用电子探针研究β″氧化铝内的钠沉积

β″和β氧化铝固体电解质内的钠沉积是引起其电化学器件退化或材料损坏的一个主要原因,近年来对其沉积作用进行了研究,主要的结果是:(1)钠沉积作用在充电时,即Na~ 转变为金属原子时发生,缘起于负极——固体电解质界面;(2)当在固体电解质表面上钠原子的生成速率大于传输速率时,沉积的金属钠向固体电解质内扩展生长,钠的生长通道呈枝蔓状;(3)钠沉积使陶瓷变黑和引起电子电导;(4)在电池内沉积钠通道与正极反应剂接触并反应时,释放大量化学热;(5)陶瓷在沉积钠的张应力作用下或上述热应力的作用下而破裂;(6)某些杂质,例如硅、钾、铁等的存在可能使钠沉积作用易于发生。     

黄昆院士与固体物理学

固体是由许多原子组成的.固体物理学主要研究固体的原子结构以及固体中电子与原子、电子与电子、原子与原子之间的各种相互作用和由这些相互作用决定的固体材料的各种性质.     

甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸共聚物/聚氧化乙烯氢键复合物-LiClO_4体系离子电导的研究

固体电解质,或称快离子导体,是指在固态时具有熔盐或液体电解质的离子电导性的一类材料。高分子固体电解质,由于其成膜性好,易于加工,粘弹性好,能适应电池充放电过程中电极体积的变化,同时有较好的化学稳定性,因而被认为是发展全固态高能锂电池的理想电解质材料。在高分子快离子导体的母体材料中,研究最多的是聚氧化乙烯(PEO)。因为离子电导     

黄昆院士与固体物理学

固体是由许多原子组成的。固体物理学主要研究固体的原子结构以及固体中电子与原子、电子与电子、原子与原子之间的各种相互作用和由这些相互作用决定的固体材料的各种性质。从固体物理学的发展历史看,自上世纪20年代中叶诞生量子力学开始,当时的顶尖科学家如Bloch、Wilson、Br     

第四种电力:燃料电池

燃料电池是一种化学电池,但是它工作时需要连续地向其供给活物质(能起反应的物质)——燃料和氧化剂,这又和其他普通化学电池不大一样。由于它是把燃料通过化学反应释放出的能量转变为电能输出,所以才被称为燃料电池。燃料电池是利用水电解逆反应的一种“发电机”。它由正、负极和夹在正、负极之间的电解质板所组成。最初,电解质板是利用电解质渗入多孔的板而形成,现在正发展为直接使用固体的电解质,在工作时,向负极供给燃料(氢),向正极供给氧化剂(空气)。氢在负极分解成正离子氢(H+)和电子e-,氢离子进入电解液中,而电子则沿外部电路移向正…     

锂金属负极固体电解质界面膜的理解与改性策略

锂金属负极因具有较高的比容量和较低的电极电势,被认为是最有发展前景的电池负极材料之一.然而,不稳定的锂金属负极固体电解质界面膜和严重的锂枝晶生长问题限制了锂金属负极的实际应用.认识和理解锂金属负极固体电解质界面膜的组成与结构,并将其与锂金属生长行为建立有效的关联,是解决锂金属负极不稳定问题的关键.本文综述了近年来有关锂金属负极固体电解质界面膜的表征技术和调控策略,并介绍了锂金属软包电池的界面研究现状.本文对锂金属负极的实际应用具有一定的指导意义.     

硝酸钾-氧化铝复合固体电解质在中温区的离子和质子导电性

自 1973年 Liang发现固体电解质的“复合效应”以来,人们相继对许多复合体系进行了研究.复合固体电解质可看成是一个两相混合体,即电导率不太高的离子导体相和高度弥散的绝缘体(如Al_2O_3).复合体的离子电导率常常因复合效应而大大增强.业已提出一些唯象模型来解释这种复合效应,比较典型的是所谓空间电荷层模型,认为离子导体相与绝缘体相之间存在着原子或离子相互作用,从而在两相界面处产生附加缺陷浓度,形成一高电导的空间电荷层.然而有关复合效应的机理目前仍处于定性认识阶段.尽管如此,现已发现某些复合固体电解质可用做中温固体燃料电池、传感器等器件的新型固体电解质材料.例如,已发现Li_2SO_4-Al_2O_3,RbNO_3-Al_2O_3,CsNO_3-Al_2O_3等复合材料在中温区具有相当高的离子电导率;在含氢的环境(如氢浓差电池或氢-氧燃料电池)中质子电导率可达10~(-2)Ω~(-1)·cm~(-1)量级.在原理性燃料电池的实验研究中,用这些材料做固体电解质时,已显示出相当好的放电性能.本文报道关于硝酸钾-氧化铝复合固体电解质材料的结构以及在中温区的离子和质子导电性的研究.1 实验     

聚合物基固体电解质研究进展

聚合物基固体电解质在高能量密度和高安全性固态电池领域具有良好的应用前景.然而,现有的聚合物基固体电解质在应用时仍然面临室温离子电导率低、电解质/电极界面接触差、电化学窗口窄等严峻挑战.本文从聚合物基固体电解质离子电导率的提升和界面性能的改善出发,重点阐述聚合物基固体电解质的发展现状及优化策略.首先,从两个方面总结了聚合物基固体电解质离子电导率的定向优化策略:构建连续、定向取向的离子传输路径和缩短离子传输距离;其次,总结了聚合物基固体电解质/电极之间的界面优化策略:构建润湿界面和制作非对称电解质,以降低电解质/电极的界面电阻,提升电解质/电极的界面相容性;最后,对聚合物基固体电解质和固态电池的发展前景进行了展望,并提出了该领域的重点发展方向以及先进的分析测试方法,为聚合物基固体电解质的研究和发展提供全面的了解和深入的指导.     

PVC为基凝胶电解质薄膜

具有高离子电导率的固体电解质是全固态电池、电化学器件和传感器的关键材料.但是,由锂盐和长链聚合物基体构成的一类常规 Li~+传导聚合物电解质,其室温离子电导率却非常低(10~(-9)～10~(-5)S/cm).例如,最常见的(PEO)_8.·LiClO-4.在298K时离子电导率只有10~(-7)S/cm.因此,利用这类材料的全固态锂电池只有工作在323～373K时,才能提供高能量、大功率和长寿命.显然,这是不利于实际应用的.从实用的角度看,若使全固态锂电池在室温条件下有效地工作,则要求固体电解质的室温离子电导率必须达到10~(-3)S/cm.目前,提高聚合物电解质室温离子电导率的方法有:改进现有的PEO-LiX体系、研制复     

拓扑量子材料的研究进展

拓扑量子材料近年来已经成为凝聚态物理领域研究的国际前沿课题。在过去的几十年中凝聚态物理学者对量子霍尔效应进行了广泛研究,提出了一种基于拓扑序的研究范式,并且将拓扑这一数学概念与能带理论相结合,成功将其引入到固体电子材料的理论、计算与实验研究之中。拓扑材料具有奇特的表面态和低能耗的电子输运等性质,这些效应是由于拓扑量子态受到严格的对称性保护,对于普通的材料杂质、缺陷或无序具有很高的鲁棒性,并可以通过量子调控或相变改变其拓扑性质。这一新兴研究领域为未来的电子材料和器件,乃至基于量子拓扑体系与计算的信息技术创新探索提供了多种可能。对整个材料学的发展而言,拓扑概念的引入使人们对物质的研究更加深入,并且开始使用更加先进的数学工具描述新材料的属性。文章从拓扑绝缘体和拓扑半金属等材料计算科学的角度探讨拓扑量子材料的一些基本概念以及近年来国内外的研究进展。     

快重离子在钇铁石榴石中的辐照损伤

能量为1～100 MeV/u的快重离子通过固体材料时主要由两种过程损失其能量,即核碰撞(核能损S_n)和电子的电离与激发(电子能损S_e),且后者的作用远远大于前者,电子能损与核能损之比(S_e/S_n)可达10~3量级。因此快重离子在固体材料中引起的辐照损伤本质上是由电子能损引起的损伤。     

三螺旋硒链的簇模型

近年来应用原子簇模拟固体的计算工作已做了很多,并得到一个公认的事实:随着原子簇的增大,计算结果逼近固体的性质。一般情况下,含有十几个原子的簇已十分接近于固体性质。 以往原子簇能谱和固体能带的比较是通过态密度计算间接进行,原子簇能谱和固体能带有什么直接关系讨论甚少。实际上从多聚物电子结构和无限长链电子结构的联系研究中,根     

中等速度的重离子束在固体中的电子阻止本领

研究重离子束在固体中的电子阻止本领对离子注入技术在材料表面改性工艺中的应用有着十分重要的意义。对于低速和高速离子,已有一些可行的理论公式用于计算电子阻止本领。然而在中等速度区间,尚无见到可行的理论研究,基本上都是采用Ziegler,Biersack和Littmark(ZBL)的经验公式来计算重离子的电子阻止本领。这是因为在这个速度区间内,     

Monte Carlo方法计算背散射电子在固体中的空间分布

引言 固体中背散射电子空间密度分布及能量分布规律是从事电子显微学实验、理论研究及扫描电镜、透射电镜等电子束显微分析仪研制工作的学者十分关心的课题。由于缺乏严格的理论计算结果,一些专著只能定性给出背散射电子(BSE)、入射电子(IE)在固体中的空间图     

一种二元贵金属氮化物的价电子结构

利用固体与分子经验电子理论计算了一种新合成的贵金属氮化物PtN的价电子结构. 结果表明这种氮化物的电子结构位形是: Pt 6s 0.143, 6p 1.286, 5d 3.0; N 2s 0.5694, 2p 2.4306(只考虑共价电子). 这种位形与常用的第一性原理方法中产生赝势的电子结构位形有很大差异, 推测这种差异是造成体弹 性模量理论和实验值不符的原因. 另外, 根据得到的价电子结构, 计算了PtN的结合能为-674.75 kJ/mol.     

TiC价电子结构及其性质分析

利用固体与分子经验电子理论对TiC价电子结构进行了计算。结果表明,温度升高时,TiC的共价电子数增加,表明TiC具有良好的热稳定性;TiC晶体中的共价电子数与其硬度和脆性之间存在密切联系,根据晶格电子数可以定性地说明不同结构晶体之间的脆性差别,利用“键加强因子”△可在一定程度上定性地说明不同结构晶体硬度的相对大小。     

地球的下地幔可能是固体电解质

据美国亚利桑那州立大学的研究者们报道,地球内部的下地幔区可能是固体电解质,而不是如通常设想的电子导体。物理化学家R.M.O'Keeffe和J.O.Bovin研究了三氟镁钠(NaMgF_3)——一种与硅酸镁(MgSiO_3)等电子的氟化物,它被认为是地球下地幔的主要组份。该区域范围在离地球中心3,500～5,700公里之间,构成了行星的本体。     

渗碳体价电子结构及其性质的分析

渗碳体Fe_3C是Fe-C合金的重要相组分。对它的研究是研究钢铁材料的基础。其晶体结构经多人测定结果基本一致,本文采用Lipson等的结果进行计算。由于晶体结构的复杂性,迄今对渗碳体的价电子结构研究的报道尚少。最近Haglund等人用LMTO方法对渗碳体Fe_3C的价电子结构及其某些性质作了较深入的讨论,但其中某些结果并不使人满意。本文利用余氏固体与分子经验电子理论,由Fe_3C的晶体结构直接计     

自然信息

超导体隧道效应的声子谱利用慕尼黑工业大学迪切(W.Dietsche)教授设计的新技术,将有可能对通过物质的声波进行全部谱分析。它将填补固体中声波(频率高于100GHz)探测的空白,并将受到研究氦-固体界面和无序材料的物理学家的热烈欢迎。迪切用两种超导体(例如铝和铅-铋)形成结,并施加外电压V_0,使结产生偏压。在每一个超导体中存在一个小的能隙,它使正常电子与配成对的电子(称为库柏对)分开,从而赋予材料以零电阻。如果铝(能隙为△_1)与铅-铋(能隙为△_2)形成结(见图),则发生如下现象:当某些条件满足时,能产生由于电子对破裂而形成的电子的量子力学隧道效应。     

低维材料中的缺陷效应与电子态调控

低维材料具有大的比表面积、独特的电子结构和优异性能,在新能源、信息等领域具有重要的应用前景.低维材料所具有的特殊电子态可以突破传统半导体材料的尺寸极限,是后摩尔时代重要的候选材料.如何有效地调控低维材料电子结构以满足特定功能的需要是实现这一应用的关键.本文从一维纳米管和二维层状材料中的"缺陷效应"出发,对我们课题组在低维材料电子结构调控方面的研究结果进行综述,揭示空位和吸附原子等点缺陷以及表面修饰和内部填充等对材料的电子结构、电子自旋极化和激发态特性的调控机制与规律,为低维材料在新型电子器件等领域的应用提供依据.