高温高压下天然峨眉山玄武岩的阻抗谱实验研究

利用交流阻抗谱技术,对矿物岩石电导率进行原位测量,是探究地球内部电学性质的重要手段.本文在0.5～2.0 GPa、823 ～1173 K和10-1～106 Hz下,对天然峨眉山玄武岩样品进行了阻抗谱研究.结果表明:在实验温压范围内,样品的阻抗对频率有很强的依赖性;电导率值(10-2.5到10-0.5 S/m)随温度的升高而增大,两者符合Arrhenius关系;随压力升高,样品的电导率降低.通过拟合计算,获得了表征样品电学性质的指前因子、活化焓、活化体积等物性参数.结合前人研究结果,对样品的导电机制进行了合理的解释.     

高温高压下微斜长石的阻抗谱实验研究

在1.0～3.0GPa,673～973K和10(-1)～10(6)Hz条件下,利用交流阻抗谱实验技术,首次对微斜长石[K(0.73)Na(0.16)Ca(0.09)(0.98)AlTi(0.01),Si(2.99)O8]电导率进行原位测量.实验结果表明:样品的复阻抗的模和相角对频率有很强的依赖性;样品电导率随着温度升高而增大,电导率的对数和温度的倒数之间关系符合Arrhenius线性关系;微斜长石电导率随着压力升高而降低,而活化焓随之增加;离子导电机制对高温高压下微斜长石的导电行为给予了合理的解释.     

BiFeO3-PbTiO3-Bi(Zn1/2Ti1/2)O3-PbZrO3高温压电陶瓷的电导机制研究

以传统陶瓷工艺制备了0.54BiFeO3-0.26PbTiO3-0.15Bi(Zn1/2Ti1/2) O3-0.05PbZrO3(BF-PT-BZT-PZ)高温压电陶瓷,采用交流阻抗谱技术,结合交流电导率的测试与分析,研究了陶瓷在高温下的电导行为.阻抗谱分析表明陶瓷的绝缘性能由晶粒和晶界共同贡献,其中晶粒激活能为0.75 eV,晶界激活能为1.83 eV.BF-PT-BZT-PZ陶瓷的电学等效电路可以用两个R-CPE并联电路串联构成.高温交流电导率的测试结果表明BF-PT-BZT-PZ的电导率随着温度的上升而增大,高温下其电导机制为离子电导,激活能为0.77 eV,主要载流子类型为氧空位.     

Y,Fe共掺杂SrTiO3混合导体材料电阻抗行为研究

采用溶胶-凝胶法制备了单一立方相钙钛矿结构的Y0.06Sr0.94Ti1-xFexO3-δ(x=0.2,0.3,0.4,0.5)混合导体材料,采用交流阻抗法分析了电子-离子总阻抗的Nyquist图,离子阻抗的Nyquist图和Z~lgf频谱图的特性。结果表明,试样以电子电导为主,阻抗随着Fe掺杂量的增大而逐渐减小;从离子阻抗的Z~lgf频谱可以看出,试样离子传导在晶界有一个弛豫过程,Fe的掺杂降低了Y0.06Sr0.94Ti1-xFexO3-δ的弛豫活化能。试样的总电导率和离子电导率都随着Fe的掺杂量的增大而增大,Y0.06Sr0.94Ti0.5Fe0.5O3-δ的总电导率和离子电导率分别为0.088~0.15 S·cm-1和0.00023~0.029 S·cm-1。     

各向异性压力对ZnS晶体结构和电子性能的影响研究

基于电子平面波密度泛函理论的方法研究分析了闪锌矿结构ZnS在未受压力和沿a,b和c轴方向上受0.5 GPa小压力条件下的晶体结构和电子性质.结果表明闪锌矿ZnS在0.5 GPa的不同方向小压力作用下,晶胞参数均发生增大,表现出较为明显的压力膨胀效应.压力对ZnS晶体结构的影响是各向异性的,其对ZnS晶体c轴方向的影响最大,压力作用下Zn-S键长也均增大.ZnS体系在0.5 GPa压力下稳定性增强,其在a轴受压力作用下能量最低.在a轴,b轴和c轴方向施加相同压力之后,ZnS的带隙宽度由2.059 eV分别减小到1.683 eV,1.681 eV和1.681 eV,但是其带隙类型未发生变化.ZnS材料体系中的p态电子对费米能级附近的贡献程度最高,而s态和d态电子对费米能级处的贡献程度均较低.     

掺磷nc-Si:H薄膜的微结构与光电特性

采用常规射频等离子体增强化学气相沉积方法,以高氢稀释的SiH4为源气体和以PH3为掺杂剂,制备了磷掺杂的氢化纳米晶硅薄膜.结果表明,薄膜的生长速率随PH3/SiH4流量比(Cp)增加而显著减小.Raman谱的研究证实,随CP增加,薄膜的晶化率经历了先增大后减小的过程,当C,=1.0;,晶化率达到最大值45.9;.傅里叶变换红外吸收谱测量结果显示,薄膜中的H含量在CP=2.0;时达到最低值9.5;.光学测量结果表明,本征和掺P的氢化纳米晶硅薄膜在可见光谱范围呈现出良好的光吸收特性,在0.8 ～3.0 eV范围内,nc-Si (P):H薄膜的吸收系数显著大于c-Si.和α-Si:H薄膜相比,虽然短波范围的吸收系数较低,但是在hv＜1.7 eV区域,nc-Si(P):H薄膜的吸收系数要高两到三个量级,显示出优良的红光响应.电学测量表明,适当掺P会显著提高氢化纳米晶硅薄膜的暗电导率,当CP=0.5;时,薄膜的暗电导率可达5.4S·cm-1.     

生长气压对分子束外延β-Ga2O3薄膜特性的影响

本文采用分子束外延技术在具有6°斜切角的c面蓝宝石衬底上外延β-Ga₂O₃薄膜,系统研究了生长气压对薄膜特性的影响。X射线衍射谱和表面形貌分析表明,不同生长气压下所外延的薄膜表面平整,均具有(201)择优取向。并且,其结晶质量和生长速率均随生长气压增大而逐渐提高。通过X射线光电子能谱分析发现,生长气压增大使得氧空位的浓度大幅下降,高价态Ga比例增大,最终使得O/Ga原子数之比接近理想Ga₂O₃材料的化学计量比值。利用Tauc公式和乌尔巴赫带尾模型进行计算,结果表明随着生长气压的增大,样品的光学带隙由4.94 eV增加到5.00 eV,乌尔巴赫能量由0.47 eV下降到0.32 eV,证明了生长气压的增大有利于降低薄膜中的缺陷密度,提高薄膜晶体质量。     

Yb掺杂量对SrCeO3固体电解质导电性能的影响

通过固相反应法制备了Yb掺杂量分别为5;、10;和15;的SrCeO3电解质陶瓷粉体,通过Fullprof对SrCeO3电解质粉体的XRD图谱进行了全谱分析.通过电化学阻抗谱法对烧结电解质在不同气氛下的导电性能进行了表征.结果表明,600～ 800℃温度范围内当Yb掺杂量为10;时,经过密度修正后理想致密的SrCeO3电解质具有最高电导率,在含水氢气气氛中800℃下电解质总电导率可以达到8.2×10-3 S/cm.当Yb掺杂量为15;时电解质中出现Yb3O4第二相,导致电解质总电导率有所降低.在不同气氛中电解质电导率由低到高的顺序为:干燥氩气＜湿润氩气＜干燥空气＜干燥氢气＜湿润空气≈湿润氢气.     

BiF3弹性性质和电子性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法对BiF3的结构、弹性和电子性质进行了研究.计算表明,正交的Pnma结构是零压下的最稳定结构.在0~45 GPa压力区间内,Pnma结构都是力学稳定的.BiF3是脆性材料,有较强的弹性各向异性特征.零压下体模量、剪切模量和杨氏模量分别为27.9 GPa,25.7 GPa和58.9 GPa,泊松比为0.15,德拜温度是244 K.电子性质的研究表明,零压下BiF3的带隙为4.69 eV,随着压强的升高,导带向高能方向移动,价带向低能方向移动.化学键是共价键和离子键的混合.     

中温SOFC La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ固体电解质的电性能研究

采用固相反应法制备了La0 .9Sr0 .1Ga0 .8Mg0 .2 O3 -δ(LSGM)固体电解质 ,XRD测试表明 ,经 15 0 0℃煅烧 2 4h后得到LSGM单相结构 ,采用交流阻抗测试技术对La0 .9Sr0 .1Ga0 .8Mg0 .2 O3 -δ的电性能进行了研究 ,结果表明La0 .9Sr0 .1Ga0 .8Mg0 .2 O3 -δ低温区电导率主要取决于晶界电导 ;而在高温区电导率主要取决于晶粒电导。低温下导电率激活能较高为 1.0 9eV ,高温的激活能较低为 0 .8eV。     

金刚石单晶高温高压合成中氮对硫的影响

为了研究在金刚石大单晶生长过程中氮对硫的影响,在6.5 GPa高压条件下采用温度梯度法分别研究了两种不同合成体系中金刚石的合成.利用傅里叶显微红外光谱(FTIR)仪对所合成的金刚石进行了测试,测试结果表明:晶体中(a)中不含有氮,晶体中(b)中氮的浓度为280 ppm.此外,对所合成的样品进行了X射线光电子能谱测试,测试结果表明:在Ib型金刚石中有硫元素存在,而硫未进入到IIa型金刚石中.因此,金刚石中氮的存在对金刚石中硫的进入有促进作用.     

过渡金属轻元素化合物的高温高压制备

过渡金属轻元素化合物（TMLEs）由于具备高硬度，高熔点，优异电学、磁学、超导等性质受到广泛关注，是一类 具有优异力学性能的功能性材料。优异力学性能与功能性的结合使TMLEs成为极端环境下使用的特种材料。然而， TMLEs的制备往往需要高温高压（HPHT）极端实验条件来克服能垒。目前，已经有了大量HPHT制备TMLEs的报道， 然而，多数只关注产物的性质，对在HPHT下TMLEs的生长机制报道较少。因此，总结HPHT制备的TMLEs，分析TMLEs的晶体生长过程，对理解TMLEs的晶体生长机理、探究新型 TMLEs的制备具有重要意义。结合本课题组研究 经验及其他相关文献，总结了HPHT方法制备的过渡金属硼化物（TMBs）、碳化物（TMCs）和氮化物（TMNs）的晶体生 长情况，分别从起始原料、温压条件、晶体形貌等方面分析了TMLEs的生长机制。总结如下：通过原料配比和温度控 制是制备TMBs单一相的关键，提出硼亚结构单元是使TMBs形成台阶式生长模式的本质因素，碳源和氮源的选择决 定了 TMCs和TMNs的生长机制。同时提出，缺少利用HPHT制备TMLEs毫米级单晶的报道，限制了TMLEs部分本 征的性质探究；并且，新型高轻元素含量的TMLEs结构依然有待开发。随着人类对材料的要求越来越苛刻，以及TMLEs的不断发展，TMLEs将在未来特种材料领域具有不可替代的地位。     

高气压下微晶硅薄膜的生长及微结构研究

通过射频等离子体增强化学气相沉积,在高气压条件下制备了微晶硅薄膜,并用拉曼光谱仪(Ram an)、扫描电镜(SEM)研究了微晶硅薄膜的微观结构。发现沉积速率在5Torr左右出现极大值,薄膜的晶化率随着沉积气压的升高而降低,薄膜表面的晶粒或团簇随着沉积气压的下降而增大,薄膜的粗糙度随着沉积气压的升高而降低。     

高温高压下石墨-Ni70Mn25Co5体系中金刚石单晶合成工艺参数对金属包膜的影响

利用扫描电子显微镜和能谱仪,研究了高温高压下金刚石单晶合成工艺参数对石墨-Ni70Mn25Co5体系中金属包膜组织形貌和成分的影响。结果发现:合成压力和合成温度都合适时,金属包膜中基本无条状石墨,而且包膜中间都存在网状物,包膜中存在着明显的碳、镍和锰的成分起伏;此时合成时间对包膜的形貌影响不明显;而合成压力为5.1GPa的包膜中存在大量条状石墨,包膜中间无网状物。分析认为,网状物为溶入了锰、钴的镍基γ固溶体,该固溶体是高温高压合成过程中促使金刚石转变的催化相。     

无催化剂高纯度纳米二氧化硅粉的制备

以四乙氧基硅烷(TEOS)为前驱体,通过微波辐照冰水浴TEOS-水-乙醇体系制备硅溶胶,用超声振荡法分散溶胶,在管式炉中烧制高纯度纳米二氧化硅粉体.采用烷氧基硅烷法制备TEOS,不加入酸碱催化剂,在10 ～ 30min内制取高纯度硅溶胶,溶胶总金属杂质含量低于300×10-6mg/L.硅溶胶制备效率高,粒度均匀.用TEM、SEM、EDS、XRD、ICP-MS、FTIR、粒度分布检测仪器和Raman spectrum对实验结果进行了表征和分析.     

高压下ReB2的结构特性及弹性性质

本文采用密度泛函理论中的赝势平面波法计算了ReB₂的P6₃/mmc晶体结构(即hP6-ReB₂)的结构特性及弹性性质。在计算了hP6-ReB₂的平衡结构参数后,从热力学、动力学及机械力学三方面验证了其结构稳定性。研究发现,hP6-ReB₂在高压下的弹性系数、各个弹性模量均随压强的增加而增大。泊松比显示hP6-ReB₂表现为脆性。三种类型的弹性波随压强的变化趋势显示hP6-ReB₂为弹性各向异性晶体。经估算,hP6-ReB₂结构的维氏硬度约为38.2 GPa。电子态密度揭示了hP6-ReB₂的Re—B和B—B之间存在着强共价键,并且随着压强的增加共价键逐渐增强。     

高铝陶瓷显微结构及制备工艺对金属化层性能影响的研究

通过配方及烧成工艺的改变,得到两种不同显微结构的高铝陶瓷材料,其一为晶粒大小均匀,边界清晰,晶粒堆砌结构;其二为晶粒大小不一,晶粒边界不清,甚至晶粒被包裹在玻璃相中,形成玻璃相堆积结构.测定了材料的抗折强度、体积电阻率、抗击穿强度、比重、金属化层抗张强度和气密性.分析了两种显微结构的成因及不同微观结构对陶瓷材料性能和金属化层性能的影响.实验证明:采用微粉氧化铝配料,利于获得金属化性能优良的细晶结构的高铝陶瓷材料;用粗粉氧化铝配料,并加人复合的添加剂,也可以获得细小晶粒堆砌结构的高铝陶瓷材料,这类结构高铝陶瓷材料的金属化层性能好.     

铌酸锂晶体高温拉曼光谱研究

采用高温拉曼光谱法,对铌酸锂晶体高温下的结构特征进行了研究.结果显示,室温下较强的拉曼振动模式主要是由[NbO6]八面体的振动所引起的;随着温度升高,频率减小,谱峰位置向低波数方向移动,可观测到的谱峰数目减少.这主要是由晶体内模所对应的Nb-O键合强度随着温度升高而减弱引起的.     

环形天线-椭球谐振腔式MPCVD装置高功率下沉积高品质金刚石膜

介绍了自行研制的环形天线-椭球谐振腔式高功率MPCVD装置的结构特点,展示并研究了新装置在高功率条件下的放电特性.在10.5 kW的高微波输入功率下成功制备了直径50 mm,厚度接近1 mm的高品质自支撑金刚石膜.在真空泄漏速率约2.5 ×10-6 Pa·m3/s的条件下金刚石膜的生长速率达到6μm/h,金刚石膜厚度偏差小于±2.1;.抛光后的金刚石膜红外透过率在6.5～25μm范围内接近71;;紫外透过率在270 nm处超过50;,金刚石膜样品的光学吸收边约为225 nm;通过紫外吸收光谱计算的金刚石膜样品中的氮杂质含量约为1.5 ppm;金刚石膜的拉曼半峰宽小于1.8 cm-1.     

高强度铝质瓷连接材料及工艺的研究

采用熔融-水淬法制备CaO-Al2O3-SiO2系玻璃熔块,作为高强度铝质瓷的连接材料.应用DTA、XRD及SEM等手段研究了连接材料在加热过程中的物理化学变化,以及二次烧成工艺对连接材料组成、结构和性能的影响.结果表明,合理的二次烧成工艺能够使连接层转变成为结构致密、热膨胀系数与母体材料相适应的微晶玻璃,其主晶相为直径2～3μm、长度5～10μm的β-CaSiO3微晶,连接体平均抗弯强度可达120 MPa,超过母体材料抗弯强度的85;.