La掺杂CaMnO3基热电材料微观结构与热电性能研究

采用共沉淀法制备,分别在空气与混合了纳米碳粉的Al2 O3粉末(高温渗碳处理)中进行高温烧结后得到多晶钙钛矿型Ca1-xLaxMnO3(x=0,0.02,0.04,0.10)热电陶瓷,并对陶瓷样品的微观结构、热电性能进行了表征与评价.结论如下:T>700 K时,进行过高温渗碳处理的La2/C(x=0.02)系列,具有体系最大Seebeck系数绝对值240～250μV/K,功率因子PF在2.2～2.4 W·m-1·K-2,即电性能最优.所有掺杂样品较本征半导体热导率κ均有所降低.在920 K时,La2/C系列具有体系最大的热电优值ZTmax=0.067,约为同温度下未掺杂CaMnO3陶瓷ZT值的2倍.     

Mg掺杂对CaMnO3基热电氧化物电子结构及电性能的影响研究

采用超软赝势密度泛函理论计算的方法研究了Mg掺杂Ca位CaMnO3基复合氧化物的能带结构、电子态密度和电荷分布状况,在此基础上分析了Mg掺杂氧化物的电性能.结果表明,Mg掺杂CaMnO3氧化物仍然呈间接带隙型能带结构,带隙宽度由0.756eV减小到0.734eV.CaMnO3氧化物和Mg掺杂CaMnO3氧化物的自旋态密度曲线极值点均位于为-0.8eV附近.Mg掺杂CaMnO3氧化物中Mn原子对体系费米面态密度的贡献有所减小,O原子和Ca原子对体系费米面态密度的贡献有所增大.Mg原子比Ca原子具有更强的释放电子的能力,Mg掺杂对于CaMnO3氧化物属于电子型掺杂.Mg掺杂CaMnO3氧化物导电性能增强,电性能提高.     

稀土元素Ce掺杂对CaMnO3基热电材料的微观结构及高温电性能的影响

CaMnO3因其结构中元素在自然界中的丰度大、低毒和具有高温热和化学稳定性等优势而被认为是一类具有潜力的热电材料,但其较大的电阻率影响了热电性能的进一步提高.在钙位掺杂高价态稀土金属离子是降低其电阻率的有效途径.采用共沉淀法制备了一系列Ca1-xCexMnO3(x=0,0.02,0.04,0.06,0.10)热电材料.利用XRD,SEM等方法对材料的物相及断面形貌进行了表征,利用四探针法同时测量了CaMnO3材料的电阻率,Seebeck系数.XRD结果显示所有样品都为单相CaMnO3结构,扫描电镜显示Ce掺杂CaMnO3材料结构致密,具有较小和分散均匀的粒径.样品的电阻率和Seebeck系数的绝对值随着Ce掺杂量的增加而变小,Ca0.9Ce0.1MnO3的功率因子最大,为2.76×10-4W·m-1 ·K-2.     

Dy掺杂Ca1-x Dyx MnO3(x=0,0.02,0.03,0.05,0.10)热电材料的Rietveld精修及高温热电性能研究

本文采用共沉淀法制备Dy掺杂Ca_1-xDy_xMnO₃(x=0,0.02,0.03,0.05,0.10)热电材料,通过X射线衍射对热电材料进行物相结构表征,利用Rietveld粉末衍射全谱拟合方法对X射线衍射数据进行精修得到Dy掺杂Ca_1-xDy_xMnO₃(x=0,0.02,0.03,0.05,0.10)热电材料的精细结构,利用标准四探针法测试高温热电性能.Rietveld精修结果表明,随着Dy掺杂量的增加,CaMnO₃样品的晶胞参数及晶胞体积逐渐变大.对应的电阻率测量结果表明,掺杂样品的电阻率随着Dy掺杂量的增加而减小.其中Ca_0.9Dy_0.1MnO₃的室温电阻率最低,为6.7×10^-5 Ω·m,是未掺杂CaMnO₃的1/6倍.     

Tb3+掺杂BaO-3SiO2发光材料的制备与发光性质

采用溶胶-凝胶法在室温下制备了稀土Tb3+掺杂的以BaO-3SiO2为基质的发光材料,通过DTA-TG、IR、XRD、SEM、激发和发射光谱图对材料的结构和发光性能进行了研究.DTA-TG测试表明,615℃时材料发生晶型转变;IR光谱显示,材料除形成Si-O-Si键外,主要形成Ba-O-Si和Ba-O键;XRD进一步测试证明,主要形成BaSiO3晶体结构.SEM显示,晶体呈四面体和多面体颗粒结构.激发和发射光谱图显示,Tb3+在BaO-3SiO2基质中的掺杂量为2.50mol;,退火温度为800℃,即材料主要以BaSiO3晶体存在时发光最好.即在544nm监测波长下,测得的最佳激发波长为紫外光248 nm,即在248 nm光激发下,材料发射强度高、单色性好的绿光.     

CaMnO3晶体材料力学性能的研究

基于密度泛函理论和Birch-Murnaghan状态方程系统分析研究了CaMnO3晶体材料的弹性常数、体弹模量、剪切模量和力学性质.结果表明,CaMnO3晶体材料具有较大的C11和C22,其还具有较大的体弹模量和剪切横量,具有一定的弹性各向异性.其杨氏模量高达219.62 GPa,较不易发生弹性形变.CaMnO3晶体材料具有较小的泊松比和体剪模量比,表明其极强的脆性,其硬度也达到28.255 GPa.CaMnO3晶体材料内部电子局域化较强,价带电子具有较大的有效质量,Mn与O之间的弱共价性结合可能是其高硬度和高剪切模量的原因.     

La掺杂BaTiO3材料的制备和电性能表征

采用溶胶-凝胶法制备了La掺杂BaTiO3(LBT)材料,通过对其进行X射线衍射、扫描电子显微镜及电导率的研究来讨论La掺杂含量对BaTiO3材料的电性能的影响.结果表明:900℃煅烧LaxBa1-xTiO3(x=0～0.4)粉末能获得单一的钙钛矿结构;La掺杂能明显提高BaTiO3的电导率,当x=0.2时,La02Ba08TiO3(LBT20)材料与Gd掺杂氧化铈Ce0.8Gd0.2O1.9电解质材料具有良好的化学相容性;且LBT20的电导率最大,在800℃还原条件下的电导率大约为0.15 S/cm,是在相同条件下测得的BaTiO3电导率的4倍多,表明LBT20可以作为一种潜在的直接在碳氢燃料下工作的中温固体氧化物燃料电池的阳极材料,但是它的电导率还需进一步提高.     

共沉淀法制备Y3PO7∶Tb3+荧光材料及其性能

采用共沉淀法制备Tb3+掺杂Y3 PO7荧光材料,利用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和荧光光谱(FL)等对合成产物的物相结构和光学性能进行研究,并分析了合成体系pH及pH调节剂种类对合成样品的影响.结果表明,合成体系的pH和pH调节剂种类直接影响合成样品的物相结构和荧光性能.利用Na2CO3调节溶液pH为6.7可制得样品结晶度较高和荧光性能较好的单斜晶系Y3PO7∶Tb3+晶体,所制备的Y3 PO7∶Tb3样品可被255 nm的紫外光有效激发而发射出强烈的Tb3+特征的绿色光.     

溶胶-凝胶法制备ZnAl2O4∶Tb3+薄膜及其光学性能研究

使用溶胶-凝胶法在硅片衬底上制备出不同浓度Tb3+掺杂的ZnAl2O4∶Tb3+薄膜,使用X射线衍射(XRD)、热重-示差扫描量热(TG-DSC)、扫描电镜(SEM)以及荧光光谱分析(PL)进行了表征.结果表明,在700 ℃煅烧温度下得到的ZnAl2O4∶Tb3+薄膜能够形成良好的锌铝尖晶石物相.700℃煅烧所得样品以薄膜形态附着在硅片衬底上,薄膜表面存在小尺寸裂纹,且与衬底之间附着良好.在232 nm紫外光激发下,样品的发射光谱由位于489 nm、543 nm、587 nm和620 nm的四个发射峰组成,分别对应Tb3+的5D4→7F1(J=6,5,4,3)的跃迁,并且当Tb3+掺杂浓度为5at;时,样品的发光强度达到最大值,继续增加Tb3+浓度,则会发生浓度猝灭现象,发光强度降低.     

Bi掺杂对Ca3-xBixCo4O9氧化物微观结构和热电性能的影响

采用固态反应法制备Ca3-xBixCo4O9 (0.0≤x≤0.45)样品,并研究了Bi掺杂对样品的微观结构和热电性能的影响.XRD与SEM结果显示,在含Bi样品中形成了c轴取向的结构,x=0.3和x=0.45样品具有大的晶粒取向度和晶粒尺寸,这就导致了这两个样品具有较高的电导率.由于Bi3+替代Ca2+降低了载流子浓度,样品的塞贝克系数随Bi含量的增加而增加.在1000 K,x=0.3样品的功率因子可达2.77×10-4 W/m·K2,这一数值与利用热压法制备的Ca3Co4O9样品的功率因子相当.     

掺铽钼酸镉荧光粉的制备与光谱性质

以Cd(NO3)2·4H2O和Na2MoO4·2H2O为原料,采用沉淀法制备Tb3+离子掺杂的CdMoO4微纳米颗粒.在600℃下,分别对样品保温1h、3h,通过X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(IR)、荧光光谱分析(PL)对样品进行了表征.结果表明,产物为纯白钨矿型纯四方相CdMoO4,在1650 cm-1、1376 cm-1、756 em-1处的特征吸收峰对应于[MoO4]2-四面体中Mo-O键的反对称伸缩振动,在3500～3300 cm-1和430 cm-1处出现明显的红外特征吸收带,可能是CdMoO4:Tb3+吸附水羟基弯曲振动而引起的.在310 nm激发下,CdMoO4:Tb3+,主峰都位于547.5 nm处,484 nm、547.5 nm、611.5 nm分别对应于Tb3+的5D4-7F6、5D4-7F5、5D4-7F3的跃迁.     

Al掺杂ZnO多晶的热电输运性质研究

采用固相反应法制备了六方纤锌矿结构Zn1-xAlxO(0≤x≤0.03)系列多晶,探究了Al掺杂对ZnO多晶的微观形貌和热电输运性质的影响.结果表明,Al掺杂促使ZnO晶粒长大联结,晶界减少,x＞0.003时出现在晶界分布的ZnAl2O4尖晶石相.掺杂后样品由ZnO的半导体行为转变为电阻率显著下降的金属行为,且x=0.003有最小的室温电阻率～1.7 mΩ·cm,主要由于掺杂使样品载流子浓度和迁移率显著提高,x=0.003时载流子浓度和迁移率为最高,分别为1.05×1021 cm-3和20 cm2/V·s;300 ～900 K下掺杂样品热电势的绝对值和功率因子均随温度升高而增大,x =0.003时有最大的室温功率因子～0.4mW/m·K2.综合得到ZnO中Al掺杂的饱和固溶度x≈0.003.     

Nd3+掺杂Gd2O3的合成及近红外发光性能

采用离子液体(氯化1-丁基-3-甲基咪唑)为表面活性剂,在水热条件下制备形貌可调的Nd3+掺杂Gd2O3的近红外荧光粉.随着氯化1-丁基-3-甲基咪唑物质的量增加,荧光粉的形貌从八面体逐渐向球形转变,粒径逐渐变小.利用XRD、TG-DTA等测试方法,分析了前驱体的形成过程、热分解过程,得出前驱体为Gd2O(CO3)2·H2O.使用紫外可见分光光度计和荧光光谱仪测定了样品的吸收光谱、荧光光谱.当样品形貌从八面体向球形转变后,近红外光荧光性能有明显的提高.在λex=807 nm、λem=1077 nm条件下,样品的荧光衰减时间为t=17.246±0.443 μs.     

Ti掺杂的CrSi2纳米薄膜的微结构和热电性能

利用高真空磁控溅射设备并顺序沉积Cr、Ti和Si层并随后在500℃真空退火6h,在Si(100)衬底上,获得不同Ti掺杂量的CrSi2薄膜.场发射扫描电镜观察表面形貌显示,沉积薄膜具有7～8 nm的晶粒且尺寸比较均匀,Ti含量增加,晶粒尺寸略有增加;X射线衍射谱显示沉积薄膜具有单一CrSi2点阵(111)晶面择优取向,在1.16at;到1.74at;的Ti含量范围内,随Ti含量的增加,CrSi2纳米薄膜的(111)择优取向的程度下降,同时,Ti含量增加,薄膜CrSi2点阵常数增加,这表明Ti在CrSi2晶体中以替位形式存在.随着Ti含量增加,沉积薄膜的霍尔系数降低,空穴浓度增加,同时薄膜空穴载流子的迁移率和Seebeck系数单调下降;受空穴浓度增加和迁移率降低的影响,随Ti含量增加,沉积薄膜电导率和功率因子呈现先增加达到最大值后又下降的趋势.     

Investigations on the Optical Properties of Undoped,Fluorine Doped and Antimony Doped Tin Oxide Films

Undoped, fluorine doped and antimony doped tin oxide films are prepared on quartz plates by Spray pyrolysis technique. The films grown at the optimum substrate temperature with different doping levels have been chosen for this study. Optical properties of these films are investigated in the entire UV-Visible -IR region (0.2 - 10 mikrom). The observed absorption edge lies at 3.65 eV for undoped tin oxide and on doping it shifts towards higher energies, which is due to the Moss - Burstein effect. For fluorine doping depending upon the fluorine concentration, the absorption edge lies in the range 3.9 - 4.14 eV and for antimony doping it lies in the range 3.82 - 4.1 eV. In the undoped tin oxide films the direct allowed transition occurs at 4.02 eV and indirect allowed transition occurs at 2.43 eV, whereas for fluorine doped tin oxide and antimony doped tin oxide films, the direct allowed transitions occur in the range 4.18 - 4.28 and 4.13 - 4.22 eV respectively and the indirect allowed transitions occur in the range 2.63 - 2.73 and 2.54 - 2.65 eV respectively. Optical properties near the plasma edge have been analyzed using Drude's theory. The dependence of effective mass on carrier concentration has been explained on the basis of nonparabolicity of the conduction band. The shift in the fermi energy, calculated on the basis of energy dependent effective mass, is consistent with the measured shift in the absorption edge.