AgyIn3.33–y/3Se5化合物结构和热电性能

本文使用静态扩散法结合常规X射线粉末衍射和电子探针技术,在Ag-In-Se体系中发现了Ag_yIn_3.33-y/3Se₅新化合物.其结构属于三方晶系,空间群为P3m1,是二维层状结构,单层晶胞由9个原子量子层按照Se1-In1-Se2-In2-Se3-Ag/In3-Se4-In4-Se5顺序排布构成,层间由弱范德瓦耳斯力结合.烧结的块体样品表现出强烈的取向性,在平行压力方向上具有极低的晶格热导率(在873 K为0.15 W·m^-1·K^-1).这种本征低的晶格热导率主要源于材料的低声速和低频光学支声子与声学支声子强耦合作用.Ag_yIn_3.33-y/3Se₅样品表现为n型传导,室温下电导率约为4×10~4S·m^-1,Seebeck系数约为-80μV·K^-1,样品在宽温度范围内均表现出较好的电传输性能,在450—800 K范围内的功率因子为5μW·cm^-1...     

应力调控对单层TiOCl2电子结构及光学性质的影响

基于密度泛函理论的第一性原理计算,对单层TiOCl₂的电子结构、输运性质和光学性质进行了理论研究.对单层TiOCl₂材料的声子谱、分子动力学和弹性常数的计算结果表明,该材料在常温下能稳定存在,并具有较好的动力学、热力学和机械稳定性.电子结构分析表明,单层TiOCl₂是一种间接窄带隙半导体(能隙为1.92 eV).在应力调控下,单层TiOCl₂材料的能带结构、输运性质和光学性质均发生明显变化.沿a方向施加-4%的收缩应力后,单层TiOCl₂由间接带隙变为直接带隙,带隙减小至1.66 eV.同时TiOCl₂还表现出明显的各向异性特征,电子沿b方向传输(迁移率约为803 cm~2·V^-1·s^-1),空穴则沿a方向传输(迁移率约为2537 cm~2·V^-1·s^-1).此外,施加收缩应力还会使单层TiOCl₂材料的光吸收率、反射率和透射率的波峰(谷)发生红移...     

单轴压力下Ge2X2Te5(X=Sb,Bi)薄膜拓扑相变的第一性原理研究

随着拓扑绝缘体的发现, 材料拓扑物性的研究成为凝聚态物理研究的热点领域. 本文基于第一性原理计算, 研究了化合物Ge₂X₂Te₅ (X=Sb, Bi) 的块体结构和二维单层和双层薄膜结构的拓扑物性, 以及单双层薄膜在垂直方向单轴压力下的拓扑量子相变. 研究发现, A型原子序列排列的这两种化合物都是拓扑绝缘体, 其单层薄膜都是普通金属, 而双层薄膜都是拓扑金属, 单层和双层薄膜在单轴加压过程中都没有发生拓扑量子相变; 这两种化合物的B型原子序列的晶体是普通绝缘体, 其所对应的薄膜, Ge₂Sb₂Te₅单层是普通金属, 双层薄膜和Ge₂Bi₂Te₅的单层和双层薄膜均为普通绝缘体, 但是在单轴加压过程中B 型原子序列所对应的单层和双层薄膜都转变为拓扑金属.     

具有光热转换能力的近红外光学测温材料BaY2O4∶Nd3+

光热治疗亟需一种准确、高效、分辨率高且适用于深层生物组织的测温手段以辅助其治疗过程。本文以高温固相法合成了Ba Y₂O₄∶Nd³⁺材料，并基于Nd³⁺:⁴F_3/2的Stark劈裂能级实现了较为精准的光学测温。数据表明，其测温的绝对灵敏度、相对灵敏度及分辨率的最佳值可分别达到0.09%·K^-1、0.69%·K^-1和0.05 K，优于大多数同类型温度计的相应数值。与此同时，因该光学温度计的激发和发射波长均位于生物窗口之内，使其在生物组织中的穿透深度可达到8 mm。另外，该材料还具有一定的光热转换能力。上述结果表明，Nd³⁺单掺的Ba Y₂O₄在深层组织的光热治疗方面具备一定的应用潜力。     

中红外高双折射高非线性宽带正常色散As2 S3光子晶体光纤

设计了一种中红外As₂S₃光子晶体光纤,利用多极法研究了这种光纤的双折射、色散和非线性特性.数值研究发现,该光纤在中红外波段λ = 3.625 μm处双折射B高达0.098;其x偏振方向的非线性系数γ_x达到了1.69 m^-1 ·W^-1, y偏振方向的非线性系数γ_y达到了0.78 m^{- 关键词： 光子晶体光纤 中红外波段 双折射 非线性}     

非晶态Gd45Ni30Al15Co10合金的制备与磁热性能

具有优良磁热性能的材料是磁制冷技术应用的关键.本文设计制备出了一种非晶态四元Gd₄₅Ni₃₀Al₁₅Co₁₀合金条带,系统地研究了该合金的磁热性能. Co的引入增加了合金的非晶态热稳定性,扩大了过冷液相区宽度. Gd₄₅Ni₃₀Al₁₅Co₁₀非晶态合金条带的居里温度和有效磁矩分别为80 K和7.21μB,在10 K温度下饱和磁化强度达到173 A·m~2·kg^-1,矫顽力为0.8 kA·m^-1,具有优异的软磁性能.在5 T的外加磁场下, Gd₄₅Ni₃₀Al₁₅Co₁₀非晶态合金的磁熵变峰值和相对制冷能力分别高达10.2 J·kg^-1·K^-1和918 J·kg^-1.该合金具有典型的二级磁相变特征,可以在较宽的温度范围...     

相变存储材料Ge1Sb2Te4和Ge2Sb2Te5薄膜的结构和电学特性研究

采用射频磁控溅射方法制备了两种用于相变存储器的Ge₁Sb₂Te₄和Ge₂Sb₂Te₅相变薄膜材料,对其结构、电学输运性质和恒温下电阻随时间的变化关系进行了比较和分析.X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)的结果表明:随着退火温度的升高,Ge₁Sb₂Te₄薄膜逐步晶化,由非晶态转变为多晶态,表面出现均匀的、 关键词： 硫系相变材料 1Sb₂Te₄')" href="#">Ge₁Sb₂Te₄ 2Sb₂Te₅')" href="#">Ge₂Sb₂Te₅     

过渡族元素掺杂BaTiO3-Tb1-xDyxFe2-y层状复合材料中的磁电效应

用溶胶-凝胶法制备1.0%mol Mn,Cr,Co掺杂 BaTiO₃(BTO)粉体,在1350℃下烧结成多晶陶瓷样品.X射线衍射和差示扫描量热分析表明,室温下掺杂BaTiO₃具有四方钙钛矿结构;居里点和相变潜热随Cr,Mn,Co掺杂逐渐降低.将掺杂BaTiO₃与Tb_1-xDy_xFe_2-y(TDF)胶合制成双层磁电复合材料,并研究了Cr:BTO-TDF,Mn∶BTO-TDF,Co:BTO-TDF层状复合材料中的磁电效应.实验表明,在340×80 A·m^-1偏置磁场下, Cr:BTO-TDF的横向磁电电压系数达到最大值586 mV·cm^-1·(80 A·m^-1)^-1.在400×80 A·m^-1偏置磁场下,Mn∶BTO-TDF和Co:BTO-TDF的横向磁电电压系数的最大值分别为480 mV·cm^-1·(80 A·m^-1)^-1和445mV·cm^-1·(80 A·m^-1)^-1.研究表明掺杂BaTiO₃-TDF层状复合材料中具有较强的磁电耦合.作为无铅压电材料,掺杂BaTiO₃制备的磁电效应器件颇具应用前景. 关键词： 磁电效应 双层复合材料 3')" href="#">掺杂BaTiO₃ 1-xDy_xFe_2-y')" href="#">Tb_1-xDy_xFe_2-y     

纳米SiO2复合对Mg3Sb2基材料热电性能的影响

Mg₃(Sb,Bi)2基热电材料由于其优异的热电性能和较低的成本近来受到广泛的关注.本研究通过将纳米SiO₂复合进成分为Mg_3.275Mn_0.025Sb_1.49Bi_0.5Te_0.01的基体相中,考察其热电输运性能的变化及机制.结果表明,当SiO₂复合进Mg₃Sb₂基材料中时,由于引进大量的微小晶界,能有效地散射声子,促使晶格热导率降低,优化热输运性能,如SiO₂体积含量为0.54%时,室温时热导率由复合前的1.24 W/(m·K)降至1.04 W/(m·K),降幅达到15%;同时其对电子也产生强烈的散射作用,导致迁移率和电导率大幅下滑,结果表现为近室温区功率因子剧烈衰减,恶化了电输运性能.电性能相对于热性能较大降低幅度使得材料在整个测试温区的热电优值没有得到改善.纳米SiO₂作为Mg₃Sb₂     

单层Cu2X的热电性质

具有低晶格热导率和高热电优值的二维(2D)材料可用于热电器件的制备.本文通过第一性原理和玻尔兹曼输运理论,系统地预测了单层Cu₂X (X=S, Se)的热电性质.研究发现单层Cu₂Se较Cu₂S在室温下具有更低的晶格热导率(1.93 W/(m·K)和3.25 W/(m·K)),这源于其更低的德拜温度和更强的非谐性.单层Cu₂X(X=S, Se)价带顶处的能带简并效应显著增大了其载流子有效质量,导致p型掺杂下具有高的塞贝克系数和低的电导率.在最优掺杂浓度下,单层Cu₂S (Cu₂Se) n型的功率因数16.5 mW/(m·K²)(25.9 mW/(m·K²))远高于其p型的功率因数1.1 mW/(m·K²)(6.6 mW/(m·K²)),且随着温度的提升这一优势将更加明显.温度为700 K时,单层Cu₂S和Cu₂Se在n型最优掺...     

含硫宽禁带Ga2Te3基热电半导体的声电输运特性

目前对宽禁带半导体热电材料的研究开始升温, 原因是本征情况下宽禁带半导体往往具有低的热导率和高的Seebeck系数. Ga₂Te₃ 是一类带有缺陷的宽禁带半导体, 其在临界温度680± 10 K和757± 10 K处会参与共析转变和包晶反应, 因此会产生反应热. 本次工作采用少量的S元素等电子替换Ga₂Te₃中的Te元素, 观察到在临界温度附近热焓的变化, 但没有相变发生. 受热焓变化的影响这类材料在临界温度附近出现了较活跃的声电输运行为, 具体表现为热容和Seebeck系数(α)明显增大及热扩散系数(热导率)和电导率下降. 例, 对于x=0.05的材料, 其α值从596 K 时的376.3(μV·K^-1)迅速增大到695 K时的608.2(μV·K^-1), 然后又随温度升高到764 K时迅速降低到213.8(μV·K^-1). 在596 K到812 K范围, Seebeck系数和电导率几乎随温度均呈Z字形变化. 这些输运行为的变化揭示了在Ga₂Te₃基半导体中声子和载流子的临界散射特点, 这种临界散射特征对以后的继续研究具有重要的参考价值.     

Bi2Sr2CaCu2O8单晶a-b平面热电势率的各向异性

测量了Bi₂Sr₂CaCu₂O₈单晶a方向的热电势率S_a和b方向的热电势率S_b与温度T的关系,发现在a-b平面内热电势率存在各向异性。认为S_a与S_b的差异来源于b方向的调制结构,并用扩散热电势率S_d,声子曳引热电势率S_g和相关跳跃热电势率S_h三种贡献,对实验结果进行了 关键词：     

准2-2型磁电多层复合材料的磁电性能

用带底座的Pb（Zr,Ti）O₃薄片阵列作为压电相,Terfenol-D粉末与树脂的混合物作为磁致伸缩相,灌注复合得到准2-2型磁电多层三相复合材料.研究了这种准2-2型多层结构在不同偏置磁场和不同角度下的磁电效应.其面内相互垂直的两个方向磁电电压系数分别在0.15和0.225 T磁场下达到峰值,低频下分别为1.62×10⁵ V·m^-1T^-1和1.75×10⁵ V·m^-1T^-1;而在垂直于面内方向,低频下磁电系数仅有1.3×10⁴ V·m^-1T^-1,体现出显著的磁电各向异性.这种准2-2型磁电多层复合材料具有较好的交流磁场灵敏度,在谐振频率下可以探测到10^-9 T的交流磁场的变化.进行合适的设计和排列,可以探测空间磁场的大小和方向,有望应用于磁场传感器等领域. 关键词： 磁电效应 多铁性 多层复合材料     

微波低温制备Mg2Si0.4Sn0.6-yBiy热电材料的传输机理

德拜弛豫理论表明, 在频率为2.45 GHz的外加交变电磁场的作用下, 微波对极性分子的极化过程约为10^-10 s, 因此利用微波固相反应可以在短时低温条件下制备出纳米粉体材料. 本文以MgH₂代替Mg粉, 利用微波固相反应在低温下制备了Mg₂Si_0.4Sn_0.6-yBi_y (0 ≤y ≤q 0.03)固溶体, 并结合单带抛物线计算模型对其热电传输机理进行了分析. 研究结果表明: 利用该工艺可以有效抑制Mg的挥发和MgO 的生成, 在400 ℃保温15 min内即可完成MgH₂与Si粉和Sn粉的固相反应, 获得片层间距为100 nm的超细化学计量比产物; 杂质Bi的引入可以有效增加载流子浓度, 并引起晶格畸变, 在晶格畸变和样品特有的纳米片层结构的协同作用下, 声子得到有效散射, 样品具有最低的热导率1.36 W·m^-1·K^-1. 较低的有效掺杂率和复杂的能带结构具有降低能带态密度有效质量和减小载流子弛豫时间的双刃效应, 使得本征激发提前, 在600 K样品取得最大ZT值为0.66.     

Ag掺杂对p型Pb0.5Sn0.5Te化合物热电性能的影响规律

采用熔融缓冷技术制备了不同Ag掺杂量的p型Ag_x(Pb_0.5Sn_0.5)_1-xTe化合物,系统地研究了Ag掺杂对所得材料的相组成、微结构及其热电传输性能.Ag的掺入显著增加了材料的空穴浓度,但是材料的空穴浓度远小于Ag作为单电子受主时理论空穴浓度,且在掺杂量为5%时未出现任何第二相,这表明Ag在可能进入晶格间隙位置而作为电子施主,起到补偿作用.随着Ag掺杂量的增加,样品的电导率逐渐增加,而Seebeck系数表现出复杂的变化趋势:在低于450 K时逐渐增加,而在温度大于450 K时逐渐降低,这主要源于材料复杂的价带结构.由于空穴浓度的优化和重空穴带的主导作用,1%Ag掺杂样品获得最大的功率因子,在750 K可达2.1 mW.m^-1.K^-2.此外,Ag的掺入引入的点缺陷大幅散射了传热声子,使得晶格热导率随着Ag掺量的增加逐渐降低.结果1%Ag掺杂样品在750 K时获得了最大的热电优值ZT=1.05,相比未掺样品提高了近50%,这一数值同商业应用的p型PbTe材料的性能相当.但是Sn取代显著降低了有毒重金属Pb的用量,这对PbTe基材料的商业化应用及其环境相适性具有重要意义.     

TeI4掺杂量对n型Bi2Te3基烧结材料热电性能的影响

采用区熔法结合放电等离子体快速烧结(SPS)技术制备了n型Bi₂Te₃基热电材料.在300—500K的温度范围内测量了各热电性能参数，包括电导率(σ)、塞贝克系数(α)和热导率(κ)，研究了掺杂剂TeI₄的含量(质量百分比分别为0，0.05，0.08，0.10，0.13和0.15wt%)对热电性能的影响.结果表明：试样的载流子浓度(n)随TeI₄含量增加而增大，使电导率增大、塞贝克系数的绝对值先增大而后减小，从而导致品质因子(α²σ)呈先增加后降低的变化趋势；同时，由于异质离子(I^-)以及载流子对声子的散射作用增强，可显著降低其晶格热导率.烧结材料的性能优值(ZT=α²σT/κ)对应于TeI₄含量为0.08wt%有其最大值，约为0.92.此外，烧结材料的抗弯强度增加至80MPa左右，从而可以显著改善材料的可加工性以及元器件的使用可靠性. 关键词： 2Te₃')" href="#">Bi₂Te₃ 放电等离子体快速烧结 热电性能     

导热高分子聚合物研究进展

传统高分子聚合物是良好的电绝缘体和热绝缘体.高分子聚合物具备质量轻、耐腐蚀、可加工、可穿戴、电绝缘、低成本等优异特性.高分子聚合物被广泛应用于各种器件.由于高分子材料的热导率比较低(0.1—0.5 W·m^-1·K^-1),热管理(散热)面临严峻的挑战.理论及实验工作表明,先进高分子材料可以具有比传统传热材料(金属和陶瓷)更高热导率. Fermi-Pasta-Ulam (FPU)理论结果发现低维度原子链具有非常高的热导率.广泛使用的聚乙烯热绝缘体可以被转变为热导体:拉伸聚乙烯纳米纤维的热导率大约为104 W·m^-1·K^-1,拉伸的聚乙烯薄膜热导率大约为62 W·m^-1·K^-1.首先,本文通过理论和实验结果总结导热高分子材料的传热机理研究进展,并讨论了导热高分子聚合物的制备策略;然后,讨论了在传热机制及宏量制备方面,高分子聚合物研究领域所面临的新挑战;最后,对导热高分子的热管理应用前景进行了展望.例如,导热高分子聚合物在耐腐蚀散热片、低成本太阳能热水收集器、可穿...     

ZnSb掺杂的Ge2Sb2Te5薄膜的相变性能研究

本文采用双靶(ZnSb靶和Ge₂Sb₂Te₅靶)共溅射制备了系列ZnSb掺杂的Ge₂Sb₂Te₅(GST)薄膜. 利用X射线衍射、透射电子显微镜、原位等温/变温电阻测量、X射线光电子能谱等测试研究了薄膜样品的非晶形态、电学及原子成键特性. 利用等温原位电阻测试表明ZnSb掺杂的Ge₂Sb₂Te₅薄膜具有更高的结晶温度. 采用Arrhenius 公式计算发现ZnSb掺杂的Ge₂Sb₂Te₅薄膜的十年数据保持温度均高于传统的Ge₂Sb₂Te₅薄膜的88.9℃. 薄膜在200, 250, 300和350℃ 下退火后的X射线衍射图谱表明ZnSb的掺杂抑制了Ge₂Sb₂Te₅薄膜从fcc态到hex态的转变. 通过对薄膜的光电子能谱和透射电镜分析可知Zn, Sb, Te原子之间键进行重组, 形成Zn–Sb 和Zn–Te 键, 且构成非晶物质存在于晶体周围. 采用相变静态检测仪测试样品的相变行为发现ZnSb掺杂的Ge₂Sb₂Te₅薄膜具有更快的结晶速度. 特别是(ZnSb)_24.3(Ge₂Sb₂Te₅)_75.7薄膜, 其结晶温度达到250℃, 十年数据保持温度达到130.1℃, 并且在70 mW激光脉冲功率下晶化时间仅～64 ns, 远快于传统Ge₂Sb₂Te₅薄膜的晶化时间～280 ns. 以上结果表明(ZnSb)_24.3(Ge₂Sb₂Te₅)_75.7薄膜是一种热稳定性好且结晶速度快的相变存储材料.     

H2（V=3）+H2（He）碰撞中的转动能量转移

激发态Na₂与H₂碰撞,使H₂（V=3,J=3）得到布居,在H₂和He总气压为800 Pa及温度为700 K的条件下,利用相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）光谱技术研究了H₂（3,3）与H₂（He）间转动能量转移过程.改变CARS激光束与激发Na₂的激光之间的延迟时间,测量He不同摩尔配比时H₂（3,J）态CARS谱强度的时间演化,得到H₂（3,3）的总弛豫速率系数分别为k_3,3^H₂=（21士5）×10^-3cm³·s^-1和k_3,3^H_e=（5.6士1.6）×10^-13cm³·s^-1.测量H₂（3,J）各转动态的相对CARS谱强度,由速率方程分析,得到H₂（3,3）+H₂→H₂（3,J）+H₂中,对于J=2,4,转移速率系数分别为（11±4）×10^-13cm³·s^-1和（8.2±3.1）×10^-13cm³·s_<sup>-1.在H₂（3,3）+He→H₂（3,J）+He中,对于J=2,4,转移速率系数分别为（3.1±1.2）×10^-13cm³·s^-1和（2.1士0.7）×10¹³cm³·s^-1.对于H₂（3,3）,单量子弛豫|△J|=1约占该态总弛豫率的90%.     

Li2Mo2O6多晶材料的结构与电性能的研究

本文用固相反应烧结制备出Li₂Mo₂O₆多晶材料。经X射线分析、红外光谱和电子顺磁共振谱(EPR)的研究,确定了它的结构是Li₂Mo₂O₄和MoO₂两个晶相组成的烧结体。钼离子以四价状态存在于MoO₂晶相结构中。采用交流阻抗谱分析了晶界与温度变化的相关性。测得了样品的ln(σ_总T)-1/T 曲线是由两段直线和一段曲线所组成;总电导率化能σ_27℃=1.36×10^-3(Ω·cm)^-1,σ_115℃=1.49×10^-3(Ω·cm)^-1,σ_300℃=9.71×10^-3(Ω·cm)^-1,σ_370℃=2.42×10^-3(Ω·cm)^-1;电导活化能E₁=0.043eV,E₂=0.235eV,E_平均=0.76eV。采用维格纳极化电池法测得电子电导率σ_e,σ_e27℃=2.240×10^-5(Ω·cm)^-1,σ_e300℃=4.476×10^-3(Ω·cm)^-1。实验证明,室温下材料为固体电解质,300℃附近为良好的离子与电子混合导体。 关键词：