“声子液体”热电材料研究进展

热电转换技术利用半导体材料的塞贝克效应(Seebeck effect)和帕尔贴效应(Peltier effect)可实现热能与电能的直接相互转换,是一种清洁利用能源的有效方式.快离子导体一般应用于电池材料.本文论述了近期研究中采用快离子导体的基本特性来探索高性能热电材料的研究进展,详细介绍了快离子导体的两套亚点阵结构可有效优化材料的电热输运特性,从而实现热电材料的"横波阻尼效应";提出了"声子液体"新概念,为热电材料性能优化和新热电化合物的探索提供新的思路和方向.     

含微量过渡元素的铁基纳米晶合金性能的研究

近年来,具有纳米级晶粒尺寸的多晶材料的研究引起了人们极大的兴趣。很重要的原因是晶界已成为该材料中一项不可乎略的组元。这些材料中大量晶界的存在导致许多与微结构特性有关的性能发生变化,如反常Hall-Petch关系的发现。Lu等提出了利用非晶晶化法制备大块纳米晶合金,即通过控制热处理工艺使非晶条带、丝或粉晶化成具有一定晶粒尺寸的纳米晶材料,为直接生产大块纳米晶合金提供了可能性。本文利用该方法成功地制备了晶粒尺寸在15-250nm范围内的Fe-TM-Si-B(TM-Cu,Mo)多晶合金,并研究了显微硬度     

热电材料中自旋轨道耦合效应对电输运的影响

自旋量子效应对材料电输运性质的影响,是一个物理和材料领域的基础问题。热电材料能够实现电能和热能相互转换,其往往含有重元素,自旋轨道耦合效应对电性能的影响不容忽视。自旋轨道耦合造成的Zeeman型能带劈裂效应降低能带带边的简并度和能态密度,对热电材料的输运性质不利;而自旋熵和Rashba型自旋劈裂效应对热电性质有益,其中的Rashba自旋劈裂效应能够产生新奇的低维化电输运。拓扑绝缘体中非平庸电子结构对电输运调控提供新的方向。     

非晶晶化法制备纳米晶Cu-Ni-Sn-P合金

纳米晶材料是一种单相或多相的多晶材料,其晶粒尺寸通常在1—25nm之间.由于特殊的微观结构,如高密度的晶界(可达50%)及晶界部分无短程序的结构特征,使其成为在结构(原子结构和电子结构)和性能上均不同于通常的晶态和非晶态的一种具有潜在应用价值     

晶态与非晶态双相结构的纯稀土纳米块体材料及其制备机制

以稀土单质钐为例, 研究了通过放电等离子烧结制备晶态与非晶态结构的纳米块体材料及其形成机制. 实验获得了非晶态、晶态与非晶态双相结构的纯稀土纳米块体材料及纳米多晶块体材料. 制备的纳米多晶块体晶粒尺寸均明显小于初始纳米粉末粒径, 改变了以往由纳米粉末烧结制备块体纳米晶材料时人们关于纳米晶粒尺寸必定大于初始粉末粒径的传统认识, 为粉末烧结制备纳米块体材料提供了创新思路和制备方法. 提出的材料制备机制及技术可推广至多种纳米块体材料的制备, 为研究稀土纳米材料的物理、化学、力学性能及其纳米尺寸效应提供了先决条件.     

空心纳米线热导率和比热:理论模型构建与尺度效应分析

具有独特一维空心结构的金属纳米线,由于其优异的轴向热导率和电导率以及轻质、高强度等特点,在高性能热界面材料和热电材料制备等领域展现了潜在应用价值.然而目前空心纳米线热导率和比热理论模型欠缺,本文在综合考虑了热输运电子和声子的平均自由程,群速度和比热尺度效应的前提下,建立了空心纳米线的热导率和比热模型.基于此模型,深入探讨了空心铜纳米线热导率与长度和壁厚的依赖关系,以及其电子热导率和声子热导率与壁厚的关联关系.最后分析了空心铜纳米线热导率产生尺度效应的原因,并从载流子热输运性质层面进行了解释.研究结果表明,本文提出的理论模型可精确预测一维空心纳米线的热导率,相关系数大于90%;空心铜纳米线和实心铜纳米线的热导率随长度和壁厚的变化均表现出显著的尺度效应,且实心铜纳米线的热导率大于空心铜纳米线;实心铜纳米线的电子热导率大于空心铜纳米线,而二者的声子热导率近似相等;空心铜纳米线的声子体积热容表现出显著的尺度效应,其值最大可达到体材料的1.6倍、同尺寸实心铜纳米线的1.2倍.本文的研究进一步加深了对空心纳米线比热和热导率的理论理解,有助于推进其实际应用.     

外延型全高T_c边缘结的制备与性能研究

约瑟夫森效应曾在以不同方法制备的高T_c超导弱连接中被观察到。虽然这些材料的相干长度较短,但其中的天然晶界使约瑟夫森器件的制备变得比较容易。不过,使用这些多晶的块材或薄膜制备的器件一般具有较大的噪声。实验表明,噪声源于多晶薄膜区的磁通蠕动(flux creeping)。因此,近年来随着优质的高T_c外延膜技术的成熟,人们对于在外延膜上     

MnS粒子对Fe-3%Si合金晶界迁移的影响

统计观察了热变形Fe-3%Si合金中MnS粒子在900℃的析出行为, 并利用过饱和固溶体中第二相粒子析出模型计算了MnS粒子的位错析出与晶界析出的相对关系; 观察和计算都表明, MnS析出以位错形核为主. 在二次再结晶过程中, 晶界上MnS析出粒子的粗化过程决定了晶界的可迁移性; 但在晶粒尺寸效应之外, 晶界两侧晶粒内位错析出MnS粒子密度的差异对晶界迁移的方向也发挥了决定性作用. 观察发现, 迁移晶界两侧晶粒内往往显示出不同的MnS粒子密度, 而晶界则倾向于向粒子密度较低的一侧迁移. 不同取向晶粒内的位错密度等因素会影响到析出粒子的密度, 高粒子密度的Goss取向晶粒易于长大.     

低晶格热导率热电材料

热电材料能够实现热能和电能之间的直接相互转换,被视为具有广泛应用前景的清洁能源材料。热电材料的规模化应用主要受制于其较低的能量转换效率,因此提高材料的热电性能仍然是当前研究的重心。优化电输运性能和降低晶格热导率是提升热电性能的两条主要途径。相较于强关联的电导率和塞贝克系数,晶格热导率相对可以独立调控,因此如何获得低晶格热导率成为热电材料研究的热点。文章综述了利用晶体缺陷包括点缺陷、线缺陷、面缺陷、填隙原子等降低晶格热导率的方法及其声子散射机制,并对低维、低声速、低比热等热电材料的研究进展及其具有本征低晶格热导率的机制进行了介绍。     

(Fe_(1-x)Nb_x)_(84)B_(16)的电阻压力特性

对金属玻璃的电阻特性已进行了广泛的研究。宽温区内,对金属玻璃电阻-温度特性的研究是进行较早和较多的项目,先后已提出数种理论模型,以推广的Ziman模型、Mott的s-d散射模型及类Kondo模型常为人们引用,其中推广的Ziman模型除能解释金属玻璃的电阻-温度特性外,还可以用以解释热电势等现象,更为人们所关注。但此理论模型是以近自由电子模型为基础,并采用了弱散射近似条件(即电子平均自由程L》平均原子间距a),又使人们难以理解此模型的成功,金属玻璃中,一般L≈a,是不能满足此近似条件的;另外,它也不能解释电阻-温度特性中的饱和效应和难以解释已在一些金属玻璃中观察到的正Hall     

低晶格热导率热电材料

热电材料能够实现热能和电能之间的直接相互转换，被视为具有广泛应用前景的清洁能源材料。热电材料的规模化应用主要受制于其较低的能量转换效率，因此提高材料的热电性能仍然是当前研究的重心。优化电输运性能和降低晶格热导率是提升热电性能的两条主要途径。相较于强关联的电导率和塞贝克系数，晶格热导率相对可以独立调控，因此如何获得低晶格热导率成为热电材料研究的热点。文章综述了利用晶体缺陷包括点缺陷、线缺陷、面缺陷、填隙原子等降低晶格热导率的方法及其声子散射机制，并对低维、低声速、低比热等热电材料的研究进展及其具有本征低晶格热导率的机制进行了介绍。     

超导单晶晶须的生长

一、引言 在多晶氧化物超导材料中,由于晶界及晶粒取向造成的颗粒弱连接,限制了临界电流密度的提高,使其难于达到实用要求。为了深入研究氧化物超导材料的晶体结构、超导性与其他物理性能,大幅度提高J_c值以满足实用要求,制备高质量大尺寸的单晶是非常重要的,尤其是柔     

高T_c氧化物超导材料的显微结构特点

高T_c氧化物超导材料的晶体结构已基本明了。然而,由于多晶氧化物超导材料中晶粒大小、分布、取向的不同,以及晶界、气孔、杂质相和缺陷等显微结构的影响,给制备高T_c的超导材料带来困难。因此,研究超导材料显微结构的特点以及它们与J_c的关系,已成为目前高T_c材料研究的一项重要课题。本文利用透射电子显微镜,试图从晶粒、晶界等超导材料的显     

高性能Ag-Pb-Sb-Te体系半导体热电材料的制备与性能

采用机械合金化(MA)和放电等离子烧结(SPS)方法制备了高性能的Ag-Pb-Sb-Te体系块体热电材料. 利用XRD和SEM等表征手段分析了材料的物相组成和微观结构, 详细研究了组分变化, 尤其是Pb含量的改变对Ag_0.8Pb_18+xSbTe20体系材料热电性能(包括电阻率、Seebeck系数、功率因子、热导率和热电优值等)的影响规律. 研究表明, Ag-Pb-Sb-Te体系材料的最佳组成为Ag_0.8Pb_22.5SbTe₂₀, 对应的最大热电优值为1.2(673 K).     

晶格素化有效提升SnSe晶体的热电性能

<正>热电材料是一种利用内部载流子输运实现热能和电能直接相互转换的功能材料^[1].其中,分别利用塞贝克效应和珀耳帖效应的温差发电和电子制冷是热电材料的两个主要应用.近年来,随着科学技术的进步和人民生活水平的逐渐提高,人们对制冷的需求量也在逐年增加.热电制冷技术具有无污染、灵活性、可靠性和轻量化等优势,     

铁基纳米晶合金的界面缺陷结构及力学性能

正电子寿命谱结果表明,在由非晶晶化法制备的大块纳米晶(晶粒尺寸为1—100nm)合金的界面处存在两类缺陷:自由体积型缺陷和纳米空洞.前者尺寸小于一个单空位,后者约为几个单空位大小,且通常位于几个晶界的交叉点处.两者相比,自由体积型缺陷是一种浅的捕获势,但其数量可占90%以上.值得注意的是随着晶粒的粗化,纳米空洞的尺寸和浓度将发生显著的变化.因此可以想象这种类型的缺陷将对纳米晶材料的界面结构及性能产生极大的影响.目前有关这方面工作的报道很少.     

YBa_2Cu_3O_(7-x)超导材料的晶界

最近,Y-Ba-Cu-O系统的超导材料研究正引起人们极大关注。有关它的结构、相组成以及超导特性等研究正在取得迅速的进展。但是,作为多晶氧化物的Y-Ba-Cu-O超导材料,它的晶界结构及特点预计对临界电流I_c等超导特性会有重要影响。因此,研究超导材料中晶界结构特征、化学组成以及晶粒的结构,很有必要。     

α-Fe(Si)纳米相的晶格畸变

纳米晶合金通常是指晶粒尺寸为1—100nm的单相或多相多晶合金.该材料可视为纳米晶体和晶界两部分.Gleiter等称纳米晶材料的晶界是一种既无长程序又无短程序的类气态结构.到目前为止,纳米晶材料的界面结构得到了广泛的研究,而且该材料的许多性能亦多从界面结构及界面体积百分数来寻找答案,然而,Thomas等利用高分辨电镜并未观察到Gleiter等称的类气态的界面结构;同时,文献[7]表明纳米晶Pd的热膨胀和热振动行为与普通晶体材料并无明显的区别,而通常认为纳米晶材料的热膨胀系数远大于普通晶体的值,原     

纳米结构超硬块材研究进展

超硬材料作为基础性的工具材料,在工业与科学研究领域发挥着重要的作用,发展高性能超硬材料一直是科学界和产业界共同奋斗的目标.我们从共价晶体硬度的微观模型出发,系统研究了多晶共价材料的硬化机制,揭示了两种主要的硬化效应,分别为霍尔-佩奇效应和量子限域效应.随着显微组织特征尺寸的减小,多晶共价材料可持续硬化,为大幅度提高材料的硬度指明了全新的发展方向.在此基础上,提出了在金刚石和立方氮化硼两种超硬材料中形成超细纳米孪晶组织来获得超高性能的新思路.通过洋葱结构碳和氮化硼前驱体在高温高压下的马氏体相变,合成出具有超细纳米孪晶结构的金刚石和立方氮化硼块材.纳米孪晶结构同时提高了两种材料的硬度、断裂韧性和热稳定性.纳米孪晶金刚石的硬度达到200 GPa,为天然金刚石的2倍,将合成出比天然金刚石更硬材料的梦想变成了现实.纳米孪晶极硬材料的成功合成极大推动了高性能超硬材料研究,有望带来机械加工业和高压科学等领域的技术变革.     

太阳质子的上升时间、等效扩散系数和平均自由程

扩散系数K或者平均自由程λ是讨论宇宙线传播特性的重要物理参数。根据粒子在行星际空间传播的模型,分析太阳宇宙线事件资料,所求出的等效扩散系数或平均自由程,往往远大于根据粒子在随机场中散射的理论分析行星际磁场功率谱所定出的系数(称之为JC系数)。这种分歧的原因尚未得到合理的解释。我们曾经初步地讨论过这个问题。鉴于在