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2022年 第51卷 第3期
刊出日期：2022-03-15

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研究论文

大尺寸电阻加热式碳化硅晶体生长热场设计与优化

卢嘉铮, 张辉, 郑丽丽, 马远, 宋德鹏

2022, 51(3):  371-384. 

摘要 ( 939 )   PDF (7579KB) ( 1624 )  

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大尺寸低缺陷碳化硅(SiC)单晶体是功率器件和射频(RF)器件的重要基础材料,物理气相传输(physical vapor transport, PVT)法是目前生长大尺寸SiC单晶体的主要方法。获得大尺寸高品质晶体的核心是通过调节组分、温度、压力实现气相组分在晶体生长界面均匀定向结晶,同时尽可能减小晶体的热应力。本文对电阻加热式8英寸(1英寸=2.54 cm)碳化硅大尺寸晶体生长系统展开热场设计研究。首先建立描述碳化硅原料受热分解热质输运及其多孔结构演变、系统热输运的物理和数学模型,进而使用数值模拟方法研究加热器位置、加热器功率和辐射孔径对温度分布的影响及其规律,并优化热场结构。数值模拟结果显示,通过优化散热孔形状、保温棉的结构等设计参数,电阻加热式大尺寸晶体生长系统在晶锭厚度变化、多孔介质原料消耗的情况下均能达到较低的晶体横向温度梯度和较高的纵向温度梯度。

基于神经网络和遗传算法的铸锭晶体硅质量控制及工艺优化

郝佩瑶, 朱金伟, 廖继龙, 郑丽丽, 张辉

2022, 51(3):  385-397. 

摘要 ( 224 )   PDF (5725KB) ( 259 )  

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铸锭晶体硅是太阳能级晶硅材料的重要来源之一,为了进一步降低硅片成本,需要在保证晶体质量的同时发展大尺寸铸锭晶硅。影响铸造晶体硅质量的热场控制核心参数包括晶体生长速度与生长界面温度梯度之比V/G、壁面热流q、生长界面高度差Δh和硅熔体内部温差ΔT等。针对铸锭晶体硅生长过程中的质量控制问题,本研究基于人工神经网络(ANN)模型对晶体生长过程建立了工艺控制优化方法,利用实验测量数据和数值仿真模拟结果构建铸锭晶体硅生长过程的工艺控制数据集,以底部隔热笼开口和侧、顶加热器功率比作为主要工艺控制参数,V/G、|q|、|Δh|和ΔT为优化目标,建立用于研究晶体生长工艺控制参数和热场参数之间映射关系的神经网络模型。使用训练完成的模型分析底部隔热笼开口及侧、顶加热器功率比对晶体生长过程热场的影响规律,并采用遗传算法(GA)对铸锭晶体硅生长过程的工艺控制参数以提高晶体质量为目标进行优化,最后结合实际生产中的检测图像讨论了V/G对晶体质量的影响。研究表明晶体生长中期的V/G沿横向变化较平缓,对应缺陷较少且分布均匀,因此增大V/G在横向上的均匀度也是提高晶体质量的一个重要因素。

非线性光学晶体Na₃La₉O₃(BO₃)₈的高功率纳秒激光三倍频特性研究

唐光鑫, 刘旺, 王丽荣, 李云飞, 张玲, 张国春

2022, 51(3):  398-403. 

摘要 ( 141 )   PDF (4287KB) ( 89 )  

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本文对新型非线性光学晶体Na₃La₉O₃(BO₃)₈(NLBO)三倍频产生355 nm紫外纳秒激光的特性进行了研究。以重复频率10 kHz、脉冲宽度10 ns的高功率1 064 nm调Q激光器作为基频光源,采用I类相位匹配的LBO和NLBO晶体分别作为倍频晶体和三倍频晶体,获得平均输出功率152.5 mW的355 nm紫外纳秒激光输出,为目前采用NLBO晶体获得355 nm紫外激光的最高输出功率。本文还研究了NLBO晶体在实现三倍频最佳输出时晶体偏转角度随温度的变化规律,从实验角度对NLBO晶体在不同温度下的三倍频最佳相位匹配角度进行了修正。

原位ATR-IR光谱实时研究DKDP的结晶过程

刘发付, 张丛, 郭建斌, 张武, 曹剑武, 张海波, 徐明霞

2022, 51(3):  404-410. 

摘要 ( 84 )   PDF (3244KB) ( 50 )  

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采用全反模式的红外(ATR-IR)光谱实时研究了不同氘含量KH_2-xD_xPO₄(DKDP)晶体的结晶过程,其中DKDP溶液氘含量范围为0到99%。通过υ₁(PO₄)和υ₃(PO₄)振动表征了DKDP结晶溶液中(H₂PO₄^-)_1-x(D₂PO₄^-)_x离子基团浓度的变化。υ₁(PO₄)振动强度的变化和υ₃(PO₄)振动宽度的变化说明生长溶液中的(H₂PO₄^-)_1-x(D₂PO₄^-)_x离子浓度随着测试时间延长而不断增大。同时,δ(P—O…H/D—O—P)振动峰的形成说明DKDP晶体的生长基元为(H₂PO₄^-)_n-x(D₂PO₄^-)_x离子团簇。波数在1 448 cm^-1到1 653 cm^-1范围内H—O—H和D—O—D振动强度的变化解释了DKDP晶体在结晶过程中氘含量分布不均的现象。

铋系化合物改性的新型三元弛豫铁电体的性能研究

黄江峰, 王涛, 王凤华, 何志兴, 陈哲, 黄音博, 吴文娟

2022, 51(3):  411-418. 

摘要 ( 68 )   PDF (1929KB) ( 23 )  

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钛酸钡(BaTiO₃)陶瓷作为传统的介质电容器材料,其强铁电性会导致储能密度低下,但通过掺杂可以削弱铁电性来获得弛豫铁电体,提高储能性能。利用铋系化合物可增强弛豫特性,本文设计了BiScO₃和(Sr_0.7Bi_0.2)TiO₃取代改性的BaTiO₃基三元陶瓷材料: (0.99-x)Ba(Zr_0.1Ti_0.9)O₃-x(Sr_0.7Bi_0.2)TiO₃-0.01BiScO₃(缩写为BZT-xSBT-BS)。采用传统固相法制备的BZT-xSBT-BS陶瓷,相结构没有因为掺杂发生改变,在室温下均为纯的三方相钙钛矿结构。介电和铁电的测试与分析表明,BZT-xSBT-BS陶瓷具有典型的弛豫铁电特性。由于不等价离子Sr²⁺、Bi³⁺的掺杂导致界面松弛极化,可以增大BZT-xSBT-BS陶瓷的介电常数,但是受制于其慢的响应速度,陶瓷的介电损耗也显著增加。适量(Sr_0.7Bi_0.2)TiO₃可以提升BZT-xSBT-BS陶瓷的介电、铁电、应变和储能性能,x=0.015时的BZT-xSBT-BS陶瓷的综合性能较优:ε_r~10 372,tanδ~0.019,P_max=16.42 μC/cm²,E_c=1.41 kV/cm,S⁺_max=0.12%(@40 kV/cm),W_D=0.181 J/cm³,η=80.4%(@60 kV/cm)。

田字形地震超材料甚低频宽带隙机理

李丽霞, 李鹏国, 贾琪, 李玲

2022, 51(3):  419-427. 

摘要 ( 86 )   PDF (11933KB) ( 38 )  

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在地球中传播的地震波主要有体波和表面波,而表面波中Rayleigh波对建筑物造成的破坏最为强烈。针对Rayleigh波的振动控制,提出一种田字形超材料结构。相比于传统的地震超材料,这种超材料屏障是由外部口字形框体内部嵌套十字形柱体组成,形成4个可填充区域,其外部框体采用部分埋入的方式,具有高强度、强稳定性、填充方式灵活的特点。应用有限元法计算了田字形超材料的能带结构和传输特性,并通过分析带隙边界处模态振型可知,带隙的打开是由于柱体的局域共振。结合带隙机理可知,柱体结构中土壤填充量不同可改变柱体的质量,形成不同的谐振频率,产生甚低频带隙。为进一步拓宽带隙,设计研究了正、负梯度的质量填充方式,均可得到3.3~13.1 Hz甚低频宽带隙,在谐振频率范围内两者的隔震方式分别为Rayleigh波彩虹捕获和Rayleigh波到体波的转化。最后,采用EI-Centro地震波对填充屏障进行了时程验证,加速度最大幅值衰减超过80%,为地震超材料在减震隔震方面应用提供了新的设计思路和方法。

激光加热基座技术生长超细单晶光纤研究

王涛, 贾志泰, 李阳, 张健, 陶绪堂

2022, 51(3):  428-433. 

摘要 ( 195 )   PDF (5477KB) ( 229 )  

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单晶光纤(SCF)是具有纤维结构的“准一维”功能晶体材料,在高能激光、高温传感、辐射探测、信息通信等国防民生领域展现出了巨大的应用前景。本文采用激光加热基座技术成功制备出直径60~100 μm、长径比>6 000∶1的超细Al₂O₃、YAG单晶光纤,单晶光纤平均直径起伏<4%,展现出良好的柔韧性与波导特性,为单晶光纤器件的小型化与集成化创造了条件。

超薄多晶硅的掺杂、钝化及光伏特性研究

宋志成, 杨露, 张春福, 刘大伟, 倪玉凤, 张婷, 魏凯峰

2022, 51(3):  434-440. 

摘要 ( 118 )   PDF (6756KB) ( 79 )  

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本文对70 nm超薄多晶硅的掺杂工艺、钝化性能及光伏特性进行了研究。确定了70 nm超薄多晶硅的掺杂工艺,研究表明当离子注入剂量为3.2×10¹⁵ cm^-3,在855 ℃退火20 min时,70 nm超薄多晶硅的钝化性能可以达到与常规120 nm多晶硅相当的水平,且70 nm多晶硅的表面掺杂浓度达到5.6×10²⁰ atoms/cm³,远高于120 nm掺杂多晶硅的表面掺杂浓度(2.5×10²⁰ atoms/cm³)。基于70 nm超薄多晶硅厚度减薄和高表面浓度掺杂的特点,较低的寄生吸收和强场钝化效应使得在大尺寸(6英寸)直拉单晶硅片上加工的N型TOPCon太阳能电池的光电转换效率得到明显提升,主要电性能参数表现为:电流I_sc升高20 mA,串联电阻R_s降低,填充因子FF增加0.3%,光电转换效率升高0.13%。

ε-(Al_xGa_1-x)₂O₃/ε-Ga₂O₃异质结电子输运性质研究

白雅楠, 吕燕伍

2022, 51(3):  441-449. 

摘要 ( 107 )   PDF (3390KB) ( 82 )  

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Ga₂O₃是一种新兴的宽带隙半导体,在电力和射频电子系统中具有潜在的应用前景。前期研究以β-Ga₂O₃为主,并且已经对β-(Al_xGa_1-x)₂O₃/Ga₂O₃异质结构中的二维电子气(2DEG)进行了理论计算,本文主要研究ε-(Al_xGa_1-x)₂O₃作为势垒层对ε-(Al_xGa_1-x)₂O₃/ε-Ga₂O₃异质结电子输运性质的影响,首先介绍了ε-(Al_xGa_1-x)₂O₃/ε-Ga₂O₃异质结的结构和性质,分析计算了由于ε-(Al_xGa_1-x)₂O₃/ε-Ga₂O₃异质结的自发极化和压电极化所产生的极化面电荷密度,以及极化对2DEG浓度产生的影响,接着分析了在不同Al摩尔组分下,ε-(Al_xGa_1-x)₂O₃势垒层厚度与合金无序散射、界面粗糙度散射和极性光学声子散射之间的关系。最后通过计算得出结论:界面粗糙度散射和极性光学声子散射对ε-(Al_xGa_1-x)₂O₃/ε-Ga₂O₃异质结的电子输运性质有重要影响,合金无序散射对异质结的输运性质影响较小;2DEG浓度、合金无序散射、界面粗糙度散射和极性光学声子散射的电子迁移率强弱由ε-(Al_xGa_1-x)₂O₃势垒层的厚度和Al摩尔组分共同决定。

X/g-C₃N₄(X=g-C₃N₄、AlN及GaN)异质结光催化活性的理论研究

刘晨曦, 潘多桥, 庞国旺, 史蕾倩, 张丽丽, 雷博程, 赵旭才, 黄以能

2022, 51(3):  450-458. 

摘要 ( 74 )   PDF (10168KB) ( 52 )  

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本文采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了单层g-C₃N₄以及X/g-C₃N₄(X=g-C₃N₄、AlN及GaN)异质结的稳定性、电子结构、功函数及光学性质。结果表明,X/g-C₃N₄异质结的晶格失配率和晶格失配能极低,说明X/g-C₃N₄具有优异的稳定性。与单层g-C₃N₄相比,X/g-C₃N₄的带隙均减小,态密度的波峰和波谷均大幅提高且出现了红移现象,处于激发态的电子数量增加,使得电子跃迁变得更为容易,表明构建异质结有利于提高体系对可见光的响应能力。此外,X/g-C₃N₄的功函数均减小且在界面处形成了内建电场,有效抑制了光生电子-空穴对的复合,这对载流子的迁移以及光催化能力的提高大有裨益。其中,GaN/g-C₃N₄的功函数最小,在界面处存在电势差形成了内建电场且红移现象最明显,可推测GaN/g-C₃N₄的光催化性能最好。因此,本文提出的构建异质结是提高体系光催化活性的有效手段。

GeS/MoS₂异质结电子结构及光学性能的第一性原理研究

梁志华, 谭秋红, 王前进, 刘应开

2022, 51(3):  459-470. 

摘要 ( 88 )   PDF (22518KB) ( 68 )  

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以MoS₂、GeS为代表的二维层状材料在光学、电学等方面表现出优异的物理性能。如何将两者的优良性能结合,同时获得具有新的协同功能的复合材料对电子器件的发展和应用具有重要意义。本文采用密度泛函理论的第一性原理计算方法,对GeS/MoS₂异质结的电子结构及光学性质进行了系统研究,并探索了界面间距、应变和电场对异质结电子结构和光学性能的影响。研究结果表明,GeS/MoS₂异质结是Ⅱ型能带排列,该能带排列有利于光生电子-空穴对的分离。进一步研究发现,通过应变和电场等手段可以实现对GeS/MoS₂异质结能带排列及光吸收系数的有效调控。该研究结果表明GeS/MoS₂异质结在光催化、光电器件等领域具有潜在的应用,为设计与制备GeS/MoS₂相关的光电器件提供了理论指导。

Ag,O共掺实现p型氮化铝纳米管电子结构的第一性原理研究

熊明姚, 张锐, 文杜林, 苏欣

2022, 51(3):  471-476. 

摘要 ( 79 )   PDF (5533KB) ( 68 )  

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基于第一性原理的平面波超软赝势法对(6, 0)单壁氮化铝纳米管、Ag掺杂,以及Ag和O共掺纳米管进行了几何结构优化。计算讨论了掺杂前后氮化铝纳米管的能带结构、态密度和差分电荷密度。研究显示:本征氮化铝纳米管、Ag掺杂和Ag-O共掺氮化铝纳米管的带隙分别为2.49 eV、1.84 eV和1.80 eV。掺杂构型仍然保持半导体特性,Ag掺杂氮化铝纳米管的价带顶贯穿费米能级从而形成简并态,实现了氮化铝纳米管的p型掺杂,但Ag-4d态和N-2p态电子轨道间有强烈的杂化效应,Ag的单掺总体上是不稳定的。O掺入后,Ag与O之间的吸引作用克服了Ag原子之间的排斥作用,使Ag在氮化铝纳米管中的掺杂更加稳定;共掺纳米管体系的带隙相较于单掺纳米管体系更加窄化,导电性进一步增强。Ag和O共掺有望成为获得p型氮化铝纳米管的有效方法。

Ti₃(Zn_xAl_1-x)C₂固溶体热学、电学和力学性质的理论研究

邓斐然, 徐敏, 苗峰, 黄毅, 冯世全, 宋明泽, 肖晨达, 林园园, 李慧敏

2022, 51(3):  477-484. 

摘要 ( 57 )   PDF (14167KB) ( 25 )  

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采用第一性原理的密度泛函理论平面波赝势法, 通过投影缀加波(PAW)和广义梯度近似(GGA)系统地研究了Ti₃(Zn_xAl_1-x)C₂的结构、能量、声子性质、电子性质和弹性性质。对MAX相Ti₃AlC₂晶体中A位置的Al元素用Zn元素进行替换掺杂,构建出Ti₃(Zn_xAl_1-x)C₂(x=0,0.25,0.5,0.75,1)固溶体结构模型。计算分析表明:在所研究的掺杂浓度范围内Ti₃(Zn_xAl_1-x)C₂均是热力学、动力学和力学稳定的脆性材料;此外,Ti₃(Zn_xAl_1-x)C₂(x=0,0.25,0.5,0.75,1)均呈现金属性,在费米能级处的电子态密度主要贡献来自Ti-3d态,同时具有离子键、共价键和金属键的综合性质。随着Zn原子掺杂浓度的增加,在一定程度上其导电性和塑性均增强。

两个基于2,5-二甲氧基对苯二甲酸和咪唑衍生物的超分子钴配位聚合物的结构及光催化反应

石明凤, 顾江红, 卢森源, 徐中轩

2022, 51(3):  485-492. 

摘要 ( 65 )   PDF (8870KB) ( 32 )  

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本文以咪唑衍生物为配体,通过水热合成法与钴离子制备出两个配位聚合物:{[Co(DTA)(1,4-DIB)(H₂O)]·H₂O}_n(1)和[Co(DTA)(1,3-BMIB)]_n(2)(1,4-DIB=1,4-二(1H-咪唑-1-基)苯; 1,3-BMIB=1,3-二(4-甲基-1H-咪唑-1-基)苯;H₂DTA=2,5-二甲氧基对苯二甲酸)。利用X射线单晶衍射、粉末衍射、热失重、元素分析、红外光谱以及固体紫外-可见光谱等对两个配合物进行了表征。结构分析证实配合物1和2是通过二维结构堆积成的三维超分子化合物。粉末衍射测试则显示两个配合物在水中有很好的稳定性。固体紫外-可见光谱显示两个配合物属半导体材料,对紫外-可见光有很强的吸收作用。在光催化实验中,配合物1和2可加快亚甲基蓝的降解速度。

SAPO-34提升铁钒基催化剂抗碱性能研究

胡方方, 李顺, 蔡思翔, 姜宏, 马艳平

2022, 51(3):  493-501. 

摘要 ( 47 )   PDF (11176KB) ( 18 )  

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采用浸渍法制备Fe-VO_x/SAPO-34和Fe-VO_x/TiO₂脱硝催化剂,探究SAPO-34分子筛与TiO₂两种载体负载铁钒基氧化物催化活性及抗碱性能的差异。借助X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、氨气程序升温脱附(NH₃-TPD)、氢气程序升温还原(H₂-TPR)、原位红外漫反射(in-situ DRIFTs)等表征手段对催化剂的骨架结构、表面物化性质、氧化还原能力以及对反应气体的吸脱附情况进行分析。结果表明:SAPO-34分子筛内部特定的孔道结构和稳定的骨架,有利于活性组分在载体上均匀分散,降低碱金属对表面活性中心的物理覆盖作用;同时其表面丰富的酸位点能够作为碱金属捕获位,保护催化剂表面的活性中心,保证催化剂的吸附-反应过程能够正常进行,从而使Fe-VO_x/SAPO-34表现出良好的抗碱金属能力。

水热法制备二氧化锡/钨酸铋复合光催化材料及其催化活性研究

郑文礼, 刘佳琪, 吴朝阳, 刘梦凡, 张恒强, 韩伟

2022, 51(3):  502-507. 

摘要 ( 75 )   PDF (7478KB) ( 66 )  

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本文用水热法制备了正交晶系的纳米球状结构的二氧化锡和正交晶系的由片状聚集成球状结构的钨酸铋,并且对二者进行了复合,制备出了二氧化锡/钨酸铋复合光催化材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积测试仪(BET)、紫外可见分光光度计等技术对复合样品的结构、形貌、比表面积、孔容孔径和光学性质进行了表征。用碘钨灯模拟太阳光,分别以二氧化锡、钨酸铋和二氧化锡/钨酸铋复合材料为催化剂降解罗丹明B(RhB),研究所制备的二氧化锡/钨酸铋复合材料的光催化活性。光催化90 min时二氧化锡、钨酸铋和二氧化锡/钨酸铋对罗丹明B的降解率分别是9%、22%和30%。实验结果表明,在可见光下,二氧化锡/钨酸铋复合材料的光催化活性要高于单一的二氧化锡和钨酸铋。

化学计量比对镓酸镁尖晶石陶瓷微波介电性能的影响

杨铭, 徐鹏宇, 王斌, 郑凯平, 涂兵田, 王皓

2022, 51(3):  508-515. 

摘要 ( 83 )   PDF (6301KB) ( 39 )  

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尖晶石型微波介质陶瓷因高品质因数和可调的谐振频率温度系数在无线通信等领域应用广泛。本文通过无压烧结制备了MgO·nGa₂O₃(n=0.975、1.00、1.08和1.17)尖晶石陶瓷,采用XRD Rietveld全谱拟合研究了化学计量比对晶体结构的影响,并结合键价理论模型探究了微波介电性能与晶体结构的关系。结果表明:MgO·nGa₂O₃陶瓷相对介电常数(ε_r)的变化与晶格常数和离子极化率有关;品质因数(Q×f)受键强和阳离子有序度的共同影响,随n值增大从165 590 GHz下降至109 413 GHz;而谐振频率温度系数(τ_f)与晶体热膨胀系数相关。制备的MgO·0.975Ga₂O₃陶瓷具有优异的微波介电性能:ε_r=9.69、Q×f=165 590 GHz(频率14 GHz下)和τ_f=-7.12×10^-6/℃。

氨基酸/氧化石墨烯/羟基磷灰石复合材料在酸蚀人牙釉质体外再矿化中的应用

蔡英, 钏定泽, 陈庆华, 刘继涛

2022, 51(3):  516-522. 

摘要 ( 67 )   PDF (13775KB) ( 32 )  

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本文研究了甘氨酸(Gly)和氧化石墨烯(GO)复合改性羟基磷灰石(Gly/GO/HA),以及天冬氨酸(Asp)和GO复合改性羟基磷灰石(Asp/GO/HA)对酸蚀人牙釉质(HE)体外再矿化的影响。通过CCK-8法测定不同复合材料的细胞毒性,通过场发射扫描电镜、EDX能谱分析、X射线衍射和显微硬度测试,对再矿化前/后HE表面及剖面形貌、表面元素组成、表面成分结构和表面力学性能进行表征。结果表明:Gly/GO/HA和Asp/GO/HA均有良好的安全性和生物相容性,且均能使酸蚀HE得到一定的修复,其中Gly/GO/HA对酸蚀HE表面和深层脱矿的修复效果优于Asp/GO/HA。

综合评述

超宽禁带半导体氧化镓基X射线探测器的研究进展

李志伟, 唐慧丽, 徐军, 刘波

2022, 51(3):  523-537. 

摘要 ( 271 )   PDF (26395KB) ( 573 )  

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X射线具有波长短、穿透能力强等优点,在医学成像、安全检查、科学研究、空间通信等领域具有重要作用。半导体X射线探测器可以将X射线转换为电流信号,具有易集成、空间分辨率高、能量分辨率高、响应速度快等优点。高性能的X射线探测器应具备暗电流低、灵敏度高、响应速度快、可长时间稳定工作等特点,因此制备X射线探测器的半导体材料应具有电阻率高、缺陷少、抗辐照能力强、禁带宽度宽等性质。氧化镓(Ga₂O₃)是一种新型宽禁带半导体材料,具有超宽禁带宽度、高击穿场强、高X射线吸收系数、耐高温、可采用熔体法生长大尺寸单晶等优点,是一种适合制备X射线探测器的新型材料,近年来基于Ga₂O₃的X射探测器成为辐射探测领域的研究热点之一。本文主要介绍了Ga₂O₃半导体的物理性质及其在X射线探测器方面的研究进展,分析了影响X射线探测器性能的物理机制,为提高Ga₂O₃基X射探测器的性能提供了思路。

二维层状金属碘化物的制备及光电磁器件的应用进展

潘宝俊, 张礼杰, 王佩剑

2022, 51(3):  538-550. 

摘要 ( 106 )   PDF (12823KB) ( 86 )  

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二维金属碘化物,呈现范德瓦耳斯层状堆垛结构,平均原子序数大,具有合适的能带间隙、强的磁电耦合效应,是一种新型的光电探测材料,能被用于制备高能射线探测器,且一些磁性二维金属碘化物能被用于磁电器件。由于其在光电磁器件方面的潜在应用,近期成为了低维材料研究的热点。并且在材料制备方面,层状金属碘化物一般熔点较低,制备条件温和简单,可用于二维层状材料生长机理的研究。本文首先介绍了层状金属碘化物的结构、性质,然后着重阐述了二维层状金属碘化物的制备方法,最后讨论了层状金属碘化物在光电磁器件方面的应用。期望读者对二维层状金属碘化物有更深入的了解,更好地推动二维层状金属碘化物的应用。

少铅/无铅钙钛矿太阳能电池研究进展

杨志胜, 柯蔚芳, 焦学纬, 余泽南, 朱华

2022, 51(3):  551-558. 

摘要 ( 188 )   PDF (4049KB) ( 143 )  

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钙钛矿太阳能电池作为一种新型的低廉高效的光伏材料在近年来备受关注。铅基钙钛矿太阳能电池有光电转换效率高、成本低、易制备等优点,然而由于铅的毒性以及由此带来的环境污染问题在很大程度上限制了其进一步商业化应用。因此人们开发出一系列新型无毒或低毒钙钛矿材料用于制备环境友好的少铅/无铅钙钛矿太阳能电池。本文简明扼要地介绍了钙钛矿材料的结构和形成条件,着重回顾了Sn基钙钛矿太阳能电池的发展历程,对ⅣA族元素Ge,ⅡA族元素Mg、Ca、Sr和Ba,ⅤA族元素Bi和Sb,ⅢA族元素In以及过渡金属元素Cu等取代或部分取代Pb,以及通过调节卤素X与正离子A的组成及配比来调控少铅或无铅钙钛矿材料性能进行了总结,对少铅/无铅钙钛矿太阳能电池器件研究进展进行了综述,并对其未来的发展方向进行了展望。

人工合成翡翠研究进展

欧阳柳章, 何飞, 邢莹莹

2022, 51(3):  559-570. 

摘要 ( 169 )   PDF (8225KB) ( 188 )  

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几个世纪以来,随着工艺技术以及珠宝行业的蓬勃发展,有着“玉石之王”之称的翡翠在装饰和收藏方面的需求量日益激增。但翡翠在自然界中的形成条件极其苛刻,导致其供应量难以满足人们的需求。因此,人工翡翠合成技术的发展对于解决天然翡翠供给不足的问题大有裨益,不仅能够推进翡翠高产化,还能加快其市场化进程。现有的人工合成翡翠的主流工艺大多采用高温高压法,该方法的关键是翡翠前体的合成以及玻璃质非晶硬玉到硬玉的转化。在这个过程中,找到一种条件相对温和的翡翠前体合成方法成为了人工合成翡翠的难点和突破点。本文论述了近年来国内外翡翠合成的最新研究热点和应用情况,着重介绍了固相烧结法、化学合成法和溶胶凝胶法三种翡翠前体常规制备技术。并从不同的制备技术路线出发,评估了各种方法的优缺点,同时对未来人工合成翡翠领域的发展进行了展望。