当期目录

2024年 第53卷 第1期
刊出日期：2024-01-15

　　金刚石禁带宽度大、辐射抗性好、耐极端温度、载流子迁移率高、辐射换能效率高，是制作辐射伏特效应同位素电池的最佳半导体材料。金刚石同位素电池具有寿命长、耐极端环境、能量转换效率高、易芯片集成等优势，可以用于空间探测器芯片、心脏起搏器、微型机器人、飞机黑匣子电源、分布式传感网络等领域，具有重要的战略价值与市场前景。哈尔滨工业大学朱嘉琦教授团队利用氧化物介质层调控界面能带技术，有效提升金刚石换能结开路电压至2 V以上，为金刚石同位素电池实用化奠定了基础。

■ 封面下载

■ 目次下载

上一期    下一期

综合评述

GaSb单晶研究进展

刘京明, 杨俊, 赵有文, 杨成奥, 蒋洞微, 牛智川

2024, 53(1):  1-11. 

摘要 ( 222 )   PDF (11601KB) ( 238 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

近年来,锑化物红外技术发展迅速,成为半导体技术的重要发展方向之一。锑化镓(GaSb)作为典型的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体,凭借优异的性能成为锑化物红外光电器件的关键衬底材料。随着锑化物红外技术逐步成熟和应用逐渐开展,人们对GaSb单晶片的需求日益剧增的同时也对其质量提出更高的要求。GaSb单晶片质量直接影响着外延材料和器件性能,这就要求GaSb单晶片具有大尺寸、更低的缺陷密度、更好的表面质量和一致性。本文就GaSb晶体材料的性质、制备方法、国内外机构的研究进展及其应用情况进行了综述,并对其发展前景和趋势进行了展望。

CZTS基单晶材料研究进展和展望

傅文峰, 朱旭鹏, 廖峻, 汝强, 薛书文, 张军

2024, 53(1):  12-24. 

摘要 ( 62 )   PDF (15341KB) ( 56 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Ⅰ₂-Ⅱ-Ⅳ-Ⅵ₄型半导体铜锌锡硫(CZTS)在成本、组成元素丰度、毒性和稳定性等方面具有突出优势,被认为是一种很有前途的太阳能吸收材料,应用于绿色和经济的光伏领域。尽管Cu₂ZnSn(S,Se)₄拥有与黄铜矿相似的晶体结构和光电性能,但其转换效率却远远低于Cu(In,Ga)Se₂(23.5%)。传统研究多数集中在多晶薄膜材料和器件的光电性能,导致材料关键缺陷态甄别及其能带调控规律尚不清晰,成为限制CZTS基光电器件性能的瓶颈。本文综述了CZTS基单晶材料,详细介绍了其晶体结构和物理性质,概述了移动加热器法、碘输运法和熔盐法制备高质量单晶的工艺,多型纳米晶库的研究,以及天然锌黄锡矿的物性研究。根据制备的CZTS基单晶材料讨论了其光学和电学性能。最后总结了CZTS基单晶材料在半导体器件的应用及目前存在的问题,为提高Ⅰ₂-Ⅱ-Ⅳ-Ⅵ₄型半导体材料器件的性能提供可能的发展方向。

GaAsBi半导体材料的制备及应用研究进展

马玉麟, 郭祥, 丁召

2024, 53(1):  25-37. 

摘要 ( 81 )   PDF (13091KB) ( 58 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

稀铋Ⅲ-Ⅴ半导体材料在电子和光电子领域具有广泛的应用前景,其制备方法主要有分子束外延法(MBE)和金属有机物气相外延法(MOVPE)。本文聚焦于具有较大带隙收缩、温度不敏感以及强自旋轨道分裂等特殊物理特性的GaAs_xBi_1-x半导体材料,对其制备方法和研究进展进行了综述。研究人员对GaAsBi材料的研究主要集中在薄膜、多量子阱、纳米线和量子点材料的制备。在薄膜材料方面,侧重于研究制备工艺条件对GaAsBi薄膜的影响,例如低衬底温度、低生长速率和非常规的Ⅴ/Ⅲ束流比;在多量子阱材料方面,采用双衬底温度技术有效减少Bi偏析问题;对于纳米线和量子点材料,金属Bi作为表面活性剂可以改善材料的形貌和光学性能。然而,目前在该材料研究和应用方面仍存在挑战,如薄膜材料的结晶质量恶化和金属Bi分凝团聚,以及量子点材料中Bi的均匀性和形成机制的争议。解决这些问题对于提高GaAs_xBi_1-x半导体材料的质量和促进器件发展具有重要意义。

钙钛矿太阳能电池界面缺陷及其抑制方法

李宏, 廖鑫, 侯静, 徐众

2024, 53(1):  38-50. 

摘要 ( 81 )   PDF (9287KB) ( 60 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

目前,绝大多数高效有机-无机卤化物钙钛矿(OIHP)太阳能电池都是由多晶钙钛矿薄膜构成,这些多晶薄膜表面或晶界往往含有大量的缺陷,将导致光生载流子发生非辐射复合,并诱导OIHP材料分解,从而使器件的光电转换效率(PCE)和稳定性降低。本综述分析了钙钛矿太阳能电池的缺陷类型及缺陷对钙钛矿太阳能电池(PSCs)性能的影响,详细介绍了通过钝化电极与传输层,或传输层与钙钛矿层间的界面缺陷以获得更高效率和高稳定性的钙钛矿太阳能电池方面的研究进展,展望了钝化分子的设计思路及钙钛矿光伏商业化应用所面临的挑战。

稀土上转换光催化剂的研究进展

王赵鹏, 曾金, 高艳, 王春英

2024, 53(1):  51-57. 

摘要 ( 39 )   PDF (1610KB) ( 27 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

稀土具有的上转换(UC)发光性能为光催化剂的发展拓宽了方向。基于稀土元素掺杂改性和稀土上转换剂复合两种功能均能体现稀土上转换性能在光催化领域的研究和应用价值,论文从以上两个方面综述稀土上转换光催化剂的研究进展。具有上转换性能的稀土元素主要有Er、Yb、Tm、Ho、Tb等,其中Yb常作为敏化剂,Er因其高效、绿色的发光性能而研究应用最为广泛。根据基质组分不同,稀土上转换剂可分为稀土氟化物、稀土卤氧化物、稀土氧化物或复合氧化物三类,其中以NaYF₄等的研究较为突出。UC材料研究拓宽了光催化剂在紫外-可见-红外的全光谱响应,但由于其量子效率相对较低,UC材料的构建及研究仍需要进一步深入,本文旨在为相关人员在该领域的研究提供启发和帮助。

研究论文

原料颗粒度对AlN晶体生长的影响

俞瑞仙, 王国栋, 王守志, 曹文豪, 胡小波, 徐现刚, 张雷

2024, 53(1):  58-64. 

摘要 ( 242 )   PDF (10595KB) ( 210 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

本文通过对氮化铝(AlN)粉末进行烧结,制备了AlN晶体生长用的多晶颗粒料,测试发现,与粉末原料相比,多晶颗粒料的杂质显著降低。利用数值模拟软件研究了不同原料孔隙率对晶体生长的影响,分析了相同晶体生长工艺条件下原料内部温场的分布情况。使用不同颗粒度的原料进行了AlN晶体生长,发现最适合AlN晶体生长的温度梯度和原料颗粒度。最后用颗粒度为1~3 mm的多晶颗粒料进行晶体生长,生长出直径为1英寸、厚度为15 mm的AlN晶体。对晶体进行切割、研磨、抛光,得到1英寸AlN晶片。采用高分辨率X射线衍射(HRXRD)和拉曼光谱对晶片进行表征。结果发现HRXRD摇摆曲线半峰全宽(FWHM)为154.66″,E₂(high)声子模的峰位置和FWHM分别为656.7和4.3 cm^-1,表明该AlN晶体结晶质量良好。

局域共振夹芯超结构梁带隙特性及实验研究

付强, 姚飞, 张红艳

2024, 53(1):  65-72. 

摘要 ( 59 )   PDF (6178KB) ( 22 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

本文提出了一种新型局域共振夹芯超结构梁,该结构由夹芯梁基体和由软材料包裹质量块组成的局域共振单元构成。分别采用传递矩阵法和有限元法计算了该结构的带隙分布和振动传输特性,搭建了局域共振夹芯超结构梁的振动传输测试实验平台,并与数值计算结果进行对比验证,最后分析了结构参数对结构带隙分布特性的调控规律。研究结果表明,该结构在低频范围内共出现两条弯曲波带隙,带隙频率分别为196.1~339.0 Hz和377.2~655.6 Hz。而完全带隙位于弯曲波带隙内,频率范围为380.0~423.6 Hz。且在这两条弯曲波带隙范围内,弯曲振动传输会发生明显的减弱现象。另外,局域共振夹芯超结构梁的结构参数会对带隙分布特性产生较大影响,通过合理选择结构参数,可以实现局域共振夹芯超结构梁低频率和高带宽的减振要求。

p-Si/n-Ga₂O₃异质结制备与特性研究

陈沛然, 焦腾, 陈威, 党新明, 刁肇悌, 李政达, 韩宇, 于含, 董鑫

2024, 53(1):  73-81. 

摘要 ( 62 )   PDF (11782KB) ( 41 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

本实验采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺,在p(111)型Si衬底上制备了p-Si/n-Ga₂O₃结构的PN结。通过X射线衍射仪、原子力显微镜等对样品进行了晶体结构、表面形貌、表面粗糙度等的表征分析;通过磁控溅射与蒸镀方法在样品上生长Ti/Au电极并进行I-V特性曲线、开启电压、开关电流比、反向饱和电流、理想因子、零偏压下的势垒高度等结特性测试,研究了掺杂浓度与薄膜厚度对PN结特性的影响,并对其原因进行了分析;通过二步生长法和缓冲层温度优化实验,减少了Si衬底与β-Ga₂O₃之间的晶格失配与热失配带来的影响,对薄膜与器件特性进行了优化。最终获得了表面粗糙度最低可达到4.21 nm的高质量n型β-Ga₂O₃薄膜,以及具有较低理想因子(42.1)的PN结。

退火温度对BCZT外延薄膜电学性能的影响及其导电机制分析

彭倩文, 吉祥

2024, 53(1):  82-89. 

摘要 ( 40 )   PDF (6523KB) ( 21 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

脉冲激光沉积技术制备Ba_0.85Ca_0.15Zr_0.1Ti_0.9O₃(BCZT)外延薄膜时通常需要较高的沉积温度,且易含有氧空位缺陷。本文旨在提供一种基于脉冲激光沉积技术接后退火处理工艺,并成功在导电基板上制备了高质量BCZT外延薄膜,探究了退火温度对BCZT外延薄膜结构和性能的影响。不同温度(750、800、850和900 ℃)退火后薄膜均呈现纯净物相,且随着退火温度的升高,薄膜的铁电性能逐渐提高,2P_r由4.2 μC/cm²提升至17.6 μC/cm²,但900 ℃退火温度下薄膜样品的漏电流问题最严重。通过拟合J-E关系表明,低电场下700 ℃至850 ℃退火后的薄膜均遵循欧姆导电机制,而900 ℃退火后的薄膜遵循空间电荷限制电流机制,高电场下所有退火温度下的薄膜均遵循福勒-诺德海姆隧穿机制。

NaCa₂Mg₂(VO₄)₃∶Eu³⁺颜色可调荧光粉的熔盐法合成及其发光性能研究

陈金润, 陈梦玉, 李子璇, 李微, 楚楚, 曹秀哲, 翟永清

2024, 53(1):  90-96. 

摘要 ( 38 )   PDF (5854KB) ( 25 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

以廉价的NaCl为熔盐,采用熔盐法合成了NaCa_2-xMg₂(VO₄)₃∶xEu³⁺(0≤x≤0.10)系列颜色可调荧光粉,系统研究了合成条件、Eu³⁺掺杂对样品结构及发光性能的影响。结果表明,反应温度为800 ℃、反应时间为0.5 h、原料与熔盐的质量比为1∶3是合成NaCa₂Mg₂(VO₄)₃的适宜反应条件,所得样品为NaCa₂Mg₂(VO₄)₃纯相,且结晶度高。样品微观形貌随着反应温度的升高由珊瑚状演变为表面光滑的不规则多面体。Eu³⁺掺杂对NaCa₂Mg₂(VO₄)₃的晶体结构影响较小,但对其发光性能影响较大。随着Eu³⁺浓度(x)的增加,VO^3-₄的特征发射带强度逐渐减弱;而Eu³⁺的特征发射峰强度先增大后减小,当x=0.06时,达到最大。故通过改变Eu³⁺浓度,可对样品的发光颜色进行调制,从绿色可调制为黄绿色、黄色、黄白色、橙红色。荧光光谱与荧光寿命分析表明,NaCa₂Mg₂(VO₄)₃∶Eu³⁺体系中存在VO^3-₄到Eu³⁺的能量转移过程,能量转移效率约为23%;热稳定性分析结果表明,当温度从室温(298.15 K)升高到398.15 K时,NaCa_1.94Mg₂(VO₄)₃∶0.06Eu³⁺荧光粉在614 nm处的主发射峰强度可保留起始值的68.4％,表现出良好的热稳定性。

碱金属离子共掺Sr₃Ga₂Ge₄O₁₄∶Dy³⁺发光性能研究

白鑫, 杨伟斌, 熊飞兵, 李明明, 胡正开, 郭益升, 傅兴宇

2024, 53(1):  97-106. 

摘要 ( 42 )   PDF (14289KB) ( 24 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

本文采用高温固相法制备了一系列新型Sr_3-xGa₂Ge₄O₁₄∶xDy³⁺(x=0~0.40)(摩尔分数)及Sr_2.68Ga₂Ge₄O₁₄∶0.16Dy³⁺,0.16M⁺(M=Li、Na、K)荧光粉。EDS能谱分析证实该荧光粉中存在Sr、Ga、Ge、O、Dy元素。系列Sr_3-xGa₂Ge₄O₁₄∶xDy³⁺在350 nm光激发下产生了以568 nm为主波长,对应于⁴F_9/2→⁶H_13/2跃迁的强黄光发射。荧光粉的发射光谱显示,其发射强度随Dy³⁺浓度的增加而变化,且当x=0.16时达到最强。共掺杂碱金属M(M=Li、Na、K)作为电荷补偿离子,其中Li⁺对增加Dy³⁺的发射强度效果最明显,使得荧光粉的发射强度提高到没有电荷补偿离子时的2倍。此外,随着Dy³⁺掺杂浓度的提高,荧光粉的荧光寿命不断减少。最后探讨了荧光粉Sr_2.68Ga₂Ge₄O₁₄∶0.16Dy³⁺,0.16Li⁺的CIE色度坐标和热稳定性,其CIE色度坐标为(0.371 9,0.404 6),位于黄色区域,在453 K的发光强度约为其室温发光强度的95.5%。因此,Dy³⁺,Li⁺共掺杂Sr_3-xGa₂Ge₄O₁₄荧光粉是潜在的显示器件和白光LED器件候选材料。

GdPO₄∶Tb³⁺荧光粉的制备及发光性能研究

孟晓燕, 廖云, 张丽蓉, 张雨蒙, 吴丽丹, 杨流赛

2024, 53(1):  107-114. 

摘要 ( 41 )   PDF (10693KB) ( 26 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

稀土Tb³⁺掺杂磷酸钆(GdPO₄)绿色荧光粉是实现白光LED的潜在荧光粉,其常规水热法的制备存在反应时间较长、Tb³⁺的掺杂量偏低等问题。本文采用水热法结合高温烧结制备了一系列Gd_1-xPO₄∶xTb³⁺(x=0、1%、5%、11%、13%、15%、17%、19%)样品,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)-能谱仪(EDS)、红外光谱仪(FT-IR)和荧光分光光度计对所得样品的相结构、形貌、元素组成、光学吸收和发光性能进行了表征。研究结果表明,所合成样品均为GdPO₄的纯相,属于单斜晶系独居石结构,且Tb³⁺均匀分布在GdPO₄基质中引起晶格收缩。在274 nm的光激发下,GdPO₄∶Tb³⁺荧光粉的最强发射峰位于545 nm处,属于Tb³⁺的⁵D₄→⁷F₅跃迁,且其荧光猝灭摩尔分数高达15%,此样品(GdPO₄∶15%Tb³⁺)表现出优异的绿光发射和良好的热稳定性。

新型硅酸盐型荧光粉K₃(Y_0.88Yb_0.10Ho_0.02)Si₂O₇的上转换光致发光及光学测温性能研究

滕雨含, 王建通, 龚长帅, 王渤文, 薛绪岩, 王雪娇

2024, 53(1):  115-122. 

摘要 ( 96 )   PDF (8479KB) ( 37 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

本文采用普适的固相法合成一种新型硅酸盐K₃(Y_0.88Yb_0.10Ho_0.02)Si₂O₇荧光粉,并系统研究样品的上转换光致发光和光学测温性能。研究表明,在980 nm激发下,K₃(Y_0.88Yb_0.10Ho_0.02)Si₂O₇荧光粉表现出红光发射,主发射峰位于665 nm,归属于Ho³⁺的⁵F₅→⁵I₈跃迁。通过对发光强度和激发功率的对数变换,研究荧光粉的上转换机制和可能导致的上转换的光子反应,证明(⁵S₄,⁵F₂)→⁵I₈跃迁上转换发光机制为三光子机制,⁵F₅→⁵I₈跃迁则为双光子机制。K₃(Y_0.88Yb_0.10Ho_0.02)Si₂O₇荧光粉的⁵F₅/(⁵F₄,⁵S₂)的非热耦合能级的荧光强度比结果表现出其良好的光学测温潜力,经计算其最大灵敏度约为0.17 K^-1 (423 K)。

A₃PO₄(A=Li,Na,K,Rb,Cs)电子结构与光学性质的第一性原理研究

王云杰, 文杜林, 苏欣

2024, 53(1):  123-131. 

摘要 ( 41 )   PDF (9083KB) ( 35 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于密度泛函理论对P-O配位多面体与不同阳离子构成的系列化合物A₃PO₄(A=Li, Na, K, Rb, Cs)的几何结构、电子结构、光学性质进行系统探究。研究表明通过碱金属原子替换可以改变结构框架,从而调节系列化合物的带隙及光学性能,为设计综合性能优异的材料提供了一条有效途径。能带结构计算表明,五种化合物均为直接带隙化合物且都具有宽的带隙,A₃PO₄(A=Li, Na, K, Rb, Cs)的带隙依序为5.853、5.153、4.083、3.559、3.405 eV。布居分析发现阳离子A(A=Li, Na, K, Rb)与氧键合形成O—A键,其键长依序逐渐增大并呈现离子键,这也是A₃PO₄(A=Li, Na, K, Rb)带隙依序减小的主要原因。另一方面,Cs₃PO₄没有形成离子性质的O—Cs键,导致带隙减小。五种化合物的导带都是由碱金属原子的s和p轨道,以及P-3p轨道组成,价带顶的主要贡献者是O-2p轨道,O原子的2p轨道还在费米能级附近表现出较强的局域性,P-3p轨道与O的2p轨道成键,P—O表现为强的共价键。五种化合物对低能区电磁波响应较弱,主要响应集中在5~15 eV的高能区。

高效背结异质结太阳电池硼掺杂非晶硅发射极研究

宿世超, 赵晓霞, 田宏波, 王伟, 宗军

2024, 53(1):  132-137. 

摘要 ( 64 )   PDF (9561KB) ( 33 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

晶硅/非晶硅异质结(HJT)太阳电池由于具有高开压、高转换效率和低温度系数等优点而备受关注,其中硼掺杂p型非晶硅(p-a-Si∶H)发射极是高转换效率电池中不可忽视的重要部分,改变其硼掺杂浓度,可以调节p-layer薄膜的电学特性,从而直接影响电池转换效率。本文采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)设备制备HJT太阳电池,通过改变B₂H₆的掺杂浓度,对电池中p-a-Si∶H层进行优化,使HJT电池获得0.75%的相对效率提升。进一步地,将发射极设置为梯度掺杂的双层结构,经过优化,少子寿命(@Δn=5×10¹⁵ cm^-3)和隐开路电压(@1-Sun)分别提升400 μs和3 mV,最终具有梯度掺杂发射极的电池其平均效率相对提升2.03%,主要表现为FF和V_oc的明显增加,实现了高效HJT电池p型发射极的工艺优化。

TOPCon太阳能电池选择性发射极工艺研究

杨露, 宋志成, 倪玉凤, 张婷, 魏凯峰, 阮妙, 石惠君, 郑磊杰

2024, 53(1):  138-144. 

摘要 ( 80 )   PDF (4410KB) ( 60 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

为提升隧穿氧化钝化接触(TOPCon)太阳能电池的光电转换效率,采用硼扩散和激光掺杂的方式形成选择性发射极结构,研究了硼扩散方阻、激光功率输出比、氧化时间等对电池发射极钝化性能的影响。实验结果表明,当扩散方阻为140 Ω/□,氧化温度为1 020 ℃,氧化时间为30 min时,发射极轻掺杂区域(p⁺)的方块电阻为320 Ω/□,隐开路电压值达到729 mV,暗饱和电流密度为12 fA/cm²。发射极重掺杂区域(p⁺⁺)的方块电阻为113 Ω/□,隐开路电压值为710 mV,暗饱和电流密度为26 fA/cm²。基于该工艺方案制备的TOPCon电池最高光电转换效率达到24.75%,电池开路电压高达720 mV,短路电流提升30 mA,相比现有TOPCon电池光电转换效率提升了0.26个百分点。

Cu掺杂P2型Na_0.67Ni_0.33Mn_0.67O₂钠离子电池正极材料的制备与性能

刘辉, 闫共芹, 蓝春波, 张子杨

2024, 53(1):  145-153. 

摘要 ( 39 )   PDF (13902KB) ( 34 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

通过溶胶-凝胶法制备了一系列形貌规则、表面光滑的Cu掺杂层状P2型Na_0.67Ni_0.33-xCu_xMn_0.67O₂(x=0、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25)。采用SEM、XRD、EDS、XPS对材料进行了形貌、结构和成分表征。将材料用作钠离子电池正极材料,采用循环伏安法、恒流充放电法研究了其电化学性能,获得了最佳掺杂比例。研究发现,掺杂未改变材料的层状结构和形貌,通过Cu掺杂引入了高电化学活性的Cu²⁺作为取代基,增加材料的表面活性储钠位点,材料表现出良好的循环稳定性和倍率性能。在2.0~4.3 V的电压范围和0.1 C的倍率下,Cu掺杂比例x=0.15时Na_0.67Ni_0.18Cu_0.15Mn_0.67O₂的初始放电比容量为126.74 mAh/g,100次循环后容量保持率为79.10%,与未掺杂材料相比提高了50.92%。材料电化学性能的增强可归因于Cu²⁺插入过渡金属层,由于Cu²⁺(0.73 )的半径大于Ni²⁺(0.69 ),过渡金属层间距扩大,为Na⁺扩散提供了通道,进而提高了Na⁺扩散速率。当充电到高压时可抑制Na⁺脱/嵌过程中Na⁺空位的产生,从而稳定材料的晶体结构并抑制材料发生P2-O2相变,提高了材料的循环稳定性。

ZnNb₂O₆掺杂BNT基无铅弛豫铁电体陶瓷的性能研究

肖齐龙, 王世宇, 蒋芮, 梅雄峰, 吴昊, 石亚军, 孙帅, 吴文娟

2024, 53(1):  154-162. 

摘要 ( 39 )   PDF (13436KB) ( 16 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

利用传统固相法制备了0.7(Na_0.5Bi_0.5)TiO₃-0.3(Sr_0.7Bi_0.2)TiO₃-xZnNb₂O₆(缩写为BNT-SBT-xZN,其中x=0.5%、1.0%、1.5%和2.0%(摩尔分数))陶瓷,并研究了引入ZnNb₂O₆对BNT基陶瓷材料的结构和性能的影响规律。结果表明:少量ZnNb₂O₆掺杂(x=0.5%时)的BNT-SBT-xZN陶瓷具有纯的钙钛矿结构,且微观结构致密,无第二相,在室温时为典型的弛豫铁电体(弥散指数γ>1.7),极化前后样品的铁电-弛豫转变温度(T_R-E)均低于室温,而与三方相R3c和四方相P4bm的纳米极性微区(PNRs)热弛豫有关的介电反常出现在T_R-E<100 ℃;当ZnNb₂O₆含量增多时,遍历弛豫态逐渐起主导作用,最大极化强度(P_max)和剩余极化强度(P_r)均出现减小趋势。综合来看,x=0.5%的BNT-SBT-xZN陶瓷具有高的P_max、低的P_r、大的ΔP,并具备良好的储能特性及频率和温度稳定性,在室温电场强度为110 kV/cm时,P_max=44.7 μC/cm²,P_r=12.4 μC/cm²,ΔP=32.3 μC/cm²,储能密度W₁=1.066 J/cm³,储能效率η=48.68%。此外,x=0.5%的BNT-SBT-xZN陶瓷在100 kV/cm的电场强度下充放电性能良好,放电能量密度W_d=0.60 J/cm³,最大放电电流I_max=45.33 A,电流密度C_D=1 443 A/cm²,功率密度P_D=72.2 MW/cm³。

Mg掺杂增强CuCrO₂陶瓷的电传导及各向异性

孟佳源, 李毅, 赵裕春, 武浩荣, 汪雪松, 骆婉君, 虞澜

2024, 53(1):  163-169. 

摘要 ( 49 )   PDF (8779KB) ( 18 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

采用固相反应法制备了具有c轴择优的CuCr_1-xMg_xO₂(x=0、0.005、0.010、0.020、0.030、0.040、0.050)系列多晶,分别从垂直和平行于压力的宏观面内方向和厚度方向研究Mg掺杂对CuCrO₂多晶微结构取向和电性能及各向异性的影响,探讨了Mg掺杂增强CuCrO₂陶瓷电导率各向异性的机制。当x≤0.030时,多晶为菱方R3m单相结构,随着掺杂量的增加,晶粒在面内充分长大,气孔和晶界减少,致密度逐渐提高,多晶呈现热激活半导体电输运行为;当x=0.030时,面内取向因子F_(00l)达到最高值0.912,面内c轴择优取向远优于厚度方向,面内和厚度方向的CuCr_1-xMg_xO₂多晶室温电阻率分别显著下降至1.80×10^-3和3.16×10^-3 Ω·m,这是由于其结构各向异性的差异,热激活能均减小至0.03 eV,c轴择优取向对热激活能影响并不明显,最大载流子浓度比母相均增加3个量级,晶界缺陷更少,平均自由程增大,输运能力更强,电导率更高。实验表明最优掺杂量为x=0.030,当掺杂量x高于0.030时,出现MgCr₂O₄尖晶石杂相,样品的微观结构和电输运性能变差。

多孔陶瓷负载Ce-TiO₂光催化降解印染废水研究

陈伟杰, 花开慧, 雷鸣, 王望龙

2024, 53(1):  170-180. 

摘要 ( 49 )   PDF (9160KB) ( 28 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

本文以建筑废弃物为主要原料,氧化铝为铝源,氟化铝为晶须催化剂,氧化硼、氧化铈、三氧化钼为烧结助剂,玉米淀粉为造孔剂,采用干压成型法制备了莫来石多孔陶瓷,研究了氧化铈和三氧化钼掺量对莫来石多孔陶瓷结构及理化性能的影响,并以性能最佳的陶瓷负载TiO₂/Ce-TiO₂进行光催化降解模拟印染废水研究。结果表明:以质量分数计,当氧化铈掺量为4%、三氧化钼掺量为1%时,多孔陶瓷的抗折强度为8.69 MPa,开口孔隙率为64.25%;负载0.05 g Ce-TiO₂催化剂,掺入1.2 mmol/L的PMS,在功率为18 W、波长为420~430 nm的LED可见光灯照射120 min后,其对亚甲基蓝溶液降解率达到96.62%。

封面图片

金刚石同位素电池为极端环境芯片长时稳定供能

刘本建, 李传龙, 张森, 刘康, 代兵, 朱嘉琦

2024, 53(1):  181-181. 

摘要 ( 70 )   PDF (4015KB) ( 50 )  

相关文章 | 计量指标

金刚石禁带宽度大、辐射抗性好、耐极端温度、载流子迁移率高、辐射换能效率高，是制作辐射伏特效应同位素电池的最佳半导体材料。金刚石同位素电池具有寿命长、耐极端环境、能量转换效率高、易芯片集成等优势，可以用于空间探测器芯片，心脏起搏器，微型机器人，飞机黑匣子电源，分布式传感网络等领域，具有重要的战略价值与市场前景。哈尔滨工业大学朱嘉琦教授团队利用氧化物介质层调控界面能带技术，有效提升金刚石换能结开路电压至2 V以上，为金刚石同位素电池实用化奠定了基础。