1 1.西北工业大学 材料学院, 西安 710072
2 2.陕西省石墨烯新型炭材料及应用工程实验室, 西安 710072
环氧树脂基泡沫炭是一种具有三维海绵状结构的新型炭材料, 独特的网状泡孔结构使其具有高孔隙率、耐高温、耐腐蚀、导电/导热可调等性能, 应用前景广阔。但是环氧树脂的石墨化困难, 本工作以石墨烯为异质成核改性剂, 用以提高环氧树脂泡沫炭的石墨化程度、电导率和力学性能。采用简单的发泡、炭化和石墨化工艺制备了石墨烯改性环氧树脂泡沫炭。石墨烯异质成核剂诱导了泡沫炭碳微晶生长, 增加了碳晶格条纹长度, 减少了碳晶体混乱。研究表明, 不含或含质量分数0.05%石墨烯改性泡沫炭的晶面间距、晶粒堆垛高度、石墨化度分别为0.343 nm、3.35 nm、8.42%和0.342 nm、10.22 nm、23.2%。此外, 石墨烯作为晶胞成核位点会影响泡沫炭的平均晶胞尺寸, 随着石墨烯含量的增加, 泡沫炭平均晶胞尺寸先减小后增大。同时, 石墨烯改性增大了泡沫炭的有序结构, 提高了其导电性, 当石墨烯的质量分数为0.05%时, 泡沫炭电导率为53.8 S·m-1。相对于纯泡沫炭(压缩应变为0.0096%), 质量分数0.01%、0.02%、0.05%和0.10%的石墨烯改性泡沫炭压缩应变增加至0.208%、0.228%、0.187%和0.1146%。本研究为碳纳米材料/泡沫炭制备、碳结构和性能调控提供了新的研究方法。
泡沫炭 石墨烯 异质成核 石墨化 机械性能 carbon foam graphene heterogeneous nucleation graphitization mechanical property
以石灰石为原料，利用HNO3酸解和Ca(OH)2沉淀除杂精制得到Ca(NO3)2溶液，在氨氛围下采用CO2碳化法制备食品级球霰石型碳酸钙。探讨了碳化工艺参数对碳酸钙晶型调控的影响，并利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪以及傅里叶变换红外光谱仪对产物进行表征，提出了NH+4和NH2COO-共同作用调控球霰石晶型生成的机理。结果表明，氨氛围有助于球霰石的稳定成核。当NH3·H2O浓度为13%(质量分数)、CO2流量为05 L/min、反应温度为25 ℃、反应时间为25 min时，制得2~5 μm的单一相球霰石碳酸钙微球，产物的纯度达到995%(质量分数)，质量符合《食品安全国家标准 食品添加剂 碳酸钙》要求。本研究可为石灰石的高值化利用和亚稳态球霰石型碳酸钙的制备提供理论基础。
石灰石 食品级碳酸钙 球霰石 二氧化碳 成核 结晶 limestone food-grade calcium carbonate vaterite carbon dioxide nucleation crystallization
1 中国矿业大学化工学院，江苏 徐州 221116
2 中国矿业大学，国家煤加工与洁净化工程技术研究中心，江苏 徐州 221116
结晶是材料生产和加工过程中非常重要的一步，也是自然环境中矿物生成的重要步骤。结晶演化过程中，最基本和最重要的步骤是成核。本文综述了近年来具有代表性的非经典成核路径，包括：旋节线分解、预成核团簇以及无定形前驱体等，论述了多种成核路径在同一体系共存的证据，探讨了将非经典成核纳入经典成核的理论体系建设，并展望了晶体成核未来的研究方向。本文为晶体成核提供了一个新视角--经典与非经典成核在同一体系共存，有助于对晶体成核理论提供更深入的认识。
晶体成核 非经典成核 旋节线分解 预成核团簇 无定形前驱体 crystal nucleation non-classical nucleation spinodal decomposition pre-nucleation clusters amorphous precursors
1 武汉理工大学，材料复合新技术国家重点实验室，武汉 430070
2 先进能源科学与技术广东省实验室佛山分中心佛山仙湖实验室，广东 佛山 528200
有机无机杂化钙钛矿太阳能电池具有光电转换效率高、制备成本低等优势，展现出了巨大的应用潜力。然而，钙钛矿电池要实现产业化应用，就必须进行放大，制备出高效稳定的钙钛矿光伏模组，而其中高质量钙钛矿吸光薄膜的放大制备尤为关键。印刷是最廉价、绿色的宏量制备技术之一，也是目前钙钛矿大面积制备所广泛采用的主要技术手段。本文综述了刮涂、狭缝涂布、喷墨打印等6种印刷技术的工作原理和特点，分析了各技术的影响因素和调控机理，并总结了相应的研究进展，旨在为未来钙钛矿大面积制备研究和应用提供参考。
钙钛矿太阳能电池 印刷技术 成核与生长 大面积光伏模组 perovskite solar cells printing technology nucleation and growth large-area photovoltaic modules
太原理工大学电子信息与光学工程学院，山西 太原 030024
采用两步气相沉积方法制备高品质锡基卤化物钙钛矿纳米片。首先，在云母衬底上制备出尺寸可控的碘化亚锡（SnI2）纳米片前驱体；然后，将这些纳米片转化为甲胺锡碘（CH3NH3SnI3）。根据晶体成核生长理论，系统研究了沉积时间、H2气体流量、转化时间、Ar气体流量等条件对纳米片尺寸及成分的影响规律，并实现了尺寸可控且表面颜色均匀的无铅钙钛矿纳米片制备，其中尺寸可控制在8~41 μm。光致发光（PL）光谱测试结果证明所制备的CH3NH3SnI3纳米片具有良好的近红外（920 nm）发光特性。此外，经过聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）钝化的CH3NH3SnI3纳米片具有良好的稳定性，在N2氛围中可维持48 h以上的稳定性。这种尺寸可控的无铅钙钛矿纳米材料可应用到近红外光电器件中。
光学器件 锡基卤化物钙钛矿 气相沉积 晶体成核理论 纳米片 近红外特性 光学学报
2023, 43(16): 1623022
1 中国科学院半导体研究所, 北京 100083
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
金刚石优异的物理性质使其成为下一代最有发展潜力的半导体材料之一。目前来看, 基于微波等离子体化学气相沉积的异质外延可能是未来制备大尺寸单晶金刚石的最佳方法。在过去的三十年间, 铱复合衬底上异质外延生长单晶金刚石取得了一定进展, 特别是近几年实现了2英寸(1英寸=2.54 cm)以上的大尺寸自支撑单晶金刚石的生长。本文总结了金刚石异质外延用的衬底, 简要介绍了异质衬底上的偏压增强成核, 详细介绍了目前最成功的铱/氧化物、铱/氧化物层/硅复合衬底, 最后对金刚石异质衬底和异质外延进行了总结, 指出目前存在的问题并给出了一些可能的解决思路。
金刚石 铱复合衬底 半导体 异质外延 偏压增强成核 微波等离子体化学气相沉积 diamond iridium-based composite substrate semiconductor heteroepitaxy bias-enhanced nucleation microwave plasma chemical vapor deposition
青海民族大学, 青藏高原资源化学与生态环境保护实验室, 西宁 810007
成核作为结晶的初始阶段, 直接影响着晶体产品的结构、手性、纯度、晶型和粒径分布等性质。但由于成核具有随机性, 通过实验成核不仅耗时耗力而且很难洞悉分子间的相互作用。本文选择结构相似的对羟基苯甲酸乙酯(EP)、对羟基苯甲酸丙酯(PP)和对羟基苯甲酸丁酯(BP)为模型物质, 计算了EP、PP和BP在四种不同的有机溶剂(乙醇、乙酸乙酯、丙酮、乙腈)中单个溶质分子和单个溶剂分子的结合能。不论是EP、PP还是BP与各溶剂的相互作用大小都服从乙醇>乙酸乙酯>丙酮>乙腈。因此, 可以预测EP、PP和BP在乙醇中成核最慢, 在乙酸乙酯和丙酮中成核较慢, 在乙腈中成核最快。当溶剂相同的时候, EP最难成核, 其次是PP, BP容易成核, 预测的结果与实验结果一致。本研究证明利用溶质-溶剂(1∶1)模型可以预测成核的难易, 进而有利于筛选溶剂, 提高实验效率。
结晶 成核 结合能 溶质-溶剂模型 密度泛函理论 对羟基苯甲酸酯 crystallization nucleation binding energy solute-solvent model density functional theory paraben
1 宁波大学材料科学与化学工程学院, 宁波 315211
2 中国科学院宁波材料技术与工程研究所, 石墨烯工程实验室, 宁波 315201
在石墨烯的化学气相沉积工艺中, 铜箔是决定石墨烯薄膜质量的重要因素。传统铜箔由于制备工艺的限制, 存在大量的缺陷, 导致石墨烯薄膜的成核密度较高。本工作选用抛光铝板、抛光不锈钢板、微晶玻璃和SiO2/Si作为基材, 用热蒸镀法制备了不同粗糙度的铜箔, 并详细讨论了以该系列铜箔生长高平整度石墨烯薄膜的条件及铜箔对石墨烯薄膜品质的影响。实验结果表明, 铜箔以(111)取向为主, 与基材分离后, 表面具有纳米级平整度。在生长石墨烯后, 从SiO2/Si剥离的铜箔成核密度是4种基材中最小的。同时, 从SiO2/Si剥离的铜箔晶体结构变化最不明显, 具有良好的结晶性, 表面几乎不存在铜晶界缺陷。当压强为3 000 Pa, 氢气和甲烷流速分别为300 mL/min和0.5 mL/min时, 可以获得约1 mm横向尺寸的石墨烯单晶晶畴。
石墨烯薄膜 高平整度 抛光基材 热蒸镀 SiO2/Si基材 铜箔 成核密度 graphene film high flatness polished substrate thermal evaporation SiO2/Si substrate Cu foil nucleation density
1 贵州大学化学与化工学院，贵阳 550025
2 贵州省工业废弃物高效利用工程研究中心，贵阳 550025
本文模拟了半水法湿法磷酸生产过程中α型半水硫酸钙(α-HH)的结晶过程。在30%P2O5，反应温度95 ℃，过饱和度S=1.64~2.10条件下，通过浊度仪监测溶液中浊度变化，测定了不同F-及SiF2-6浓度下α-HH结晶诱导时间，采用经典成核理论公式计算了α-HH的临界晶核半径及成核速率，并通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)表征分析了F-及SiF2-6对α-HH结晶过程的影响。结果表明：随着F-、SiF2-6浓度的升高，α-HH晶体的结晶诱导时间延长，表面能和临界晶核半径都增大，然而成核速率减小。当过饱和度S=1.64时，加入0.06 mol·L-1 F-，α-HH结晶诱导时间延长了465 s，成核速率减小到0.403×1029 晶核数·cm-3·s-1，然而，加入0.06 mol·L-1 SiF2-6，α-HH结晶诱导时间延长了710 s，成核速率减小到0.339×1029晶核数·cm-3·s-1。SiF2-6对α-HH晶体抑制成核作用大于F-。F-、SiF2-6阻碍了α-HH晶体沿C轴方向生长，使得晶体长径比减小，晶体形貌向短柱状变化。F-、SiF2-6影响了α-HH晶体(200)、(310)、(400)晶面衍射峰强度和结晶度。控制半水法湿法磷酸中F-及SiF2-6浓度水平，可以得到短柱状的α-HH晶体，有利于过滤洗涤。
α型半水硫酸钙 结晶诱导时间 临界晶核半径 成核速率 湿法磷酸 表面能 type-α hemihydrate calcium sulfate crystallization induction time critical nucleation radius nucleation rate wet-process phosphoric acid surface energy
