人工晶体学报

罗豪甦, 焦杰, 陈瑞, 朱荣峰, 张章, 徐嘉林, 赵静, 王西安, 林迪, 陈建伟, 狄文宁, 鲁丽, 朱莉莉

2021, 50(5): 783-802.

摘要 ( 407 )

PDF (18998KB) ( 472 )

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以Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃(PMN-PT或PMNT)为代表的弛豫铁电单晶具有远高于常用锆钛酸铅Pb(Zr_xTi_1-x)O₃(PZT)陶瓷的压电性能,引起了基于新一代压电单晶的功能器件研究热潮。本研究团队在国际上率先利用Bridgman方法生长出了大尺寸、高质量PMN-PT等弛豫铁电单晶(d₃₃～2 000 pC/N,k₃₃～92%),并对PMN-PT等弛豫铁电单晶的生长、多层次微观结构和性能调控进行了多方面的研究,发现弛豫铁电单晶不仅具有超高压电性能,还具有突出的热释电性能、电光性能以及与磁致伸缩材料复合形成磁电复合材料的超高磁电耦合性能。本研究团队多年来一直在努力推动弛豫铁电单晶在医用超声换能器、热释电红外探测器、电光器件、磁电型弱磁传感器等各种器件的应用研究。本文主要总结了弛豫铁电单晶的多功能特性,并介绍了本研究团队在弛豫铁电单晶器件应用上的研究结果。

Cs₂HfCl₆和Cs₂HfCl₆∶Tl晶体的生长、光学和闪烁性能研究

成双良, 任国浩, 吴云涛

2021, 50(5): 803-808.

摘要 ( 152 )

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本文使用坩埚下降法制备了ø7 mm的未掺杂Cs₂HfCl₆与Cs₂HfCl₆∶0.2%Tl(摩尔分数)单晶,对晶体样品进行了物相、杂质含量、光学和闪烁性能的研究。该晶体属于立方晶系,空间群为Fm3m。在荧光和X射线激发下,未掺杂Cs₂HfCl₆晶体的发光主峰皆为380 nm,对应于自陷激子发光。Cs₂HfCl₆∶0.2%Tl晶体在荧光和X射线激发下,发射光谱中除了存在380 nm处的自陷激子发光,也存在505 nm处Tl⁺的sp-s²跃迁发光。Cs₂HfCl₆和Cs₂HfCl₆∶0.2%Tl晶体的光输出分别为37 000 photons/MeV和36 500 photons/MeV,在662 keV处的能量分辨率皆为3.5%。在¹³⁷Cs源激发下,Cs₂HfCl₆晶体的闪烁衰减时间为0.37 μs (4.2%)、4.27 μs (78.9%)和12.52 μs (16.9%),Cs₂HfCl₆∶0.2%Tl晶体的闪烁衰减时间为0.33 μs (3.5%)、4.09 μs (81.9%)和10.42 μs (14.5%)。

垒层温度对InGaN量子点/量子阱复合结构内量子效率的影响

平晨, 贾志刚, 董海亮, 张爱琴, 许并社

2021, 50(5): 809-815.

摘要 ( 104 )

PDF (4182KB) ( 62 )

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使用金属有机化学气相沉积(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD)方法生长了三个具有不同垒层温度的InGaN/GaN量子阱。由于高密度V型坑的形成,完整的量子阱结构被破坏,转变成了InGaN量子点(quantum dots, QDs)/量子阱(quantum well, QW)复合结构。通过变功率光致发光谱和变温光致发光谱,分析了在不同的垒层温度下量子限制斯塔克效应(quantum confined Stark effect, QCSE)、非辐射复合中心密度和载流子局域化效应的变化。结果表明:在较低的垒层温度下,QCSE较弱,因为在较低的温度下,V型坑的深度较深,应力释放较明显,残余应变较低;非辐射复合中心密度也随着温度的升高而逐渐增大;样品的内量子效率(internal quantum efficiency, IQE)随着垒层生长温度的升高而降低。QCSE的增强和非辐射复合中心密度的增大是垒层生长温度升高时内量子效率下降的主要因素。

杂质和缺陷对SiC单晶导热性能的影响

綦正超, 许庭翔, 刘学超, 王丁

2021, 50(5): 816-824.

摘要 ( 299 )

PDF (6412KB) ( 478 )

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目前关于SiC单晶室温的导热性能,以及导热特性随温度的变化方面的研究报道还存在较大的差异,有关SiC单晶热导率的研究主要是沿c轴<0001>晶向或者垂直于c轴的某一晶向进行的,无法有效地解释热导率的各向异性。本文研究了4H-SiC和6H-SiC单晶$<1 \overline{1} 00>$, $<11 \overline{2} 0>$,<0001> 三个不同晶向上热导率以及其随温度的变化。对SiC单晶切割分别得到沿 $<1 \overline{1} 00>$, $<11 \overline{2} 0>$, <0001>晶向的样品,尺寸为ø12.7 mm×3 mm,利用闪光法对样品测试得到热扩散系数,通过计算获得了SiC单晶不同晶向的热导率数值,采用辉光放电质谱仪(GDMS)和扫描电子显微镜(SEM)进行了杂质和缺陷表征。实验结果表明,SiC晶体$<1 \overline{1} 00>$, $<11 \overline{2} 0>$, <0001>三个晶向的热导率随温度升高而下降,沿<0001>晶向的SiC样品热导率最小;含有较高杂质离子浓度的6H-SiC样品热导率高于4H-SiC样品;缺陷相比杂质对SiC晶体导热性能影响更大,缺陷是SiC热导率具有各向异性的主要原因。

Nd掺杂Mg₂Si电子结构和光学性质的第一性原理研究

李阳军, 杨昆, 周庭艳, 吴波

2021, 50(5): 825-830.

摘要 ( 83 )

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采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,探究了未掺杂Mg₂Si以及Nd掺杂Mg₂Si的能带结构、态密度和光学性质。计算结果表明: Nd掺杂Mg₂Si后,Mg₂Si禁带宽度从0.290 eV降低到0 eV,导电性能提升;未掺杂的Mg₂Si,当光子能量大于0.9 eV时,才开始慢慢具备吸收能力,掺杂Nd之后的Mg₂Si对能量为0.2 eV的光子就开始吸收,大大改善了Mg₂Si对红外光电子的吸收。掺杂后的光吸收系数和反射率都变小,表明掺杂后的Mg₂Si对光的穿透率增大。计算结果为Mg₂Si材料在光电器件方面的应用提供了理论依据。

磁控溅射ZrN薄膜的生长机理及光学性能

高洁, 姚威振, 杨少延, 魏洁, 李成明, 魏鸿源

2021, 50(5): 831-837.

摘要 ( 130 )

PDF (8234KB) ( 47 )

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利用直流反应磁控溅射法在Si衬底上沉积了高结晶质量的氮化锆(ZrN)薄膜。采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、原子力显微镜(AFM)和光谱椭偏仪(SE)研究了沉积时间对ZrN薄膜结构、表面形貌和光学性能的影响。结果表明:所沉积薄膜均为NaCl结构的立方相ZrN,具有(111)面单一取向;沉积时间的增加提高了薄膜的结晶质量;ZrN薄膜的表面形貌、晶粒尺寸以及表面粗糙度随沉积时间发生变化,沉积45 min的薄膜表面出现致密的三角锥晶粒,且表面粗糙度最大,薄膜呈柱状生长。随后利用Extend Structure Zone Model解释了ZrN薄膜的生长机制,最后研究了ZrN薄膜的光反射特性,发现反射光谱与晶粒形状和表面粗糙度密切相关,表面具有三角锥状晶粒的薄膜,其反射谱在300~800 nm波长范围内存在振荡现象,相比于具有不规则晶粒形貌的薄膜其反射率明显下降。本文中研究的生长条件与晶体结构、微观形貌和光学性能之间的关系,可为器件中应用的ZrN薄膜最佳制备条件的优化提供重要的参考价值。

不同退火条件对PEALD制备的Ga₂O₃薄膜特性的影响

马海鑫, 丁广玉, 邢艳辉, 韩军, 张尧, 崔博垚, 林文魁, 尹浩田, 黄兴杰

2021, 50(5): 838-844.

摘要 ( 97 )

PDF (6658KB) ( 60 )

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利用等离子增强原子层沉积技术(PEALD)在c面蓝宝石衬底上制备了氧化镓(Ga₂O₃)薄膜,研究了退火气氛(v(N₂)∶v(O₂)=1∶1(体积比)、空气和N₂)及退火时间对Ga₂O₃薄膜晶体结构、表面形貌和光学性质的影响。研究结果表明,退火前的氧化镓处于亚稳态,不同退火气氛下退火后晶体结构发生明显改变,而且退火气氛中N₂比例增加有利于Ga₂O₃重结晶。在N₂气氛下退火达到30 min,薄膜结构已由亚稳态转变成择优取向的β-Ga₂O₃。而且表面形貌分析表明,退火30 min后表面形貌开始趋于稳定,表面晶粒密度不再增加。另外实验样品在 400~800 nm的平均透射率几乎是100%,且光吸收边陡峭。采用N₂气氛退火,对于富氧环境下沉积的Ga₂O₃更利于薄膜表面原子迁移,以及择优取向Ga₂O₃重结晶。

不同退火温度对钡铁氧体薄膜磁性的影响

张纬统, 代波, 任勇, 倪经

2021, 50(5): 845-850.

摘要 ( 63 )

PDF (6032KB) ( 21 )

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M型钡铁氧体(BaFe₁₂O₁₉, BaM)是一种单轴磁晶各向异性的六角晶系硬磁材料,由于其具有很强的各向异性场,因此在自偏置微波器件领域具有广阔的应用前景。本文采用常温射频磁控溅射法在(000l)取向的蓝宝石衬底上沉积了厚度约为130 nm的BaFe₁₂O₁₉非晶薄膜,然后分别在850 ℃、900 ℃、950 ℃、1 000 ℃对其空气退火处理3 h,得到BaM晶体薄膜样品。采用X射线衍射仪对薄膜样品进行物相及晶体生长取向鉴别,采用扫描探针显微镜和扫描电子显微镜对薄膜样品的粗糙度和表面形貌进行测量和观察,采用振动样品磁强计对样品进行了静态磁性能测试。实验结果表明,退火后的薄膜样品的主晶相为BaM,且具有(000l)取向择优生长,其微观组织结构都表现为C轴垂直于膜面的颗粒状结构。退火温度为900 ℃时所得样品的各项性能达到最佳,其表面粗糙度为2.8 nm,矩形比为0.84,饱和磁化强度为247 emu/cm³,矫顽力为1 528 Oe。

Gd³⁺、Co³⁺共掺杂铁酸铋薄膜多铁性增强及带隙调谐

马国斌, 杨松, 徐蕾, 郭凯鑫, 王旭

2021, 50(5): 851-857.

摘要 ( 84 )

PDF (6695KB) ( 27 )

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多铁功能材料在现代生产生活中有举足轻重的作用。本文采用溶胶-凝胶法以硝酸铁、硝酸铋、硝酸钆、硝酸钴为原料,乙二醇甲醚为溶剂,柠檬酸作螯合剂制成前驱体溶液,通过旋涂法在Pt/Ti/SiO₂/Si及ITO衬底上合成Bi_0.85Gd_0.15Fe_1-xCo_xO₃ (x=0, 0.04, 0.08, 0.12)薄膜,研究了Gd³⁺、Co³⁺共掺杂对薄膜铁电性能、磁学性能及光学带隙的影响。XRD结果表明所有薄膜均呈(111)方向的菱形结构,SEM结果表明共掺杂可以细化晶粒。根据铁电性和漏电流测试分析结果可知在Co³⁺掺杂量为8%时最大剩余极化值达到2P_r=15.71 μC/cm²,所有样品的漏电流传导机制均为欧姆传导机制。根据磁学性能测试分析结果可知,共掺杂可以有效增强薄膜的饱和磁化强度,且在Co³⁺掺杂量为8%时最大饱和磁化强度达到37.78 emu/cm³。根据吸收光谱及Tauc公式拟合结果可知共掺杂可以有效减小薄膜的光学带隙且随着掺杂量的增加光学带隙逐渐减小,在Co³⁺掺杂量为12%时光学带隙减小到1.96 eV。

基底加热温度对ITO薄膜的性能影响研究

王欣月, 张兆诚, 黎智杰, 何婉婷, 温锦秀, 罗坚义, 唐秀凤, 王忆

2021, 50(5): 858-865.

摘要 ( 158 )

PDF (8664KB) ( 56 )

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氧化铟锡(ITO)薄膜被广泛用作光电器件中的透明导电电极,其透光率、导电性、表面粗糙度、与基底的功函数匹配及其电流传输特性都会对光电器件的性能造成影响。本文采用射频(RF)磁控溅射方法制备ITO薄膜,系统研究了基底加热温度对其各方面性能的影响,并确认了最佳基底温度。实验采用锡掺氧化铟陶瓷为靶材,组分摩尔比为m(In₂O₃)∶m(SnO₂)=90∶10。采用XRD、SEM对所制备的薄膜进行表征,系统分析不同基底温度对ITO薄膜结晶性能、形貌的影响;采用紫外可见分光光度计、霍尔效应测试仪、紫外光电子谱仪(UPS)、电流电压曲线系统研究了基底温度对薄膜光电特性、载流子浓度、薄膜功函数以及电流传输特性的影响。研究结果表明,基底温度200 ℃为最佳,此时ITO薄膜结晶良好、表面平整、可见光波段平均透过率超过80%,导电性能和电流传输特性均较佳,且薄膜组分与靶材组分一致。

基于单体石墨纤维的场发射特性研究

霍海波, 郑亚娟, 麻华丽, 董子华, 李倩倩, 李明玉, 丁佩, 曾凡光

2021, 50(5): 866-870.

摘要 ( 97 )

PDF (3105KB) ( 23 )

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利用化学气相沉积(CVD)法,以甲烷为碳源在管式炉中合成了单体石墨纤维(MGF)。选取长度为3.426 mm,顶端球面半径为11.26 μm的单体石墨纤维直立于圆铜片上作为阴极,以导电ITO玻璃作为阳极,采用二极管结构在真空室中进行直流场发射测试,证实MGF的开启场强为0.477 5 V/μm。基于有限元仿真软件ANSYS进行电磁场分析,计算了MGF在不同电压下的有效发射面积。结果表明,当电压为5.36 kV时,MGF达到最大发射面积为796.226 μm²,在实验测量电压范围内,平均发射电流密度可以达到46.069 A/cm²,单体石墨纤维具有良好的场发射特性。

Pb²⁺掺杂CaMoO₄∶Dy³⁺,Eu³⁺荧光粉发光性能及能量传递机理的研究

胡斌, 郭亮, 杨淑敏, 曹丽萍

2021, 50(5): 871-876.

摘要 ( 68 )

PDF (4164KB) ( 33 )

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采用共沉淀法合成了Pb²⁺掺杂CaMoO₄∶Dy³⁺,Eu³⁺荧光粉,通过X射线衍射仪、荧光分光光度计对荧光粉的物相组成、发光特性以及激活离子间能量传递效率进行了表征及分析。结果表明,掺杂Pb²⁺的CaMoO₄∶Dy³⁺,Eu³⁺荧光粉样品没有出现新的衍射峰,说明Pb²⁺很好地代替Ca²⁺进入到晶格当中,CaMoO₄∶0.05Dy³⁺,0.15Eu³⁺,0.15Pb²⁺荧光粉晶胞参数为a=b=0.548 9 nm, c=1.275 3 nm, Z=2,属于四方晶系,在391 nm波长激发下,484 nm处为Dy³⁺(⁴F_9/2→⁶H_15/2)的蓝光特征发射峰,575 nm处为Dy³⁺(⁴F_9/2→⁶H_13/2)跃迁产生的黄光发射峰,593 nm处为Eu³⁺(⁵D₀→⁷F₁)跃迁产生的橙光发射峰,619 nm处为Eu³⁺(⁵D₀→⁷F₂)跃迁产生的红光发射峰。通过计算得出CaMoO₄∶Dy³⁺,Eu³⁺荧光粉中Dy³⁺和Eu³⁺之间临界传递距离为1.542 6 nm,能量传递机理是偶极-四极相互作用,能量传递效率接近60.31%,掺杂金属离子Pb²⁺的荧光粉样品能量传递效率最高提升至72.40%。所以,掺杂Pb²⁺能够大幅度提升Dy³⁺与Eu³⁺之间能量传递效率和改善荧光粉的发光性能,因此其在白光LED领域具有重要研究意义。

1,3,5-三(羧基甲氧基)苯镍配位聚合物的合成、晶体结构及性质研究

黄秋萍, 曾振芳, 郑燕菲, 李兰, 黄唯, 韦友欢

2021, 50(5): 877-883.

摘要 ( 91 )

PDF (4768KB) ( 44 )

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采用溶剂热法,1,3,5-三(羧基甲氧基)苯为定向配体和乙酸镍反应构筑了一个新型的金属配位聚合物[Ni(TB)₂(H₂O)₂]_n·2H₂O,其中H₃TB=1,3,5-三(羧基甲氧基)苯,通过元素分析、IR及X射线单晶衍射对配合物结构进行表征,并研究其荧光性质、热稳定性及Hirshfeld表面作用力。单晶结构分析表明,该配合物属于三斜晶系,空间群$P \overline{1}$,配合物中心离子Ni(Ⅱ)分别与来自两个水分子上的氧原子及四个不同1,3,5-三(羧基甲氧基)苯配体的羧酸氧原子配位,形成六配位的NiO₆八面体构型,并通过与1,3,5-三(羧基甲氧基)苯配体的氧原子配位不断延伸形成具有孔洞结构的一维链状构型。配合物具有良好的荧光性能和热稳定性。Hirshfeld表面作用分析表明配合物分子中O…H/H…O作用占主导且占比为39.0%,而H…H的作用力占比为25.9%,O…O的作用力占比为13.6%。

草酸配体修饰的锆取代型硅钨-氧簇合物的合成、结构和电化学性质研究

张众, 杨琳, 李晓慧, 王梓兰, 王静怡

2021, 50(5): 884-888.

摘要 ( 108 )

PDF (3618KB) ( 56 )

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通过水热反应,成功合成了一个草酸配体修饰的四核锆取代的夹心型硅钨-氧簇合物H₁₂Na₂[Zr₄(μ₃-O)₂(μ₂-OH)₂(Ox)₂(α-SiW₁₀O₃₇)₂]·22H₂O (Ox=oxalic acid)。该夹心型硅钨-氧簇是由两个{α-SiW₁₀O₃₇}簇块通过一个{Zr₄(μ₃-O)₂(μ₂-OH)₂(Ox)₂}簇连接构成的。通过X-射线单晶衍射、IR、TG以及元素分析对该簇合物进行表征。晶体结构分析表明: 该簇合物结晶于单斜晶系,P2₁/c空间群,a=2.132 2 (6) nm, b=1.271 6 (4) nm, c=2.223 1 (7) nm, β=110.933(4)°,V=5.629 9(3) nm³,Z=2,R₁=0.061 5,wR₂=0.164 4。电化学和电催化性质研究表明标题簇合物对NO^-₂的还原有很好的电催化效果。

苯并[d]咪唑基Ni(Ⅱ)配合物的合成、晶体结构与荧光性质研究

赵明霞, 熊丽琴, 常进, 赵治巨, 齐传民

2021, 50(5): 889-893.

摘要 ( 77 )

PDF (2927KB) ( 36 )

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以3-(4-羧苯基)-7-甲基-2-丙基-3H-苯并[d]咪唑-5-羧酸和六水合氯化镍为原料,采用混合溶剂加热回流方法合成出了一例具有三维超分子结构的镍配合物,并通过X射线单晶衍射、元素分析、红外光谱、紫外-可见光光谱和荧光光谱表征方法对其进行了结构解析和性质表征。X-射线单晶衍射结果表明,配合物属于三斜晶系,P1空间群;其晶胞参数为a=0.778 5(16) nm,b=1.126 6(2) nm,c=1.175 6(2) nm, α=113.63(3)°,β=93.24(3)°,γ=101.00(3)°,V=0.917 1(3) nm³。标题配合物为单核配合物,由4个配体阴离子连接中心Ni(II)离子形成了一维环形链,并进一步通过氢键和π-π堆积作用形成了三维超分子结构。荧光光谱分析结果表明配体和标题配合物均具有良好的荧光性质,且配合物的荧光性质优于配体。

一例混合配体构筑的钴(Ⅱ)一维配位聚合物的合成、晶体结构与磁性质

徐艳, 崔磊, 卜康

2021, 50(5): 894-899.

摘要 ( 69 )

PDF (4664KB) ( 33 )

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基于萘膦酸羧酸酯配体和氯化钴在水热条件下自组装得到配位聚合物[Co(5-pncee)(4,4′-bpy)(H₂O)₃(5-pnceeH₂)]·2H₂O(1)(5-pncee H₂=5-phosphono -naphthalene-1-carboxylic acid ethyl ester, 4,4′-bpy=4,4′-bipyridinyl)。采用单晶衍射(X-Ray)、元素分析(EA)、红外光谱(FT-IR)、粉末衍射(PXRD)、热重分析(TG-DTG)对配位聚合物进行晶体结构和热稳定性表征。晶体结构分析表明:该配位聚合物结晶于三斜晶系,P1空间群,a=0.824 06(6) nm,b=1.014 48(9) nm,c=1.151 44(8) nm。配位聚合物呈线性链状结构。相邻的链由中等强度的氢键连接,形成超分子层,层间被膦酸配体的有机基团所填充。通过研究配位聚合物1的磁性质,表明Co(II)离子存在自旋轨道耦合和/或Co(II)离子之间存在反铁磁相互作用。

金刚石线锯成形加工硬脆材料圆弧的正交试验研究

王亚帅, 王燕青, 杨胜强

2021, 50(5): 900-907.

摘要 ( 87 )

PDF (3428KB) ( 40 )

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针对硬脆材料圆盘件的成形切割问题,提出一种基于电镀金刚石线锯的成形切割方法并进行切割试验,采用3因素4水平正交试验系统研究切割线速度V(A)、转台W轴转速n(B)和金刚石线锯的张紧力F(C)对圆弧面径向跳动、线弓角度、切割效率以及表面粗糙度的影响规律。结果表明:W轴转速对圆弧的径向跳动(即圆度)、切割效率以及表面粗糙度影响最大,张紧力的影响次之,线速度的影响最小;张紧力对线弓角度影响最大,线速度的影响次之,W轴转速影响最小;在本试验条件范围内,经过试验验证得出的最优工艺参数组合为A3B1C1,即金刚石线锯的线速度为8.96 m/s,转台转速为0.25 r/h,张紧力为12 N。且径向跳动、线弓角度、切割效率和表面粗糙度的极差分析结果与其方差结果一致。

白云石精制液中不同离子对碳酸钙晶须的影响

王东意, 郑强, 于亚杰, 徐少伟, 王禹博, 邓晓阳, 曹笑宁, 岳岩, 李雪, 刘云义

2021, 50(5): 908-914.

摘要 ( 72 )

PDF (10496KB) ( 31 )

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以白云石精制液和二氧化碳为实验原料,采用气液接触法制备碳酸钙晶须。研究了杂质离子Mg²⁺、NH⁺₄和NO^-₃对碳酸钙晶须长径比和形貌的影响。采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对样品的形貌和晶体结构进行表征。结果表明:NH⁺₄浓度在0.3 mol/L,Mg²⁺浓度在0.05 mol/L,NO^-₃浓度在0.2 mol/L的情况下碳酸钙晶须的形貌和长径比最佳,其中长径比最高可以达到25以上;最后再结合晶体生长理论,阐明了碳酸钙晶须的结晶过程和生长机理。

氢氧化镍/还原氧化石墨烯复合材料的制备及其电化学性能

张杰

2021, 50(5): 915-919.

摘要 ( 62 )

PDF (4602KB) ( 25 )

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以六水合硝酸镍和氧化石墨烯为原料,多孔泡沫镍为基底,尿素为沉淀剂,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为分散剂,采用简单的一步水热还原法,制备Ni(OH)₂/RGO复合电极材料。对制备得到的Ni(OH)₂/RGO电极材料进行形貌结构表征,并通过循环伏安(CV)和恒电流充放电(GCD)测试研究了材料的电化学性能。通过X射线衍射(XRD)分析确定了Ni(OH)₂和Ni(OH)₂/RGO的晶型,SEM结果表明,丝绸状还原氧化石墨烯片有效且均匀地分布在Ni(OH)₂层的表面,在水热过程中Ni(OH)₂片原位生长在泡沫镍上,形成三维多孔多层多样化结构。与纯Ni(OH)₂相比,1 A/g下纯Ni(OH)₂的比电容为1 930 F/g,而Ni(OH)₂/RGO比电容高达2 508 F/g。这些结果表明Ni(OH)₂/RGO是一种很有前途的超级电容器电极候选材料。

微波加热制备含稀土(La₂O₃)矿渣微晶玻璃研究

赵广凯, 徐文策, 刘赛余, 张宇轩, 吴楠楠, 刘芳, 欧阳顺利

2021, 50(5): 920-926.

摘要 ( 78 )

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利用矿渣制备微晶玻璃是提高矿产资源利用率的主要形式之一。本文以白云鄂博尾矿为原料,采用微波一步法制备了CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂(CMAS)系辉石相矿渣微晶玻璃。选择835 ℃作为晶化温度,研究了微波加热对微晶玻璃析晶行为和微观组织的影响。以La₂O₃作为研究变量探讨了La₂O₃添加对矿渣微晶玻璃析晶行为的作用。与传统的热处理制度相比,微波加热可以在较短的时间内达到较高的析晶效果。同时La₂O₃的添加促进了晶粒细化。由拉曼光谱分析,La离子添加会导致玻璃网络中桥氧的增多,促进了辉石相析晶。在La的添加量为4%(质量分数)时硬度最高,达到了829.22 MPa。

纳米级SnO₂或Yb₂O₃对熔融石英陶瓷析晶性能的影响

谷莹蕾, 李勇, 卜景龙, 马超, 王志发

2021, 50(5): 927-932.

摘要 ( 67 )

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通过XRD分析和热膨胀率实验,从析晶角度探讨了添加纳米级SnO₂或Yb₂O₃对熔融石英陶瓷析晶性能的影响。结果表明:熔融石英陶瓷高温析晶的主要晶化产物为方石英,方石英析出量随烧结温度的提高而逐渐增多;纳米级SnO₂或Yb₂O₃的引入可通过抑制熔融石英中方石英的析出,有效地降低熔融石英材料在升温过程中的热膨胀率,并且随着烧结温度升高需要不断调整添加剂用量,纳米级SnO₂和Yb₂O₃的最佳用量(质量分数)分别为1%和2%。

(Sm_0.5Gd_0.2Nd_0.3)₂(Hf_0.3Ce_0.7)₂O₇复合氧化物的热物理性能

冉书明, 郭怡

2021, 50(5): 933-937.

摘要 ( 54 )

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为寻求新型热障涂层用陶瓷材料,本文采用高温固相烧结法制备了(Sm_0.5Gd_0.2Nd_0.3)₂(Hf_0.3Ce_0.7)₂O₇复合氧化物。利用XRD分析了其晶体结构,SEM分析其显微组织,膨胀仪测试其热膨胀性能,激光热导仪测试其热扩散系数。结果表明,成功制备了具有单一萤石晶体结构的(Sm_0.5Gd_0.2Nd_0.3)₂(Hf_0.3Ce_0.7)₂O₇复合氧化物。其显微组织结构致密,晶界清晰无其他相存在。由于复杂的元素组成和较大的原子量,其热导率明显低于7YSZ和Sm₂Ce₂O₇。其较低的热膨胀系数则归因于B位离子较小的离子半径,但其热膨胀系数依然满足热障涂层的要求。

响应曲面法优化超声振动辅助ELID复合内圆磨削ZTA陶瓷的边界损伤长度

贾晓凤, 刘玉慧

2021, 50(5): 938-946.

摘要 ( 77 )

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本文基于响应曲面法的Box-Behnken设计方法,开展超声振动辅助在线电解修整(ELID)复合内圆(UAEI)磨削氧化锆增韧氧化铝(ZTA)陶瓷试验,建立响应面模型;结合显著性检验、试验得到的响应曲面和等高线图,研究ELID电源电压、磨削深度、轴向进给量和砂轮转速四个工艺参数及其交互作用对边界损伤长度的影响规律;以最小边界损伤长度为优化目标,得到UAEI磨削ZTA陶瓷的最优参数组合为:EILD电源电压86.39 V,磨削深度为1.55 μm,轴向进给量为81.24 mm/min,砂轮转速为2 741.41 r/min,得到最优边界损伤长度理论预测值Ltv为6.537 μm。经过试验检验,相对误差在合理范围内,所建立的响应面模型具有较高精度,为UAEI磨削加工工艺参数的合理选择提供一定的参考。

过渡金属离子掺杂Ⅱ-Ⅵ族中红外激光陶瓷研究进展

罗永治, 余盛全, 阴明, 康彬

2021, 50(5): 947-958.

摘要 ( 104 )

PDF (7900KB) ( 80 )

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2~5 μm中红外激光在民用和军事领域的应用十分广泛。直接泵浦中红外激光增益介质材料是产生中红外激光的主要方式之一,二价过渡金属离子Cr²⁺或Fe²⁺掺杂的ZnS或ZnSe (TM²⁺∶Ⅱ-Ⅵ)材料以其独特的光谱特性成为目前最具发展前景的中红外激光增益材料之一。本文首先归纳了TM²⁺∶Ⅱ-Ⅵ材料的主要制备技术路线,然后重点介绍了采用激光陶瓷技术制备TM²⁺∶Ⅱ-Ⅵ材料的研究进展,最后对TM²⁺∶Ⅱ-Ⅵ陶瓷的原料制备与烧结技术的优化进行了展望。希望以此促进TM²⁺∶Ⅱ-Ⅵ激光陶瓷材料的发展,为获得高性能的TM²⁺∶Ⅱ-Ⅵ中红外激光器奠定关键材料基础。

钙钛矿太阳能电池中电子传输层现状研究

幸书林, 何云飞, 何继壮, 李佳桦, 符春林

2021, 50(5): 959-966.

摘要 ( 207 )

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有机-无机杂化钙钛矿型太阳能电池(简称钙钛矿太阳能电池)的最高光电转换效率已经达到25.5%,是最有希望取代硅基太阳能电池并实现广泛应用的太阳能电池之一。作为钙钛矿太阳能电池的基本组成部分,电子传输层对电池的性能起着至关重要的作用。本文阐述了钙钛矿太阳能电池中电子传输层的种类、尺寸以及界面修饰等对器件性能的影响,为继续提升钙钛矿太阳能电池性能提供参考。

单晶硅低裂纹损伤切片加工技术研究进展

葛梦然, 毕文波

2021, 50(5): 967-973.

摘要 ( 113 )

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单晶硅晶圆衬底的直径增大、厚度减薄和集成电路(IC)制程减小是集成电路领域主流发展趋势。随着集成电路制程减小至5 nm,对单晶硅晶圆衬底质量的要求越来越高。切片加工是晶圆衬底制造的第一道机械加工工序,金刚石线锯切片是大尺寸单晶硅切片加工的主要技术手段。本文介绍了金刚石线锯切片加工的发展趋势和面临的挑战,阐述了以单晶硅刻划加工研究为基础的金刚石线锯切片加工材料去除机制和电镀金刚石线锯三维形貌建模技术,总结了单晶硅切片加工的晶片表面创成机制和裂纹损伤产生机制,展望了单晶硅低裂纹损伤切片加工的工艺措施,指出了单晶硅切片加工技术的发展趋势,对集成电路制造技术的发展具有一定的指导意义。

晶体材料与器件学术研讨暨蒋民华先生逝世十周年纪念活动在山东大学举行

2021, 50(5): 974-974.

摘要 ( 72 )

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祝世宁院士在蒋民华先生逝世十周年纪念活动暨《晶体物理》再版发行仪式上的发言

2021, 50(5): 975-976.

摘要 ( 54 )

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彭珍珍执行主编在蒋民华先生逝世十周年纪念活动上的发言

2021, 50(5): 977-977.