SrSc0.5Nb0.5O3改性BNT基无铅陶瓷的储能特性研究

采用SrSc_0.5Nb_0.5O₃与(Bi_0.5Na_0.5)(Ti_0.95Al_0.025Nb_0.025)O₃固溶构建了无铅陶瓷体系材料(1-x)(Bi_0.5Na_0.5Ti_0.95Al_0.025-Nb_0.025O₃)-x(SrSc_0.5Nb_0.5O₃)(简记为(1-x)BNTA-x SSN,x=5%、10%、15%、20%,摩尔分数)。通过传统固相反应法制备陶瓷,研究了SrSc_0.5Nb_0.5O₃的引入对其结构、相变、储能和介电性能的影响。研究结果表明,(1-x)BNTA-x SSN样品为钙钛矿结构。其最大介电常数对应温度T_m...     

基于氧化物基电解质栅控晶体管突触的关联学习

电解质栅控晶体管(Electrolyte-gated transistors, EGTs)的沟道电导连续可调特性使其在构建神经形态计算系统中具有巨大应用潜力。本工作以非晶态Nb₂O₅作为沟道材料, Li_xSiO₂作为栅电解质材料,制备了一种具备低沟道电导(～120n S)的EGT器件。该器件利用Li⁺嵌入/脱出Nb₂O₅晶格导致的沟道电导连续可逆变化,模拟了神经突触的短程可塑性(Short-termplasticity,STP)、长程可塑性(Long-termplasticity,LTP)以及STP向LTP的转变等功能。基于这种EGT突触特性,本工作设计了关联学习电路,实现了突触权重的负反馈调节,并模拟了“巴普洛夫的狗”经典条件反射行为。这些结果展现出EGT作为神经突触器件的巨大潜力,为实现神经形态计算硬件提供了器件参考。     

HfO2铁电薄膜基MFIS存储结构中的高κ介电晶籽层效应研究:铁电正交相生长和界面电荷注入抑制(英文)

HfO₂基材料铁电场效应晶体管(FeFET)商业化应用面临的一个重要挑战是其疲劳特性差.本文提出,在基于金属-铁电-绝缘层-半导体(MFIS)栅叠层结构的FeFET中研发合适的高κ界面晶籽层(SL)以大幅度提升其疲劳性能.我们在ZrO₂, HfO₂,(HfO₂)_0.75(Al₂O₃)_0.25 (HAO)和Al₂O₃等典型的高κ介电SL上制备了Hf_0.5Zr_0.5O₂ (HZO)铁电薄膜,系统研究了HZO薄膜的微观结构、铁电性及其MFIS器件的存储特性.首先,揭示了HZO薄膜中铁电正交相的形核和生长不仅受高κ介电SL表面能的影响,而且其微观结构对HZO中正交相的形成也起到重要作用.其次,澄清了高κ介电晶籽层对MFIS结构存储特性的影响,通过精确计算的MFIS结构的界面层电场,对MFIS结构的存储特性做出了合...     

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。     

Ni0.5Co0.5Fe2O4铁氧体/氰酸酯-环氧树脂复合材料的制备和性能

采用水热法合成Ni_0.5Co_0.5Fe₂O₄铁氧体,并应用于氰酸酯-环氧树脂（CE-EP）复合材料的增韧改性,研究Ni_0.5Co_0.5Fe₂O₄铁氧体对CE-EP固化反应、力学性能及热稳定性的影响。XRD和SEM结果表明,所合成的Ni_0.5Co_0.5Fe₂O₄铁氧体结晶性好、纯净、呈块状,粒径约为20 nm。性能研究表明,Ni_0.5Co_0.5Fe₂O₄铁氧体的加入对CE和EP间的固化反应速度影响不大,且不会改变树脂基体的固化反应机制。与纯CE-EP树脂体系相比,Ni_0.5Co_0.5Fe₂O₄铁氧体/CE-EP复合材料在保持CE-EP玻璃化转变温度（T_g）的基础上明显改善了其韧性,当Ni_0.5Co_0.5Fe₂O₄铁氧体质量分数为3wt%时,其冲击强度和弯曲强度达到最大值,较纯CE-EP树脂基体分别提高了65%和30.3%;但其热分解温度略有降低,可能是由于Ni_0.5Co_0.5Fe₂O₄铁氧体对CE-EP树脂基体高温分解的催化作用造成的。      

微波可调BaSrZnSi2O7-Ba0.5Sr0.5TiO3复合陶瓷的结构与介电性能关系

采用传统电子陶瓷工艺制备出BaSrZnSi₂O₇-Ba_0.5Sr_0.5TiO₃复合陶瓷,系统研究了其相结构、微观结构和介电性能。研究表明：随着BaSrZnSi₂O₇的加入,样品的居里峰向低温方向移动;但BaSrZnSi₂O₇加入量达到一定程度后,居里峰在一定的温度下保持稳定。调制特性变化规律类似于居里峰的移动。品质因数（Q值）的变化主要取决于微波材料加入后的"掺杂"和"复合"效果。当BaSrZnSi₂O₇质量分数为60wt% 时,复合材料表现出良好的综合特性：介电可调率为 16%（10 kHz）,介电常数为152,Q值达到417（2.720 GHz）,表明BaSrZnSi₂O₇-Ba_0.5Sr_0.5TiO₃复合陶瓷是电可调微波器件很好的潜在应用材料。     

PrBi4Fe0.5Co0.5Ti3O15多铁陶瓷的性能研究

采用传统固相反应法与两步合成法制备了PrBi₄Fe_0.5Co_0.5Ti₃O₁₅陶瓷, 研究了Pr与Co共掺杂对Bi₅FeTi₃O₁₅陶瓷的结构、磁性能以及介电性能的影响。X射线衍射分析显示, 传统固相反应法制备的样品比两步法制备的样品更容易形成单相结构。铁电和磁性测量证明样品具有多铁性, 并且Pr与Co共掺杂能大幅提高材料的磁性能, 固相反应法与两步合成法制备的样品在室温下的剩余磁化强度(2M_r)分别为0.315, 0.576 Am²/kg, 比文献报道的Bi₅FeTi₃O₁₅陶瓷的2M_r ( 2.7 Am²/kg ) 高5个数量级, 比掺Co的Bi₅Fe_0.5Co_0.5Ti₃O₁₅陶瓷2M_r ( 7.8×10^-3 Am²/kg ) 高2个数量级。     

基于低温原位法制备Ga2O3或In2O3电子收集层的高效有机太阳电池

有机太阳电池(OSCs)中,温和的界面材料制备工艺对于拓宽材料适用范围和提高器件能量转换效率(PCE)具有重要作用.本文提出了简便易行的In₂O₃和Ga₂O₃电子收集层的制备方法,即旋涂In(acac)3和Ga(acac)3异丙醇前驱体溶液并结合低温热退火.在基于PM6:Y6的OSCs中引入In₂O₃和Ga₂O₃电子收集层,得到了性能优异的器件, PCE分别达到16.17和16.01.对比研究发现, In₂O₃的功函数WF为4.58 eV,这比WF为5.06 eV的Ga₂O₃更有利于与ITO电极形成欧姆接触,因此基于前者的器件开路电压更高.此外,电化学阻抗谱EIS的研究进一步揭示了In₂O₃和Ga₂O₃对器件内部电荷转移过程的影响及其性能差异的由来:In₂O₃的串联电阻损耗虽然较低,但Ga₂O₃的复合电阻较高,所以一定程度上提高了基于Ga₂O₃的器件的填充因子,进而补偿了其串联电阻的损失.本论文的对比研究发现, In₂O₃和Ga₂O₃都是OSCs优异的电子收集层.     

等离子体处理对突触晶体管长程塑性的影响

作为神经形态计算系统的基本组成单元,人工突触器件在高性能并行计算、人工智能和自适应学习方面具有巨大的应用潜力。其中,电解质栅突触晶体管(Electrolyte-gated synaptic transistors, EGSTs)以其沟道电导的可控性成为下一代神经形态器件被广泛研究的对象,并用来模拟神经突触功能。EGSTs因双电层的快速自放电效应,导致其存在长程塑性持续时间较短和沟道电导不易调控等问题。本研究采用水诱导的In₂O₃薄膜作为沟道材料,以壳聚糖作为栅电解质材料,制备了基于In₂O₃的EGSTs,并对器件沟道层进行了氧等离子体处理。研究发现,利用氧等离子体中的活性氧自由基在沟道层表面产生陷阱态,使更多氢离子在电解质/沟道界面处被俘获,器件性能表现为回滞窗口增大,对EGSTs器件的长程塑性实现调控。基于双电层的静电耦合效应和电化学掺杂效应,本研究利用EGSTs器件模拟了神经突触的兴奋性突触后电流(EPSC)、双脉冲易化(PPF)、短程塑性(STP)和长程塑性(LTP)等突触行为。同时,基于该器...     

管状g-C3N4/ZnIn2S4纳米片异质结通过促进电荷分离实现高效光催化合成H2O2(英文)

过氧化氢(H₂O₂)是一种环保的活性氧和重要的绿色氧化剂.然而,到目前为止,实现高效和绿色可持续H₂O₂生产仍然面临挑战.本文中,我们展示了管状氮化碳(TCN)和ZnIn₂S₄ (ZIS)纳米片(TCN/ZIS)异质结的光催化产H₂O ₂性能:3小时内H₂O ₂的生产速率为2.77 mmol g^-1h^-1,分别为单独的TCN和ZIS的3.4倍和23.1倍.实验结果表明,TCN/ZIS异质结优异的光催化活性主要源于ZIS促进了电荷分离从而通过将O₂还原为·O₂^-,然后生成H₂O₂来实现质子耦合电子转移过程.该工作提出了一种高效、绿色的H₂O₂生产策略,对环境修复具有重要科学意义...     

Sb掺杂O3型Na0.9Ni0.5Mn0.3Ti0.2O2钠离子电池正极材料

提高钠离子电池正极材料的循环稳定性和比容量是实现其广泛应用的关键,基于引入特定杂元素可优化正极材料结构稳定性和比容量的策略,本研究采用便捷的固相反应法制备O3-Na_0.9Ni_0.5Mn_0.3Ti_0.2O₂(NMTSb_x, x=0,0.02, 0.04, 0.06)系列层状氧化物正极材料,对比研究了Sb掺杂对Na_0.9Ni_0.5Mn_0.3Ti_0.2O₂正极材料储钠性能的影响。测试结果表明,引入Sb后过渡金属层中氧原子之间的静电斥力减小,晶格间距扩大,有利于Na⁺的脱嵌。且掺杂Sb所造成的强电子离域降低了整个系统的能量,获得了更有利于循环充放电的稳定性结构。在2.0～4.2 V测试范围下,未掺杂的NMTSb₀在1C(240mA·g^-1)倍率下初始放电比容量为122.8mAh·g^...     

多孔Al2O3f/Al2O3复合材料研究进展

作为20世纪90年代兴起的一类连续陶瓷纤维增强陶瓷基复合材料,连续氧化铝纤维增韧氧化铝(Al₂O_3f/Al₂O₃)复合材料已经发展为与C_f/SiC、SiC_f/SiC等非氧化物复合材料并列的陶瓷基复合材料。以多孔基体实现基体裂纹偏转成为Al₂O_3f/Al₂O₃复合材料主要的增韧设计方法,形成的多孔Al₂O_3f/Al₂O₃复合材料具有优异的抗氧化性能和高温力学性能,可在高温富氧、富含水汽的中等载荷工况中长时服役,是未来重要的热结构材料。经过近30年的发展,多孔Al₂O_3f/Al₂O₃复合材料已被应用于航空发动机、燃气轮机等热端部件。本文综述了多孔Al₂O_3f...     

具有优异储能性能与充放电特性的类线性NaNbO3基无铅弛豫反铁电陶瓷

反铁电材料由于电场诱导的反铁电-铁电相变而在高性能介质储能电容器应用中显示出极大的潜力。然而,场致相变带来大的极化滞后使得反铁电材料难以同时获得高储能密度(Wrec)和高储能效率(η)。本工作通过在0.76NaNbO₃-0.24(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃中引入第三组元Bi(Mg_0.5Ti_0.5)O₃调控其弛豫特性,改善了NaNbO₃基无铅反铁电陶瓷的储能性能。采用传统固相合成法制备了(0.76–x)NaNbO₃-0.24(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-xBi(Mg_0.5Ti_0.5)O₃无铅弛豫反铁电陶瓷材料,并研究了该材料的相结构、微观形貌以及介电、储能和充放电特性。结果表明,引入Bi(Mg_0.5Ti_0.5)O...     

AuAg/Bi2O3复合材料的光催化降解和还原性能

先用聚丙烯酰胺凝胶法制备出Bi₂O₃颗粒,然后用光还原法将粒径为6~18 nm的AuAg合金纳米颗粒修饰在Bi₂O₃颗粒表面,制备出AuAg/Bi₂O₃复合光催化剂。AuAg合金纳米颗粒的等离子体共振吸收效应(SPR)使AuAg/Bi₂O₃复合物能吸收波长为~577 nm的可见光,拓展了Bi₂O₃的光响应范围,还促进了Bi₂O₃中光生电荷的分离。以甲基橙(MO)、罗丹明(RhB)和铬离子(Cr(VI))作为目标反应物,在模拟太阳光和可见光照射下考察了AuAg/Bi₂O₃的光催化降解和还原活性,发现AuAg合金纳米颗粒修饰提高了Bi₂O₃的光催化性能。用模拟太阳光照射2 h后,RhB和MO的降解率以及Cr(VI)的还原效率分别提高了~34.2%,~38.0%和~56.7%。同时,AuAg/Bi₂O₃还具有良好的光催化和结构稳定性。基于以上结果,提出了AuAg合金纳米颗粒对Bi₂O₃光催化性能的改性机理。     

铁电相BiFeO3对多铁复合薄膜CoFe2O4-BiFeO3铁磁性能的影响

为了研究铁电相BiFeO₃对复合薄膜磁性能的影响,在LaNiO₃ (LNO)缓冲层的Si (100)衬底上旋涂制备了含有0、6、9、10层等不同厚度BiFeO₃的层状CoFe₂O₄-BiFeO₃ (CFO-BFO) 多铁复合薄膜。采用XRD、SEM以及TEM对其结构和形貌进行了表征,采用振动样品磁强计测量磁性,研究了不同厚度BFO对复合薄膜磁性的影响。结果表明: CFO和BFO在异质结构薄膜中共存。缓冲层LNO和铁磁相CFO薄膜具有精细微观结构及明显界面。铁电相BFO的厚度对CFO-BFO复合薄膜的磁性能产生了很大影响。在含有不同层数铁电相BFO的复合薄膜中,含有9层BFO复合薄膜的饱和磁化强度最大,达到了230 emu·cm^-3,相比无铁电相BFO的薄膜,饱和磁化强度提高了18.6%。初步讨论认为: 随着铁电相BFO厚度的增加,CFO与BFO之间的应力传导引起了复合薄膜饱和磁化强度的提高。     

Mn离子掺杂Pr0.5Ba0.5Fe0.9Mn0.1O3-δ钙钛矿SOEC阴极电解CO2性能研究

固体氧化物电解池(SOEC)电解CO₂时其阴极是CO₂还原反应发生的场所,也是SOEC取得高性能的关键环节。研究了Mn离子掺杂的Pr_0.5Ba_0.5Fe_0.9Mn_0.1O_3-δ(PBFM)钙钛矿材料作为SOEC阴极电解纯CO₂的性能。结果表明在850℃、1.8 V的电解电压下基于PBFM阴极的SOEC电流密度可达1.7 A·cm^-2,较使用未掺杂的Pr_0.5Ba_0.5FeO_3-δ(PBF)阴极提升了约30%;同时,电池的极化阻抗下降约60%,电化学性能增长主要来源于掺杂后氧空位浓度的增加。在800℃、1.3 V恒压的条件下70 h的长期测试中,PBFM电池没有表现出明显的衰减,且长期测试后的电极没有积碳现象。研究证明PBFM是一种有前景的电解CO₂ SOEC阴极材料。     

氟代线性碳酸酯对高电压LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2/人造石墨软包电池性能的影响

LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极材料因能量密度高、循环稳定性好及安全性高而被认为是最有前途的高能量密度锂离子电池正极材料之一。然而，传统的常规碳酸酯基电解液的耐氧化性较差，导致LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极材料在高电压条件下的容量快速衰减。在氟代碳酸乙烯酯(FEC)的基础上，研究了氟代线性碳酸酯(如二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯(TFEC)及甲基(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯(MTFEC))替代碳酸二乙酯(DEC)在高电压下的循环稳定性。电化学测试结果表明，TFEC、MTFEC替代DEC后，4.5 V LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂/人造石墨软包电池45℃循环700圈后容量保持率分别从45.5%提高到72.5%、81.6%。线性扫描伏安法(LSV)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线...     

Bi0.5Na0.5TiO3和Bi0.5K0.5TiO3含量对三元固溶体系无铅PTC热敏陶瓷性能的影响

PTC热敏陶瓷的无铅化是绿色智能加热及电路智能保护元件研制的重要前提。为了获得可在空气气氛下烧结且兼具高居里温度和高升阻比的无铅化PTC热敏陶瓷,本工作采用固相法制备了(1-x)BaTiO₃-0.5xBi_0.5Na_0.5TiO₃-0.5xBi_0.5K_0.5TiO₃和0.98BaTiO₃-0.02yBi0_.5Na_0.5TiO₃-0.02(1-y)Bi_0.5K_0.5TiO₃三元固溶体系无铅PTC热敏陶瓷材料,研究了不同含量的Na和K元素对无铅PTC热敏陶瓷材料的烧结特性和电学性能的影响。结果表明,BNT和BKT均与BaTiO₃形成固溶体,随着BNT含量的增加,PTC陶瓷平均晶粒尺寸减小;当BNT和BKT含量相同时,PTC陶瓷可以在较宽的烧结温度范围内实现半导化,且在...     

不同pH值下水基Ni0.5Zn0.5Fe2O4磁流体的沉降稳定性分析

为了深化水基磁流体的沉降稳定性研究,对水基Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄磁流体在不同pH值下的沉降稳定性进行了测定,并对试验结果进行分析。研究结果表明OA(油酸)质量分数为4%、SDS(十二烷基硫酸钠)质量分数为3%、Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄质量分数为2.5%时,制备的磁流体稳定性最好。当pH<7时,磁流体的沉降稳定性随着pH值的减小而降低,黏度随着pH值的减小而增大;当pH>7时,磁流体的沉降稳定性随着pH值的增大而降低。该磁流体具有良好的热分散性,温度越高磁流体的分散性越好,pH值对磁流体的热分散性有一定的影响。pH值对磁流体的磁场沉降稳定性和磁黏特性有重要影响,在恒定或递增磁场的作用下,磁流体的沉降系数和黏度随磁场和pH值的变化而变化。     

在900℃添加CeO2 对SiO2-Al2O3-ZnO-CaO搪瓷析晶和热震行为的影响

在SiO₂-Al₂O₃-ZnO-CaO-ZrO₂-TiO₂搪瓷中加入10%~20%(质量分数)粒径为20~50 nm的CeO₂颗粒,制备出SiO₂-Al₂O₃-ZnO-CaO搪瓷,用扫描电子显微镜(SEM)/能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和透射电镜(TEM)研究其在900℃空气中的析晶行为和相演变。结果表明：添加20%的CeO₂颗粒可阻碍针状ZrSiO₄和羽毛状CaTiSiO₅晶体的析出,随着CeO₂颗粒添加量的提高阻碍作用增强;CeO₂与搪瓷中的ZrO₂结合生成固溶体促进初生晶体CaZrTi₂O₇析出,而CaZrTi₂O₇随着烧结时间的延长几乎不转变为ZrSiO₄。同时,在生成CaZrTi₂O₇晶体的过程中Ca和Ti的消耗也抑制了CaTiSiO₅晶体的析出。这表明,添加20%的CeO₂可使这种搪瓷体系在900℃保持较高的稳定性和优异的抗热震性能,从而延长搪瓷的使用寿命。