变价稀土元素Eu掺杂BiCuSeO热电性能的研究

作为一种适于中温下使用的极具发展前景的新型热电材料,BiCuSeO由于本征热导率低且Seebeck系数较高而广受关注。本研究探索了变价稀土元素Eu替换Bi位对BiCuSeO热电材料微观组织和热电性能的影响。实验结果显示,样品中同时存在Eu²⁺和Eu³⁺两种价态的离子,掺杂Eu元素不仅可以增加样品的载流子浓度,还可以调整样品的能带结构,进而改善样品的电输运性能, Bi_0.85Eu_0.15CuSeO电导率显著提升,在823K时达到了98S·cm^–1,相比于未掺杂样品提升了将近6倍。在温度为823K时,Bi_0.975Eu_0.025CuSeO的功率因子可达0.32mW·m^–1·K–2,ZT值为0.49。本研究表明,掺杂变价稀土元素可以有效改善BiCuSeO热电材料的性能。     

H2S气氛下硫化温度对Cu2ZnSnS4薄膜性能影响的研究

用磁控溅射法在玻璃衬底上沉积Zn/Sn/Cu预置层,然后再在H2S气氛下将其硫化制成Cu2ZnSnS4(CZTS)薄膜。研究了不同硫化温度(460,500,540和580℃)对CZTS薄膜性能的影响。采用X射线衍射、Raman、扫描电镜、能量色散谱和紫外-可见-近红外分光光度计表征薄膜的物相、表面形貌和光学性能。结果表明,在不同硫化温度下都成功制备了CZTS薄膜。当硫化温度为540℃时,制备的薄膜晶粒达到2μm,结晶性最好,表面致密光滑,而且它的吸收系数大于7×104cm-1,禁带宽度为1.49 e V。硫化温度较低(460℃)时,含有Cu2-xS杂质相,表面存在孔洞。而硫化温度较高(580℃)时,晶界处会产生微裂纹。     

Ⅰ掺杂提高铅固溶立方相AgBiSe2热电性能

热电材料可以实现温差和电能的相互转换,因而近年来备受关注。本工作利用高温固相反应制备Ag_1-x/2Bi_1-x/2Pb_xSe₂(x=0,0.2,0.25,0.3)多晶料,并借助放电等离子烧结成型得到致密样品。X射线衍射分析结果表明：在室温条件下,Pb固溶可导致AgBiSe₂由六方相转变为立方相。Pb元素的引入还可以降低材料的晶格热导率,有利于提高材料的热电性能。由于Ag_0.875Bi_0.875Pb_0.25Se₂兼具较低的晶格热导率和较高的热电优值(ZT),通过Ⅰ掺杂可进一步优化其电输运性能,进而提高材料的热电性能。Ag_0.875Bi_0.875Pb_0.25Se_1.97I_0.03在773 K时的热电优值约为0.72,接近未掺杂AgBiSe₂热电优值的两倍。     

Te与In共掺杂对Cu2SnSe3热电性能的影响

Cu₂SnSe₃基化合物作为一种绿色环保的新型热电材料, 近年受到了研究者的广泛关注。然而, 本征Cu₂SnSe₃基化合物载流子浓度低、电性能较差。为优化Cu₂SnSe₃化合物的电热输运性能, 本研究采用熔融、退火结合放电等离子烧结技术制备了一系列Cu₂SnSe_3-xTe_x (x=0~0.2)和Cu₂Sn_1-yIn_ySe_2.9Te_0.1 (y=0.005~0.03)样品, 研究了Te固溶和In掺杂对材料电热输运性能的影响。Te在Cu₂SnSe_3-xTe_x (x=0~0.2)化合物中的固溶度为0.10, Te固溶显著增加了材料的载流子有效质量, 从本征Cu₂SnSe₃样品的0.2m_e增加到Cu₂SnSe_2.9Te_0.1样品的0.45m_e, 显著提高了材料的功率因子, Cu₂SnSe_2.99Te_0.01样品在300 K下获得最大功率因子为1.37 μW·cm^-1·K^-2。为了进一步提高材料的电传输性能, 本研究以Cu₂SnSe_2.9Te_0.1为基体并选取In在Sn位掺杂。In掺杂将Cu₂SnSe₃基化合物的载流子浓度从5.96×10¹⁸ cm^-3 (Cu₂SnSe_2.9Te_0.1)显著提高到2.06×10²⁰ cm^-3 (Cu₂Sn_0.975In_0.025Se_2.9Te_0.1)。调控载流子浓度促进了材料多价带参与电传输, 材料的电导率和载流子有效质量显著增加, 功率因子得到大幅度提升, 在473 K下Cu₂Sn_0.995In_0.005Se_2.9Te_0.1化合物获得最大功率因子为5.69 μW·cm^-1·K^-2。由于电输运行性能显著提升和晶格热导率降低, Cu₂Sn_0.985In_0.025Se_2.9Te_0.1样品在773 K下获得最大ZT为0.4, 较本征Cu₂SnSe₃样品提高了4倍。     

S-Co复合掺杂LiMn2O4的合成与性能

为了扩大锂离子电池正极材料LixMn2O4的工作电压范围，在保证良好循环性能的基础上提高材料的容量，本文对S-Co复合掺杂LiMn2O4的合成工艺和电化学性能进行了研究．溶胶-凝胶法合成的各试样均为纯的立方尖晶石相，且结晶状态良好．S—Co复合掺杂综合了S掺杂效应和Co掺杂效应，改善了LiMn2O4的电化学性能，在2．4—4．3V充放电压范围内，初始容量较高，达到170mAh／g，30次循环后容量不但没有衰减而且有一定增加．     

Li2S掺杂对富锂锰基材料首次库仑效率的提升效果研究

富锂锰基材料(LRM)由于电压平台高、比容量高,在锂电池材料研究中受到广泛关注。针对富锂锰基材料首次充放电库仑效率较低的问题,采用Li₂S对富锂锰基材料(LRM)进行掺杂改性制备得到LRM-S材料。结果表明：LRM和LRM-S的晶体结构相近,具有层状晶体结构。扫描电镜分析表明,LRM-S材料由10～20nm的一次颗粒团聚而成。元素分析表明LRM-S材料中含有均匀分散的S元素。电化学分析表明,LRM的首次充电比容量为291.80mAh/g,首次放电比容量为188.63mAh/g,首次库仑效率为64.64%。Li₂S掺杂改性材料LRM-S的首次充电比容量为387.04mAh/g,首次放电比容量为272.64mAh/g,首次库仑效率为70.44%,在首次充放电比容量和效率方面均有显著提升。     

Na/Se掺杂p-型AgSbTe2化合物热电性能研究

采用熔融-淬火-放电等离子烧结方法制备了两种不同掺杂方式的Na单掺和Na/Se共掺p型AgSbTe2多晶块体材料(Ⅰ:掺杂元素以过量形式添加AgNa0.01SbTe2,AgNa0.01SbTe2Se0.04;Ⅱ:掺杂元素以置换对应元素形式添加Ag0.99Na0.01SbTe2,Ag0.99Na0.01SbTe1.96Se0.04).研究了Na单掺、Na/Se共掺及不同掺杂方式对材料电、热输运性能的影响规律.通过比较不同掺杂方式样品的电、热传输性能确定了最佳的Na/Se掺杂方式:Na置换Ag,Se置换Te并结合适当的Se过量加入.由于Na掺杂对Seebeck系数的提高及Se掺杂对电导率和热导率的优化,Ag0.99Na0.01SbTe1.96Se0.04化合物ZT最大值在620 K达到1.4,较未掺杂AgSbTe2化合物提高约17%.     

掺杂对Y2O2S:Eu长余辉特性的影响及长余辉发光机理

通过发射光谱、XRD、相对亮度、余辉衰减曲线和热释光谱的测量，研究了在Y2O2S：Eu体系中掺杂Mg^2 、Ca^2 、Sr^2 、BaV、Ti^2 对荧光体的发光与长余辉特性的影响．结果表明，这些离子的掺杂不影响发射光谱和晶体结构，但显著地影响相对亮度和长余辉特性．它的长余辉衰减过程由一快过程和一慢过程组成，很好地符合指数衰减方程．Mg、Ti共掺杂荧光体的相对亮度和长余辉性能优于单掺杂，与Mg、Ti的含量比有关．根据实验结果，探讨了Y2O2S：Eu体系荧光体的长余辉发光机理．     

Ti掺杂对half-Heusler合金YNiSb热电性能的影响

通过悬浮熔炼方法制备了Y1-xTixNiSb(x=0,0.015,0.02,0.025)材料并研究了Ti掺杂对材料热电性能的影响。经过孔隙率修正后,Ti掺杂样品的热导率和电导率均比未掺杂样品要低,并且随着Ti含量的增加呈现先下降后上升的趋势。分析发现Ti掺杂后样品热导率的降低是由于电子热导率的下降所致,电子载流子的引入则导致了电导率的下降。Ti掺杂后样品Seebeck系数在室温下有变负趋势,表明材料在室温下可能呈现N型传导特性。最终,Ti掺杂提高了材料的热电性能。Ti含量x=0.015的样品在770K左右获得最大ZT值0.085,与未掺杂样品相比,提高了约60%。     

Ag掺杂In2S3薄膜的拉曼光谱研究

利用拉曼光谱结合XRD与SEM测试对未掺杂与Ag掺杂的In2S3薄膜进行了分析研究。XRD测试结果确定了In2S3的物相,并表明掺杂后晶粒尺寸发生一定的变化;拉曼光谱研究表明,掺杂后232、272及300cm-1 3条拉曼谱线发生红移,这是由于掺杂后晶格膨胀引起的。结合部分拉曼谱线半高宽的展宽证实了掺杂后薄膜中存在间隙Ag原子;SEM的测试结果进一步证实Ag掺杂后In2S3晶格存在膨胀,并说明了In2S3薄膜的生长方式。     

NaCo2O4及其Na位掺杂热电材料的制备研究

NaCo2O4是氧化物热电材料的典型代表,也是目前人们研究较多的一种热电材料,本文采用固相反应法和溶胶-凝胶法对NaCo2O4以及Na位掺杂K、Ca、Sr、Ce试样进行制备研究.选择合适的工艺参数,采用快速升温法,可获得纯度较高(大于94%)的NaCo2O4,并使掺杂元素K、Ca、Sr进入到NaCo2O4晶格中,而Ce由于原子半径太大,难以掺杂入NaCo2O4晶格.实验结果表明采用柠檬酸溶胶-凝胶法比固相反应法制备的试样晶粒尺寸更细小,增加声子散射,使晶格热导率降低,由此提高材料的热电优值,进一步改善材料的热电性能.     

稀土Y元素掺杂对PrBaCo2O5+δ陶瓷热电性能影响

利用传统陶瓷烧结工艺制备出不同浓度稀土Y元素掺杂PrBaCo₂O_5+δ氧化物热电陶瓷,采用XRD和热电材料性能测试系统等设备研究了稀土Y元素掺杂对PrBaCo₂O₅氧化物热电陶瓷晶体结构、热电性能的影响。测试结果表明：Pr_1-xY_xBaCo₂O_5+δ热电陶瓷均为双层钙钛矿结构,没有形成新的杂相;在测试温度范围内,Pr_1-xY_xBaCo₂O_5+δ(x=0,0.25,0.5,0.75)热电陶瓷的Seebeck系数均为正值,表明该材料导电载流子为以空穴,为p型半导体;稀土Y元素掺杂可以明显提高Pr_1-xY_xBaCo₂O_5+δ热电陶瓷的电导率,与电导率相反,稀土元素Y掺杂的导致Pr_1-xY_xBaCo     

Ni掺杂Na1.6Co2O4新型超级电容器电极材料的电性能研究

首次将掺杂镍离子的Na1.6Co2O4材料用作超级电容器的电极材料,并进行了XRD、SEM的表征和恒流充放电、循环伏安的电性能研究,发现掺杂3%(摩尔分数)Ni 2+的Na1.6Co2O4电极材料比纯的Na1.6Co2O4具有更优异的循环性能。     

La掺杂Hf0.5Zr0.5O2薄膜铁电性能研究

铪基氧化物薄膜在超薄膜厚下仍具有优良的铁电性能,非常适用于高密度集成的铁电存储。La掺杂铪基薄膜拥有极为优异的循环写擦特性,但其剩余极化强度(2Pr≤35μC/cm²)还有待进一步提高。本研究采用原子层沉积(ALD)制备La掺杂的Hf_0.5Zr_0.5O₂薄膜(HZLO),通过快速热退火(RTA)对样品进行500℃、550℃和600℃的热处理,研究La掺杂及退火温度对TiN/HZLO/TiN/W结构铁电性能的影响。研究表明,La掺杂促进薄膜四方相转变为正交相,剩余极化强度(49.8μC/cm²)获得极大提高。此外,La掺杂还降低了器件矫顽场(～1.25 MV/cm)并改善矫顽电场对称性。随着退火温度升高至550℃,正交相占比升高至～77%,剩余极化强度高达49.8μC/cm²,而进一步升高退火温度至600℃,正交相、四方相和立方相朝着单斜相转变,器件剩余极化强度降低。     

(Mg2Si1-xSbx)0.4-（Mg2Sn）0.6固溶体合金的制备及热电输运特性

以Mg、Si、Sn、Sb块体为原料,采用熔炼结合放电等离子烧结(SPS)技术制备了n型(Mg2Si1-xSbx)0.4-(Mg2Sn)0.6(0≤x≤0.0625)系列固溶体合金.结构及热电输运特性分析结果表明:当Mg原料过量8wt%时,可以弥补熔炼过程中Mg的挥发损失,形成单相(Mg2Si1-xSbx)0.4-(Mg2Sn)0.6固溶体.烧结样品的晶胞随Sb掺杂量的增加而增大;电阻率随Sb掺杂量的增加先减小后增大,当样品中Sb掺杂量x≤0.025时,样品电阻率呈现出半导体输运特性,Sb掺杂量x>0.025时,样品电阻率呈现为金属输运特性.Seebeck系数的绝对值随Sb掺杂量的增加先减小后增大;热导率κ在Sb掺杂量x≤0.025时比未掺杂Sb样品的热导率低,在Sb掺杂量x>0.025时高于未掺杂样品的热导率,但所有样品的晶格热导率明显低于未掺杂样品的晶格热导率.实验结果表明Sb的掺杂有利于降低晶格热导率和电阻率,提高中温区Seebeck系数绝对值;其中(Mg2Si0.95Sb0.05)0.4-(Mg2Sn)0.6合金具有最大ZT值,并在723 K附近取得最大值约为1.22.     

Cu2S@SSM复合膜的制备及其油水分离性能

在含油废水处理中迫切需要具有优良化学稳定性的油水分离材料。为了在酸碱盐等复杂环境中能够有效的分离各种水包油乳液,以不锈钢网(SSM)为基底,采用电化学沉积和溶液反应相结合的方法将硫化亚铜(Cu₂S)修饰到不锈钢网表面,成功的制备了Cu₂S@SSM复合膜。制备的Cu₂S@SSM复合膜具有优异的超亲水/水下超疏油性能。对无表面活性剂和表面活性剂稳定的水包油乳液进行了一系列的油水分离实验,分别获得了高达932和361 L/(m²·h)的渗透通量以及99.78%和99.15%的分离效率。得益于Cu₂S的类光芬顿催化性能,制备的Cu₂S@SSM复合膜在可见光照射下对亚甲基蓝、罗丹明B的降解率高达99%。更重要的是Cu₂S@SSM复合膜在强酸、强碱和高盐环境中表现出优异的化学稳定性。     

Cu/Sn比率对Cu2SnSe3薄膜若干物理性质的影响

利用射频(RF)磁控溅射在玻璃基片上共溅射沉积Cu-Sn预制膜。采用固态硒化法,制备Cu/Sn化学计量比在1.87～2.22之间的Cu2SnSe3薄膜。研究了Cu/Sn比率对Cu2SnSe3薄膜的晶体结构、微结构、光学性能以及电学性能的影响。X射线衍射(XRD)结果表明,所制备的Cu2SnSe3薄膜为立方晶体结构,具有(111)择优取向;贫铜的Cu2SnSe3薄膜光学带隙Eg随着Cu/Sn比率增大而增大;富铜的Cu2SnSe3薄膜光学带隙Eg随着Cu/Sn比率增大而不变。薄膜电阻率为1.67～4.62mΩ.cm。     

Mn2+掺杂对V2O5纳米材料结构与电化学性能的影响

以V2O5粉末、H2O2和Mn(CH3COO)2·4H2O为原料,采用水热法制备了纳米结构的锂离子电池阴极材料Mnx V2O5。运用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)和扫描电镜(SEM)测试对制备的材料进行结构和形貌表征,并利用充放电测试和交流阻抗测试研究了样品的电化学性能。结果表明:随着锰掺杂量的增加,V2O5的正交晶型层状结构未发生改变,其层间距逐渐扩大,形貌由纳米短棒状向纳米带簇状变化。电化学测试表明:Mn2+掺杂提高了V2O5的电化学性能,其首次充放电效率由70.8%提高到90%以上;Mn0.01V2O5经过90次充放电循环后,其容量仍为192.2 mAh/g。Mn2+掺杂对V2O5电极材料的离子电导率有影响,Mn0.02V2O5离子电导率由未掺杂时的6.27×10-4S/cm提高到1.58×10-3S/cm。     

La掺杂n型Mg2Si基半导体的热电性能研究

采用感应熔炼然后热压的方法制备了La掺杂Mg2Si基热电材料Mg2-xLaxSi(x=0、0.002、0.005、0.010、0.015).La在Mg2Si中占Mg位,当x≥0.005时,出现第二相LaMg.性能测试表明,Mg2-xLaxSi的导电类型为n型,Seebeck系数的绝对值随La含量的增多而减小,电导率和热导率均随La含量的增多而增大,在测试温度范围内,Mg1.995La0.005Si具有最高的ZT值,在774K温度下达到0.42.     

稀土元素掺杂对纳米TiO2光催化剂的影响及机理

综述了稀土元素掺杂对纳米TiO2晶型的转变温度、晶粒大小以及光响应范围的影响，比较详细地介绍了稀土掺杂纳米TiO2的掺杂机理以及同种稀土元素掺杂对TiO2光催化活性的影响因素在近年来的研究现状，并指出了在稀土元素掺杂纳米TiO2的研究方面存在的问题以及今后的研究方向。