和综合电性能。

Cu掺杂氧化锌氧化物的热学性能

基于线性响应的密度泛函微扰理论研究了Cu掺杂纤锌矿结构氧化物ZnO的热学参数和热学性能。结果表明,Cu掺杂导致ZnO氧化物晶胞减小;在计算温度区间,纯的ZnO和Cu掺杂的ZnO的晶格热容均随温度升高不断增大,Cu掺杂的ZnO具有较高的晶格热容;纯的ZnO和Cu掺杂ZnO的晶格热容在最高温度900K时分别达到69.1J·(mol-1·K-1)和152.8J·(mol-1·K-1)。纯的ZnO和Cu掺杂ZnO的德拜温度均随温度升高而不断增大;在175K以下,Cu掺杂ZnO体系的德拜温度高于未掺杂体系,在175K以上,Cu掺杂ZnO体系的德拜温度低于未掺杂体系。Cu掺杂在ZnO中引入了新的振动模式。Cu掺杂ZnO氧化物应具有较高的晶格热导率。

烧结工艺对Ca_3Co_4O_9基热电氧化物电性能的影响

采用溶胶-凝胶化学法合成了Ca3Co4O9热电氧化物粉末,分别采用陶瓷烧结工艺方法和放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,SPS)的方法制备了Ca3Co4O9热电氧化物块体材料。利用X射线衍射XRD、扫描电子显微镜SEM和电输运参数测试仪分析了所得样品的物相、微观组织结构、晶粒取向度和电输运性能。结果表明,不同制备方法均可得到纯相的Ca3Co4O9热电氧化物块体材料;通过陶瓷烧结工艺方法制备的Ca3Co4O9热电氧化物块体晶粒取向度较低,但随着成型压力的增加而提高;SPS烧结的方法制备的Ca3Co4O9热电氧化物块体晶粒取向度最高;试样电性能随着晶粒取向度的提高逐渐提高,其中SPS烧结方法制备的块体材料电性能最高,在测试温度最高点700℃时功率因子达3.85μWmK-2,远高于普通烧结试样。

温度及组成对Sn/C锂电池负极材料性能影响的研究

利用高压静电纺丝技术与碳热还原相结合,由聚合物(PAN)与含锡无机盐(SnCl_2)制备复合Sn/C复合纳米纤维材料。对不同配比的纺丝液、不同的热处理温度制备的Sn/C复合材料,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和红外光谱仪(IR)等对其结构及性能进行研究,并以其为负极材料制备锂电池,测试其容量和循环性能。研究表明,在700℃,SnCl_2/PAN的比例为1∶1时获得的Sn/C纳米纤维具有最佳性能,经过20个循环后,其容量仍保持745.9mA·h/g,是第二个循环容量的97.8%。

ZnO氧化物的电子结构与热学性能的研究

采用密度泛函理论基础上的平面波超软赝势第一性原理计算的方法研究了纤锌矿结构热电氧化物ZnO的电子结构和热学性能。电子结构计算结果表明,纤锌矿结构的ZnO存在着约1.0eV的直接带隙,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;靠近价带顶的能带中的电子主要为p态电子,靠近导带底的能带中的电子主要为p,d态电子。体系分态密度计算结果表明,费米能级附近的能带主要由Znp,Znd和Op态电子构成,且Znp和Op态电子之间存在着很强的杂化作用。声子态密度及分布计算结果表明,体系晶格振动频率主要集中在3～10THz和10～12THz范围之内,其中振动频率约为11THz的振动模式在体系中数量较多,主要为光学波声子。热电性能理论分析结果表明,ZnO基热电氧化物应该具有较高的Seebeck系数和热电性能。

稀土掺杂对CaMnO_3氧化物电传输性能的影响

采用柠檬酸溶胶凝胶结合陶瓷烧结工艺制备了Ca位掺杂稀土的Ca0.95RE0.05MnO3(RE=Pr,Eu,Tb)氧化物块体试样,并通过X射线衍射、扫描电子显微镜及电输运参数测试仪分析了所得试样。结果表明:所有试样呈单一物相,掺杂氧化物晶胞减小,块体试样结构致密;未掺杂的CaMnO3呈半导体传输特性,其电阻率较高,在373K时达340 mΩ.cm;Ca位掺杂稀土元素Pr,Eu,Tb之后,其电阻率大幅度降低,但各温度点电阻率随Pr,Eu,Tb略有升高;测试温度范围内所有掺杂试样载流子激活能降低,输运特性未发生改变;其中Pr掺杂试样Ca0.95Pr0.05MnO3各温度点的电阻率最低,在373K时为最低8 mΩ.cm,远低于未掺杂氧化物。