BaTi_(1-x)Ce_(x)O_(3)陶瓷结构特性与介电性能的实验研究及第一性原理计算EI

BaTiO_(3)具有高介低损、廉价环保的优点,但其介电常数在相变温度附近发生非线性变化的特性限制了其在宽温稳定型电容器领域的应用。为改善BaTiO_(3)的介温特性,本工作利用固相合成法制备BaTi_(1-x)Ce_(x)O_(3)(x=0~0.20)陶瓷,在BaTiO_(3)的B位(Ti位)引入Ce掺杂,通过实验方法研究不同Ce掺杂量对陶瓷相演变、缺陷状态、微观形貌与介电性能的影响规律,并结合第一性原理计算方法探究掺杂改性的作用机理。结果表明:在所有陶瓷样品中,Ce元素均以Ce 4+形式完全进入B位。随着Ce掺杂量的增加,BaTi_(1-x)Ce_(x)O_(3)陶瓷的室温结构由四方/赝立方共存结构转变为正交/四方结构,再转变为赝立方相结构。由于Ce 4+与Ti 4+的离子半径差异,Ce掺杂使得陶瓷的晶格常数上升,导致局部晶格畸变与铁电结构长程有序度的降低,引起能带结构、态密度与电荷密度分布的变化,并诱发Ba空位与Ti空位的生成。相较纯BaTiO_(3)陶瓷而言,Ce掺杂使得陶瓷的平均晶粒尺寸出现先减小后增加的变化规律,而陶瓷的致密度则逐渐上升。BaTi_(1-x)Ce_(x)O_(3)陶瓷的峰值介电常数随Ce掺杂量上升呈现先上升后下降的变化规律,其介电常数峰值温度在x=0~0.08成分区间内由122℃缓慢下降至112℃,而在x=0.08~0.20区间内快速下降至-3℃。具有x≥0.06取值的BaTi_(1-x)Ce_(x)O_(3)陶瓷表现出弥散相变的介电行为,而x=0.20陶瓷具有弛豫铁电体的典型特征,室温介电常数3258.38(10 kHz),|Δεr/εr25℃|≤22%的温度区间为-60~87℃,介温稳定性符合EIA X5S标准。由此可见,B位Ce掺杂可以有效改善BaTiO_(3)介电常数在变温环境中的稳定性,这将为研发宽温范围内具有稳定介电性能的介质材料提供新的思路。     

BaTi1-xCexO3陶瓷结构特性与介电性能的实验研究及第一性原理计算

BaTiO₃具有高介低损、廉价环保的优点,但其介电常数在相变温度附近发生非线性变化的特性限制了其在宽温稳定型电容器领域的应用。为改善BaTiO₃的介温特性,本工作利用固相合成法制备BaTi_1-xCe_xO₃(x=0～0.20)陶瓷,在BaTiO₃的B位(Ti位)引入Ce掺杂,通过实验方法研究不同Ce掺杂量对陶瓷相演变、缺陷状态、微观形貌与介电性能的影响规律,并结合第一性原理计算方法探究掺杂改性的作用机理。结果表明：在所有陶瓷样品中,Ce元素均以Ce⁴⁺形式完全进入B位。随着Ce掺杂量的增加,BaTi_1-xCe_xO₃陶瓷的室温结构由四方/赝立方共存结构转变为正交/四方结构,再转变为赝立方相结构。由于Ce⁴⁺与Ti⁴⁺的离子半径差异,Ce掺杂使得陶瓷的晶格常数上升,导致局部晶格畸变与铁电结构长程有序度的降低,引起能带结构、态密度与电...     

PS转炉大气污染物特征及影响因素分析

PS转炉吹炼是铜冶炼的一个重要工艺过程,其特殊的间断式操作导致其无组织烟气逸散明显。为有效控制PS转炉的大气污染,从PS转炉大气污染物产生与排放的特征出发,分析了工艺路径及环保措施对其大气污染物特征的影响,提出了降低PS转炉大气污染物排放的措施和途径。     

CoSb3基方钴矿化合物的Ga,In掺杂及相关复杂缺陷的研究

通过第一性原理与热力学结合的方法,研究了Ga,In等掺杂的Co Sb3基方钴矿化合物中的复杂缺陷问题。详细计算了Ga,In在Co Sb3中填充,Co,Sb位置替换以及填充-替换同时共存等缺陷的形成能。研究结果表明,缺陷形成能与费米能级、化学势等相关。Ga,In等在方钴矿中不是单纯的填充,而是填充和Sb位置替换同时共存的复杂缺陷。Ga掺杂以填充-替换比例2∶1的缺陷为主,而In掺杂,根据不同的条件可形成填充,替换,以及不同比例的填充替换复合缺陷,其中尤其以4∶2和2∶1最多。根据巨正则系宗,研究了Ga,In掺杂系统的载流子浓度和各缺陷的浓度。发现Ga,In掺杂的方钴矿由于填充和替换电荷的自补偿效应,其载流子浓度较低,尤其是Ga填充,具有类似本征半导体的低载流子浓度,且得到实验证实。In掺杂系统由于填充替换的比例偏离2∶1,填充位置的In比Ga的稍高一些,因此具有比Ga掺杂更高的载流子浓度。     

热电材料的第一性原理高通量研究

热电材料是一种新型能量转换材料, 在温差发电或通电制冷等领域具有广泛应用。热电优值ZT值是衡量热电材料能量转换效率的关键参数, ZT值要求热电材料具有优异的电输运性能及较低的热导率。传统第一性原理热电材料研究往往关注少量样本下的电热输运性质理解与优化, 很难得到系统性的规律, 也不利于新体系的设计优化。材料基因组计划力求通过大数据、高通量手段去加速材料设计与发现, 具有广阔的发展前景。在热电材料研究领域, 第一性原理高通量计算也将在新材料预测与性能优化等方面起到越来越重要的作用。另一方面, 高通量研究也带来了新的挑战, 譬如电热输运性质的高通量算法发展、大数据分析手段等等, 这些方面的问题决定了高通量方法在材料应用中的效率与准确性。本文综述了热电材料中现有的电热输运性质高通量计算方法, 介绍了这些方法具体的应用案例, 并对高通量与热电材料结合的未来发展趋势进行了展望。     

亚晶格导电通道与新型热电材料高通量筛选

介绍了硫族类金刚石体系、ABX2型类金刚石体系和Cu2Se热电材料中的亚晶格导电通道的基本特征.同时,利用近年来本组发展的高通量筛选手段和电热输运计算方法,对于类金刚石结构体系进行了新体系热电性能的预测,得到了ZT>1.0的新型热电材料.大数据方法的运用也进一步揭示了类金刚石结构体系中普遍存在的亚晶格导电通道.