溶胶-凝胶法工艺参数对铜锌锡硫薄膜质量及性能影响研究

以乙酸铜(Cu（CH₃COO）₂·H₂O)、乙酸锌(Zn（CH₃COO）₂·H₂O)、氯化亚锡（SnCl₂·2H₂O）、硫脲（CH₄N₂S）为原料,按一定配比制得前驱体溶液,以三乙醇胺(C₆H₁₅NO₃)、乙醇胺（C₂H₇NO）为稳定剂采用溶胶-凝胶法旋涂制备铜锌锡硫（Cu₂ZnSnS₄）薄膜。通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、X射线能谱分析（EDS）、紫外-可见-近红外分光光度计表征手段对薄膜的表面形貌、物相结构、成分组成和光学性能等进行分析。研究烧结温度、旋涂转速、稳定剂加入等工艺参数对铜锌锡硫（CZTS）薄膜的形貌、物相结构及光学性能的影响规律。结果表明,前驱体溶液浓度为0.2 mol/L,旋涂速度...     

基于刮涂法制备锂掺杂柔性铜锌锡硫硒薄膜太阳电池（英文）

锂掺杂有利于提高铜锌锡硫硒薄膜太阳电池的性能.然而,传统旋涂含锂前驱体溶液的掺杂策略在前驱膜的逐层沉积过程中,由于锂的再溶解而导致大量的锂流失.在本工作中,我们通过刮涂法在柔性钼箔衬底上制备了铜锌锡硫硒薄膜,实现锂的有效掺杂,并进一步研究了锂掺杂对器件性能的影响.随着锂掺杂含量的增加,吸收层晶粒尺寸变大,这可能与硒化过程中锂–硒液相的形成有关.而且,锂可以进入铜锌锡硫硒晶格中,并在吸收层的表面积累,从而钝化缺陷,提升p–n结质量.因此,适量的锂掺杂可以提高器件的性能.此外,本工作探索了锂–钠共掺的影响.有趣的是,与Li-10%样品相比,钠元素的引入增强了吸收层拉曼光谱在328 cm^-1处硫的振动信号. 10%锂钠共掺可将柔性Cu₂ZnSn(S,Se)₄薄膜太阳电池的效率进一步从6.62%提高到7.59%.本工作提供了一种基于刮涂法、简单有效的锂掺杂策略,并证明了锂–钠共掺存在相互作用机制.     

用CuCl2为铜源高效制备形貌可控CuGeO3的研究

锗酸铜因具有自旋佩尔斯效应以及优异的储锂性能而受到广泛关注, 普遍采用水热法制备锗酸铜。在制备过程中, 利用Cu(CH₃COO)₂等弱酸盐促进水的电离来获取CuGeO₃生长所需的OH ^-, 这种操作方法虽然简单, 但制备时间长、效率低。本研究采用强酸盐CuCl₂取代弱酸盐Cu(CH₃COO)₂为铜源, 调节前驱体溶液的pH, 控制各晶面吸附能力及溶液过饱和度, 实现高效制备CuGeO₃纳米棒和CuGeO₃六边形纳米片, 将制备时间缩短至8 h。并在此基础上, 添加一维结构导向剂乙二胺, 在加速反应过程的同时限制CuGeO₃的二维平面生长, 高效制备了100 nm、200~300 nm、350~500 nm、400~700 nm、1~2 μm和 1~3 μm六种不同尺寸、形貌均一的CuGeO₃纳米线。     

静电纺丝技术制备NiOZnTiO3TiO2同轴三层纳米电缆及其形成机制

采用静电纺丝技术, 通过改进实验装置, 在最佳的纺丝条件下制备了 [Ni(CH₃COO)₂+PVP]-[Zn(CH₃COO)₂+PVP]-[Ti(OC₄H₉)₄+CH₃COOH+PVP] 前驱体复合电缆, 在600℃下将其进行热处理, 制备出了NiO-ZnTiO₃-TiO₂同轴三层纳米电缆。采用热重-差热 (TG-DTA)、 X射线衍射(XRD)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等分析技术对样品进行了表征。对NiO-ZnTiO₃-TiO₂ 同轴三层纳米电缆的形成机制进行了讨论。结果表明, 所得产物为NiO-ZnTiO₃-TiO₂同轴三层纳米电缆。芯层为NiO, 直径大约为(42.024±4.405) nm; 中间层为ZnTiO₃, 厚度大约为(55.385±7.681) nm; 壳层为TiO₂, 厚度大约为(70.747±7.373) nm。      

PdSe2半导体薄膜的真空硒化法制备研究

PdSe₂薄膜主要通过机械剥离法和气相沉积法制得, 本研究采用一种简单有效的可在SiO₂/Si衬底上制备PdSe₂薄膜的方法。通过高真空磁控溅射技术在SiO₂/Si衬底上沉积一层Pd金属薄膜, 将Pd金属薄膜与Se粉封在高真空的石英管中并在一定的温度下进行硒化, 获得PdSe₂薄膜。根据截面高分辨透射电镜(HRTEM)照片可知PdSe₂薄膜的平均厚度约为30 nm。进一步研究硒化温度对PdSe₂薄膜电输运性能的影响, 当硒化温度为300 ℃时, 所制得的PdSe₂薄膜的体空穴浓度约为1×10¹⁸ cm^-3, 具有最大的室温迁移率和室温磁阻, 分别为48.5 cm²·V^-1·s^-1和12%(B=9 T)。值得注意的是, 本实验中通过真空硒化法获得的薄膜空穴迁移率大于通过机械剥离法制得的p型PdSe₂薄膜。随着硒化温度从300 ℃逐渐升高, 由于Se元素容易挥发, Pd薄膜的硒化程度逐渐减小, 导致薄膜硒含量、迁移率和磁电阻降低。本研究表明：真空硒化法是一种简单有效地制备PdSe₂薄膜的方法, 在贵金属硫族化合物的大面积制备及多功能电子器件的设计中具有潜在的应用价值。     

单靶磁控溅射制备铜铟硒和铜铟锌硒薄膜及其结构、光学性质研究

采用单靶磁控溅射法制备了铜铟硒(CIS)和铜铟锌硒(CIZS)薄膜。XRD表征发现CIZS-300出现了与其它薄膜不同的择优取向, 分析认为贫铜的状态和适宜温度可能促使薄膜择优取向从(112)向(220)转化; 拉曼光谱在171 cm^-1处出现的较强峰, 和206 cm^-1处出现的较弱峰, 分别为A₁和B₂振动模式, 而Zn的掺入导致A₁拉曼峰的宽化和蓝移; Zn的掺入使Cu含量改变进而使CIZS禁带宽度增大, 这是由于Se的p轨道和Cu的d轨道杂化引起的; SEM测试结果表明CIZS薄膜表面比CIS表面更为紧密、平滑。     

Ag-ZnO/生物质炭纳米复合材料的制备及协同可见光催化性能

以醋酸锌(Zn(CH₃COO)₂·2H₂O)为锌源、硝酸银(AgNO₃)为掺杂源、纤维素纳米晶体(Cellulose nanocrystal, CNC)为生物模板，通过溶胶-凝胶法结合碳化处理，制备了Ag-ZnO/生物质炭(Biochar)复合材料。采用TEM、XRD、BET、UV-Vis DRS对所制得的Ag-ZnO/Biochar复合材料进行表征。以亚甲基蓝(MB)为模型污染物，评价Ag-ZnO/Biochar复合材料在可见光源照射下的光催化性能，进一步阐明其光催化机制。结果表明:碳化后纳米ZnO仍保持良好的分散性，球形Ag纳米粒子均匀分散在ZnO表面，形成Ag-ZnO/Biochar三元复合材料。与Ag-ZnO和ZnO/Biochar复合材料相比，Ag-ZnO/Biochar复合材料在可见光下的光催化降解率显著提高。这是由于生物质炭赋予复合体系良好的吸附性能，使MB的光催化降解反应持续发生；而Ag纳米粒子的表面等离子体共振(Surface plasmon resonance, SRP)效应则增强了复合体系在可见光区的吸收。其中，当AgNO₃、CNC、Zn(CH₃COO)₂·2H₂O的质量比为0.01:0.25:1时，制得的Ag-ZnO/Biochar复合材料在可见光下具有最佳的光吸收性能和MB降解效率:室温条件下，黑暗中吸附30 min，再用可见光照射120 min，即可达到99%的MB降解率，显著高于Ag-ZnO(约23%)和ZnO/Biochar复合材料(约64%)。      

硫酸铵低温焙烧中低品位氧化锌矿

以中低品位氧化锌矿为原料、硫酸铵为反应介质,通过低温焙烧得到热料,研究了焙烧温度对Zn提取率的影响。结果表明,培烧温度为450℃时锌的提取率最高,为91.8%。焙烧温度低反应不充分;焙烧温度过高H₂SO₄分解挥发,降低反应率。将熟料溶出过滤得到硫酸锌溶液,经净化除杂得到洁净的硫酸锌溶液。以硫酸锌溶液为原料、碳酸铵为沉淀剂,采用沉淀法制备出碱式碳酸锌前驱体,将其煅烧制备了微细氧化锌粉体。采用XRD、SEM及化学成分分析等手段对前驱体和氧化锌粉体进行了表征。结果表明,溶液中OH^-、HCO₃^-与Zn²⁺共同作用得到前驱体,前驱体受热脱水、分解得到ZnO粉体。碱式碳酸锌前驱体为Zn₄（CO₃）（OH）₆·H₂O,呈类球形颗粒团聚体,氧化锌粉体为六方铅锌矿结构,颗粒呈球形,分散性良好。     

单源热蒸发制备有机无机杂化CH3NH3PbI3薄膜及其性能表征

采用全真空单源热蒸发沉积技术直接制备钙钛矿太阳电池用有机无机杂化CH₃NH₃PbI₃薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱仪(EDS)和分光光度计对制备的CH₃NH₃PbI₃薄膜微结构、表面形貌、化学成分和光学性能进行表征分析, 并与非真空旋涂法制备的CH₃NH₃PbI₃薄膜性能进行比较。结果表明: 单源热蒸发法制备的CH₃NH₃PbI₃薄膜呈现单一的钙钛矿四方晶体结构, 且与蒸发源材料的晶体结构同源性高, 没有出现杂质相偏析; 对比旋涂法制备的CH₃NH₃PbI₃薄膜表面均匀致密平整, 且薄膜结晶度更高; 单源热蒸发法制备的CH₃NH₃PbI₃薄膜禁带宽度为1.57 eV, 符合钙钛矿太阳电池吸收层光学性能要求。     

掺锡TiO2复合薄膜的制备和光催化性能的研究

通过溶胶-凝胶工艺在玻璃表面制备了均匀透明的掺锡锐钛矿型TiO₂光催化复合薄膜,用SEM、XRD、XPS等对薄膜进行了表征。薄膜中除含有Ti,O, Sn等元素外,还存在一定量的来自有机前驱物未完全燃烧的C元素和从玻璃表面扩散到薄膜中的Na和Ca元素。甲基橙水溶液的光催化降解实验表明:掺锡TiO₂复合薄膜的表观降解速率常数明显高于未掺锡TiO₂薄膜的表观降解速率常数,这为进一步提高TiO₂薄膜的光催化活性开辟了新的途径。      

Cu2ZnSnS4-CdS复合材料的制备及其在光催化制氢中的应用

为了进一步提高Cu₂ZnSnS₄的光催化制氢性能,首先通过水热法制备出Cu₂ZnSnS₄光催化材料,在此基础上加入Cd（CH₃COO）₂·2H₂O和Na₂S进行二次水热反应制备Cu₂ZnSnS₄-CdS复合材料。通过XRD、SEM、TEM、Raman及XPS等分析测试方法对Cu₂ZnSnS₄-CdS复合材料的物相结构、微观形貌和元素价态进行了表征。结果表明:成功制备了结晶性能较好的Cu₂ZnSnS₄-CdS复合材料。Cu₂ZnSnS₄-CdS复合材料是由球状和块状颗粒组成;Cu₂ZnSnS₄-CdS复合材料表面>95%的Cd和S原子（原子比为1:1）的存在说明块状颗粒Cu₂ZnSnS₄表面生长的球形颗粒为CdS;在氙灯下的光催化制氢性能表明,Cu₂ZnSnS₄-CdS复合材料的光催化制氢效果明显优于Cu₂ZnSnS₄和CdS,产氢效率为296.17 μmol（g·h）-1。      

Catalytic CVD growth of Si–C and Si–C–O alloy films by using alkylsilane and related compounds

Cat-CVD method has been applied to the growth of Si–C and Si–C–O alloy thin films. Growth mechanism has been studied with emphasis on the effects of filament materials. Growth rates and alloy compositions were measured for W, Ta, Mo and Pt filaments at the filament temperatures ranging from 1300 to 2000 °C. Si_1−xC_x films with x ranging from 0.38 to 0.7 could be grown by using single molecule source Si(CH₃)₂H₂ (dimethylsilane). Si–C–O ternary alloy films was successfully prepared by using Si(OC₂H₅)₄ (tetraethoxysilane) and Si(CH₃)₂(OCH₃)₂ (dimethyldimethoxysilane) molecules.     

直接热分解法制备单相Pd-Fe合金催化剂及电催化氧还原活性

以醋酸钯和醋酸亚铁为前驱体, 采用直接热分解法制备了碳载Pd₃-Fe₁(Pd₃-Fe₁/C)催化剂。用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等技术对催化剂进行了表征, 用循环伏安法和线性扫描伏安法研究了催化剂对氧的电催化还原性能。结果表明, 制备的Pd₃-Fe₁/C复合催化剂具有单相均一的合金结构, Fe进入Pd晶格改变了Pd电子结构和结构常数。电化学数据表明, Pd₃-Fe₁/C对氧还原比Pd/C催化剂有更高的电催化性能。     

Low temperature metal oxide film deposition and reaction kinetics in supercritical carbon dioxide

An effective method is developed for low temperature metal oxide deposition through thermal decomposition of metal diketonates in supercritical carbon dioxide (scCO₂) solvent. The rates of Al(acac)₃ (Aluminum acetyl acetonate) and Ga(acac)₃ (Gallium acetyl acetonate) thermal decomposition in scCO₂ to form conformal Al₂O₃ and Ga₂O₃ thin films on planar surfaces were investigated. The thermal decomposition reaction of Al(acac)₃ and Ga(acac)₃ was found to be initialized at  150 °C and 160 °C respectively in scCO₂ solvent, compared to  250 °C and 360 °C in analogous vacuum-based processes. By measuring the temperature dependence of the growth rates of metal oxide thin films, the apparent activation energy for the thermal decomposition of Al(acac)₃ in scCO₂ is found to be 68 ± 6 kJ/mol, in comparison with 80–100 kJ/mol observed for the corresponding vacuum-based thermal decomposition reaction. The enhanced thermal decomposition rate in scCO₂ is ascribed to the high density solvent which effectively reduces the energy of the polar transition states in the reaction pathway. Preliminary results of thin film deposition of other metal oxides including ZrO_x, FeO_x, Co₂O₃, Cr₂O₃, HfO_x from thermal decomposition of metal diketonates or fluorinated diketonates in scCO₂ are also presented.     

微波辅助溶剂热法制备磷酸钙微球和多面体

磷酸钙材料具有良好的生物相容性, 被广泛应用于生物材料领域。本研究以Ca(CH₃COO)2、NaH₂PO₄?2H₂O和双亲嵌段共聚物PLA-mPEG为原料, 通过微波辅助120℃水热反应30 min, 合成了自组装结构磷酸钙微球。以相同的反应原料, 在水和乙二醇混合溶剂中, 通过微波辅助120℃溶剂热反应30 min, 制备了具有多面体结构的磷酸钙。通过X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和热重分析(TG)对所制备样品的物相和形貌进行了表征。研究发现乙二醇的加入对磷酸钙的结构和形貌具有显著的影响。以牛血红蛋白为模型, 研究了所制备的两种不同磷酸钙材料的蛋白吸附效果。磷酸钙材料的牛血红蛋白吸附量随装载溶液中牛血红蛋白浓度的增加而增大, 随样品制备过程中的乙二醇加入量的增加而减小。     

Mn掺杂Ni(OH)2的合成及电化学性能研究

本工作采用缓冲溶液法制备Mn掺杂Ni(OH)₂(Ni_1-xMn_x(OH)₂, x=0.1, 0.2, 0.3, 0.4), X射线衍射测试表明样品主要是β相, 有少量Mn₃O₄杂相; 循环伏安测试表明, x=0.2的材料还原峰积分面积最大、还原分支的峰电流最高; 恒流充放电测试表明, 在100 mA/g电流密度下, Ni_0.8Mn_0.2(OH)₂放电比容量最高, 其第20次循环放电比容量为271.8 mAh/g, 同等条件测试的商用β-Ni(OH)₂放电比容量为253.6 mAh/g; 在300、500 mA/g电流密度下, Ni_0.8Mn_0.2(OH)₂放电比容量仍保持最高, 分别为294.7、291.5 mAh/g, 而且Mn掺杂Ni(OH)₂的循环稳定性也优于商用β-Ni(OH)₂。Mn掺杂可改善镍电极的循环稳定性、降低镍电极成本, 具有广阔的应用前景。     

Te与In共掺杂对Cu2SnSe3热电性能的影响

Cu₂SnSe₃基化合物作为一种绿色环保的新型热电材料, 近年受到了研究者的广泛关注。然而, 本征Cu₂SnSe₃基化合物载流子浓度低、电性能较差。为优化Cu₂SnSe₃化合物的电热输运性能, 本研究采用熔融、退火结合放电等离子烧结技术制备了一系列Cu₂SnSe_3-xTe_x (x=0~0.2)和Cu₂Sn_1-yIn_ySe_2.9Te_0.1 (y=0.005~0.03)样品, 研究了Te固溶和In掺杂对材料电热输运性能的影响。Te在Cu₂SnSe_3-xTe_x (x=0~0.2)化合物中的固溶度为0.10, Te固溶显著增加了材料的载流子有效质量, 从本征Cu₂SnSe₃样品的0.2m_e增加到Cu₂SnSe_2.9Te_0.1样品的0.45m_e, 显著提高了材料的功率因子, Cu₂SnSe_2.99Te_0.01样品在300 K下获得最大功率因子为1.37 μW·cm^-1·K^-2。为了进一步提高材料的电传输性能, 本研究以Cu₂SnSe_2.9Te_0.1为基体并选取In在Sn位掺杂。In掺杂将Cu₂SnSe₃基化合物的载流子浓度从5.96×10¹⁸ cm^-3 (Cu₂SnSe_2.9Te_0.1)显著提高到2.06×10²⁰ cm^-3 (Cu₂Sn_0.975In_0.025Se_2.9Te_0.1)。调控载流子浓度促进了材料多价带参与电传输, 材料的电导率和载流子有效质量显著增加, 功率因子得到大幅度提升, 在473 K下Cu₂Sn_0.995In_0.005Se_2.9Te_0.1化合物获得最大功率因子为5.69 μW·cm^-1·K^-2。由于电输运行性能显著提升和晶格热导率降低, Cu₂Sn_0.985In_0.025Se_2.9Te_0.1样品在773 K下获得最大ZT为0.4, 较本征Cu₂SnSe₃样品提高了4倍。     

添加稀土Dy对Cu50Zr46Al4合金的非晶形成能力和力学性能的影响

使用铜模吸铸法制备Cu_50-xZr₄₆Al₄Dy_x(x=0~4)系列合金,研究了Dy对其非晶形成能力和力学性能的影响。结果表明,添加1%~2%(原子分数)的Dy能明显提高Cu_50-xZr₄₆Al₄Dy_x合金的热稳定性和非晶形成能力。添加适量的Dy能提高体系的强度和塑性变形能力。还讨论了添加Dy元素影响Cu_50-xZr₄₆Al₄Dy_x体系非晶形成能力和力学性能的机理。     

Na3V2(PO4)2F3@V2O5-x复合材料的制备及储钠性能研究

当前制约钠离子电池发展的主要因素包括较低的能量/功率密度和较差的循环性能, 而在正极材料表面包覆含氧缺陷金属氧化物层, 可以有效提高材料的电子导电率, 保证高振实密度、能量密度和功率密度。本文通过温和的溶剂热反应制备Na₃V₂(PO₄)₂F₃纳米片前驱体并结合高温煅烧合成Na₃V₂(PO₄)₂F₃@V₂O_5-x复合材料。其结构通过XRD、TEM、SEM、XPS和TGA测试进行表征。作为钠离子电池的正极材料, 展现了优异的循环性能和倍率性能。在0.2C倍率下, 首圈放电比容量为123 mAh?g ^-1, 循环140圈后容量保持在109 mAh?g ^-1。当电流密度提高至1C, 首圈放电比容量达到72 mAh?g ^-1, 充放电循环500圈后, 容量保持率高达84%。优异的电化学性能归因于材料表面包覆的具有丰富结构缺陷的无定型层, 有效提高了离子的扩散和电子导电率。此方法将有助于钠离子电池的实际应用。