介电聚酰亚胺薄膜研究进展

聚酰亚胺电介质是电气工程、电子信息技术、航空航天等领域的一类重要的绝缘材料,然而在实际应用中依然存在材料设计制备、结构-性能关系与性能调控等方面的问题尚未解决。多重应用场景下介电性能的不匹配限制了聚酰亚胺的创新式发展,成为制约电工、电子信息航空航天领域发展的重要问题。本文基于影响电介质薄膜电-热特性的基本原理,从分子结构改性和复合结构优化等方面详细综述了调控聚酰亚胺高/低介电特性、热稳定性和绝缘强度等综合性能的研究方法和内部机理,总结了当前聚酰亚胺薄膜在能源系统和电子器件中残存的问题及面临的挑战,并为聚酰亚胺薄膜未来的发展及应用提供有意义的指导。     

相场法研究AlxCuMnNiFe高熵合金富Cu相析出机理

BCC(体心立方)和FCC(面心立方)结构共存的高熵合金通常具有优异的综合力学性能, Al元素可以促进含Cu高熵合金由FCC向BCC结构转变.本文基于Chan-Hilliard方程和Allen-Cahn方程,建立Al_xCuMnNiFe高熵合金三维相场模型,模拟了Al_xCuMnNiFe高熵合金(x=0.4, 0.5, 0.6, 0.7)在823 K等温时效时纳米富Cu相的微观演化过程.结果表明, Al_xCuMnNiFe高熵合金时效时会产生两种复杂核壳结构:富Cu核/B2_s壳以及B2_c核/FeMn壳,通过讨论分析发现形成的B2_c对纳米富Cu相的形成起到抑制作用,这种抑制作用随着Al元素的增加而变大;结合经验公式做出Al_xCuMnNiFe高熵合金富Cu相的屈服强度随时效时间的变化曲线,得到峰值屈服强度的时效时间和合金体系,可以为时效工艺提供参考.     

Zn(NCN)单轴的负热膨胀性及机理研究

负热膨胀(NTE)是一种反常的物理现象, 已在合金和框架结构化合物等材料中被观察到, 但NTE材料的种类仍然有限. 本文合成了一种单轴NTE材料Zn(NCN), 该材料在c轴方向及在100~475 K下的热膨胀系数为-3.35×10^?6 K^?1, 而a轴和b轴方向则呈低热膨胀性, 体积具有低的热膨胀系数[6.13×10^?6 K^?1(100~475 K)]. 通过同步辐射X射线衍射、 扩展X射线吸收精细结构和拉曼光谱等方法, 研究了Zn(NCN)的NTE机理. 结果表明, Zn—N键具有明显的横向振动, 一些低频振动模Grüneisen参数为负值. 直接的实验证据表明, N=C=N的横向振动以及准刚性ZnN₄四面体的耦合旋转和扭摆导致了c轴方向的NTE.     

基于全散射技术局域结构确定与凝聚态物质

原子或分子的堆积方式和元素分布是凝聚态物质的核心问题,而局域结构的精确测定则为揭示原子堆积方式和元素分布提供了重要手段。获得与化学成键直接关联的局域结构信息,是人们认识化学反应,理解功能材料设计结构本质的重要依据。基于全散射技术的原子对分布函数方法(PDF),通过考虑原子对间距的空间分布规律,为具有不同结晶状态和团聚方式的凝聚态体系提供了全尺度的结构信息。本文从介绍全散射和原子对分布函数方法的理论基础出发,根据凝聚态物质的聚集形态差异和结构化学特点,列举了近年来在研究凝聚态物质的原子对分布函数过程中,结合原位温度场、反向蒙特卡洛等方法获得的物质局域结构信息和短程到长程的结构演变。通过分析局域结构与长程结构的对比差异,从局域尺度的视角为研究凝聚态物质的化学反应、功能物性优化和外场响应提供了新的思路。     

一种用于光催化氧化硫醚成亚砜的超薄卟啉的共价有机骨架纳米片

单线态氧(~1O_2)可将硫醚化合物选择性氧化为亚砜,而开发具有高~1O_2量子产率的高效光敏剂至关重要。本文中我们报道了超薄二维共价有机骨架(COFs)纳米片(NSs)COF-367 NSs的制备和表征。COF-367 NSs在各种有机溶剂中的良好分散性和高效率的光收集赋予其在可见光照射下产生~1O_2的显著性能,且远优于块体COF-367。我们还证明了COF-367 NSs是硫醚化合物光催化氧化成亚砜的优良非均相催化剂,具有高效率和选择性以及良好的循环稳定性。     

硅基Ⅳ族SiGeSn三元合金晶格结构、电子结构和光学性质的第一性原理

SiGeSn三元合金由于具有较二元合金更大的晶格和能带性质调控范围,是当前用于制作硅基激光器的热点材料。为全面且精确地研究其晶格结构、电子结构和光学性质,本文采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,并结合准随机近似和杂化泛函带隙修正,首先研究SiGeSn晶格常数及其弯曲系数的变化规律,并给出了解决GeSn二元晶格失配和压应变问题的方案。其次比较研究了SiGeSn与GeSn合金的能带结构,并通过态密度计算分析了Si的引入对合金带隙变化的物理机制。最后比较研究了SiGeSn与GeSn合金的介电函数谱、吸收系数、消光系数、反射率、折射率和发射率等光学性质。结果表明,SiGeSn晶格常数弯曲系数的变化与合金电负性差值的变化规律一致,Si-p电子态是SiGeSn合金带隙变化的最主要贡献。相比于同Sn浓度的GeSn合金,SiGeSn能保持直接带隙特征,且其带隙值和光吸收波长呈现更宽的变化范围。因此在拓宽硅基高效光源和光电探测器应用波段方面,SiGeSn相较于GeSn合金具有更大的应用潜力和优势。     

纳米氧化铪的制备与热膨胀性

制备了尺寸为4 nm的HfO2纳米颗粒,并借助X射线原子对分布函数方法,研究了尺寸约4 nm和体相HfO2颗粒的晶格热膨胀。结果表明,在纳米尺度的HfO2中,晶格沿a,c轴的热膨胀性增大,b轴热膨胀性稍微减小,体积热膨胀性增大。同时纳米HfO2晶格热膨胀的各向异性比体相大。该现象是由于尺寸效应导致结构畸变变大,尤其是次近邻Hf-O-Hf键角减小,随后升温过程中该畸变发生热弛豫趋向恢复至平衡位置导致的。     

用于多巴胺选择性电化学检测的多孔Fe-N-C纳米颗粒簇

多巴胺(DA)是人类神经系统的神经递质之一,也是诊断多种神经疾病的重要生物标志物,因此,快速准确地检测DA浓度受到广泛关注。本文以普鲁士蓝(PB)为前体制备了一种多孔Fe-N-C纳米颗粒簇,将其修饰在玻碳电极(GCE)表面,发现该修饰电极在使用线性扫描伏安法(LSV)和差分脉冲伏安法(DPV)时能够有效地降低尿酸(UA)和抗坏血酸(AA)的电化学氧化响应,而不影响DA的电化学氧化反应,并能够将三者的氧化峰有效分开,从而可以实现对DA的选择性电化学分析。研究结果表明,在含有高浓度的UA(100μmol/L)和AA(100μmol/L)的DA混合溶液中使用LSV检测DA,分段线性范围可以达到5~100μmol/L和100~700μmol/L,灵敏度分别为8.32×10~(-2)和3.44×10~(-2)A·(mol/L)~(-1),检测下限为5μmol/L。     

一种用于对多巴胺的选择性电化学检测的多孔Fe-N-C纳米颗粒簇

多巴胺(DA)是人类神经系统的神经递质之一,也是诊断多种神经疾病的重要生物标志物,因此,快速准确地检测DA浓度受到广泛关注。本文中,我们以普鲁士蓝(PB)为原料制备了一种多孔Fe-N-C纳米颗粒簇,将其修饰在玻碳电极(GCE)表面,发现该修饰电极在使用线性扫描伏安法(LSV)和差分脉冲伏安法(DPV)时能够有效地降低尿酸(UA)和抗坏血酸(AA)的电化学氧化响应,而不影响DA的电化学氧化反应,并能够将三者的氧化峰有效分开,从而可以实现对DA的选择性电化学分析。研究结果表明,在含有高浓度的UA(100 mM)和AA(100 mM)的DA混合溶液中使用LSV检测DA,分段线性范围可以达到5 ~100 mM和100~700 mM,灵敏度分别为8.32×10_-2 A.M_-1和3.44×10_-2 A.M_-1,检测下限为5 mM。