铋系化合物改性的新型三元弛豫铁电体的性能研究

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)。     

多晶金刚石对硅基氮化镓材料的影响

氮化镓(GaN)器件的自热问题是目前限制其性能的关键因素,在GaN材料上直接生长多晶金刚石改善器件的自热问题成为研究的热点,多晶金刚石距离GaN器件工作有源区近,散热效率高,但多晶金刚石和GaN材料热失配可能会导致GaN电特性衰退.本文采用微波等离子体化学气相沉积法,在2 in (1 in=2.54 cm)Si基GaN材料上生长多晶金刚石.测试结果显示,多晶金刚石整体均匀一致,生长金刚石厚度为9—81 μm,随着多晶金刚石厚度的增大, GaN (002)衍射峰半高宽增量和电性能衰退逐渐增大.通过激光切割和酸法腐蚀,将Si基GaN材料从多晶金刚石上完整地剥离下来.测试结果表明:金刚石高温生长过程中,氢原子对氮化硅外延层缺陷位置有刻蚀作用形成孔洞区域,刻蚀深度可达本征GaN层;在降温过程,孔洞周围形成裂纹区域.剥离下来的Si基GaN材料拉曼特征峰峰位, XRD的(002)衍射峰半高宽以及电性能均恢复到本征状态,说明多晶金刚石与Si基GaN热失配产生应力,引起GaN晶格畸变,导致GaN材料电特性衰退,这种变化具有可恢复性,而非破坏性.     

丝素蛋白膜在高电场下的介电性能

丝素蛋白的分子结构兼具软段和硬段,且其结构单元具有较大的偶极矩(3.5D),在介电储能领域可能具有应用潜力.本文表征了丝素蛋白薄膜的在高电场下的介电性能,并研究了丝素蛋白的分子结构与高电场下介电性能的关系.结果显示,丝素蛋白的二级结构变化与其高场介电行为关系密切,β-折叠结构增加有利于提高击穿强度,降低介电损耗.通过调整薄膜的制备工艺优化了丝素蛋白薄膜的高场介电性能,优化后的丝素蛋白膜在500 MV/m的电场下放电能量密度可达7.43 J/cm~3,充-放电效率为79.8%.本工作为开拓丝素蛋白在介电领域的应用提供了基础数据,并为进一步优化分子结构提供了参考.     

电极面积对老龄垃圾渗滤液为底物的微生物燃料电池性能影响

构建生物阴极型双室微生物燃料电池,处理老龄垃圾渗滤液。研究了阳极与阴极面积比值对微生物燃料电池产电能力和对老龄垃圾渗滤液处理效果的影响。结果表明,阳极与阴极面积比为1:2、2:2、2:1的3组生物阴极型微生物燃料电池输出电压分别为408、452、396mV,最大电功率密度分别为145.73、237.65、136.50mW/m³,内阻分别为350、200、400Ω,COD的去除率分别为21.18%、20.20%、22.31%。3组微生物燃料电池运行30d后,垃圾渗滤液中氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮浓度均下降,其中,氨氮去除率分别为80.88%、73.61%和66.17%,其去除效果与产电性能相关。     

高介电性能石墨烯/聚合物纳米复合材料研究进展

石墨烯作为一种新型二维平面纳米材料,表现出许多优异的物理性质.将石墨烯与聚合物复合,利用其独特的结构及物理性质,有望开发一类具有卓越介电性能的纳米复合电介质材料.本文总结了高介电石墨烯/聚合物纳米复合材料这一研究方向的最新进展,重点介绍了石墨烯提高聚合物基体介电性能的基本理论、石墨烯/聚合物界面对复合电介质性能的影响等,并简要展望了这类材料的发展前景.     

团聚物参数对质子交换膜燃料电池内部传热影响

质子交换膜燃料电池阴极催化层中的团聚物内电解质体积分数和团聚物半径会影响氧气的传输阻力,从而影响电化学反应速率,进而影响电池内的热量产生和传递。然而,团聚物内电解质体积分数和团聚物半径对燃料电池内传热的具体影响规律尚不明确。因此,本文建立了二维、两相、非等温质子交换膜燃料电池团聚物模型,探究团聚物内电解质体积分数和团聚物半径对电池内温度分布和产热量的影响。结果表明,团聚物内电解质体积分数的增加和团聚物半径的减小使得氧气的传输阻力减小,从而有利于电性能的提高,并使得膜电极组件各部分的产热量增加,以及阴极催化层内的氧还原反应产热量、欧姆产热量和气液相变产热量均增加,但不利于温度分布的均匀性。     

阳加速器真空磁绝缘传输线结构的计算分析

介绍了阳加速器真空磁绝缘传输线新，旧结构的几何尺寸及主要电性能参数，对几个重要构件及特殊位置的电势云图分布，电场强度分布进行了分析，考察了磁绝缘条件的满足情况以及整个真空的电感分布。     

直流老化及热处理对ZnO压敏陶瓷缺陷结构的影响

在电场为3.2 kV/cm, 电流密度为50 mA/cm²条件下对ZnO压敏陶瓷进行了115 h的直流老化, 研究了直流老化对ZnO压敏陶瓷电气性能及缺陷结构的影响. 发现直流老化115 h 后ZnO压敏陶瓷的电位梯度、非线性系数分别从2845 V/cm, 38.3下降到51.6 V/cm, 1.1, 介电损耗中的缺陷松弛峰被增大的直流电导掩盖, 电模量中只观察到一个缺陷松弛峰, 低频区交流电导率急剧增大并且相应的电导活化能从0.84 eV下降到只有0.083 eV. 通过对直流老化后的ZnO压敏陶瓷在800 ℃进行12 h 的热处理, 发现其电气性能和介电性能都得到了良好的恢复并有一定的增强, 电位梯度、非线性系数恢复到3085 V/cm, 50.8, 电导活化能上升到0.88 eV. 另外, 其本征氧空位缺陷松弛峰也得到了一定的抑制. 因此, 认为热处理过程中氧在晶界处的扩散作用对ZnO压敏陶瓷的直流老化恢复起到了关键作用. 关键词： ZnO压敏陶瓷 介电性能 直流老化 热处理