Zn3-xMnxTeO6的晶体结构与吸收光谱和磁性研究

本工作主要研究Mn ²⁺离子掺杂的类刚玉系氧化物Zn₃TeO₆(0<x≤2.0)的晶体结构与光学性质和磁性的变化。Zn_3-xMn_xTeO₆粉末样品通过固相反应合成。Mn掺杂量的相图表明, x<1.0时保持单斜(C2/c)结构, 1.0≤x≤1.6为单斜(C2/c)和三方六面体混合相(R-3), x≥1.8时完全转变为R-3相, 且x=2.0时形成ZnMn₂TeO₆, Te-O和Mn/Zn-O键长增大, 八面体发生更大畸变。X射线粉末衍射结构精修也表明R-3相中Zn/MnO₆为畸变八面体。随着Mn ²⁺掺杂含量的增加, Zn_3-xMn_xTeO₆系列化合物不仅结构发生变化, 其颜色也由浅变深。紫外吸收光谱中随着掺杂浓度的增加, 400~550 nm处的吸收增强, 样品的光学带隙也由3.25 eV (x=0.1)逐渐减小到2.08 eV (x=2.0), 分析表明, 可见区吸收的增强是源于MnO₆八面体中Zn/MnO₆八面体中Mn ²⁺离子的d-d跃迁, 导致样品由浅黄色逐渐变为暗黄色。 磁性测试表明, 固溶体的反铁磁转变温度随着Mn ²⁺掺杂量的提高而逐渐增加, 且掺入的Mn ²⁺离子以高自旋态 存在。     

Mn和Fe掺杂对尖晶石氧化物Co2MnO4结构和磁性的影响

以金属盐及柠檬酸为原料, 采用溶胶-凝胶法制备了尖晶石氧化物Co_2-xMn_1+xO₄和Co_2-xFe_xMnO₄系列, 通过XRD、FT-IR及PPMS等手段研究了Co₂MnO₄及系列掺杂样品的成相、结构、磁性等特征。结果表明, Co_2-xMn_1+xO₄系列在x<0.6时, 呈单相立方结构, 晶格常数和磁性随着Mn掺杂量的增加而增大, x≥0.6时逐渐向四方结构转化, 磁性下降, 并呈现磁化强度不易饱和的特征; Co_2-xFe_xMnO₄系列样品在x<1.75成分范围内均可保持立方结构, 且晶格常数和磁性都随着x增大而提高。这些变化主要是由于掺杂原子尺度及磁矩均大于原有元素, 掺杂后样品内部的磁性相互作用有所增强。     

烧结温度对La0.67Ca0.33-xSrxMnO3结构及电学性能的影响

采用传统固相反应法合成了双掺杂La_0.67Ca_0.33-xSr_xMnO₃(x=0, 0.05, 0.15)粉体, 研究了烧结温度对La_0.67Ca_0.33-xSr_xMnO₃(x=0, 0.05, 0.15)结构、微观形貌和金属-绝缘体相转变温度的影响规律。结果表明: 烧结温度的升高对微观形貌及结构影响较小, 双掺杂有效改善了材料体系的相转变温度。当烧结温度为1400℃, 掺杂量x=0增加至x=0.05时, 材料体系为正交相, 相转变温度从-20℃升高至6℃。掺杂量继续增加至x=0.15, 材料体系从正交相转变为六方相, 相转变温度升高至17℃。当掺杂量相同时, 相转变温度随烧结温度的升高而升高。具有上述智能相变特性的材料体系可以作为长寿命卫星主动热控技术的重要候选材料。     

太阳能光伏材料Cu1-xLixInSe2的合成和物理特性

将原料封装入真空石英管, 在873 K进行固相反应制备了Li掺杂的Cu_1-xLi_xInSe₂ (x = 0-0.4) 块体材料, 并对该材料的结构、电学和光学特性进行了系统性的研究。Li掺杂之后, 样品的晶体结构还保持黄铜矿结构, 并能得到更大的晶粒。而电阻率从1.98×10² Ω·cm增大到 2.73×10⁸ Ω·cm。光学能隙也从0.90 eV 提高到1.33 eV, 增大了光伏开路电压。实验结果表明, Li掺杂的Cu_1-xLi_xInSe₂ 能有效提高光电材料的性能。     

铁修饰二碲化钼吸附氮化物的气敏特性研究

本工作采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，研究了毒害性气体NO、NO₂和NH₃在铁修饰MoTe₂(Fe-MoTe₂)单分子层上的吸附和传感行为，探究其作为电阻型化学气体传感器的潜力。首先，研究了Fe修饰在单层MoTe₂上最稳定的几何构型和电子行为。结果表明，Fe原子掺杂剂可以稳定地吸附在单层MoTe₂表面T_Mo处，修饰后体系的带隙减小并且电子密度增加，产生2.00μ_B磁矩。其次，Fe-MoTe₂对NO、NO₂和NH₃气体的吸附能分别达到了-3.13 eV、-2.27 eV和-1.19 eV，总态密度图(DOS)以及分波态密度图(PDOS)的分析验证了Fe原子修饰对气体吸附性能的影响。能带结构和差分电荷密度分析为Fe-MoTe₂作为电阻型化学气体传感器提供了基本传感机理。最后，灵敏度分析表明Fe-MoTe₂     

Sb对GeSbxSe7-x硫系玻璃的结构和物性的影响

采用熔融-淬冷法制备了GeSb_xSe_7-x (x = 0.4、0.8、1.2、1.6、2.0)系列硫系玻璃, 并系统地研究了Sb对玻璃结构和物理性能的影响。拉曼光谱测试结果显示, 随着Sb含量增加, 玻璃结构逐渐从由Se链或Se环主导转变为由交联的SbSe_3/2三角锥结构单元和GeSe_4/2四面体结构单元主导, 玻璃网络交联程度增加。同时, 玻璃的转变温度、密度、弹性模量和折射率都随着Sb含量的增加而增大。透过光谱研究表明, 随着Sb逐渐替换Se原子, 光学带隙逐步减小。     

Er2O3掺杂Gd2(Zr0.8Ti0.2)2O7陶瓷的物理性能

用固相反应法制备(Gd_1-xEr_x)₂(Zr_0.8Ti_0.2)₂O₇(摩尔分数x=0,0.2,0.4)陶瓷并测试其晶体结构、显微形貌和物理性能,研究了Er₂O₃掺杂的影响。结果表明,(Gd_1-xEr_x)₂(Zr_0.8Ti_0.2)₂O₇陶瓷具有立方烧绿石结构,显微结构致密,在室温至1200℃高温相的稳定性良好;Er³⁺掺杂降低了陶瓷材料的热导率和平均热膨胀系数,当x=0.2时,其1000℃的热导率最低(为1.26 W·m^-1·k^-1)。同时,Er³⁺掺杂还提高了这种材料的硬度和断裂韧性。     

垂直排列ReS2(1-x)Se2x合金纳米片的控制合成及带隙调控

二维过渡金属硫属化合物具有优异的电学和光学特性, 形貌控制及带隙调控对于其在光电子学、光子学、纳米电子学领域中的应用至关重要。研究采用CVD技术在SiO₂/Si衬底上生长了垂直排列ReS₂纳米片材料, 硒化处理后得到ReS_2(1-x)Se_2x合金纳米片, 并研究了硒化温度(700、850 和 920℃)及硒化时间(0.5、1和1.5 h)对ReS_2(1-x)Se_2x合金纳米片形貌及组分的影响。XPS元素定量分析及紫外-可见-近红外吸收光谱研究表明ReS_2(1-x)Se_2x样品中Se含量可以在x=0(纯ReS₂)到x=0.86之间调变, 相应材料的带隙可从1.55 eV (800 nm)调变到1.28 eV (969 nm)。SEM结果显示ReS_2(1-x)Se_2x纳米片的结构受到硒化温度和硒化时间的影响, 硒化温度升高和硒化时间延长会破坏纳米片的垂直结构。上述结果表明本研究成功合成了垂直排列ReS_2(1-x)Se_2x合金纳米片, 该材料在电化学催化、功能电子器件和光电子器件方面具有潜在应用价值。     

Mn掺杂Ni(OH)2的合成及电化学性能研究

本工作采用缓冲溶液法制备Mn掺杂Ni(OH)₂(Ni_1-xMn_x(OH)₂, x=0.1, 0.2, 0.3, 0.4), X射线衍射测试表明样品主要是β相, 有少量Mn₃O₄杂相; 循环伏安测试表明, x=0.2的材料还原峰积分面积最大、还原分支的峰电流最高; 恒流充放电测试表明, 在100 mA/g电流密度下, Ni_0.8Mn_0.2(OH)₂放电比容量最高, 其第20次循环放电比容量为271.8 mAh/g, 同等条件测试的商用β-Ni(OH)₂放电比容量为253.6 mAh/g; 在300、500 mA/g电流密度下, Ni_0.8Mn_0.2(OH)₂放电比容量仍保持最高, 分别为294.7、291.5 mAh/g, 而且Mn掺杂Ni(OH)₂的循环稳定性也优于商用β-Ni(OH)₂。Mn掺杂可改善镍电极的循环稳定性、降低镍电极成本, 具有广阔的应用前景。     

(La1-xMgx)2Ce2O7-x的合成与热物理性能

Mg对La₂Ce₂O₇的掺杂可提高其热膨胀系数、降低其热导率, 从而改善其作为热障涂层材料的性能。采用溶胶-凝胶法制备了(La_1-xMg_x)₂Ce₂O_7-x系列组成样品。X射线测试表明: 当 0≤x≤0.4时, 所有(La_1-xMg_x)₂Ce₂O_7-x 样品均与La₂Ce₂O₇具有相同的缺陷萤石结构, 且晶胞参数随x的增大而递减; 当x?0.4时, 样品中出现MgO的峰。在组成相同的情况下, 样品(La_1-xMg_x)₂Ce₂O_7-x (0≤x≤0.4)的热膨胀系数随温度升高而增大, 而热导率随温度升高而降低。在相同温度下, 不同组成样品(La_1-xMg_x)₂Ce₂O_7-x (0≤x≤0.4)的热膨胀系数随x的增大而增大; 而样品的热导率则随Mg掺杂量的增加呈先增大后减小的趋势。在此基础上, 探讨了Mg掺杂对La₂Ce₂O₇的物相、晶胞参数、热膨胀系数以及热导率的影响机理。     

电纺制备多孔Ni1-xZnxFe2O4超细纤维的结构与磁性能

采用静电纺丝技术结合后期的热处理制备了具有多孔结构的Ni_1-xZn_xFe₂O₄(x=0~0.8)超细纤维. 利用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、场发射扫描电镜(FESEM)、低温N₂吸附-脱附和振动样品磁强计(VSM)对纤维样品的晶体结构、微观形貌、孔特征和室温磁性能进行了研究. 结果表明, 550℃焙烧2?h得到的多孔Ni_1-xZn_xFe₂O₄超细纤维均为单相尖晶石结构, 平均粒径约为25~30?nm, 纤维直径主要分布在200~500?nm之间, 且具有较大的长径比; 所制备的Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄多孔纤维的孔结构主要以狭缝状介孔为主, 其平均孔径约为11?nm; 随着Zn含量x由0增加0.8, Ni_1-xZn_xFe₂O₄纤维的晶格常数a线性增大, A位的红外特征振动频率单调递减, 矫顽力由13.8?kA/m逐步减小到2.3?kA/m, 比饱和磁化强度先增大后减小, 在x=0.4时达到最大值66.8?A·m²/kg. 与相近尺寸的Ni-Zn铁氧体纳米粒子相比, Ni-Zn铁氧体超细纤维由于其形状各向异性而表现出更高的矫顽力.     

ZnO掺杂对Ca0.25(Li0.43Sm0.57)0.75TiO3陶瓷烧结性能和微波介电性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备Ca_0.25(Li_0.43Sm_0.57)_0.75TiO₃(CLST)微波介质陶瓷纳米粉体, 研究了ZnO掺杂量和烧结温度对CLST+ xmol% ZnO陶瓷烧结性能和微波介电性能的影响。XRD分析结果表明: 随着ZnO掺杂量x的增加, 陶瓷的晶体结构从正交相变为伪立方相, 并在x≥1.5的样品中出现了杂相。CLST+ xmol% ZnO陶瓷的致密化烧结温度随x的增加而降低, x=1.0的样品的致密化烧结温度比x=0的降低了200 ℃。介电常数ε_r和频率品质因数Qf 随x增加和烧结温度的升高具有最优值, 频率温度系数则单调降低。x=1.0的样品在1100 ℃烧结时具有优异的综合性能: ρ = 4.85 g/cm³, ε_r =102.8, Qf = 5424 GHz, τ_f = -8.2×10^-6/℃。表明ZnO掺杂的CLST陶瓷是一种很有发展潜力的微波介质陶瓷。     

含Al耐热奥氏体不锈钢的团簇式成分设计

表面生成Al2O3保护膜的奥氏体不锈钢具有良好的高温服役性能,为了使Al强烈促进铁素体的生成需要精确匹配奥氏体稳定元素Ni和Al的含量。为此,本文先引入“团簇加连接原子”结构模型,解析该类不锈钢的成分特征,确定其16原子团簇式,进而结合当量计算并基于橡树岭实验室推出的成分,固定C含量(质量分数)为0.1%,设计了固定Ni含量提高Al(代替Cr)含量和固定Al含量提高Ni(代替Fe)含量两个成分系列,分别为Al _x Si_0.05Nb_0.15-Fe_8.7Ni_3.0Mn_0.3-Cr_3.6-x Mo_0.2(x=0.8,1.0和1.1)和Al₁Si_0.05Nb_0.15-Fe_11.7-y Ni _y Mn_0.3-Cr_2.6Mo_0.2(y=3.2,3.4,3.7和4.0),研究了Ni和Al的不同匹配对固溶水淬(1250℃/1.5 h)加时效态(800℃/24 h)奥氏体稳定性的影响。Ni含量为3.0的16原子团簇式,Al含量为0.8时为单相奥氏体;Al含量为1.0和1.1时,奥氏体失稳而铁素体形成。在Al含量为1.0的16原子团簇式中,Ni含量为3.2~4.0时均为单相奥氏体。即在16原子团簇式模型下Al_0.8(2.45%)和Al₁(3.08%)分别需要Ni_3.0(20.00%)和Ni_3.2(21.43%)以避免形成铁素体,最终确定该类不锈钢的理想团簇式为[(Al,Si,Nb)₁-(Fe,Ni,Mn)₁₂](Cr,Mo,W)₃。     

铜离子掺杂Y2Ba2O5高近红外反射颜料的制备和光学性能研究

采用溶胶-凝胶法制备一系列环境友好型绿色近红外反射纳米颜料, 结构通式为Y₂Ba_(2-x)Cu_xO₅(x=0、0.25、0.50、0.75和1.0), 通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、UV-vis-NIR分光光度仪和高精度分光测色仪对制备颜料的结构、形貌和光学性能进行了表征。研究结果表明, 铜离子掺杂进入Y₂Ba₂O₅晶格中, Y₂Ba₂O₅晶粒尺寸由62.1 nm降低至54.7 nm。Cu²⁺取代Y₂Ba₂O₅中的部分Ba²⁺, 粉末颜色由白色变为绿色(a*=-21.61), 禁带宽度由2.30 eV 减少到2.04 eV; 粉末呈现不规则球形结构, 粒径分布在150~300 nm范围内。掺杂Cu²⁺使粉末的近红外反射率降低, 但Cu²⁺掺杂量为x=0.50时仍然表现出较高的近红外反射率(68.80%)和太阳光反射率(45.95%)。因此, Y₂Ba_(2-x)Cu_xO₅系列高近红外反射绿色粉末作为“冷”颜料在建筑涂料方面具有巨大的应用潜能。     

Co掺杂钙钛矿锰氧化物La0.8Sr0.2MnO3电磁特性研究

采用传统的高温固相反应法制备了La_0.8Sr_0.2Mn_1-xCo_xO₃(x = 0, 0.1, 0.3)多晶样品。系统研究了Co掺杂量对La_0.8Sr_0.2MnO₃(LSMO)多晶样品的类Griffiths相、磁熵变、临界行为和电输运性质的影响。研究结果表明: 制备的多晶样品均具有菱形对称结构; 三样品在低温磁转变温度(T_C2)以上均存在类Griffiths相; La_0.8Sr_0.2Mn_1-xCo_xO₃(x = 0, 0.1, 0.3)样品外加磁场为7 T的最大磁熵变ΔS_max分别为-2.28、-2.05和-2.75 J/(kg·K), Co元素的掺杂使得ΔS_max先减小后增大; 母相的临界行为与平均场模型拟合得最好, 掺杂后样品的临界行为和3D海森伯模型拟合最好; 母相为半导体材料, Co元素掺杂量达到0.1时在低温磁转变温度(T_C2)附近出现金属绝缘体转变; 高温区三样品的导电方式均满足小极化子模型。     

钾离子掺杂提高锂离子电池正极锰酸锂性能的微观机制

改善尖晶石锰酸锂的大倍率性能是目前锂离子电池的重点研究方向之一。本研究用高温固相法合成掺K⁺的尖晶石锰酸锂, 研究K⁺提高锰酸锂倍率性能的微观机制。结果表明, 尽管随着电流密度增大, 电极的放电比容量下降, 但掺K⁺提高材料的大倍率性能效果显著, 如最佳掺K⁺量(物质的量分数)1.0%时, 在10C (1C=150 mA·g^-1)下比容量提高了一倍, 远高于0.5C下的1.9%。原因在于掺K⁺后, 首先, 锰酸锂的晶胞体积扩大, Li-O键变长, Li、Mn阳离子混排程度降低, 载流子(Mn³⁺)量增多; 其次, 电极极化和电荷迁移阻抗降低, 提高了材料的充放电可逆性、导电性及锂离子扩散能力; 再者, [Mn₂]O₄骨架更稳定, 减小了电化学过程中内应力变化, 抑制了晶体结构变化和颗粒破碎; 最后, 钾离子掺杂使制备过程中材料团聚, 从而减小电解液与电极的接触面积, 减轻电解液的侵蚀, 抑制锰的溶解。     

Ba1-xMgxAl2Si2O8晶体结构与微波介电性能的研究

采用固相烧结法, 按化学计量比Ba_1-xMg_xAl₂Si₂O₈(x=0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.3, 0.5)制备样品, 考察不同MgO含量对BaO-Al₂O₃-SiO₂系介电材料晶体结构及微波介电性能的影响。结果表明, MgO可以降低烧结温度, 促进六方相转变为单斜相, 当添加量x≥0.15时, 相转变可以达到100%。当x≤0.15时, 适量的MgO可以有效地促进单斜钡长石晶粒的长大。在0.05≤x≤0.1范围内, 随着MgO含量的增加, 单斜钡长石衍射峰增强, 晶粒尺寸增大, 密度、介电常数与τ_f均随MgO含量的增加而增大。在x=0.1, 烧结温度为1400℃时, 可获得综合性能相对较好的单斜钡长石, 其介电性能ε_r=6.44, Q×f=16461 GHz, τ_f= -30.6×10^-6 K^-1。