中国激光
2023, 50(17): 1714013
1 云南大学 物理与天文学院和云南省量子信息重点实验室，云南 昆明 650091
2 深圳网联光仪科技有限公司，广东 深圳 518118
3 中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所 材料物理重点实验室，安徽 合肥 230031
考虑外加磁场导致的量子化朗道能级以及邻近效应诱导产生的交换作用，采用无规相近似（Random-phase approximation，RPA）下的介电函数对单层二硫化钼（Monolayer molybdenum disulfide，ML-MoS2）的纵向磁光电导率进行理论研究。探究了磁场、邻近效应诱导产生的交换作用等因素对纵向磁光电导率的影响。在太赫兹（Terahertz，THz）频段，可以看到由导带内电子跃迁所贡献的两个磁光吸收峰。在可见光频段，可以观察到从价带到导带电子跃迁所贡献的多个磁光吸收峰。研究结果表明，邻近效应诱导产生的交换作用和磁场强度对纵向磁光电导率有重要的影响，单层二硫化钼可应用于可见光到太赫兹频段的自旋电子学和谷电子学磁光器件。
单层二硫化钼 磁光电导率 邻近效应诱导产生的交换作用 ML-MoS2 magneto-optical conductivity proximity-induced exchange interaction
沈阳工业大学材料科学与工程学院, 沈阳 110870
利用高真空磁控溅射技术, 通过高纯Mg靶和自制Mg-Bi-Sn合金靶的顺序溅射沉积, 制备了Mg3Bi2/Mg2Sn纳米复合薄膜。沉积薄膜的晶体结构和相组成由X射线衍射(XRD)图谱确定, 表面形貌和化学成分用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和能谱仪(EDS)进行观察、测量和分析。沉积薄膜的载流子浓度和迁移率通过霍尔实验获得, 电导率和Seebeck系数由Seebeck/电阻测试分析系统进行测量。结果表明, 沉积薄膜由Mg3Bi2和Mg2Sn两相组成, 随着薄膜中Mg2Sn含量的增加, 沉积薄膜的室温载流子浓度增加而迁移率下降。在整个测试温度范围内, 随薄膜中Mg2Sn含量的增加, 薄膜Seebeck系数不断升高而电导率下降。Mg2Sn相原子含量为28.22%的沉积薄膜在155 ℃获得最高功率因子为1.2 mW·m-1·K-2。在Mg3Bi2薄膜中加入适量的Mg2Sn第二相, 可明显提升Mg3Bi2薄膜材料的功率因子。
热电材料 Mg3Bi2/Mg2Sn纳米复合膜 Seebeck系数 相界面 载流子浓度 迁移率 电导率 thermoelectric material Mg3Bi2/Mg2Sn nanocomposite film Seebeck coefficient phase interface carrier concentration mobility conductivity
1 1.东华大学 材料科学与工程学院, 纤维改性国家重点实验室
2 2.东华大学 功能材料研究中心, 上海 201620
制备硒化银(Ag2Se)薄膜材料对于组装微型器件至关重要, 目前大部分制备方法难以精确控制薄膜尺寸并进行图案化设计, 喷墨打印技术成为解决这一问题的有效方法, 实现其与Ag2Se材料的组合具有重要意义。本工作通过溶剂热法制备了Ag2Se纳米颗粒, 再与不同分散剂混合以筛选出适用于喷墨打印的稳定墨水, 进一步调节喷射参数以优化打印过程中墨滴的形态, 提高打印质量。将墨水打印至聚酰亚胺衬底上, 经热处理后制备得到Ag2Se薄膜。使用不同手段对其物相与微结构进行表征, 并测试不同打印层数薄膜的电学性能。结果表明: 随着墨水固含量与打印层数增加, Ag2Se薄膜的结晶度和致密度得到明显提升, 电导率也得到相应提高, 这主要源于薄膜内部Ag2Se纳米颗粒沉积量与堆积密集程度增加。当使用固含量为5 mg·mL-1的墨水进行打印, 打印层数为40层时, Ag2Se薄膜的电导率达到399 S·cm-1, 表现出较高的导电性能。本研究为制备Ag2Se基薄膜材料与器件提供了新的方向。
喷墨打印 Ag2Se 墨水 电导率 inkjet printing Ag2Se ink electrical conductivity
1 1.西安交通大学 材料科学与工程学院 金属材料强度国家重点实验室, 西安 710049
2 2.中山大学 化学工程与技术学院, 珠海 519082
本工作研究了Li2O作为烧结助剂对固体氧化物燃料电池La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3-δ (LSGM)电解质烧结行为的影响规律, 系统表征了烧结助剂含量和烧结温度对LSGM烧结体的致密度、微观组织结构、相组成以及离子电导率的影响。研究结果表明, Li2O烧结助剂不仅可显著降低LSGM电解质的完全致密化烧结温度, 还可以消除电解质粉体中原有的LaSrGa3O7杂相, 并且抑制常规烧结过程中易于产生的MgO杂相, 从而获得较高离子电导率的LSGM块体。当Li元素添加量为摩尔分数1%时, 在1400 ℃烧结4 h 获得的LSGM烧结体, 其体密度达到理论密度的99% 且为单一的钙钛矿结构。烧结体的离子电导率在800 ℃测试温度下达到最大值0.17 S/cm, 相比未添加烧结助剂的试样提升20%以上。上述结果表明, 通过添加适量的Li2O作为烧结助剂对制备用于中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)高离子电导率的电解质具有重要意义。
固体氧化物燃料电池 LSGM电解质 烧结助剂 烧结特性 离子电导率 solid oxide fuel cell LSGM electrolyte sintering aid sintering characteristics ionic conductivity
新型电池物理与技术教育部重点实验室，吉林大学物理学院，长春 130012
在新一代储能领域中，相比于传统的有机液态电池，全固态电池具有安全性高、能量密度高和循环寿命长等优势，对其电解质的研究更是关注的重点。有机-无机复合固态电解质结合了无机固态电解质高强度、高稳定性、高离子电导率与聚合物固态电解质的质软、易加工的优势，是目前最有潜力的电解质体系。对锂离子固态电解质的基础进行了简介，并着重对有机-无机复合电解质存在的问题(离子电导率、固固界面、电化学窗口及两相相容性)及优化策略进行总结，最后对复合电解质面临的关键挑战和未来发展趋势进行了展望。
锂离子电池 固态电解质 有机-无机复合固态电解质 离子电导率 固固界面 lithium ion battery solid-state electrolyte organic-inorganic composite solid electrolyte ionic conductivity solid-solid interface
华中科技大学材料科学与工程学院, 材料成形与模具技术国家重点实验室, 武汉 430074
通过固相法制备Ta掺杂Li7La3Zr2O12(Ta-LLZO)陶瓷, 以LiOH为锂源合成Ta-LLZO粉末, 并以LiOH为助烧剂制备Ta-LLZO陶瓷, 研究了LiOH对Ta-LLZO陶瓷的组织结构和离子电导率的影响。结果表明: 以LiOH为锂源可促进立方相Ta-LLZO的生成。同时, 以LiOH为助烧剂, 可有效促进陶瓷的致密化, 在1 200 ℃烧结5 h可获得致密的立方相Ta-LLZO陶瓷。当助烧剂的添加量为6%(质量分数)时, 陶瓷的离子电导率可达6.23×10-4 S·cm-1。可见, 固相法制备的Li7La3Zr2O12在全固态锂离子电池中具有广阔的应用前景。
固体电解质 石榴石型 锂镧锆氧 固相反应 锂离子电导率 solid state electrolyte garnet-type lithium lanthanum zirconium oxides solid state reaction lithium ion conduction
首都师范大学物理系 超材料与器件北京市重点实验室, 北京 100048
层状二维过渡金属硫属化合物是一类重要的二维层状半导体材料。其中MoTe2因其具有较小的禁带宽度和较高的载流子迁移率而备受关注。应用光泵浦-宽谱太赫兹时域光谱系统研究了少层MoTe2薄膜材料的宽谱太赫兹透射谱、光生载流子在皮秒尺度上的动力学过程及其光电导率的变化。应用空气等离子体产生宽谱太赫兹辐射并利用磷化镓晶体探测的方法测量了谱宽在0.2~7.2 THz范围内少层MoTe2薄膜的透过谱, 发现其在3.6、4.6、6.4以及7 THz处存在吸收峰。应用800 nm脉冲光激发少层MoTe2薄膜, 并测量其在皮秒时间尺度上的太赫兹光谱, 得到少层MoTe2薄膜中光生载流子寿命约为1.6 ps。在此基础上进一步研究了不同泵浦-探测时间差下光电导率变化量的实部和虚部。发现随着延迟时间的增加, 电导率变化量实部由约600 Ω-1cm-1到300 Ω-1cm-1逐渐降低, 虚部值约为200 Ω-1cm-1并不随泵浦-探测时间差而明显改变, 这一结果表明少层MoTe2薄膜具有较高的电导率及较长的激子寿命。给出了少层MoTe2薄膜在0.2~7.2 THz波段的吸收谱、光生载流子演化过程及寿命以及少层MoTe2材料光电导率变化量等物理参数, 对设计基于少层MoTe2材料的新型光电器件提供了参考。
太赫兹时域光谱 层状过渡金属硫化物 电导率变化量 光泵浦 载流子寿命 terahertz time-domain spectroscopy layered transition metal sulfides conductivity changes optical pump carrier lifetime
徐州工程学院材料与化学工程学院，徐州 221018
传统锂离子电池采用有机电解液体系，能量密度难以进一步提升，同时存在一定的安全隐患。采用无机固体电解质构建全固态锂电池，在提高电池能量密度同时可兼顾安全性问题。在众多无机固体电解质中，Li7La3Zr2O12(LLZO)石榴石电解质具有离子电导率高、与金属锂接触稳定等优势，成为受人关注的材料。为了进一步提高该材料的导电性，采用固相法合成Ta、Ba共掺杂LLZO(Li7-x+yLa3-yBayZr2-xTaxO12)电解质，采用X射线衍射、扫描电子显微镜和电化学阻抗法分析样品的物相结构、微观形貌及离子电导率。结果表明，Ta5+掺杂能够稳定立方相结构，Ba2+作为掺杂剂和烧结剂，促进晶粒生长和陶瓷致密化，从而降低总电阻。其中，Li6.45La2.95Ba0.05Zr1.4Ta0.6O12样品在室温下的总电导率为1.07×10-3 S·cm-1，活化能为0.378 eV。Ta5+/Ba2+共掺杂有利于制备高致密度和高电导率的石榴石型电解质材料。
固体电解质 石榴石 掺杂 致密度 电导率 solid-state electrolyte garnet Li7La3Zr2O12 Li7La3Zr2O12 doping density conductivity
成都理工大学材料与化学化工学院, 成都 610059
固态电解质是高安全性、高能量密度的全固态锂电池的核心部件, 其典型代表Li7La3Zr2O12(LLZO)具有高离子电导率、高机械强度、高电化学稳定性、低界面阻抗以及对锂金属负极良好的稳定性等优势, 是科研人员重点关注的对象之一, 但与液态电解质相比, 目前LLZO仍存在低离子电导率和与电极固-固界面接触等问题。本文主要简介了LLZO的晶体结构、改性方式等对其离子电导率及界面阻抗的影响, 同时对LLZO现存的问题进行了总结, 对LLZO的未来发展方向进行了展望, 为探索全固态锂电池的实际生产应用提供理论指导。
固态电解质 全固态锂电池 晶体结构 离子电导率 界面阻抗 solid-state electrolyte Li7La3Zr2O12 Li7La3Zr2O12 all-solid-state lithium battery crystal structure ionic conductivity interface impedance
