Y2O3和Nd2O3介孔薄膜的制备与表征

以聚乙烯合丁烯-嵌-聚氧乙烯嵌段共聚物(PHB-PEO)作模板, 采用蒸发诱导自组装方法, 分别制备了Y2O3和Nd2O3介孔薄膜. 用小角、广角X射线衍射和透射电子显微镜对薄膜样品在不同的热处理阶段进行了表征. 结果表明, 所制备的Y2O3和Nd2O3薄膜样品呈现一种大孔径(平均孔径分别约为11.5和12.5 nm)、有序的立方扭曲球形孔排列、稳定于450 ℃并具有部分晶态孔壁结构的介孔薄膜材料.     

采用新颖喷墨打印技术制备的薄膜LiCoO2电极及其电化学性能

采用喷墨打印技术制备了LiCoO2薄膜电极. 用X射线衍射、扫描电镜(SEM)、循环伏安和恒电流充放电试验对薄膜电极进行结构表征和电化学性能测试. SEM结果表明, 所制备的薄膜电极表面粒子分布均匀, 厚度约为1.27 μm. 经过轻微热处理(450 ℃, 30 min)的薄膜LiCoO2电极呈现出稳定的充放电循环性能. 当以20 μA/cm2进行充放电时, 第50次循环容量保持率约为首次放电容量(81 mA·h/g)的87%, 10次循环后的充放电过程的充放电效率均接近100％.     

Bi2Ti2O7薄膜的自组装法制备及表征

以Bi(NO₃)₃·5H₂O和Ti(OC₄H₉)₄为原料,采用自组装单层膜技术,在负载有功能化三氯十八烷基硅烷(octadecyl-trichloro-silane,OTS)的FTO基板上制备了Bi₂Ti₂O₇ 薄膜。基板表面的亲水性测试表明,紫外照射使OTS自组装单层膜表面由疏水转变为亲水,实现功能化。借助X射线衍射(XRD)、X射线能量色散谱(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)分析分别对Bi₂Ti₂O₇薄膜的组成、结构和微观形貌进行了表征。结果表明,沉积溶液浓度为0.02 mol·L^-1时,所得Bi₂Ti₂O₇薄膜均匀致密。560 ℃热处理1 h、厚度为0.4 μm的Bi₂Ti₂O₇薄膜在100 kHz的介电常数为153,介电损耗为0.089。     

锂电池正极材料Li1.06Mn0.8Cr0.14O2的水热合成及其光谱研究

采用水热方法合成了掺铬锂锰氧化合物, X射线衍射和Raman光谱分析结果表明, 所得材料为具有NaFeO2结构的晶体. 由等离子发射光谱(CIP)确定其组分为Li1.06Mn0.8Cr0.14O2. X射线光电子能谱(XPS)研究结果表明, 与未掺杂的LiMnO2相比, 所得材料中Mn的平均价态增加, 这将抑制因Mn3+离子的存在而产生的Jahn-Teller畸变, 有利于提高材料的电化学循环性能.     

SnO2-TiO2薄膜载体对Au-Pt纳米颗粒电化学性能的影响

采用真空镀膜法在玻碳(GC)电极表面修饰SnO2-TiO2薄膜, 在SnO2-TiO2/GC复合电极表面组装Au-Pt双金属纳米颗粒, 制得Au-Pt/SnO2-TiO2/GC复合电极. 通过循环伏安法(CV)研究了SnO2-TiO2薄膜载体对Au-Pt双金属纳米颗粒电化学性能的影响; 采用扫描电镜(SEM)及X射线光电子能谱(XPS)对Au-Pt在SnO2-TiO2薄膜沉积的形貌及结构进行了表征. 研究结果表明, 10 nm的Au-Pt双金属纳米颗粒均匀地组装于SnO2-TiO2薄膜表面; SnO2-TiO2薄膜载体改善了复合电极抗CO中毒能力; Au-Pt双金属合金的形成提高了Pt 对甲醇氧化的电催化能力, SnO2-TiO2薄膜载体又使Pt纳米粒子d空轨道增多, 提高了Au-Pt双金属纳米颗粒的稳定性和催化性能.     

锂离子电池正极材料LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2的合成、表征及电化学性能

以过渡金属乙酸盐和氢氧化锂为原料, 应用共沉淀或流变相预处理高温烧结法优化并制备出LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2正极材料. X射线衍射技术(XRD)及Rietveld结构精修、扫描电子显微技术(SEM)、综合热分析(TG-DSC)表征结果和电化学测试结果表明, 该材料具有单一层状结构, 颗粒大小均匀, 热稳定性好, 首次放电比容量高达208.7 mA·h/g(2.0-4.6V, 0.1 C), 电化学性能优异. 非原位(ex situ)XRD测定结果表明, 材料充至高电位下发生的不可逆相变造成了材料的循环容量衰减.     

掺杂Mn对CeO2-ZrO2-Al2O3材料性质的影响

采用共沉淀法制备了一系列Mn掺杂摩尔分数为0～5%的CeO2-ZrO2-Al2O3(CZA)复合氧化物, 并采用BET, OSC, XRD, XPS, H2-TPR等方法对所制备的材料进行了表征. 结果表明, 所制备的材料均形成了稳定的CZA固溶体, 尤其是Mn掺杂0.5%的材料在600和1000 ℃焙烧后均表现出最好的织构性能. OSC和H2-TPR的结果表明, Mn掺杂量≤1%时, 氧在材料中的体相移动是材料储氧和被还原的速控步骤, 并且Mn的掺杂量为0.2%时, 储氧量最大, 材料的还原温度也最低; Mn掺杂量>1%时, Mn物种对材料储氧和被还原的作用显著. XPS结果表明, Mn在焙烧过程中会迁移向表面, 结合H2-TPR结果可知, 新鲜样品表面的MnOx物种主要为Mn2O3, 而老化样品主要为Mn3O4.     

以TiO2多孔微球为载体的CuO/TiO2催化剂的制备、表征及CO氧化催化性能

利用高分子反相悬浮聚合技术结合溶胶-凝胶法制备了纳米TiO2晶粒组成的多孔微球. 以TiO2多孔微球为载体, 利用浸渍法制备了CuO/TiO2催化剂, 用示差扫描量热法、热重分析、X 射线衍射和X射线光电子能谱(XPS)对TiO2多孔微球和催化剂进行了表征, 并对其进行了CO催化氧化性能的评价. 结果表明, 于500 ℃焙烧的TiO2多孔微球基本为锐钛矿型结构, 其粒径为19.5 nm. XPS结果表明, 催化剂中载体和活性组分存在相互作用, Cu除了以Cu2+的形式存在外, 还以部分Cu+和Cu0的形式存在. CO催化氧化研究结果表明, 催化剂的催化活性与浸渍液的浓度和催化剂的焙烧温度有关. 用0.5 mol/L Cu(NO3)2·3H2O溶液浸渍得到的催化剂和于200 ℃焙烧得到的催化剂具有较好的催化活性.     

以Fe2O3为原料制备LiFePO4/C复合材料及其性能研究

以Fe2O3为铁源原料, 利用热还原法成功地制备了LiFePO4/C复合材料. 用XRD以及SEM对材料的晶体结构以及表面形貌进行了表征. 通过循环伏安和充放电测试研究了材料的电化学性能. 研究结果表明， 于700 ℃下制备的LiFePO4/C复合材料在0.1C的倍率下可以得到放电容量144.8 mA·h/g, 在循环160次后, 容量仍保持在141.4 mA·h/g. 这种以廉价的Fe2O3代替目前常用的二价铁盐原料方法, 具有减少LiFePO4合成成本的优点.     

贯通孔道网络结构大孔Al2O3催化材料的制备

采用模板法制备了具有贯通孔道网络结构的大孔Al2O3催化材料. 为确保模板材料的体积分数低于74%时Al2O3孔道的贯通, 设计并实现了模板聚苯乙烯(PS)微球先胶凝再与催化材料Al2O3纳米颗粒复合的制备路线. 通过PS微球悬浮液的流变性表征凝胶状态的形成. 实验结果表明, 加入适当浓度的硝酸铝溶液后PS微球悬浮液出现了由溶胶向凝胶的转变. 通过扫描电镜对大孔Al2O3催化材料的孔道结构进行表征, 结果表明, 与有序大孔材料相比大孔催化材料中孔配位数有所降低, 骨架厚度提高且具有贯通的孔道网络结构. 大孔结构抗压强度实验表明, 随着模板PS微球质量分数的降低, 机械强度明显提高.     

C(膜)/Si(SiO2 )(纳米微粒)/C(膜)热处理的形态及结构分析

用直流辉光溅射+真空镀膜法制备了一种新型结构的硅基纳米发光材料- C(膜)/Si(SiO2)(纳米微粒)/C(膜)夹层膜,并对其进行了退火处理.用TEM、 SEM、 XRD和XPS对其进行了形态结构分析.TEM观察表明: Si(SiO2)纳米微粒基本呈球形,粒径在30 nm左右.SEM观察表明: 夹层膜样品总厚度约为50 μm,膜表面比较平整、致密.400℃退火后,样品表面变得凹凸不平,出现孔状结构; 650℃退火后,样品表面最平整、致密且颗粒均匀.XRD分析表明:制备出的夹层膜主要由SiO2和Si组成,在C原子的还原作用和氧气的氧化作用的共同作用下, SiO2和Si的含量随加热温度的升高而呈现交替变化: 400℃时, C的还原作用占主导地位, SiO2几乎全部被还原成了Si,此时Si含量最高; 400～650℃时,氧化作用占主导地位, Si又被氧化成SiO2, Si含量降低, SiO2含量逐渐上升,在650℃达到最高.XPS分析表明: 在加热过程中, C原子逐渐扩散进入Si(SiO2)微粒层,在650℃与Si反应生成了新的SiC.     

Cu掺杂TiO_2薄膜的摩擦学性能

采用溶胶-凝胶法在普通玻璃基底上制备了纯TiO2和Cu掺杂的TiO2(Cu-TiO2)纳米结构薄膜,利用X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)、粉末X射线衍射(XRD)及UMT-3摩擦磨损试验机考察了Cu掺杂量对薄膜组成、结构、表面形貌及摩擦学性能的影响.结果表明,相比于纯TiO2薄膜,Cu掺杂TiO2纳米薄膜平整、均匀,具有较好的耐磨减摩性能.Cu掺杂量的多少直接影响Cu-TiO2薄膜的减摩抗磨性能,当Cu掺杂量为5%(摩尔分数)时,Cu-TiO2膜具有最佳的耐磨寿命和最低的摩擦系数.     

Diffusion reaction of oxygen in HfO2/SiO2/Si stacks

We study the oxidation mechanism of silicon in the presence of a thin HfO2 layer. We performed a set of annealing in 18O2 atmosphere on HfO2/SiO2/Si stacks observing the 18O distribution in the SiO2 layer with time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS). The 18O distribution in HfO2/SiO2/Si stacks upon 18O2 annealing suggests that what is responsible for SiO2 growth is the molecular O2, whereas no contribution is found of the atomic oxygen to the oxidation. By studying the dependence of the oxidation velocity from oxygen partial pressure and annealing temperature, we demonstrate that the rate-determining step of the oxidation is the oxygen exchange at the HfO2/SiO2 interface. When moisture is chemisorbed in HfO2 films, the oxidation of the underlying silicon substrate becomes extremely fast and its kinetics can be described as a wet silicon oxidation process. The silicon oxidation during O2 annealing of the atomic layer deposited HfO2/Si is fast in its early stage due to chemisorbed moisture and becomes slow after the first 10 s.     

TiO2光致亲水性及其在免处理版材中的应用研究

用溶胶-凝胶法制备了SiO₂和TiO₂薄膜,并涂覆于玻璃基片上,研究了TiO₂薄膜在紫外光照射下其超亲水性能的变化与光照时间的关系,分析了SiO₂薄膜对覆于其上的TiO₂薄膜的耐摩擦性能的影响.结果表明:TiO₂薄膜经紫外光照射后,疏水性急剧降低,显示亲水性能,与水的接触角可达到5°以下;当其覆膜于载玻片上后,具有良好的耐摩擦性和耐候性;TiO₂薄膜的超亲水性使其有望成为一种新型的环保可重复利用的印刷版材.     

加速器质谱测量用NH4Hf2F9的制备及表征

研究了加速器质谱测量用NH4Hf2F9的制备方法,用XRD,SEM,XPS和TG-DTA表征其结构和组成.结果表明:NH4Hf2F9样品在573 K热处理1 h后物相并未变化,而在773,973,1173,1373 K热处理1 h后物相则都转变为HfO2.TG-DTA的分析表明从573 K开始NH4Hf2F9样品逐渐开始分解,至1073 K时失重约78%.样品微观形貌为不规则的固体颗粒,颗粒的粒径分布较大,范围在5～20μm之间.粉末样品主要含有Hf,N和F元素,其中Hf主要以(+4)价存在.     

Grazing incidence-X-ray fluorescence spectrometry for the compositional analysis of nanometer-thin high-kappa dielectric HfO2 layers.

In future microelectronic devices, SiO2 as a gate dielectric material will be replaced by materials with a higher dielectric constant. One such candidate material is HfO2. Thin layers are typically deposited from ligand-containing precursors in chemical vapor deposition (CVD) processes. In the atomic layer deposition (ALD) of HfO2, these precursors are often HfCl4 and H2O. Obviously, the material properties of the deposited films will be affected by residual ligands from the precursors. In this paper, we evaluate the use of grazing incidence--and total reflection-X-ray fluorescence spectrometry (GI-XRF and TXRF) for Cl trace analysis in nanometer-thin HfO2 films deposited using ALD. First, the results from different X-ray analysis approaches for the determination of Hf coverage are compared with the results from Rutherford backscattering spectrometry (RBS). Next, we discuss the selection of an appropriate X-ray excitation source for the analysis of traces within the high-kappa: layers. Finally, we combine both in a study on the accuracy of Cl determinations in HfO2 layers.     

钛金属有机物热解制备TiO2-SiO2复合膜及其光催化活性研究

混有一定量SiO_2溶胶的钛金属有机化合物膜液通过旋液成膜法制备前驱物膜 ，经热解得到TiO_2-SiO_2复合膜。于610 ℃焙烧15min所得复合膜(Ti:Si=9:1)经 SEM，XRD，UV-vis和XPS研究表明，膜面由30 nm * 200 nm大小的晶体粒子组成， 结构致密，膜厚约200 nm，其可见光透过率为玻璃基质的80%，膜表面Ti~(3+)OH~- 的比值为1.06。对不同SiO_2含量的膜液凝胶进行DSC分析显示，少量的SiO_2就能 显著提高TiO_2锐钛矿型晶相的形成温度。膜的光催化活性研究表明一定量的Fe~ (3+)有利于提高膜的光催化活性，但是如果以氯化物的形式加入则对光催化反应不 利，铬的氯化物同样如此。另外，在钛金属有机物热解制备TiO_2-SiO_2复合膜中 ，溶胶SiO_2不利于光催化反应，但是它可以改善膜的耐磨性。     

两亲性PS-b-PEG嵌段共聚物刷的合成及响应行为

利用原子转移自由基聚合(ATRP)和点击化学(Click)反应, 在硅基底上制备了聚苯乙烯-b-聚乙二醇(PS-b-PEG)两亲性嵌段共聚物刷. 首先, 利用ATRP方法在表面改性的硅片引发苯乙烯单体(St)的聚合, 得到PS-Br均聚刷, 然后通过叠氮化钠(NaN₃)将均聚刷末端功能化为PS-N₃, 再与炔基聚乙二醇甲醚(Alkynyl-PEG)发生Click反应, 得到PS-b-PEG嵌段共聚物刷. 通过X射线光电子能谱(XPS)和接触角测量仪表征了聚合物刷的表面化学组成和表面亲疏水性质, 证明在硅基底上接枝了嵌段共聚物刷. 用原子力显微镜(AFM)观察了PS-b-PEG嵌段共聚物刷在不同溶剂处理后的形态结构变化, 研究了其响应行为.     

利用XPS 氩离子刻蚀表征锂离子电池Si/C负极材料中含硅的活性物质

以石墨、沥青和纳米硅粉为原料制备了锂离子电池Si/C负极材料,使用SEM/ BSE 、Raman、XRD、XPS及XPS氩离子刻蚀等方法对其硅活性物质进行了具体分析。结果表明,XRD和Raman仅判断出负极材料中含有活性物质单质Si;常规XPS结果发现近一半的Si已被氧化为惰性物质SiO2;而使用XPS氩离子刻蚀方法发现负极材料中Si存在5种化学态,包括活性物质单质Si、Si2O、SiO、Si2O3,及惰性物质SiO2;定量结果表明,复合材料的硅活性物质高于96.56%,且主要结构是低价态硅氧化物,而非单质Si。XPS氩离子刻蚀的分析方法为锂离子电池负极材料中硅活性物质的研究提供了新思路。     

TiO_2/SiO_2纳米薄膜的光催化活性和亲水性

通过 sol-gel工艺在钠钙玻璃表面制备了均匀透明的 TiO2/SiO2复合纳米薄膜 .实验结果表明 : 当 SiO2添加量较高时 , TiO2/SiO2复合纳米薄膜的光催化活性明显降低 ;当 SiO2添加量较低时 ,TiO2/SiO2复合薄膜的光催化活性无明显变化 .在 TiO2薄膜中添加 SiO2,可以抑制薄膜中 TiO2晶粒的长大 ,同时薄膜表面的羟基含量增加 , 水在复合薄膜表面的润湿角下降 , 亲水能力增强 .当 SiO2含量为 10％－ 20％（摩尔分数）时获得了润湿角为 0°的超亲水性薄膜 .