不同浓度Cu掺杂SnO2材料电学和力学性质的研究

为研究Cu掺入对SnO_2性能的影响,本文采用密度泛函理论和平面波赝势法,建立了未掺杂SnO_2和不同比例Cu掺杂的SnO_2晶胞模型,对Sn_(1-x)Cu_xO_2(x=0、0.083、0.125、0.167、0.25、0.5)超晶胞体系进行优化计算、能量计算和弹性模量计算,得到晶格常数、弹性模量、电荷分布、能带结构和态密度图.研究表明:掺杂能够使得材料的弹性模量大幅减小,对应的硬化函数值降低,易于材料加工;在电性质方面,掺杂后,材料均属于直接带隙半导体材料.当x0.25时,由于掺杂浓度过高使得晶格发生畸变,电性质与未掺杂情况类似;当x0.25时,随着掺杂浓度的降低,导带收缩加剧,局域性增强,禁带宽度变窄,使得电子从价带受激跃迁所需能量降低,故掺杂后材料表现出半金属性,导电性增强.     

Fe/Sn共掺杂In_2O_3稀磁半导体薄膜的磁性和输运性质

采用脉冲激光沉积方法在Al_2O_3衬底上制备了Fe/Sn共掺杂的(In_(0.93)Fe_(0.05)Sn_(0.02))_2O_3薄膜,研究了沉积过程的氧气分压对薄膜结构、磁性和输运性质的影响,以揭示其铁磁性来源和机制。(In_(0.93)Fe_(0.05)Sn_(0.02))_2O_3薄膜为单相立方In2O3结构,Fe和Sn取代了In2O3中In的位置。在不同氧气分压下制备的(In_(0.93)Fe_(0.05)Sn_(0.02))_2O_3薄膜具有明显的室温铁磁性,随着氧气分压的增加,薄膜的铁磁性减小。输运测量表明,(In_(0.93)Fe_(0.05)Sn_(0.02))_2O_3薄膜为n型半导体,载流子浓度约为1020 cm-3,在低温时具有明显的磁电阻效应。研究结果表明(In_(0.93)Fe_(0.05)Sn_(0.02))_2O_3薄膜的铁磁性是本征的,载流子浓度对薄膜的铁磁性有重要影响。     

掺杂纳米SnO_2-Al_2O_3/Cu新型电触头复合材料的制备及耐磨性能

为满足低压电器对于高品质电触头材料的迫切需求,同时保护稀缺资源、降低电触头成本,采用粉末冶金工艺制备了掺杂纳米SnO_2-Al_2O_3/Cu新型电触头复合材料,并对其电导率、硬度及耐磨性能进行了研究。结果表明:复烧与冷变形工艺均可显著提高复合材料的烧结质量、密度、电导率与硬度。随着纳米Al_2O_3及掺杂纳米SnO_2颗粒的总含量增加,掺杂纳米SnO_2-Al_2O_3/Cu电触头复合材料的硬度与耐磨性能表现出了相同的变化规律,即先升高后降低。当纳米Al_2O_3及掺杂纳米SnO_2颗粒的总含量为0.80wt%时,复合材料的硬度与耐磨性能均达到最优;而当纳米Al_2O_3及掺杂纳米SnO_2颗粒的总含量保持0.80wt%不变时,随纳米Al_2O_3颗粒的含量增加,掺杂纳米SnO_2-Al_2O_3/Cu电触头复合材料的硬度与耐磨性能改善;当掺杂纳米SnO_2颗粒的含量为0时,复合材料的耐磨性能达到了最优。因此较之掺杂纳米SnO_2颗粒,纳米Al_2O_3颗粒对掺杂纳米SnO_2-Al_2O_3/Cu电触头复合材料的耐磨性能有更显著的提高作用。     

SnAgCu-xBi/Cu焊点界面反应及微观组织演化

本工作在Sn-3.0Ag-0.5Cu焊料中添加不同含量的Bi(0.1%,0.5%,1.0%(质量分数)),以此来研究Bi含量对Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu焊点的界面反应及金属间化合物微观组织演化的影响。结果发现:回流反应之后,焊点界面形成扇贝状的Cu_6Sn_5,对焊点进行时效处理后发现,在Cu_6Sn_5层与Cu基板之间又出现了一层Cu_3Sn,并且Cu_6Sn_5层的上表面及焊料中出现了颗粒状的Ag_3Sn,Ag_3Sn颗粒的数量随着时效时间的延长而增多;5d的时效处理之后,在Cu基板的上表面和Cu_3Sn层中发现了柯肯达尔孔洞,同时在大多数焊点界面的Cu_6Sn_5层的上表面和Cu_6Sn_5层中出现了裂纹,推测裂纹是由于热膨胀系数差导致的残余应力而形成的。时效过程中,焊点界面金属间化合物(IMC)层的厚度不断增加,并且IMC的平均厚度与时效时间的平方根呈线性关系。对比未添加Bi元素的Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu焊点发现,添加微量的Bi元素对IMC层生长有抑制作用,当Bi含量为1.0%时,抑制作用最为明显,而Bi含量为0.5%时,抑制作用最弱。Cu_6Sn_5晶粒的平均直径随着时效时间的延长而增加,且Cu_6Sn_5晶粒的平均直径与时效时间的立方根呈线性关系。     

Li在石墨烯、BC_3及C_3N表面吸附与迁移的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了Li在本征石墨烯及BC3、C3N表面的吸附和迁移行为。与本征石墨烯相比,硼掺杂浓度为25%(原子分数)时提高了Li的吸附能,而氮掺杂浓度为25%(原子分数)时减弱了Li的吸附能,这归因于掺杂物种具有不同的电子结构。通过NEB方法计算了Li在本征石墨烯、BC3、C3N表面的迁移,结果表明,相比于本征石墨烯,硼掺杂浓度为25%(原子分数)的石墨烯减弱了Li的扩散,而氮掺杂浓度为25%(原子分数)的石墨烯促进了Li的扩散。     

Li吸附对石墨烯、BC_3、C_3N电学性质影响的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,对Li在未掺杂和B(N)掺杂浓度为25%(原子分数)的石墨烯表面最稳定位置的吸附进行了结构优化,计算了本征石墨烯及B(N)掺杂石墨烯吸附Li前后的能带结构、态密度、电荷转移、差分电荷密度和结合能。计算结果表明,B掺杂浓度为25%(原子分数)时可显著提高石墨烯的Li吸附能,N掺杂浓度为25%(原子分数)时减弱了石墨烯的Li吸附能。吸附Li后的石墨烯、BC3和C3N体系均显示出金属性。     

Ni掺杂SnO_2气敏材料优化设计及对低浓度甲醛气敏性能研究

甲醛是室内空气污染的主要气体,严重危害人的身体健康。SnO_2是目前在气体传感器上应用较多的气敏材料。通过一步水热法成功制备了不同Ni掺杂SnO_2立方体。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和紫外可见漫反射光谱仪(UV-Vis DRS)等表征手段对材料的形貌和结构进行分析,并以室内污染气体甲醛为目标气体对其气敏性能进行了研究。结果表明,Ni掺杂可以有效地改善SnO_2基气体传感器的气敏性能,最佳掺杂浓度为4%(原子分数),进一步掺杂不利于SnO_2气敏性能的提高。从材料的结构和表面缺陷方面对Ni掺杂改善SnO_2的气敏机理进行了分析。Ni掺杂增加了SnO_2材料的比表面积,为气体分子提供了更多的孔洞和间隙,有利于气体分子的吸附和脱附;同时,Ni掺杂降低禁带宽度,产生了更多氧缺陷,从而降低了工作温度并有利于吸附氧的产生,优化了SnO_2的气敏性能。     

全Cu_(3)Sn焊点在高温时效下的组织及力学性能EI北大核心CSCD

对全Cu_(3)Sn焊点进行620℃下不同持续时间的时效处理,研究时效过程中接头微观组织演变,并利用纳米压痕实验及剪切实验表征时效后焊点的力学性能变化。结果表明:在时效过程中,Cu/Cu_(3)Sn界面以平面状析出Cu_(20)Sn_(6)并持续生长,直至Cu_(3)Sn被完全消耗。随后Cu_(20)Sn_(6)向Cu_(20)Sn_(6)和Cu_(13.7)Sn组成的两相层转变,Cu_(13.7)Sn通过消耗两相层在Cu/两相层的界面处以波浪状析出并继续生长,直至占据整个界面区,该过程中伴随着焊缝中间位置孔洞数量和尺寸的生长,最终聚合成微裂纹。Cu_(20)Sn_(6),Cu_(3)Sn,Cu_(13.7)Sn相的硬度分别为9.62,7.15,4.67 GPa,弹性模量分别为146.5,134.0,133.2 GPa。随时效时间的增加,焊点的抗剪强度呈先增大后减小的趋势,在120 min内保持大于20.1 MPa;其断口形貌和断裂路径也随之发生变化。     

Nb掺杂SnO2电子特性与光学性能第一性原理研究

使用第一性原理杂化泛函HSE06的方法对Nb掺杂SnO_2(NTO)的电子特性和光学性能进行了研究。计算得出NTO具有较小的结构畸变。本征SnO_2的直接带隙为3.80 eV,Nb掺杂使SnO_2的直接带隙减小,但大于3.33 eV。受Nb 4d轨道的影响,导带底的电子有效质量先减小后增加,并且导带向价带方向移动增加了电子亲和力。对其光学性能进行研究得出Nb掺杂扩宽了SnO_2的光学带隙,使红外光区的反射率增加。     

Cu-Ti合金与H_2O_2直接氧化法制备Cu掺杂TiO_2薄膜EI北大核心CSCD

以Cu-Ti合金为基体,采用含H_2O_2溶液直接氧化法制备Cu掺杂TiO_2薄膜,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对薄膜形貌、化学成分和相组成进行分析。结果表明:所制薄膜通过溶解-沉积机理形成,合金表面先沉积Cu掺杂的非晶态TiO_2薄膜,经空气中450℃热处理1h获得Cu掺杂的锐钛矿型晶态TiO_2薄膜。含H_2O_2溶液中需加入一定量聚碳酸酯或聚乙烯乙酸酯,以促进非晶态TiO_2在合金表面的沉积。所制薄膜对罗丹明B具有优异的光催化降解作用,在12W紫外光下照射4h后,Cu_(30)Ti_(70)合金表面形成的薄膜对罗丹明B溶液(20mg/L)的降解率达到31.7%。     

微电子封装中全Cu_3Sn焊点形成过程中的组织演变及生长形貌

在3D封装中,全Cu_3Sn焊点逐渐得到广泛应用。选择270℃,1N分别作为钎焊温度和钎焊压力,在不同钎焊时间下制备焊点,分析其组织演变过程,分别观察不同钎焊温度和钎焊时间下Cu_6Sn_5立体形貌,以研究Cu_6Sn_5生长规律及温度对其生长形貌的影响。结果表明:钎焊30min后Cu基板与液态Sn之间形成扇贝状Cu_6Sn_5,Cu_6Sn_5与Cu基板之间出现一层较薄的Cu_3Sn。当钎焊时间增加到60min后,液态Sn全部被消耗,上下两层Cu_6Sn_5形成一个整体。继续增加钎焊时间,Cu_3Sn以Cu_6Sn_5的消耗为代价不断长大,直到480min时Cu_6Sn_5全部转化成Cu_3Sn。Cu_6Sn_5长大增厚过程为表面形核、长大、小晶粒融合、包裹初始大晶粒。随着钎焊温度的增加,Cu_6Sn_5的形貌逐渐由多面体状变为匍匐状。     

MOFs材料的合成、表征及处理刚果红的机理研究

采用溶剂热法合成均苯三甲酸-三维铜基配合物[Cu_3(btb)_2,MOF-14]材料,合成的MOF-14比表面积为1278m2/g。采用X-射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FT-IR)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)等手段分析了其化学组成及结构,并对MOF-14处理偶氮染料废水刚果红(CR)进行了研究。研究结果表明,在吸附80min条件下,过氧化氢(H_2O_2)对CR的降解能力几乎为零,单独的Cu_3(btb)_2对CR的降解率为29.22%,然而当Cu_3(btb)_2与少量H_2O_2共同作用条件下,对CR的降解率猛然提升,达到94.65%。     

基于第一性原理的Fe掺杂锐钛矿型TiO2(001)表面光催化性研究

基于密度泛函理论的第一性原理对不同掺杂方式和不同含Fe量的Fe/TiO_2(001)禁带宽度及C6H6分子在其表面不同位置的吸附能进行了研究。Fe原子掺杂纳米TiO_2的能带结构和态密度计算表明,表面间隙掺杂比替位掺杂更利于减小TiO_2的禁带宽度,且当掺杂浓度为6.122%时,相比纯TiO_2的禁带宽度减小幅度最大可达59.3%。通过吸附能的比较得出了苯分子在TiO_2(001)表面以水平吸附为主,在研究浓度范围内,随Fe原子掺杂浓度的增加,吸附能并不像带隙一样呈减小的趋势,而是当Fe原子掺杂浓度为4.167%时,吸附能的涨幅最大为63.2%。     

ITO靶材第二相In_4Sn_3O_(12)的结构及其对靶材性能的影响

以自制的纳米ITO气化粉为原料,采用注浆成型工艺制备了不同SnO_2含量的ITO靶材,并采用不同烧结温度对SnO_2含量为10%(质量分数)的靶材进行了烧结,通过SEM分析了不同SnO_2含量ITO靶材的组织及第二相在靶材中的数量、形貌、分布。结果表明,在1 575℃烧结温度下,随着SnO_2含量的增加,靶材晶粒得到细化,晶界交汇处第二相数量明显增多;当烧结温度提高至1 600℃时,晶界处第二相发生分解,并向母相中转移。采用王水对1 575℃烧结的SnO_2含量为10%的靶材进行腐蚀,提取第二相,并通过EDS、XRD、TEM、TGA分析了第二相的组分、物相结构及热重情况。研究表明,10%SnO_2含量ITO靶材晶界交汇处形成的第二相为六方结构的In_4Sn_3O_(12),且靶材的氧含量与In_4Sn_3O_(12)有关。通过对不同SnO_2含量ITO靶材在密度、电阻率和热扩散系数方面的分析,间接研究了第二相对靶材性能的影响,发现SnO_2含量的增加有利于靶材密度的提高,同时使靶材电阻率增大、氧含量增高、热扩散系数减小。     

氧化锡非化学计量性质研究

采用库伦滴定法,用 YSZ 固体电解质测定694～990K 温度范围与非化学计量氧化锡 SnO_(2-x)以及两相混合物平衡的氧气分压。在900K 附近,平衡氧气分压 Po_2与 SnO_(2-x)中的氧缺位浓度 x 间呈 x∞Po_2~(-1/6)关系。在783～990K 温度范围,SnO_(2-x)中缺陷反应的标准吉布斯自由能变化温度关系式为:△G~Φ_s_no2_=3.05×10~5-38.97T(J/mol)。在696～731K 温度范围,Sn_3O_4的标准生成自由能温度关系式为:△_fGΦ=-1163960+417.36T(J/mol)。     

离子液体电沉积制备Cu掺杂NiO电致变色薄膜及其性能EI北大核心

NiO是一种常见的电致变色材料,元素掺杂改性是改善NiO薄膜电致变色性能的重要方法。以离子液体为介质,采用电沉积法制备Cu掺杂NiO薄膜,并研究Cu元素掺杂对NiO薄膜电致变色性能的影响。结果表明:Cu掺杂NiO薄膜的电致变色性能相较于纯NiO薄膜有明显提升。Cu掺杂含量为6%(原子分数,下同)时,薄膜光调制范围最大,为54.7%,着色效率最高,为61.54 cm^(2)/C,Cu掺杂含量为12%时,薄膜的着褪色响应时间最短,分别达到2.7 s与2.6 s。薄膜的物相结构为面心立方晶相Ni_(1-x)Cu_(x)O,由纳米粒子堆积而成,表面存在大量利于离子扩散的孔隙。     

可见光响应型Cu掺杂TiO_2纳米管的阳极氧化制备及表征

为了实现简易可控生长Cu掺杂TiO_2纳米管并有效拓展其吸收带边,通过电化学阳极氧化,在Cu质量百分含量为5%的Cu_5Ti_(95)合金基体上生长出高度有序Cu掺杂TiO_2纳米管前驱体,并在O_2气氛450℃退火晶化2h。并对纳米管的形貌、晶型结构和光谱吸收等性能进行表征。结果表明:Cu-Ti-O纳米管阵列的管长、管径和管壁厚度分别为5.8μm、150nm和10~15nm,经O_2气氛450℃退火晶化2h后,纳米管底部发生锐钛矿向金红石相转变,Cu-Ti-O纳米管阵列吸收带边红移至450nm,为后续光电化学性能测试提供了重要的实验依据。     

汞灯辅助MOCVD SnO2薄层晶体的结构与透明导电性研究

采用x—射线衍射(XRD)、高能电子衍射(RHEED)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外可见吸收谱(UV)等技术研究了在汞灯(ML)辅助下进行有机金属化学气相沉积(MOCVD)所得本征及掺杂SnO_2薄层晶体的结构和透明导电性。实验指出,采用汞灯辅助有机金属化学气相沉积(ML-MOCVD)SnO_2薄层晶体比无汞灯辅助的有机金属化学气相沉积(MOCVD)膜层生长速度快,结晶粒度大且其透明导电性能更好。本文对ML-MOCVD SnO_2薄层晶体的结晶粒度与生长温度的关系、掺杂对结晶取向的影响以及可见光透过率、导电性能等进行了较详细的研究。结果指出,ML-MOCVD是获得透明导电优质薄层SnO_2晶体材料的最佳途径。     

第一性原理分析La、W共掺杂SnO_2的导电性

AgSnO_2触头材料在使用过程中会析出导电性很差的SnO_2晶体,从而影响继电器的使用寿命。为了提升SnO_2的导电性,通过Material Studio软件中的CASTEP模块,利用第一性原理,在SnO_2晶体中分别掺杂单一元素La、W以及共掺La、W,使掺杂比例保持在16.8%,计算得到晶体的晶胞参数、能带结构、态密度、原子布居、焓变值以及电导率等。结果表明:相对于单元素掺杂,共掺La、W后,带隙值减小为0.222 eV,两个5d轨道同时作用,价带顶穿过费米能级,增加杂质轨道。焓变值绝对值增加为11.635 eV,说明掺杂后结构较稳定。掺杂后La、W与O成键相对于Sn-O键成键作用更强,加剧电子转移。电导率为本征SnO_2的46.653倍,导电性提升。     

ITO靶材第二相的提取方法与分析

通过将ITO靶材粉碎、过筛后用王水长时间腐蚀的方法,提取出腐蚀产物。以进口A靶、B靶和C靶粉碎后的腐蚀产物为研究对象,通过SEM、TEM、XRD等检测手段研究3种靶材腐蚀产物的形貌、物相结构和组成成分等。结果表明,腐蚀产物均为第二相,其中A靶第二相为近似等轴体的In_4Sn_3O_(12),B靶和C靶第二相可能同时含有近似等轴体In_4Sn_3O_(12)和"窄片"In_2SnO_5,并且A靶第二相比B靶多出约8.32%,比C靶多出约4.48%。