海水电解面临的挑战与机遇：含氯电化学中先进材料研究进展

氢气是一种清洁高效的能源载体,通过海水电解规模化制备氢气能够为应对全球能源挑战提供新的机遇。然而,缺乏高活性、高选择性和高稳定性的理想电极材料是在腐蚀性海水中连续电解过程的一个巨大挑战。为了缓解这一困境,需要从基础理论和实际应用两方面对材料进行深入研究。近年来,人们围绕电极材料的催化活性、选择性和耐腐蚀性进行了大量的探索。本文重点总结了高选择性和强耐腐蚀性材料的设计合成与作用机制。其中详细介绍了多种电极材料(如多金属氧化物、Ni/Fe/Co基复合材料、氧化锰包覆异质结构等)对氧气生成选择性的研究进展;系统论述了各种材料的抗腐蚀工程研究成果,主要讨论了本征抗腐蚀材料、外防护涂层和原位产生抗腐蚀物种三种情况。此外,提出了海水电解过程中存在的挑战和潜在的机遇。先进纳米材料的设计有望为解决海水电解中的氯化学问题提供新思路。     

三维连续结构Li4Ti5O12/石墨烯纳米复合材料：制备和其锂离子电池超长循环性能

利用具有三维连续纳米孔结构的热剥离石墨烯为骨架制备Li4Ti5O12/石墨烯纳米复合材料。通过乙醇挥发法在热剥离石墨烯的纳米孔道内引入前驱物,进一步高温热处理,在热剥离石墨烯的孔道内原位形成Li4Ti5O12纳米粒子。利用复合材料作为锂离子电池电极材料。电化学反应过程中,热剥离石墨烯的三维连续结构确保了Li4Ti5O12纳米粒子与石墨烯在长循环过程中的有效接触。因此,复合材料表现出优异的循环稳定性。在5C下,5 000次循环后,其容量保持率高达94%。     

三维连续结构Li4Ti5O12/石墨烯纳米复合材料:制备和其锂离子电池超长循环性能

利用具有三维连续纳米孔结构的热剥离石墨烯为骨架制备Li₄Ti₅O₁₂/石墨烯纳米复合材料。通过乙醇挥发法在热剥离石墨烯的纳米孔道内引入前驱物, 进一步高温热处理, 在热剥离石墨烯的孔道内原位形成Li₄Ti₅O₁₂纳米粒子。利用复合材料作为锂离子电池电极材料。电化学反应过程中, 热剥离石墨烯的三维连续结构确保了Li₄Ti₅O₁₂纳米粒子与石墨烯在长循环过程中的有效接触。因此, 复合材料表现出优异的循环稳定性。在5C下, 5 000次循环后, 其容量保持率高达94%。     

“薄膜即是界面，界面即是薄膜”：二维有机半导体晶体的研究进展

自首次于聚乙炔发现导电现象以来,具有共轭结构的有机半导体材料赖其种类丰富多样、 制备工艺简捷低耗、以及优异的机械柔性等特点,在“后硅时代”中有望以先进光电子设备展现 其广阔前景,因而多年来备受学界和产业界的瞩目。如何进一步阐明有机半导体中结构和性能之 间的关系,探索电荷载流子微观动力学行为,构筑高性能、新功能的有机光电子器件,是当下有 机电子学领域的前沿核心问题,也是保证其持续发展的基石。近年来,二维有机半导体晶体材料 在秉持高度有序的分子排列与极低的杂质缺陷浓度等优点的同时,更是以“薄膜即是界面、界面 即是薄膜”为一帜,克服传统体材料在研究与应用中的瓶颈,为揭示材料构性关系及其中基本物 理过程提供了良好的平台,也是实现多样化的新型有机光电子器件的理想材料,有望为微纳电子 领域带来新一轮变革。本文从二维有机半导体晶体的制备工艺、电荷载流子微观动力学行为,再 到新型器件的光电功能应用等方面,综述了最新研究进展,做出总结和展望,并提出目前面临的 挑战及未来研究方向,旨在为进一步深入理论研究,结合有机材料与先进技术,推动有机电子学 的发展提供有益帮助。     

Growth and properties of wide spectral white light emitting diodes

Wide spectral white light emitting diodes have been designed and grown on a sapphire substrate by using a metal-organic chemical vapor deposition system. Three quantum wells with blue-light-emitting, green-light-emitting and red-light-emitting structures were grown according to the design. The surface morphology of the film was observed by using atomic force microscopy. The films were characterized by their photoluminescence measurements. X-ray diffraction θ/2θ scan spectroscopy was carried out on the multi-quantum wells. The secondary fringes of the symmetric ω/2θ X-ray diffraction scan peaks indicate that the thicknesses and the alloy compositions of the individual quantum wells are repeatable throughout the active region. The room temperature photoluminescence spectra of the structures indicate that the white light emission of the multi-quantum wells is obtained. The light spectrum covers 400-700 nm, which is almost the whole visible light spectrum.     

ITER PF导体中NbTi股线的磁滞损耗研究

国际热核聚变实验装置需要超导磁体提供强磁场来约束等离子体。超导体在外磁场变化等非稳态环境中会产生以磁滞损耗为主的交流损耗。因此在制作绕制PF磁体的导体前须测量所使用Nb Ti股线的磁滞损耗特性,确保其性能达到ITER组织要求,防止影响磁体运行的稳定性。选择使用综合物性测量系统平台(PPMS)中的振动样品磁强计(VSM),测量了Nb Ti股线样品在模拟运行环境中的磁滞回线,从磁滞回线积分得到了样品的磁滞损耗。测得样品的磁滞损耗数据离散程度较小,且全部小于要求的限值,样品均达到了ITER的要求,此Nb Ti股线可用于超导导体、磁体的制作。     

Ba-122铁基超导带材扭转下临界性能研究

为推动铁基超导带材实用化发展,本文研制出一种在铁基超导带材纯扭转测试装置,分析了7芯Ba_1-xK_xFe₂As₂(Ba-122)带材在扭转应变下临界性能变化。带材临界电流在扭转应变下会出现衰退行为,并且随扭转应变增大而减小。四对电压信号测量结果一致,表明扭转变形均匀。以95%的初始临界电流为临界扭转标准,带材临界扭转角为120°,相应的临界剪切应变为0.86%和临界扭转螺距为240 mm。扭转应力会损伤超导芯,导致带材临界载流性能降低。     

Synthesis of ZnAl2O4/α-Al2O3 complex substrates and growth of GaN films

With the solid phase reaction between pulsed-laser-deposited (PLD) ZnOfilm and α-Al2O3 substrate, ZnAl2O4/α-Al2O3 complex substrates were synthesized. X-ray diffraction (XRD) spectra show that as the reaction proceeds, ZnAl2O4 changes from the initial (111)-oriented single crystal to poly-crystal, and then to inadequate (111) orientation. Corresponding scanning electron microscope (SEM)images indicate that the surface morphology of ZnAl2O4 transforms from uniform islands to stick structures, and then to bulgy-line structures. In addition, XRDspectra present that ZnAl2O4 prepared at low temperature is unstable at the environment of higher temperature. On the as-obtained ZnAl2O4/α-Al2O3 substrates, GaN films were grown without any nitride buffer using light-radiation heating low-pressure MOCVD (LRH-LP-MOCVD). XRD spectra indicate that GaN film on this kind of complex substrate changes from c-axis single crystal to poly-crystal as ZnAl2O4 layer is thickened. For the single crystal GaN, its full width at half maximum (FWHM) of X-ray rocking curve is 0.4°. Results indicate that islands on thin ZnAl2O4 layer can promote nucleation at initial stage of GaN growth, which leadsto the (0001)-oriented GaN film.     

ZnAl2O4/α-Al2O3复合衬底的制备和GaN薄膜的生长

利用脉冲激光淀积法(PLD)在α-Al₂O₃衬底上淀积了ZnO薄膜, 通过ZnO和α-Al₂O₃固相反应制备了具有ZnAl₂O₄覆盖层的α-Al₂O₃衬底. X射线衍射谱(XRD)表明ZnAl₂O₄薄膜随反应时间由单一(111)取向转变为多晶取向, 然后变为不完全的(111)择优取向. 同时扫描电子显微镜(SEM)照片表明ZnAl₂O₄表面形貌随反应时间由均匀的岛状结构先变为棒状结构, 然后再变为突起的线状结构. 另外, XRD谱显示低温制备的ZnAl₂O₄在高温下不稳定. 在ZnAl₂O₄覆盖的α-Al₂O₃衬底上利用光加热低压MOCVD法直接生长了GaN薄膜. XRD测量表明随ZnAl₂O₄厚度增加GaN由c轴单晶变为多晶, 单晶GaN的摇摆曲线半高宽为0.4°. 结果表明薄ZnAl₂O₄覆盖层的岛状结构有利于GaN生长初期的成核, 从而提高了GaN的晶体质量.     

GaN薄膜中的马赛克结构随厚度发生的变化

利用高分辨率X射线衍射(HRXRD)对MOCVD系统中生长在c面Al₂O₃上的不 同厚度的GaN薄膜内马赛克结构进行了研究. 在对称面的三轴X射线衍射曲线中, 用两种方法计算得到晶粒的垂直关联长度和水平关联长度, 两者均随着薄膜厚度的增加而增加, 并且垂直关联长度近似膜厚从倒易空间图中得出的横向关联长度也有相同的趋势, 结合非对称面的衍射曲线用Williamson-Hall方法和外推法分 别拟合出晶粒的面外倾斜角和面内扭转角, 他们随着薄膜厚度的增加显著减少, 这一切都表明厚度的增加, 晶粒的单向有序排列越来越整齐, 外延片的质量越来越高. 关键词： GaN薄膜马赛克结构 厚度 HRXRD