1 武汉科技大学耐火材料与冶金省部共建国家重点实验室, 武汉 430081
2 清华大学张家港氢能与先进锂电技术联合研究中心, 北京 100000
在质子交换膜燃料电池(PEMFC)运行过程中, 产生的自由基会攻击质子交换膜, 使其开裂或形成孔洞, 导致电池失效。常见的改性方法是在质子交换膜(PEM)中添加自由基清除剂材料。基于此, 本文合成了Sn掺杂CeO2自由基清除剂, 通过提高Ce3+浓度来增强其在PEMFC中自由基清除性能, 避免PEM厚度迅速减薄, 从而提高质子PEMFC的耐久性。密度泛函理论计算和试验结果表明, Sn掺杂会引起CeO2产生晶格畸变, 降低氧空位形成能, 促进CeO2中Ce3+的形成。同时, Sn2+的加入可将CeO2-Sn样品中的Ce4+还原为Ce3+, 提升Ce3+的浓度, 从而提高PEM的耐久性。单电池测试结果表明, 经70 h的开路电压衰减测试, CeO2-Sn-5%改性后的质子交换膜组装的单电池电压衰减率最低(18%), 且功率保留率(56%)比其他样品更高, 表明该样品具有更优异的耐久性。
Sn掺杂 密度泛函理论计算 氧空位 质子交换膜燃料电池 耐久性 CeO2 CeO2 Sn-doping density functional theory calculation oxygen vacancy PEMFC durability
1 1. 济南大学 材料科学与工程学院, 济南 250022
2 2. 惠州学院 广东省电子功能材料与器件重点实验室, 惠州 516001
钙锆共掺钛酸钡陶瓷(BCZT)具有优异的介电性能和压电性能, 是一类具有发展潜力的无铅压电陶瓷, 但其压电性能仍无法与铅基陶瓷媲美。为提高压电性能, 本研究对陶瓷材料进行Sn元素掺杂改性((Ba0.85Ca0.15)- (Ti0.9Zr0.1-xSnx)O3, x=0.02~0.07))。晶体结构分析证实所有组分的陶瓷无杂相, 处于正交相与四方相两相共存状态, 并具有较大的c/a; 显微结构分析发现所有陶瓷都很致密, 且平均晶粒尺寸随着Sn含量的增加而增大。当x=0.04时, 陶瓷最致密, 且室温处于准同型相界附近, 因此拥有最佳的电学性能: d33=590 pC•N -1, kp=52.2%, tanδ=0.016, ε T33=5372, d *33=734 pm•V -1, IR=57.8 GΩ•cm。本研究表明: Sn掺杂的BCZT基无铅压电陶瓷具有优异的压电性能, 有望在换能器、机电传感器和驱动器等方面得到应用。
(BaCa)(TiZr)O3基无铅压电陶瓷 Sn掺杂 准同型相界 晶粒尺寸效应 (BaCa)(TiZr)O3 based lead-free piezoceramics Sn doping morphotropic phase boundary grain size effect
电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室，四川 成都 611731
为了提高Ga2O3 基日盲紫外探测器的性能，本文使用分子束外延方法对β-Ga2O3 薄膜进行Sn 掺杂，并制备成MSM 型日盲紫外探测器。结果表明，Sn 掺杂可以改变薄膜晶体结构，使氧化镓薄膜由单晶向多晶相转变。同时，Sn掺杂紫外探测器的光电流和响应度相比于未掺杂器件产生了较大的提升，在254 nm、42 μW/cm2 紫外光照下，Sn 源温度900 ℃制备的薄膜探测器响应度为444.51 A/W，远高于未掺杂器件。此外，器件的-3 dB 截止波长从252 nm 调整到274 nm，表明Sn 掺杂可以有效调控紫外响应的波长。Sn 掺杂也会引入杂质能级，导致器件时间响应特性变差。
Sn 掺杂 β-氧化镓 日盲紫外探测器 响应度 Sn doping β-Ga2O3 solar blind ultraviolet photodetector responsivity
延安大学物理与电子信息学院, 陕西 延安 716000
采用密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法，利用广义梯度近似和Perdew-Burke-Ernzerdorf泛函，计算了不同Sn掺杂浓度下SZO(Sn∶ZnO)体系的电子结构与光学性质。研究了Sn掺杂浓度对SZO(Sn∶ZnO)的晶体结构、能带结构、电子态密度及光学性质的影响，并结合计算的能带结构和差分电荷密度对比分析了掺杂位置对计算结果的影响。研究结果表明，随着Sn掺杂浓度的增加，晶格常数c与a的比值变化很小，掺杂后晶胞没有发生畸变。掺杂体系的能量逐渐增大，稳定性减弱，且随着掺杂浓度的增加，带隙呈现先减小后增大的变化规律。掺杂后的SZO(Sn∶ZnO)成为间接带隙半导体，在导带底部附近出现了大量Sn原子贡献的导电载流子，明显提高了掺杂体系的电导率，并在费米能级附近与价带顶部之间出现一条由Sn原子贡献的杂质能级，能带结构呈现半填满状态，价带部分的电子态密度峰值向低能方向移动约1.5 eV。同层掺杂的电子得失程度较大，带隙比相邻层掺杂和隔层掺杂时小。掺杂后吸收带边发生红移，材料对紫外光的吸收能力明显增强，介电常数虚部增大，主要跃迁峰向高能方向移动。计算结果表明SZO(Sn∶ZnO)是一种优良的透明导电薄膜材料。
透明导电氧化物薄膜 第一性原理 Sn掺杂ZnO 电子结构 光学性质
