本文采用反应磁控溅射法制备p型二元铜氧化物半导体薄膜，通过氧气流量调节实现Cu2O、CuO和Cu4O3薄膜的可控生长。所制备薄膜的形貌与结构分别利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪以及拉曼光谱进行表征。经紫外可见分光光度计测量可知，Cu2O、CuO和Cu4O3薄膜的带隙分别为2.89 eV、1.55 eV和2.74 eV。为进一步研究Cu2O、CuO和Cu4O3薄膜的表面物理性质，基于Kelvin探针力显微镜(KPFM)技术直接测量了薄膜样品与探针尖端间的接触电位差(VCPD)，结果表明Cu2O、CuO和Cu4O3薄膜的表面功函数都随着温度的升高而呈现逐渐减小的趋势。
氧化铜 磁控溅射 带隙 氧分压 表面功函数 接触电位差 copper oxide magnetron sputtering band gap oxygen partial pressure surface work function contact potential difference
1 清华大学机械工程系, 北京 100084
2 太原理工大学材料科学与工程学院, 山西 太原 030024
3 瑞士联邦材料科学与技术研究所, 苏黎世 杜本多夫 8600
纳米线的空间定位与接头连接对制备和组装高性能的纳米功能单元至关重要,开发新材料体系的高性能互连结构一直是研究重点之一。使用单脉冲能量密度为22.3 mJ/cm 2的聚焦飞秒激光成功实现p型氧化铜(CuO)纳米线之间的互连,聚焦激光能量场会由CuO纳米线的几何效应在接头处产生局域场增强效应,在纳米线接头的界面处发生原子扩散,促使CuO互连结构在施加偏压为10 V的情况下所获得的电流响应强度较连接前提升3个数量级以上,达到与母材相同的水平,基于该结构的光电探测器在功率为25.3 mW卤素灯照射的条件下获得与母材性能一致的电流增幅比值。所得结果为制备基于纳米连接的小型化、高性能和多功能化的纳米线网络单元奠定基础。
材料 飞秒激光 纳米连接 氧化铜纳米线 纳米器件
1 山东大学 化学与化工学院, 胶体与界面化学教育部重点实验室, 济南 250100
2 北京大学 化学与分子工程学院, 北京100871
3 山东大学 物理学院, 晶体材料国家重点实验室, 济南 250100
4 中国科学技术大学 合肥微尺度物质科学国家实验室, 合肥 230026
锂金属负极以其最高的理论比容量(3860 mAh·g -1)和最低的电化学电位(-3.04 V (vs SHE))被誉为电池界的“圣杯”。但是锂金属电池的缺点也尤为明显: 充放电过程中锂金属电池容易在负极不均匀沉积从而产生锂枝晶, 锂枝晶的产生会造成固体电解质介面(SEI)膜的持续破裂, 不稳定的SEI膜又会加剧锂枝晶的形成, 进而刺穿隔膜, 导致电池的循环性能下降, 产生安全隐患, 所以采取相应的措施在负极均匀沉积金属锂尤为重要。本研究使用商业化的铜网, 通过碱性溶剂的氧化和空气气氛煅烧, 在铜网表面形成均一的亲锂氧化铜纳米片阵列。铜网的3D结构可以有效减小电流密度, 亲锂的纳米片阵列可以降低锂的沉积过电势, 均匀沉积锂, 有效抑制锂枝晶的产生。在电流密度为3 mA·cm -2的半电池测试中, 稳定循环230圈后库伦效率稳定维持在99%以上; 搭配磷酸铁锂(LFP)全电池测试, 在1C(0.17 mA·mg -1)条件下可稳定循环300圈, 容量保持率为95%。本研究为锂金属负极3D集流体的设计提供了新思路。
3D铜基集流体 氧化铜纳米片阵列 表面修饰 锂金属负极 锂金属电池 3D Cu current collector CuO nanosheet array surface engineering lithium metal anode lithium metal battery
1 昆明理工大学材料科学与工程学院,昆明 650093
2 昆明理工大学机电工程学院,昆明 650093
以金属有机框架化合物(MOF)苯丙氨酸铜(Cu(L-Phe)2)为前体,采用一步煅烧法制备了氧化铜CuO,并对样品的微观形貌、微观结构及电化学储锂性能进行研究。结果表明,苯丙氨酸铜衍生物为直径300 nm单斜晶系的氧化铜纳米颗粒; 在100 mAh/g电流密度充/放电循环200圈后,CuO纳米颗粒负极的可逆放电比容量高达505.3 mAh/g,同时表现出良好的循环稳定性和倍率性能。
苯丙氨酸铜 金属有机框架 氧化铜 电化学储锂性能 copper L-phenylalanine metal-organic framework copper oxide electrochemical Li-storage performance
云南师范大学物理与电子信息学院, 云南 昆明 650500
通过水浴合成方法简易快速地在铜片基底上合成氧化铜纳米片阵列,10 min反应时间下合成的氧化铜纳米片阵列具有最高的初始放电比容量(629.1 mA·h·g -1)以及良好的循环特性(100次循环后仍保留初始容量的79.6%)。该阵列结构有效地解决了传统块体氧化铜材料作为锂离子电池负极材料在充电中体积膨胀的问题,同时缩短了锂离子在氧化铜晶格内的扩散距离,提高了氧化铜材料的比容量和氧化铜作为负极材料的性能。
材料 氧化铜 纳米片阵列 锂离子电池 激光与光电子学进展
2019, 56(22): 221601
重庆理工大学理学院物理与能源系, 重庆 400054
提出了一种基于氧化铜/聚苯胺包覆光子晶体光纤的一氧化碳传感器。将标准单模光纤与实心光子晶体光纤熔接形成马赫-曾德尔干涉结构,在光子晶体光纤表面涂覆氧化铜/聚苯胺复合材料,用于检测一氧化碳(CO)。结果表明,在光纤表面形成了一层厚度约为2 μm的均匀复合膜;该传感器的灵敏度为17 pm;传感器在CO体积分数为0~75×10
-6的范围内呈现良好的线性关系和选择性,响应时间和恢复时间分别约为80 s和110 s。该传感器具有成本低、结构简单、制作容易等优点。
光纤光学 马赫-曾德尔干涉 光子晶体光纤 氧化铜/聚苯胺 一氧化碳 激光与光电子学进展
2019, 56(5): 050603
1 武汉职业技术学院电子信息工程学院, 湖北 武汉 430074
2 武汉华工激光工程有限公司, 湖北 武汉 430223
用波长为1.06 μm的Nd∶YAG激光器对高反射率、高导热的紫铜进行激光焊接,通过激光对紫铜表面进行预处理并合理地设置脉冲激光的脉冲波形, 脉冲电流、频率、焊接速度等工艺参数成功地对紫铜进行了脉冲激光焊接。 结果表明,首先用LWY400型激光焊接设备对两块厚度为1 mm的紫铜进行激光预处理, 产生黑色的CuO黑色薄膜以提高铜对激光的吸收率, 然后将两块厚度为1 mm的紫铜进行对接激光焊,选用快速上升、缓慢下降的脉冲波形,在负离焦1 mm的情况下,可以完全焊透1 mm的紫铜。进一步能谱(EDS)分析表明, 紫铜通过激光预处理后的表面生成了CuO黑色薄膜。因此, 用激光对紫铜进行预处理后, 可以实现紫铜的激光焊接。
激光焊接 紫铜 激光预处理 氧化铜 laser welding red copper laser processing copper oxide
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心， 四川 绵阳 621900
以CuCl2·2H2O为前躯体，环氧丙烷为凝胶促进剂，制得了铜基氧化物气凝胶。通过场发射扫描电镜、高分辨透射电镜、X射线衍射、红外谱图及N2吸附等方法,对气凝胶的结构进行了表征。结果表明：室温下合成的铜基氧化物气凝胶呈现3维网络状结构，其骨架由大量微小晶粒组成，颗粒粒径为几nm；随处理温度的升高，体系中的有机相逐渐被灼烧完全，气凝胶也由3维网络状结构转变为致密结构；气凝胶随温度升高不断变化，并最终生成氧化铜气凝胶。N2吸附结果表明气凝胶具有较高的比表面积，为386 m2/g。
气凝胶 氧化铜 溶胶-凝胶 表征 aerogel copper oxide sol-gel characterization 强激光与粒子束
2011, 23(10): 2650
