人工晶体学报

陈晨, 赵堃, 韩焕鹏

2021, 50(6): 979-986.

摘要 ( 111 )

PDF (7893KB) ( 154 )

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锗片作为衬底材料已在空间太阳电池领域得到广泛的应用,新型锗基空间太阳能电池对锗片的需求由4英寸(1英寸=2.54 cm)提高到6英寸后,低位错锗单晶的生长难度增大。本文设计开发了一种适用于直拉法生长大尺寸、低位错锗单晶的双加热器热场系统,模拟研究了不同形状主加热器的热场分布,从而得到最优的热场环境。研究发现:渐变长度为L/h=1/2、渐变率α为65°的渐变型主加热器热场结构能够获得最佳的热场分布,有利于低位错单晶的生长。经验证,生长的锗单晶热应力较低,位错密度在310～450 cm^-2范围内。

热屏下降式单晶炉设计与研究

张西亚, 高德东, 王珊, 彭鑫, 林光伟, 高俊伟

2021, 50(6): 987-995.

摘要 ( 136 )

PDF (4696KB) ( 126 )

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光伏发电以绿色、可再生、能源质量高和不受资源分布地域的限制等优点被广泛使用,单晶硅又以低衰减率和高转换效率等优点渐渐超过了多晶硅光伏电池在市场中的份额,但成本问题和产能问题一直束缚着单晶硅太阳能产业的发展。本文提出了一种在晶体生长过程中随硅液面下降而下降的直拉单晶炉热屏结构,来解决在拉晶过程中坩埚上升所造成的拉晶速度和稳定性降低以及拉晶能耗增加的问题,并以CL120-97单晶炉热场为研究对象,利用有限元仿真对单晶炉优化前后晶体和熔体的热场以及氩气流场进行分析。分析仿真结果表明,优化后单晶炉不仅可以提高单晶炉拉晶的速度和质量,而且还能有效降低单晶炉拉晶的能耗。

LPE生长GaN的不同极性面的光学性质

任玉娇, 刘宗亮, 顾泓, 董晓鸣, 高晓东, 司志伟, 徐科

2021, 50(6): 996-1001.

摘要 ( 166 )

PDF (4473KB) ( 94 )

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极化效应会导致GaN基发光器件的效率降低,因此关于非极性和半极性GaN单晶的研究受到了广泛关注。为了进一步探究不同极性GaN的发光特性和杂质掺入的内在机理,本文利用钠助熔剂法侧向生长出的不同极性面的GaN单晶作为研究对象,对比了不同极性面的光学性质及杂质掺入特点,讨论了黄光带(YL)峰的起源及其影响因素。首先利用阴极荧光(CL)、光致发光(PL)对液相外延(LPE)法生长的不同极性方向的GaN的光学性质进行了研究。结果表明,不同的生长极性面会显露出不同的光学特性。朝着侧向生长的 [1122] 和 [1120] GaN的CL和PL特性相似,但与 [0001] GaN的光谱有较大差异。PL杂质峰包含两个肩峰peak 1(2.2 eV)和peak 2 (2.6 eV),在不同极性面中强度占比各不相同,推测分别与C_NO_N和C_N缺陷的0/+能级的跃迁有关。通过SIMS元素分析,C元素分布较为均匀,O元素分布存在较大差异,在[1122]区域沿着生长方向O含量逐渐增加,结合PL中2.2 eV处峰的强度增加,进一步证明了2.2 eV处的峰强与O含量存在正相关性。

喷淋式MOCVD反应器中AlN的生长速率和化学反应路径的数值模拟研究

万旭, 左然

2021, 50(6): 1002-1009.

摘要 ( 96 )

PDF (5565KB) ( 43 )

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利用数值模拟方法,结合反应动力学和气体输运过程,研究喷淋式MOCVD反应器中AlN的生长速率和气相反应路径与反应前体流量(NH₃和 H₂)、进口温度、压强、腔室高度等参数的关系。研究发现:薄膜生长前体和纳米粒子前体的浓度决定了不同的生长速率和气相反应路径。在低Ⅴ/Ⅲ比(2 000)、高H₂流量(12 L/min)、高进口温度(700 K)、低压强(2 kPa)、低腔室高度(5 mm)等条件下,气相反应路径由加合路径和热解路径并存,生长速率较高。反之,化学反应路径则由加合路径主导,生长速率较低。上述参数对反应路径的影响原因包括:气体流量(NH₃和H₂)较大,反应前体被带出生长区域或被稀释;低压强和低腔室高度使粒子碰撞频率降低、驻留时间缩短,进而削弱了寄生反应;进口温度导致温度梯度的变化。

高功率CO₂激光器CVD金刚石窗口制备研究

安晓明, 葛新岗, 刘晓晨, 李义锋, 姜龙, 罗海瀚

2021, 50(6): 1010-1015.

摘要 ( 110 )

PDF (2572KB) ( 51 )

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本文研究制备了可应用于高功率CO₂激光器的CVD金刚石窗口。首先使用环形天线-椭球谐振腔式MPCVD装置沉积制备直径2英寸(1英寸=2.54 cm)金刚石自支撑膜,然后将膜片双面抛光,激光切割成矩形基片,再采用蒸镀法在基片表面制备中心波长在10.6 μm的增透膜,最终制备得到金刚石光学窗口。采用傅里叶红外透射谱、热导仪、爆破试验台测试了金刚石基片镀膜前后的红外透过率、热导率和爆破强度。利用自行搭建的光学平台,测试了CVD金刚石基片增透膜能承受的激光功率密度。结果显示CVD金刚石基片在10.6 μm处的透过率为70.9%,利用光谱计算的吸收系数为0.06 cm^-1,热导率＞19.5 W/(cm·K),爆破强度＞5.62 MPa,镀膜后的透过率为99.2%,增透膜可承受的激光功率密度＞995 W/mm²。

ZrO₂对Ho∶(Y_0.7Sc_0.3)₂O₃激光陶瓷致密化和光学性能的影响

白雨晨, 张俊宇, 赵洪阳, 赵瑾, 章健, 王士维

2021, 50(6): 1016-1022.

摘要 ( 127 )

PDF (19950KB) ( 392 )

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2 μm 波段处于人眼安全波长,在医疗、加工、红外探测与对抗,以及大气环境监测等军、民两用领域有着重要潜在和实际应用。Ho³⁺掺杂倍半氧化物陶瓷具有宽的吸收和发射光谱、高热导率以及低声子能量等优点,是一类重要的 2 μm 波段激光材料。通过材料固溶原理,可以实现光谱更加宽化,这使其有可能成为一类性能优异的中红外固体激光材料。本文以商业Y₂O₃、Sc₂O₃以及Ho₂O₃粉体为原料,添加少量ZrO₂(原子比为0~1.0%)作为烧结助剂,采用真空预烧,结合热等静压烧结的工艺,成功制备出高透明的0.5%Ho∶(Y_0.7Sc_0.3)₂O₃陶瓷。研究了ZrO₂掺杂浓度(0~1.0％)对Ho∶(Y_0.7Sc_0.3)₂O₃激光陶瓷致密化过程和光学性能的影响。通过添加ZrO₂有效抑制了高温下Ho∶(Y_0.7Sc_0.3)₂O₃陶瓷晶粒的生长,掺杂1.0％ZrO₂的Ho∶(Y_0.7Sc_0.3)₂O₃陶瓷经1 690 ℃下真空预烧结4 h和1 600 ℃/190 MPa热等静压烧结3 h后,其透过率在1 100 nm处达到79.1％(厚度为4.4 mm),接近理论透过率。

Er掺杂金刚石缺陷的第一性原理研究

谭心, 张博晨, 任元, 陈成斌, 刘岳飞

2021, 50(6): 1023-1028.

摘要 ( 99 )

PDF (13786KB) ( 47 )

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本文以第一性原理计算为基础,研究了Er掺杂后金刚石的电子结构、能级跃迁及N、B原子共掺杂对金刚石Er相关缺陷的影响。首先对Er掺杂后金刚石的形成能与结合能进行计算,结果表明掺杂后的稳定结构为Er原子周围存在1个空位的结构,稳定价态为+3价。然后预测零点跃迁能(ZPL)是0.807 eV,对应激发的光子波长为1 536.289 nm。最后对N、B原子共掺杂计算,结果表明N、B原子的掺入可以使形成能降低,增加结构稳定性。Er掺杂金刚石使其在近红外光谱发光,为Er金刚石色心的应用提供了理论依据。

Sr₂MoBO₆(B=Os、Re、W)的电子结构与光学性质的第一性原理

张琪, 郝久源, 张敏, 李瑞, 祖宁宁

2021, 50(6): 1029-1035.

摘要 ( 95 )

PDF (8726KB) ( 43 )

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双钙钛矿氧化物Sr₂MoBO₆(B=Os、Re、W)已被预测为具有高磁转变温度的半金属材料。本论文对Sr₂MoBO₆的电子结构和光学性质进行了第一性原理计算,并分析了二者之间的内在关系。从能带结构来看, Sr₂MoOsO₆和Sr₂MoWO₆为半金属,Sr₂MoReO₆为普通金属。B 5d与Mo 4d之间的跃迁过程使三种材料复介电函数的虚部ε₂(ω)在可见光区域均有明显的介电峰,进一步使它们都具有很宽的吸收光谱和很高的吸收系数。其中,Sr₂MoReO₆和Sr₂MoWO₆的吸收光谱横跨整个可见光区并延伸至红外波段。Sr₂MoReO₆在可见光波段的最高吸收系数为41.86×10⁴ cm^-1,其中一个吸收峰位于886 nm处;Sr₂MoWO₆的吸收峰位于780 nm处,峰值吸收系数高达41.62×10⁴ cm^-1。另外,Sr₂MoBO₆在整个可见光范围内都具有很高的反射率,Sr₂MoWO₆的反射率峰值可达到0.55。Sr₂MoBO₆对可见光的响应特性预示着其在光电子器件领域广泛的应用前景。

水热法合成Cs_xWO₃纳米棒及其红外吸收性能

熊远鹏, 李锐星, 张越, 孔繁东, 钟麒

2021, 50(6): 1036-1043.

摘要 ( 70 )

PDF (8844KB) ( 53 )

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Cs_xWO₃纳米棒因其优异的近红外吸收性能得到研究人员的广泛关注,但目前水热法合成Cs_xWO₃纳米棒存在易形成等轴状纳米颗粒,或合成温度高,需要后续处理等问题。本文以钨酸铵((NH₄)₆ W₇O₂₄·6H₂O)、氯化铯(CsCl)、盐酸(HCl)和油胺(C₁₈H₃₇N)为原料,在220 ℃水热反应24 h合成了直径和长度分别为10~20 nm和100~250 nm的Cs_0.2WO₃纳米棒。研究了溶剂、合成路径以及HCl对Cs_0.2WO₃纳米棒的物相和形貌的影响,探讨了Cs_0.2WO₃纳米棒的形成机理,测试了Cs_0.2WO₃纳米棒的红外吸收性能。结果表明:过少和过量的HCl不利于合成Cs_0.2WO₃,改变HCl和CsCl的加入顺序,降低(NH₄)₆ W₇O₂₄·6H₂O、CsCl和HCl间的反应速率,有助于合成Cs_0.2WO₃纳米棒,且Cs_0.2WO₃纳米棒的红外吸收性能优于等轴状纳米颗粒。

一例镉(Ⅱ)配合物的合成、结构及发光性质研究

刘艺蕊, 段敏娜, 顾希煊, 高艳红, 何勇, 宋娟

2021, 50(6): 1044-1048.

摘要 ( 95 )

PDF (2079KB) ( 36 )

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镉配合物因其独特的结构及性质而被广泛应用于光学、医药、化学等领域,水热法因其溶剂清洁、操作简单等因素是目前合成配合物方便有效的方法之一。本文以2,6-双(2-吡嗪基)-4,4′-联吡啶(L)、对苯二甲酸和CdCl₂·2.5H₂O为原料,运用水热合成法合成了配位化合物[Cd₂(L)₂(bdc)(H₂O)₄](bdc),用X射线单晶衍射技术、红外光谱分析等手段对所合成配合物进行了结构和发光性质的表征。研究发现:配合物[Cd₂(L)₂(bdc)(H₂O)₄](bdc)属于三斜晶系,P1空间群,晶胞参数为a=1.002 78(17) nm,b=1.044 25(17) nm,c=1.274 8(2) nm,β=78.559(2)°,且具有良好的荧光性能。

新型镉(Ⅱ)配合物荧光探针的合成及性能

徐衡, 桂乃成, 严达, 熊志, 黄荣谊

2021, 50(6): 1049-1055.

摘要 ( 85 )

PDF (4470KB) ( 38 )

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以8-氨基喹啉、1,5-萘二磺酸根为配体,NaN₃为pH调节剂,与Cd(NO₃)₂通过水热反应,合成了一个新的一维链状镉配合物:[Cd(8-aql)₂(1,5-nd)]₂·H₂O (1)(8-aql=8-氨基喹啉, 1,5-nd=1,5-萘二磺酸根),并对其进行了元素分析、红外光谱和X-射线单晶衍射表征。配合物1属于单斜晶系,空间群为P2₁/n,不对称结构单元中包含半个Cd(Ⅱ),一个8-aql配体、半个1,5-nd阴离子和一个游离的水分子,中心离子Cd(Ⅱ)采取六配位模式构成畸变的八面体配位几何构型。该配合物具有较高的热稳定性,且在510 nm处发射荧光,属配体的π^*-π跃迁。讨论了此配合物在常见溶剂中的荧光性质。实验结果表明,不同有机小分子对配合物的发射光波长和强度均有不同程度影响,其中硝基苯使配合物荧光猝灭,该配合物可以作为荧光探针检测低浓度的硝基苯。

后退火气氛对磁控溅射制备β-Ga₂O₃薄膜材料的影响

姬凯迪, 高灿灿, 杨发顺, 熊倩, 马奎

2021, 50(6): 1056-1061.

摘要 ( 74 )

PDF (6588KB) ( 36 )

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近年来,宽禁带半导体材料β-Ga₂O₃越来越多地受到关注,在材料制备、掺杂、刻蚀等方面都有广泛研究。射频磁控溅射是常用的β-Ga₂O₃薄膜制备方法之一,后退火处理往往是提高薄膜质量的关键工艺步骤。本文研究后退火工艺中退火温度和退火气氛对射频磁控溅射在C面蓝宝石基底上制备得到的β-Ga₂O₃薄膜材料的影响。X射线衍射和原子力显微镜表征结果表明:在氮气气氛下退火,退火温度为1 000 ℃时得到的β-Ga₂O₃薄膜质量较优;相同的温度下,氧气气氛退火比氮气气氛退火更有利于提升薄膜的结晶性能、降低表面粗糙度;在氧气气氛下,1 000 ℃退火得到的薄膜质量相对比900 ℃退火得到的薄膜质量好。

NiCoSe₄薄膜制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

葛薛豪, 吴静, 邢栋梁, 潘闻景, 张宇林, 蒋青松

2021, 50(6): 1062-1069.

摘要 ( 75 )

PDF (17793KB) ( 49 )

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作为染料敏化太阳能电池的关键构成部分,对电极一直是研究的重点,尤其是硒化物对电极。本文采用恒电位沉积-溶剂热-硒化过程制备出钴镍基硒化物薄膜,并直接作为染料敏化太阳能电池的对电极。物相、形貌以及表面元素价态等分析表明,在氟掺杂氧化锡(FTO)玻璃上可直接获得NiCoSe₄薄膜,该薄膜是一种由纳米颗粒构成的片状多孔结构。电化学测试结果表明,NiCoSe₄薄膜在基于I^-/I^-₃氧化还原电对的电解液中具有良好的电催化活性,由其构成的电池器件也展现出了良好的光伏性能,且光电转换效率达到了7.84%,高于铂基电池器件效率的6.95%。

非水溶剂中纳米结构SrTiO₃薄膜电极平带电位研究

张惠惠, 寇慧芝, 汪海波

2021, 50(6): 1070-1075.

摘要 ( 77 )

PDF (3271KB) ( 29 )

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本文制备了纳米结构SrTiO₃薄膜电极,并通过XRD、TEM和SEM对电极的结构和表面形貌进行表征。利用光谱电化学法,测定了纳米结构SrTiO₃电极在非水溶剂中的平带电位。研究发现:SrTiO₃电极在水中及非水质子溶剂(甲醇、乙醇)中的平带电位比在非水非质子溶剂(乙腈、四氢呋喃)中更正。在水及非水质子溶剂中,Li⁺的添加对 SrTiO₃电极的平带电位影响较小,而在非水非质子溶剂中,Li⁺的加入对 SrTiO₃电极的平带电位有较大影响,随着Li⁺浓度的增加,SrTiO₃电极的平带电位向电位更正的方向移动。

吡嗪席夫碱银配位聚合物的晶体结构、发光性质和抗菌活性

廖延智, 郭俊儿, 冯安生, 赖敏成, 杨超杰, 徐小云, 游遨

2021, 50(6): 1076-1081.

摘要 ( 85 )

PDF (2479KB) ( 42 )

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利用2-乙酰基吡嗪和异烟肼在无水乙醇中反应得到席夫碱化合物N-[(1-吡嗪基)-1-亚甲基]异烟酰肼(L)。以L和硝酸银为原料,通过扩散法合成了配位聚合物{[Ag₃L₂(NO₃)₂]CH₃CN}_n,并通过X-射线单晶衍射、元素分析、红外光谱、荧光光谱对其进行结构解析和性质表征。单晶衍射分析结果表明,该配位聚合物属单斜晶系,P2₁/c空间群,晶胞参数为a=0.611 70(10) nm,b=1.347 08(3) nm,c=2.018 69(4) nm,V=1.661 06(6) nm³,Z=2,Mr=970.19,Dc=1.940 g/cm³,配体分子以银离子为连接点形成二维网状结构。荧光光谱分析表明配体和配位聚合物均有较好的发光性能,且配位聚合物荧光强度优于配体。抗菌活性表明,配位聚合物对白色葡萄球菌、藤黄八叠球菌及枯草芽孢杆菌有较好的特异性,具有良好的医药应用前景。

室温铁磁性Sr₃YCo₄O_10.5+δ多晶有序化的烧结工艺及电磁性能

霍广鹏, 张晓东, 宋宏远, 惠玉玉, 杜晓丽, 陈亮维, 虞澜

2021, 50(6): 1082-1088.

摘要 ( 76 )

PDF (7863KB) ( 23 )

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采用固相反应法制备了不同烧结温度(950~1 180 ℃)、烧结时间、烧结次数共7种工艺的Sr₃YCo₄O_10.5+_δ多晶块材,通过热分析、XRD、SEM确定了有序化相变和最佳烧结工艺(1 180 ℃/24 h+1 180 ℃/24 h),并研究了多晶的电磁性能。结果表明,964 ℃完全晶化的四方相Sr₃YCo₄O_10.5在1 042 ℃吸氧(δ)完成有序化,生成Sr₃YCo₄O_10.5+_δ,而1 100 ℃和1 180 ℃烧结的样品均出现(103)、(215)超结构峰,验证了其结构的有序性。块材均呈半导体电输运行为,二次烧结晶格完整性提高,晶粒长大,300 K时电阻率仅为0.06 Ω·cm,居里温度(T_c)~335 K,零场冷曲线(ZFC)上的Hopkinson峰源于低温时被冻结的磁矩随温度升高转向磁场方向,磁化强度在298 K达到最大,随后受热扰动的影响减小。室温铁磁性源于有序结构导致的中自旋或高自旋态Co³⁺的e_g轨道有序。

Ti/Au复合电极在CdZnTe (111)B面上的表面结构与性能研究

陶思祺, 张继军, 王淑蕾, 秦美琪, 邱攀辉, 宋晓龙

2021, 50(6): 1089-1095.

摘要 ( 154 )

PDF (5858KB) ( 68 )

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近年来,碲锌镉(CdZnTe)材料制成的探测器已经成为研究热点,适当的接触特性已经成为提高探测器性能的关键问题。本文主要探讨了弱n型CdZnTe晶体(111)B面Ti/Au复合电极的欧姆接触性能,采用两步沉积工艺制备Ti/Au复合电极。通过AFM、FIB/TEM、XPS、I-V等测试方法研究了电极与CdZnTe的界面结构、化学成分和电学性能。结果表明,Ti过渡层的引入可以减轻和改善晶片抛光过程中形成的损伤层,增加了电极与晶体之间的欧姆特性。相比于CdZnTe (111)B面上的Cr/Au复合电极,Ti/Au复合电极的粗糙度更低、接触界面更平整,晶格失配层厚度也更低。Ti中间层促进了金/半界面的互扩散现象, 有利于增加黏附性和降低肖特基势垒,并且在Ti/Au复合电极与CdZnTe接触的界面上没有观察到氧元素的存在。I-V测试表明Ti/Au复合电极具有更加良好的欧姆特性和更低的肖特基势垒。

十二烷基苯磺酸钠与聚乙烯吡咯烷酮复配表面活性剂对单晶硅制绒的影响

张嘉华, 康桥, 黄仕华

2021, 50(6): 1096-1103.

摘要 ( 83 )

PDF (13894KB) ( 43 )

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本文采用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的复配溶液作为单晶硅制绒添加剂,取代目前常用碱醇制绒液中的异丙醇,不仅降低了绒面的反射率、缩短了制绒时间,而且具有成本低、制绒过程中不需要定时补充等特点。本文研究了SDBS与PVP复配添加剂的比例、浓度、反应时间、反应温度等对单晶硅制绒效果的影响,实验发现当SDBS与PVP的混合体积比为1∶4、复配添加剂的浓度为0.26%(质量分数)、制绒温度为80 ℃、制绒时间为15 min时,在400~1 000 nm波长范围内的平均反射率为9.8%。与传统的碱醇制绒液相比,SDBS与PVP复配添加剂的制绒时间缩短了25 min,反射率降低约2%,是一种非常有发展潜力的产业化单晶硅制绒添加剂。

Ca(H₂PO₄)₂-H₃PO₄-K₂SO₄体系中石膏晶型及形貌调控

吴钦, 杨林, 易芸, 耿平兰, 曹建新

2021, 50(6): 1104-1111.

摘要 ( 52 )

PDF (16388KB) ( 36 )

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为将Ca(H₂PO₄)₂制备KH₂PO₄过程中的石膏资源化利用,以H₃PO₄与CaCO₃反应制备Ca(H₂PO₄)₂溶液,并与K₂SO₄溶液反应,进行Ca(H₂PO₄)₂-H₃PO₄-K₂SO₄体系中石膏晶型和形貌调控研究。结果表明:通过改变反应时间、反应温度、SO^2-₄过量系数和CaO含量等参数可对Ca(H₂PO₄)₂-H₃PO₄-K₂SO₄体系中石膏晶型和形貌进行调控,制得短柱状α-CaSO₄·0.5H₂O。体系在温度高于95 ℃和CaO含量为3.0%~5.0%(质量分数,下同)时形成α-CaSO₄·0.5H₂O,在CaO含量为5.5%主要形成CaSO₄·2H₂O;反应时间长于20 min和SO^2-₄过量系数大于1.4将形成K₂SO₄(CaSO₄)₅·H₂O,导致石膏晶体表面缺陷增加。本实验条件下,适宜反应条件为:反应时间10 min、反应温度95 ℃、SO^2-₄过量系数1.2和CaO含量5.0%,此条件下可制得长度42~70 μm、直径13~24 μm的短柱状α-CaSO₄·0.5H₂O,其抗折和抗压强度分别可达5.61 MPa和33.74 MPa,滤液中钾收率和脱钙率分别可达94.23%和83.80%。

方解石制备碳酸钙晶须的影响因素及机理

于亚杰, 郑强, 刘海利, 邢润, 李雪

2021, 50(6): 1112-1122.

摘要 ( 104 )

PDF (19103KB) ( 40 )

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以方解石矿石为原料,利用制备的重镁水(Mg(HCO₃)₂)及中间产物氯化钙制备文石型碳酸钙晶须,并采用SEM、XRD及EDS对产品进行表征。探究了重镁水与氯化钙反应过程中反应温度、反应时间、镁钙浓度比、重镁水浓度以及搅拌速度对碳酸钙晶须形貌的影响。通过单因素实验得出了最佳工艺条件:温度40 ℃、反应时间2 h、镁钙浓度比6∶1、重镁水浓度0.14 mol/L、搅拌速度150 r/min。在此条件下,制得了长度为40~65 μm、直径为0.6~1.5 μm、长径比为25~45的文石型碳酸钙晶须。

铁离子掺杂对铜铬黑颜料呈色性能的影响

白明敏, 李伟信, 王少华, 李歆玮, 王钦瑜, 汪永清

2021, 50(6): 1123-1130.

摘要 ( 75 )

PDF (9263KB) ( 30 )

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为改善CuCr₂O₄黑色颜料呈色性能,将Fe³⁺掺杂进入CuCr₂O₄晶体中,采用共沉淀法制备CuCr_2-xFe_xO₄(x=0,0.04,0.05,0.06,0.07),并对所制备样品进行TG-DTA、XRD、SEM、Raman、XPS、UV-Vis吸收光谱和色度值的测试与表征。结果表明,Fe以三价态固溶进入Cr³⁺位置,未出现杂质相,得到的CuCr_2-xFe_xO₄晶粒细小、分散均匀。Fe³⁺掺杂可减小CuCr₂O₄的禁带宽度,从1.25 eV减小到1.08 eV,禁带宽度的减小是由于2p(O^2-)→3d(Fe³⁺)和Fe³⁺的d-d(⁶A_1g→⁴T_1g和 ⁶A_1g→⁴T_2g)电荷跃迁引起的。禁带宽度的减小使得黑色颜料对可见光(380~780 nm)的吸收率提高,L^*值减小,呈现出良好的黑度。得到的最佳黑色颜料为CuCr_1.95Fe_0.05O₄,L^*=17.63,a^*=-0.77,b^*=-1.61。

多次热氧化削减硅通孔内壁扇贝纹

王硕, 杨发顺, 马奎

2021, 50(6): 1131-1137.

摘要 ( 91 )

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硅通孔(TSV)在三维集成系统中扮演着非常重要的角色。BOSCH刻蚀技术是当前主流的硅通孔刻蚀方法,因为刻蚀和钝化交替进行,这种干法刻蚀工艺不可避免地会在硅通孔的内部形成扇贝纹,其尺度一般在几十纳米到几百纳米不等。扇贝纹会导致后续填充的各层材料以及它们之间的界面不平滑,从而严重影响TSV的性能以及三维集成系统的可靠性。高温热氧化时,较高氧气流量可确保硅通孔内部氧气浓度基本均匀,扇贝纹凸起处的二氧化硅生长速率相对较快。交替循环进行高温热氧化和腐蚀二氧化硅,可有效削减硅通孔内壁的扇贝纹。对深宽比为8∶1的硅通孔,经过四次高温热氧化(每次氧化的工艺条件为:1 150 ℃、湿氧氧化10 min)和四次腐蚀二氧化硅后,内壁的扇贝纹起伏最大值从最初的400 nm降到了90 nm。实验结果表明该方法削减扇贝纹的效果十分明显。

掺硼金刚石膜研究进展及应用

郑彧, 张怡, 童亚琦, 玄真武

2021, 50(6): 1138-1148.

摘要 ( 213 )

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掺硼金刚石在原有金刚石高硬度、高稳定性、良好的生物相容性等优良性能的基础上,具有半导体甚至低温超导特性,以及宽的电化学势窗、低背景电流等电化学优势。目前,掺硼金刚石膜被公认为是极佳的电化学电极材料,大量研究工作集中在硼的掺杂方式、掺硼金刚石膜微观形貌控制、掺硼金刚石膜表面修饰等方面,以优化掺硼金刚石膜的性能,拓展其应用空间。本文基于对掺硼金刚石结构的认识,综述了其电学及电化学性能研究进展,阐述了其主要制备方法。并分析了掺硼金刚石膜作为电极在消毒杀菌、废水处理、超级电容器、生物传感器等领域的应用现状及前景。

助熔剂在硅酸盐荧光粉中的应用及分析

王明, 王连连, 李林凤, 罗新宇, 刘洋, 赵然, 杨小丽

2021, 50(6): 1149-1157.

摘要 ( 114 )

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以硅酸盐为基质的白光LED用荧光粉,具有原料丰富、成本低廉、合成工艺简单、组成多样、发光可调等优点,是当前研究的热点。助熔剂在硅酸盐荧光粉制备过程中起到了至关重要的作用。本文介绍了硅酸盐荧光粉体系中助熔剂的使用情况,助熔剂类别和用量对荧光粉的晶相、发光强度和形貌都有一定的影响。添加不同的助熔剂以及同类不同量的助熔剂会使硅酸盐荧光粉形成不同的晶相种类;助熔剂阳离子围绕在激活剂离子周围,引起发光中心的数量变化,从而改变发射光谱形状并能很大程度提高发光强度,但是过量的助熔剂则会降低荧光粉的发光强度;助熔剂用量对荧光粉表面形貌影响明显,适量的助熔剂能细化晶粒,使晶粒尺寸均匀,晶粒球化,但是助熔剂过量则会使样品结块。加强荧光粉制备过程中助熔剂的机理研究,选择合适的助熔剂及其用量,是合成高性能荧光粉的关键。

退役三元锂离子电池正极材料高效清洁回收技术研究进展

王皓逸, 邹昱凌, 孟奇, 夏广辉, 林艳, 张英杰

2021, 50(6): 1158-1169.

摘要 ( 111 )

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锂离子电池因其能量密度高、循环性能好、自放电低等优势在各个领域得到了广泛的应用。近年来,退役三元锂离子电池数量急剧增长,从保护环境和节约资源的角度来看,开展退役锂离子电池回收再生工艺研究是必要的。本文综述了退役三元锂离子电池回收再生技术的研究现状,指出对衰减程度不同的锂电池正极材料需采取灵活的梯级回收工艺路线,并详细介绍了退役锂电池正极材料的湿法冶金回收工艺和物理法修复再生技术,分析了它们的优缺点和存在的技术难点。最后,展望了退役锂离子电池回收利用的前景和发展方向。

锂-二氧化碳电池关键材料的研究进展

顾洋, 王朕, 吴宏坤, 肖杰, 曾晓苑

2021, 50(6): 1170-1179.

摘要 ( 95 )

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可充式锂-二氧化碳电池为捕获CO₂和能量存储提供了一种新方法。尽管该技术从发展之初至今取得了很大进步,但它们在实际应用中还面临着许多限制和挑战。其中,在充放电机理方面的研究,虽然取得了显著的成就,但仍存在一些争议。目前,大部分的锂-二氧化碳电池研究在提高电池性能方面,主要针对的是阴极催化剂的制备,例如,碳基催化剂、贵金属基催化剂、过渡金属基催化剂、可溶性催化剂等。上述催化剂虽显著提高了电池性能,但少有同时满足价格低廉、制备方法简单和催化性能优异等优点的催化剂,这也是限制锂-二氧化碳电池走向实际应用的因素之一。由于锂-二氧化碳电池属于半开放式系统,液态电解液存在泄露、蒸发和锂枝晶等问题,导致电池的安全性和性能的降低。采用准固态电解质可有效解决上述问题,并为柔性可穿戴锂-二氧化碳电池的实现提供了可能。本文归纳了锂-二氧化碳电池关键材料的研究进展,分别对锂-二氧化碳电池的充放电机理、阴极催化剂、准固态电解质和阳极锂保护四部分进行了介绍,对其发展的现状和面临的挑战以及未来发展的趋势作出了归纳和总结。为开发高效可逆的锂-二氧化碳电池提供参考。

《晶体生长微观机理及晶体生长边界层模型》书评

王继扬

2021, 50(6): 1180-1181.

摘要 ( 92 )

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