硅纳米线制备方法研究进展

硅纳米线是重要的半导体一维纳米材料,伴随着硅作为下一代锂离子电池理想负极以及作为半导体材料在光电化学领域的研究热潮,实现硅纳米线高效、低成本、可控制备成为研究的重点。本文介绍了现阶段硅纳米线制备的主流技术及相关研究进展。     

锂离子电池硅/碳负极材料的制备与应用

对锂离子电池中硅/碳负极材料的纳米结构、掺杂改性以及三元复合等制备工艺及其电化学性能、相关机理进行了总结。通过研究不同改性方法对硅/碳负极材料电化学性能的影响,以找到较为优异的改性路径。经过对比发现,通过采用纳米结构、原子掺杂以及三元复合的方法均可显著提升硅/碳负极材料的电化学性能。最后对硅/碳负极材料发展现状进行了简要分析,并对其研究前景进行了展望。     

一维纳米材料的研究进展

对一维纳米结构的研究进展进行了综述。阐述了一维纳米结构如纳米管、纳米棒、纳米线和纳米带的制备方法，其中包括气相化学合成法、热分解前驱体法、模板法、电弧等离子体等方法，总结了一维纳米材料的表征和各种生长机理以及在物理、化学、机械、材料等领域的应用。简单介绍了采用热分解法制备二硫化钨纳米纤维。     

一维金属纳米材料的制备技术

一维金属纳米材料很好地集合了一维纳米结构材料和金属的特性，在光学、电学、磁学等领域有着不可忽视的潜在应用前景，且一维金属纳米材料的成功制备对于顺利实现纳米尺度功能组件的实用化意义重大。该文作者综述了一维金属纳米材料（纳米线、纳米棒、纳水管）的最新制备进展，重点评述了模板合成法、台阶边缘修饰法、介孔层状结构替曲法、软溶液法制备一维金属纳米材料的过程及生长机理，分析了目前研究上存在的问题，同时展望了未来的发展趋势。     

一维纳米材料的制备、性质及应用

一维纳米结构在介观物理以及纳米级器件的制作方面具有独特的应用潜力，近年来纳米线、纳米棒、纳米带、纳米管等一维纳米结构成为研究的焦点。综述了近来文献报道的有关一维纳米材料制备的新方法，如声波降解法、模板法、气相一液相一固相法、溶剂热法等，其中对形貌控制得较好的模板法做了重点介绍。另外，对一维纳米材料的性质如热稳定性、电子传送特性和光学特性及其在激光发射和光学开关等方面的应用作了简单介绍，并对该领域未来的发展方向进行了展望。     

锂离子电池硅基负极用聚合物粘结剂的研究进展

<正>负极材料比容量的提升是锂离子电池能量密度提高的决定性因素,具有高比容量的硅基负极材料(理论比容量为4200 m Ah·g~(-1))是获得高能量密度锂离子电池的关键材料之一。然而,在嵌/脱锂过程中巨大的体积变化是限制硅材料应用的主要因素。作为维持电极结构的主要成分,聚合物粘结剂的选择也至关重要。开发具有新的结构和性能的聚合物粘结剂,来满足硅基负极材料的使用要求,可以有效提高硅基负极在循环过程中电极结构的稳定性,因此成为当前研究的热点。本文梳理了用于硅基负极聚合物粘结剂的发展脉络,分别总结了聚乙烯类聚合物、多糖类聚合物、聚酰亚胺类共聚物和导电聚合物4类聚合物粘结剂的结构和性能特点,以及4类聚合物粘结剂用于硅基负极时对材料性能的改善。在此基础上,提出了用于硅基负极的聚合物粘结剂应具备的结构和性能特点,为硅基负极聚合物粘结剂的设计和选择提供一种思路。     

铁氧化物锂离子电池负极材料研究进展

铁氧化物锂离子电池负极材料具有比容量高、资源丰富、价格便宜和环境友好等优势,是目前高容量负极材料的研究热点之一.然而,铁氧化物负极材料巨大的体积效应、较差的循环性能以及大的首次可逆容量损失,影响了其在锂离子电池中的应用.目前研究最多的铁氧化物负极材料是α-Fe_2O_3和Fe_3O_4,理论容量分别为1 007 mA·h·g~(-1)和924 mA·h·g~(-1).关于其电化学性能的改进方法,包括制备不同形貌与尺寸的纳米结构材料以及铁氧化物/碳纳米复合材料.介绍了铁氧化物锂离子电池负极材料的储锂机理及其存在的问题,综述了各类铁氧化物负极材料的制备方法、影响因素及电化学性能,并对铁氧化物负极材料的进一步研究、发展应用予以展望.     

纳米结构Fe_3O_4制备与应用的研究进展

纳米结构的Fe3O4具有与生物组织的相容性以及与尺寸和形貌有关的电学和磁学性能,在磁流体、传感器和生物医药等领域具有广泛的应用前景。Fe3O4纳米结构的主要制备方法包括高温气相法、高温有机液相回流法、溶剂热法和水热法等;已经制备出各种纳米结构单元的Fe3O4,如:零维纳米颗粒,纳米颗粒组装的纳米链,纳米颗粒组装的微球,一维纳米线、棒,二维纳米片,以及三维的金字塔、八面体、核桃状球形纳米颗粒等。该文综合介绍这些制备方法的特点及其近期的研究进展,并对Fe3O4纳米结构的性质和应用进行综述。最后对Fe3O4纳米材料未来的发展进行展望。     

水热法及溶剂热合成法制备Ⅳ族一维无机纳米材料

一维纳米材料由于具有优异性能成为了近年的研究热点之一，水热法及溶剂热合成法是近年来发展起来的合成一维纳米材料的有效方法。评述了近年来这两种方法在合成Ⅳ族一维无机纳米材料方面的研究现状与最新进展，重点介绍了水热法合成碳纳米管和纳米丝以及溶剂热合成法合成硅、锗纳米线等一维无机纳米材料的进展情况。最后比较了这两种方法的优缺点并对其发展作了展望。     

钴-铁双金属有机骨架衍生的硅/碳复合材料的制备及其电化学性能

硅拥有理论比容量高、锂化电压低和资源丰富的突出优势,是最具潜力的负极材料之一。然而,其巨大的体积变化导致的性能快速衰减和高成本的复杂合成工艺,仍是阻碍其工业化应用的关键。因此,我们通过将纳米硅嵌入到钴-铁双金属有机骨架(MOFs)中,制备得到多孔硅基复合材料(Si@CoFe/NC)。该结构兼具MOFs衍生材料的高导电性和独特的多孔特性,能有效的减缓充放电过程中电极的体积效应,因而展现出优异的电化学性能。所制备材料具有高达832 mAhg~(-1)(1Ag~(-1))的初始可逆比容量,且经过100次循环后,比容量依然维持在598mAhg-1。这项研究工作提出了一种简单的方法来制备具有优异电化学性能的硅基复合材料,在锂离子电池负极中具有较大的应用潜力。     

石墨烯银纳米线透明导电薄膜的制备进展

透明导电薄膜是触摸器件以及液晶显示器等的重要组成部分,制备透明导电薄膜的材料主要有金属氧化物、导电聚合物、碳材料、金属材料和复合材料等。其中,一维银纳米线和二维石墨烯材料制备透明导电薄膜具有光电性能优异、化学性能稳定和柔韧性好等特点,有望应用于柔性电子设备中。介绍了石墨烯银纳米线透明导电薄膜常用的制备方法:旋涂法、真空抽滤法、棒涂法、喷涂法、滴涂法等5种以及各种制备方法的优缺点;总结了石墨烯银纳米线复合薄膜的应用领域;展望了石墨烯银纳米线透明导电薄膜的发展前景。     

凹凸棒制备Si@C复合材料及其用于锂离子电池负极材料的电化学性能

硅因其超高的理论比容量而被视为最具潜力的下一代锂离子电池（LIBs）负极材料。目前，硅负极材料的高成本和极其苛刻的合成条件严重阻碍了其在LIBs中的使用。以天然凹凸棒为原料，通过水热法提纯和镁热还原反应制备了硅纳米颗粒（MRR Si），并进一步采用化学气相沉积法以乙炔为碳源制备了MRR Si@C复合材料，系统研究了其作为LIBs负极材料的储锂性能。研究结果表明:通过镁热还原制备的硅纳米在0.2 A/g的电流密度下可展现出2 362 mAh/g的比容量，首次库伦效率（CE）为71.87%，100次（0.5 A/g）循环充放电测试后比容量为909 mAh/g。相比之下，在MRR Si纳米颗粒表面沉积碳层后制备的MRR Si@C复合材料可展现出2 494 mAh/g的放电容量和78.92 %的高CE值。循环性能显示，该复合材料在0.5 A/g的电流密度下充/放电100次后的比容量值可达到1 324mAh/g。同时，该复合材料还可在5 A/g的大电流密度下依然可展现出高达844 mAh/g的高比容量。该MRR Si@C复合材料显示了优异的倍率性能和良好的应用前景。      

一维纳米结构碳化钨的研究进展

对一维纳米结构碳化钨的最新研究进展进行了综述。系统阐述了一维纳米结构(如纳米管、纳米棒、纳米线和纳米针)碳化钨的制备方法,包括催化气相沉积法、热分解法、磁控溅射法、温度程序反应法、爆炸式加热法和形状记忆法等,总结了一维纳米结构碳化钨的生长机理,探讨了目前存在的问题,并展望了未来的研究趋势。     

纳米材料在金属离子分析中的应用

纳米材料的特殊结构使其具有奇异的光、电、磁、热性能。目前,该材料在陶瓷、金属、聚合物纳米粒子、纳米结构合金、着色剂与化妆品,电子原件的制备,金属元素的分析等方面有广泛应用。本文分析了纳米材料在国内外的发展现状,综述了其制备方法、吸附金属离子的原理和应用,重点讨论纳米氧化物、纳米管、纳米线、纳米棒、杂化纳米材料以及分子印迹微纳米材料在金属离子分析方面的应用,并对其发展前景做了展望。     

纳米氧化锌生长研究获进展

中科院力学所科研人员利用气相沉积的方法，成功合成了多种形貌的微纳米氧化锌材料，比如纳米线、纳米棒、纳米锥、四足纳米氧化锌等，还实现了纳米氧化锌在碳纳米管上的直接生长，并制备出多种独特形貌的氧化锌微纳米材料，通过这种方法合成出来的材料具有很强的发光性能和催化活性。     

高介电常数栅介质的性能及与硅衬底间的界面稳定性

二氧化硅由于具有良好的绝缘性能及稳定的硅／二氧化硅界面而长期用于硅集成电路的制备。然而对于纳米线宽的集成电路，需要寻找新的高介电常数（高k）的栅极介质材料代替二氧化硅，以保持一定的物理厚度和优良的耐压及漏电性能。这些栅极候选材料必须有较高的介电常数，合适的禁带宽度，高质量的表面形貌和热稳定性并与硅衬底间有良好界面。此外，其制备加工技术最好能与现行的硅集成电路工艺相兼容。本文从固体物理和材料科学理论出发，阐述选择高k栅介质材料的基本原则，介绍目前研究的材料体系、制备方法、材料性能以及界面稳定性，并展望了这些高k栅介质材料的应用前景。     

水热法制备硅纳米线及其物理性能研究

采用水热法在高压反应釜内的高温、高压超临界水热环境下,以去离子水为反应介质,使活性高且难溶于水的一氧化硅粉末(SiO)通过硅原子的重结晶成核生长出本征硅纳米线。通过温度控制仪控制高压反应釜内温度和压力的变化,探索制备硅纳米线的最佳水热条件。通过多次实验探索,得知水热法制备硅纳米线的最佳条件是温度大于等于450℃、压力在9～10 MPa。然后通过扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱仪(EDX)、高分辨透射电镜(HRTEM)观察SiNWs的形貌和结构,分析其组成成分。通过SEM可观察到硅纳米线表面光滑、最小直径达50 nm及长度为3～5μm,由EDX图像可知SiNWs中只有硅和氧两种元素,而且Si∶O原子数比为3.5∶1.0。在HRTEM下可知硅纳米线是由芯部的晶体硅结构和外部无定形的二氧化硅包覆层组成,且包覆层小于5 nm。研究了本征SiNWs的拉曼光谱,发现拉曼主峰蓝移且在低频发生不对称宽化,分析认为是硅纳米线中存在的压应力和缺陷导致的。同时,在实验的基础上解释水热法制备SiNWs的机制,SiO在水热环境下歧化反应生成硅和二氧化硅,然后Si和SiO2开始堆叠生成SixO,即大量的纳米团簇,在一定温度下硅原子重结晶,同时在SixO的引导下沿一维方向生长。     

钨和碳化钨纳米线的研究进展

新型纳米材料———钨和碳化钨纳米线,以其特殊的一维纳米结构、优异的物理和化学性能而具有重要的学术研究价值和实用意义。该文首先综述了钨和碳化钨纳米线的最新研究进展,介绍了其几种典型的制备方法,即化学气相沉积法、物理气相沉积法、诱导气相沉积法、化学蚀刻法、自催化法、介孔层状结构卷曲法,进而分析了其生长机理,探讨了其存在的问题,并展望了未来的研究趋势。指出:现有各种制备钨和碳化钨纳米线的方法仅限于基础研究和小批量生产应用,而寻找某种简便、经济、能规模生产的新型制备方法,包括现已初获成功的锥形钨及碳化钨纳米线制备法,仍将是今后很长一段时间内的研究重点。     

磷基负极材料在金属离子电池中的现状与趋势

开发高性能二次电池材料是缓解能源与环境危机的有效途径。商业锂离子电池石墨负极由于理论容量较低且在钠离子电池中几乎不显示容量,无法满足人类日益增长的能量需求。红磷由于理论容量高（2596 mA∙h∙g^–1）、氧化/还原电位适宜、地球资源占比丰富以及价格低廉等优点成为碱金属离子电池研究中的热点,有望成为商业化大规模储能系统中应用的负极材料。但是,红磷在作为负极材料时具有导电性差、体积膨胀大等缺点,导致活性材料利用率低,电极粉化现象严重,电极循环稳定性差,严重限制了其在二次电池中的商业应用。最近研究表明,通过合理的结构设计可以有效地提高红磷的电子导电率及结构稳定性,进而改善红磷负极的循环稳定性和倍率性能,促进红磷在商业锂/钠离子电池中的广泛应用。本文综述了近年来纳米红磷负极材料在可控合成方法、结构设计与改性以及性能优化机理上的研究进展。最后,总结了目前红磷负极材料研究存在的问题,并提出可能的应对策略,对纳米红磷基负极材料未来在电池领域发展前景进行了展望,旨在促进其商业应用。     

锂离子电池多孔硅碳负极材料制备及其性质研究

以氧化亚硅为原料,利用氧化亚硅的歧化反应制备纳米硅颗粒、二氧化硅均匀分散的前驱体,然后利用低残余碳的原位高温固相分解制备得到了多孔结构的硅碳材料,并对材料的表面及微观结构和电化学性能进行了表征。SEM显示材料呈微米级多孔球形分布,该结构可以有效吸收充放电过程中硅的晶格膨胀。XRD和TEM结果表明,氧化亚硅材料在950℃开始发生歧化反应。首次比容量达到了1300.2mAh/g,库伦效率达到了84.5%。硅碳石墨复合材料首次比容量为462.6mAh/g,库伦效率为90.5%,循环50圈后比容量为441.7mAh/g,仍远高于常见石墨负极。