固态电解质锂镧锆氧(Li_7La_3Zr_2O_(12))制备及第一性原理研究

固态电解质(SSE)是锂离子电池(LIB)的关键材料.Li_7La_3Zr_2O_(12)(LLZO)固体电解质是全固态锂离子电池开发中的关键部分.采用高温固相法制备了不同烧结温度后的四方Li_7La_3Zr_2O_(12)(t-LLZO)和立方Li_7La_3Zr_2O_(12)(c-LLZO),分析了两种样品的结构性能.800℃下烧结12小时的t-LLZO呈四方相,晶格尺寸为a=b=13.13064?,c=12.66024?,离子电导率为3.42×10~(-8)S·cm~(-1);1000℃下烧结12小时的c-LLZO呈立方相,晶格尺寸为a=b=c=13.03544?,离子电导率为8.48×10~(-5)S·cm~(-1).另基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算了四方相和立方相的LLZO固体电解质材料的能带结构、晶格参数、态密度和键布居.通过理论计算解释了四方相LLZO离子电导率低于立方相LLZO的原因.     

金等离子体的荷态分配数的计算

在非局域热动力学平衡(Non-LTE)下,采用类氢近似,计算得出电子密度分别为6.0×10~(20) cm~(-3)、1.4×10~(21) cm~(-3)、1.0×10~(22) cm~(-3)和1.7×10~(22) cm~(-3)的条件下的三体复合、辐射复合、双电子复合系数随电子温度的变化,得出总的复合系数随电子温度的变化关系;结合相关的电离系数得出相应的离子占有数的比,最后,计算出一定电子密度和温度条件下Au~(48+)～Au~(52+)离子的离子丰度,从而得到金等离子体的荷态分配数与电子温度和电子密度的关系.     

LiNaSO_4-MgSO_4赝二元系中离子导体的研究

本文用差热分析和X射线衍射方法,对LiNaSO_4-MgSO_4赝二元系相图进行了研究。在此体系中存在三个化合物,它们分别为(LiNa)_(0.8)Mg(0.2)SO_4,(LiNa)_(0.67)Mg_(0.33)SO_4和(LiNa)_(0.4)Mg_(0.6)SO_4。 研究了三种化合物的离子导电性,在490℃时上述三个化合物的电导率分别为6.1×10~(-5),6.5×10~(-5),9.8×10~(-6)S·cm~(-1),它们的表现电导激活能分别为1.67,1.48和1.32eV。 用这三个化合物作电解质制作了原理性的Mg/MnO_2高温热电池,结果表明Mg/(LiNa)_(0.8)·Mg_(0.2)SO_4/MnO_2电池有较好的极化性能和放电特性,因而(LiNa)_(0.8)Mg_(0.2)SO_4有可能在高温热电池中获得应用。     

Sm0.9Sr0.1AlO3-δ钙钛矿氧化物的固相反应合成和电学性能

用固相反应法制备了Sm0.9Sr0.1AlO3-δ钙钛矿氧化物陶瓷.通过XRD,SEM和交流复阻抗谱以及氧浓差电池方法研究了样品的物相结构、微观形貌、电学性能及输运机理.结果表明,在1650℃烧结时,可以制备出单相的具有四方钙钛矿结构的氧化物Sm0.9Sr0.1AlO3-δ;1650℃烧结16 h时的Sm0.9Sr0.1AlO3-δ样品具有最高的相对密度和电导率,其值分别为96.7%和1.3×10-2S/cm(900℃),比未掺杂的SmAlO3的电导率大4个数量级左右,高温区电导活化能(T＞670℃)小于低温区电导活化能(T＜670℃);Sm0.9Sr0.1AlO3-δ在空气气氛中是一个氧离子和电子空穴的混合导体,氧离子迁移数在0.7左右,并随温度升高逐渐增加,氧离子电导活化能(0.95 eV)大于空穴电导活化能(0.84 eV),900℃时氧离子电导率为9.65×10-3S/cm.     

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.     

锂离子电池负极材料CuSn的Li嵌入性质的研究

使用基于混合基表示的第一原理赝势法，研究了锂离子电池非碳类负极材料CuSn的Li嵌入时的形成能以及相应的电子结构.还给出了Li嵌入时的体积变化，能带结构、电子态密度以及电荷密度分布等性质, 并讨论了CuSn作为负极材料的特点.计算发现，Cu-Sn化合物在闪锌矿结构时，Li嵌入主体材料时的嵌入形成能大致在3.5eV附近. 关键词： 锂离子电池 负极材料 CuSn 电子结构     

聚噻吩在离子液体中的电化学合成研究

在 1 丁基 3 甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体 (BMIM)PF6 中直接电化学合成制备了聚噻吩膜 .通过红外光谱 (FT IR)和扫描电子显微镜 (SEM)对聚噻吩膜的结构和形貌进行了表征 .利用紫外可见光谱 (UV Vis)、循环伏安法 (CV)和四探针法研究了聚噻吩膜的电子和电化学特性 .研究结果表明 ,在电位 1.7～ 1.9V(相对于Ag/AgCl) ,在(BMIM)PF6 中可以制备均匀的聚噻吩膜 ,其中 ,离子液体 (BMIM)PF6 既作为溶剂又作支持电解质 ;在离子液体中制备的聚噻吩膜具有良好的稳定性和充放电能力 ,聚噻吩膜的电导率在 0 .0 1～ 0 .1S/cm .     

BPC6与碱金属离子相互作用的紫外光谱研究

1,3-二异丙氧基杯~([4])芳烃冠醚-6(BPC6)是一种1,3交替结构的杯芳单冠化合物,可对碱金属离子进行主客体识别并形成1∶1配合物~([1]),其配合物稳定常数与碱金属离子直径~([2])、溶剂类型~([3])、阴离子类型等因素有关。在与碱金属离子进行主客体识别过程中,BPC6的紫外光谱将发生减色效应,利用此原理,本文采用紫外光谱法研究了BPC6分子与碱金属离子主客体识别过程中的相互作用规律。结果表明,随着碱金属离子(Li~+,Na~+,K~+,Rb~+,Cs~+)直径的增大,BPC6与碱金属配合物的稳定常数也随之增大,且BPC6与Cs~+离子的稳定常数最大(LogK=6.25~6.32),可能是由于其空腔尺寸大小与Cs~+离子的离子直径更为接近,匹配度高;并且不同溶剂中配合物的稳定常数也有所不同,甲醇可与BPC6分子形成氢键阻碍其与金属离子的配合,且其溶剂化效应大于乙腈,因此配合物在乙腈中的稳定常数较甲醇中更大。     

锂离子电池中的物理问题及其研究进展

锂离子电池作为一种性能优越的新型可充放电池已经或将要在移动通信、手提式计算机和电动汽车等诸多领域获得广泛的应用 .然而与锂离子电池相关的物理问题却往往被人们忽视 .例如 ,如何从本质上来提高正极材料的体相电子电导率 ,而不是在正极活性物质中添加炭黑之类的电子导电材料 .文章将着重针对与锂离子电池相关的物理问题 ,介绍近年来的主要进展 ,以期待对锂离子电池有更深入的了解 .     

流延法制备高锂离子电导Li_(1.4)Al_(0.4)Ti_(1.6)(PO_4)_3固态电解质及其环氧树脂改性

以溶胶凝胶法合成的高纯Li_(1.4)Al_(0.4)Ti_(1.6)(PO_4)_3(LATP)纳米晶体粉末为原料,通过流延法成膜,在950℃下煅烧5 h合成LATP固态电解质片;对其进行环氧树脂改性后,能量色散X射线光谱元素图像表明环氧树脂完全浸入LATP内部,可以有效防止水渗透.研究发现流延法合成的LATP固态电解质在25℃?C时电导率高达8.70×10~(-4)S·cm~(-1)、活化能为0.36 eV、相对密度为89.5%.经过环氧树脂改性后电导率仍高达3.35×10-4S·cm-1、活化能为0.34 e V、相对密度为93.0%.高电导隔水的环氧树脂改性LATP固态电解质可作为锂金属保护薄膜用于新型高比容量电池.     

温稠密钛电导率计算

温稠密物质是惯性约束核聚变、重离子聚变、Z箍缩动作过程中物质发展和存在的重要阶段. 其热力学性质和辐射输运参数在聚变实验和内爆驱动力学模拟过程中有至关重要的作用. 本文通过建立非理想Saha方程, 结合线性混合规则的理论方法模拟了温稠密钛从10^-5-10 g·cm^-3, 10⁴ K到3×10⁴ K区间的粒子组分分布和电导率随温度密度的变化, 其中粒子组分分布由非理想Saha方程求解得到. 线性混合规则模型计算温稠密钛的电导率时考虑了包括电子、原子和离子之间的多种相互作用. 钛的电导率的计算结果与已有的爆炸丝实验数据相符. 通过电导率随温度密度变化趋势判断, 钛在整个温度区间, 密度0.56 g·cm^-3时发生非金属相到金属相相变. 对于简并系数和耦合系数的计算分析, 钛等离子体在整个温度和密度区间逐渐从弱耦合、非简并状态过渡到强耦合部分简并态.     

Pressure dependence of plasma parameters in medium-vacuum nitrogenarc discharge with the titanium cathode

The plasma properties of a medium-vacuum nitrogen arc discharge from a titanium cathode were studied. The arc chamber use was 400 mm in diameter and 600 mm in length. The cathode diameter and thickness were 64 and 25 mm, respectively. The experimental conditions are given as follows: pressure range=1×10^-3~2×10^-1 torr; N₂ gas flow rate=6 ml/min; arc current=50 A. Electric probe characteristics are measured as a function of pressure and distance from the cathode surface. The analytical results obtained show that the electron energy distribution takes 1-Mx at pressures above 1×10^-2 torr but 2-Mx at pressures under 4×10^-2 torr and that the electron density has a maximum value at a certain pressure. The Ti⁺, Ti⁺⁺, and N ⁺₂ ion spectral intensities are measured as a function of pressure and distance from the cathode surface. On comparison of these results and the electron density, the Ti⁺ spectral intensity turns out to be proportional to that of the electron density. This suggests that the major ion in the plasma volume is of the Ti⁺ species     

LaTiO高k栅介质Ge MOS电容电特性及Ti含量优化

采用共反应溅射法将Ti添加到La_2O_3中,制备了LaTiO/Ge金属-氧化物-半导体电容,并就Ti含量对器件电特性的影响进行了仔细研究.由于Ti-基氧化物具有极高的介电常数,LaTiO栅介质能够获得高k值;然而由于界面/近界面缺陷随着Ti含量的升高而增加,添加Ti使界面质量恶化,进而使栅极漏电流增大、器件可靠性降低.因此,为了在器件电特性之间实现协调,对Ti含量进行优化显得尤为重要.就所研究的Ti/La_2O_3比率而言,18.4%的Ti/La_2O_3比率最合适.该比率导致器件呈现出高k值(22.7)、低D_(it)(5.5×10~(11)eV~(-1)·cm~(-2))、可接受的J_g(V_g=1V,J_g=7.1×10~(-3)A·cm~(-2))和良好的器件可靠性.     

Negative thermal expansion and photoluminescence in solid solution(HfSc)_(0.83)W_(2.25)P_(0.83)O_(12-δ)

A solid solution of(HfSc)_(0.83)W_(2.25)P_(0.83)O_(12-δ)is synthesized by the high-temperature, solid-state reaction and fastquenching method. It is shown that it possesses an orthorhombic structure with space group Pmmm(47) and exhibits negative thermal expansion(NTE) property with low anisotropy in thermal expansion. The coefficients of thermal expansion(CTEs) for a, b, and c axes are-1.41 × 10~(-6) K~(-1),-2.23 × 10~(-6) K-1, and-1.87 × 10~(-6) K-1, respectively. This gives rise to volume and linear CTEs of-3.10 × 10-6 K-1 and-1.03 × 10-6 K-1, respectively. Besides, it exhibits also intense photoluminescence from 360 nm to about 600 nm. The mechanism of NTE and the correlation of the PL with axial thermal expansion property are discussed.     

A cold thermionically emitting dusty air plasma formed by radiativeheating of graphite particulates

Formation of an atmospheric pressure dusty air plasma is explored experimentally in this paper. The plasma is created by seeding an air flow with graphite particles and irradiating the particulates with a focused CO₂ laser beam. The graphite particles are, thus, heated to thermionically emitting temperatures, and average particle temperatures and average particle number densities are measured. The presence of charges is inferred both from these measured quantities using a simple theoretical transient model, and experimentally by applying a dc bias across the irradiated region. It is found that an electron density of ~6.7 × 10⁵ cm^-3 (6.7 × 10¹¹ m^-3) can be produced at steady state in the presence of O₂. This value can be increased to 3.6 × 10⁷ cm^-3 (3.6 × 10¹³ m ^-1) in the ideal case where an electron attachment to O₂ is suppressed and where a lower work function particulate is used     

Spectroscopy system based on a single quantum cascade laser for simultaneous detection of CO and CO_2

A quantum cascade laser(QCL) based system for simultaneous detection of CO and CO_2 is developed.The QCL can scan over two neighboring CO(2055.40 cm~(-1)) and CO_2(2055.16 cm~(-1)) lines with a single current scan.The wavelength modulation spectroscopy( f = 20 k Hz) is utilized to enhance the signal-to-noise ratio.A white cell with an effective optical path length of 74 m is used.The calibration of the sensor is performed and minimum detection limits of 1.3 ppb(1 × 10~(-9))for CO and 0.44 ppm(1 × 10~(-6)) for CO_2 are achieved.     

Performance of dual-band short-or mid-wavelength infrared photodetectors based on InGaAsSb bulk materials and InAs/GaSb superlattices

In this paper,we demonstrate bias-selectable dual-band short-or mid-wavelength infrared photodetectors based on In_(0.24)Ga_(0.76)As_(0.21)Sb_(0.79)bulk materials and InAs/GaSb type-II superlattices with cutoff wavelengths of 2.2μm and 3.6μm,respectively.At 200 K,the short-wave channel exhibits a peak quantum efficiency of 42%and a dark current density of5.93×10~(-5)A/cm~2at 500 mV,thereby providing a detectivity of 1.55×10~(11)cm·Hz~(1/2)/W.The mid-wave channel exhibits a peak quantum efficiency of 31%and a dark current density of 1.22×10~(-3)A/cm~2at-300 mV,thereby resulting in a detectivity of 2.71×10~(10)cm·Hz~(1/2)/W.Moreover,we discuss the band alignment and spectral cross-talk of the dual-band n-i-p-p-i-n structure.     

金属有机物化学气相沉积生长GaN薄膜的室温热电特性研究

采用金属有机物化学气相沉积技术生长了不同掺杂浓度的GaN薄膜, 并且通过霍尔效应测试和塞贝克效应测试, 表征了室温下GaN薄膜的载流子浓度、迁移率和塞贝克系数. 在实验测试的基础上, 计算了GaN薄膜的热电功率因子, 并且结合理论热导率确定了室温条件下GaN薄膜的热电优值(ZT). 研究结果表明: GaN薄膜的迁移率随着载流子浓度的增加而减小, 电导率随着载流子浓度的增加而增加; GaN 薄膜材料的塞贝克系数随载流子浓度的增加而降低, 其数量级在100–500 μV/K范围内; GaN薄膜材料在载流子浓度为1.60×10¹⁸ cm^-3时, 热电功率因子出现极大值4.72×10^-4 W/mK²; 由于Si杂质浓度的增加, 增强了GaN薄膜中的声子散射, 使得GaN薄膜的热导率随着载流子浓度的增加而降低. GaN薄膜的载流子浓度为1.60×10¹⁸ cm^-3时, 室温ZT达到极大值0.0025.     

Ag纳米颗粒增强的Ho~(3+)/Tm~(3+)共掺铋锗酸盐玻璃的2μm发光研究

采用基于传统熔融淬冷技术的热化学还原法制备了系列Ag纳米颗粒复合Ho3+/Tm3+共掺铋锗酸盐玻璃样品,研究了Ag纳米颗粒含量对玻璃2μm发光特性的影响.结果表明,Ag纳米颗粒的表面等离子体共振带位于500—900 nm,峰值位于650 nm,透射电子显微镜图像中观察到均匀分布的Ag纳米颗粒,尺寸约为5—10 nm.通过测试玻璃样品在1.7—2.3μm波段的荧光光谱发现,Ag掺杂后Ho3+离子2μm处的荧光强度得到了极大的提高,其中AgCl掺杂质量分数为0.3%时的荧光强度比未掺杂时的荧光强度增强10倍,这归因于Ag纳米颗粒的局域场增强作用.计算得到Ho3+离子的吸收截面为0.491×10-20cm-2,发射截面为1.03×10-20cm-2,当增益系数为0.2时即可实现正的增益.