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完全非稠合结构有机光伏受体材料

科学通报 2024年第23期69卷 3425-3442页

作者：杨霓崔勇侯剑辉中国科学院化学研究所北京100190 中国科学院大学北京101408

得益于刚性稠合非富勒烯受体的发展,有机光伏(organic photovoltaic, OPV)电池的能量转换效率(power conversion efficiency, PCE)已经超过了20%.然而,大多数稠合受体的合成过程复杂,导致OPV电池制备成本高昂,严重限制了OPV技术的产业... 详细信息

得益于刚性稠合非富勒烯受体的发展,有机光伏(organic photovoltaic, OPV)电池的能量转换效率(power conversion efficiency, PCE)已经超过了20%.然而,大多数稠合受体的合成过程复杂,导致OPV电池制备成本高昂,严重限制了OPV技术的产业化发展.因此,开发低成本的非稠合受体成为OPV领域的一个重要课题.最近,电子给体单元完全由单芳香环通过C-C单键连接的全非稠合受体的研究取得了巨大进展,相应电池的PCE已经达到了17%,有希望达到与采用刚性稠合非富勒烯受体制备的OPV电池相当的效率.本综述从材料设计的角度出发,通过给体单元芳香环的数量进行分类,对目前报道的全非稠合受体材料的研究进展进行了总结.最后从效率、成本和稳定性方面对材料的发展和挑战进行了评论.

关键词：有机光伏电池全非稠合受体分子设计能量转换效率非共价相互作用空间位阻

三维电子衍射：纳米矿物晶体结构分析的变革性技术

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矿物学报 2024年

作者：杨宜坪林枭举鲜海洋陈生东袁玉环席佳鑫朱建喜何宏平中国科学院广州地球化学研究所中国科学院矿物与成矿重点实验室广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室中国科学院大学

单晶X射线衍射（SCXRD）技术是目前最主要的晶体结构解析手段，但在纳米尺度上存在局限性，无法满足对微纳米矿物晶体结构解析的需求。相比之下，三维电子衍射（3DED）技术是一种针对微米、亚微米乃至纳米尺度矿物晶体结构解析的有效手... 详细信息

单晶X射线衍射（SCXRD）技术是目前最主要的晶体结构解析手段，但在纳米尺度上存在局限性，无法满足对微纳米矿物晶体结构解析的需求。相比之下，三维电子衍射（3DED）技术是一种针对微米、亚微米乃至纳米尺度矿物晶体结构解析的有效手段。3DED技术能够克服SCXRD在解析弱衍射信号、分析材料科学和生物学领域得到广泛应用，被认为是纳米晶体结构解析的变革性技术。尽管该技术在地球与行星科学领域的应用还处于起步阶段，但未来3DED技术在矿物学研究中将发挥重要作用。此外，串行旋转电子衍射（Serial RED）技术也为地外返回等珍贵微量样品的物相与结构分析提供了高效、高通量的解决方案。这些先进的电子衍射技术必将为人类认识物质世界做出重大贡献。

关键词：三维电子衍射纳米矿物晶体结构解析变革性技术

风化壳中不同种类黏土矿物对离子态稀土元素富集的贡献——以帽峰山风化剖面为例

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大地构造与成矿学 2024年第2期48卷 270-282页

作者：徐洁黄伟光王高锋徐永进魏景明朱建喜何宏平中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室/广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室广东广州510640 中国科学院深地科学卓越创新中心广东广州510640 中国科学院大学北京100049 广晟有色金属股份有限公司广东广州510610

在离子吸附型稀土矿床中,黏土矿物被认为是可交换离子态稀土元素的主要载体。高岭石和埃洛石是风化壳中富集稀土元素的主要黏土矿物,高岭石和埃洛石属同族矿物,结构相似,互为多型,由于常规方法无法准确区分高岭石和埃洛石的矿物组成和含... 详细信息

在离子吸附型稀土矿床中,黏土矿物被认为是可交换离子态稀土元素的主要载体。高岭石和埃洛石是风化壳中富集稀土元素的主要黏土矿物,高岭石和埃洛石属同族矿物,结构相似,互为多型,由于常规方法无法准确区分高岭石和埃洛石的矿物组成和含量,从而无法准确区分各黏土矿物对稀土元素富集的贡献。本文以帽峰山风化剖面为研究对象,采用甲酰胺法处理风化壳样品,对风化壳中的高岭石和埃洛石进行半定量分析。并且,通过模拟吸附实验,查明了各类黏土矿物对稀土离子的吸附特征和吸附量,并结合等温吸附模型,揭示了黏土矿物对稀土离子的吸附机理。进一步通过理论计算,量化了各类黏土矿物对风化剖面不同深度稀土元素富集的贡献。结果表明,全风化层稀土元素富集的主要贡献矿物是高岭石,全风化层下部和表土层稀土元素富集的主要贡献矿物是埃洛石,半风化层稀土元素富集的贡献矿物同时包括高岭石、埃洛石和伊利石。本文半定量分析了风化壳中高岭石和埃洛石的矿物组成,量化了各类黏土矿物对风化壳各层稀土元素富集的贡献作用,厘清了各类黏土矿物对稀土离子的吸附机理,为进一步认识风化壳中稀土元素富集机制奠定理论基础。

关键词：离子吸附型稀土富集黏土矿物高岭石埃洛石

K_(3)B_(6)O_(10)Br紫外非线性光学晶体研究进展(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第3期61卷 123-130页

作者：张敏王浩然张玲中国科学院新疆理化技术研究所晶体材料研究中心新疆乌鲁木齐830011 中国科学院半导体研究所中国科学院半导体材料科学重点实验室北京100083

利用非线性光学晶体实现激光频率转换是拓展激光波长的有效手段之一,非线性光学晶体也成为全固态激光系统中的核心器件。硼酸盐由于其丰富的结构多样性和优异的光学性能,已成为开发可用于紫外激光输出的非线性光学晶体的重要体系。K_(3)... 详细信息

利用非线性光学晶体实现激光频率转换是拓展激光波长的有效手段之一,非线性光学晶体也成为全固态激光系统中的核心器件。硼酸盐由于其丰富的结构多样性和优异的光学性能,已成为开发可用于紫外激光输出的非线性光学晶体的重要体系。K_(3)B_(6)O_(10)Br晶体具有短的紫外截止边(182 nm)、较大的非线性光学系数(d_(22)为0.83 pm/V)、适中的双折射率(0.046@1064 nm),在激光二倍频、三倍频激光输出领域具有潜在应用。本文简要介绍了K_(3)B_(6)O_(10)Br晶体生长及基本性能,对晶体倍频与和频实现可见/紫外激光及光参量啁啾脉冲放大方面的研究进展进行了总结,并对K_(3)B_(6)O_(10)Br晶体未来发展及应用前景进行了简要分析。

关键词：非线性光学晶体紫外激光 K_(3)B_(6)O_(10)Br 激光频率转换

通过成结模拟器研究n^(+)-n^(-)-p碲镉汞高温探测器

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红外与毫米波学报 2024年第1期43卷 23-28页

作者：林加木周松敏王溪甘志凯林春丁瑞军中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室上海200083

第三代红外探测器发展的一个重要方向是高工作温度探测器。对于碲镉汞n-on-p探测器而言,n^(+)-n^(-)-p结构以及良好的钝化工艺能够有效的抑制暗电流的产生,从而在高工作温度条件下获得较好的探测器性能。基于自行开发的成结模拟器,对n^(... 详细信息

第三代红外探测器发展的一个重要方向是高工作温度探测器。对于碲镉汞n-on-p探测器而言,n^(+)-n^(-)-p结构以及良好的钝化工艺能够有效的抑制暗电流的产生,从而在高工作温度条件下获得较好的探测器性能。基于自行开发的成结模拟器,对n^(+)-n^(-)-p结构地高温器件进行了工艺仿真和器件仿真,获得成结过程的制备参数,并结合抑制表面漏电的组分梯度钝化工艺,将高工作温度下的暗电流抑制至理论极限,研制出可以在更高温度工作下的碲镉汞n-on-p红外焦平面探测器。经测试,中波n-on-p红外焦平面器件在不同工作温度下性能优异,在80 K工作温度下噪声等效温差(NETD)达到了6.1 mK,有效像元率为99.96%;而在150 K工作温度下噪声等效温差(NETD)为11.0 mK,有效像元率为99.50%,达到了同类器件的理论极限。

关键词：碲镉汞 n^(+)-n^(-)-p 高工作温度红外焦平面

锂电池百篇论文点评(2023.10.1—2023.11.30)

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储能科学与技术 2024年第1期13卷 252-269页

作者：张新新申晓宇岑官骏乔荣涵朱璟郝峻丰孙蔷馥田孟羽金周詹元杰武怿达闫勇贲留斌俞海龙刘燕燕黄学杰中国科学院物理研究所北京100190

该文是一篇近两个月的锂电池文献评述,以“lithium”和“batter*”为关键词检索了Web of Science从2023年10月1日至2023年11月30日上线的锂电池研究论文,共有5155篇,选择其中100篇加以评论。正极材料的研究集中于尖晶石结构LiNi_(0.5)Mn... 详细信息

该文是一篇近两个月的锂电池文献评述,以“lithium”和“batter*”为关键词检索了Web of Science从2023年10月1日至2023年11月30日上线的锂电池研究论文,共有5155篇,选择其中100篇加以评论。正极材料的研究集中于尖晶石结构LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)材料和富锂材料的掺杂改性、晶界工程、长循环中的结构演变等。负极材料的研究重点包括硅基负极的结构设计和黏结剂开发、金属锂负极的骨架结构设计。固态电解质的研究主要包括对氯化物固态电解质、硫化物固态电解质、聚合物固态电解质和氧化物固态电解质的结构设计以及相关性能研究。其他电解液和添加剂的研究则主要包括不同电解质和溶剂对各类电池材料体系适配的研究,以及对新的功能性添加剂的探索。针对固态电池,正极材料的体相改性和表面包覆、锂金属负极的界面构筑和三维结构设计、电解质的离子输运特性、固态锂硫电池的性能提升策略有多篇文献报道。锂硫电池的研究重点是硫正极的结构设计,功能涂层和电解液的开发。电池技术方面的研究还包括电极结构导电剂和黏结剂的研究、干法电极制备技术、石墨负极的制造新方法、锂氧电池的电解质设计。电极中锂离子输运和反应动力学、电解液中的锂沉积形貌和SEI结构演变、固态电池的复合正极微观结构和金属锂负极界面等表征分析和锂枝晶的调控机制理论模拟论文也有多篇。

关键词：锂电池正极材料负极材料电解质电池技术

铁负载酸活化蒙脱石制备硅/硅化铁纳米复合材料及其储锂性能

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硅酸盐学报 2024年第10期52卷 3252-3262页

作者：杜静李向军谢捷洋韦寿淑熊涛何诗雅陈情泽朱润良中国科学院广州地球化学研究所中国科学院矿物学与成矿学重点实验室/广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室广州510640 中国科学院深地科学卓越创新中心广州510640 中国科学院大学北京100049 惠州市鼎元新能源科技有限公司广东惠州516227

纳米硅的储锂容量高,被认为是最有应用前景的新一代锂电负极材料。然而纳米硅的体积膨胀效应和低电导性不利于其实际应用。将天然蒙脱石酸活化和铁负载改性,再经过镁热还原反应,得到了原位复合的硅/硅化铁纳米复合材料。硅化铁具有良好... 详细信息

纳米硅的储锂容量高,被认为是最有应用前景的新一代锂电负极材料。然而纳米硅的体积膨胀效应和低电导性不利于其实际应用。将天然蒙脱石酸活化和铁负载改性,再经过镁热还原反应,得到了原位复合的硅/硅化铁纳米复合材料。硅化铁具有良好的导电性和机械稳定性,可显著提升硅负极的循环稳定性和倍率性能。在1 A/g的电流密度下循环500圈后,硅/硅化铁纳米复合材料的比容量高达781 m A·h/g,容量保持率为77%。该方法为制备高性能硅基负极材料提供了新思路。

关键词：蒙脱石镁热还原硅化铁硅纳米材料锂离子电池负极

水铁矿对可见–短波红外反射光谱(VSWIR)识别和量化分析赤铁矿、针铁矿的影响

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地球化学 2024年

作者：陈可妍韩梦麒谭伟周靖雯秦效荣贺依琳梁晓亮何宏平朱建喜中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室/广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室中国科学院深地科学卓越创新中心中国科学院大学

赤铁矿（Hem）和针铁矿（Gth）是地表主要的铁（氢）氧化物，其相对含量能够反映风化过程中的气候环境和地下水条件。可见–短波红外反射（VSWIR）光谱是一种快速、便捷且经济的技术，可以被用于土壤、风化壳中赤铁矿和针铁矿的定量... 详细信息

赤铁矿（Hem）和针铁矿（Gth）是地表主要的铁（氢）氧化物，其相对含量能够反映风化过程中的气候环境和地下水条件。可见–短波红外反射（VSWIR）光谱是一种快速、便捷且经济的技术，可以被用于土壤、风化壳中赤铁矿和针铁矿的定量研究。作为赤铁矿和针铁矿的重要前驱体，水铁矿（Fhy）往往与赤铁矿或针铁矿在地表环境中同时存在。这三类铁（氢）氧化物的VSWIR光谱的吸收带均由Fe3+电子跃迁引起，且都出现在400～1000 nm波段范围内，重叠严重。因此，水铁矿的存在可能对使用VSWIR光谱识别和分析赤铁矿和针铁矿的含量造成严重干扰。然而，目前尚缺乏相关研究量化评估水铁矿对赤铁矿、针铁矿在～500 nm和～900 nm吸收带半高宽（FWHM）、吸收位置（P）、不对称性（AS）等光谱特征的影响。因此，本文对Hem-Fhy、Gth-Fhy、Hem-Gth-Fhy的混合VSWIR光谱开展了全面研究，以建立精确定量赤铁矿、针铁矿、水铁矿含量的光谱参数。研究结果表明～500 nm吸收带的不对称性（AS500）会随着Hem-Fhy中水铁矿含量增加而降低; ～900 nm吸收带的半高宽（FWHM900）会随着Gth-Fhy中水铁矿含量增加而增加。此外，当三元混合体系中水铁矿含量高于60%时，～900 nm吸收带位置（P900）会向长波方向偏移10～25 nm。本研究揭示的铁（氢）氧化物与光谱参数之间的量化关系为矿物的VSWIR光谱分析提供了重要参考，同时为FWHM900、P900等光谱参数成为评估古环境和地下水条件演化的有效指标奠定了理论基础。

关键词：水铁矿赤铁矿针铁矿可见–短波红外反射光谱光谱参数量化关系

3D相场模拟研究Ti-6Al-4V合金片层组织形貌的影响因素

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金属学报 2024年第9期60卷 1265-1278页

作者：张瑶齐敏孙佳吴婷马英杰王皞杨锐上海理工大学材料与化学学院增材制造研究院上海200093 中国科学院金属研究所沈阳110016 云南锡业新材料有限公司昆明650106

Ti-6Al-4V是典型双相钛合金,不同的微观组织决定其力学性能,但由于缺少晶界α、片层α、α侧枝等相对取向关系的三维信息,难以实现组织的精准调控。本工作基于Pandat和Thermo-Calc热力学数据以及DICTRA动力学数据,采用相场法模拟Ti-6Al... 详细信息

Ti-6Al-4V是典型双相钛合金,不同的微观组织决定其力学性能,但由于缺少晶界α、片层α、α侧枝等相对取向关系的三维信息,难以实现组织的精准调控。本工作基于Pandat和Thermo-Calc热力学数据以及DICTRA动力学数据,采用相场法模拟Ti-6Al-4V合金片层α组织的三维形貌。研究了在820℃热处理温度下,界面能各向异性对片层α生长的影响并分析了不同时刻的溶质场。结果表明,片层α组织的演化形貌受界面能各向异性的影响,界面能各向异性由0.4∶0.1∶1.0增长到0.8∶0.1∶1.0时,片层α由粗大棒状转为细长针状。界面能各向异性越大,片层生长的速率越快。不同界面能各向异性条件下片层α组织的主要差别在于片层的疏密程度和生长速度,而生长方向基本无异,单片层的宽度逐渐变宽。相场模拟结果与实验结果吻合较好,片层组织的三维模拟结果展示出比扫描电镜二维照片更丰富的片层侧枝细节。在3D模拟中可观测到晶粒不同位置处侧枝的形貌。结果表明,侧枝与主片层之间的夹角既有实验观测到的30°,还存在任意角度。

关键词： Ti-6Al-4V 相场片层α 组织界面能溶质场