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A位La/Sr共掺杂PbZrO_(3)薄膜的制备及储能特性优化
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作者 沈浩 陈倩倩 +2 位作者 周渤翔 唐晓东 张媛媛 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1022-1028,共7页
反铁电材料凭借超高的功率密度,在电介质能量存储领域具有极高的研究热度。锆酸铅(PbZrO_(3),PZO)是反铁电材料的典型代表,也是研究最为广泛的反铁电材料之一。如何提升PZO基材料的储能性能是目前的研究重点。本工作在La^(3+)掺杂PZO的... 反铁电材料凭借超高的功率密度,在电介质能量存储领域具有极高的研究热度。锆酸铅(PbZrO_(3),PZO)是反铁电材料的典型代表,也是研究最为广泛的反铁电材料之一。如何提升PZO基材料的储能性能是目前的研究重点。本工作在La^(3+)掺杂PZO的基础上,进一步将小半径的Sr^(2+)掺入到PZO钙钛矿结构的A位,实现了PZO基反铁电薄膜储能性能的进一步提升。采用溶胶-凝胶法制备了A位La/Sr共掺杂Pb__(0.94-x)La_(0.04)Sr_(x)ZrO_(3)(Sr-PLZ-x,x=0,0.03,0.06,0.09,0.12)反铁电薄膜,系统研究了不同Sr^(2+)掺杂量对Sr-PLZ-x反铁电薄膜的晶体结构,以及铁电性能、储能性能和疲劳性能等的影响。结果表明:随着Sr^(2+)掺杂量x的增加,Sr-PLZ-x薄膜的晶格常数不断减小,薄膜的饱和极化强度先略有增加并保持,后逐渐降低。同时,Sr-PLZ-x薄膜的容忍因子逐步降低,转折电场不断增大,反铁电性逐渐增强,击穿场强有所提高,储能性能得到提高。在x=0.03时,Sr-PLZ-x反铁电薄膜的储能密度和储能效率分别达到31.7 J/cm^(3)和71%,储能性能最优。同时掺入Sr^(2+)也使得Sr-PLZ-x反铁电薄膜的疲劳性能进一步优化,其中x=0.12组分薄膜样品在经历了10^(7)次循环后,储能密度和储能效率仅有3.4%和2.7%的衰减。综上所述,A位La/Sr共掺杂可有效提高PZO基反铁电薄膜的储能性能。 展开更多
关键词 元素掺杂 锆酸铅 反铁电 储能
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BTO基多铁陶瓷的制备及物理性能研究 被引量:1
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作者 李胜 宋国强 +1 位作者 张媛媛 唐晓东 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期79-85,共7页
多铁材料在新型器件领域的应用非常广泛,其研究已成为当今材料研究领域的热点之一。钛酸钡(BaTiO_(3),BTO)在室温下具有较强的铁电性、高介电常数和电光特性等丰富的物理性能,吸引了科研人员对其进行多铁化的研究。本工作通过固相烧结... 多铁材料在新型器件领域的应用非常广泛,其研究已成为当今材料研究领域的热点之一。钛酸钡(BaTiO_(3),BTO)在室温下具有较强的铁电性、高介电常数和电光特性等丰富的物理性能,吸引了科研人员对其进行多铁化的研究。本工作通过固相烧结法制备BTO和BaTi_(0.94)(TM_(1/2)Nb_(1/2))_(0.06)O_(3)(TM=Mn/Ni/Co)陶瓷,系统研究了B位共掺杂对陶瓷的生长特性与电学、磁学和光学方面的影响。实验结果表明:掺杂有效抑制了六方相的产生,样品晶体结构由四方相向立方相转变,不同元素离子半径的差异使得相变的程度有所不同。通过拉曼散射发现BTO基陶瓷四方相的特征峰变弱,进一步证明了共掺杂导致四方相减少。介电温谱表明BaTi_(0.94)(TM_(1/2)Nb_(1/2))_(0.06)O_(3)的居里温度(TC)也较BTO有大幅度降低,同时样品的铁电性虽然也明显削弱,但是还保持有较好的铁电性,这些都和晶体结构的相变程度密切相关。磁性测试结果表明:在三组共掺组分中,Ni-Nb共掺杂具有最好的室温铁磁性,铁磁性的形成机制可以通过F中心交换(F-center exchange,FCE)理论来解释。与BTO相比,BaTi_(0.94)(TM_(1/2)Nb_(1/2))_(0.06)O_(3)的带隙明显减小,这主要是因为掺杂产生杂质能级使带隙减小,与能带理论吻合。上述结果表明:通过B位共掺杂可以获得室温下铁电性与铁磁性共存的BTO基多铁陶瓷,有望在多铁性功能器件中获得更广泛的应用。 展开更多
关键词 钛酸钡 铁电性 多铁性 掺杂
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AlF3掺杂氧化铝陶瓷的高灵敏辐照诱导相分离行为
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作者 申璐 汪德文 +2 位作者 黄荣 都时禹 黄庆 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期95-100,共6页
放电等离子体烧结的AlF3掺杂氧化铝陶瓷在透射电镜(TEM)常规观察条件下发现了一种电子辐照诱导快速相分离行为。在透射电镜的电子辐照下,球形纳米晶Al颗粒在几秒钟内从原始氧化铝晶粒表面析出。高分辨TEM观察结合衍射花样分析发现原始的... 放电等离子体烧结的AlF3掺杂氧化铝陶瓷在透射电镜(TEM)常规观察条件下发现了一种电子辐照诱导快速相分离行为。在透射电镜的电子辐照下,球形纳米晶Al颗粒在几秒钟内从原始氧化铝晶粒表面析出。高分辨TEM观察结合衍射花样分析发现原始的F掺杂氧化铝晶粒表面为高度缺陷态,电子辐照后,随着Al纳米颗粒析出,氧化铝晶粒表面的缺陷消失。通过对掺杂过程缺陷反应及氧化铝阳离子亚晶格的深入分析,提出了一种缺陷辅助间隙原子偏析机理来解释这一现象。即掺杂F离子首先占据氧空位的同时Al离子占据间隙位,当氧空位被全部占据时,F和Al离子同时占据基体八面体间隙位,并形成了亚稳定的掺杂态。在氧化铝基体1/3[11¯00]不全位错的作用下,畸变的阳离子亚晶格产生双聚八面体间隙位。当这些双聚八面体空位被外来Al离子占据时,正如高分辨图像所观察的,形成了包含有三个原子层左右的堆垛层错。同时,沿着层错偏聚在双聚八面体位的掺杂Al离子扮演了析出物早期的角色,在电子辐照下随着F离子的烧蚀,不稳定的偏聚Al离子析出成为纳米颗粒并伴随着基体氧化铝的晶格重构。 展开更多
关键词 ALF3 AL2O3 TEM 电子辐照 相分离
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锰掺杂对钛酸锶铅铁电薄膜带-带跃迁和带尾吸收特性的影响(英文)
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作者 李延青 吴曼 杨静 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期554-558,共5页
通过透射光谱研究了锰掺杂量对钛酸锶铅铁电薄膜光学特性尤其是带-带跃迁和带尾吸收特性的影响,并利用柯西色散关系获得了光学透明区的光学常数.研究表明:随着锰掺杂量的增加,钛酸锶铅铁电薄膜的禁带宽度减小而带尾能增加.禁带宽度随锰... 通过透射光谱研究了锰掺杂量对钛酸锶铅铁电薄膜光学特性尤其是带-带跃迁和带尾吸收特性的影响,并利用柯西色散关系获得了光学透明区的光学常数.研究表明:随着锰掺杂量的增加,钛酸锶铅铁电薄膜的禁带宽度减小而带尾能增加.禁带宽度随锰掺杂的收缩可以归因为锰3d轨道降低了导带底的能级及掺杂后晶格的减小.掺杂锰离子的随机占位和非等价掺杂后氧空位浓度的增加则是导致局域带尾态拓宽的主要原因. 展开更多
关键词 铁电薄膜 电子能带结构 光学特性 带尾
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Cu-Mn-I固溶体薄膜制备及其p型透明导电性质调控
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作者 王亮君 欧阳玉昭 +1 位作者 赵俊亮 杨长 《无机材料学报》 2025年第9期1022-1028,共7页
在光电子器件领域,具有可控电学参数的p型透明半导体材料具有重要的应用价值。但以CuI为代表的该类材料在制备工艺与掺杂调控方面仍存在显著技术瓶颈。本研究通过锰阳离子掺杂,成功制备出具有可调电学特性的新型p型透明半导体材料,为透... 在光电子器件领域,具有可控电学参数的p型透明半导体材料具有重要的应用价值。但以CuI为代表的该类材料在制备工艺与掺杂调控方面仍存在显著技术瓶颈。本研究通过锰阳离子掺杂,成功制备出具有可调电学特性的新型p型透明半导体材料,为透明电子学发展提供了新思路。采用反应磁控溅射技术制备的Cu1–xMnxI固溶体薄膜展现出独特的性能优势。首先,该材料可以在室温条件下制备,并保持优异的可见光透明性。其次,随着锰掺杂量(x)的增加,薄膜晶粒尺寸逐渐减小,并且出现明显的晶粒团聚现象。通过X射线光电子能谱分析,揭示了薄膜中锰离子以Mn^(2+)和Mn^(3+)混合价态存在。电学性能表征显示,薄膜电阻率可在0.017~2.5Ω·cm区间实现两个数量级的可控调节,同时空穴载流子浓度稳定维持在10^(18)~10^(19) cm^(-3)较高数量级。与传统n型半导体掺杂规律不同,引入高价态锰离子未显著影响材料的p型导电特性,这可能源于锰取代亚铜离子后形成的非完全离域电子态。本研究表明CuI半导体的空穴导电特性不易受高价锰离子掺杂的影响,有望在保持良好p型导电性的情况下在较大范围内实现材料组分的宽域调控,为开发CuI基多功能透明电子器件提供了重要材料基础。 展开更多
关键词 Cu_(1-x)Mn_(x)I 透明p型半导体 可控p型导电性
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