氧化锌陶瓷的非线性电容效应

近年来有三种利用晶粒间界效应的电子陶瓷引起应用和机理研究者的注意。这就是内边界层电容陶瓷、PTC(positive temperature coefficient)陶瓷和变阻器(varistors)陶瓷。一些掺杂钙钛矿型晶粒结构的陶瓷,其中的晶粒具有高电导率而晶粒间界是绝缘的,因而具有很高的等效介电常数,已广泛用于电容器的小型化,并有希望用于能量存贮。后两种晶界层陶瓷因为在于利用其电阻效应,对其电容效应研究的报道极少。其实,掺杂氧化锌陶瓷在低电压     

添加NbN的氮化硅陶瓷高温氧化自适应性

从“掌茧”等生物材料表层的环境自适应性得到启发 ,探索了在高温氧化环境中能表现自抗氧化的氮化硅陶瓷 .将添加不同铌化合物 (Nb2 O5,NbC ,NbN)的热压氮化硅陶瓷在 110 0℃高温下进行 10 0h的氧化试验后 ,发现添加氮化铌 (NbN)的氮化硅具有更好的抗氧化性能 .用EPMA和XPS方法对氧化层的成分分布以及Nb在氧化层中的化学结合状态进行分析 ,结果表明含NbN的氮化硅陶瓷在高温下表面形成了以Nb化学价态沿致密氧化层深度呈梯度分布 .氧化机制分析指出NbN/Si3 N4 陶瓷的高温氧化层具有一定的抗氧化自适应性 .     

内蒙古宁城两种保存胃中食物的侏罗纪有尾类

奇异热河螈和天义初螈是产自内蒙古宁城县道虎沟化石层的侏罗纪有尾类,标本数量均数以百计且多保存为较完整的骨架.本文报道了11件保存胃中食物的有尾类标本,其中2件为奇异热河螈,腹中保存有大量叶肢介壳体;9件为天义初螈标本,腹中保存不同数目的划蝽.在已命名中生代有尾类属种中发现胃中食物,为恢复侏罗纪湖相动物群的生态面貌提供了直接的证据.这些新的化石证据还表明侏罗纪有尾类已对食物的大小和类型有显著的选择性:幼年热河螈仅捕食2mm左右的幼年叶肢介,而幼年初螈仅捕食5～6mm的成年燕辽划蝽.这一发现也支持了与其上下颌及舌器结构差异相适应的有尾类生态学特性,即侏罗纪有尾类已具有食性分异并可能占据不同的小生境.     

超薄SiO_x钝化层所导致的半导体-绝缘体-半导体异质结高频隧道电容溢出现象

从高频电容电压特性测试中发现的隧道电容溢出现象出发,研究了具有超薄钝化层的半导体-绝缘体-半导体(semiconductor-insulator-semiconductor SIS)异质结器件界面处独特的电荷存储特性.从SIS 1 MHz频率下的CV特性可知,当外加偏压小于V_T(voltage tunneling)时,SIS界面处于耗尽状态,而当外加栅压超过V_T之后,SIS的高频电容将远超仪器量程趋于无穷大,可概括称为隧道电容溢出现象.从SIS的XPS(X-ray photoemission spectroscopy)深度剖析结果可知,具有不同厚度的ITO(indium tin oxide)的SIS器件界面钝化层所含元素组分并无差别.但从TEM(transparent electron microscope)的结果来看,钝化层厚度随ITO的增加而增加,分析表明不同ITO厚度的SIS所对应V_T值不同的主要原因是由于钝化层厚度的不同.通过对实验结果的分析,本文给出了隧道电容溢出现象的载流子输运的能带模型.结果表明,隧道电容溢出是由于超薄钝化层无法使大量电子在界面处积累所致.且同一器件隧道电容溢出现象是可重复的,不会对器件带来物理损伤,这是采用直接磁控溅射工艺制备SIS异质结太阳电池稳定性的体现.     

多层高储能密度玻璃陶瓷电容器的串式内电极设计

研究了用于提高电容器储能密度的玻璃-陶瓷电介质材料和电容器内电极结构.经计算表明, 该玻璃体经850℃退火结晶3 h得到的玻璃-陶瓷储能密度可达17 J/cm³, 适合作为制备高储能电容器(HESDCs)所需的电介质材料. 为HESDCs设计了一种多层串式内电极结构, 且每一层电极实际上是经金膜和银浆料电极组合而成. 这种电极结构能够消除由浆料电极烧结中不可避免地引入残余孔隙缺陷的影响, 从而大大提高了电容器的耐击穿强度. 相对传统的单层电极结构, 采用此结构能够将电容器的储能密度提高一个数量级以上. 这种结构的电容器, 如果用最优选择得到的玻璃-陶瓷作为介质材料, 即使考虑了由介电层材料封装成实际电容器的过程会增大电容器总体积从而降低其储能密度的因素, 其储能密度也有望达到7.5 J/cm³.     

添加NbN的氮化硅陶瓷高温氧化自适应性

从“掌茧”等生物材料表层的环境自适应性得到启发 ,探索了在高温氧化环境中能表现自抗氧化的氮化硅陶瓷 .将添加不同铌化合物 (Nb₂O₅,NbC ,NbN)的热压氮化硅陶瓷在 110 0℃高温下进行 10 0h的氧化试验后 ,发现添加氮化铌 (NbN)的氮化硅具有更好的抗氧化性能 .用EPMA和XPS方法对氧化层的成分分布以及Nb在氧化层中的化学结合状态进行分析 ,结果表明含NbN的氮化硅陶瓷在高温下表面形成了以Nb化学价态沿致密氧化层深度呈梯度分布 .氧化机制分析指出NbN/Si₃N₄ 陶瓷的高温氧化层具有一定的抗氧化自适应性 .     

氧气退火对(In+Nb)共掺杂TiO_2陶瓷的介电性能的影响

以固相法制备的(In_(1/2)Nb_(1/2))_(0.05)Ti_(0.95)O_2陶瓷为研究对象,研究了氧气退火对晶体结构、显微组织以及介电性能等的影响,探讨了产生高介电常数的起源.结果表明氧气退火降低了(In_(1/2)Nb_(1/2))_(0.05)Ti_(0.95)O_2陶瓷的介电损耗.在介电温、频谱上观察到3种介电弛豫过程.采用普适弛豫定律,分析了局域化电子与缺陷团簇的偶极极化、极化子跳跃极化和界面极化对介电弛豫的贡献,提出了在(In+Nb)掺杂TiO_2的高介电陶瓷材料中极化子跳跃极化对高介电有贡献.     

KSZP陶瓷材料强化新途径

增强增韧一直是陶瓷科学与技术研究的重要课题.目前最常用的方法是多相复合,如颗粒、晶须和纤维补强和自补强.相变是陶瓷中的普遍现象,ZrO_2增韧陶瓷是利用相变现象的一个典型例子.表面压应力增强材料的现象,在表面施釉或膨胀系数小的膜层、离子交换、淬火和表面化学反应过程中得以应用.我们在研究[NZP]低膨胀陶瓷时,发现一种利用相变强化陶瓷的方法,本文报道其有关的内容.     

介观耦合电路的量子压缩效应

随着纳米技术和纳米电子学的飞速发展,电路以及器件小型化的势头越来越强烈,近年来已达到原子尺寸的量级.显然,当电子的输运尺度达到一个特征尺度,即电子的非弹性碰撞尺度时,必须考虑其量子力学性质及电荷的非连续性质.因此,在纳米电子学中对电路及器件建立一个正确的量子理论已经是十分迫切的任务了.当然,最为简单然而又是十分重要的工作是将LC电路量子化,这一工作可以通过与经典简谐振子量子化的方法做类比而得以完成,其中谐振子的坐标相当于电路中的电荷.最近,我们提出了一个考虑电荷量子效应的介观电路量子化的方法,讨论了有耗散的介观电路的量子涨落.本文给出了无耗散介观耦合电路中各个回路的电荷、电流的量子涨落,发现这些电流与电荷的量子涨落之间存在着压缩效应对于一个经典的无耗散的并且其中一个回路中有电源ε(t),电感电容组成的电容耦合电路(电感耦合电路也可以等效成电容耦合电路).按照Kirchhoff定律,可以写出其运动方程为L_1(d~2q_1)/dt~2+q_1/C_1+q_1/C_2-q_2/C_2=ε(t),L_2(d~2q_2)/dt~2+q_2/C_2-q_1/C_2=0 (1)其中q_1(t)和q_2(t)是两个LC型电路中的电荷;L_1,C_1和L_2,C_2是两个回路中的电感和电容,C是这两个回路的耦合电容.如果ε(t)=0,可以把该运动方程写成简单的Hamilton形式     

基于BST-MgO介质Mie谐振的各向同性负磁导率复合材料

由Mie谐振原理和有效媒质理论出发, 设计并制备了一种具有各向同性负磁导率的介电复合材料. 该介电复合材料由高介电常数的BST-MgO铁电陶瓷立方块颗粒均匀分散在低介电常数的聚四氟乙烯介质中而形成. 微波测量和理论计算表明, 该复合材料在第1级Mie谐振附近表现出强的磁谐振, 并且具有负的磁导率. 该磁谐振起源于电磁波在介电颗粒内诱导产生的环形位移电流, 使得该介电颗粒等效于一个磁偶极子, 并且其谐振频率可由颗粒的大小和介电常数调节. 基于Mie谐振的介电复合材料为红外和可见光频段各向同性左手材料和隐身斗篷的实现提供了一种简单易行的方法.     

半导体陶瓷电阻率的电压效应的定量分析

电压效应是指材料的物理性能随外加电压变化的现象,在半导体陶瓷中这一现象是很普遍的.目前这一现象还没有定量的理论描述.本文由晶界势垒模型得到了半导体陶瓷电阻率的电压效应的定量结果,并探讨了减弱电压效应的方法.半导体陶瓷的电学性能主要是由晶界附近因电子结构不同而形成的晶界高阻层决定的,而晶界高阻层就是晶界附近的势垒层,因此晶界高阻层的电阻率可表为     

温和条件下四方相偏钛酸钡的水热合成

BaTiO_3是典型的铁电、压电材料,是制备高介陶瓷电容器和多层陶瓷电容器的主要原材料.制备BaTiO_3的传统方法是将BaCO_3和TiO_2等摩尔混合并于1250～1300℃的高温条件下锻烧,但BaTiO_3成品纯度低,粒度粗(4μm)和分散不均一.近年来,又发展了所谓溶胶(sol)-凝胶(gel)法,sg法所采用的醇盐原料一般比较昂贵,而且在热分解过程中及易在BaTiO_3颗粒表面包覆有机物,引入氧缺陷甚至发生硬团聚.水热法可以获得纯度高、粒度均细的BaTiO_3,水热法制备BaTiO_3的工作已有不少报道.这些工作中,温和条件制备的     

数据挖掘驱动的BiFeO_3-BaTiO_3铁电陶瓷元素替代效应

传统的材料研究方式是耗时费力的试错法,现代材料科学研究方式转向基于材料信息学(material informatics)理论的数据生产和利用——采用各种数据挖掘方法以发现材料数据下隐藏的构效关系和知识,对新材料进行预测和验证.在总结过去对钙钛矿结构氧化物铁电材料数据挖掘实践结果的基础上,选择多种不同原(离)子特征组合的元素对BiFeO_3-BaTiO_3(BF-xBT)铁电固溶体陶瓷进行替代实验,重点探索三方-赝立方结构相界附近组分的BF-xBT基三元固溶体陶瓷的铁电相变和介电、压电响应性能.实验发现替代元素的性质是BF-xBT基三元固溶体陶瓷制备工艺条件和介电损耗、压电响应等电学性质的决定因素,Bi(Zn_(1/2)Ti_(1/2))O_3是当前发现的对BF-xBT基固溶体陶瓷进行改性、获得可工程实用的高性能高温压电陶瓷新材料的有效组元.与现有商用偏铌酸铅和钛酸铋系压电陶瓷材料相比,它们可采用相同的固相反应电子陶瓷工艺制备、但具有更高压电响应等综合性能,为研制高灵敏高温压电传感器提供了新材料选项.     

复合钙钛矿结构弛豫型铁电陶瓷的极化介电行为

复合钙钛矿结构弛豫型铁电陶瓷由于其高的介电常数、相对低的烧结温度和由“弥散相变”(diffused phase transition,简称DPT)引起的较低容温变化率,被认为是多层陶瓷电容器在技术和经济上重要的候选材料。因此这一类材料的制备与性能研究受到广泛重视。有关其介电行为的研究,国内外报道很多,但有关这一类材料在极化状态下的介电行为的研究报道还不多。本文通过将复合钙钛矿结构弛豫型铁电陶瓷PZN-PT-BT(80/10/10)样品在极化     

一组从线性到非线性的电容特性普遍公式

自1746年发现莱顿瓶二百多年来,一直利用电容的定义式去计算各种电容器的电容。尽管所有的计算都已表明:任一电容器的电容都是取决于它的内部特性,但是反映这一电容特性的普遍公式始终没有引起人们的注意。到了80年代末才把这一公式第一次推导出来,并把它推广到非线性普遍情形中。本文简报上述工作并对其部分内容作了补充、修改。     

化学气相渗透制备SiC_w/SiC层状结构陶瓷

提出了采用流延法(tape casting,TC)结合化学气相渗透法(chemical vapor infiltration,CVI)制备碳化硅晶须(SiCw)/Si C层状结构陶瓷的方法,分析了TC-CVI方法的特点,研究了制备工艺对层状结构陶瓷力学性能和微观结构的影响,探讨了SiCw/Si C层状结构陶瓷的强韧化机理.结果表明,TC-CVI制备方法一方面能够提高晶须体积分数,减少制备过程中对晶须的损伤并且致密化单层,保持整个制备过程中材料体积无收缩,从而有效地提高材料的强度;另一方面,TC-CVI制备方法能够较好地控制层内(晶须/基体)及层间(单层/单层)界面结合强度,进而提高材料的韧性.SiCw/Si C层状结构陶瓷中晶须含量可达40%(体积分数),其弯曲强度、拉伸强度和断裂韧性分别为315 MPa,158 MPa和8.02 MPa m1/2.层状结构陶瓷材料的单层厚度对材料致密性及层间界面结合强度产生显著影响;晶须表面状态对层内界面结合强度有重要作用.SiCw/Si C层状结构陶瓷充分发挥层状结构与晶须协同增韧作用,层间裂纹偏转,层内裂纹偏转、裂纹桥接和晶须拔出等为主要的增韧机制.     

反铁电/铁电相界附近PbLa(Zr,Sn,Ti)O3陶瓷性能研究

采用固相烧结工艺制备了位于反铁电/铁电(AFE/FE)相界附近两个组分的PbLa(Zr,Sn,Ti)O₃ (PLZST)陶瓷样品. 研究了电场作用下样品的电致伸缩效应及等静压力对反铁电/铁电相界附近PLZST陶瓷相变、介电性能的影响. 在交变电场作用下, 两个样品总应变量分别达到0.21%及0.13%. 随着等静压力的增加, 反铁电PLZST陶瓷铁电/反铁电转变温度降低, 反铁电/顺电转变温度上升; 随着等静压力的增加, PLZST铁电陶瓷铁电/顺电转变温度降低.     

高温结构陶瓷受静疲劳作用时声发射行为及断裂预测

高温结构陶瓷具有优异的耐腐蚀、耐磨损、耐高温性能,在高科技领域中具有广阔的应用前景.但其可靠性低的致命弱点却使它在实际应用中受到限制.本文通过声发射换能器检测出高温结构陶瓷受静疲劳作用时的声发射信号,探索在静疲劳下声发射信号与结构陶瓷中裂纹形成、扩展的关系,发现结构陶瓷在断裂前其声发射计数率具有明显不同的变化规律,从而可以用声发射预测受静疫劳作用的陶瓷材料的断裂,这对确保陶瓷材料使用可靠性具有重大意义.     

内蒙古宁城道虎沟化石层的地层关系与时代讨论

近年来详细的野外区域地质调查发现, 道虎沟化石层的分布并非仅仅局限在道虎沟村附近, 还断续出露于相邻其他几个地区. 道虎沟化石层角度不整合在复杂的基底地层之上, 岩石地层层序由三部分组成, 其中下部为夹红色页岩沉积, 这一地层曾经被误认为是下伏土城子组. 野外大规模化石发掘显示, 道虎沟层的化石主要富集在上部地层的湖相页岩中; 由于后期强烈的构造改造, 地层在多处发生褶皱倒转. 新发现的地层接触界线清楚地证明, 一直被认为是“上覆”地层的髫髻山组中酸性火山熔岩(同位素年龄159~164 Ma)实际上为其下伏地层, 道虎沟化石层的时代不可能早于这一年龄, 也不可能是中侏罗世“九龙山组”. 目前的化石发现和研究显示, 叶肢介和昆虫组合所反映的时代要早于脊椎动物化石所代表的时代, 如辽西螈、热河翼龙和带羽毛的手盗龙类等与义县组同一类群的分子非常相似. 虽然目前还没有发现可靠的热河生物群鱼类化石, 但是这一地层的脊椎动物化石组合更接近于早白垩世热河群. 道虎沟层与热河群无论从沉积地层特征、火山活动和脊椎动物群面貌都很相似, 属于相同的火山-沉积旋回, 化石动物群可能代表了热河生物群最早的记录.     

基于多壳层Co_3O_4中空正十二面体的高效葡萄糖传感器

对比了多壳层Co_3O_4中空正十二面体与有序介孔Co_3O_4作为电催化剂,并应用在葡萄糖电化学催化氧化中的反应行为.多壳层中空结构促进了葡萄糖分子及相关产物的反应扩散,而壳层纳米粒子的取向排列不仅优先暴露了更多高活性(111)晶面也能促进反应电子的转移,从而有效提高了对葡萄糖电催化氧化的活性.多壳层中空正十二面体在低浓度范围对葡萄糖的灵敏度可达4075.2μA mmol/(L cm~2),优于有序大介孔Co_3O_4和有序小介孔Co_3O_4分别为3561.1和2074.3μA mmol/(L cm~2).电化学性能结果表明,多壳层Co_3O_4中空正十二面体是一种构筑葡萄糖传感器的优异电催化剂,为高效葡萄糖电催化剂的设计与合成提供了一定的借鉴.