离子学

 读者对“电子学”已经很熟悉了,但对“离子学”却可能很陌生．事实上,离子学是近年来发展起来的一门极具生命力的多学科交叉的前沿学科,它是物理学、化学、材料科学、工程学、冶金学、生物学等多种学科交叉汇合而出现的新学科生长点．能够传导电流的物质称为导体．通常,人们习惯用电导率（ａ,（·ｃｍ）^－１）来表征导体传导电流的本领,并可表示为Ｕ＝１／Ｒ·ｌ／ｓ式中Ｒ为导体的电阻（）,ｌ为导体长度（ｃｍ）,ｓ为导体的横截面积（ｃｍ^{２<,/sup>）．粗略地讲,电导率愈大的导体,其导电能力愈强．根据导电机理的不同,通常可将导体分为两类：电子导体和离子导体．凡依靠电子（或正空穴）的运动来传导电流的导体称为电子导体．}     

固态离子学及其材料与器件

 固态离子学是一门研究固态中离子运动的现象和技术的新学科.它包括从现象和原子尺度上对晶态、非晶态、有机和无机固体中离子迁移过程的理解,这些材料(称为固态离子学的材料)的特性与其它材料的特性之间的关系,对其一般和专门过程的描述,以及日益增长的许多实际应用.近年来在能量的储存和转换、环境保护领域中的许多实际应用大大加速了这一学科的研究和发展.     

快离子导体的低频介电特性

本文综述了快离子导体低频介电特性的实验规律,介绍和讨论了近年来提出的几个关于快离子导体介电特性的理论模型,并将实验结果与经验公式、理论模型进行了比较。     

固体电解质离子能带理论的余弦势计算

应用引入超位力定理 (HVT)和Hellmann Feynman定理 (HFT)的Rayleigh Schroding(R -S)微扰计算代数递推公式 ,近似计算了固体电解质周期骨架势为余弦势的E(q)～q公式 ,为定量研究离子能带结构提供了计算实例。     

不同电极对α-LiIO3离子输运特征的影响的光学显微观测

介绍了用偏光显微镜对α-LiIO₃特性的观察.研究了五种不同电极界面状态的八块晶体样品在c向静电场作用下晶体的电导、空间电荷的沉积和分布.观察到由于α-LiIO₃的空间电荷的输运形成的彩色准直条纹.此彩色条纹与光折变型光栅的衍射带之间有对应关系.而不同的电极界面状态对α-LiIO₃晶体的电导和离子输运有明显的影响. 关键词：     

钙钛矿型中温固体氧化物燃料电池阴极Ba0.5Sr0.5Al0.1Fe0.9O3-δ

研究一种新型不含钴的钙钛矿型中温固体氧化物燃料电池阴极Ba_0.5Sr_0.5Al_0.1Fe_0.9O_3-δ (BSAF)材料的晶体结构、电导率以及在对称电池中的电极极化性能. 研究发现,BSAF阴极在空气中低于450 oC表现出典型的具有正温度系数的半导体行为,最高电导率达到14 S/cm;在450-750 oC,却表现出负温度系数,且电导率在750 oC下降到6 S/cm. 电化学研究表明,在基于混合离子导体的对称电池中,BSAF阴极在650-700 oC表现出良好的电极极化性能.以3%H₂O/H₂为燃料和空气为氧化剂,单电池在700 oC的开路电压和最大功率输出分别达到420 mW/cm².     

固体材料中快重离子辐照损伤建立过程中的离子速度效应

快重离子辐照损伤建立过程中的离子速度效应是近年来才发现的,离子速度效应是指快重离子在固体材料中引起辐照损伤的损伤截面, 损伤效率和损伤形貌的离子速度相关性, 简要介绍了固体材料中快重离子辐照损伤建立过程中离子速度效应的发现、研究现状和主要实验结果, 并进行了尝试性评价.     

石榴石型固态锂电池中的物理问题

采用固体电解质的固态锂电池具有实现高能量密度和高安全性的潜力,在新能源汽车和可穿戴电子设备领域的应用大有可为.石榴石型Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)固体电解质具有高离子电导率和对锂稳定等特点,是当下最受人瞩目的固体电解质材料之一.本文从物理的角度,探讨热力学和动力学两种因素对LLZO电化学稳定性的影响,离子界面输运机理及其在陶瓷和复合电解质中的应用.针对固态锂电池突出的界面问题,从界面匹配、电荷转移、体积应变、热量传递等方面,讨论固态锂电池循环寿命和实际安全性,给出构建理想界面的关键因素.最后,从电极、电解质和电池结构设计等方面分析如何构建高能量密度的固态锂电池电芯.本文希望通过对LLZO最新理论和实验研究成果的分析总结,阐明石榴石型固态锂电池中的关键物理问题,为高性能固态锂电池的发展提供依据.     

固体电解质Rb4Cu16I7Cl13制备及离子导电性研究

液态固体电解质材料的离子电导率低,安全性问题在一定程度上限制了其发展与应用,而固体电解质材料在室温下具有很好的稳定性和高的离子电导率值,具有较好的应用前景.本文采用机械化学球磨法制备固体电解质Rb₄Cu₁₆I₇Cl₁₃粉末,探索制备工艺和球磨参数,对其晶体结构进行解析、观察粉体微观结构、通过交流阻抗谱及等效电路分析得到了离子电导率与活化能、并详细探讨其离子传导性能与晶体结构的关系以及化学成分稳定性进行研究.实验结果表明,在480 rpm转速下球磨6 h时可得到纯的固体电解质Rb₄Cu₁₆I₇Cl₁₃物相.粉体晶粒尺寸分布均匀,均在20 nm-400 nm之间,室温下固体电解质Rb₄Cu₁₆I₇Cl₁₃离子电导率可达到0.213 S/cm且活化能为0.087(9)eV.在真空干燥条件下存放5天和12天后观察了微观形貌和化学稳定性...     

基于材料基因组方法的锂电池新材料开发

近年来,在锂二次电池新材料的研发过程中逐渐建立了基于材料基因组思想的高通量计算理论工具与研究平台.在该平台上,通过将不同精度的计算方法组合,实现了基于离子输运性质的材料筛选;通过将信息学中数据挖掘算法引入高通量计算数据的分析,证实了材料大数据解读的可行性.上述平台实现了在锂电池固体电解质的高通量筛选、优化和设计上进行新材料研发的示范应用,通过高通量计算筛选获得了两种可用于富锂正极包覆材料的化合物Li_2SiO_3和Li2SnO_3,有效改善了富锂正极的循环稳定性;通过对掺杂策略的高通量筛选,获得了提高固体电解质β-Li_3PS_4离子电导率和稳定性的方案;通过高通量结构预测设计了全新的氧硫化物固体电解质LiAlSO;并在零应变电极材料结构与性能的构效关系研究中进行了大数据分析的尝试,分析了零应变电极材料的设计依据.上述材料基因组方法在锂电池材料研发中的应用为在其他类型材料研发中推广这种新的研发模式提供了可能.     

具有本征低晶格热导率的硫化银快离子导体的热电性能

硫化银(Ag_2S)是一种典型的快离子导体材料,前期关于Ag_2S的研究主要集中在光电和生物等领域.最近的研究表明, a-Ag_2S具有和金属一样的良好延展性和变形能力.但是, Ag_2S的热电性能尚无公开报道.本工作合成了单相Ag_2S化合物,系统研究了其在300—600 K范围的物相变化、离子迁移特性和电热输运性质.研究发现, Ag_2S在300—600 K温度区间表现出半导体的电输运性质.由于单斜-体心立方相晶体结构转变, Ag_2S的离子电导率、载流子浓度、迁移率、电导率、泽贝克系数等性质在455 K前后出现急剧变化.在550 K, Ag_2S的功率因子最高可达5μW·cm~(–1)·K~(–2). Ag_2S在300—600 K温度区间均表现出本征的低晶格热导率(低于0.6 W·m~(–1)·K~(–1)). S亚晶格中随机分布的类液态Ag离子是导致b-Ag_2S体心立方相具有低晶格热导率的主要原因.在573 K, Ag_2S的热电优值可达0.55,与Ag_2Se, Ag_2Te, CuAgSe等已报道的Ag基快离子导体热电材料的性能相当.     

锰掺杂的钙钛矿型钛铌酸盐基复合阴极高温电解水蒸气

通过在氧化还原稳定的钙钛矿材料钛铌酸盐的B位晶格中掺杂具有氧化还原活性的锰元素提高固体氧化物电解池复合电极电催化性能．研究发现,锰元素成功取代钛铌酸盐B位的Ti/Nb．掺杂后的样 品的离子电导率在800 oC下的氧化气氛和还原气氛下的离子电导率分别提高了约1和0.5个数量级．基于掺杂后的钛铌酸盐基复合阴极,氧离子传导型固体氧化物电解池电解水蒸汽的电流效率在有和无还原气体保护下分别提高了25%和30%．     

新型混合离子-电子导体Sm0.9Ca0.1Al1-xMnxO3-δ的制备及其电性能研究

采用有机凝胶法结合固相烧结技术制备了单相的Sm0.9Ca0.1Al1-xMnxO3-δ(SCAM, x=0.1-0.5)新型混合离子-电子导体.通过TG-DTA,XRD和直流四引线法研究了凝胶前驱体的热分解和相转化过程、烧结体的结构、相稳定性、导电性能及其电输运机理.结果表明,凝胶前驱体在900℃焙烧5h可以形成完全晶化的四方钙钛矿相纳米粉体,SCAM陶瓷样品在还原气氛下的相稳定性随Mn含量的升高而降低.经高温烧结制得的SCAM陶瓷的总电导率取决于p型电导,其值随Mn含量和温度的升高而增大,导电行为符合p型小极化子跳跃机理. 随烧结温度的升高或保温时间的延长,SCAM9155的电导率和相对密度先增大后减小,1600℃烧结10h的SCAM9155样品具有最高的电导率和相对密度(98.2%),该样品在空气和5%H2/Ar气氛中850℃时的电导率分别为7.30和1.91eV.具有较高电导率的Ca,Mn掺杂的SmAlO3有望成为一种新型的SOFC阳极材料.     

等效回路法在离子液体电极效应中的应用

利用等效电回路模型简化离子液体的电极系统,分析了电极效应中出现的3个特征频率和各自表征的物理意义.基于离子液体介电谱实验数据,获取了等效电回路的基本参数:本体电容、本体电阻和电双层电容,进而得到离子液体样品和电双层的基本介电参数,以及与离子迁移相关的物性参数如扩散系数、迁移率、离子液体中有效离子浓度,对深入理解离子液体导电和界面机制有重要的意义.     

纳米离子导体在流体静压力下的复阻抗谱研究

 用惰性气体蒸发和真空原位加压方法制备了具有清洁界面的平均粒度16 nm的纳米固体CaF₂，并在0.1~2 400 MPa范围不同的静水压下用100 kHz~100 Hz内70种频率，精确测量了纳米CaF₂的复平面阻抗谱。分别给出纳米CaF₂离子电导率和相对介电常数随流体静压力的变化规律。最后的讨论指出：离子迁移通遭受压后的变化（大于、等于或小于最佳值）是影响离子电导率-压力曲线的主要因素；界面层空间电荷极化是造成纳米CaF₂相对介电常数较大的原因，由此界面效应可理解介电常数-压力曲线。     

高剥离态离子谱学研究

利用“星光”Ⅰ激光装置,聚焦激光束于真空室内平面箔靶,产生高离化态等离子体,分别用四个不同晶格间距的平晶摄谱仪和１ｍ掠入射光栅谱仪测量了＿（２２）Ｔｉ、＿（２６）Ｆｅ、＿（２８）Ｎｉ、＿（２９）Ｃｕ、＿（３０）Ｚｎ、＿（３２）Ｇｅ等中Ｚ元素及＿（７２）Ｈｆ、＿（７３）Ｔａ、＿（７４）Ｗ、＿（７５）Ｒｅ等高Ｚ元素的高离化态离子发射谱,其波长为３．６～３００Ａ分别用组态相互作用的Ｈａｒｔｒｅｅ－Ｆｏｃｋ－Ｒｅｌａｔｉｖｉｓｔｉｃ（ＨＦＲ）方法和多组态的Ｄｉｒａｃ－Ｆｏｃｋ方法分析辨认发射谱中的线跃迁,用自旋轨道劈裂的未分辨跃迁组理论分析发射谱中的带结构,归类了六个中Ｚ元素类钠直至类氦离子的数百条跃迁线,以及四个高Ｚ元素的类钻、类镍、类铜直至类锗离子的线跃迁和跃迁带． The soft X-ray emission spectra from very highly stripped ions of the medium Z elements of_(22)T,_(26)Fe,_(28)Ni,_(29)Cu,_(30)Zn and_(32)Ge, and the high-Z elements of_(72)Hf,_(73)Ta,_(74)Wand_(75)Re have been observed in laser-produced plasmas generated by focusing a Nd-glasslaser beam onto the surface of the plane solid targets at the "Xing Guang" laser facility. Thespectra in the range of 3. 6-300A were recorded by using four flat crystal spectrographyswith different 2d spacting...     

高电荷态Ar17+离子与不同固体表面相互作用的X射线谱研究

报道了利用光谱技术研究高电荷态Ar17 离子入射金属Be、 Al、 Ni 、Mo、Au靶表面产生的X射线谱.实验结果发现Ar17 离子与固体表面作用发射的Ar Kα-X射线形状与靶材料没有明显的关系,随入射离子能量的增加,Kα-X射线强度减小.     

铜导体CFETR氦冷固态包层及屏蔽中子学设计与分析

根据铜导体CFETR设计要求,对铜导体CFETR固态包层和屏蔽进行了中子学设计与分析,提出了套管结构的氦冷固态包层设计方案。包层设计和屏蔽分析结果表明,基于套管的氦冷固态包层的氚增殖比(TBR)达到了1.25, 满足铜导体CFTER氚自持设计要求;环向场线圈绝缘层在堆寿期内不会出现显著的辐射感应电导率(RIC)与辐射引起的电气性能退化(RIED)效应。     

离子液体凝胶聚合物电解质PP13TFSI-LiTFSI-P(VdF-HFP)的电化学性能 (cited: 1)

采用溶液浇铸法将N-甲基-N-丙基哌啶二(三氟甲基磺)亚胺(PP13TFSI)、二(三氟甲基磺)亚胺锂与偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(P(VdF-HFP))混合制备离子液体凝胶聚合物电解质(ILGPEs). 通过扫描电子显微镜观察发现,这种离子液体凝胶聚合物电解质由于液体相的均匀分布而具有疏松的结构. 采用电化学阻抗、计时电流法、线性扫描伏安法测试了电解质的离子电导率、锂离子迁移数和电化学窗口. 室温下离子液体凝胶聚合物电解质的离子电导率和锂离子迁移数分别是0.79 mS/cm和0.71,电化学窗口为0～5.1 Vvs. Li⁺/Li. 电池性能测试表明,这种离子液体凝胶聚合物电解质在Li/LiFePO₄电池中是稳定的,放电容量在30、75和150mA/g倍率下分别为135、117和100 mAh/g,电池经100个循环后容量保持在100%而几乎没有衰减.     

新型混合离子-电子导体Sm0.9Ca0.1Al1-xMnxO3-δ的制备及其电性能研究

采用有机凝胶法结合固相烧结技术制备了单相的Sm_0.9Ca_0.1Al_1-xMn_xO_3-δ（SCAM, x=0.1—0.5）新型混合离子-电子导体.通过TG-DTA,XRD和直流四引线法研究了凝胶前驱体的热分解和相转化过程、烧结体的结构、相稳定性、导电性能及其电输运机理.结果表明,凝胶前驱体在900℃焙烧5h可以形成完全晶化的四方钙钛矿相纳米粉体 关键词： 混合离子-电子导体 3')" href="#">SmAlO₃ 有机凝胶法 电导率