先进电介质材料与器件国际研讨会

由西安交通大学国际电介质研究中心主办的“先进电介质材料与器件国际研讨会”于2019年10月17~20日在西安召开。来自俄罗斯、白俄罗斯、英国、美国、加拿大、日本、韩国和葡萄牙等国家的20多名知名专家学者和国内清华大学、中国科学院上海硅酸盐研究所、香港理工大学、中国科学院上海微系统与信息技术研究所等单位的40多名代表以及西安交通大学的部分师生代表共同参加了这次研讨会。

可用于隔声和带隙调控的五模式超材料

为了利用在声学领域极具应用前景的双锥型五模式超材料进行隔声降噪,提出一种双锥宽直径不全同型五模式超材料.利用有限元方法分析了其声子能带结构、各波模相速度、品质因数随结构与材料参数的变化关系,在实用性和稳定性上与窄直径不同型五模式超材料作了比较.宽直径不全同型五模式超材料在保持原始五模式结构单模传输能带的前提下,还产生了更低频、宽带的三维完全带隙,且结构更稳定,重量更轻。双锥型五模式超材料在特定宽直径不同时具有三维完全带隙,品质因数主要由结构参数决定,各材料参数只是不同程度地影响带隙的绝对宽度和位置.研究结果表明双锥宽直径不全同型五模式超材料有望用于带隙调控和隔声。

纳米MnO锂离子电池负极材料的制备与性能

以高锰酸钾和抗坏血酸合成的MnC_2O_4·2H_2O为前驱体,通过固相烧结制备了纳米MnO材料.分别采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和恒电流充放电技术考察了其晶相结构、颗粒形貌和电化学性能.分析结果表明,该纳米MnO具有面心立方的岩盐结构,结晶度良好.其颗粒是由粒径为50-100 nm的一次颗粒结合而成的二次颗粒,大小约为400-600 nm.当充放电电流密度为46.3 mA·g^(-1)时,纳米MnO的首次库仑效率可达68.9%,可逆比容量为679.7mAh·g^(-1).在141.1 mA·g^(-1)的电流密度下循环50圈后,比容量由584.5mAh·g^(-1)降至581.5 mAh·g^(-1),容量保持率高达99.5%,表现出优异的循环性能.此外,当电流密度增加到494.7 mA·g^(-1)(-2C)时,其比容量依然可达290 mAh·g^(-1),表现出较好的倍率性能和快速充放电能力.因此,纳米MnO具有比容量高、循环稳定、倍率性能好和安全环保等优点,是一种非常有前景的锂离子电池负极材料.

三元掺杂改性锂离子电池正极材料Li_3V_2(PO_4)_3

以柠檬酸为螯合剂和还原剂,NH4VO3为钒源,通过溶胶-凝胶法制备了锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3及其三元掺杂体系Li2.85Na0.15V1.9Al0.1(PO4)2.9F0.1.分别采用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、能量损失谱(EELS)、拉曼(Raman)光谱、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、恒流充放电、循环伏安(CV)和交流阻抗谱(EIS)等技术对材料的微观结构、颗粒形貌和电化学性能进行分析.结果表明:在残余碳包覆的基础上,Na、Al、F三元掺杂有利于稳定Li3V2(PO4)3的晶体结构,进一步减少颗粒团聚和提升材料导电特性,促进第三个锂离子的脱出和嵌入,从而显著改善Li3V2(PO4)3的实用电化学性能.未经掺杂的Li3V2(PO4)3原粉在1/9C、1C和6C倍率下的可逆比容量分别为141、119和98 m Ah g–1,而三元掺杂改性材料在1/9C、1C、8C和14C倍率下的比容量分别为172、139、119和115 m Ah g–1.在1C倍率下循环300圈后,掺杂体系的比容量依然高达118 m Ah g–1,比原粉高出32.6%.值得注意的是,这种三元掺杂还使Li3V2(PO4)3的多平台放电曲线近似转变为一条斜线,显示出可能不同的储锂机制.

BiScO_3-Bi(Zn_(1/2)Ti_(1/2))O_3-PbTiO_3高居里温度压电陶瓷介电压电性能研究

采用传统陶瓷工艺制备(1-x)Bi(Sc_(0.9)(Zn_(1/2)Ti_(1/2))_(0.1))O_3-xPbTiO_3(BS-0.1BZT-xPT)陶瓷试样。研究了BZT含量为0.1%(摩尔分数)时,不同PT含量BS-0.1BZT-xPT压电陶瓷结构、介电和压电性能的变化规律。研究表明,随着PT含量增加,试样从三方相向四方相转变;当PT含量为0.60~0.62之间时,试样处在三方到四方的过渡区。当PT量为0.6时,试样压电性能达到最大值(d33=250pC/N,kp=43%)。当PT量增加,试样居里温度呈上升趋势,εr max值先增加后减小。当PT含量为0.60时,试样铁电性能达到最大值,Pr=34.4μC/cm^2,Ec=19.2kV/cm。

Bi(Mg_(1/2)Ti_(1/2))O_3-PbTiO_3压电陶瓷体系介电与居里温度特性研究

采用传统固相法工艺制备了（1-x ）Bi （Mg1/2 Ti1/2 ）O3-xPbTiO3 （BMT-xPT,0.34≤x ≤0.44）陶瓷.研究发现,随着PT含量增加,试样结构由三方相逐渐转变为四方相结构,当0.36〈x〈0.40时,试样结构处于准同型相界（MPB）区.研究表明BMT组元是一种具有非铁电体特征的组分,随着PT 含量减少,BMTGPT体系的居里温度减小,介电峰变得越来越不明显.通过研究BMT-PT 体系组分与居里温度（TC）的关系可以看出：（1）PT 含量为0.34-0.44时,TC 随BMT含量变化实验值和Stringer的经验值差异较小,变化趋势一致;（2）BMTGPT体系居里温度最大值可能在x =0.73 的附近,其居里温度最大值TCmax约为550℃.

锂离子电池TiO_2纳米管负极材料

锂离子电池负极材料二氧化钛(TiO2)由于其零应变、环境友好和高安全性近年来得到了广泛的研究,但其较低的电子电导和离子迁移率以及较低的比容量(335mAhg–1)限制了其应用前景.本文梳理了一种纳米结构TiO2纳米管(TNTs)的研究历程以及最近研究进展,综述了TNTs常见的几种制备方法,即水热法、阳极氧化法和模板法及其形成机理,归纳了各种制备方法的优缺点,讨论了制备过程中各项参量对制得TNTs的影响.阐述了其晶体结构与形貌对电化学性能的影响,指出晶格取向一致、管壁厚度小,纳米管开口且同向排列的TNTs具有更好的电化学性能.同时探讨了针对该材料电导性差、比容量低而进行的包括结构设计、掺杂、复合等一系列改进措施,指出与高电导率及高比容量材料复合是一种方便有效的改进措施.最后总结了各种改性方法取得的进展及存在的不足,展望了TNTs的研究趋势和发展前景.

用于染料敏化太阳能电池的铌、氟双掺杂二氧化钛微球

为了提高染料敏化太阳能电池的性能,对其光阳极半导体材料进行了改性.用一步水热法制备了铌、氟双掺杂二氧化钛(NFT)微球,它是由多层纳米管和纳米颗粒组合在一起形成的微米级球状颗粒.这种特殊的结构使得用NFT材料制作的光阳极具有较大的表面积,有利于染料吸附.NFT的结晶性比未掺杂的二氧化钛显著增强,且结晶度随掺杂量的增加而增强,有利于提高其中的电子迁移速率并降低表面极化,因此有助于提高染料敏化电池的短路电流密度和开路电压.入射单色光子-电子转换效率(IPCE)的测试结果表明,NFT制备的电池在可见光范围内的转换效率有显著提高,在紫外波段的本征转化效率也有一定提高,电池的整体转换效率比未掺杂时提高了38%.

晶态材料中的挠曲电效应:现状与展望

挠曲电效应描述的是应变梯度诱导的电极化现象以及电场梯度诱导的材料应变现象。该效应作为一类特殊的力电耦合效应,具有不受材料对称性限制、不受材料居里温度限制以及小尺寸效应等特点,广泛存在于液晶、生物材料、介质材料(如钛酸钡陶瓷)中,具有非常重要的传感和驱动应用前景。本文重点综述了过去10余年间挠曲电理论、实验以及应用研究进展,对挠曲电的机理进行了讨论,同时对未来挠曲电的发展提出了展望。

影响脉冲电流法制备MnO_2超级电容器电极性能的因素

通过正交实验法研究了影响脉冲电流法合成MnO2超级电容器电极材料性能的影响因素,发现影响效果由大到小依次为:脉冲电流关断时间,醋酸锰水溶液浓度,脉冲电流密度,脉冲电流导通时间.在正交实验法得出的最优条件下,即醋酸锰浓度为0.5 mol/L,电流密度为250 A/m2,导通时间为0.01 s,关断时间为0.2 s,所制备的MnO2薄膜电极材料表面具有丰富的纳米球结构,在10 mV/s的扫描速率下,3 mol/L的KCl溶液作为电解液,比容量可以达到575 F/g,并且在2 000mV/s的快速充放电条件下,仍然能够保持良好的电容特性.

量子点敏化太阳能电池的结构优化及性能分析

目前,液态量子点敏化太阳能电池的转换效率虽然已达到6.5%,但距其理论最高转换效率44%还有很大的差距,因此还需要对电池结构和材料工艺进一步优化来提高其光电转换性能.本文通过溶胶-凝胶法在FTO导电玻璃基底与多孔TiO2纳米晶电极之间制备了一层致密的TiO2薄膜,以此作为阻挡层来阻止FTO与电解液的直接接触,抑制传输到FTO中的光生电子与多硫电解液中Sx2离子的复合.分别采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM),原子力显微镜(AFM)和紫外-可见吸收光谱(UV-vis)对TiO2阻挡层薄膜的结构、形貌和光学特性进行了表征.结果表明:该薄膜主要呈锐钛矿结构,表面平整致密,在可见光波段透过率良好.通过对有/无TiO2阻挡层的电池性能对比发现,阻挡层的引入使电池的短路电流、开路电压和光电转换效率分别提高了47.2%,4.2%和34.8%.同时,本文研究了阻挡层厚度对电池光电性能的影响,发现随着厚度的增加电池的转换效率下降,这是由于TiO2阻挡层厚度的增加导致光阳极透过率降低;同时TiO2阻挡层本身的电阻增大,影响了多孔TiO2电极与FTO基底之间的电子传输.

铝阳极氧化残存水合氧化膜热稳定性研究

采用水煮和直流阳极氧化法在铝箔表面获得残存的水合膜,研究热处理对水合膜结构和性能的影响。热重-差示扫描量热仪(TG-DSC)和傅里叶变换红外光谱分析(FTIR)测试表明,铝箔存在两个质量损失过程,200℃以下为铝箔表面吸附游离水的蒸发,200℃以上为水合膜中结构水的分解。X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)测试结果表明:氧化膜分为内层的结晶Al2O3和外层的羽毛状Al2O3·xH2O两层,经过不同温度热处理后,水合膜的厚度和形貌无明显变化。电化学性能测试表明,热处理后样品的耐压值略有增大,比容值减小,主要是由于少量水合膜脱水转化为结晶Al2O3所致。