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A位La/Sr 共掺杂PbZrO薄膜的制备及储能特性优化

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无机材料学报 2024年

作者：沈浩陈倩倩周渤翔唐晓东张媛媛华东师范大学电子科学系极化材料与器件教育部重点实验室

反铁电材料凭借超高的功率密度，在电介质能量存储领域具有极高的研究热度。锆酸铅(PbZrO3， PZO)是反铁电材料的典型代表，也是研究最为广泛的反铁电材料之一，如何提升锆酸铅基材料的储能性能是目前的研究重点。本工作在La3+掺杂PZO... 详细信息

反铁电材料凭借超高的功率密度，在电介质能量存储领域具有极高的研究热度。锆酸铅(PbZrO3， PZO)是反铁电材料的典型代表，也是研究最为广泛的反铁电材料之一，如何提升锆酸铅基材料的储能性能是目前的研究重点。本工作在La3+掺杂PZO的基础上，进一步将小半径的Sr2+掺入到PZO钙钛矿结构的A位，实现了PbZrO3基反铁电薄膜储能性能的进一步提升。采用溶胶-凝胶法制备了A位La/Sr共掺杂Pb0.94-xLa0.04SrxZrO3(Sr-PLZ-x， x = 0， 0.03， 0.06， 0.09， 0.12)系列反铁电薄膜，系统研究了Sr2+掺杂对Sr-PLZ-x反铁电薄膜的晶体结构，以及铁电性能、储能性能和疲劳性能等的影响。结果表明：随着Sr2+的掺入量x的增加，Sr-PLZ-x 薄膜的晶格常数不断减小，薄膜的饱和极化强度先略增加并保持，后逐渐降低。同时，Sr-PLZ-x薄膜的容忍因子逐步降低，薄膜转折电场不断增大，反铁电性逐渐增强，击穿场强有所提高，Sr-PLZ-x薄膜的储能性能得到提高。在x=0.03时，Sr-PLZ-x反铁电薄膜的储能密度和效率分别达到31.7 J/cm3和71%，储能性能达到最优。同时Sr2+的掺入也使得Sr-PLZ-x反铁电薄膜的疲劳特性得到进一步优化，其中x=0.12组分薄膜样品在经历了107次循环后，储能密度和储能效率仅有3.4%和2.7%的衰减。综上所述，A位La/Sr共掺杂的方法，可有效提高锆酸铅基反铁电薄膜的储能性能。

关键词：元素掺杂锆酸铅反铁电储能

聚苯胺包覆的硫化锌-碳纳米管用作正极载体材料提高锂硫电池性能

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材料导报 2024年第1期38卷 10-16页

作者：周宇祥施天宇赵晨媛尹海宏宋长青郁可南通大学信息科学技术学院江苏南通226019 华东师范大学物理与电子科学学院极化材料与器件教育部重点实验室上海200241

随着石油等化石燃料的逐渐枯竭,人们对绿色能源和电动汽车的需求持续增长,可循环的电能储存系统也得到了快速发展。然而,传统的锂离子电池已接近理论极限,因而寻找开发下一代电池电极材料受到了极大的关注。锂硫电池因为具备出色的理论... 详细信息

随着石油等化石燃料的逐渐枯竭,人们对绿色能源和电动汽车的需求持续增长,可循环的电能储存系统也得到了快速发展。然而,传统的锂离子电池已接近理论极限,因而寻找开发下一代电池电极材料受到了极大的关注。锂硫电池因为具备出色的理论比容量和能量密度、环境友好、成本低廉等优点而备受关注。然而,锂硫电池中活性硫及其放电产物导电性差、可溶性多硫化物在电极间穿梭、体积膨胀等问题导致电池的反应动力学缓慢、容量迅速下降。为了解决这些问题,有必要对硫正极进行合理设计,研究表明引入碳纳米结构(如碳纳米管、碳纳米纤维、介孔碳、石墨烯等)作为骨架负载硫能提高锂硫电池的性能。这些碳骨架具有多层次的交叠多孔结构、大比表面积和高电子迁移率等优势,为离子提供迁移通道的同时能形成物理屏障限制多硫化物的迁移,进而抑制穿梭效应改善电池的循环稳定性。但是由于碳纳米结构的非极性特点,多硫化物与碳骨架之间的相互作用较弱,只能通过物理相互作用抑制多硫化物的穿梭。为了提高抑制效果,可以将极性材料(如金属氧化物、硫化物等)与碳纳米结构进行耦合,这样就兼具了极性材料和碳纳米结构的优点。极性材料与多硫化物的相互作用较强,同时碳纳米结构的高导电性和物理屏障作用亦得以保留,因而能大幅减缓穿梭效应,提高锂硫电池的循环稳定性和倍率性能。此外,多种导电聚合物,如聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTh)和聚苯胺(PANI)等,亦能作为包覆层或导电载体改善锂硫电池的循环性能和倍率性能。其中聚苯胺(PANI)具有导电性高、易合成、共形性好等特点,作为包覆层能有效地防止多硫化物向外扩散,提高电子的迁移率,从而保证电池的长期循环稳定性。本工作制备了一种ZnS-CNTs/S@PANI正极材料来抑制上述缺陷,提高锂硫电池性能,该正极材料以ZnS修饰的CNTs为骨架来负载硫,再在外层包覆聚苯胺(PANI)导电聚合物制备而成。该正极材料中由碳纳米管构成的导电网络有利于电子的快速迁移,并能容纳循环过程中硫的体积膨胀;ZnS量子点的修饰在碳纳米管表面增加了大量极性位点,能够增强对多硫化物的吸附,进而抑制穿梭效应;外侧的聚苯胺作为极性导电包覆层有利于提高电极整体的导电性,增强对多硫化物的吸附,并且能够通过物理限制效应防止活性材料流失。因此该正极材料表现出良好的电池性能,其初始比容量在0.5 C时为952.33 mAh·g^(-1),经过150次循环后比容量为776.37 mAh·g^(-1),容量保持率为81.52%。其在2 C倍率下的放电容量为633.62 mAh·g^(-1),优于CNTs/S和ZnS-CNTs/S电极。该结果证明了ZnS-CNTs/S@PANI正极材料具备优异的锂硫电池性能,为了锂硫电池向实用化发展提供了一种正极制备方案。

关键词：锂硫电池硫化锌正极聚苯胺

Au(111)表面WS_(2)成核控制的理论研究

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物理学报 2024年第13期73卷 111-120页

作者：胡艺山袁清红华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室上海200241

二维二硫化钨(WS_(2))作为一种具有层依赖的电子和光电特性的半导体材料,在光电器件领域展现出极具潜力的应用前景.当前,晶圆级单层WS_(2)薄膜的制备是推动其在先进晶体管和集成电路中应用的关键挑战.化学气相沉积(CVD)能够实现大尺寸... 详细信息

二维二硫化钨(WS_(2))作为一种具有层依赖的电子和光电特性的半导体材料,在光电器件领域展现出极具潜力的应用前景.当前,晶圆级单层WS_(2)薄膜的制备是推动其在先进晶体管和集成电路中应用的关键挑战.化学气相沉积(CVD)能够实现大尺寸、高质量的单层WS_(2)薄膜合成,但其生长过程的复杂性导致了WS_(2)生长效率低,质量参差不齐.为指导实验上减少WS_(2)晶界,提高薄膜质量以增强其电子性能和机械稳定性,本文基于第一性原理的理论计算,深入探讨了WS_(2)在CVD生长过程中的成核机制.通过引入化学势这一变量,分析了不同实验条件下WS_(2)的生长能量曲线,发现调整前驱体钨源和硫源的温度或压强能有效控制WS_(2)的成核速率.特别是当钨源温度为1250 K时,成核速率达到最大,而提高硫源温度或降低硫源压强则能降低成核速率,从而提高单层WS_(2)的结晶度和均匀性.这些理论计算结果为实验中根据需求精确调整成核速率提供了坚实的理论依据,并为如何通过优化实验参数来提高单层WS_(2)薄膜的结晶度和均匀性提供了理论指导,有望推动WS_(2)材料在各类高性能电子器件中的应用发展,对未来材料科学和工业应用具有重要意义.

关键词：第一性原理计算生长机制化学气相沉积二维二硫化钨

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利用太赫兹圆二色性识别手性物质

光电工程 2024年第5期51卷 1-8页

作者：纪旭洋孙爽张岩首都师范大学物理系北京市超材料与器件重点实验室太赫兹光电子学教育部重点实验室北京100048

不同手性的生物分子具有不同甚至相反的生物和药理活性。由于很多生物大分子的振动和转动能级分布在太赫兹波段,使得太赫兹波谱技术成为生物大分子识别的有效手段,但是太赫兹时域光谱系统都采用线偏振光源,无法对手性分子进行有效识别... 详细信息

不同手性的生物分子具有不同甚至相反的生物和药理活性。由于很多生物大分子的振动和转动能级分布在太赫兹波段,使得太赫兹波谱技术成为生物大分子识别的有效手段,但是太赫兹时域光谱系统都采用线偏振光源,无法对手性分子进行有效识别。我们在理论上利用线偏振的琼斯矩阵模型合成圆偏振下的琼斯矩阵,根据圆偏光的透射率差异性进一步计算样品的透射圆二色光谱,为表征不同手性分子提供了一种有效方法。基于透射式太赫兹时域光谱系统,对(R)-(-)-Ibuprofen和(S)-(+)-Ibuprofen的光谱进行测试,计算了(R)-(-)-Ibuprofen和(S)-(+)-Ibuprofen的线偏透过率和圆偏透过率;并计算出透射性圆二色光谱,两种手性物质的圆二色性值达到0.015,有效地实现了对(R)-(-)-Ibuprofen和(S)-(+)-Ibuprofen的识别效果。这一方法为利用太赫兹光谱技术检测和识别手性分子提供了参考。

关键词：琼斯矩阵圆二色性太赫兹手性识别

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基于CuI/Si单边异质结的微光高灵敏双波段可切换光电探测器(英文)

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无机材料学报 2024年

作者：杨佳霖王亮君阮丝园蒋秀林杨长晶澳太阳能有限公司电池研发中心江苏大学智能柔性机械电子研究院华东师范大学电子系极化材料与器件教育部重点实验室上海类脑智能材料与器件研究中心

近年来，碘化铜(CuI)因其较高的本征霍尔迁移率、高光吸收和较大的激子结合能而成为一种新兴的p型宽带隙半导体。然而，在传统半导体材料表面制备高质量CuI薄膜非常困难，已有CuI基异质结构器件的光谱响应和光电转换效率较低。本研究采... 详细信息

近年来，碘化铜(CuI)因其较高的本征霍尔迁移率、高光吸收和较大的激子结合能而成为一种新兴的p型宽带隙半导体。然而，在传统半导体材料表面制备高质量CuI薄膜非常困难，已有CuI基异质结构器件的光谱响应和光电转换效率较低。本研究采用一种简易的金属碘化法制备了一种p-CuI/n-Si结构的光电二极管。虽然获得的CuI是带有明显结构缺陷的多晶薄膜，但CuI/Si二极管具有很高的弱光灵敏度。其高达7.6×104的整流比表明该光电二极管具有良好的缺陷容忍度，这与p+n型二极管的单边异质结这一特殊结构有关。本研究对该p+n二极管的光电响应进行了较为系统的研究，选择波长分别为400、505、635和780 nm的不同单色激光器进行光响应测试。在零偏置条件下，该器件为单边异质结，耗尽层仅在硅一侧，因此只有可见光被吸收。而当施加-3 V的偏置电压时，光电二极管被切换到“紫外-可见”双波段响应的工作模式。因此，通过调整偏置电压就可以使检测波长范围在“可见”波段和“紫外-可见”波段之间切换。此外，本研究所得到的CuI/Si二极管对弱光照非常敏感。在入射光功率密度低至0.5 μW/cm2时具有高达1013～1014Jones的探测度，明显优于其他铜基光电二极管。相关研究结果证实了CuI在与传统硅工业集成时的高应用潜力。

关键词：碘化铜异质结光电探测器

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具有宽带-窄带双功能探测模式的光电探测器

发光学报 2024年第4期45卷 621-629页

作者：姜岩高峰李林哈尔滨师范大学物理与电子工程学院光电带隙材料教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150000

目前,具有宽带-窄带双模探测模式的光电探测器在特殊应用中颇受欢迎,传统具有双模探测模式的光电探测器是通过在宽带光电探测器中加入不同的滤光片来实现的。然而,加装复杂的光学元件会增加光电探测器的制造成本和器件集成的复杂性。根... 详细信息

目前,具有宽带-窄带双模探测模式的光电探测器在特殊应用中颇受欢迎,传统具有双模探测模式的光电探测器是通过在宽带光电探测器中加入不同的滤光片来实现的。然而,加装复杂的光学元件会增加光电探测器的制造成本和器件集成的复杂性。根据以上问题,我们通过简单溶液热压法制备了MAPbCl_(3)/MAPbBr_(3)钙钛矿单晶异质结,基于单晶异质结构筑了探测波段可调的光电探测器。当入射光由MAPbCl_(3)单晶侧入射时,该器件仅对可见部分(400~600 nm)显示出高响应度(~0.05 A·W^(-1))和高光谱抑制比(~55),其上升时间和衰减时间分别为4.1μs和620μs。而当光从MAPbBr_(3)单晶侧入射时,该器件对紫外-可见部分(300~600 nm)均有明显且连续的光响应。因此,我们提出的溶液热压法和单晶异质结构为制备高性能探测波长可调谐的光电探测器提供了有效的解决方案。

关键词：光电探测器钙钛矿单晶多波段探测

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Au(111)表面WS成核控制的理论研究

物理学报 2024年

作者：胡艺山袁清红华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室

二维二硫化钨(WS2)作为一种具有层依赖电子和光电特性的半导体材料，在光电器件领域的应用前景备受瞩目。当前，晶圆级单层WS2薄膜的制备是推动其在先进晶体管和集成电路中应用的关键挑战。化学气相沉积(CVD)能够实现大尺寸、高质量的单... 详细信息

二维二硫化钨(WS2)作为一种具有层依赖电子和光电特性的半导体材料，在光电器件领域的应用前景备受瞩目。当前，晶圆级单层WS2薄膜的制备是推动其在先进晶体管和集成电路中应用的关键挑战。化学气相沉积(CVD)能够实现大尺寸、高质量的单层WS2薄膜的合成，但由于生长过程复杂微妙导致WS2生长效率低，质量参差不齐。为指导实验上减少WS2晶界，提高薄膜质量以增强电子性能和机械稳定性，本文基于第一性原理的理论计算，深入探讨了WS2的CVD生长过程中的成核机制。通过引入化学势这一变量，分析了不同实验条件下WS2的生长能量曲线，发现调整前驱体钨源和硫源的温度或压强能有效控制WS2的成核速率。特别是在钨源温度为1250 K时成核速率达到最大，而提高硫源温度或降低硫源压强则能降低成核速率，从而提高单层WS2的结晶度和均匀性。这些理论计算结果为实验中根据需求精确调整成核速率提供了坚实的理论依据，并为如何通过优化实验参数来提高单层WS2薄膜的结晶度和均匀性提供了理论指导，有望推动WS2材料在各类高性能电子器件中的应用发展，对未来材料科学和工业应用具有重要意义。

关键词：第一性原理计算生长机制化学气相沉积二维二硫化钨

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51卷 398-408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吉林长春130024

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... 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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基于硫铟锌纳米花的被动调Q激光

光学学报 2024年第4期44卷 247-253页

作者：朱宜璇仝鲁阳蔡阳健赵丽娜郑立仁山东师范大学物理与电子科学学院光场调控及应用中心山东省光学与光子器件技术重点实验室山东济南250358 华东师范大学与山东师范大学光调控科学与光子集成芯片联合研究中心上海200241

采用溶液法合成了二维硫铟锌纳米花,并测量了其可饱和吸收参数,其中,饱和强度为675 MW/cm^(2),调制深度为7.8%。通过搭建1μm全固态激光器,获得最大输出功率为240 mW、最大重复频率为629.08 kHz、最小脉冲宽度为388 ns、相应的单脉冲能... 详细信息

采用溶液法合成了二维硫铟锌纳米花,并测量了其可饱和吸收参数,其中,饱和强度为675 MW/cm^(2),调制深度为7.8%。通过搭建1μm全固态激光器,获得最大输出功率为240 mW、最大重复频率为629.08 kHz、最小脉冲宽度为388 ns、相应的单脉冲能量为0.38μJ、峰值功率为0.98 W的脉冲激光。结果表明,由于硫空位的存在,硫铟锌纳米花能够吸收能量低于其带宽的光子,在近红外区域,表现出良好的可饱和吸收特性,且在激光器中,能够获得高重复频率和短脉冲宽度的激光输出。因此,基于硫铟锌纳米材料的可饱和吸收体在调Q脉冲激光器中具有广阔的应用前景。

关键词：非线性光学脉冲激光可饱和吸收体二维材料硫空位硫铟锌

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