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氧化镁纳米多晶的微结构和磁性

物理学报 2014年第4期63卷 295-304页

作者：范巍曾雉中国科学院合肥物质科学研究院中国科学院固体物理研究所中国科学院材料物理重点实验室

实验发现,宏观晶体是非磁性的氧化镁时,其多晶样品有弱铁磁性.本文用第一性原理电子结构方法研究了氧化镁表面、纳米颗粒和晶界的磁性.计算结果表明:绝缘的氧化镁表面可以是导电的,并且有与之相关的铁磁性;磁性表面的共同特征是在表面... 详细信息

实验发现,宏观晶体是非磁性的氧化镁时,其多晶样品有弱铁磁性.本文用第一性原理电子结构方法研究了氧化镁表面、纳米颗粒和晶界的磁性.计算结果表明:绝缘的氧化镁表面可以是导电的,并且有与之相关的铁磁性;磁性表面的共同特征是在表面上有氧原子富集,包括(111)表面的纯氧原子层,(114)表面的氧原子链;其他高晶面指数表面也会有氧原子富集区域;氧化镁纳米颗粒的磁性出现在高晶面指数表面以及不同晶面交界的棱及其顶角等有氧原子富集的区域,这种由氧原子富集而形成的磁性有巡游特征.氧化镁Σ7[111]和Σ5[001]晶界的计算结果表明:在没有氧原子富集的情况下,多晶样品中晶界的磁性很弱,而在有氧原子富集的情况下,晶界磁性比较强.因此可以推断多晶样品的磁性主要出现在多晶表面、晶粒包围孔隙、微裂纹界面、晶界和其他晶体缺陷等有氧原子富集的区域.这种残余磁性可以通过热处理等结构优化过程而削弱甚至消除.

关键词：氧化镁纳米颗粒表面磁性第一性原理电子结构计算

Cu_2ZnSnS_4晶界性质与光伏效应的第一性原理研究

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物理学报 2015年第23期64卷 403-415页

作者：范巍曾雉中国科学院固体物理研究所中国科学院材料物理重点实验室中国科学院合肥物质科学研究院合肥230031

本文应用第一性原理电子结构计算方法研究了锌黄锡矿Cu_2ZnSnS_4(CZTS)晶界的性质:包括微结构和电子结构及其对光伏效应的影响.计算结果表明:从p-n结区扩散过来空穴可以翻越一定势垒后被晶界俘获,晶界进一步提供载流子扩散的快速通道,... 详细信息

本文应用第一性原理电子结构计算方法研究了锌黄锡矿Cu_2ZnSnS_4(CZTS)晶界的性质:包括微结构和电子结构及其对光伏效应的影响.计算结果表明:从p-n结区扩散过来空穴可以翻越一定势垒后被晶界俘获,晶界进一步提供载流子扩散的快速通道,使得这些空穴可以快速运动到阳极.少数载流子电子在晶界中心区附近感受到很高的静电势垒,但其高势垒两侧存在的势阱可以束缚少量电子.对多数载流子空穴,晶界中心则是势阱,势阱两边有阻止空穴扩散到晶界中心的势垒.由于CZTS晶体的易解理面是(112),晶界面与(112)面平行的扭转晶界Σ3*[221]和Σ6*[221]等不破坏原有晶体的基本结构,它们的晶界能很小,而且其电子结构与晶体内部基本相同,因此尽管它们大量存在于CZTS材料中,但是对材料性质仅有很小的影响.通过比较晶体、晶界、空腔的表面和纳米棒的电子结构和光吸收系数,我们可以看出:这些微结构会在带隙内引入新的能级(复合中心),同时高的孔隙率会降低(大于1.3 eV)光的吸收系数,因此提高CZTS薄膜的致密度是提高CZTS太阳能电池效率关键.

关键词：锌黄锡矿Cu2ZnSnS4 太阳能电池晶界微结构密度泛函理论

碳基无金属纳米材料用于电催化合成小分子化学品

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新型炭材料（中英文） 2024年第1期39卷 42-63页

作者：石磊李彦哲尹华杰赵慎龙国家纳米科学中心中国科学院纳米系统与多级次制造重点实验室北京100190 中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所中国科学院材料物理重点实验室安徽合肥230031

电催化是各种以化学品形式储存可再生电力能源技术的核心。目前,贵金属基催化剂广泛应用于提高电催化转化效率。然而,成本高、稳定性差等缺点严重阻碍了其在电合成和可持续能源器件中的大规模应用。碳基无金属催化剂(CMFCs)在提高催化... 详细信息

电催化是各种以化学品形式储存可再生电力能源技术的核心。目前,贵金属基催化剂广泛应用于提高电催化转化效率。然而,成本高、稳定性差等缺点严重阻碍了其在电合成和可持续能源器件中的大规模应用。碳基无金属催化剂(CMFCs)在提高催化性能方面展现出巨大潜力,且受到越来越多的关注。本文概述了用于电催化合成的CMFCs的最新研究进展,并讨论了其催化机理和设计策略。此外,简要总结了电催化合成过氧化氢、氨、氯以及各种碳基和氮基化合物的研究现状,并重点阐述了CMFCs目前面临的挑战和未来前景。

关键词：电合成电催化碳基纳米材料无金属电催化剂小分子化学品

在玻璃转变温度及其以上温区聚苯乙烯/聚氧化乙烯共混物的动力学弛豫行为

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物理学报 2007年第8期56卷 4798-4803页

作者：吴学邦尚淑英许巧玲水嘉鹏朱震刚中国科学院固体物理研究所中国科学院材料物理重点实验室合肥230031

用熔融共混法制备了不同组分的聚苯乙烯(PS)与聚氧化乙烯(PEO)共混物(PS/PEO).在玻璃转变温度Tg及其以上温区,利用相对能量耗散技术研究了该共混物的动力学行为.结果发现,在能量耗散-温度曲线上出现了两个弛豫型的耗散峰(α峰和α′峰)... 详细信息

用熔融共混法制备了不同组分的聚苯乙烯(PS)与聚氧化乙烯(PEO)共混物(PS/PEO).在玻璃转变温度Tg及其以上温区,利用相对能量耗散技术研究了该共混物的动力学行为.结果发现,在能量耗散-温度曲线上出现了两个弛豫型的耗散峰(α峰和α′峰).分析表明,α峰是与PS玻璃转变有关的特征耗散峰;α′峰则对应于一种“液-液转变”.两者的弛豫时间τ都不满足Arrhenius关系.此外,还研究了组分对这两个弛豫型耗散峰的影响,并给予了定性的解释.

关键词：相对能量耗散玻璃转变力学弛豫

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PET/SiO_2纳米复合材料的内耗研究

高分子学报 2010年第3期20卷 324-328页

作者：康升红费广涛田兴友郑康张献中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所中国科学院材料物理重点实验室安徽省纳米与技术重点实验室合肥230031

利用内耗和DSC的方法研究了不同纳米粒子含量PET/SiO2纳米复合材料和纯PET弛豫性能的变化,并计算出次级弛豫峰的激活能和峰高以及主级弛豫的激活参数和峰高.结果发现内耗峰的峰高和主弛豫的激活参数以及次级弛豫的激活能随纳米SiO2的增... 详细信息

利用内耗和DSC的方法研究了不同纳米粒子含量PET/SiO2纳米复合材料和纯PET弛豫性能的变化,并计算出次级弛豫峰的激活能和峰高以及主级弛豫的激活参数和峰高.结果发现内耗峰的峰高和主弛豫的激活参数以及次级弛豫的激活能随纳米SiO2的增加而减小.一方面内耗峰的峰高主要是PET的非晶区的分子链或基团运动产生,因此纳米粒子的高效成核效应,促进PET结晶成核,非晶区减小,导致内耗峰减小.另一方面由于纳米粒子与PET产生化学接枝以及氢键等作用,对链段的运动起到了一定的限制作用,导致主弛豫的激活参数和次级弛豫的激活能的增加.因此纳米SiO2颗粒与PET基体之间的化学和物理相互作用导致了PET链段的弛豫特性的变化.

关键词：纳米复合材料内耗结晶峰高激活能

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剪切振动下湿颗粒的力学谱

物理学报 2018年第20期67卷 427-432页

作者：唐瀚玉王娜吴学邦刘长松中国科学院固体物理研究所材料物理重点实验室合肥230031

在恒温25℃剪切振动条件下,测量不同水分含量的NaCl湿颗粒体系的力学谱(能量耗散tanφ和剪切模量G).研究发现,随着剪切振幅增大,NaCl湿颗粒体系的剪切模量G和能量耗散tanφ都表现出类似于干颗粒体系的阻塞(Jamming)转变行为.随着体系中... 详细信息

在恒温25℃剪切振动条件下,测量不同水分含量的NaCl湿颗粒体系的力学谱(能量耗散tanφ和剪切模量G).研究发现,随着剪切振幅增大,NaCl湿颗粒体系的剪切模量G和能量耗散tanφ都表现出类似于干颗粒体系的阻塞(Jamming)转变行为.随着体系中水含量的增大,湿颗粒体系的剪切模量G和能量耗散tanφ在质量分数约等于11%的临界水浓度下均出现一个峰值,且峰位与应变振幅无关,表明此时颗粒之间主要的作用力发生了变化.

关键词：湿颗粒体系力学谱液桥力

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固体阿秒探测技术

中国科学:物理学力学天文学 2025年第1期 71-88页

作者：刘雅欣崔虎彬彭赛男李亮兰鹏飞陶镇生复旦大学物理学系表面物理国家重点实验室华中科技大学武汉光电国家研究中心物理学院

随着超快飞秒激光技术的不断进步,泵浦-探测技术已成为研究凝聚态材料中电子态动态变化的重要手段.然而,当探索尺度缩小至原子级别,对探测技术的时间分辨率提出了更高要求. 2023年诺贝尔物理学奖的颁发,表彰了在产生阿秒光脉冲以研究电... 详细信息

随着超快飞秒激光技术的不断进步,泵浦-探测技术已成为研究凝聚态材料中电子态动态变化的重要手段.然而,当探索尺度缩小至原子级别,对探测技术的时间分辨率提出了更高要求. 2023年诺贝尔物理学奖的颁发,表彰了在产生阿秒光脉冲以研究电子动力学方面的杰出贡献,标志着阿秒科学的重大突破.固体阿秒探测技术的出现,为实时观测和记录固体中电子的超快运动提供了前所未有的精度,揭示了这些过程背后的物理机制.本文重点介绍了阿秒光电子能谱、固体高次谐波和阿秒瞬态吸收谱这三种主要实验技术,阐述了它们的基本原理、相关应用,并展望了未来的发展趋势和方向.这些研究不仅对于全面揭示光与物质相互作用的深层次信息至关重要,也为开发新一代达到光频的超快光电子器件奠定了坚实基础.

关键词：阿秒脉冲固体高次谐波超快过程

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四元硫化物Cu2Zn(Ti,Zr,Hf)S4：一类新颖光伏材料

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物理学报 2016年第6期65卷 360-372页

作者：范巍曾雉中国科学院固体物理研究所中国科学院材料物理重点实验室中国科学院合肥物质科学研究院合肥230031 中国科学技术大学物理系合肥230026

采用第一性原理电子结构方法研究了四价过渡金属Ti,Zr和Hf替代Cu_2ZnSnS_4(CZTS)中Sn原子以及Se替代S原子所得到的四元硫族化合物的电子结构、光学性质和晶体结构的稳定性.实验上用Se替代CZTS中部分S得到的Cu_2ZnSnS_4 xSex(CZTSSe)作... 详细信息

采用第一性原理电子结构方法研究了四价过渡金属Ti,Zr和Hf替代Cu_2ZnSnS_4(CZTS)中Sn原子以及Se替代S原子所得到的四元硫族化合物的电子结构、光学性质和晶体结构的稳定性.实验上用Se替代CZTS中部分S得到的Cu_2ZnSnS_4 xSex(CZTSSe)作为光吸收材料,可以进一步提高光伏效率.我们计算表明用Se替代S后,CZTSe的价带顶明显下移,并接近Cu(In,Ga)Se_2(CIGS)价带顶位置.与CZTSe的电子结构特征一样,Cu_2Zn(Ti,Zr,Hf)S_4四元硫化物的价带顶与母体材料CZTS相比也向低能移动,并接近CIGS价带顶位置.由于高光伏效率要求窗口材料Zn O、缓冲层材料和光吸收材料的价带顶和带隙满足一定的渐进的变化关系,因此可以预见用Cu_2Zn(Ti,Zr,Hf)S_4作光吸收材料可以有效地提高甚至接近CIGS的光伏效率.通过计算弹性常数和声子谱,以及有限温度下第一性原理分子动力学模拟,发现Cu_2Zn(Ti,Zr,Hf)S_4的结构稳定性与CZTS相近.进一步计算Cu_2Zn(Ti,Zr,Hf)S_4与不同缓冲层间和窗口材料与缓冲层间的反射系数,并讨论了Zn Se,In_2S_3,ZnS作为缓冲层材料和TiO_2作为窗口材料对光伏效率可能的影响.

关键词：四元硫化物Cu2Zn(Ti,Zr,Hf)S4 元素替代效应太阳能电池第一性原理分子动力学

聚甲基丙烯酸甲酯/镓纳米复合物的动力学弛豫行为

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物理学报 2011年第3期60卷 414-420页

作者：周学懋陈晓萌吴学邦水嘉鹏朱震刚中国科学院固体物理研究所中国科学院材料物理重点实验室合肥230031

通过原位自由基聚合方法制备了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)以及含镓(Ga)质量分数为11.3%和13.5%的PMMA/Ga纳米复合材料.在玻璃化转变温度及以上温区,利用能量耗散技术研究PMMA/Ga纳米复合物的动力学弛豫行为,发现随着Ga含量的增加,复合物的... 详细信息

通过原位自由基聚合方法制备了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)以及含镓(Ga)质量分数为11.3%和13.5%的PMMA/Ga纳米复合材料.在玻璃化转变温度及以上温区,利用能量耗散技术研究PMMA/Ga纳米复合物的动力学弛豫行为,发现随着Ga含量的增加,复合物的α弛豫峰移向高温但峰高降低.此外,还定量研究了Ga含量对PMMA/Ga复合物的α′弛豫的影响,并作出了相应的解释.

关键词：相对能量耗散玻璃化转变力学弛豫