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高效光调控的全介质太赫兹Fano超材料

硅酸盐学报 2023年第4期51卷 833-841页

作者：于凯新赵世强王陈孙竞博文永正周济清华大学材料学院新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室北京100084

太赫兹(THz)技术因其在高速无线通信、无损成像、光谱检测等领域的应用价值而备受关注,然而能高效调制太赫兹波的材料仍亟需开发。由周期性亚波长结构组成的超材料可精确地调控电磁波的振幅、相位和偏振,为设计超紧凑和高性能太赫兹器... 详细信息

太赫兹(THz)技术因其在高速无线通信、无损成像、光谱检测等领域的应用价值而备受关注,然而能高效调制太赫兹波的材料仍亟需开发。由周期性亚波长结构组成的超材料可精确地调控电磁波的振幅、相位和偏振,为设计超紧凑和高性能太赫兹器件提供了新的机遇。太赫兹超材料可通过改变谐振模态进而调控太赫兹波,但米氏共振等常用模态由于较低的谐振强度导致调控效率有限。Fano谐振具有更强的谐振强度,且对外界介电环境十分敏感,可极大提高太赫兹波的调控效率和灵敏度。基于泵浦光激发高阻硅中非平衡载流子的机制,设计并实验验证了一种高效光调控的全介质太赫兹Fano超材料。结果表明:通过近红外激光泵浦控制高阻硅的电导率,可以实现Fano谐振强度的有效调控,调制率可达到87%,比同一结构上Mie式电偶极谐振的调制效率提高了70%,实现了对太赫兹波的高效调控。制备方法简单、调制效果明显,可通过改变超材料样品尺寸灵活设计工作频段,为太赫兹波段的高性能调控器件提供了一种可行的设计思路和方法。

关键词：太赫兹光调控全介质 Fano超材料

面向6G应用的超低介电常数定向通孔Al_(2)O_(3)陶瓷

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硅酸盐学报 2023年第4期51卷 859-865页

作者：陈雨谷郭蔚嘉马志宇卢雨田岳振星清华大学材料学院新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室北京100084

为了满足6G太赫兹频段低时延通信技术的要求,采用冷冻干燥法制备了具有超低介电常数的定向通孔结构多孔氧化铝陶瓷。研究不同部位样品的结构与性能关系,以及固相含量对微观形貌、力学性能、太赫兹光学和介电性能的影响。获得具有高气孔... 详细信息

为了满足6G太赫兹频段低时延通信技术的要求,采用冷冻干燥法制备了具有超低介电常数的定向通孔结构多孔氧化铝陶瓷。研究不同部位样品的结构与性能关系,以及固相含量对微观形貌、力学性能、太赫兹光学和介电性能的影响。获得具有高气孔率(68.9%~81.0%)、高抗压强度(17.6~87.8 MPa)的多孔氧化铝陶瓷,在1 THz下具有超低的折射率(1.38~1.63)、吸收系数(~2.5 cm^(-1))、介电常数(1.90~2.67)和介电损耗(~0.008)。定向通孔结构在与气孔平行的方向具有高抗压强度,其特殊的结构在太赫兹波导和天线基板等方面有重要的潜在应用价值。

关键词：多孔氧化铝陶瓷定向通孔太赫兹光学性能介电性能

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应变增强Nb掺杂SrTiO薄膜热电性能

物理学报 2023年

作者：马云鹏庄华鹭李敬锋李千清华大学材料学院新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室

高性能热电材料的发展有望帮助解决未来能源危机，且随着可穿戴器件的发展与应用，热电材料和器件除了要具备更高的热-电转化性能以外，还必须具有良好的柔性。将热电材料制成薄膜既可以为微型器件供电，也有潜力应用于柔性器件。本文... 详细信息

高性能热电材料的发展有望帮助解决未来能源危机，且随着可穿戴器件的发展与应用，热电材料和器件除了要具备更高的热-电转化性能以外，还必须具有良好的柔性。将热电材料制成薄膜既可以为微型器件供电，也有潜力应用于柔性器件。本文使用脉冲激光沉积方法，在商用SrTiO3(STO)、La0.3Sr0.7Al0.65Ta0.35O3(LSAT)衬底上制备得到了不同厚度的高质量铌掺杂钛酸锶薄膜(Nb:STO)，并对薄膜的表面形貌、结构以及热电性能进行了表征与测试。结果显示，使用LSAT作为衬底可以对薄膜施加面内压应变，随着薄膜厚度的增加，应变逐渐释放并接近于块体Nb：STO。随着厚度的增加，薄膜的热电性能逐渐提升，在STO衬底上生长的208 nm厚样品的室温功率因子相比于52 nm样品提升了187%。此外，144 nm厚度的Nb:STO/LSAT薄膜室温塞贝克系数达到了265.95μV/K，这是由于衬底应变导致薄膜样品的能带变化。本工作表明了通过应变工程调控铌掺杂钛酸锶薄膜热电性能的可行性，为后续提高此类薄膜材料的热电性能提供了一种新思路。

关键词：脉冲激光沉积热电钛酸锶薄膜

凝胶注模工艺制备三维多孔Li1.3Al0.3Ti1.7（PO4）3固态电解质

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硅酸盐学报 2019年第10期47卷 1351-1356页

作者：黄泽亚赵伟然汪长安清华大学材料科学与工程学院新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室

三维多孔固态电解质是连续型复合电解质的骨架部分。采用共沉淀法制备Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3固态电解质粉体,再通过凝胶注模工艺合成了Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3多孔坯体,并在不同温度下烧结,比较了烧结体的物相组成、显微形貌、收缩率、... 详细信息

三维多孔固态电解质是连续型复合电解质的骨架部分。采用共沉淀法制备Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3固态电解质粉体,再通过凝胶注模工艺合成了Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3多孔坯体,并在不同温度下烧结,比较了烧结体的物相组成、显微形貌、收缩率、孔隙率、电导率和激活能。结果表明:在900℃以上烧结,坯体发生明显的致密化,并且产生更多的杂相,其致密度升高而电导率降低。在800℃烧结的样品,孔隙率在50%以上,具有6.94×10–5 S/cm的电导率,激活能为0.27 eV。所得多孔坯具有较高的孔隙率和电导率,使其适合作为三维有机–无机复合固态电解质的陶瓷框架。

关键词：固态电解质离子电导率凝胶注模磷酸钛铝锂

仿生矿化胶原骨材料用于儿童颅骨再生修复的最新研究进展

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中国修复重建外科杂志 2021年第3期35卷 278-285页

作者：李博王硕赵勇刚王秀梅清华大学材料学院新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室

儿童颅骨缺损修复是神经外科领域的世界性难题。临床上常见的颅骨修补材料无法满足儿童颅骨不断长大和变形的需求。理想的儿童颅骨修补材料应具有良好的诱导成骨能力,实现新骨再生和骨整合;具有匹配生长发育的可降解性能和顺应性,不限... 详细信息

儿童颅骨缺损修复是神经外科领域的世界性难题。临床上常见的颅骨修补材料无法满足儿童颅骨不断长大和变形的需求。理想的儿童颅骨修补材料应具有良好的诱导成骨能力,实现新骨再生和骨整合;具有匹配生长发育的可降解性能和顺应性,不限制正常骨骼生长;在修复过程中维持足够力学强度,保护颅内组织;易于塑形,满足美学需求。仿生矿化胶原骨材料是一种在微纳尺度上模拟天然骨最小结构单元的纳米复合材料,因其具有良好成骨活性而被成功应用于各种骨缺损修复。近年来,矿化胶原骨材料成功应用于颅骨再生修复,并取得了令人满意的修复效果。该综述重点介绍仿生矿化胶原骨材料的基本特点,及其用于儿童颅骨缺损再生修复的优势及相关研究进展。

关键词：矿化胶原儿童颅骨成形术骨组织工程颅骨缺损

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二维过渡金属二硫化物的能带调控

科学通报 2023年第14期68卷 1829-1843页

作者：吕倩马翰原吕瑞涛清华大学材料学院先进材料教育部重点实验室北京100084 清华大学材料学院新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室北京100084

二维过渡金属二硫化物(transition metal dichalcogenides,TMDCs)因其原子级平坦的表面、可调的能带结构等优势而在光学、电学、热学等领域受到广泛关注,并且为解决传统硅基晶体管尺寸进一步微缩面临的挑战提供了新的机遇.能带工程是调... 详细信息

二维过渡金属二硫化物(transition metal dichalcogenides,TMDCs)因其原子级平坦的表面、可调的能带结构等优势而在光学、电学、热学等领域受到广泛关注,并且为解决传统硅基晶体管尺寸进一步微缩面临的挑战提供了新的机遇.能带工程是调控二维TMDCs材料电子结构并研究其物理学特性的重要手段.本文从本征调控和外部调控两个方面综述了近年来二维TMDCs材料中的能带调控策略,主要包括本征层数调控、零维点缺陷调控(晶格空位构筑、掺杂/合金化)、施加应变、构筑异质结等.在现有研究成果的基础上,对未来的研究方向进行了展望.

关键词：二维材料过渡金属二硫化物能带调控物理特性

微米级SiO中空微球的制备及自组装光子晶体的红外性能

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硅酸盐学报 2024年

作者：吴文强李帅陈仕乐郎莹汪长安景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院清华大学材料学院新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室

以聚苯乙烯(PS)为模板、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为表面改性剂、正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源，采用硬模板包裹法结合乙酸乙酯浸蚀的工艺，制备了微米级SiO2中空微球，并进行垂直沉积自组装成微米级SiO2中空微球光子晶体，研究了TEOS含... 详细信息

以聚苯乙烯(PS)为模板、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为表面改性剂、正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源，采用硬模板包裹法结合乙酸乙酯浸蚀的工艺，制备了微米级SiO2中空微球，并进行垂直沉积自组装成微米级SiO2中空微球光子晶体，研究了TEOS含量、浸蚀条件对中空微球形貌的影响，以及垂直沉积自组装溶液浓度对微米级SiO2中空微球光子晶体红外性能的影响。结果表明：随着TEOS含量的增加，SiO2包覆层表面由疏松变得致密，进一步增加会生成次生SiO2颗粒，导致均匀性变差；在60 ℃乙酸乙酯中浸蚀10 min时，微米级SiO2中空微球分散性好、球形度高，直径达到1 570 nm、壁厚达到65 nm；随着自组装溶液质量浓度的增大，微米级SiO2中空微球的排列变得整齐、层数增多，红外反射率升高，在溶液质量浓度为0.005 g/L时反射率最高为85%。微米级SiO2中空微球光子晶体除实现红外辐射调控之外，还具有隔热性能好、比重小等优点，在航空航天飞行器的红外隐身涂层、建筑保温等领域具有重要的应用前景。

关键词：乙酸乙酯微米级二氧化硅中空微球光子晶体红外发射率

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柔性无机铁电薄膜的制备及其应用

物理学报 2020年第21期69卷 281-296页

作者：蓝顺潘豪林元华清华大学材料学院新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室北京100084

无机铁电薄膜材料有着优异的电、光特性,被广泛应用于介电、信息存储、压电、光电等领域.然而,基于单晶刚性基底和高温、含氧的合成环境的传统制备工艺,大大限制了其在柔性电子器件中的应用.实现无机铁电薄膜材料的柔性化可以将这些材... 详细信息

无机铁电薄膜材料有着优异的电、光特性,被广泛应用于介电、信息存储、压电、光电等领域.然而,基于单晶刚性基底和高温、含氧的合成环境的传统制备工艺,大大限制了其在柔性电子器件中的应用.实现无机铁电薄膜材料的柔性化可以将这些材料的性能优势进一步应用到可穿戴电子器件中,是下一代可穿戴电子器件领域的重要发展方向.本文综述了无机钙钛矿结构铁电薄膜的柔性化制备工艺,包括直接在柔性基底上生长和将铁电薄膜从刚性基底上剥离、转印到柔性基底两类.并介绍了柔性无机铁电薄膜的应用,对其研究现状及未来发展进行了总结与展望.

关键词：无机铁电薄膜柔性钙钛矿制备

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基于机器学习设计和制备高熵氮化物陶瓷

硅酸盐学报 2023年第12期51卷 3095-3101页

作者：刘娟田传进汪长安景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院江西景德镇333403 清华大学材料学院新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室北京100084

高熵陶瓷作为一种新兴的陶瓷材料自问世起就成为陶瓷领域的研究热点,然而,其巨大的成分设计空间也为基于实验和“试错法”的组分设计带来了挑战。近年来,通过机器学习与实验探索相结合的方式为这一问题的解决带来新方法。基于此,本研究... 详细信息

高熵陶瓷作为一种新兴的陶瓷材料自问世起就成为陶瓷领域的研究热点,然而,其巨大的成分设计空间也为基于实验和“试错法”的组分设计带来了挑战。近年来,通过机器学习与实验探索相结合的方式为这一问题的解决带来新方法。基于此,本研究建立了4个机器学习模型,通过训练评估选出性能最好的梯度提升决策树模型(R~2=0.92)并用于预测,然后通过实验成功合成了单相的(Ti_(0.2)V_(0.2)Zr_(0.2)Nb_(0.2)Hf_(0.2))N高熵氮化物陶瓷,验证了模型的准确性,为高熵氮化物陶瓷的设计提供了新思路,加快了新体系的发现。

关键词：高熵陶瓷氮化物陶瓷机器学习材料设计模型预测