碳纳米管/石墨烯复合结构及其电化学电容行为

本文综述了超级电容器电极材料碳纳米管/石墨烯复合结构的制备方法,以及由该结构和赝电容活性物质形成的三元复合体系的电化学电容行为研究进展,并提出合理设计的碳纳米管和石墨烯复合结构可以有效发挥其高电导率、高比表面积和合理孔隙结构的优势,实现活性物质的高密度负载,从而获得具有高容量、良好倍率特性和长寿命的电化学超级电容器电极材料。     

氧化锌有序结构在Au(111)和Cu(111)上的生长

利用NO₂或O₂作为氧化剂,研究了氧化锌在Au(111)和Cu(111)上的生长和结构。NO₂表现了更好的氧化性能,有利于有序氧化锌纳米结构或薄膜的生长。在Au(111)和Cu(111)这两个表面上,化学计量比氧化锌都形成非极性的平面化ZnO(0001)的表面结构。在Au(111)上,NO₂气氛下室温沉积锌倾向于形成双层氧化锌纳米结构;而在更高的沉积温度下,在NO₂气氛中沉积锌则可同时观测到单层和双层氧化锌纳米结构。O₂作为氧化剂时可导致形成亚化学计量比的ZnO_x结构。由于铜和锌之间的强相互作用会促进锌的体相扩散,并且铜表面可以被氧化形成表面氧化物,整层氧化锌在Cu(111)上的生长相当困难。我们通过使用NO₂作为氧化剂解决了这个问题,生长出了覆盖Cu(111)表面的满层有序氧化锌薄膜。这些有序氧化锌薄膜表面显示出莫尔条纹,表明存在一个ZnO和Cu(111)之间的莫尔超晶格。实验上观察到的超晶格结构与最近理论计算提出的Cu(111)上的氧化锌薄膜结构相符,具有最小应力。我们的研究表明,氧化锌薄膜的表界面结构可能会随氧化程度或氧化剂的不同而变化,而Cu(111)的表面氧化也可能影响氧化锌的生长。当Cu(111)表面被预氧化成铜表面氧化物时,ZnO_x的生长模式会发生变化,锌原子会受到铜氧化物晶格的限域形成单位点锌。我们的研究表明了氧化锌的生长需要抑制锌向金属基底的扩散,并阻止亚化学计量比ZnO_x的形成。因此,使用原子氧源有利于在Au(111)和Cu(111)表面上生长有序氧化锌薄膜。     

掺杂对GaN晶体力学性能影响的研究

对GaN单晶力学性能的研究有助于解决其在生长、加工和器件应用中的开裂问题。本文围绕掺杂对GaN单晶力学性能的影响，通过纳米压痕法测试了不同掺杂类型(非掺、Si掺和Fe掺)GaN单晶的弹性模量和硬度，测试结果表明掺杂对GaN单晶的硬度有重要影响。Si掺、Fe掺GaN较非掺样品硬度有所提升，用重掺杂的氨热GaN单晶作为对照，也证明了这一结论。通过高分辨X射线衍射分析和原子力显微镜表征实验发现，晶体结晶质量、接触面积等因素对GaN单晶硬度的影响较小。对GaN表面纳米压痕滑移带长度和晶体晶格常数进行测试，结果表明，掺杂影响GaN单晶硬度的主要原因是缺陷对GaN位错增殖、滑移的阻碍作用和掺杂引起的GaN晶格常数的变化。     

高电压镍锰酸锂正极/电解液界面本征性质的研究

高电压正极材料的应用是提高锂离子电池能量密度的有效手段,然而高电压下正极/电解液界面稳定性成为决定锂离子电池在高电压工作条件下循环性能和安全性能的关键因素,因此高电压下正极/电解液界面具有重要的研究价值. 但是,目前报道的正极/电解液界面的研究中通常使用传统的极片制备方法,这需要引入导电剂和粘结剂,会对后期正极活性物质表面钝化膜的形貌和组分表征带来干扰,甚至造成固体电解质界面(SEI)膜存在的假象,难以获得正极材料与电解液之间界面的本征信息. 这里,我们采用溶胶凝胶旋涂法制备了不含导电剂和粘结剂的镍锰酸锂(LNMO)正极,以其为研究对象,通过扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱(XPS)技术,结合电化学阻抗谱(EIS)研究了LNMO正极/电解液界面在充放电过程中的结构演变过程以及本征性质. 研究结果显示在充放电过程中,电解液中溶剂和电解质都会参与反应,其中LiPF₆的降解主要发生在高电压下,其降解产物在放电过程中又会被反应消耗掉. 它们的降解产物沉积到LNMO正极形成表面膜,该表面膜的主要成分随着电压的不同组分有所不同.     

氮化镓籽晶的表面损伤处理及氨热生长研究

籽晶的表面损伤会导致后续生长的晶体位错增多.为了降低籽晶表面的损伤,通常采用粗磨-精磨-抛光的多步过程处理的晶片作为籽晶,工艺步骤多、复杂,成本高.本文采用磷酸去除表面损伤层的粗磨GaN与化学机械抛光的GaN分别作为籽晶,对比了两种籽晶氨热生长后晶体表面、生长速率、结晶质量、应力状况.光学显微镜表明两种籽晶生长后晶体的表面具有相似的丘状表面.氨热法生长速率较慢,化学机械抛光籽晶生长速率略高于粗磨籽晶.X射线单晶衍射(XRD) (002)和(102)的摇摆曲线半高宽显示抛光籽晶与粗磨籽晶生长得到GaN结晶质量基本一致.Raman E2(high)频移表明抛光籽晶生长的GaN晶体接近无应力状态,粗磨籽晶生长的晶体存在较小的压应力.     

原位聚合表面修饰的金属锂负极

金属锂负极由于比容量高(3860 mAh·g^-1)及氧化还原电位极低(-3.04 V vs.标准氢气电极(SHE)),被认为是实现高能量密度锂电池的理想负极。然而,金属锂电极与电解液反应剧烈,且锂离子在电极表面沉积不均匀容易产生枝晶,导致其循环稳定性和安全性都较差,限制了其应用推广。我们前期通过构建金属锂-碳纳米管(Li-CNT)复合结构,极大的提高了金属锂的比表面积,降低了电极电流密度,从而有效地抑制了锂枝晶的生长,提高了金属锂电极的循环稳定性和安全性能。本工作在前期工作基础上,采用简单的液相反应,利用4-氟苯乙烯(FPS)对Li-CNT进行表面修饰并进行原位聚合,得到了表面富含氟化锂(Li F)保护层的Li-CNT(FPS-Li-CNT)。该表面修饰层能够有效抑制电解液和空气对Li-CNT的侵蚀,显著的提高了LiCNT电极的界面稳定性。FPS-Li-CNT与磷酸铁锂正极(LFP)组成的LFP||FPS-Li-CNT全电池,在正负极容量配比为1:6条件下,能够稳定循环280圈,库伦效率达到97.7%。     

TiN/HfxZr1-xO2/TiN铁电电容器的原位生长与表征

HfO₂基铁电电容器,特别是TiN/Hf_xZr_1-xO₂/TiN金属-绝缘体-金属电容器,由于其良好的稳定性、高性能和互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容性,在新一代非易失性存储器中有着广阔的应用前景。由于TiN/Hf_xZr_1-xO₂/TiN电容器的电性能与Hf_xZr_1-xO₂铁电薄膜与TiN电极层界面质量相关,因此控制TiN/Hf_xZr_1-xO₂/TiN异质结构的制备和表征至关重要。本文报道了一种三明治结构：Hf_xZr_1-xO₂铁电薄膜夹在两个TiN电极之间的新的制备方法,通过超高真空系统互连的原子层沉积(ALD)和磁控溅射设备实现。原位生长和表征结果表明,ZrO₂掺杂浓度和快速热退火温度可以调节TiN/Hf_xZr_1-xO₂/TiN异质结的铁电性能,并能很好地被互连系统监控。在该体系中,通过在HfO₂中掺杂50% (molar fraction, x) ZrO₂并且在600 ℃下快速热退火(RTA),获得了21.5 μC·cm^-2的高剩余极化率和1.35 V的低矫顽电压。     

量子点发光二极管中电荷累积行为

量子点发光二极管(QLED)是不需要额外光源的主动发光技术,在显示领域中的应用前景被广泛看好。寿命较短是影响QLED商业化的重要因素之一,并且其老化机理尚不清晰。在本工作中,我们通过自主搭建电荷提取装置,证实红光QLED在恒流驱动过程中,存在显著的电荷累积。累积电荷量随着驱动电流密度增加而增加,但当超过阈值电流密度(对应于开启电压)后逐渐趋于饱和。随着器件老化,亮度下降伴随着累积电荷量进一步增加。本工作对QLED老化过程中电荷累积规律的理解,能为QLED材料和界面的优化设计提供直观判据。