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超电容储能电极材料的密度泛函理论研究

本站小编 Free考研考试/2021-12-29

摘要:由于量子限域效应和态密度的限制, 石墨烯、硅烯等二维材料的量子电容在费米能级附近趋近于零. 基于密度泛函理论的第一性原理研究发现, 掺杂和吸附使石墨烯等二维电极材料的电子结构得以有效的调制, 它促进狄拉克点附近局域电子态的形成和/或费米能级的移动, 从而使量子电容得到了提高. 比较Ti (Au, Ag, Cu, Al)和3-B (N, P, S)掺杂单空位石墨烯(硅烯, 锗烯)的量子电容, 发现3-N掺杂单空位石墨烯和Ti原子吸附单空位硅烯、锗烯的量子电容明显得到了提升, 量子电容分别为118.42 μF/cm2, 79.84 μF/cm2和76.54 μF/cm2. 另外还研究了3-N掺杂三种烯类的浓度效应, 随掺杂浓度的增加, 量子电容呈增加趋势. 通过研究各掺杂体系的热力学稳定性问题, 发现Ti是最稳定的吸附原子, 因为Ti和C原子之间可以形成强键. 在B, N, P, S掺杂单空位硅烯和锗烯中, S是最稳定的掺杂原子, 而对于石墨烯, N掺杂的形成能最低, 量子电容最高. 上述二维电极材料的理论模拟计算为超级电容器和场效应晶体管中的实际应用做出了探索性的工作.
关键词: 量子电容/
二维电极材料/
掺杂/
第一性原理

English Abstract


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随着全球能源危机和环境污染的加剧、便携式电子设备的流行和新型动力交通工具的高速发展, 人类社会迫切需要开发洁净、可持续和可再生能源. 在这一时代背景下, 研制了超级电容器–一种新型的绿色环保储能装置[1]. 高功率、长寿命、高可靠性皆为双电层超级电容器所具备的优点, 其在诸多方面都具有很好的应用前景, 比如新能源、电子器件、电动车等. 如今, 空客A380客机紧急舱门的电源就是利用了双电层超级电容器的机理, 这有力地证明了其高可靠性特点[2]. 石墨烯等二维电极材料成为双电层超级电容器典型电极材料的主要原因是其比表面积大, 与电解质离子快速吸脱附的能力强[3]. 但是, 其能量密度远低于锂离子电池(> 100 Wh/kg). 因此, 近年来的科研工作者们对石墨烯结构的优化以及寻找新型二维电极材料方面, 展现出浓厚的兴趣. 为了提高能量密度, 尝试调制其电子结构从而获得更高的总界面电容.
总界面电容(CT)[4,5]可以通过下述公式来表示: 1/CT = 1/CQ + 1/CD, 其中CQCD分别表示量子电容、双电层电容, 可看出总界面电容同时受CQCD两个物理量的制约, CT < min(CQ, CD). 由于量子限域效应和较小态密度的限制, 石墨烯、硅烯等二维电极材料在对体系充电时, 需要显著移动费米能级才能使材料积累一定数量的载流子. 如果把这个过程与外部电路做对比, 它就是量子电容, 也可以当作一个串联的电容. 石墨烯等二维电极材料在费米能级附近量子电容接近于零. 相对于双电层电容, 量子电容有很大的提升空间. 可以通过掺杂, 引入缺陷等显著移动费米能级或增加费米能级附近的电子局域态以提高量子电容. 一直以来科研工作者们对CQ贡献的忽视造成了部分实验现象无法得到解释, 也缺少在微观机制方面对提高总界面电容的理解.
因为大家经常忽略量子电容的贡献, 因此提高石墨烯基材料中的总界面电容不能仅通过提高比表面积的方式来实现, 前期中双电层超级电容器的储能与其比表面积呈线性增加的趋势, 随之就出现了瓶颈问题[6]. N掺杂是石墨烯改性中最常见的掺杂元素并导致了总界面电容的提高, 但微观机理不清晰, 普遍认为双电层电容的增加是由于石墨烯在经过N掺杂后同电解液中的碱金属原子之间键能的增强, 因此更多的碱金属离子被吸引过来, CD的提升是促成CT提高的主要原因, 并未提及量子电容的贡献[7-9]. 然而, 基于第一性原理计算发现, 石墨烯费米能级的位置可通过N掺杂而得到改变, 同时可以有效地提升量子电容, 但是在有机离子电解液中N掺杂对双电层电容的贡献几乎为零[10], 因此量子电容是改善总界面电容的主要因素.
二维电极材料近年来发展迅猛, 石墨烯、硅烯、锗烯、二硫化钼和MXene等典型的二维层状材料受到了人们的极大关注. 硅烯、锗烯具有类似于石墨烯的六角单层结构, 是二维量子材料中冉冉升起的新星. 目前, 硅烯、锗烯已经以多种形式在实验中被成功制备[11,12]. 但是研究硅烯、锗烯的量子电容方面的内容还鲜有报道. 根据以往研究发现, 作为类石墨烯材料的硅烯、锗烯也是双电层超级电容器潜在的电极材料[13,14]. 相对石墨烯而言, 硅烯和锗烯的质量比量子电容和面积比量子电容中谁具有明显的优势还存在一些未知. 本文旨在研究双电层超级电容器能量密度低的问题, 拟对二维双电层电极材料进行结构优化设计. 对比三种典型二维电极材料石墨烯、硅烯和锗烯的量子电容, 并拟合了3-N掺杂单空位石墨烯的总界面电容. 研究发现, 改善二维电极材料的量子电容是开发高性能双电层超级电容器的设计思路.
所有的理论模拟计算都是通过VASP[15]软件包来实现, 采用基于DFT下的PAW方法[16]. 相互作用的电子交换关联能通过广义梯度近似下的Perdew-Burke-Ernzerhof[17]泛函来表示. 为了确保总能量收敛在1 meV/atom, 截止能选取450 eV. 用Monkhorst-Pack方法选取布里渊区中的K点, 自旋计算考虑在内. 基于石墨烯、硅烯、锗烯原胞, 采用包括2 × 2, 3 × 3, 4 × 4, 5 × 5, 6 × 6的不同大小的超胞模型. 本文模拟了Ti, Au, Ag, Cu, Al金属原子的吸附和B, N, P, S非金属原子的掺杂效应. 为了避免层与层间的相互作用, 在所有超胞的计算中, Z轴方向的真空层选取为18 ?. 24 × 24, 16 × 16, 12 × 12, 10 × 10, 6 × 6的Γ中心的K-点网格分别对应于2 × 2, 3 × 3, 4 × 4, 5 × 5, 6 × 6大小的超胞.
在公式μF = eΦ中, μF为电化学电势, e是一个电子的电量, Φ为局部电势, 其中μFΦ成正比关系. (1)式可表示电极上的多余电荷密度[14]:
$\Delta Q = \int_{ - \infty }^{ + \infty } {D(E)[f(E) - f(E - {\rm{e}}\varPhi )]} {\rm{d}}E,$
其中E是费米能级EF的相对能量; D(E)为态密度; f(E)是费米-狄拉克分布函数. 在公式CQ = dQ/dΦ中, CQ表示量子电容, Q为电荷密度, Φ是局域电势. 基于(1)式, 量子电容CQ的表示方法可改写为
${C_{\rm{Q}}} = {{\rm{e}}^2}\int_{ - \infty }^{ + \infty } {D(E){F_{\rm{T}}}(E - {\rm{e}}\varPhi ){\rm{d}}E} ,$
其中FT(E)为热展宽函数, 表示为
${F_{\rm{T}}}(E) = {(4{k_{\rm{B}}}T)^{ - 1}}{\rm{sech}}{^2}(E/2{k_{\rm{B}}}T),$
其中kB为玻尔兹曼常数, 计算中温度T设置为室温, 即300 K. 态密度D(E)可采用线性插值方法对其进行高精度的修正.
在本征锗烯(硅烯、石墨烯)上吸附金属原子, 以锗烯为例, 其吸附能由下式定义:
$\Delta {E_{\rm{ad}}}{{(}}x{{)}} = {E_{{\rm{Ger}} \text- {\rm{m}}}}{{(}}x{{)}} - n{\mu _{{\rm{Ge}}}} - {E_{\rm{m}}},$
其中EGer-m为金属原子在本征锗烯上吸附的总能量; x代表不同的金属原子吸附在本征锗烯(硅烯、石墨烯)上的结构体系; n代表本征锗烯不同大小的超胞结构中Ge原子的个数; μGeEm分别是本征锗烯中一个Ge原子的能量和一个金属原子的能量. 在单空位锗烯上吸附金属原子的吸附能由以下公式计算:
$\Delta {E_{{\rm{ad}}}}(x) = {E_{{\rm{SV}} \text- {\rm{Ger}} \text- {\rm{m}}}}(x) - {E_{{\rm{SV}} \text- {\rm{Ger}}}} - {E_{\rm{m}}},$
其中ESV-GerESV-Ger-m分别是单空位锗烯吸附金属原子前后的总能量.
$\Delta {E_{3 \text- {\rm{N}}({\rm{B}},{\rm{P}},{\rm{S}})}}{{(}}x{{)}} = {E_{{\rm{df}} \text- {\rm{G}}}}(x) - (n - 3){\mu _{\rm{C}}} - 3{\mu _{{\rm{N}}({\rm{B}},{\rm{P}},{\rm{S}})}},$
其中ΔE3-N(B, P, S)(x)为图1(c)中3-N (B、P、S)非金属原子掺杂单空位石墨烯的形成能; Edf-G(x)表示掺杂单空位石墨烯的总能量; n表示各结构中原子总数; μC是本征石墨烯中一个C原子的能量; μN, μB, μP, μS分别是根据N2, B12, P4和S8体系计算得出的单个原子的能量. 由于它们是N, B, P, S原子的低能态, 因此将它们作为参考态. 所有计算都是基于超胞P(4 × 4)展开.
图 1 (a), (b) 金属原子分别在本征和单空位锗烯(硅烯, 石墨烯)上的最稳定吸附位置的吸附能, 掺杂浓度为3.1%; (c) 单空位锗烯(硅烯, 石墨烯)掺杂3-B (N, P, S)原子的形成能, 掺杂浓度9.3%
Figure1. (a), (b) The adsorption energies of adsorbing metal atoms in the strongest position on pristine and single-vacancy germanene (silicene, graphene) with thedoping concentration of 3.1%; (c) the formation energy of single-vacancy germanene (silicene, graphene) doped with triple-B (N, P, S) with the doping concentration of 9.3%.

表1表2分别为本征和单空位石墨烯、硅烯、锗烯上以不同位置吸附Al (Ag, Cu, Ti, Au)金属原子的吸附能, 及3-B (N, P, S)原子掺杂单空位石墨烯、硅烯、锗烯的形成能. 对比表1表2中数据可得出, Al, Ag, Cu, Ti和Au以最稳定的位置分别吸附在本征石墨烯、硅烯和锗烯上, 如图1(a)所示. 从图1(a)中可以看出石墨烯的中心位是Ti原子最稳定吸附位置. 对于硅烯和锗烯, 这些金属原子的稳定吸附位相似, Ti仍然是最稳定的吸附原子, 但是稳定的吸附位却不同, 分别为谷底和中心位[18]. 如图1(b)所示, 对于吸附在单空位石墨烯、硅烯、锗烯上的金属原子, 单空位是金属原子的最稳定吸附位置, Al, Ag, Cu, Ti和Au原子在单空位锗烯上的吸附比在本征锗烯上的吸附稳定. 通过比较得出, 不论是本征还是单空位石墨烯(硅烯, 锗烯), Ti都是最稳定的吸附原子, 吸附能分别为–8.159 eV, –6.348 eV和–5.565 eV, 这是由于Ti和C(Si, Ge)原子之间可以形成强键.
System
ΔEad (eV)
HillValleyBridgeHollowH*
GrapheneAl–0.888–0.902–1.012–5.399
Ag0.035–0.0010.011–1.695
Cu–0.220–0.217–0.057–3.599
Ti–1.075–0.827–1.544–8.159
Au–0.096–0.082–0.073–2.359
SiliceneAl–2.794–2.907–2.573–5.502
Ag–0.991–1.313–1.244–1.616–3.182
Cu–1.549–2.368–2.764–4.538
Ti–3.694–3.907–3.893–6.348
Au–1.843–1.933–2.238–4.486
GermaneneAl–1.815–2.716–2.520–4.908
Ag–0.984–1.322–1.650–2.869
Cu–1.377–2.091–2.489–3.812
Ti–3.569–3.968–4.144–5.565
Au–1.636–1.700–1.818–2.113–4.020


表1在本征和单空位石墨烯、硅烯、锗烯上分别以不同位置吸附Al, Ag, Cu, Ti和Au金属原子的吸附能
Table1.The adsorption energy of Al, Ag, Cu, Ti, Au adsorbed on pristine and single-vacancy graphene (silicene, germanene) with different configurations.

System ΔEf (eV)BNPS
Graphene4.6633.7357.7733.708
Silicene7.8250.503–0.590–6.759
Germanene8.6845.2560.575–6.149


表2在单空位石墨烯、硅烯、锗烯上掺杂3-B(N, P, S)原子的形成能
Table2.The formation energy of triple-B (N, P, S) doped single-vacancy graphene (silicene, germanene).

我们还考虑了单空位石墨烯、硅烯、锗烯掺杂3-B(N, P, S)的情况, 如图1(c)所示, 对硅烯和锗烯进行掺杂, 形成能的变化趋势相似, S是最稳定的掺杂原子. 对于石墨烯来说, 几种不同掺杂原子的形成能几乎相近, S掺杂的形成能最低.
图2显示了本征锗烯、硅烯、石墨烯的量子电容随电势变化的关系图. 根据图2(b)可知, 锗烯和硅烯面积比量子电容的增减趋势几乎同步, 还发现, 在低电势|Φ|范围内, 锗烯和硅烯的量子电容近乎是石墨烯量子电容的两倍. 但是, 质量比电容与面积比电容的变化趋势不同, 如图2(a)所示. 硅的相对原子质量是碳的两倍, 只有锗的二分之一. 根据碳、硅、锗的原子间距不同, 可计算出石墨烯、硅烯、锗烯的比表面积分别为2630 m2/g, 2738 m2/g和1148 m2/g. 从而得出三者的质量比电容大小关系为: 硅烯 > 锗烯 > 石墨烯, 如图2(a)所示. 当电势小于–0.5 V时, 硅烯和锗烯的量子电容急剧增加, 这与石墨烯变化趋势有所不同, 在狄拉克点附近发现它们的量子电容趋近于零, 量子电容随着电势|Φ|的增加而增加, 其归因于在狄拉克点附近的线性色散. 另外, 根据公式CQυF–2, 量子电容随着费米速度的增大而减小. 由于石墨烯的费米速度是大于硅烯和锗烯[19], 所以根据上述公式可知, 石墨烯的量子电容远小于硅烯和锗烯的量子电容.
图 2 (a), (b)分别为本征石墨烯、硅烯、锗烯的质量比量子电容, 面积比量子电容(锗烯: 1 μF/cm2 = 11.48 F/g, 硅烯: 1 μF/cm2 = 27.37 F/g, 石墨烯: 1 μF/cm2 = 26.3 F/g)
Figure2. (a), (b) calculated specific quantum capacitance (CQ), areal CQ vs. potential drop of pristine graphene, siliceneand germanene. (For germanene 1 μF/cm2 = 11.48 F/g, silicene 1 μF/cm2 = 27.37 F/g, and graphene 1 μF/cm2 = 26.3 F/g).

计算了单空位石墨烯、硅烯、锗烯吸附金属原子Ti, Cu, Au, Ag和Al的量子电容, 如图3(a)(c)所示, 通过对比发现Cu吸附石墨烯的量子电容最高, Ti吸附硅烯和锗烯后, 量子电容显著提升. 同时, 还计算了单空位石墨烯、硅烯和锗烯掺杂3-B (N, P, S)的量子电容, 通过对比, 发现3-N掺杂单空位石墨烯的量子电容最高, 如图3(d)(f)所示.
图 3 (a)?(c) 单空位石墨烯(硅烯, 锗烯)吸附Ti (Cu, Au, Ag, Al)和(d)?(f) 3-B (P, N, S)掺杂单空位石墨烯(硅烯, 锗烯)量子电容最大值的变化趋势图
Figure3. (a)?(c) Change trend chart of the maximum value of CQ for Ti (Cu, Au, Ag and Al) adsorbed single-vacancy grapheme (silicene, germanene), and (d)?(f) 3-B (P, N, S)-doped single-vacancy grapheme (silicene, germanene).

在单空位石墨烯(硅烯, 锗烯)分别吸附Ti, Au, Ag, Cu, Al体系中, 拟合了其中最高的量子电容与电势的关系图, 分别为Cu吸附单空位石墨烯和Ti吸附单空位硅烯和锗烯, 量子电容分别为87.08 μF/cm2, 79.84 μF/cm2和76.54 μF/cm2, 如图4(a)所示. 分析量子电容提高的原因, 以Ti吸附单空位硅烯为例, 从图5(a) Ti掺杂单空位硅烯浓度的态密度(DOS)和局域态密度(LDOS)图可看出, Ti的吸附导致硅烯费米能级附近引入局域态, 导致硅烯能带发生劈裂, Ti的3d轨道导致态密度自旋向上和自旋向下态之间的对称性在费米能级附近被破坏, Ti的3d轨道的能级与局域缺陷态的能级比较匹配. 从Ti吸附单空位硅烯, 我们可看出, 量子电容得到了提高归因于费米能级附近局域态的形成.
图 4 (a) 单空位石墨烯(硅烯, 锗烯)吸附Ti, Au, Ag, Cu, Al体系中, 最高的量子电容与电势的关系图, 掺杂浓度为3.1%; (b) 单空位石墨烯(硅烯, 锗烯)掺杂三个B, N, P, S原子体系中, 最高的量子电容-电势关系图, 掺杂浓度为9.3%
Figure4. (a) Under the condition of doping concentration of 3.1%, the calculated quantum capacitance of single-vacancy grapheme (silicene, germanene) adsorbed withTi, Au, Ag, Cu, Al with the best properties, as a function of local electrode potential (Φ); (b) CQ of single-vacancy germanene (silicene, graphene) doping with triple-B (N, P, S)with the best properties, under the condition of doping concentration of 9.3%.

图 5 (a) Ti掺杂单空位硅烯浓度的态密度(DOS)和局域态密度(LDOS)图, 掺杂浓度为3.1%; (b) 3-N原子掺杂单空位石墨烯的态密度(DOS)和局域态密度(LDOS)图, 掺杂浓度为9.4%
Figure5. Density of states (DOS) and local density of states (LDOS) of adsorbed Ti atoms on single-vacancy silicene with Ti concentration3.1%, and (b) triple N-doping single-vacancy grapheme with N concentration 9.4%.

单空位石墨烯(硅烯, 锗烯)分别掺杂三个B, N, P, S原子体系中, 最高的量子电容-电势关系图, 分别为3-B掺杂单空位硅烯, 3-N掺杂单空位石墨烯、锗烯. 其中3-N掺杂单空位石墨烯量子电容最高, 达118.42 μF/cm2 (0.21 V), 如图4(b)所示, 分析此体系量子电容提升的原因, 从态密度(DOS)和局域态密度(LDOS)图5(b)中可看出, 由于三个相邻的N原子的耦合, N原子的孤对电子态被破坏, N原子的贡献导致费米能级附近形成了局域电子态, 从而导致量子电容的提高.
采取调整石墨烯超胞中C原子与3-N + 空位比例的方法来改变N掺杂的浓度. 根据模型图1(c)可知, 掺杂的N原子两两相邻. N原子之间发生的耦合会促使孤对电子态被破坏, 局域电子态于费米能级附近形成, 提高了量子电容. 当N原子的掺杂浓度为1.85%时, 量子电容的最大值为47.38 μF/cm2; 当掺杂浓度增加到16.7%时, 量子电容增加到142.8 μF/cm2. 由图6(a)可知, 量子电容的增加是由于小电势范围内局域电子态的形成. 图6(b)为石墨烯掺杂N原子的不同浓度的表面电荷密度-电势关系图. 由图6可知, 在正电势下电荷密度明显提高. 我们也研究了3-N掺杂单空位硅烯的浓度效应, 如图6(c)所示, 量子电容的局部最小值对应的电势随着N掺杂浓度的增加移动了约0.3—0.5 V. 当N掺杂浓度为4.2%时, 量子电容的最大值为15.94 μF/cm2; 当浓度增加到37.5%, 零电势附近的量子电容也增至58.68 μF/cm2. 这是由于在小电势范围内, 费米能级的下移和附近的能带重组促使了量子电容的提升. 图6(d)代表不同浓度的硅烯掺杂N原子的表面电荷密度-电势的关系图, 可看出正电势下电荷密度明显增强. 图6(e)图6(f)分别为单空位锗烯掺杂3个N原子的关系图, 随着浓度从6%增加到37.5%, 量子电容的极大值分别从58.7 μF/cm2 (0.144 V)增加到168.3 μF/cm2 (0.408 V). 显然, 局域态导致了低电势下量子电容的增加. N掺杂在正电势下整体电荷积累效果最佳.
图 6 (a)?(f)不同掺杂浓度的单空位石墨烯(硅烯, 锗烯)掺杂三个N原子的量子电容以及表面电荷密度-电势的关系图
Figure6. (a)?(f)Calculated quantum capacitance and surface charge vs. potential drop of 3 N-doping single-vacancy grapheme (silicene, germanene) with different concentration, as a function of local electrode potential (Φ).

通过对比图3, 发现3-N掺杂单空位石墨烯的量子电容最高, 因此选择3-N掺杂单空位石墨烯电极材料做进一步的研究, 如图7所示. 3-N掺杂单空位石墨烯和本征石墨烯的总界面电容CTCQCD之间存在这样一个关系, 1/CT = 1/CQ + 1/CD, 通过在1 M NaCl的水溶液中利用经典分子动力学模拟计算获得了双电层电容CD[20], 通过上面的串联公式拟合出CT, 得到了CT与电势的关系图, 与CT曲线相对比, 本征石墨烯的CT曲线是U字形. 而3-N掺杂单空位石墨烯的CT曲线高于本征石墨烯, 很明显这归因于CQ的提高. CDCT的贡献随着电势升高变得更加明显, 同时还发现在近期许多实验中也论证了在类石墨电极超级电容器中存在U型的CT曲线. 因为碳基电极材料的电子结构和浓度影响着CQCD在不同特定情况下会发生改变的特性, 比如其波峰波谷位置、最大值、最小值以及曲率等, 但这不影响我们的理论模拟计算结果的变化趋势与实验结果保持一致.
图 7 本征石墨烯和石墨烯掺杂3-N原子的总界面电容, 双电层电容以及量子电容. 双电层电容是根据经典分子动力学模拟获得, 模拟条件为1 M NaCl水性电解液[20]
Figure7. The capacitance of triple-N doped with graphene and pristine grapheme, including quantum capacitance (CQ), electric double-layer capacitance (CD) and total interfacial capacitance(CT).The CD is obtained by classical MD simulation under the condition of 1 M NaCl aqueous electrolyte[20].

基于第一性原理, 通过对石墨烯, 硅烯, 锗烯掺杂和吸附, 研究了其热力学稳定性和量子电容. 研究发现在Ti, Au, Ag, Cu和Al吸附本征/单空位石墨烯(硅烯, 锗烯)体系中, Ti对本征和单空位石墨烯都具有很强的吸附能力. 对于单空位烯类, 金属原子在单空位处形成强键, 显现出准金属性. 在B, N, P, S掺杂单空位石墨烯(硅烯, 锗烯)体系中, N掺杂石墨烯的形成能最低, S掺杂硅烯和锗烯的形成能最低. 通过比较单空位石墨烯(硅烯, 锗烯)吸附金属原子或掺杂非金属原子, 发现接近费米能级附近的电子态均被调制, 出现了电子态, 导致量子电容的提升. 金属原子吸附单空位烯类中, Ti原子掺杂单空位烯类的量子电容提升比较显著. 3-N掺杂单空位石墨烯具有最高的量子电容, 希望这些理论结果能够促进烯类电极材料在超级电容器和场效应晶体管方面的应用.
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    摘要:柔性多孔材料在当今众多前沿科学与技术领域发挥着重要作用,其表面改性将进一步赋予其多样和优异的表面性能,拓展其在功能和智能可穿戴等领域的应用.常压等离子体技术由于低温、低能耗、高效、环保、低成本、不改变材料本体特性、易于实现卷对卷制备等优势,在应用环境、样品材料选择上展现出良好的适应性,在低熔点 ...
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  • 大面积<i>α</i>-MoO<sub>3</sub>的制备及其存储计算研究进展
    摘要:近年来,α-MoO3在忆阻器件的研究中得到广泛关注,其中氧含量的变化导致电阻率的改变,以及独特的层状结构有利于各种离子的插层从而调节电导,因此其在离子栅结构的突触晶体管的研究中发挥出重要作用.本文主要对层状α-MoO3的基本性质、二维层状α-MoO3的大面积制备方法和特性及其在存储计算领域的应 ...
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  • 基于流体模型的碳纳米管电离式传感器的结构优化方法
    摘要:与常规电离式传感器相比,碳纳米管三电极电离式气体传感器具有体积小、工作电压低的优势,对智能电网、泛在物联网的发展具有重要作用,但存在输出电流低、灵敏度低的缺点,需要从结构上对其进行优化.本文基于汤生放电原理,采用COMSOLMultiphysics多物理场直接耦合分析软件,建立了传感器二维等离 ...
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  • 原子替位掺杂对单层Janus WSeTe电子结构的影响
    摘要:基于第一性原理计算系统地研究了氮族、卤族和3d过渡金属元素(Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co)替位掺杂对单层Janus过渡金属硫族化合物WSeTe电子结构的影响.通过对能带结构、电荷转移以及磁性的分析,发现氮(卤)族原子替位掺杂单层WSeTe会发生本征半导体-p(n)型半导体的转变,Ti,V原 ...
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  • 不同堆垛结构二硫化铼/石墨烯异质结的光电化学特性
    摘要:能源及污染是新时代所面临的重要难题,光催化技术可通过电解水产氢以及降解有机物污染物,在一定程度上解决此问题.而制备光催化活性较好、光生载流子分离效率高的光催化剂是这项技术的关键.本文采用液相剥离法结合电泳沉积法制备得到具有不同堆垛结构的二硫化铼-石墨烯(ReS2-Gra,ReS2在上)与石墨烯 ...
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