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熔融旋甩制备Co掺杂TiNiCo_(x)Sn合金的热电性能

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物理学报 2024年第10期73卷 294-306页

作者：何俊松罗丰王剑杨士冠翟立军程林刘虹霞张艳李艳丽孙志刚胡季帆太原科技大学材料科学与工程学院太原030024 太原科技大学山西省磁电功能材料与应用重点实验室太原030024 武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室武汉430070 武汉理工大学襄阳示范区湖北隆中实验室襄阳441000

TiNiSn基half-Heusler高温热电材料具有较高的功率因子,但其也具有较高的晶格热导率,这极大地阻碍了其热电性能的提升.本文采用熔融旋甩快淬与放电等离子烧结工艺制备TiNiCo_(x)Sn (x=0-0.05)样品,研究磁性Co元素掺杂对材料的相组成、... 详细信息

TiNiSn基half-Heusler高温热电材料具有较高的功率因子,但其也具有较高的晶格热导率,这极大地阻碍了其热电性能的提升.本文采用熔融旋甩快淬与放电等离子烧结工艺制备TiNiCo_(x)Sn (x=0-0.05)样品,研究磁性Co元素掺杂对材料的相组成、微观结构和热电性能.结果表明,该制备工艺能够直接获得纳米晶的TiNiCo_(x)Sn样品.在纳米晶影响下的样品的热导率明显低于块体材料的热导率,平均降幅约为17.8%.在Co掺杂后样品的晶粒尺寸进一步降低,与TiNiSn基体相比,TiNiCo_(x)Sn样品的热导率显著降低,最大降幅约为38.9%,其中晶格热导率最低值为3.19 W/(m·K),最大降幅约为42.6%.随着Co掺杂量x的增大TiNiCo_(x)Sn样品出现n/p转变,电导率随x增大而逐渐下降,电输运性能劣化,功率因子缓慢减小,其中TiNiSn样品在700 K时获得29.56 W/(m·K^(2))的最高功率因子.ZT值随Co掺杂量x的增大而逐渐降低,TiNiSn样品在900 K时的最大ZT值为0.48.本工作表明采用熔融旋甩制备工艺及磁性Co掺杂能够有效降低TiNiSn材料的热导率.

关键词： TiNiSn 热电材料熔融旋甩 half-Heusler

基于聚二甲基硅氧烷的曲线型光纤锥温度传感结构

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光学技术 2024年第1期50卷 88-93页

作者：李延皓丛爱民李敏白茹冰李晓伟张雨晴赤峰学院物理与智能制造工程学院微纳米光电子材料与智能器件重点实验室内蒙古赤峰024000

基于简单的熔融拉锥技术提出了一种涂覆聚二甲基硅氧烷的曲线型光纤锥温度传感结构。单模光纤锥的长为1.5mm,腰径25μm。涂覆聚二甲基硅氧烷后光纤锥的腰径为100μm。实验给出了曲线型光纤锥的温度响应特性,其温度灵敏度达到了-191.41pm... 详细信息

基于简单的熔融拉锥技术提出了一种涂覆聚二甲基硅氧烷的曲线型光纤锥温度传感结构。单模光纤锥的长为1.5mm,腰径25μm。涂覆聚二甲基硅氧烷后光纤锥的腰径为100μm。实验给出了曲线型光纤锥的温度响应特性,其温度灵敏度达到了-191.41pm/℃。此外,聚二甲基硅氧烷具有很好的疏水性,这结构可有效避免温度测量中的湿度串扰问题,同时,这结构的制备过程简单、成本低、灵敏度高,机械强度好,在工业自动化、航空航天、生物医疗等领域有着重要的应用前景。

关键词：光纤光学传感器曲线型光纤锥聚二甲基硅氧烷温度熔融拉锥技术

耦合甘油高选择性转化为甲酸盐与制氢的酸碱双电解液流动电解器

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物理化学学报 2024年第5期40卷 33-36页

作者：冯辛郭可鑫贾春光刘博文次素琴陈俊翔温珍海南昌航空大学江西省持久性污染物控制与资源循环重点实验室南昌330063 中国科学院福建物质结构研究所中科院功能纳米结构设计与组装重点实验室福建省纳米材料重点实验室福州350002

氢气因其高能量密度、可持续性和燃烧后无污染等优点,被认为是取代传统化石燃料的最具前途的新兴能源载体之一。其中,电解水制氢技术因为其高效和绿色的特性而备受关注。然而电解水制氢过程通常受到阳极析氧反应(Oxygen Evolution React... 详细信息

氢气因其高能量密度、可持续性和燃烧后无污染等优点,被认为是取代传统化石燃料的最具前途的新兴能源载体之一。其中,电解水制氢技术因为其高效和绿色的特性而备受关注。然而电解水制氢过程通常受到阳极析氧反应(Oxygen Evolution Reaction,OER)的限制,因此这种方法的大规模应用面临重大挑战。克服这一难题的一个有前途的解决方法是在阳极上使用电催化甘油氧化反应(Glycerol Oxidation Reaction,GOR)代替OER,这种替代反应可以实现节能降耗的同时提高电解水制氢的效率,进一步推动氢气作为清洁能源的发展。然而,这一目标的实现需要高效、低成本且高选择性的GOR电催化剂。在这篇文章中,我们报告了一种新型的酸碱双电解质流电解器(AADEF-electrolyzer),用于在碱性阳极GOR耦合酸性阴极析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER)。我们通过一种简单的水热煅烧方法制备了一种在镍泡沫(NF)上原位生长的自支撑的NiCo_(2)O_(4)纳米针电极材料(NiCo_(2)O_(4)/NF)。该电极在GOR中表现出优异的电催化性能,在低电位下实现了高的电解电流密度,对甲酸盐的生产表现出优异的选择性,法拉第效率超过85%。密度泛函理论计算表明,NiCo_(2)O_(4)对GOR具有较低的反应能垒,Ni的存在有利于降低Co的电子态密度,从而实现NiCo_(2)O_(4)与中间体的高效解离,促进甲酸的生成。基于NiCo_(2)O_(4)/NF出色的GOR性能和电化学中和能(ENE)理论,我们构建了一个新型的AADEF-electrolyzer,利用NiCo_(2)O_(4)/NF作为GOR的阳极,配合酸性阴极进行析氢反应(HER)。实验结果表明,AADEF-electrolyzer对GOR具有低过电位和高选择性产甲酸的优异性能,仅需0.36 V的电压即可实现10 mA·cm^(-2)的电流密度,平均产甲酸的法拉第效率为85%。同时该电解槽表现出良好的长期稳定性和辅助产氢性能,阴极产氢的法拉第效率接近100%。这种低成本、易于制备的自支撑电极材料和新型酸碱双电解质流动电解器为促进化学品的增值转化和开发新型混合电解系统或其他相关电化学反应的混合电解装置提供了创新策略。

关键词：制氢甘油氧化电催化电解器

基于DMD的无掩模光刻图形精准性优化方法（特邀）

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中国激光 2024年第12期 406-416页

作者：刘华黄龙刘雨晴东北师范大学物理学院先进光电功能材料研究中心紫外发射材料与技术教育部重点实验室国家实验物理教育示范中心

基于数字微镜器件（DMD）的无掩模光刻技术作为一种新兴技术在光刻领域备受关注，该技术利用DMD实现光刻掩模的数字化控制，为微纳米加工和快速原型制作提供了一种全新的解决方案。然而，在DMD无掩模光刻技术中还存在着一些问题，如投... 详细信息

基于数字微镜器件（DMD）的无掩模光刻技术作为一种新兴技术在光刻领域备受关注，该技术利用DMD实现光刻掩模的数字化控制，为微纳米加工和快速原型制作提供了一种全新的解决方案。然而，在DMD无掩模光刻技术中还存在着一些问题，如投影畸变、像素化效应和邻近效应等，这些问题严重影响了光刻图形的精准性。本课题组基于多年的工作基础，全面分析了影响光刻图形质量的因素，并系统总结了几种提高光刻图案精准性的方法，包括数字掩模补偿法、像素叠加优化方法和飞秒局部修饰技术等。基于这些方法的相互配合，本课题组将投影畸变由37.7μm降低至1.7μm，将像素化效应降低为原来的1/6，将邻近效应造成的局部形变尺寸减小为1μm左右，制备出了高精准性的光刻图形。

关键词：投影光刻数字微镜器件光刻质量飞秒激光

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微/纳米反应器及纳微界面催化反应机理

中国科学：化学 2024年第1期54卷 21-34页

作者：李海涛田江立刘健中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室大连116023 中国科学院大学材料科学与光电技术学院北京100049 内蒙古大学化学化工学院呼和浩特010021

学习自然是科学创造和科学生产的最佳驱动力.微/纳米反应器作为介观尺度下人工细胞仿生微纳结构材料代表,其微观形貌具有界限明显的中空腔室、丰富的纳米孔道等结构特征,在多相催化、能源存储和生物医药等领域具有重要的潜在应用价值.... 详细信息

学习自然是科学创造和科学生产的最佳驱动力.微/纳米反应器作为介观尺度下人工细胞仿生微纳结构材料代表,其微观形貌具有界限明显的中空腔室、丰富的纳米孔道等结构特征,在多相催化、能源存储和生物医药等领域具有重要的潜在应用价值.本文系统总结了微/纳米反应器定制策略开发、活性位精准锚定、纳米反应器效应探究及应用等方面的进展,重点集中在本课题组的代表性成果,以期为新型功能微纳米材料研制、介观尺度空间/界面反应过程及纳微界面理论探索提供良好的借鉴.

关键词：人工细胞仿生微/纳米反应器中空/多孔材料纳微界面

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双钝化策略改善CZTSSe太阳能电池性能

双钝化策略改善CZTSSe太阳能电池性能

硒化过程中元素损失对CZTSSe薄膜太阳能电池器件性能的影响

第十一届新型太阳能材料科学与技术学术研讨会

作者：斯琴勒图王磊李姝雨王一鸣杨陈军王雨田吴嘉晨李超然李文博李宇飞张宇昊刘楚刘瑞建栾红梅朱成军内蒙古大学物理科学与技术学院内蒙古自治区半导体光伏技术与能源材料重点实验室

铜锌锡硫硒(CuZnSn（S,Se）,CZTSSe)半导体薄膜因其成分无毒、性质稳定且在地壳中储量丰富,是无机薄膜太阳电池的理想吸收层材料,极具开发潜力。近年来,基于N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶剂制备的CZTSSe太阳电池功率转换效率提升显著。界... 详细信息

铜锌锡硫硒(CuZnSn（S,Se）,CZTSSe)半导体薄膜因其成分无毒、性质稳定且在地壳中储量丰富,是无机薄膜太阳电池的理想吸收层材料,极具开发潜力。近年来,基于N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶剂制备的CZTSSe太阳电池功率转换效率提升显著。界面质量一直被认为是制造高效CZTSSe太阳能电池的关键因素之一,界面上的有害缺陷会显著降低器件的性能。我们提出了一种双重钝化策略,即在吸收层表面添加Na以钝化CZTSSe/CdS界面,并使用紫外照射处理缓冲层以钝化CdS/ZnO界面。由于Na钝化,吸收材料表面平均电流增加,粗糙度降低,非辐射复合导致的有害缺陷减少,可以显著提高开路电压和填充因子。紫外臭氧钝化减少了CdS缓冲层中的残留有机物含量,削弱了载流子复合,允许更多的光吸收,并扩大了耗尽区域,这有利于有效的载流子收集,能显著提高器件的短路电流密度。两种钝化策略优势互补,达到协同效应。组装的太阳电池表现出最高10.69%的功率转换效率和出色的长期稳定性。

关键词：铜锌锡硫硒 DMF溶液体系表面钝化协同效应

来源： cnki会议评论

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硒化过程中元素损失对CZTSSe薄膜太阳能电池器件性能的影响

CdS(In)/CZTSSe能带对准技术改善新型CZTSSe太阳电池性能

第十一届新型太阳能材料科学与技术学术研讨会

作者：王磊王一鸣斯琴勒图李姝雨刘瑞建栾红梅朱成军内蒙古大学物理科学与技术学院内蒙古自治区半导体光伏技术与能源材料重点实验室

CuZnSn（S,Se）（CZTSSe）被认为是实现高效薄膜太阳能电池的潜在材料之一。但是,CZTSSe材料是五元多组分体系,在相合成过程中,精确的元素化学计量比才能增加薄膜均匀性以及减少相关缺陷产生。为了探究硒化过程中高温引起的元素损失问题... 详细信息

CuZnSn（S,Se）（CZTSSe）被认为是实现高效薄膜太阳能电池的潜在材料之一。但是,CZTSSe材料是五元多组分体系,在相合成过程中,精确的元素化学计量比才能增加薄膜均匀性以及减少相关缺陷产生。为了探究硒化过程中高温引起的元素损失问题,我们进行了以下对照实验:BASIC为常规硒化的样品,DA为进行两次硒化的样品,TFS为主动构建双层吸收层策略的样品。与传统制备方法相比,二次硒化方法能够促进底部小晶粒层进一步生长,减少晶界的产生,降低反向传输过程中载流子复合的可能性。然而,二次硒化造成了严重的元素损失（表1所示）,阳离子比例严重失衡,深能级缺陷浓度Sn 大幅增加,器件性能急剧下降。为此,我们设计了主动构建双层吸收层策略,补充元素损失,降低Zn相关缺陷特别是Cu 和Sn 缺陷浓度,增强了浅层受主缺陷浓度,从而增加了空穴载流子的数量;降低了深能级缺陷浓度,从而阻碍载流子的复合。同时,兼具二次硒化促进底部晶粒层的优点,降低载流子背传输过程中的复合。最终,器件的性能得到了显著改善,V（410.05～439.44mV）、J（38.65～39.73 mA/cm）和FF（55.09%～58.13%）均得到了提高,CZTSSe薄膜太阳能电池的最佳光电转换效率从8.73%提高到10.49%,器件均匀性也得到大幅提升,器件效率标准差从0.76降低到0.32（图1所示）。

关键词： CZTSSe 硒化过程元素损失 Zn相关缺陷

来源： cnki会议评论

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CdS(In)/CZTSSe能带对准技术改善新型CZTSSe太阳电池性能

第十一届新型太阳能材料科学与技术学术研讨会

作者：郭敬塬王雨田杨陈军斯琴勒图李文博李宇飞吴嘉晨张宇昊李超然刘楚栾红梅朱成军内蒙古大学物理科学与技术学院内蒙古自治区半导体光伏技术与能源材料重点实验室

移除ZnO窗口层的新型CZTSSe电池结构相比于传统电池的短路电流（JSC）降低较大,并且在CZTSSe/CdS界面处由于较差的能带匹配,存在严重的界面复合。我们设计了一种In离子掺杂制备CdS（In）缓冲层的策略,改善CZTSSe/CdS界面能带匹配问题,... 详细信息

移除ZnO窗口层的新型CZTSSe电池结构相比于传统电池的短路电流（JSC）降低较大,并且在CZTSSe/CdS界面处由于较差的能带匹配,存在严重的界面复合。我们设计了一种In离子掺杂制备CdS（In）缓冲层的策略,改善CZTSSe/CdS界面能带匹配问题,进而实现低JSC损失。通过精细化控制In的掺入量,调控CZTSSe/CdS异质结处的能带排列,使导带偏移量（CBO）从0.32 eV降低到0.28 eV。较低的CBO有利于载流子的分离与运输,减少CZTSSe/CdS界面载流子非辐射复合。该策略有效提高了CdS（In）缓冲层的载流子浓度、增加耗尽层宽度、减少载流子复合、提高JSC。计算器件电学参数对PCE的贡献率,Jsc、开路电压（VOC）、和填充因子（FF）的贡献率分别为107.56%,-6.89%,和-0.67%,表明该方法显著的提高了Jsc,减少移除ZnO窗口层造成的JSC损失,最终将PCE从7.07%提高到9.09%。这项研究针对新型CZTSSe电池结构,通过优化CZTSSe/CdS异质结能带匹配,在简化制备方法的同时实现高转换效率。

关键词： CZTSSe 异质结 CdS缓冲层 In掺杂 CBO

来源： cnki会议评论

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基于原子/分子团簇结构的材料与器件制造

中国科学基金 2024年第1期38卷 115-131页

作者：邵金友宋凤麒李祥明杨扬谭新峰詹东平金明尚孙頔付德君谭元植许辉西安交通大学精密微纳制造技术全国重点实验室西安交通大学前沿科学技术研究院南京大学固体微结构国家物理重点实验室厦门大学萨本栋微米纳米科学技术研究院清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室山东大学化学与化工学院/晶体材料国家重点实验室武汉大学物理科学与技术学院人工微纳米结构教育部重点实验室厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室黑龙江大学功能无机材料化学教育部重点实验室

原子/分子团簇是物质结构的一种新形态，具有独特的本征性质。从原子/分子团簇到器件的跨尺度制造，将为国防高端装备和新兴电子等产业发展带来深刻变革。团簇的多物质构效关系、宏量制造、团簇结构跨尺度构筑以及团簇器件的高性能制造... 详细信息

原子/分子团簇是物质结构的一种新形态，具有独特的本征性质。从原子/分子团簇到器件的跨尺度制造，将为国防高端装备和新兴电子等产业发展带来深刻变革。团簇的多物质构效关系、宏量制造、团簇结构跨尺度构筑以及团簇器件的高性能制造等是原子/分子团簇器件制造的关键发展方向，主导着从原子到产品制造的发展历程。把握这些发展背后的重要机遇，将有助于占领原子级制造研究的制高点，引领原子级制造方法的变革。本文从团簇新材料的宏量制造、新型功能器件的原子/分子团簇构筑、团簇—器件的跨尺度制造工艺和装备等三个方面概括了原子/分子团簇与器件制造领域的主要研究进展，总结了原子/分子团簇与器件领域的关键科学问题及面临的挑战，并对其未来发展方向和发展战略给出了建议。

关键词：原子/分子团簇功能器件定域组装异质/异构界面构效关系宏量制造

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