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层状结构富Mg的Mg_(2)Sn薄膜相组成与热电性能

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稀有金属材料与工程 2022年第5期51卷 1780-1788页

作者：刘莹宋贵宏李贵鹏陈雨胡方沈阳工业大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110870

利用高真空磁控溅射设备,通过顺序沉积制备富Mg的Mg_(2)Sn热电薄膜。使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及能谱仪(EDS)研究了沉积薄膜的物相组成、表面和截面形貌、元素含量及分布。使用塞贝克(Seebeck)系数/电阻分析系统LSR-... 详细信息

利用高真空磁控溅射设备,通过顺序沉积制备富Mg的Mg_(2)Sn热电薄膜。使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及能谱仪(EDS)研究了沉积薄膜的物相组成、表面和截面形貌、元素含量及分布。使用塞贝克(Seebeck)系数/电阻分析系统LSR-3测量了沉积薄膜的电阻率和Seebeck系数,进而研究不同Mg含量的Mg_(2)Sn薄膜的功率因子。结果表明,采用磁控溅射法可以制备出立方反萤石结构的Mg_(2)Sn相薄膜,XRD显示,沉积薄膜是由立方结构的Mg_(2)Sn相和少量的纳米尺寸的金属Mg相组成。随着Mg靶溅射时间的增加,纳米金属Mg相的含量增加,电阻率和Seebeck系数均表现为先升高后降低,这归因于少量纳米金属Mg相与基体相之间存在相界面。适量的金属Mg相存在于Mg_(2)Sn薄膜中,有利于提高Seebeck系数。含有适量纳米尺寸金属Mg相的Mg_(2)Sn沉积膜,因其Seebeck系数较高,电阻率适当,可获得较高的功率因子。层状结构的Mg_(2)Sn薄膜可显著提高Seebeck系数,尽管电阻率也增加,但最终使薄膜的功率因子显著提高。

关键词：热电材料 Mg_(2)Sn薄膜 Seebeck系数层状结构电阻率

Mg_(3)X_(2)(X=Sb,Bi)基热电材料的研究进展

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稀有金属 2022年第12期46卷 1621-1631页

作者：李秀宇宋贵宏李贵鹏刘莹胡方沈阳工业大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110870

化石燃料产生的热能一部分以废热的形式流失到环境中。常常,废热的温度较低且低温废热占比很高,有效利用中低温废热将大大提高能源的利用率。热电材料器件能够实现热能与电能相互转换。Zintl相化合物因拥有“电子晶体-声子玻璃”的复杂... 详细信息

化石燃料产生的热能一部分以废热的形式流失到环境中。常常,废热的温度较低且低温废热占比很高,有效利用中低温废热将大大提高能源的利用率。热电材料器件能够实现热能与电能相互转换。Zintl相化合物因拥有“电子晶体-声子玻璃”的复杂晶体结构特征,具有优异的热电性能。Mg_(3)X_(2)(X=Sb,Bi)作为一种Mg基Zintl相化合物,具有成本低、组成元素储量丰富且热电性能优异等特点,被认为是一种极具应用潜力的中低温热电材料。近年来,关于如何提升Mg_(3)X_(2)的热电性能成为研究的热点。首先,综述了Mg_(3)X_(2)晶体结构的特点和其热电性能具有各向异性的特征,又分别综述了掺杂的Mg_(3)Sb_(2)和Mg_(3)Bi_(2)化合物的热电性能和最新研究进展。在相同温度下,n型Mg_(3)X_(2)比p型Mg_(3)X_(2)的热电性能更高。通过不等价n型或p型元素掺杂,大部分Mg_(3)X_(2)基材料虽然Seebeck系数值有所降低,但其电导率、功率因子和优值都增加,可有效改善Mg_(3)X_(2)基材料的热电性能。通过调整Mg_(3)(Sb,Bi)_(2)固溶体中Mg_(3)Bi_(2)的含量,可调整能带电子结构和带隙,在70%含量下(Mg_(3)Bi_(1.4)Sb_(0.6)合金)可获得最大的优值ZT。基于n型Mg_(3)Bi_(1.4)Sb_(0.6)合金在低温废热有效利用率已经超过现有的n型Bi_(2)Te_(3)合金,Mg_(3)X_(2)基很有可能在未来取代n型Bi_(2)Te_(3)合金,成为新的低温热电材料。

关键词：热电材料 Mg_(3)X_(2)(X=Sb Bi) Zintl相 Seebeck系数电导率

掺杂Bi的β-Cu_(2)Se薄膜的微观结构与热电性能

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表面技术 2023年第10期52卷 278-286,312页

作者：周政旭陈雨宋贵宏胡方吴玉胜尤俊华沈阳工业大学材料科学与工程学院沈阳110870

目的探究在β-Cu_(2)Se薄膜中掺杂元素Bi对其组织结构及其热电性能的影响,探求Bi元素对载流子传输过程和热电性能的影响规律,为将来该类热电薄膜的研究和应用提供宝贵的经验。方法使用粉末烧结制得Cu-Bi-Se合金靶材,使用磁控溅射的方... 详细信息

目的探究在β-Cu_(2)Se薄膜中掺杂元素Bi对其组织结构及其热电性能的影响,探求Bi元素对载流子传输过程和热电性能的影响规律,为将来该类热电薄膜的研究和应用提供宝贵的经验。方法使用粉末烧结制得Cu-Bi-Se合金靶材,使用磁控溅射的方法在含有SiO_(2)层的单晶Si衬底上制备了不同Bi含量的β-Cu_(2-x)Bi_(x)Se热电薄膜。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪分别研究了沉积薄膜的XRD谱、表面与截面形貌以及元素含量与分布。利用LSR-3电阻率/塞贝克系统测量了沉积薄膜的Seebeck系数与电导率。利用霍尔试验测量了沉积薄膜的室温载流子浓度和迁移率。结果沉积薄膜主要由单一的β-Cu_(2)Se相构成,在Bi掺杂量最大为1.07%(原子数分数)的薄膜还含有非常少量的α-Cu_(2)Se相;在β-Cu_(2)Se相薄膜中Bi的掺杂没有生成单质相而是替换点阵中的Cu而形成替位式固溶体。在沉积的β-Cu_(2-x)Bi_(x)Se薄膜中,([Bi]+[Cu])/[Se]>2.0且具有p型导电特征。随着温度的增加,电导率降低而Seebeck系数增加,彰显沉积薄膜的简并或半简并半导体的导电特性。当温度低于225℃时,沉积薄膜功率因子随Bi掺杂量的增加而增大;当温度高于225℃时,掺杂量为0.29%(原子数分数)的薄膜具有最大的功率因子,进一步增加Bi掺杂量,沉积薄膜的功率因子却逐渐减小。结论使用磁控溅射的方法可制备β-Cu_(2)Se薄膜,掺杂适量的Bi可显著提高薄膜的功率因子。

关键词：热电薄膜 β-Cu_(2)Se薄膜 Bi掺杂 Seebeck系数载流子浓度

掺杂Bi的β-CuSe薄膜的微观结构与热电性能

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表面技术 2023年

作者：周政旭陈雨宋贵宏胡方吴玉胜尤俊华沈阳工业大学材料科学与工程学院

目的探究在β-Cu2Se薄膜中掺杂元素Bi对其组织结构及其热电性能的影响，探求Bi元素对载流子传输过程和热电性能的影响规律，为将来该类热电薄膜的研究和应用提供宝贵的经验。方法使用粉末烧结制得Cu-Bi-Se合金靶材，使用磁控溅射的方法... 详细信息

目的探究在β-Cu2Se薄膜中掺杂元素Bi对其组织结构及其热电性能的影响，探求Bi元素对载流子传输过程和热电性能的影响规律，为将来该类热电薄膜的研究和应用提供宝贵的经验。方法使用粉末烧结制得Cu-Bi-Se合金靶材，使用磁控溅射的方法在含有SiO2层的单晶Si衬底上制备了不同Bi含量的β-Cu2-xBixSe热电薄膜。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪分别研究了沉积薄膜的XRD谱、表面与截面形貌以及元素含量与分布。利用LSR-3电阻率/塞贝克系统测量了沉积薄膜的Seebeck系数与电导率。利用霍尔实验测量了沉积薄膜的室温载流子浓度和迁移率。结果沉积薄膜主要由单一的β-Cu2Se相构成，在Bi掺杂量最大为1.07at.%的薄膜还含有非常少量的α-Cu2Se相；在β-Cu2Se相薄膜中Bi的掺杂没有生成单质相而是替换点阵中的Cu而形成替位式固溶体。在沉积的β-Cu2-xBixSe薄膜中，([Bi]+[Cu])/[Se]＞2.0且具有p型导电特征。随着温度的增加，电导率降低而Seebeck系数增加，彰显沉积薄膜的简并或半简并半导体的导电特性。当温度低于225℃左右时，沉积薄膜功率因子随Bi掺杂量的增加而增大；当温度高于225℃时，掺杂量为0.29at.%的薄膜具有最大的功率因子，进一步增加Bi掺杂量，沉积薄膜的功率因子却逐渐减小。结论使用磁控溅射的方法可制备β-Cu2Se薄膜，掺杂适量的Bi可显著提高薄膜的功率因子。

关键词：热电薄膜 β-Cu Se薄膜 Bi掺杂 Seebeck系数载流子浓度

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电弧离子镀氧化铬涂层的组织结构及硬度

金属学报 2003年第9期39卷 979-983页

作者：纪爱玲汪伟宋贵宏汪爱英孙超闻立时中国科学院金属研究所沈阳110016

采用电弧离子镀方法在不锈钢基体上沉积Cr2O3薄膜.研究了氧流量和脉冲偏压对薄膜相结构、沉积速率、表面形貌、薄膜硬度的影响.结果表明,氧流量和脉冲偏压对薄膜的相结构有较大的影响.在氧流量为130 cm3/s、脉冲偏压为-100V时,出现Cr2O3... 详细信息

采用电弧离子镀方法在不锈钢基体上沉积Cr2O3薄膜.研究了氧流量和脉冲偏压对薄膜相结构、沉积速率、表面形貌、薄膜硬度的影响.结果表明,氧流量和脉冲偏压对薄膜的相结构有较大的影响.在氧流量为130 cm3/s、脉冲偏压为-100V时,出现Cr2O3{001}面择优取向;氧流量增高,脉冲偏压增大时,薄膜的表面形貌得到改善;在脉冲偏压为-200 V、氧流量为130 cm3/s时,可获得符合Cr2O3化学计量比的薄膜,其硬度达到36 GPa.

关键词： Cr2O3薄膜电弧离子镀组织结构脉冲偏压

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铜构件磁控溅射多层膜及其耐蚀性

电镀与涂饰 2022年第1期41卷 18-22页

作者：温佳源宋贵宏赵鑫贺春林沈阳工业大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110870 沈阳大学辽宁省先进材料重点实验室辽宁沈阳110044

先在铜基体上电镀Ni层,接着溅射沉积Ni-Cr和Ni-Cr-Al-Si合金薄膜。对比了Ni层、Ni/Ni-Cr复合膜层和Ni/Ni-Cr/Ni-Cr-Al-Si复合膜层的相结构、微观形貌和耐蚀性。结果表明,Ni电镀层表面光滑,Ni/Ni-Cr复合膜层和Ni/Ni-Cr/Ni-Cr-Al-Si复合... 详细信息

先在铜基体上电镀Ni层,接着溅射沉积Ni-Cr和Ni-Cr-Al-Si合金薄膜。对比了Ni层、Ni/Ni-Cr复合膜层和Ni/Ni-Cr/Ni-Cr-Al-Si复合膜层的相结构、微观形貌和耐蚀性。结果表明,Ni电镀层表面光滑,Ni/Ni-Cr复合膜层和Ni/Ni-Cr/Ni-Cr-Al-Si复合膜层表面都由致密、连续的团簇颗粒组成。铜基体与Ni电镀层之间、Ni电镀层与溅射沉积薄膜之间都紧密结合。3种试样在海水中的腐蚀机制相同,Ni/Ni-Cr/Ni-Cr-Al-Si复合膜层的耐蚀性最佳。

关键词：铜电沉积磁控溅射镍−铬合金镍−铬−铝−硅合金多层膜微观结构耐蚀性

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TiC/a-C:H薄膜的性能研究

稀有金属 2013年第3期37卷 384-388页

作者：余宇楠宋贵宏沈波涛昆明冶金高等专科学校冶金材料学院云南昆明650033 沈阳工业大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110023 浙江华友钴业股份有限公司浙江嘉兴314500

在电弧离子镀技术沉积富碳TiC薄膜的过程中研究了不同乙炔流量对沉积膜的形貌、成分性能的影响。结果表明,利用电弧离子镀技术在铝合金衬底上能够成功的沉积出含有富碳的TiC膜层,并且沉积的薄膜与衬底的结合良好。实验表明,随沉积时乙... 详细信息

在电弧离子镀技术沉积富碳TiC薄膜的过程中研究了不同乙炔流量对沉积膜的形貌、成分性能的影响。结果表明,利用电弧离子镀技术在铝合金衬底上能够成功的沉积出含有富碳的TiC膜层,并且沉积的薄膜与衬底的结合良好。实验表明,随沉积时乙炔流量的增大,膜层中C和Ti原子比逐渐增加,同时膜层成分由较纯的TiC结构的薄膜逐渐转变为含非晶碳的TiC膜层,在乙炔流量为50,100,150和200ml.min-1时,膜层的C和Ti的原子分数比分别为1∶1,9.5∶1.0,15∶1和19.4∶1.0。膜层中富余的碳是以非晶碳的形式存在的,TiC与非晶碳以一定量的配比使这层复合膜达到了较好的表面光洁度。

关键词：电弧离子镀 TiC薄膜非晶碳薄膜

含金属Mg相的Mg_(2)(Sn,Si)薄膜的微观结构与热电性能

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功能材料 2023年第6期54卷 6215-6223页

作者：冉丽阳宋贵宏陈雨杨爽胡方吴玉胜尤俊华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设备,采用Mg-Sn-Si合金靶材和纯Mg靶进行顺序沉积,在表面含有500 nm厚氧化硅的单晶Si(100)衬底上制备了不同Mg含量的Mg-Sn-Si薄膜。沉积Mg-Sn-Si薄膜的相组成、化学成分、表面和横截面形貌和热电性能被系统的测量、... 详细信息

利用高真空磁控溅射设备,采用Mg-Sn-Si合金靶材和纯Mg靶进行顺序沉积,在表面含有500 nm厚氧化硅的单晶Si(100)衬底上制备了不同Mg含量的Mg-Sn-Si薄膜。沉积Mg-Sn-Si薄膜的相组成、化学成分、表面和横截面形貌和热电性能被系统的测量、观察和分析。结果表明,制备的Mg-Sn-Si薄膜由Mg_(2)(Sn,Si)固溶体和金属Mg相组成。随着金属Mg相含量的增多,沉积薄膜载流子浓度升高,迁移率降低。沉积薄膜的电导率随着金属Mg相含量的增多而增大,而Seebeck系数降低。沉积薄膜的金属Mg相含量增加,虽然电导率增加,但因Seebeck系数急剧下降,最终导致功率因子下降。在所研究的金属Mg含量范围内,Mg_(2)(Sn,Si)固溶体薄膜含有部分金属Mg相,对提高复合薄膜的功率因子是不利的。

关键词：热电材料 Mg_(2)(Sn Si)/Mg复合薄膜 Seebeck系数载流子浓度迁移率功率因子

Cr含量对Cu合金表面Ni/Ni-Cr/Ni-Cr-Al-Si膜层耐蚀性的影响

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中国腐蚀与防护学报 2022年第4期42卷 638-646页

作者：温佳源宋贵宏韦小园赵鑫吴玉胜杜昊贺春林沈阳工业大学材料科学与工程学院沈阳110870 广东腐蚀科学与技术创新研究院广州510530 沈阳大学辽宁省先进材料重点实验室沈阳110044

为了解决Cu合金在海水中的腐蚀问题,促进Cu合金部件在海洋工程装备和设施中的应用,采用电镀与磁控溅射相结合的方法,首先在Cu衬底上电镀Ni层,随后在Ni层上溅射沉积Ni-Cr合金薄膜,最后在Ni-Cr层上再溅射沉积不同Cr含量的Ni-Cr-Al-Si合金... 详细信息

为了解决Cu合金在海水中的腐蚀问题,促进Cu合金部件在海洋工程装备和设施中的应用,采用电镀与磁控溅射相结合的方法,首先在Cu衬底上电镀Ni层,随后在Ni层上溅射沉积Ni-Cr合金薄膜,最后在Ni-Cr层上再溅射沉积不同Cr含量的Ni-Cr-Al-Si合金薄膜,获得Ni/Ni-Cr/Ni-Cr-Al-Si梯度复合膜层,并研究了该梯度复合膜层的结构与腐蚀性能。结果表明:在海水中,Cr含量为43.05%的梯度复合膜层 (S2样品),其低频端阻抗值、容抗弧半径、最大相位角、电荷转移电阻R_(f)和腐蚀电位最大,表明其耐腐蚀性能最好。在所研究的范围内,梯度膜层的Ni-Cr-Al-Si表层中[Al]/[Cr]原子比率越大,其耐腐蚀性越好。梯度复合膜层的腐蚀过程主要为点蚀,膜层表面团簇的界面处是点蚀的中心。适当Cr含量的Ni/Ni-Cr/Ni-Cr-Al-Si梯度复合膜层具有很好的耐海水腐蚀和导热能力,适合作为海水中使用的Cu换热器表面的防护涂层。

关键词： Ni/Ni-Cr/Ni-Cr-Al-Si复合膜层耐腐蚀性 Cr含量电化学阻抗谱阳极极化曲线