基于硅/二维层状材料异质结的红外光电探测器研究进展

红外光是一种频率介于微波和可见光范围之间的电磁波,在光通信、人工智能、医用治疗、军事探测和航空航天等领域具有广泛的应用。硅的带隙为1.12 eV,导致硅基光电探测器的截止波长短(约1.1 mm)。近年来,研究发现了新型二维层状材料,它们具有带隙可调、载流子迁移率高、光谱响应宽、暗电流低、稳定性高以及制备工艺与互补金属氧化物半导体(Complementary metal oxide semiconductor, CMOS)工艺兼容等诸多优点,引起了研究人员的广泛关注。通过将硅与二维层状材料结合,能够有效地将硅基光电探测器的探测波段向波长超过1.1 mm的红外光波段拓展。本文着重介绍了近年来可探测波长超过传统硅光电探测器的基于硅/二维层状材料异质结的光电探测器在近红外和中红外光波段的研究进展并展望了其发展前景。

金属软磁复合材料研究进展

金属软磁复合材料(SMCs)是电力电子元器件的关键基础材料,在能源、信息、交通、国防等重要领域应用广泛。围绕软磁复合材料合金磁粉和绝缘包覆层两个主要方面展开综述。在合金磁粉的成分设计方面,分别从晶态、非晶和纳米晶软磁合金体系出发,对比了合金元素对磁粉微结构,以及饱和磁化强度、矫顽力、磁晶各向异性、磁致伸缩系数和电阻率等性能的影响,提出了不同体系合金磁粉的设计原则。在绝缘包覆方面,分别阐述了有机、无机和有机无机复合包覆的最新研究进展,分析了不同绝缘包覆方法的机理和关键制备参数对于绝缘层组分、结构及复合材料综合性能的作用规律,展望了绝缘包覆工艺的发展趋势。在此基础上,提出了软磁复合材料的发展方向。

金属-有机框架材料的荧光探测应用进展

金属-有机框架材料(metal-organic frameworks,MOFs)是一类由金属离子或金属离子簇与有机配体自组装而成的杂化多孔材料。极高的比表面积和孔隙率,组成和结构可调节等特点赋予该材料灵活的设计性和丰富的功能性。金属-有机框架材料的金属离子、有机配体和装载的客体分子等皆可作为发光中心,并能对离子或小分子产生特异性荧光响应,因此在荧光探测方面有广泛应用。本文主要综述了近年来金属-有机框架材料在荧光探测方向的研究进展以及应用前景。

基于多朗德因子和低磁晶各向异性场的钒镍共掺杂钡铁氧体毫米吸波材料

采用溶胶-凝胶法制备了V^(5+)掺杂和V^(5+)-Ni^(2+)共掺钡铁氧体。采用SEM、XRD、XPS等手段对粉末的微观结构进行了表征,并利用矢量网络分析仪对电磁性能进行了测试。与V^(5+)取代体系相比,V^(5+)-Ni^(2+)共掺杂钡铁氧体可减小其磁晶各向异性场和引入三个不同的Land因子(g),具有更好的吸波性能。当V^(5+)-Ni^(2+)共掺钡铁氧体的匹配厚度约为2 mm时,最大吸收带宽可达约8 GHz,反射损耗(RL)小于-60 dB。此外,通过控制掺杂离子的浓度,使掺杂钡铁氧体达到更宽的可调频率范围,是一种很有前途的毫米吸波材料。

CeF_(3)改性2LiNH_(2)-MgH_(2)-0.1LiBH_(4)材料的储氢性能

采用球磨法制备了CeF_(3)改性2LiNH_(2)-MgH_(2)-0.1LiBH_(4)复合储氢材料(以下简称LiMgBNH材料),对其吸放氢性能进行了研究。结果表明,在LiMgBNH中添加6wt%的CeF_(3)后样品起始放氢温度约为110℃,比原始样品降低了约10℃。CeF_(3)改性的样品在放氢过程中,出现了3个放氢峰,其中第一个放氢峰的峰值温度比未添加CeF_(3)样品降低了约23℃,并且在140℃下CeF_(3)改性的样品线性放氢区域的放氢速度约为原始样品的3.1倍。在温度低于180℃时,CeF_(3)对LiMgBNH材料放氢性能的改善作用显著。当温度高于180℃,由于Li_(4)(BH_(4))(NH_(2))3的形成对LiMgBNH材料放氢性能的改善作用显著,CeF_(3)的作用减弱。CeF_(3)改性LiMgBNH材料具有较为优异的循环吸放氢性能。分析了CeF_(3)在LiMgBNH体系放氢过程中的作用机理。

热电材料中的晶格热导率

随着可再生能源及能源转换技术的快速发展,热电材料在发电及制冷领域的应用前景受到越来越广泛的关注。发展具有高热电优值材料的重要性日益突出,如何获得低晶格热导率是热电材料的研究重点之一。本文阐述了热容、声速及弛豫时间对晶格热导率的影响,介绍了本征低热导率热电材料所具有的典型特征,如强非谐性、弱化学键、本征共振散射及复杂晶胞结构等,并分析了通过多尺度声子散射降低已有热电材料晶格热导率的方法,其中包括点缺陷散射、位错散射、晶界散射、共振散射、电声散射等多种散射机制。此外,总结了几种预测材料最小晶格热导率的理论模型,对快速筛选具有低晶格热导率的热电材料具有一定的理论指导意义。最后,展望了如何获得低热导率热电材料的有效途径。

富锂正极材料Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13NaxO2表面结构的电子显微分析

采用离子交换加固相烧结法制备出富锂锰基正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54)Co_(0.13)Ni_(0.13)Na_xO_2,利用球差校正扫描透射电子显微镜(STEM)、X射线能谱(EDS)、电子能量损失谱(EELS)等分析手段对材料表面结构与成分展开表征。结果表明:镍(Ni)在样品表面存在选择性富集(垂直于锂扩散通道的表面,如(200)面),倾向扩散进入锂离子层,并导致表面出现层状结构到岩盐相(rocksalt,Fmm)结构转变;而钴(Co)在所观察的(001)、(200)表面均存在不同程度的富集,且集中在过渡金属层。进一步研究发现,表面钴(Co)富集不利于层状结构的稳定,时效后样品的(001)面观察到明显的表面重构,存在数量较多的过渡金属(TM)-锂(Li)反位缺陷与岩盐相结构区域。

聚阴离子型钠离子电池正极材料的研究进展

作为钠离子电池正极材料的体系之一,聚阴离子型化合物具有成本低廉和安全性高的优点,适合于大规模固定式储能系统。实时平衡电网电力供需水平对正极材料的倍率性能提出了更高的要求,而聚阴离子材料虽然存在离子扩散通道,但缺乏电子传输路径,导致其动力学性能不佳。为了挖掘影响聚阴离子型正极动力学性能的因素,本文以结构为基础,对影响聚阴离子正极离子扩散行为的本征原因作了阐述,再从表面修饰和形态设计入手,对目前研究较多的改善电极表面及界面处离子和电子扩散的策略作了总结与点评,然后从材料的分级结构回归到鲜见报导的元素掺杂和取代,从本质上提出优化动力学性能的方案,并展望了进一步提高正极材料倍率性能的方向。本文可为高倍率的聚阴离子型正极材料及其他材料的开发提供基本理论和实践依据。

Si基锂离子电池负极材料的纳米化和合金化

Si作为一种新型锂离子电池负极材料,具有理论比容量高、来源丰富、成本低廉、安全性能好等优点,近年来备受关注。但其在充放电过程中会产生巨大的体积变化而使得材料粉化严重,导致循环过程中容量迅速衰退,难以满足实用化的需求。纳米化和合金化是改善Si负极材料的有效途径,纳米化能够有效缓解材料嵌脱锂过程中体积变化造成的机械应力、缩短锂离子的迁移距离,从而明显改善Si基材料的电化学循环稳定性能;合金化可以减小材料在脱嵌锂过程的体积变化率、提高材料的电导率,也可以延长Si基材料的循环寿命。此外,Si合金的振实密度高、制备工艺简单,有利于规模化应用。在简要综述最近5年在Si基锂离子电池负极材料的纳米化和合金化方面的研究进展的同时,重点关注了不同纳米结构和合金化方法对其电化学储锂容量、倍率性能和循环稳定性能的影响。

P2型钠离子电池正极材料Na_(0.66)Mn_(0.675)Ni_(0.1625)Co_(0.1625)O_2的表面重构及其演变的电子显微表征

采用球差校正扫描透射电子显微镜(STEM)、X射线能谱(EDS)等分析手段表征了高温固相法合成的Na_(0.66)Mn_(0.675)Ni_(0.1625)Co_(0.1625)O_2钠离子过渡金属氧化物正极材料。X射线衍射(XRD)结果表明该材料为结晶性良好的P2型钠离子层状氧化物(P6_3/mmc)。原子尺度的结构与成分分析显示材料表面存在宽度约为1-2 nm的表面重构层,重构区域内存在大量晶格畸变与反位缺陷,并伴有一定程度的成分偏析——表面富钴(Co)、缺镍(Ni)。进一步研究表明这些表面重构区域在时效过程中会发生明显的"退化",即初始表面重构层宽度会进一步扩展至5-10 nm,部分区域钠离子耗尽,由层状结构转变为尖晶石(Spinel,Fdm)与岩盐相(rocksalt,Fmm)共存的结构。

微乳液法合成Fe_(0.94)Mn_(0.06)PO_4@MCNT钠离子电池正极材料

采用微乳液法合成了Fe0.94 Mn0.06PO4 ＠MCNT 钠离子电池正极材料. 采用XRD 和SEM/EDS对材料的结构、表面形貌及成分进行了分析.采用电化学测量方法对组装的钠离子电池进行恒流充放电和电化学阻抗谱的测试. 结果表明,Fe0.94 Mn0.06PO4＠MCNT复合材料以0.1,0.2,0.5和1.0C倍率在电化学窗口1.5-4.2V 充放电,放电比容量分别达160.6,147.9,137.5和106.8mAh/g.Fe0.94Mn0.06PO4＠MCNT 电化学性能比FePO4＠MCNT 和纯的FeGPO4 有明显提高.

单层MoS_(2(1-x))Se_(2x)合金材料中硒原子的晶界择优掺杂和富集

采用球差校正扫描透射电子显微镜(STEM)研究化学气相沉积法制备的二维MoS_(2(1-x))Se_(2x)合金材料中Se元素掺杂、取代的微观过程和机理。定量和统计STEM表征结果发现:Se原子晶界处富集显著,晶界处Se元素含量远高于晶畴内部。进一步研究表明晶界中掺杂取代Se原子的浓度和分布与晶界结构密切相关。主要与晶界处的局域畸变及其诱导的反应活性有关。该结果对于二维过渡金属硫族化物合金体系的可控合成及应用拓展具有重要意义。

数值模拟顶部籽晶溶液生长法制备单晶碳化硅的研究进展

宽禁带半导体材料碳化硅(SiC)凭借着其高击穿场强、高热导率、耐高温、高化学稳定性和抗辐射等优异性能,在电力电子器件领域尤其是高温、高频、高功率等应用场景下有着巨大潜力。大尺寸、高质量、低成本的单晶SiC的制备是SiC相关半导体产品规模化应用的前提。顶部籽晶溶液生长(TSSG)法生长的单晶SiC有着晶体质量高、易扩径、易p型掺杂等优势,有望成为制备单晶SiC的主流方法。但目前由于该方法涉及的生长机理复杂,研究者对其内部机理的理解还不够充分,难以对TSSG生长设备和方法进行有效的改进与优化。利用计算机对TSSG法生长单晶SiC生长过程进行数值模拟被认为是对其内部机理探究的有效途径之一。本文首先回顾了TSSG法生长单晶SiC和相关数值模拟分析的发展历程,介绍了TSSG法生长单晶SiC和数值模拟的基本原理,然后介绍了数值模拟方法计算分析TSSG法生长单晶SiC模型涉及的主要模块、影响单晶生长的主要因素(如马兰戈尼力、浮力、电磁力等),以及对数值模型的优化方法。最后,指出了数值模拟方法计算分析TSSG法生长单晶SiC在未来的重点研究方向。

晶态Li_(12)Si_7锂离子电池负极材料的电化学性能研究

通过加热摩尔比为12：7的Li H/Si球磨混合物,避免了Li与Si之间巨大的熔点差异,成功制备了晶态Li_（12）Si_7合金,研究了其电化学性能和储锂机制.发现Li_（12）Si_7在0.02~0.6 V的嵌脱锂过程中,只发生晶胞体积的变化,而不产生相变,呈现出明显的固溶储锂机制.该固溶储锂机制的存在,有效抑制了Si基负极材料嵌脱锂过程中由于相变导致的体积效应,使得晶态Li_（12）Si_7在0.02~0.6 V电压范围内具有显著改善的电化学性能,其首次库伦效率高达100%,30次循环后的可逆容量保持率约为74%,分别优于相同条件下原始Si电极的55%和37%.

线锯切片技术及其在碳化硅晶圆加工中的应用

作为制备半导体晶圆的重要工序,线锯切片对半导体晶圆的质量具有至关重要的影响。本文以发展最成熟的硅材料为例,介绍了线锯切片技术的基本理论,特别介绍了线锯切片技术的力学模型和材料去除机理,并讨论了线锯制造技术及切片工艺对材料的影响。在此基础上,综述了线锯切片技术在碳化硅晶圆加工中的应用和技术进展,并分析了线锯切片技术对碳化硅晶体表面质量和损伤层的影响。最后,本文指出了线锯切片技术在碳化硅晶圆加工领域面临的挑战与未来的发展方向。

半赫斯勒热电材料与器件研究进展

热电材料是一种可以直接实现热能与电能相互转化的新型清洁能源材料,其中半赫斯勒热电材料因其优异的高温热电性、良好的机械性能与热稳定性展现出较强的应用潜力,是极具竞争力的高温热电能量转换材料。简要回顾了近20年来半赫斯勒热电材料的发展历程,重点介绍了以ZrNiSn、NbFeSb、ZrCoSb为代表的典型18电子半赫斯勒化合物的热电输运机制特点与性能优化策略,探讨了以名义19电子半赫斯勒体系为代表的缺陷型半赫斯勒化合物的本征缺陷结构与热电输运性质,概述了半赫斯勒热电器件的最新研究成果,展望了半赫斯勒合金热电材料与器件的发展趋势。

铒掺杂氮氧化硅薄膜中不同敏化中心对铒离子光致和电致发光的影响

研究了磁控溅射法制备的经不同温度热处理的掺铒氮氧化硅薄膜的光致发光和电致发光特性。实验发现光致发光中,提高热处理温度会促使硅纳米团簇的形成,它们的存在对薄膜中Er^(3+)离子的发光起到了敏化作用。在电致发光中,硅纳米团簇无法成为载流子的捕获中心,敏化剂变为硅悬挂键,注入的电子和空穴可以在硅悬挂键引入的相关陷阱能级处复合,复合后的能量传递给铒离子后使其产生发光。

全固态柔性硅-空气电池的制备和性能

硅-空气电池因其优异的比能量(8470 Wh/kg)成为金属-空气电池领域的研究热点。当前研究多使用EMI·2.3HF·F室温离子液体或碱性溶液作电解质,但存在氟化物污染环境和碱液泄露的现象。并且液态电解质也会带来携带不便、封装成本高等问题。因此,本研究以木浆-纤维素纳米纤维负载硅粉作为阳极材料,KOH/PVA聚合物作为固态电解质的全固态柔性硅-空气电池,制备了该类型电池的原型器件,通过表征纤维素纳米纤维负载硅粉薄膜和测试器件恒流放电曲线,发现木浆-纤维素纳米纤维负载硅粉所形成的薄膜颗粒分布均匀、负载量大、具备良好的柔性特征;电池器件实现了0.4 V电压约120 min的持续放电。该电池成本低廉、工艺简单,具有可观的发展前景。

溶胀法制备荧光微球研究进展

溶胀法作为一种可调控性强、操作简单、实用性高的制备荧光微球的方法而被广泛应用。本文综述了利用溶胀法制备荧光微球的研究进展,阐述了溶胀法制备荧光微球的基本原理和步骤。进一步综述了溶胀过程中影响微球性能的常见因素,例如聚合物基质、荧光物质、溶胀剂的种类等,总结了溶胀法调控优化荧光微球的改进策略,对溶胀法制备荧光微球的应用前景进行了展望。

硅基光源的研究进展

随着人们对大容量、高速和低成本的信息传播的要求越来越迫切,近年来硅基光电子学得以蓬勃发展,但硅基光源一直没有得到真正的解决,成为制约硅基光电子学发展的瓶颈.硅的间接带隙本质给高效硅基光源的实现带来很大困难,实用化的硅基激光是半导体科学家长期奋斗的目标.本文分别介绍了硅基发光材料、硅基发光二极管和硅基激光的研究进展,最后总结了目前各种硅基光源面临的问题和未来的发展方向.