具有花状形貌LuxBi2-xTe3合金的制备及性能

Bi₂Te₃基材料在室温附近具有良好的热电性能,通过掺杂和纳米技术可以提高Bi₂Te₃基热电材料的热电性能,其主要由热电优值(ZT)决定.本文通过水热法成功制备了具有纳米花形貌的LuxBi_2-xTe₃粉体,并对制备的纳米粉体分别进行XRD和SEM表征,讨论了Lu元素掺杂和乙二胺四乙酸(EDTA)用量对LuxBi_2-xTe₃纳米花粉体形貌的影响,结果表明:Lu元素掺杂不利于纳米花形貌的形成,而EDTA用量的合适选取对于纳米花形貌的形成起着至关重要的作用.接着采用热压法将LuxBi_2-xTe₃纳米花粉体压制成致密块体,讨论了Lu元素掺杂对LuxBi_2-xTe₃块体热电性能的影响,结果表明:Lu掺杂和纳米花形貌有利于提高样品的功率因子同时保持较低的热导率,从而可以达到较高的ZT值;Lu_0.2Bi_1.8Te₃样品和Lu_0.25Bi_1.75Te₃样品的ZT值均高于区域熔炼商用Bi₂Te₃块体的值,并且Lu_0.25Bi_1.75Te₃样品的ZT值在测温范围内均高于1,其ZT值在473 K时达到了1.14,高于其他相关报道的n型块体的值.这一研究为提高Bi₂Te₃基合金热电材料的热电性能提供了一个新的途径.     

瞬态热冲击下热电材料梁的温度场及热应力分析

基于热电材料特性,通过热电平衡方程和本构方程,得出热电材料梁瞬态模型的控制方程.采用分离变量法结合模型的初始条件和边界条件求出热电材料梁的非线性瞬态温度场,根据热应力理论分析求出瞬态热应力场,利用数学软件MATLAB给出了热电材料梁的呈抛物线分布的瞬态温度场和瞬态热应力场的特性曲线,研究了热冲击载荷下的热电材料梁在热电耦合环境中的热应力分析.讨论了不同时刻温度场和应力场随厚度的变化,以及对比p型和n型Bi₂Te₃热电材料梁热应力特性曲线.结果表明:瞬态温度场受其瞬态项的影响随厚度增加有增有减;瞬态温度场和瞬态热应力场随时间的增加最终趋于稳态不再随时间变化;趋于稳态后的Bi₂Te₃热电材料梁的热应力最值大于瞬态下的热应力最值;p型Bi₂Te₃热电材料梁的热应力总是大于n型Bi₂Te₃热电材料梁的热应力.     

Bi2Te3/Si异质结中的侧向光伏效应

碲化铋(Bi₂Te₃)是一种典型的拓扑绝缘体材料,在热电、光电和自旋电子学领域具有广阔应用前景.本文采用脉冲激光沉积技术在Si衬底上制备了不同厚度的Bi₂Te₃薄膜,详细研究了Bi₂Te₃/Si异质结中的侧向光伏响应特性.结果表明,该异质结的侧向光伏响应强烈依赖于Bi₂Te₃层厚度,随厚度增加呈现先快速增加至一极值,然后逐渐减小的变化趋势.用不同波长和功率的激光照射测量时发现,该异质结具有405~808 nm的较宽响应波段,且位置灵敏度随激光功率增加而增大并最终趋于饱和,其中671 nm的侧向光伏响应性能最好,最高位置灵敏度达到3.4×10^-2 V/mm.以上结果为研发基于Bi₂Te₃的高灵敏、宽波段光位敏探测器提供了重要参考.     

Microstructure and phase composition of hypoeutectic Te–Bi alloy as evaporation source for photoelectric cathode

A hypoeutectic 60Te–40Bi alloy in mass percent was designed as a tellurium atom evaporation source instead of pure tellurium for an ultraviolet detection photocathode. The alloy was prepared by slow solidification at about 10-2 K·s-1. The microstructure, crystal structure, chemical composition, and crystallographic orientation of each phase in the as-prepared alloy were investigated by optical microscopy, scanning electron microscopy, X-ray diffraction, electron backscatter diffraction, and transmission electron microscopy. The experimental results suggest that the as-prepared 60Te–40Bi alloy consists of primary Bi₂Te₃ and eutectic Bi₂Te₃/Te phases. The primary Bi₂Te₃ phase has the characteristics of faceted growth. The eutectic Bi₂Te₃ phase is encased by the eutectic Te phase in the eutectic structure. The purity of the eutectic Te phase reaches 100wt% owing to the slow solidification. In the eutectic phases, the crystallographic orientation relationship between Bi₂Te₃ and Te is confirmed as [0001]_Bi2Te3//[1213]_Te and the direction of Te phase parallel to [1120]_Bi2Te3 is deviated by 18° from N(2111)_Te.     

Bi2(Se0.53Te0.47)3纳米线的制备及其圆偏振光致电流效应

采用化学气相沉积法制备Bi₂(Se_0.53Te_0.47)₃纳米线,利用扫描电子显微镜和X射线能谱仪对其进行表征,并研究样品的圆偏振光致电流效应(circular photogalvanic effect, CPGE).利用1 064 nm激光激发,分别测试激光入射面垂直于纳米线和平行于纳米线时的CPGE电流.实验结果表明,测得的CPGE电流主要来自纳米线的拓扑表面态.激光垂直入射纳米线时的CPGE电流不为0,说明CPGE电流来源于纳米线能带的六角翘曲效应.本研究测得的Bi₂(Se_0.53Te_0.47)₃纳米线的CPGE电流比文献报导的Bi₂(Te_0.23Se_0.77)₃纳米线增大2倍以上,这是因为Te组分的增加不但使得费米能级更加靠近狄拉克点,还降低了纳米线中载流子复合的概率,二者共同作用,使得CPGE电流增大.     

铁离子调控Bi2O3形貌的水热制备及光催化性能研究

通过调节KOH浓度、引入铁离子并改变Bi/Fe摩尔比或加入NaF作为修饰剂，利用水热法制备了不同形貌和结构的Bi₂O₃;采用XRD和SEM对产物进行了表征，并考察了其对甲基橙的紫外光催化降解性能.结果表明，铁离子的引入使得Bi₂O₃产物的形貌从微米级大颗粒变化为纳米片自组装花状结构，氟化钠的加入能形成微纳米片状结构Bi₂O₃;不同Bi₂O₃样品对甲基橙有不同的光催化活性，花状结构Bi₂O₃的光催化性能高于片状结构.     

Bi2Se3/MoS2异质结的光学性质

对单层MoS₂与纳米级别厚度的Bi₂Se₃薄片进行组合构建超薄异质结,利用HR-Evolution显微共聚焦拉曼光谱系统,结合反射、拉曼和荧光光谱学测试技术,对Bi₂Se₃/MoS₂异质结中的激子发光、异质结中的界间相互作用和电荷转移等行为进行了深入而系统的研究.首先,利用干法转移技术将不同厚度的Bi₂Se₃薄片转移到CVD生长的单层MoS₂上构建Bi₂Se₃/MoS₂异质结.然后,利用反射光谱和拉曼光谱技术探测异质结的平整度和界面耦合质量,表明异质结的2种材料发生堆叠后具有良好的平整度,按照不同厚度对白光保留着良好的透光性;2种材料堆叠时没有引入附加应力,形成的异质结具有良好的界面耦合质量.最后,通过对异质结的荧光光谱研究发现下层母体材料MoS₂的A、B激子峰的发光效率大大减弱,同时它们的发光波长随着上层Bi₂Se₃薄片的厚度增加逐渐减小,半高宽随着上层Bi₂Se₃薄片的厚度增加逐渐变窄,这说明电子传递到Bi₂Se₃/MoS₂界面后发生退激发,使得MoS₂的发光发生明显猝灭,而且该结果可能还包括异质结的电子能带结构变化导致电荷发生重新分布的的更深层次原因.该研究对新型光电子器件的设计和应用具有一定的意义和指导作用.     

Bi/Bi2O3复合碳纳米纤维的制备及其储锂性能研究

为提高Bi负极材料的循环性能,提出了一种Bi/Bi₂O₃碳纳米复合纤维(Bi/Bi₂O₃-CNFs)的合成方法。以Bi₂S₃纳米棒为模板,采用静电纺丝技术及后续高温热处理方法成功合成了具有纵孔结构的Bi/Bi₂O₃(w)-CNFs。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)、透射电子显微镜(TEM)和X-射线光电子能谱(XPS)对复合材料进行了表征。讨论了不同质量分数的Bi₂S₃对复合材料结构以及电化学性能的影响。结果表明:当添加8.7%(质量分数)的Bi₂S₃时,合成的Bi/Bi₂O₃(8.7%)-CNFs拥有最佳的电化学储锂性能。当充放电电流密度为0.1 A/g时,Bi/Bi₂O₃(8.7%)-CNFs复合材料首次放电比容量可达到806 mA·h/g,并能稳定循环1 000次,即使在5.0 A/g的大电流密度下,储锂容量仍有147 mA·h/g。Bi/Bi₂O₃(8.7%)-CNFs复合结构改善了充放电过程的动力学性能,提高了电化学性能。碳纤维及内部纵孔结构缓解了充放电过程中电极材料的体积膨胀,增强了电池的循环稳定性。     

Bi2Se3纳米线的生长及其圆偏振光电流的研究

采用化学气相沉积法制备拓扑绝缘体Bi₂Se₃纳米线.系统分析生长温度和气体流量对Bi₂Se₃纳米线的形貌、晶体质量的影响,并研究Bi₂Se₃纳米线的圆偏振光致电流.研究结果表明,Bi₂Se₃纳米线的最佳生长温度为530℃,气体流量为30 mL·min^-1.通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼等表征手段,表明所生长的Bi₂Se₃纳米线具有较高的质量. Bi₂Se₃纳米线的光电流随着四分之一波片的变化表明,Bi₂Se₃纳米线具有较强的自旋轨道耦合效应.圆偏振光致电流随入射角的增大而减小,这是因为Bi₂Se₃的对称性结构为C_3V.相比Bi₂Se₃薄膜或者B...     

Mg_3Sb_2基热电材料的研究进展

首次实现n型传导以来,无毒低成本Mg_3Sb_2基热电材料的研究便得到快速发展,有望能成为目前唯一大规模商业化的Bi_2Te_3热电化合物的替代材料。介绍了热电转化原理、Mg_3Sb_2基材料的晶体结构、电子结构及其p型、n型热电性能的研究现状。同时,简要分析了Mg_3Sb_2基材料性能优化的主要策略及其作用机制,如掺杂、固溶、晶粒尺寸调控和能带结构设计等对载流子浓度、载流子散射、迁移率和Seebeck系数等热电性能的影响机制。最后,讨论了Mg_3Sb_2基热电材料应用于发电和制冷的初步研究结果和后期热电模块应用的相关问题。     

钛掺杂BiFeO3光催化剂的制备及其催化性能

用溶胶-凝胶法制备钛(Ti)掺杂BiFeO₃纳米颗粒(Ti-BiFeO₃), 研究不同煅烧温度对Ti掺杂BiFeO₃结构调控及光催化性能的影响, 用X射线衍射（XRD）、 扫描电子显微镜（SEM）、 能谱分析（EDS）、 紫外-可见（UV-Vis)光谱技术对颗粒的相结构、 形貌、 原子比例、 光催化性能等进行测试及分析, 并以罗丹明-B为目标降解物, 对Ti掺杂BiFeO3光催化性能进行研究. 结果表明: Ti掺杂BiFeO₃样品在不同煅烧温度均出现Bi₂Fe₄O₉相; 煅烧温度可对Bi₂Fe₄O₉的含量进行调控, 在650 ℃煅烧样品中含有适量的Bi₂Fe₄O₉相, 能有效提高Ti掺杂BiFeO₃的光催化活性, 且具有较高的降解活性, 60 min内降解效率达85%.     

0.94(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.06Ba(Zr0.25Ti0.75)O3陶瓷的制备、表征与热释电性能

以BaCO3、Na2CO3、TiO2、ZrO2和Bi2O3为原料,通过固相反应法合成了铁电粉末材料0.96(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.04Ba(Zr,Ti)O3(BNT-BZT),采用常压烧结法制备了BNT-BZT陶瓷片.考察压力和烧结温度对陶瓷致密性的影响,并对BNT-BZT粉末和陶瓷片的结构、形貌和成分进...     

Cu掺杂La0.5Ba0.5CoO3-δ阴极材料动力学性能研究

利用溶胶-凝胶法制备了钙钛矿结构La_0.5Ba_0.5Co_1-xCu_xO_3-δ(LBCC_-x,0≤x≤0.4)氧化物,系统地研究了Cu部分取代Co对LBCC_-x阴极材料的晶体结构、电导率和电化学性能的影响.研究结果表明：Cu掺杂La_0.5Ba_0.5CoO_3-δ增加了晶格体积和氧空位浓度,降低了电极材料的电导率.Cu部分替代Co有效改善了LBCC_-x阴极材料的电化学性能.当温度为750℃时极化阻抗为0.043Ω·cm^-2,La_0.5Ba_0.5Co_0.7Cu_0.3O_3-δ,(LBCC₃)表现出最优的氧还原反应活性.弛豫时间分布(DRT)分析表明,气体扩散是LBCC_-x阴极材料电催化...     

微乳法制备的纳米Bi2[KG-*2]O3[KG-*4]对苯系物光催化活性

采用微乳法制备了Bi₂O₃纳米粒子， 利用BET, XRD, XPS和UV-V IS等手段对其表征； 以挥发性有机物苯、 甲苯和对二甲苯为气相污染物， 测定了Bi₂O₃纳米微粒 对它们的光化学催化氧化活性. 结果表明： 采用微乳法合成的光催化剂粒子晶型主要为四方型（T）, 粒子粒径为25.6～35.1 nm， 随着焙烧温度的升高晶型发生转变， 固体表面电子结合能增大， 光催化活性也相应提 高. 苯系物的降解速率顺序为： 对二甲苯>甲苯>苯.     

AgCl/Bi25FeO40复合材料制备及光催化性能

采用水热-超声化学法制得负载不同质量分数AgCl的AgCl/Bi₂₅FeO₄₀复合材料,通过XRD,SEM-EDS,UV-Vis DRS和PL光谱等表征手段对复合材料的微观形貌、晶相组成、光吸收性能等进行了表征,并进行了光催化降解罗丹明B实验.结果表明,Bi₂₅FeO₄₀呈正立方体结构,直径0.8~10μm,AgCl直径90~130nm,均匀负载在Bi₂₅FeO₄₀上.二者的复合扩宽了光响应范围,提高了Bi₂₅FeO₄₀光催化活性.投加0.1 g AgCl /Bi₂₅FeO₄₀降解100mL质量浓度为15mg/L罗丹明B溶液,当负载的AgCl质量分数为51.48%时,降解效果最佳,75min降解率达到94.4%,90min可以完全降解罗丹明B.此外,对AgCl/Bi₂₅FeO₄₀的降解机理进行了分析,认为h⁺,e^-,H₂O₂,·O^-₂为该光催化体系主要的活性基团,起到降解罗丹明B的作用.     

无机盐离子对Bi2WO6可见光催化剂去除水中四环素的光敏化作用

 以Bi₂WO₆作为催化剂的光催化反应对废水中四环素的去除具有较好效果。为通过直接在光催化反应中加入光敏化剂的方法,进一步提高Bi₂WO₆光催化剂对四环素废水的处理效率,本研究制备了Bi₂WO₆催化剂并进行了XRD和SEM表征分析,探究了其晶型结构和形貌特征;研究了无机盐离子光敏化剂的阴阳离子、光敏化剂加入量、四环素初始浓度、四环素溶液初始pH值5个因素对四环素去除的影响。结果表明,光催化剂成功制备且未对其晶格结构造成破坏,光敏化剂的加入可提高Bi₂WO₆对四环素的吸附率和去除率,优化了催化剂的催化活性。其中,阴离子Cl-和阳离子Cu²⁺的促进效果较好,经过对比后选择的最佳光敏化剂为硫酸铜;最佳条件为在硫酸铜加入量为1.5 mL以及四环素初始浓度为70 mg/L时,光催化剂对四环素的去除率可达88.79%;pH值为5或8时吸附效果最佳,吸附率分别为51.50%和55.01%。     

LED用黄绿色荧光粉LiZnPO_4:Mn~(2+),Al~(3+)的合成及Al~(3+)敏化发光研究

为了获得可用于发光二极管(LED)的新型黄绿色荧光粉,用高温固相法合成了Li_(1-x)Zn_(0.9-x)PO_4:Mn_(0.1),Al_x系列的荧光粉。用XRD表征并分析了样品,获悉样品具有LiZnP04的结构。用荧光发射光谱及激发光谱表征了样品的发光性能,讨论了Al~(3+)掺杂对LiZnPO_4:Mn,Al荧光粉发光性能的影响。结果表明:Al~(3+)掺杂量对激发及发射光强度的影响均为开口向下、有极值的抛物线,Al~(3+)的最佳掺杂量为3%,对应样品是Li_(0.97)Zn_(0.87)PO_4:Mn_(0.1),Al_(0.03);Al~(3+)最佳掺杂量样品的发光强度是未掺Al~(3+)样品的3.98倍,说明在LiZnPO_4基质中Al~(3+)对Mn~(2+)的发光具有增敏作用;Al~(3+)的掺入只影响Mn~(2+)的发光强度,不影响Mn~(2+)的发光模式。Li_(0.97)Zn_(0.87)PO_4:Mn_(0.1),Al_(0.03);的色坐标值表明,该样品为黄绿色荧光粉,其在紫外线激发LED领域具有潜在的应用前景。     

Na2 Ca2.92 Si6 O16:0.08Eu3+荧光粉的制备及其发光特性研究

采用高温固相法制备了一系列Eu3+掺杂的Na₂Ca₃Si₆O₁₆红色荧光粉.用X射线粉末衍射仪表征了荧光粉Na₂Ca_3-xSi₆O₁₆:xEu3+的结构.研究显示,Eu3+的掺入并未使Na₂Ca₃Si₆O₁₆晶体产生杂相.采用荧光分光光度计分析了Na₂Ca_3-xSi₆O₁₆:xEu3+ 的光学性质. Na₂Ca_3-xSi₆O₁₆:xEu3+荧光粉发红光,其中以波长611 nm的发射峰强度最强. Eu3+的掺杂对Na₂Ca_3-xSi₆O₁₆:xEu3+荧光粉发射光谱的峰形和峰位置无明显影响,但发光强度与Eu3+的掺杂量(摩尔分数)有关,当Eu3+的掺杂量为0.08时,Na₂Ca_3-xSi₆O₁₆:xEu3+荧光粉的发光强度达到最大值,掺杂量继续增大时会发生浓度淬灭现象,这可能是由多电子偶极相互作用引起的.结果表明:Na₂Ca_2.92Si₆O₁₆:0.08Eu3+荧光粉是一种潜在的可用于白光LED的红色发光材料.