稀土元素掺杂AgSnO_2触头材料的第一性原理理论研究（英文）

AgSnO_2触头材料中Ag具有良好的导电性,SnO_2具有较高的热稳定性。但是,SnO_2是一种宽禁带半导体,近乎绝缘,使得AgSnO_2触头材料的电阻较大。通过对SnO_2进行掺杂,使SnO_2由绝缘改性为导电,能有效改善AgSnO_2的电性能。采用第一性原理研究了稀土元素La、Ce、Nd掺杂后的电子结构,对纯SnO_2和掺杂SnO_2的晶体结构、能带结构、态密度进行了分析对比。晶格数据表明,稀土元素掺杂SnO_2引起的晶格畸变与掺杂原子的共价半径大小有关。能带结构表明,稀土掺杂可使Sn O_2的导带向低能端移动,带隙变窄,即导电性提高,且La掺杂时的带隙最小。电子态密度表明,稀土元素特有的f态电子对费米能级处的导带贡献很大,即稀土元素掺杂能提高AgSnO_2触头材料的导电性,且La掺时的费米能级处的态密度值最大。     

Sr-F共掺杂对AgSnO_2电性能影响的仿真分析

采用第一性原理下的密度泛函理论,通过Materials Studio中的CASTEP模块计算Sr-F共掺杂SnO_2能带结构、态密度、差分电荷密度及电荷布居数,以研究共掺杂对改善AgSnO_2导电性能的影响。结果表明,共掺杂后的材料仍为直接带隙半导体材料;Sr的3d态与F的2p态共同作用于费米能级附近的价带部分,同时F的2p态作用于导带;使得价带顶穿过费米能级,导带底向费米能级处靠近,即禁带宽度减小,载流子由价带激发到导带所需的能量减小,使SnO_2的导电性能得到提高。     

La掺杂AgSnO_2触头材料导电性能的第一性原理分析

Ag SnO_2是一种较为理想的Ag Cd O替代材料,但由于其中SnO_2近乎绝缘,使得触头材料的接触电阻增大,故改善SnO_2的导电性是急需解决的重大难题。采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势法,通过建模的方法,分别建立不同比例(50%、25%、16.67%、12.5%、8.34%)La掺杂的SnO_2晶胞模型,并计算分析其晶格常数、电荷布居、能带结构和态密度等性质。结果表明,La掺杂后触头材料中的SnO_2仍属于直接带隙半导体材料,但其禁带宽度变小,载流子浓度变大,使得材料的导电性增强。当La掺杂比为16.67%时导电性最佳。     

Cr掺杂LiFePO4导电性能的第一原理研究

基于第一原理方法,由广义梯度近似(GGA)的密度泛函理论计算了Cr在Fe位掺杂的LiFePO4的电子结构,分析了不同掺杂量对品胞参数,体积和费米能的影响.掺杂Cr后,系统的态密度图中费米能级移入导带;费米能级附近的价带和导带的峰强度增强;能带结构图中最低空轨道与最高占有轨道之间的能隙变窄,从LiFePO4的0.75 e...     

新型银氧化锡电接触材料

研究了1种新型的纳米AgSnO2触头材料.通过采用掺杂、SnO2粒子的纳米化及化学镀的方法,改善了氧化物和银的浸润性,从而提高了触头材料的导电性、机械强度和加工性能.通过机械混合法和溶胶凝胶法2种工艺的对比,证明用机械混合法在SnO2中掺杂TiO2,反而使电导率升高;用溶胶凝胶法在SnO2中掺杂TiO2,Ti4 能够很好的进入SnO2的晶格,能够明显改善触头的电性能.微观组织分析表明:纳米触头中SnO2的分布明显的比非纳米触头中SnO2分布的要均匀,从而可以避免因SnO2的富集导致电导率降低,提高AgSnO2触头的电性能和电寿命.     

P掺杂4H-SiC超晶胞的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,计算本征以及P替位式掺杂,P间隙式掺杂4H-SiC的晶格常数、能带结构、态密度、载流子浓度和电导率。结果表明:P掺杂减小了4H-SiC的禁带宽度,其中P替位C原子掺杂的禁带宽度最小。替位式掺杂导致4H-SiC的费米能级进入导带,使其成为n型半导体,间隙式掺杂使4H-SiC的费米能级接近导带并在其禁带中引入杂质能级。替位式掺杂后,4H-SiC的自由电子主要存在于导带底,而间隙式掺杂4H-SiC中除了导带底外,禁带中的杂质能级也提供了自由电子,因此,电子浓度大幅度增加。掺杂4H-SiC的载流子迁移率主要由中性杂质对电子的散射决定,较本征态的大幅度降低。通过计算4种体系的电导率可知,P替位Si原子掺杂4H-SiC的电导率最大,导电性最好。     

稀土元素掺杂AgSnO2 的电子结构与弹性常数研究

AgSnO_2触头材料中的SnO_2是一种高硬度并且近乎绝缘的宽禁带半导体材料,使得触头材料的电阻增大,加工成型困难,用稀土元素La、Ce、Y掺杂SnO_2可以改善触头材料的性能。基于密度泛函理论的第一性原理,运用平面波超软赝势法,对SnO_2和掺杂稀土元素的SnO_2进行电子结构和弹性常数的计算。结果表明,掺杂可以提高导电性能、降低SnO_2的硬度,其中添加稀土元素La的SnO_2的硬度最小;Y掺杂SnO_2的硬度较小、导电性最高且普适弹性各向异性的指数最小。     

稀土对AgSnO_2触头材料润湿性影响(英文)

AgSnO2是最有可能替代AgCdO的触头材料,但AgSnO2在使用过程中存在先天的缺陷。添加稀土元素能否增大AgSnO2触头材料的润湿性,改善其缺陷是本文讨论的重点。通过杨氏方程可知,润湿角θ越小,材料的润湿性越好。本工作选取La和Ce两种稀土元素,选取与SnO2的3种不同配比制备触头材料,利用座滴法测量了银基触头材料的润湿角。再与AgSnO2触头材料的润湿角进行对比。从测量结果可知,La元素对AgSnO2触头材料润湿性的改善效果明显。为了进一步验证这一结论,对AgSnO2和AgSnO2La2O3两种触头材料进行了模拟电弧试验,并对其进行微观分析。从而证明了AgSnO2La2O3触头材料的润湿效果较好。     

Influence of Rare Earth on the Wetting Ability of AgSnO2 Contact Material

AgSnO2是最有可能替代AgCdO的触头材料,但AgSnO2在使用过程中存在先天的缺陷。添加稀土元素能否增大AgSnO2触头材料的润湿性,改善其缺陷是本文讨论的重点。通过杨氏方程可知,润湿角θ越小,材料的润湿性越好。本工作选取La和Ce两种稀土元素,选取与SnO2的3种不同配比制备触头材料,利用座滴法测量了银基触头材料的润湿角。再与AgSnO2触头材料的润湿角进行对比。从测量结果可知,La元素对AgSnO2触头材料润湿性的改善效果明显。为了进一步验证这一结论,对AgSnO2和AgSnO2La2O3两种触头材料进行了模拟电弧试验,并对其进行微观分析。从而证明了AgSnO2La2O3触头材料的润湿效果较好。     

S掺杂2H-CuGaO2结构与性能的第一性原理研究

基于第一性原理的密度泛函理论平面波超软赝势方法,研究不同浓度S掺杂对2H-CuGaO₂能带结构和电子特性的影响规律。结果表明,掺杂后2H-CuGaO₂仍是间接带隙半导体,且带隙值随着掺杂浓度增加而增加;掺杂过程形成费米能级,对2H-CuGaO₂导电性产生影响。     

La和S共掺SnO2材料性能的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理和平面波超软赝势法,采用广义梯度近似法对La和S共掺SnO2的掺杂参数进行模拟计算,进而研究掺杂结构的稳定性、弹性性质和导电性能。结果表明,随着S原子浓度的增大,掺杂体系的形成能增大,稳定性随之下降;与单掺相比,共掺体系的硬度减小,韧性增强,并且其韧性随着S原子浓度的增大而逐渐减小;La和S共掺仍属于P型掺杂,在禁带中引入了新的杂质能级,窄化了带隙,导电性能增强,随着S掺杂浓度的提高,S-3p轨道与Sn-5s、La-5d轨道的杂化作用增强,在禁带中引入了更多的杂质能级,导电性能进一步提高。     

Preparation and microstructure characterization of a nano-sized Ti4+-doped AgSnO2 electrical contact material

A Ti4+-doped nano-structured AgSnO2 material was prepared using sol-gel method and characterized by X-ray diffraction (XRD), transmis-sion electron microscopy (TEM), and scanning electron microscopy (SEM). The results show that Ti4+ cations are successfully doped into the crystal lattice of SnO2, and thus significantly improve the electrical conductivity of the sample. Furthermore, the coating of Ag on Ti4+-doped SnO2 nano-sized particles enhances the surface wettability and enables the resulting AgSnO2 material to have better mechanical properties.     

La掺杂的SnO2-Sb中间层对钛基IrO2+Ta2O5电极性能的影响

目的改善Ti/IrO_2+Ta_2O_5涂层电极的析氧电催化性能。方法用热分解法在钛基材上制备了La掺杂的SnO_2-Sb中间层,并以此作为基体涂覆IrO_2+Ta_2O_5活性层,制备了Ti/SnO_2-Sb-La/IrO_2+Ta_2O_5涂层电极。采用扫描电子显微镜(SEM)、能量散射能谱(EDS)及X-射线衍射光谱(XRD)技术分别分析了中间层和活性层的表面形貌、元素组成及晶相结构。采用线性扫描伏安曲线(LSV)和强化寿命测试方法在硫酸溶液中分别研究了Ti/SnO_2-Sb-La/IrO_2+Ta_2O_5涂层电极的析氧电催化活性和使用稳定性。同时,考察了La的掺杂比例对Ti/SnO_2-Sb-La/IrO_2+Ta_2O_5电极强化寿命的影响。结果相对未掺杂La的中间层,掺杂La后的中间层表面裂纹减少,有更高的析氧过电位和更低的析氧电流密度。La掺杂对活性层的表面形貌和晶相结构基本没有影响,但电极的析氧电流密度有所提高。通过测试不同La掺杂比例涂层电极的强化寿命,发现La最佳掺杂比例为nLa:nSn=0.5:100。和未掺杂La涂层相比,La最佳掺杂比例涂层电极的强化寿命提高了22.8%。结论相对于未掺杂的Ti/SnO_2-Sb/IrO_2+Ta_2O_5电极,La掺杂后的Ti/SnO_2-Sb-La/IrO_2+Ta_2O_5涂层电极析氧电催化活性和强化寿命都得到改善。     

Nd掺杂金红石TiO2的电子结构及光学性质的研究

采用密度泛函平面波超软赝势方法,系统研究了Nd掺杂前后金红石相TiO2的电子结构变化,计算结果表明:Nd掺杂使TiO2的电子态发生重新分布,分能带明显增加;在导带的下方出现了一些新的电子态,分波态密度的结果进一步证实,这些新的态归属于Nd 4d轨道;金红石TiO2的带隙引Nd 4f态的引入而明显降低,并导致材料的带隙减小;Nd掺杂前后金红石相TiO2的紫外-可见漫反射光谱的测试结果表明Nd掺杂TiO2的紫外可见吸收光谱发生红移。     

n型掺杂BaSnO3的电子结构和光学性能的第一性原理研究

基于密度泛函理论,从头计算了La以及Nb掺杂BaSnO3的稳定性、电子结构和光学性质。结果表明La以及Nb掺杂BaSnO3体系结构稳定,均为n型导电材料,在可见光区透过率大于80%,且La以及Nb掺杂BaSnO3明显改善了体系的导电性。计算结果为实验制备n型BaSnO3基透明导电材料提供了理论指导。     

反应合成银氧化锡电接触材料导电性能研究

采用反应合成技术和传统粉末冶金技术制备银氧化锡(AgSnO2)电接触材料。对AgSnO2块体材料进行导电率测试和X射线衍射分析，对块体材料及冷拉拔的AgSnO2线材进行显微组织分析(扫描电镜、透射电镜)。研究结果表明：采用反应合成技术可以在银基体中合成尺寸细小、界面新鲜的SnO2颗粒，制备AgSnO2电接触材料；反应合成法制备的AgSnO2材料中，微米级的SnO2颗粒系由纳米级的SnO2颗粒聚集而成；反应合成法制备的AgSnO2电接触材料较传统粉末冶金法制备的AgSnO2电接触材料具有更高的导电性；采用反应合成法制备的AgSnO2电接触材料由于改变了Ag和SnO2的结合状态使材料的加工性能和导电性能同时得到改善和提高。     

SOFCs金属连接体表面改性Mn-Co尖晶石涂层研究现状

Fe-Cr铁素体不锈钢是中低温固体氧化物燃料电池(SOFCs)的理想连接体材料，但其在高温有氧环境中表面易被氧化，且会引起阴极“Cr毒化”现象，致使电池工作效率降低。Mn-Co尖晶石因其较高的高温导电性和抗氧化性，被广泛应用于连接体保护涂层以提高连接体的抗氧化性，并减少Cr的扩散。但Mn-Co尖晶石涂层在长期服役过程中仍存在Cr元素扩散导致Cr₂O₃过渡氧化层不断增厚、涂层导电性能下降的现象，研究发现通过对Mn-Co尖晶石涂层进行掺杂改性可有效改善上述问题。本文结合近年来Mn-Co尖晶石涂层研究进展，简述了典型的Mn-Co尖晶石晶体结构及其导电机制，总结了改性元素在Mn-Co尖晶石中可能的掺杂位点及对尖晶石晶体结构的影响，重点阐述了稀土元素Y、La、Ce，以及过渡族元素Cu、Fe改性对Mn-Co尖晶石涂层抗氧化性、导电性、黏附性，以及热膨胀系数相容性的影响，详述了改性元素作用机理，总结对比了不同元素对Mn-Co尖晶石涂层改性的侧重点。最后，对当前研究中Mn-Co尖晶石涂层存在的问题及今后改性Mn-Co尖晶石涂层的研究方向进行了展望。     

La~(3+)掺杂TiO_2粉体的化学沉淀法制备条件优化

采用化学沉淀法制备La~(3+)掺杂TiO_2粉体,并用正交实验方法对制备工艺进行优化,通过SEM、XRD、XPS和UV-Vis对TiO_2粉体的形貌、结构、光吸收性能进行了表征。结果表明:煅烧温度和La~(3+)掺杂量对TiO_2粉体光吸收性能具有显著影响;不同煅烧温度得到的La~(3+)掺杂TiO_2均以锐钛矿结构为主;升高煅烧温度可以增强La~(3+)掺杂TiO_2在紫外光波段的吸光强度;La~(3+)掺杂可以改善TiO_2粉体的团聚,减小TiO_2的禁带宽度,同时导致TiO_2表面吸附一定数量的羟基。最优的制备条件为:煅烧温度800℃,La~(3+)掺杂量0.6%(摩尔分数),反应温度为90℃,反应液pH值为8,此条件下获得的TiO_2粉体可见光性能最优。