一、蒙药有效成分单晶结构分析的基本原理(论文文献综述)
江宇航[1](2021)在《共晶技术改善羟基酪醇的物理性状及稳定性》文中研究说明共晶技术是一种应用于药物制剂领域的新型技术,它可以改善药物的理化性质和药代动力学性质。药物共晶是指药物活性成分(Active Pharmaceutical Ingredient,API)与其他生理上可接受的配体以固定的化学计量比通过氢键和其他非共价键相连而结合在同一晶格中,它能够在不改变API结构的前提下改变药物的物理化学性质从而影响其生理活性。通过共晶技术改变API的固体形态是改善药物溶解度、渗透性、引湿性、生物利用度、熔点和稳定性等理化性质的重要手段。近年来,随着人们对晶体工程设计的深入研究,有关共晶提高药物熔点、改善药物稳定性的研究报道也越来越多。羟基酪醇(Hydroxytyrosol,HT)是一种天然多酚类化合物,具有很强的抗氧化活性,被视为最强大的抗氧化剂之一,可起到消炎、扩张血管和抗菌作用,具有潜在的医疗作用前景。然而HT的熔点低,吸湿性强,且高纯度的HT在吸水2-3%后表现为粘稠的油状液体,化学稳定性差,不易制备成固体制剂。目前普遍应用包埋技术制备成固体粉末以保护油状化合物的稳定性和活性,但由于HT具有两亲性导致包埋效果差,市售的HT包埋粉存在载量低、引湿性强、长期放置不稳定等问题。因此本课题拟设计通过共晶技术来提高HT的熔点,改善HT的物理性状及稳定性。围绕HT结构里易氧化的酚羟基进行共晶设计,选择一系列的内盐类配体、酰胺基团配体、羧酸基团配体进行共晶制备,通过球磨法和溶液法合成了四种HT共晶(甜菜碱共晶、烟酰胺共晶、异烟酰胺共晶Form I和Form II),对这四种共晶进行了系统的固体化学表征,发现四种共晶均具有高熔点、低引湿性的优点,且所得共晶均为固体粉末,证明了共晶技术可以通过提高HT熔点达到改善HT物理性状的效果。从单晶结构分析、Hirshfeld表面分析、热分析及转晶实验等不同方面研究了羟基酪醇-异烟酰胺共晶两种不同晶型的稳定性,结果表明在室温条件下Form II为稳定晶型,Form I为亚稳晶型,且Form II和Form I之间为单变关系。对HT原料、共晶及市售HT包埋粉进行的光照、高温及高湿稳定性实验表明高温及高湿条件会影响HT原料及市售HT包埋粉的化学稳定性,而HT共晶表现出了高熔点、低引湿性且在高温高湿条件下均稳定的显着优点。HT共晶和市售HT包埋粉的加速稳定实验结果表明共晶技术能显着提高HT的化学稳定性。本研究证明了共晶技术是提高药物熔点、改善药物引湿性以及解决药物稳定性问题的有效手段。
闫婧欣[2](2021)在《基于广义层错能立方金属塑性变形机制的原子计算模拟》文中进行了进一步梳理探索微观变形机制与力学性能的内在联系和开发具有优异力学性能的新合金体系是推动立方金属发展与应用的重要途径。位错滑移和形变孪生是立方金属的基本变形机制。广义层错能为研究位错的分解、滑移以及孪生变形提供了原子尺度的关键信息。近年来,人们发现合金成分和压强等对广义层错能有显着影响,这些因素可能也影响着B2合金和面心立方(Face centered cubic,FCC)中高熵合金等立方金属的变形行为。但是,目前鲜有报道涉及成分、压强对B2合金变形行为的影响。尽管实验证明变形孪晶开动能同步提高中高熵合金的强度和韧性,人们对成分、压强及温度如何具体影响位错滑移与孪生之间的竞争以及合金的力学性能仍缺乏清晰认识。为加深对B2合金变形行为的理解,并为中高熵合金的成分优化设计和力学性能调控提供理论指导,本文以上述两类合金为研究对象,以广义层错能为切入点,采用分子静力学、动力学模拟和第一性原理计算,系统探讨了成分和压强对B2合金中<111>超螺位错分解和滑移行为的影响,分析了成分、压强和温度对中高熵合金变形机制和力学性能的影响,主要结果如下:1.对B2合金中[111]超螺位错分解和滑移行为的研究表明,随合金种类和成分变化,超螺位错在{110}面的分解组态和分位错Burgers矢量发生连续变化,由两根螺型1/2[111]超分位错构成的两分组态转变为三根混合型分位错组成的三分位错组态。基于此,提出超螺位错的一般分解组态,允许分位错Burgers矢量连续可调,建立了准确预测超位错分解行为的能量最小化判据,证实系统总能量自发优化是决定分解组态随成分变化的基本原则。此外,超螺位错的分解组态和核结构转变是影响其滑移、交滑移行为的关键因素。能量最小化判据能给出核结构转变能垒,因而还可用于评价不同分解组态的交滑移能力。2.探讨了压强对FeAl中<111>超螺位错分解和屈服行为的影响。随压强降低,超螺位错分解组态连续改变,由螺型两分位错组态转变为混合型三分位错组态;同时,核结构非平面特征增强,屈服应力明显升高。高压下,屈服由{112}滑移主导;低压下{110}滑移开动。基于模拟结果,建立了准确预测不同压强下超螺位错分解行为的修正能量最小化判据Ⅰ,提出超螺位错的一般交滑移机制:在螺型两分位错组态中,领头、拖尾超分位错相继交滑移到{112}面,不发生束集;转变成螺型两分位错组态是三分位错组态交滑移的基本机制。考虑剪切应力影响,构建了定量评价不同压强下超螺位错交滑移能力的修正能量最小化判据Ⅱ,该判据有助于深入理解超螺位错在复杂应力下的屈服行为。3.成分对FCC中高熵合金的变形机制和力学性能有重要影响。提出成分优化设计的基本原则:降低FCC相自由能以提高FCC相稳定性,提高剪切模量G以增强屈服强度,降低层错能以促进孪晶开动、提高加工硬化能力和塑性。此外,泊松比v、体弹性模量B与剪切模量G之比(即B/G)可用于评价韧性。对CoCrNi合金,增大Co含量提高剪切模量G;增大Cr含量提高B/G和v;降低Ni含量并增大Co、Cr含量明显降低层错能,因而能促进孪晶开动和提高合金综合力学性能。加入0~10at.%的Al、Cu、Ti、Mo,CoCrFeMnNi合金FCC相稳定性有所降低。当Mo含量为2at.%时,层错能降低,剪切模量G升高,有利于孪晶开动和强塑性能的同步提高。4.CoCrFeMnNi高熵合金密排六方(Hexagonal close-packed,HCP)、FCC 相稳定性转变是孪生倾向随压强增大明显增强的根本原因:高压下HCP相稳定性增强引起层错能降低,促进孪晶通过相邻{111}面上宽层错带重叠或Shockley位错连续发射形核;另外,高压可引发FCC→HCP相变,而孪晶、层错是相变中间组织。但是压强对CoCrNi中熵合金的层错能和孪生倾向影响不大。此外,温度是影响CoCrNi和CoCrFeMnNi中高熵合金孪生倾向和力学性能的重要因素。低温下,两种合金都有很强的孪生倾向;随温度降低,剪切模量G、v和B/G均升高,因而低温变形能显着改善加工硬化能力、塑性、屈服强度和韧性。
董卫民[3](2021)在《新型硼/磷酸盐光电功能晶体的生长及性能研究》文中认为特殊的三维空间周期性结构赋予了晶体材料光、热、电、声、磁、力等丰富多彩的特异性质。与天然晶体不同,人工晶体可以被科学的设计和调控,因而可以针对性地服务于各种场景,显示出独特的应用优势。在人工晶体材料中,硼酸盐和磷酸盐晶体是研究最早、研究最多、研究最深的两类光电晶体材料。几十年来,众多性能优异的硼、磷酸盐“明星晶体”被发现,广泛应用于激光、非线性、压电和双折射等领域。本论文以硼、磷酸盐体系光电功能晶体为研究对象,旨在开发新型大尺寸光电晶体,探索晶体在光学和电学领域的潜在应用价值。主要研究内容和结论如下:(i)Te2O(PO4)2晶体的生长及光学性能研究首次采用提拉法生长了 Te2O(PO4)2单晶,解决了高粘度的TeO2-P2O5玻璃体系晶体不易生长的技术难题。利用第一性原理计算和电子顺磁共振波谱(EPR)研究了晶体的色心缺陷,结果显示褐色晶体的色心吸收主要归因于晶体中的氧空位缺陷。通过不断优化生长工艺,成功获得了最大尺寸为35mm×30mm×20mm的无色透明Te2O(PO4)2单晶。摇摆曲线和Laue衍射图谱表明Te2O(PO4)2单晶的结晶质量良好。表征了 Te2O(PO4)2晶体的光学特性。该晶体的透光区间为0.29~4.70 μm,带隙为4.30 eV。晶体的激光损伤阈值为790 MW/cm2,大于KTiOPO3(KTP)晶体。粉末倍频测试显示Te2O(PO4)2晶体可以满足Ⅰ类相位匹配,二阶非线性系数(SHG)约为KH2PO4(KDP)晶体的1.3倍。利用最小偏向角法测量了晶体的折射率,测试结果显示Te2O(PO4)2晶体为正光性双轴晶,在0.4047~1.014 μm的波长范围内,其双折射率为0.13786-0.10615。较大的双折射率保证了 Te2O(PO4)2晶体可以在1064nm的波长下实现Ⅰ类相位匹配。利用测量的折射率数据确定了Te2O(PO4)2晶体结晶学轴与折射率主轴的关系,c轴与X轴的夹角为29.1°。研究了 Te2O(PO4)2晶体的热学特性。Te2O(PO4)2晶体展现出较大的热膨胀各项异性(αc/αa=4.05);在25~300℃的范围内,Te2O(PO4)2晶体的比热从0.511 J/(g·K)上升到0.661 J/(g·K);室温下,Te2O(PO4)2晶体的最小热导率kc为2.863 W/(m·K),最大ka为 4.42 W/(m·K),大于 KTP 晶体(2~3 W/(m·K))。第一性原理计算显示Te2O(PO4)2晶体具有一个直接带隙,受立体活性孤对电子影响的[TeO5]基团对Te2O(PO4)2晶体的光学性能起主导作用,而变形程度较小的[PO4]基团的贡献较小。(ii)Te2O(PO4)2晶体的电弹性能根据Te2O(PO4)2晶体的对称性设计切型,测试了该晶体的全部电弹常数。测试结果显示Te2O(PO4)2晶体具有较大的压电常数,室温下d33为6.6 pC/N,大于同体系的 GaPO4(d11=4.50 pC/N)和 AlPO4 晶体(d11=-3.30 pC/N),与 La3Ga5SiO14晶体(d11=6.15pC/N)相当。研究了 Te2O(PO4)2晶体在高温压电领域的应用潜力,测试了 Te2O(PO4)2晶体沿着X、Y和Z方向的高温电阻率和压电常数的高温稳定性。结果显示Te2O(PO4)2晶体沿着Z方向的电阻率最大,沿着X方向的电阻率最小。300℃,Z方向的电阻率为7.0×109 Ω·cm,约为La3Ga5SiO14晶体的9倍。随着温度的上升压电常数d33平稳增加,无数据突变,相比于室温,475℃时压电常数d33的变化率约17.4%。铁电性测试显示Te2O(PO4)2晶体为非铁电体,应用前无需进行极化处理。研究了晶体结构与压电性能的相关性,计算了 Te2O(PO4)2晶体的偶极矩并与GaPO4和AlPO4晶体进行对比。计算结果显示Te2O(P04)2晶体中多面体基团的偶极矩明显大于GaPO4和AlPO4晶体,即Te2O(PO4)2结构中离子基团的变形程度更大。Te2O(PO4)2晶体展现出相对较大的压电特性主要受高度扭曲的[TeO5]基团的影响。(ⅲ)Te3O3(PO4)2晶体的生长及性能研究首次发现了一种具有大双折射率的磷酸盐晶体Te3O3(PO4)2,该晶体在1064 nm的双折射率为0.148,据我们所知,这在目前已报道的无机磷酸盐晶体是最大的。利用提拉法成功生长出厘米尺寸的Te303(P04)2单晶。摇摆曲线测试显示Te303(PO4)2单晶的结晶质量良好。晶体的光学性能测试表明Te3O3(PO4)2晶体具有大的带隙(4.3 eV),宽的透光范围(0.29~4.76μm)和高的激光损伤阈值(544 MW/cm2)。利用偏光显微镜测量了 Te3O3(PO4)2的双折射率,在546.1 nm波长下测试的晶体的双折射率为0.173与计算值0.183吻合的很好。良好的物理特性和大的双折射率表明Te303(PO4)2是一种潜在的磷酸盐双折射晶体。利用第一性原理计算和结构分析研究了 Te303(PO4)2晶体大双折射率的起源,结果显示高度扭曲的[TeO5]基团和反平行的[PO4]四面体伪层结构是导致Te303(PO4)2晶体展现出大双折射率的主要原因。实空间原子切割理论计算显示[TeO5]基团对Te303(PO4)2晶体双折射率的贡献约为66%,[PO4]基团的贡献约为34%。该研究为进一步设计具有大双折射率的新型磷酸盐晶体提供了新的思路。(iv)Bi3TeBO9晶体的生长及性能研究首次利用助熔剂法生长了 Bi3TeBO9单晶,确定了合适的助熔剂体系。解决了熔体严重分层的生长难题,最终获得了厘米尺寸的Bi3TeBO9单晶,摇摆曲线测试显示Bi3TeBO9单晶的结晶质量良好。硬度测试显示Bi3TeBO9晶体的维氏硬度为664.98 kg/mm2,莫氏硬度为5.89。化学稳定性测试表明Bi3TeBO9晶体具有良好的耐潮解和耐酸腐蚀特性。研究了 Bi3TeBO9晶体的光学特性。Bi3TeBO9晶体的带隙为3.54eV,紫外截止边为0.350 μm,红外截止边为7.00μm。晶体的激光损伤阈值为450 MW/cm2。粉末倍频测试显示Bi3TeBO9晶体的SHG强度大约为KDP的1.6倍。利用第一性原理计算了晶体的折射率,结果显示Bi3TeBO9为负光性单轴晶,在0.532~1.064μm范围内晶体的双折射率为0.058~0.026。利用偏光显微镜测试了 Bi3TeBO9晶体的双折射率,在546.1nm波长下测试的双折射率为0.063,与计算结果0.055非常接近。利用第一性原理计算分析了晶体结构与性能的相关性。计算结果显示Bi3TeBO9晶体具有一个间接带隙。[BiO6]基团和[TeO6]基团对晶体的光学特性贡献较大,[BO3]基团的贡献较小。晶体的热学性能测试显示Bi3TeBO9晶体的室温比热为0.282 J/(g·K),300℃时增大到0.440J/(g.K);25~300℃,晶体的热导率从2.010W/(m·K)减小到1.735 W/(m-K)。研究了 Bi3TeBO9晶体的电弹性能。Bi3TeBO9晶体具有非常大的压电常数,d33=24.4pC/N,约为 La3Ga5SiO]4 晶体(d11=6.15pC/N)的 4 倍,大于 LiNbO3 晶体(d22=20.8 pC/N)。相对介电常数ε11=18.42,ε33=62.60。利用第一性原理计算了该晶体的弹性常数,s33=15.33pm2/N。较大的介电常数和弹性常数是Bi3TeBO9晶体展现出大压电常数的主要原因。为了探究Bi3TeBO9晶体在高温压电领域的应用潜力,测试了该晶体的高温电阻率和压电常数的高温稳定性。在450℃,Bi3TeBO9晶体沿着X和Z方向的电阻率分别为9.0×107 Ωcm和3.5×106 Ωcm。300℃时 X 方向的电阻率为 2.5×1010 Ω·cm,约为 La3Ga5SiO14(8×108Ω.cm)的30倍。随着温度的上升Bi3TeBO9晶体的压电常数d33缓慢降低,无数据突变。相比于室温,475℃时压电常数的变化率约16.8%。铁电性测试表明Bi3TeBO9为非铁电晶体。生长了稀土离子掺杂的Pr:Bi3TeBO9单晶。电子探针显微分析(EPMA)测试显示晶体中Pr3+离子的掺杂浓度为1.85×1021ions/cm3。重点研究了 Pr:Bi3TeBO9晶体的光学特性。吸收光谱表明Pr:Bi3TeBO9晶体具有较大的吸收截面和半峰宽度。基于Judd-Ofelt理论,计算了晶体的振子强度、辐射跃迁概率、荧光分支比和辐射跃迁寿命。计算得到的J-O参数为:Ω2=2.28×1020 cm2,Ω4=4.17×1020 cm2和Ω6=3.09×1020cm2。此外,Pr:Bi3TeBO9晶体具有较大的荧光发射截面,734nm波长下,Pr:Bi3TeBO9晶体的3P0→3F4跃迁的发射截面为19.6×10-19 cm-2。初步的研究结果显示Pr:Bi3TeBO9晶体可能是制备红光固态激光器的理想材料。
何永恒[4](2021)在《钙钛矿氧化物超薄膜的外延生长和物理性能研究》文中指出海量信息数据的存储是信息时代社会高速发展的需求,而钙钛矿结构的半导体材料作为一种具有潜在价值的信息存储载体,被认为是传统半导体存储材料的理想替代品。具有优异物理特性的大量钙钛矿结构材料被研究报道,如锰基钙钛矿体系中的庞磁阻效应、铜基钙钛矿材料中的高温超导等等,而具有低温铁磁性的LaCoO3薄膜材料和存在2DEG的LaTiO3薄膜材料便是其中被广泛研究的材料之一。此外由LaCoO3和LaTiO3组成的LaCoO3/LaTiO3超晶格薄膜也因为其中发现电荷转移这一奇特物理现象而引起了人们的研究兴趣。使用脉冲激光沉积技术生长得到高质量的外延薄膜是研究探索材料物理性能的前提,而对外延薄膜结构的表征成为进一步研究分析的基础。本论文以LaCoO3和LaTiO3两种外延薄膜为根基,以LaCoO3/LaTiO3超晶格薄膜为拓展,通过薄膜生长过程中的RHEED监测、薄膜结构的XRD、XRR和XAS表征,以及M-T、M-T、R-T的分析,研究了不同结构的LaCoO3、LaTiO3和LaCoO3/LaTiO3超晶格薄膜中的奇特物理性能。具体内容分为以下三个部分:(1)第一部分是对LaCoO3外延薄膜不同结构及其低温铁磁的研究。通过改进的靶材制作方法烧制了致密的LaCoO3陶瓷靶,利用脉冲激光沉积系统在不同晶格常数的基片和不同取向(<001>/<011>/<111>)的同种基片上外延生长出不同结构的LaCoO3,得到不同应力下的LaCoO3外延薄膜和不同取向的LaCoO3外延薄膜,实现了对LaCoO3薄膜生长的精确调控。通过对其结构的研究分析,发现LaCoO3薄膜在不同应力和取向下的结构存在微小差异,而进一步的磁性测试发现,不同取向的LaCoO3薄膜发生低温铁磁转变的居里温度在<011>取向的薄膜中具有95K的最大值,而饱和磁化强度在<001>取向的LaCoO3薄膜中略大于<011>和<111>取向的LaCoO3薄膜。(2)第二部分是对LaTiO3外延薄膜的条件及不同结构单晶和非晶LaTiO3薄膜中二维电子气的研究。烧制好用于脉冲激光沉积系统的LaTiO3陶瓷靶材,生长了不同沉积温度和氧分压下的LaTiO3薄膜,通过RHEED、XRD、XAS等表征分析技术,得到了650℃和高真空为LaTiO3外延单晶薄膜的最佳生长条件,实现了对薄膜生长的精确调控。对不同生长条件以及最佳生长条件下沉积生长得到的不同取向单晶LaTiO3薄膜和不同厚度非晶LaTiO3薄膜做了R-T测试,发现非晶LaTiO3薄膜也表现出类似单晶LaTiO3薄膜中存在的2DEG现象,并且随生长条件变差,单晶和非晶LaTiO3薄膜的方块电阻也越来越大,而且非晶薄膜中的方块电阻高出单晶薄膜三个数量级,分析其原因为LaTiO3结构的不规则排布导致了二维电子气在薄膜和衬底界面之间的流动受到阻碍所致。(3)第三部分是对LaCoO3/LaTiO3超晶格外延薄膜中的Co、Ti价态变化和电荷转移的研究。LaCoO3/LaTiO3超晶格外延薄膜的生长涉及到了两种不同生长条件的材料,因而通过对两种薄膜生长条件的分析,提出了超晶格薄膜生长过程中切换氧分压的方法,并使用该生长方法生长出了高质量的LaCoO3/LaTiO3超晶格薄膜。在LaCoO3/LaTiO3超晶格结构中,由于LaTiO3薄膜层中Ti3+的易氧化性,容易失去电子而变为Ti4+,而LaCoO3薄膜层中的Co3+得到电子被还原为Co2+,使得电荷在不同薄膜层之间发生了转移。通过XAS可以研究分析其中的Co L-edge和Ti L-edge吸收峰,从而了解其中的Co、Ti价态及变化情况。通过设计研究不同结构的LaCoO3/LaTiO3超晶格中的电荷转移情况,提出了累积厚度比的概念,根据累积厚度比的大小量度了不同结构超晶格中发生电荷转移的程度,发现累积厚度比与电荷转移程度成线性关系,据此可以对LaCoO3/LaTiO3超晶格中的电荷转移进行度量与深入研究。
贺靖轩[5](2020)在《过渡态金属氧族化合物的电子结构和电化学性质研究》文中研究说明清洁能源的使用是现代社会绿色可持续发展的需求,氢气作为一种高能量密度且燃烧产物对环境无害的能源,被认为是传统化石燃料的理想替代品。目前,利用催化剂电解水是最有效产生氢气的方法之一。水的分解由两个半反应组成:(I)析氢反应(HER)和(II)析氧反应(OER);其中OER过程存在四个电子—质子的耦合,是决定水分解效率的关键步骤,因此寻找一种高效,经济的OER催化剂是电催化分解水制取氢气的核心问题之一。过渡态金属以及化合物由于储量丰富,价格低廉,同时作为OER催化剂也展现了高效的催化性能,受到了人们的广泛关注。本论文以SrRuO3为基础,利用激光脉冲沉积的方法制备出SrRuO3薄膜,研究其OER催化性能。具体内容分为以下三个部分:(1)通过改变薄膜的生长温度或选择不同材料的生长基底,利用激光脉冲沉积方法制备出不同结构高质量的非晶、多晶和不同取向(<100>/<110>/<111>)的单晶SrRuO3薄膜。通过系统的电化学测试后发现,非晶SrRuO3薄膜表现出优异的OER催化性能,在电流密度为1m A/cm2时的过电位仅为28 m V,较单晶SrRuO3的性能提高了5倍左右。通过对不同结构SrRuO3薄膜的电子结构测试,发现非晶SrRuO3薄膜的表面氧含量是晶态SrRuO3薄膜表面氧含量的两倍。并在测试中发现由于其特殊的非晶状态,会在催化过程中展现出自适应性。(2)通过改变薄膜生长条件,调控非晶SrRuO3薄膜的电化学性能。在利用激光脉冲沉积方法生长氧化物薄膜时,氧分压是影响薄膜质量的关键因素。当增大薄膜生长过程中的氧分压时,非晶SrRuO3薄膜的表面氧含量增大,对样品的OER性能起积极作用;同时通过XPS和XAS表征发现当增大氧分压时,非晶SrRuO3薄膜中的Ru价态减小,这对样品的OER性能起消极作用。因此当改变非晶SrRuO3薄膜生长过程中的氧分压时,样品所表现出的OER性能是薄膜表面氧含量和薄膜中Ru价态共同作用的结果,所以当氧分压增大时,非晶SrRuO3薄膜的OER性能呈现出先增大后减小的变化趋势。(3)结合已有的文献报道和我们的实验结果发现,虽然SrRuO3的OER催化活性十分优异,但是其催化稳定性却很差。所以如何提高SrRuO3的催化稳定性是其应用到商业催化剂中的关键。本文通过在非晶SrRuO3薄膜表面覆盖一层电化学性质稳定的La Ni O3薄膜,保证样品在1m A/cm2的电流密度与商业催化剂Ru O2基本相同的水平下,电化学稳定性提高了近十倍。
何林安[6](2020)在《外延氧化锡和锡酸锌单晶薄膜的制备及性能调控》文中进行了进一步梳理第三代半导体材料具有禁带宽度大、热导率高和击穿场强大等特性,非常适合高温、高频和高功率的应用环境,在军事雷达、5G通讯、高铁和电力汽车等军用和民用技术领域成为当今大国战略竞争的焦点之一。宽禁带氧化物半导体由于具有优异的光电性能,并且无毒无害、资源储备丰富,继SiC和GaN之后,成为第三代半导体的研究热点,被认为在高压电力器件和紫外光电器件等领域有广阔的应用前景。单晶半导体材料具有晶格结构完整、缺陷少、迁移率高及光学性能优良等特点,在半导体光电器件的制造中具有明显的优越性。而通过掺杂对单晶材料电学性质进行调控是提高器件性能的有效方法。金红石相SnO2作为一种典型的宽禁带氧化物半导体,禁带宽度为3.6 eV,在近紫外和可见光区域具有良好的透明性,在太阳能电池、锂离子电池和气体探测器等应用中获得了广泛的关注和研究。因为目前尚没有SnO2体单晶材料,所以异质外延制备SnO2单晶薄膜是非常必要的。常用的磁控溅射和溶胶凝胶等方法制备的薄膜一般为多晶结构,即使采用外延方法,受衬底与SnO2晶格结构不同和晶格匹配度的限制,所制备的SnO2薄膜容易出现畴结构,影响薄膜的结晶质量。锑(Sb)和氟(F)元素常用于SnO2薄膜的掺杂,可对其电学性质进行有效的调控,但是由于与Sn02主体元素的离子半径差距较大,所以掺杂后会使单晶薄膜的结晶质量明显下降。因此,系统研究制备无畴SnO2单晶薄膜并选用对SnO2的结晶质量影响较小的掺杂元素调控薄膜的电学性质是当前SnO2研究中十分必要的一环。反尖晶石相Zn2SnO4是一种三元的宽禁带氧化物半导体,具有优良的光电性能,在染料敏化太阳能电池、光催化、气湿敏传感器和阻变存储器等领域具有应用潜力。采用溶液、喷雾热解和溅射等传统方法制备的Zn2SnO4薄膜多为混相、多晶和纳米结构,结晶质量较差,材料中存在着大量的缺陷。目前尚无Zn2SnO4单晶材料,而且国内外鲜有Zn2SnO4单晶薄膜的报道,制约了Zn2SnO4材料在半导体光电器件领域的研究和应用。因此,制备出高结晶质量的Zn2SnO4单晶薄膜,研究其在半导体器件方面的应用将有利于拓展Zn2SnO4材料的应用领域。本论文主要分为三部分:第一部分,采用MOCVD工艺,选用了 MgF2单晶基片,成功制备出了异质外延的无畴SnO2单晶薄膜,研究了薄膜的结构、光学和电学性质;第二部分,在第一部分研究基础上,采用MOCVD工艺,分别制备了 Nb和Ta掺杂的SnO2外延薄膜,研究了掺杂浓度对SnO2结构的影响和对薄膜电学性质的调控规律;第三部分,采用PLD和后退火工艺,选用MgO单晶基片,成功制备出了异质外延的Zn2SnO4单晶薄膜,研究了所得样品的外延关系、微观结构和光学性质,在此研究基础上,制备了 Ta掺杂的Zn2SnO4薄膜,研究了掺杂浓度对薄膜的结构、形貌和光学性质的影响,并制备了基于该薄膜的紫外光探测器,对器件性能进行了研究。本论文主要研究内容:1.采用MOCVD工艺,选用MgF2(001)和MgF2(110)衬底制备了SnO2外延单晶薄膜。(1)在MgF2(001)衬底上采用不同衬底温度(540~660℃)沉积了SnO2薄膜。所制备薄膜的化学组分接近SnnO2理想化学配比,且均为沿[110]取向生长的金红石相SnO2。其中,620℃制备的SnO2薄膜具有最佳的结晶质量,为外延单晶薄膜,与衬底的面外生长关系为SnO2(110)//MgF2(001),薄膜具有二重畴结构,存在SnO2[001]//MgF2[110]和SnO2[001]//MgF2[110]两种等几率的面内外延关系。620℃制备的SnO2薄膜具有最高的载流子霍尔迁移率10.4 cm2·V-1·s-1,相应的电阻率为0.75 Ω·cm,载流子浓度为8.1 ×1017 cm-3。不同衬底温度下所制备的SnO2薄膜在可见光范围内的平均透过率均超过了 86%,光学带隙范围在3.93~4.05 eV。(2)在MgF2(110)衬底上不同衬底温度(580~700℃)下制备了SnO2薄膜。XRD测试结果表明所制备的薄膜为金红石结构,均沿SnO2[1 10]单一取向生长。其中,衬底温度为660℃时,SnO2薄膜结晶质量最好,为单晶外延薄膜,与衬底的面外和面内外延关系分别为SnO2(110)//MgF2(110)和SnO2[001]//MgF2[001]。XPS测试结果表明660℃制备的薄膜元素组分符合SnO2的化学配比。660℃制备的SnO2薄膜的载流子霍尔迁移率最高,为21.0 cm2·V-1·s-1,相应的电阻率为0.76Ω·cnm,载流子浓度为3.9×1017 cm-3,该薄膜在可见光区的平均透过率超过93%,光学带隙为3.89 eV。2.釆用MOCVD工艺,在MgF2(110)衬底上分别制备了 Nb和Ta掺杂的SnnO2外延薄膜,在a-Al2O3(012)衬底上制备了 Ta掺杂的SnO2外延薄膜。(1)在MgF2(1 10)衬底上制备了不同Nb掺杂浓度(0~8.4 at.%)的SnO2薄膜。所制备的薄膜均为金红石相SnO2,且沿[110]单一取向生长,与衬底的面外和面内外延关系分别为 SnO2(110)//MgF2(110)和SnO2[001]//MgF2[001]。XPS 测试结果表明Nb元素在SnO2薄膜中主要以五价态形式存在。当Nb掺杂浓度从0增加到8.4 at.%时,薄膜载流子浓度单调增加,范围为3.9×1017~3.3×1019 cm-3,载流子霍尔迁移率则呈现先增大而后减小的变化规律,薄膜的电阻率先快速减小而后略有增大,调控范围超过两个数量级。4.3 at.%Nb掺杂的SnO2薄膜具有最低电阻率2.9× 1 0-3 Ω·cm和最高霍尔迁移率84.0 cm2·V-1·s-1,薄膜的光学带隙为4.04 eV。不同Nb掺杂浓度的SnO2薄膜在可见光区的平均透过率均超过80%。(2)在MgF2(110)衬底上制备了不同Ta掺杂浓度(0~8.0 at.%)的Sn02薄膜。化学组分测试结果表明Ta掺杂后主要以五价形式存在于SnO2薄膜中,所制备薄膜的实际Ta掺杂比例和实验设定值基本吻合。XRD和截面TEM结果分析表明,所制备的Ta掺杂SnO2薄膜为外延薄膜,薄膜与衬底的面外和面内外延关系分别为 SnO2(110)//MgF2(110)和SnO2[001]//MgF2[001]。随着 Ta 掺杂浓度从 0 增加至8.0 at.%,薄膜载流子浓度从3.9×101-7 cm-3单调增加至3.9×1020 cm-3,而后基本保持不变;载流子霍尔迁移率先增大后减小,5.0 at.%Ta掺杂SnO2薄膜具有最高迁移率74.2 cm2·V-1·s-1;薄膜电阻率先减小后略有增大,6.0 at.%Ta掺杂浓度时最低,约为2.5×10-4Ω·cm,比未掺杂的SnO2薄膜低三个数量级以上。所制备的薄膜在可见光区的平均透过率均超过87%,光学带隙范围为3.89~4.32 eV。薄膜的PL谱显示了覆盖从蓝光至黄光波长范围的缺陷发光带。(3)在a-Al2O3(012)衬底上制备了不同Ta掺杂浓度(0~8.0 at.%)的SnO2薄膜。所制备的薄膜均为沿[101]单一取向生长的金红石结构SnO2外延薄膜,薄膜与衬底的面外和面内外延关系分别为SnO2(101)//Al2O3(012)和SnO2[010]//Al2O3[1210]。薄膜电阻率随着Ta掺杂浓度增加先减小后略微增大,Ta掺杂浓度为6.0 at.%时,薄膜的电阻率具有最小值4.0×1 0-4Ω·cm,相比未掺杂的SnO2薄膜降低了超过三个数量级;薄膜的霍尔迁移率在4.0at.%Ta掺杂浓度时具有最大值58.1 cm2·V-1·s-1。所制备的薄膜在可见光区的平均透过率均超过88%,光学带隙范围为3.96~4.30 eV。3.采用PLD和后退火工艺,在MgO(110)和MgO(100)衬底上制备出反尖晶石相Zn2SnO4薄膜,其中在MgO(100)衬底上成功制备出了异质外延的Zn2SnO4单晶薄膜。在此基础上,制备了 MgO(100)衬底Ta掺杂的Zn2SnO4薄膜和基于该薄膜的紫外光探测器,研究了薄膜性质和器件的相关性能。(1)在MgO(110)衬底上制备了 Zn2SnO4薄膜,并在空气环境中进行了不同温度(700~900℃)退火处理。未退火的Zn2SnO4薄膜为非晶结构,经700和800℃退火的薄膜为存在多个生长取向的多晶Zn2SnO4薄膜,经900℃退火的薄膜为沿[110]单一取向生长的立方相反尖晶石Zn2SnO4多晶薄膜。未退火及经700、800和900℃退火的薄膜的光学带隙分别为3.32、3.80、3.98和4.09 eV,所有薄膜在可见光区的平均透过率均在93%以上。(2)在MgO(100)衬底上沉积了Zn2SnO4薄膜,并在空气环境中不同温度(700~900℃)下进行了退火。未退火和经700℃退火的Zn2SnO4薄膜为非晶结构,800和900℃退火的薄膜为沿[100]单一取向生长的立方相反尖晶石结构Zn2SnO4单晶薄膜。其中,800℃退火的Zn2SnO4薄膜结晶质量更好,薄膜与衬底的面外和面内外延关系分别为Zn2SnO4(100)//MgO(100)和Zn2SnO4[001]//MgO[001]。薄膜表面均方根粗糙度随退火温度升高而增大,变化范围为0.70~1.49 nm。薄膜的Zn和Sn的原子比接近Zn2SnO4的化学配比。未退火及经700、800和900℃退火的样品在可见光区的平均透过率分别为81.8%、81.9%、82.8%和82.5%,光学带隙分别为3.29、3.48、3.97和4.11eV。800℃退火后所获得的单晶Zn2SnO4薄膜在600 nm波长处的折射率约为1.80。(3)在MgO(100)衬底上制备了不同Ta掺杂浓度(0~5.0 at.%)的Znm2SnO4薄膜,在空气环境中800℃下进行了退火,并制备了基于该薄膜的MSM型紫外探测器。Ta掺杂后Zn2SnO4薄膜保持原有的[100]单一取向生长,结晶质量随着掺杂浓度的增加而逐渐下降。Ta掺杂降低了Zn2SnO4薄膜表面粗糙度,RMS范围为1.51~1.86 nm。所制备的不同Ta掺杂浓度的Zn2SnO4薄膜在可见光区的平均透过率均超过95%,光学带隙在3.98~4.10 eV之间。基于3.0 at.%Ta掺杂Zn2SnO4薄膜制备的紫外探测器响应度最高,探测波长范围集中在200~280nm,5 V偏压下对254 nm紫外光的响应度为23.3 A/W,光暗电流比超过104量级,探测上升和下降时间分别为0.73和0.58 s,均小于基于未掺杂Zn2SnO4薄膜制备的紫外探测器的探测时间,并表现出良好的探测可重复性。
赵丹[7](2020)在《基于分子动力学模拟的非晶合金纳米压痕响应研究》文中进行了进一步梳理非晶合金材料是近年来伴随着科技高速发展应运产生的一种新型材料,其基本结构为长程无序排列的金属原子,同时具备金属材料良好塑性、导电特性和玻璃材料耐腐蚀、硬度高的特征,因而在微电子、耐腐蚀涂层、光电催化、微结构材料等领域具有很好的应用前景。无论是作为功能性材料还是结构性材料,非晶合金在工程应用中不可避免地面临复杂的力学环境,使得其变形机制和力学性能研究成为非晶材料科学研究中的重点和热点。其中,非晶材料变形机制和微观结构之间的关联是破解其力学本质的关键。传统力学测试方法采用离位观测手段难以对非晶材料微结构转变和力学行为间关联进行研究。先进观测技术的发展,可实现对非晶材料进行纳米级原位力学测试,并观测材料局部微观结构演变,有力促进了非晶微观力学研究。但此类测试手段对仪器先进度依赖性高、测试成本高、测试环境要求高,面对非晶合金材料多样化参数(如变形速率、温度、剪切带交互)研究的迫切需求十分受限。针对上述非晶合金材料微纳米级别力学性能及变形行为研究的迫切需求,以及原位测试技术先进度依赖高、测试成本高、测试环境苛刻的矛盾,本文采用分子动力学模拟方法,以Cu-Zr二元非晶合金材料为主要研究对象,围绕非晶合金压痕测试响应开展了以下研究工作。(1)建立Cu-Zr二元非晶合金模型,并进行分子动力学压痕模拟。对非晶合金进行二维圆柱和三维球头压痕模拟,通过Hertz接触分析等方法获取两种模拟方式材料屈服强度、弹性模量、硬度等信息,并进行对比。两种压痕模式下得到的力学材料参数基本相同,表明在对非晶合金材料使用球形压头进行压痕测试模拟中,二维模拟在材料力学参数计算中能够取代三维压痕模拟,使用有限的计算资源获取有效物理信息。对非晶合金制备参数以及压痕测试参数进行研究,结果表明非晶合金制备参数,如冷却速率、组分等,主要通过改变非晶材料中主要SRO结构组成和比例,来影响非晶合金力学性能;压痕速率和压头尺寸等测试参数,通过改变非晶合金原子流变特性来影响测得力学参数。(2)使用分子动力学方法对非晶合金在单轴预拉伸/压缩应变下压痕过程进行模拟,研究预应力对非晶合金材料力学性能和变形模式的影响。通过圆柱-平面Hertz接触理论对预应力的影响进行理论分析,并通过压痕区域剪切带形貌变化研究预应力对压痕过程变形模式的影响。研究结果表明,预拉应力对非晶材料压痕的影响高于预压应力:拉应力越大,材料压痕中屈服越早发生,屈服应力越小,硬度也越小;而预压应力对材料压痕的影响有一个临界值,当超出该临界值,预压应力对材料压痕获取力学的影响从“硬化”转为“软化”。另外,预应力的大小同样会影响材料变形过程中剪切带形貌及扩展方式。对材料施加的预应变超出一定范围后,压痕过程中出现单一剪切带自发性扩展行为,材料变形模式由塑性变形转变为剪切带脆性扩展。使用能量法对该模式转变现象进行分析,认为预拉伸/压缩过程中材料积蓄的势能超过剪切带产生所需变形能时,材料在后续压痕中会出现脆性变形。(3)对非晶合金进行循环压痕模拟及熨压-压痕模拟,研究塑形变形对非晶合金压痕力学行为及流变路径的影响。通过循环压痕研究Cu-Zr非晶合金由循环压痕加载导致的硬化行为。在非晶合金循环压痕加载下对比压痕硬度等参数,结果表明循环硬化现象依赖于循环压痕载荷幅度。通过监测von Mises剪切应变,原子轨迹和Voronoi原子体积,发现硬化行为主要是由循环压痕过程中不可逆剪切应变的累积引起的。此外,对温度和加载速率对硬化效应的影响进行研究,在较高温度下,非晶塑形得到改善,同时硬化现象变得更加明显,在较低加载速率下,非晶材料倾向于发生局域化的不均匀性变形,因此硬化现象减弱。对非晶合金进行的熨压处理模拟表明,通过熨压处理可使试件表层或亚表层产生一定剪切形变,从而影响材料表面压痕力学性能。(4)根据非晶合金易脆易断裂的力学特点,设计由Cu-Zr非晶合金层和单晶Cu层组成的复合层材料(ACNL),以提高非晶材料变形塑形。对ACNL进行并联、串联两方向剪切模拟,结果表明两种变形模式下得到的模拟结果在屈服机制、塑形变形机制以及ACI协同作用上都有区别。在并联剪切变形模式下,ACNL的屈服与晶体层位错滑移的触发相关,其塑形变形由晶体层位错滑移以及非晶层中剪切带变形共同作用;串联剪切变形模式中,材料的屈服强度和塑性变形主要由非晶层决定。改变晶体层与非晶层的比例,研究表明随着晶体层厚度的增加,ACNL两变形模式下剪切弹性模量和剪切强度都有增加,并且由于尺寸效应的影响,ACNL剪切弹性模量的改变并不完全符合复合材料混合规律。另外,对ACNL进行压痕测试模拟表明,晶体层中位错滑移等变形通过ACI很容易影响非晶层中剪切带形成,据此可实现对非晶层材料塑形调控。本文通过分子动力学模拟方法,对非晶合金材料在多样测试环境,以及预应力、预变形等外界载荷因素下压痕响应进行研究,并揭示其在复杂载荷因素下微纳米级微观力学响应及变形机制,为非晶合金及其衍生材料制备研发、测试研究、工程应用提供研究基础。
邹敏杰[8](2020)在《高指数取向铁电薄膜畴结构的像差校正透射电子显微学研究》文中进行了进一步梳理铁电材料在居里温度以下存在自发电极化,而且该电极化可以与多种外场相互耦合,使得这类材料在非易失性存储器、制动器、微电子机械系统等功能器件领域具有巨大的应用前景。随着这类功能器件小型化和节能化的发展需求日益增强,以低维形式应用的铁电薄膜呈现出极大的优势,而薄膜内部的畴结构及其在外加电场演化行为对其使用性能具有决定性作用。本论文以经典四方铁电体PbTiO3为研究体系,利用脉冲激光沉积技术设计生长了多种薄膜体系,主要利用像差校正透射电子显微镜并结合压电力显微镜和高分辨X射线衍射从多尺度解析了薄膜的微观结构,深入研究了其中的畴结构在外加电场作用下的演化过程并分析了其对相关电学性能的影响。相关研究结果表明高指数[111]取向的铁电体薄膜具有迥异于[001]取向铁电体薄膜的性能特征,如较低的矫顽场、较高的介电性以及不受衬底钳制的压电响应等,然而由于高指数铁电薄膜的复杂性,对其中畴结构及其调控方法还缺乏深入的认识。为此,我们在正交结构的GdScO3(101)o衬底上外延生长了系列不同厚度的[111]取向PbTiO3薄膜,并研究了其中的畴结构演化特征和结构细节。我们发现,在衬底施加的非对称应变作用下,块体PbTiO3中三种铁弹变量在我们制备的薄膜中只存在其中两种(d2和d3),这两种铁弹变量在薄膜内部会形成d2/dg和d2-/d3+两种畴结构。随着薄膜厚度的增加,表面电荷效应会减弱,PbTiO3薄膜内部畴结构会由d2+/d3+和d2-/d3+混合畴组态转变为d2+/d3+单一畴组态,而且d2+/d3+畴结构的周期与薄膜厚度的平方根成正比,满足KMF定律。我们进一步研究了两种畴结构的极化分布特征和原子尺度上的结构细节,发现两种畴组态的极化和晶格应变分布特征均符合90°铁弹畴,而且晶格转角和应变的分布与c轴的投影分量直接相关。这些研究结果丰富了人们对铁电薄膜中畴结构及其调控手段的认识,并为基于铁电畴结构的纳米器件的设计提供了指导。畴结构对铁电材料的物理性能有重要影响,认识其在外电场作用下的演化是理解相关性能来源的关键所在,如畴结构在外电场下翻转被认为是准同型相界处(MPB)压电响应增强的原因之一,另外两种可能的贡献据认为是单斜相的本征晶格响应和外场导致的结构转变,表明在压电性贡献来源方面一直存在争议。为此我们设计制备了[111]和[001]取向的PbTiO3薄膜体系,后者作为对比。研究发现[001]取向的PbTiO3薄膜为四方结构,畴结构为单c畴结构,而[111]取向的PbTiO3薄膜为类MPB的单斜相结构,而且形成了畴壁面为{201}的单斜畴结构。然后,通过研究两种薄膜在外电场作用下的响应过程,发现[001]取向的PbTiO3薄膜只会经历铁电畴的翻转,而[111]取向的PbTiO3会依次发生铁电畴翻转和外场导致单斜到四方的可逆结构相变。最后我们结合压电响应过程分析,表明相对于单斜相本征晶格响应和畴结构的翻转,外加电场导致的结构转变对压电响应的贡献最大。该研究不仅揭示了单斜相畴结构的特征,还澄清了压电性贡献的来源,为高性能压电体的设计提供了思路。大量研究结果表明不仅仅铁电薄膜的畴结构会影响其性能,薄膜内部的微观结构也很重要,尤其是其引起的非均匀应变分布,如薄膜内部局域的非均匀应变可能会通过挠曲电效应影响薄膜内部极化的分布和畴组态进而影响铁电保持性,但相关实验证据还很不充分。为了直接研究铁电保持性和挠曲电效应的关系,我们设计生长了常规PbTiO3薄膜和应变梯度PbTiO3薄膜,利用像差校正透射电子显微镜结合压电力显微镜和X射线倒空间图谱对两种薄膜的畴结构演化过程和薄膜内部应变分布进行了深入分析,发现薄膜内部应变梯度的存在会导致铁电薄膜发生保持失效。原子尺度的晶格和成分分析表明Pb原子部分取代了PbTiO3中Ti的位置而形成了富集铅元素的反相畴结构,该结构对PbTiO3施加面外方向的拉应变从而在薄膜内部引入面外方向的应变梯度,该应变梯度通过挠曲电效应形成与翻转极化相反的挠曲电场,最终使PbTiO3薄膜发生保持失效。该结果从原子尺度上澄清了挠曲电导致铁电保持失效的原因,有助于进一步理解并提高氧化物铁电体的保持性及其在存储应用领域的可靠性。
崔安阳[9](2020)在《铁电晶格一级相变与极化特性的光谱-显微学研究》文中提出物质结构和声子-电子耦合机制的研究以及相图的构建在凝聚态物理和材料科学研究领域具有基础的物理意义,结构特征直接决定了材料所具备的不同功能性和潜在应用。近年来,随着信息技术、微电子材料和半导体技术的飞速发展,“摩尔定律”极限引发了半导体和信息材料研究领域遭遇一系列瓶颈问题,这要求现在的半导体及相关新材料的研究务须实现纳米尺寸低维化、光电/压电转换效率高、机械性能优异、环境适应性强、化学性质稳定和时间稳定等多重要求的目标。然而,在探索具有优异物理特性的新材料系统的同时,诸多微电子领域的传统材料的物理结构等基本问题还未被彻底澄清,这一方面取决于对传统功能材料体系的可控制备和器件设计的完善研究,另一方面要求突破传统分析技术对该体系材料的微观和宏观结构以及物理特性的系统认识。本论文着眼于此,以具有新型环境友好型强机电耦合响应的K0.5Na0.5NbO3体系为主要研究对象,基于实现原位光谱学和扫描探针显微成像(SPM)的耦合技术在揭示丰富的晶格结构细节和铁电极化特性等方面开展系统工作,提出了光谱学数据分析的新方法,设计了一套用于机电耦合性能成像和结构分析的新技术。(一)发展了基于拉曼(Raman)光谱和压电力显微镜的原位耦合探测技术,总结铁电自发极化、晶体内部能量演变、晶格对称性和一级相变之间的物理规律:对于结构性质较为复杂的铁电体系相变而言,包括典型的钙钛矿型ABO3或LiNbO3型等结构的铁电材料,铁电自发极化被考虑作为探索铁电晶格动力学在掺杂和多场调控下的序参量。目前,很多技术被用于研究物质晶格结构和相变规律,如X射线衍射(XRD)、介电温谱、红外光谱和拉曼光谱等。基于扫描探针显微镜的压电力显微(PFM)技术被认为是观察铁电材料表面面内和面外极化结构的有力工具,亦可以用于分析极化翻转、畴壁角度和极化方向。然而,自发极化作为铁电相变序参量在铁电相变过程中的具体演变过程仍不清晰,特别是对于新型高性能K0.5Na0.5NbO3基铁电钙钛矿体系。因此,我们在本研究过程中搭建了在0.1-1μm分辨率的原位成像技术实现在变温度区间内观察材料表面自发极化演变、晶体内部能量演化、相变、内部应变和晶格对称性演变之间系统的物理关系。原位拉曼光谱学-PFM显微学技术在K0.5Na0.5NbO3基组分修饰的单晶中观察到了其正交O相中绝大多数的畴壁角度类型及其随着晶格结构一级相变的演变过程,包括180°畴壁、90°-a畴壁、90°-a-c畴壁和60°畴壁。不同自发极化在发生热诱导正交O相至四方T相的相变过程中的的热动力学特性与晶格内部分子内键合强度和内能变化过程直接相关,根据系统能量最低原理完善了其中具体的物理规律,如晶体内部应力和键合强度的增强直接决定了铁电90°畴壁密度的降低。(二)确定了三种分析铁电一级相变和对称性演变的散射判据,并基于拉曼散射机制揭示了铁电一级相变、结构畸变和声子特性之间的本质规律:根据分析非偏振和四种构型的偏振拉曼散射的实验归纳和从光散射机制的物理理论分析两方面入手,仔细地讨论了在K0.5Na0.5NbO3基单晶一级相变过程中的拉曼散射特征与结构特性之间物理关联性,明确了声子频率、偏振散射强度和退偏比可以作为分析分子结构、对称性和一级相变的判据。声子频率的移动与在升温或降温过程中的晶格膨胀(键长变化)、声子占据行为和相变均有关系,本研究澄清了它们与声子频移的关系。从理论上证明了偏振散射强度正比于晶格的分子极化率,揭示了晶格振动对应的散射强度与分子中核外电子在原子空间的动态之间的物理关系。另外,根据计算退偏比随温度变化的规律讨论了不同晶格振动模式的对称性比较和伴随一级相变的演变过程。这些用于分析结构和对称性变化的拉曼散射判据不局限于K0.5Na0.5NbO3基铁电体,这种分析思路可以推广应用于更多仍不成熟的材料的结构研究之中。(三)提出了基于机器学习和大数据技术对凝聚态光谱学数据分析的材料学结构研究方法:材料信息学(Material Informatics)研究在最近几年蓬勃发展,机器学习技术和大数据分析技术在辅助分析来自实验和理论的多维数据中发挥重要作用。本研究涉及的光谱学和显微成像学手段的实验数据都具有维度高和信息量丰富等特点,非常适合于结合统计学算法的方法做进一步研究。为此,我们首次尝试建立一个来自于K0.5Na0.5NbO3基铁电体的拉曼散射光谱数据集,并寻找、训练、优化和应用一个机器学习分类算法实现对于晶格相结构和相图的预测。研究中我们选择了径向基核函数的支持向量机和主成分分析算法来设计晶格结构分类器,并实现了对于一组“新”拉曼光谱对应的晶体结构的准确预测。这一工作在基于机器学习的材料结构分析的研究中建立了一个统一框架,实现了从材料合成、实验表征和计算建模的协同作用,实现了铁电相分类器从材料合成到结构预测的完整工作流程,并且可以推广到更广泛的材料、生物和化学领域。(四)实现了基于扫描探针的PFM技术在导电液体环境中的机电耦合性能的纳米级探测技术:PFM技术在铁电表面极化性质的分析中发挥了重要作用,其可以准确地准确的量化畴结构角度和识别极化方向。铁电体中极化行为是一种典型的机电耦合特性,作为电能与机械能相互转化的性质,其广泛存在于不同的物质系统之中,如生物细胞、能量存储和所有的压电材料。然而目前在活体中探测细胞或组织的电响应、在实时的电解液环境中观测电化学反应等技术非常落后,该课题旨在实现利用PFM技术实现在导电的电解液中对物质的机电耦合性质进行表面显微分析和成像,并最终通过探针选择、实验设计和理论模拟等系统研究实现了在0.5 M浓度以下的液体中对铁电极化的显微成像。同时,利用有限元分析模拟了探针在成像中遭遇的电场屏蔽效应,澄清了在高浓度和高导电液体中PFM成像困难的物理问题。这一技术的实现未来会对诸如水下电子器件性能的实时研究、生物压电活体分析和电化学实时探测等领域起到重要的推进作用。
王湛[10](2020)在《VIB族过渡金属硫化物的可控生长与能带调控》文中研究指明近年来,二维(2D)过渡金属硫化物(TMDs)由于优异的物理性质及其在电子、光电子和储能转换等方面的应用而受到广泛的关注。以二硫化钼(Mo S2)、二硫化钨(WS2)为代表的VIB族超薄原子层范德华(Vd W)结构具有天然的带隙、较高的载流子迁移率、自旋-轨道耦合效应等出色的特性,这些特性与层数依赖的电子结构密切相关,通过异质结、固溶体和同素异构等方式实现精确的能带调控十分重要。优异的性质和可调谐的能带结构使得二维材料在场效应晶体管(FET)、光电探测、多功能存储和超导等领域有着巨大的应用前景。目前,化学气相沉积(CVD)已经成为大规模制备原子薄层二维材料的主要方法,但是,由于过渡金属氧化物(MOx)较高的熔点和生长中较低的蒸汽压,可控、高质量的TMDs生长仍然存在困难。二维材料成核和CVD生长中的反应机理尚不明确。能够简单制备界面清晰的面内异质结技术对未来的器件应用十分关键。另外,由于碲原子金属性较强且与过渡金属原子结合能较弱,使用CVD方法制备二维碲化物及固溶体存在一定挑战。如何实现二维材料可控的相选择性生长还需要进一步讨论。本论文发展了一种氯化钠(Na Cl)辅助制备单层Mo S2、WS2,及一步生长面内异质结的CVD方法,实现了大尺寸、无掺杂、高质量的可控生长。揭示了Na Cl在降低反应温度和辅助生长中的机理,证明了反应中形成含Na的中间物质可以作为前驱体被硫化生成二维材料。在此基础上,我们利用氢气(H2)在CVD生长中的调节,实现了不同组分WS2(1-x)Te2x(0<x<1)固溶体的制备和2H相与1T’相的选择性生长,分析了不同相结构中S、Te原子的分布规律,并对固溶体中随组分变化的光学性质与电学性质展开了深入地讨论。综上,本论文具体的研究内容如下:(1)氯化钠辅助生长高质量单层Mo S2、WS2及其面内异质结发展了一种Na Cl辅助生长大面积、高质量单层Mo S2、WS2,及一步生长面内异质结的CVD方法。系统研究了Na Cl含量、生长温度和气流等条件对材料生长的调控影响。拉曼(Raman)、光致发光谱(PL)和高分辨电镜(HRTEM)等表征证明,反应中Na Cl不会在晶格中引起故意掺杂或者明显的缺陷。制备的Mo S2-FETs具有最高24.5cm2V-1s-1的电子迁移率和107开关比,表现出与氧化物前驱体生长相当的电学特性。由于Na Cl的引入优化了Mo S2、WS2的反应窗口,使得两种材料可以先后在内、外核连续一步生长,Raman成像和透射电镜(TEM)证明本论文中一步法制备的面内异质结具有清晰的异质界面。(2)氯化钠辅助生长的机理分析研究与单独使用二氧化钼(Mo O2)和三氧化钨(WO3)氧化物前驱体相比,Na Cl的引入可以在生长中分别降低100和200°C的反应温度,实现Mo S2和WS2的大尺寸生长。使用化学表征方法分析了前驱体在反应中的变化过程,首次论述了Na离子在Na Cl辅助生长中的作用机理:蒸发的Na Cl与MOx可以在衬底上生成含Na的三元中间产物NaxMOy颗粒,一方面这些颗粒可以在衬底上提供成核点,另一方面,它们还可以作为金属源前驱体在衬底上被逐步硫化最终形成单层的Mo S2/WS2材料。衬底上残余未反应的含Na物质可以通过湿法转移去除。这种Na Cl辅助的方法还可以生长VIB族硒化物如二硒化钨(WSe2)、碲化物如二碲化钼/二碲化钨(Mo Te2/WTe2),具有推广到制备其他二维材料和异质结、合金的潜能。(3)单层2H/1T’相WS2(1-x)Te2x固溶体的可控制备和相调控通过H2在生长中的调节,制备了不同Te组份的单层WS2(1-x)Te2x固溶体(x=0-1),Te组分的变化可以实现半导体2H相(x<50%)与半金属1T’相(x>50%)之间的转化。在固溶体过程中,2H相材料的光学带隙随Te组分的增加从1.97 e V减小到1.67 e V,而在1T’相中发生淬灭。首次报道并分析出Raman光谱随合金组分的变化规律。微观电镜分析表明在2H相中,Te原子随机分布在硫属原子格点;在1T’相中,S原子选择性分布在W原子链周围的硫属格点。最后,研究了固溶体制备的FETs电学特性,在半导体相中,Te原子的引入会引起材料的p型掺杂导致晶体管阈值的正漂;在半金属相中,S原子同样会调整合金材料的电导行为。
二、蒙药有效成分单晶结构分析的基本原理(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、蒙药有效成分单晶结构分析的基本原理(论文提纲范文)
(1)共晶技术改善羟基酪醇的物理性状及稳定性(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 引言 |
1.1 药物共晶的概念 |
1.2 超分子化学和晶体工程学在共晶中的应用 |
1.3 共晶的制备方法 |
1.3.1 溶液挥发法 |
1.3.2 反应结晶法 |
1.3.3 冷却结晶法 |
1.3.4 反溶剂结晶法 |
1.3.5 研磨法 |
1.3.6 喷雾干燥法 |
1.3.7 热熔挤出法 |
1.3.8 超临界流体法 |
1.4 常用的分析及表征方法 |
1.4.1 X-射线粉末衍射法(X-ray Powder Diffraction,XRPD) |
1.4.2 单晶X-射线衍射法(Single Crystal X-ray Diffraction,SCXRD) |
1.4.3 差示扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry,DSC) |
1.4.4 热重分析法(Thermo Gravimetric Analysis,TGA) |
1.4.5 红外光谱法(Infrared spectroscopy,IR) |
1.4.6 拉曼光谱法(Raman spectroscopy,Raman) |
1.4.7 动态蒸汽吸附法(Dynamic Vapor Sorption,DVS) |
1.4.8 固态核磁法(solid state Nuclear Magnetic Resonance,ss NMR) |
1.5 共晶对药物理化性质的影响 |
1.5.1 溶解度 |
1.5.2 渗透性 |
1.5.3 引湿性 |
1.5.4 生物利用度 |
1.5.5 熔点 |
1.5.6 稳定性 |
第2章 羟基酪醇的共晶研究 |
2.1 引言 |
2.2 实验仪器及方法 |
2.2.1 药品与试剂 |
2.2.2 实验仪器及测试条件 |
2.3 实验内容 |
2.3.1 羟基酪醇共晶的制备 |
2.3.2 共晶多晶型的转变关系及结晶条件研究 |
2.3.3 稳定性实验考察 |
2.4 实验结果及讨论 |
2.4.1 物理性状考察 |
2.4.2 X射线粉末衍射分析 |
2.4.3 热分析 |
2.4.4 单晶结构分析 |
2.4.5 红外和拉曼光谱分析 |
2.4.6 引湿性分析 |
2.4.7 共晶多晶型的转变关系及结晶条件研究 |
2.4.8 稳定性实验考察 |
2.5 本章小结 |
第3章 结论与展望 |
参考文献 |
附录 |
英文缩略词表 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
(2)基于广义层错能立方金属塑性变形机制的原子计算模拟(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 B2金属间化合物的塑性变形机制 |
1.2.1 晶体结构与基本性质 |
1.2.2 塑性变形机制与位错组态 |
1.2.3 位错分解组态与交滑移机制 |
1.3 FCC中高熵合金的塑性变形机制 |
1.3.1 中高熵合金简介 |
1.3.2 中高熵合金自由能与相稳定性 |
1.3.3 中高熵合金变形机制与力学性能 |
1.3.4 相关理论研究现状及发展趋势 |
1.4 广义层错能 |
1.4.1 广义层错能的概念 |
1.4.2 广义层错能的应用与孪生判据 |
1.4.3 广义层错能的影响因素 |
1.5 研究目的、内容与意义 |
第2章 计算模拟方法及基本原理 |
2.1 引言 |
2.2 分子静力学和动力学模拟 |
2.2.1 基本流程 |
2.2.2 分子静力学原理 |
2.2.3 分子动力学原理 |
2.2.4 原子交互作用的对势 |
2.2.5 原子交互作用的多体势 |
2.2.6 位错的构建 |
2.2.7 边界条件 |
2.3 数据分析及缺陷处原子的可视化 |
2.3.1 应力计算 |
2.3.2 近邻原子分析 |
2.3.3 原子能量筛选法 |
2.3.4 差分位移方法 |
2.4 第一性原理计算 |
2.4.1 薛定谔方程与密度泛函理论 |
2.4.2 Kohn-Sham方程 |
2.4.3 交换关联泛函 |
2.4.4 Exact Muffin-tin orbitals方法 |
2.4.5 相干势近似 |
2.5 本章小结 |
第3章 不同B2合金中超螺位错的分解与滑移行为 |
3.1 引言 |
3.2 模拟计算模型与势函数构建 |
3.2.1 模拟计算模型 |
3.2.2 势函数构建 |
3.3 模拟结果与分析讨论 |
3.3.1 广义层错能判据的失效 |
3.3.2 成分对超位错分解组态的影响 |
3.3.3 构建超位错分解组态能量最小化判据 |
3.3.4 超位错的交滑移行为 |
3.4 本章小结 |
第4章 压强对FeAl中超螺位错分解与滑移的影响 |
4.1 引言 |
4.2 模拟计算模型 |
4.2.1 压强的施加方法 |
4.2.2 弹性性能计算模型 |
4.2.3 模拟位错演化模型 |
4.3 模拟结果与分析讨论 |
4.3.1 压强对晶体学性质的影响 |
4.3.2 压强对超位错分解的影响 |
4.3.3 压强对超位错屈服的影响 |
4.3.4 压强下超位错的交滑移机制 |
4.4 本章小结 |
第5章 成分对中高熵合金孪生和强塑性能的影响 |
5.1 引言 |
5.2 计算方法与模型 |
5.2.1 成分变化设计思路 |
5.2.2 计算超胞与参数设置 |
5.2.3 广义层错能 |
5.2.4 弹性常数与弹性模量 |
5.3 计算结果 |
5.3.1 中熵合金晶格常数与相稳定性 |
5.3.2 中熵合金的层错能与孪生倾向 |
5.3.3 中熵合金的弹性性能 |
5.3.4 高熵合金晶格常数与相稳定性 |
5.3.5 高熵合金的层错能与孪生倾向 |
5.3.6 高熵合金的弹性性能 |
5.4 分析与讨论 |
5.4.1 成分优化设计原则与关键参数 |
5.4.2 中熵合金成分优化设计 |
5.4.3 高熵合金合金化设计 |
5.5 本章小结 |
第6章 压强和温度对中高熵合金孪生倾向的影响 |
6.1 引言 |
6.2 计算方法与模型 |
6.2.1 压强和温度设定 |
6.2.2 分子静力学模拟 |
6.3 计算结果与分析 |
6.3.1 压强对中高熵合金层错能和孪生倾向的影响 |
6.3.2 压强对Cu、Ag孪生倾向和位错分解的影响 |
6.3.3 压强对中高熵合金相稳定性的影响 |
6.3.4 温度对中高熵合金层错能和孪生倾向的影响 |
6.3.5 温度对中高熵合金弹性性能的影响 |
6.4 本章小结 |
第7章 全文总结 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文 |
作者简历 |
(3)新型硼/磷酸盐光电功能晶体的生长及性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 非线性光学晶体 |
1.2.1 非线性光学效应 |
1.2.2 非线性光学晶体的研究现状 |
1.3 压电晶体 |
1.3.1 压电效应 |
1.3.2 压电晶体的研究现状 |
1.4 双折射晶体 |
1.4.1 双折射效应 |
1.4.2 双折射晶体的研究现状 |
1.5 本论文的选题依据、目的及主要研究内容 |
第二章 样品制备与表征方法 |
2.1 实验原料 |
2.2 固相合成 |
2.3 晶体生长 |
2.3.1 提拉法 |
2.3.2 助熔剂法 |
2.3.3 晶体生长设备 |
2.4 X射线衍射分析 |
2.4.1 粉末X射线衍射 |
2.4.2 单晶X射线衍射 |
2.4.3 Laue衍射 |
2.4.4 高分辨X射线衍射 |
2.5 成分分析 |
2.5.1 电子探针显微分析 |
2.5.2 能量分散谱 |
2.6 性能表征 |
2.6.1 光学性能表征 |
2.6.2 热学特性 |
2.6.3 电学性能 |
2.6.4 机械特性与化学稳定性 |
2.7 第一性原理计算 |
第三章 Te_2O(PO_4)_2晶体的生长及光学性能研究 |
引言 |
3.1 固相合成 |
3.2 热稳定性分析 |
3.3 Te_2O(PO_4)_2单晶生长 |
3.3.1 铂金丝诱导自发结晶 |
3.3.2 非定向籽晶生长 |
3.3.3 定向籽晶生长 |
3.3.4 晶体色心研究及优化生长 |
3.4 晶体质量 |
3.4.1 高分辨X射线测试 |
3.4.2 Laue衍射测试 |
3.5 Te_2O(PO_4)_2晶体结构 |
3.5.1 晶体结构测试 |
3.5.2 晶体结构讨论 |
3.6 晶体的基本性能 |
3.6.1 晶体密度 |
3.6.2 晶体硬度 |
3.7 晶体的光学性能 |
3.7.1 紫外-可见-红外透过光谱 |
3.7.2 激光损伤阈值特性 |
3.7.3 粉末倍频性能 |
3.7.4 折射率 |
3.7.5 晶体定向 |
3.8 Te_2O(PO_4)_2晶体的第一性原理计算 |
3.9 Te_2O(PO_4)_2晶体的热性能 |
3.9.1 热膨胀 |
3.9.2 比热 |
3.9.3 热扩散和热导率 |
3.10 本章小结 |
第四章 Te_2O(PO_4)_2晶体的电弹性能研究 |
引言 |
4.1 Te_2O(PO_4)_2晶体的切型设计 |
4.2 介电常数 |
4.3 压电常数和弹性常数 |
4.4 高温电阻率 |
4.5 压电常数的高温稳定性 |
4.6 晶体结构与压电性能相关性 |
4.7 铁电性 |
4.8 本章小结 |
第五章 Te_3O_3(PO_4)_2晶体的生长及性能研究 |
引言 |
5.1 晶体生长 |
5.1.1 多晶合成与热稳定性研究 |
5.1.2 单晶生长与结晶质量 |
5.2 晶体结构 |
5.3 光学特性 |
5.3.1 紫外-可见-红外透过光谱 |
5.3.2 激光损伤阈值特性 |
5.3.3 晶体的双折射率 |
5.4 晶体结构与性能的相关性 |
5.5 第一性原理计算 |
5.6 本章小结 |
第六章 Bi_3TeBO_9晶体的生长及性能研究 |
引言 |
6.1 晶体生长 |
6.1.1 多晶原料合成 |
6.1.2 热稳定性分析 |
6.1.3 提拉法生长Bi_3TeBO_9 |
6.1.4 助熔剂法生长Bi_3TeBO_9 |
6.1.5 电子顺磁共振波谱 |
6.1.6 晶体的结晶质量 |
6.2 晶体结构 |
6.3 晶体的基本物理特性 |
6.3.1 晶体密度 |
6.3.2 晶体硬度 |
6.3.3 晶体的化学稳定性 |
6.4 晶体的光学特性 |
6.4.1 透过光谱 |
6.4.2 激光损伤阈值特性 |
6.4.3 折射率 |
6.4.4 粉末倍频特性 |
6.4.5 晶体的偶极矩 |
6.5 晶体的热学性能 |
6.5.1 比热 |
6.5.2 热扩散和热导率 |
6.6 第一性原理计算 |
6.7 晶体的电学性能 |
6.7.1 压电性能 |
6.7.2 高温压电性能 |
6.7.3 铁电性 |
6.8 Pr:Bi_3TeBO_9晶体生长和光学性能研究 |
6.8.1 晶体生长 |
6.8.2 吸收光谱 |
6.8.3 J-O理论分析 |
6.8.4 荧光发射光谱 |
6.8.5 荧光寿命 |
6.9 本章小结 |
第七章 总结与展望 |
7.1 主要结论 |
7.1.1 Te_2O(PO_4)_2晶体的生长及光学性能研究 |
7.1.2 Te_2O(PO_4)_2晶体的电弹性能研究 |
7.1.3 Te_3O_3(PO_4)_2晶体的生长及性能研究 |
7.1.4 Bi_3TeBO_9晶体的生长及性能研究 |
7.2 论文主要创新点 |
7.3 有待深入研究的工作 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间发表的学术论文和专利 |
攻读学位期间所获的奖励 |
Paper 1 |
Paper 2 |
附件 |
(4)钙钛矿氧化物超薄膜的外延生长和物理性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 磁性氧化物LaCoO_3的概述 |
1.3 具有二维电子气的LaTiO_3薄膜的概述 |
1.4 超晶格LaCoO_3/LaTiO_3中的输运性概述 |
1.5 本论文的主要研究内容 |
第二章 实验方法及表征手段 |
2.1 靶材烧制 |
2.2 基片处理 |
2.3 外延薄膜的生长 |
2.3.1 脉冲激光沉积技术 |
2.3.2 脉冲激光沉积的基本原理 |
2.3.3 反射式高能电子衍射 |
2.3.4 薄膜成核生长的基本原理 |
2.4 薄膜物相结构与形貌表征 |
2.4.1 X射线衍射 |
2.4.2 X射线吸收谱 |
2.4.3 原子力显微镜 |
2.5 外延薄膜的物性表征 |
2.5.1 磁性表征 |
2.5.2 电输运性测试 |
2.6 本章小结 |
第三章 过渡金属氧化物薄膜LaCoO_3与LaTiO_3的性能研究 |
3.1 LaCoO_3薄膜的外延生长与磁性研究 |
3.1.1 LaCoO_3外延薄膜的生长 |
3.1.2 不同应力的LaCoO_3外延薄膜 |
3.1.3 不同取向的LaCoO_3外延薄膜 |
3.1.4 不同厚度的LaCoO_3外延薄膜 |
3.1.5 LaCoO_3薄膜的电子结构及低温铁磁性 |
3.2 LaTiO_3单晶薄膜和非晶薄膜的生长与输运性研究 |
3.2.1 温度对LaTiO_3外延薄膜生长及电输运性的影响 |
3.2.2 氧分压对LaTiO_3外延薄膜生长及电输运性的影响 |
3.2.3 厚度对单晶LaTiO_3薄膜输运性的影响 |
3.2.4 不同取向单晶LaTiO_3薄膜中的界面输运性 |
3.2.5 非晶LaTiO_3薄膜中的界面输运性 |
3.3 本章小结 |
第四章 LaCoO_3/LaTiO_3超晶格外延薄膜中的价态变化及电荷转移研究 |
4.1 LaCoO_3/LaTiO_3超晶格的生长 |
4.1.1 LaCoO_3/LaTiO_3超薄膜生长条件的确定 |
4.1.2 生长LaCoO_3/LaTiO_3超晶格薄膜 |
4.2 LaCoO_3/LaTiO_3超晶格中Co、Ti价态变化的研究 |
4.2.1 不同结构LaCoO_3/LaTiO_3超晶格中的Co、Ti价态 |
4.2.2 界面数量对LaCoO_3/LaTiO_3超晶格中Co、Ti价态的影响 |
4.2.3 改变超晶格中LaCoO_3与LaTiO_3的相对厚度时Co、Ti价态的变化情况 |
4.3 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 全文总结 |
5.2 本论文创新点 |
5.3 后续研究的展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间的研究成果 |
(5)过渡态金属氧族化合物的电子结构和电化学性质研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 电催化分解水的反应步骤和基本原理 |
1.2.1 反应步骤 |
1.2.2 基本原理 |
1.2.3 评估参数 |
1.3 OER催化剂的研究现状 |
1.4 本论文的主要工作 |
第二章 实验方法 |
2.1 引言 |
2.2 脉冲激光沉积法 |
2.2.1 激光脉冲沉积的实验设备 |
2.2.2 激光脉冲沉积的基本原理 |
2.2.3 激光脉冲沉积法的优势和不足 |
2.3 制备用于OER催化剂的薄膜样品 |
2.3.1 靶材制备 |
2.3.2 薄膜生长 |
2.4 结构表征 |
2.4.1 X射线衍射 |
2.4.2 扫描电子显微镜 |
2.4.3 透射电子显微镜 |
2.4.4 X射线光电子能谱 |
2.4.5 X射线吸收光谱 |
2.5 电化学测试 |
2.5.1 基底选取 |
2.5.2 电极制备 |
2.6 实验设备及实验材料 |
2.7 本章小结 |
第三章 不同结构SrRuO_3薄膜的电化学性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 样品的制备与结构表征 |
3.2.1 样品的制备 |
3.2.2 样品的结构表征 |
3.3 电化学测试结果 |
3.4 电子结构分析 |
3.5 本章小结 |
第四章 氧分压调控非晶SrRuO_3薄膜的电化学性能 |
4.1 引言 |
4.2 结构表征与电化学测试 |
4.3 电子结构分析 |
4.4 本章小结 |
第五章 非晶SrRuO_3电化学稳定性的研究 |
5.1 引言 |
5.2 非晶SrRuO_3薄膜电化学稳定性研究 |
5.2.1 非晶SrRuO_3薄膜电化学反应过程中的自适应性 |
5.2.2 一种提高非晶SrRuO_3薄膜电化学稳定性的方法 |
5.3 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 本论文的创新点 |
6.3 后续相关工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间的研究成果 |
(6)外延氧化锡和锡酸锌单晶薄膜的制备及性能调控(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
符号表 |
第一章 绪论 |
§1.1 概述 |
§1.2 SnO_2材料的性质及应用 |
§1.3 Zn_2SnO_4材料的性质及应用 |
§1.4 SnO_2和Zn_2SnO_4薄膜的研究现状 |
1.4.1 SnO_2薄膜的研究现状 |
1.4.2 Zn_2SnO_4薄膜的研究现状 |
§1.5 课题的选取 |
本章参考文献 |
第二章 薄膜制备设备及测试方法 |
§2.1 SnO_2薄膜的制备 |
2.1.1 MOCVD的基本原理 |
2.1.2 本研究使用的MOCVD系统 |
§2.2 Zn_2SnO_4薄膜的制备 |
2.2.1 PLD的基本原理 |
2.2.2 本研究使用的PLD系统 |
§2.3 薄膜性质的测试分析方法 |
2.3.1 结构和组分测试 |
2.3.2 表面形貌测试 |
2.3.3 电学和光学性质测试 |
2.3.4 紫外探测器时间响应和光谱测试 |
本章参考文献 |
第三章 MgF_2衬底SnO_2外延单晶薄膜的制备与性质研究 |
§3.1 MgF_2(001)衬底SnO_2外延薄膜的制备与性质 |
3.1.1 衬底温度对SnO_2薄膜组分的影响 |
3.1.2 衬底温度对SnO_2薄膜结构的影响 |
3.1.3 MgF_2(001)衬底与SnO_2薄膜的外延关系 |
3.1.4 SnO_2薄膜的电学和光学性质 |
§3.2 MgF_2(110)衬底SnO_2外延薄膜的制备与性质 |
3.2.1 SnO_2薄膜的结构及外延关系 |
3.2.2 SnO_2薄膜的组分分析 |
3.2.3 SnO_2薄膜的电学性质 |
3.2.4 SnO_2薄膜的光学性质 |
本章总结 |
本章参考文献 |
第四章 掺杂SnO_2外延薄膜的制备与性质研究 |
§4.1 MgF_2(110)衬底Nb掺杂SnO_2外延薄膜的制备与性质 |
4.1.1 SnO_2:Nb薄膜的成分分析 |
4.1.2 Nb掺杂浓度对SnO_2薄膜结构和表面形貌的影响 |
4.1.3 SnO_2:Nb薄膜的微观结构 |
4.1.4 SnO_2:Nb薄膜的电学和光学性质 |
§4.2 MgF_2(110)衬底Ta掺杂SnO_2外延薄膜的制备与性质 |
4.2.1 SnO_2:Ta薄膜的成分分析 |
4.2.2 Ta掺杂浓度对SnO_2薄膜结构的影响 |
4.2.3 薄膜的外延关系和微观结构 |
4.2.4 SnO_2:Ta薄膜的电学性质 |
4.2.5 SnO_2:Ta薄膜的光学性质 |
4.2.6 SnO_2:Ta薄膜的光致发光性质及机制分析 |
§4.3 a-Al_2O_3(012)衬底Ta掺杂SnO_2外延薄膜的制备与性质 |
4.3.1 Ta掺杂浓度对薄膜结构的影响 |
4.3.2 Ta掺杂浓度对薄膜形貌和生长速率的影响 |
4.3.3 SnO_2:Ta薄膜的电学性质 |
4.3.4 SnO_2:Ta薄膜的光学性质 |
本章参考文献 |
第五章 Zn_2SnO_4外延单晶薄膜的制备与性质研究 |
§5.1 Zn_2SnO_4薄膜的制备工艺与衬底筛选 |
§5.2 MgO(110)衬底Zn_2SnO_4薄膜的制备及特性 |
5.2.1 退火温度对Zn_2SnO_4薄膜结构的影响 |
5.2.2 Zn_2SnO_4薄膜的微观结构 |
5.2.3 Zn_2SnO_4薄膜的光学性质 |
§5.3 MgO(100)衬底上Zn_2SnO_4单晶薄膜的制备及特性 |
5.3.1 退火温度对Zn_2SnO_4薄膜结构和表面形貌的影响 |
5.3.2 Zn_2SnO_4单晶薄膜的外延关系及微观结构 |
5.3.3 Zn_2SnO_4外延薄膜成分分析 |
5.3.4 Zn_2SnO_4外延薄膜的光学性质 |
§5.4 基于MgO(100)衬底Ta掺杂Zn_2SnO_4薄膜的紫外光探测器 |
5.4.1 Ta掺杂浓度对Zn_2SnO_4薄膜的结构和表面形貌的影响 |
5.4.2 Zn_2SnO_4:Ta薄膜的光学性质 |
5.4.3 Zn_2SnO_4:Ta基MSM紫外探测器的结构与制备 |
5.4.4 Zn_2SnO_4:Ta薄膜MSM紫外探测器的光谱响应和时间响应 |
本章参考文献 |
第六章 结论 |
博士期间发表论文目录 |
致谢 |
Paper 1 |
Paper 2 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(7)基于分子动力学模拟的非晶合金纳米压痕响应研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 非晶合金材料发展 |
1.2.1 非晶合金的基本结构 |
1.2.2 非晶结构基本形变理论 |
1.3 非晶合金力学性能研究进展 |
1.3.1 非晶合金的力学性能 |
1.3.2 非晶合金变形模式 |
1.3.3 纳米压痕测试 |
1.3.4 压痕作用下非晶合金剪切带 |
1.3.5 非晶合金增韧方法及机制 |
1.4 分子动力学在非晶合金力学性能分析中的应用 |
1.4.1 非晶合金材料的几种主要计算模拟方法 |
1.4.2 非晶合金分子动力学研究进展 |
1.4.3 非晶合金压痕分子动力学模拟 |
1.5 本文主要研究内容 |
第2章 分子动力学基本原理及非晶合金模型 |
2.1 分子动力学简介 |
2.1.1 基本原理 |
2.1.2 分子动力学重要参数和概念 |
2.1.3 模拟结果分析方法 |
2.2 非晶合金模型构建和原子结构分析 |
2.2.1 非晶合金模型构建 |
2.2.2 非晶模型的验证和结构分析 |
2.2.3 冷却速率对非晶合金结构的影响 |
2.2.4 温度对非晶合金结构的影响 |
2.3 本章小结 |
第3章 非晶合金压痕过程的分子动力学模拟 |
3.1 非晶合金二维/三维压痕模型构建及对比 |
3.1.1 非晶合金压痕模型建立 |
3.1.2 Hertz弹性接触理论 |
3.1.3 压痕弹性段拟合及屈服点分析 |
3.1.4 剪切带对比 |
3.2 影响非晶合金力学性能的几个因素 |
3.2.1 非晶材料组分和制备冷却速率的影响 |
3.2.2 温度的影响 |
3.3 压痕参数对非晶合金压痕测试结果的影响 |
3.3.1 压痕中加载速率的影响 |
3.3.2 压头尺寸的影响 |
3.4 本章小结 |
第4章 预应力对非晶合金压痕影响研究 |
4.1 非晶合金的拉伸/压缩模拟 |
4.2 预应力下非晶合金压痕的模拟 |
4.2.1 预应力对非晶合金微结构的影响 |
4.2.2 预应力对压痕弹性接触应力场分布的影响 |
4.2.3 预应力压痕模拟结果 |
4.2.4 预应力压痕过程剪切带扩展 |
4.2.5 压头半径的影响 |
4.3 预应力压痕中的脆性行为能量法分析 |
4.4 本章小结 |
第5章 预塑性变形对非晶合金压痕影响研究 |
5.1 循环压痕加载对非晶合金力学性能影响 |
5.1.1 模型建立 |
5.1.2 循环压痕模拟结果 |
5.1.3 硬化行为分析 |
5.1.4 温度对硬化现象的影响 |
5.1.5 加载速率对硬化现象的影响 |
5.2 熨压过程对非晶合金压痕测试的影响 |
5.2.1 熨压模型建立 |
5.2.2 熨压处理对非晶合金材料表面影响 |
5.2.3 熨压处理后非晶合金压痕测试结果 |
5.3 本章小结 |
第6章 非晶合金复合层材料的力学性能及压痕研究 |
6.1 非晶-晶体金属复合材料剪切模拟 |
6.1.1 ACNL剪切模型建立 |
6.1.2 ACI结构分析 |
6.1.3 ACNL剪切变形行为的各向异性 |
6.1.4 ACI在两种变形模式中作用 |
6.1.5 ACNL晶体层厚度比的影响 |
6.2 ACNL压痕模拟研究 |
6.2.1 ACNL压痕模型建立 |
6.2.2 ACNL压痕结果 |
6.2.3 压痕协作变形分析 |
6.3 本章小结 |
第7章 总结与展望 |
参考文献 |
作者简介及主要研究成果 |
致谢 |
(8)高指数取向铁电薄膜畴结构的像差校正透射电子显微学研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.1.1 铁电薄膜畴结构及其调控 |
1.1.2 铁电薄膜材料的保持失效与挠曲电性 |
1.1.3 钙钛矿铁电体的压电性 |
1.2 先进透射电子显微学在钙钛矿功能薄膜中的应用 |
1.3 本论文的选题意义及研究内容 |
第2章 实验方法 |
2.1 样品制备 |
2.1.1 薄膜的生长模式 |
2.1.2 脉冲激光沉积 |
2.1.3 透射电镜样品制备 |
2.2 透射电子显微学分析方法 |
2.2.1 透射电子镜基本工作原理 |
2.2.2 电子衍射与衍衬分析 |
2.2.3 高分辨透射电子显微学(HRTEM) |
2.2.4 扫描透射电子显微学(STEM) |
2.2.5 X射线能量色散谱(EDS)和电子能量损失谱(EELS) |
2.2.6 像差校正透射电子显微学 |
2.2.7 透射电子显微镜实验设备 |
2.3 基于STEM的定量透射电子显微学分析方法 |
2.3.1 实空间寻峰拟合分析(Peak Finding) |
2.3.2 倒空间几何相位分析(Geometric Phase Analysis,GPA) |
2.4 压电力显微镜 |
2.4.1 压电力显微镜基本原理 |
2.4.2 双频共振追踪压电力显微镜模式 |
2.5 高分辨X射线衍射 |
第3章 非对称应变调控[111]取向PbTiO_3薄膜畴结构 |
3.1 引言 |
3.2 实验方法 |
3.3 实验结果分析 |
3.3.1 [111]取向PbTiO_3中畴结构特征 |
3.3.2 [111]取向PbTiO_3薄膜中畴结构衍射与衍衬分析 |
3.3.3 d_2~+/d_3~+畴的周期与厚度的变化规律 |
3.3.4 [111]PTO薄膜原子尺度畴结构特征 |
3.3.5 PFM研究 |
3.4 讨论 |
3.4.1 应变调控[111]-PbTiO_3的畴结构 |
3.4.2 畴的周期与厚度的演化规律 |
3.5 本章小结 |
第4章 压电响应贡献来源研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验方法 |
4.3 实验结果分析 |
4.3.1 [001]和[111]取向PbTiO_3薄膜畴结构 |
4.3.2 两种取向薄膜晶体结构分析 |
4.3.3 PbTiO_3薄膜畴结构在外电场作用下的运动 |
4.3.4 压电性贡献研究 |
4.4 讨论 |
4.5 本章小结 |
第5章 挠曲电致铁电保持失效 |
5.1 引言 |
5.2 实验方法 |
5.3 实验结果 |
5.3.1 PbTiO_3薄膜宏观结构特征 |
5.3.2 PbTiO_3薄膜畴的翻转和保持性研究 |
5.3.3 PbTiO_3薄膜原子尺度结构成分分析 |
5.4 讨论 |
5.5 本章小结 |
第6章 结论 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
(9)铁电晶格一级相变与极化特性的光谱-显微学研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 铁电晶体概论 |
1.2 铁电相变的热力学理论 |
1.3 铁电相变的拉曼光谱表征技术 |
1.4 扫描探针与压电力显微成像技术 |
1.5 本论文主要内容及研究意义 |
1.5.1 一级不连续相变的拉曼散射特征研究 |
1.5.2 基于机器学习拉曼散射方法的物质相变研究 |
1.5.3 PFM技术在机电耦合成像上的发展 |
参考文献 |
第二章 铁电一级不连续相变的拉曼散射特征研究 |
2.1 引言 |
2.2 铁电晶体制备和拉曼光谱表征方法 |
2.2.1 铌酸钾钠基单晶制备方法 |
2.2.2 拉曼光谱数据采集与分析方法 |
2.3 一级相变的拉曼散射判据理论基础 |
2.3.1 声子频率 |
2.3.2 偏振拉曼散射强度 |
2.3.3 退偏比 |
2.3.4 铁电一级相变过程自发极化与拉曼散射强度的关系 |
2.4 拉曼散射研究一级相变的实验验证 |
2.4.1 声子频率的温度依赖性 |
2.4.2 偏振拉曼散射与一级相变的不连续性验证 |
2.4.3 基于拉曼光谱分析铁电畴结构 |
2.5 本章小结 |
参考文献 |
第三章 原位研究K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3 基单晶一级相变的结构特性 |
3.1 引言 |
3.2 铌酸钾钠单晶制备和原位表征技术细节 |
3.3 一级相变中晶格结构与畴演化过程研究 |
3.3.1 实验基础 |
3.3.2 基于拉曼光谱的单晶结构和相变研究 |
3.3.3 铁电一级相变的自发极化与畴结构研究 |
3.4 本章小结 |
参考文献 |
第四章 基于拉曼散射和机器学习方法研究铁电结构相变 |
4.1 引言 |
4.2 单晶生长、拉曼光谱集和分类模型建立基础 |
4.3 基于拉曼光谱集的机器学习模型的建立 |
4.4 基于拉曼光谱集的机器学习模型的性能分析与优化 |
4.5 基于拉曼光谱的相分类器模型的结构预测 |
4.6 主成分分析在本研究中的作用 |
4.7 本章小结 |
参考文献 |
第五章 基于液下压电力显微技术的铁电极化特性成像 |
5.1 引言 |
5.2 导电液体环境中PFM成像的实验设计 |
5.2.1 探针的选择与电学性能 |
5.2.2 模型铁电样品的选择 |
5.3 探究导电液体环境中PFM成像能力 |
5.4 机电耦合成像中电场屏蔽效应的理论建模和分析 |
5.5 本章小结 |
参考文献 |
第六章 总结与展望 |
6.1 主要研究成果总结 |
6.2 展望 |
附录Ⅰ 图表清单 |
附录Ⅱ 机器学习模型核心源代码 |
附录Ⅲ 攻读博士学位期间的科研成果及奖励 |
附录Ⅳ 致谢 |
(10)VIB族过渡金属硫化物的可控生长与能带调控(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
符号对照表 |
缩略语对照表 |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 过渡金属硫化物的结构与性质 |
1.3 过渡金属硫化物的生长 |
1.4 过渡金属硫化物的能带调控 |
1.4.1 异质结的制备与应用 |
1.4.2 固溶体的生长与能带调节 |
1.4.3 相变与相选择性制备 |
1.5 过渡金属硫化物晶体管 |
1.6 课题的意义与本文的主要工作 |
第二章 过渡金属硫化物成核生长的基本原理及表征方法 |
2.1 实验设备 |
2.2 过渡金属硫化物成核与生长的基本原理 |
2.2.1 氧化物前驱体成核生长的实验分析 |
2.2.2 NaCl辅助生长的机理分析 |
2.2.3 反应气体的作用分析 |
2.3 二维材料转移技术 |
2.4 测试仪器与器件制备 |
2.4.1 形貌表征 |
2.4.2 光学表征 |
2.4.3 成分表征 |
2.4.4 结构分析 |
2.4.5 电子器件的制备与测量 |
第三章 氯化钠辅助生长高质量单层MoS_2、WS_2及其面内异质结 |
3.1 引言 |
3.2 实验设计 |
3.3 单层MoS_2和WS_2的表征与参数影响 |
3.4 MoS_2沟道的场效应晶体管制备与工艺优化 |
3.5 MoS_2-WS_2面内异质结的表征与参数影响 |
3.6 本章小节 |
第四章 氯化钠辅助生长的机理研究与应用 |
4.1 引言 |
4.2 NaCl辅助生长MoS_2和WS_2 的机理分析 |
4.3 NaCl辅助生长VIB族硒化物 |
4.4 NaCl辅助生长VIB族碲化物 |
4.5 本章小结 |
第五章 2H/1T’相WS_(2(1-x))Te_(2x)固溶体的可控制备与相调控 |
5.1 引言 |
5.2 实验设计 |
5.3 生长结果分析 |
5.3.1 形貌分析 |
5.3.2 化学价态分析 |
5.3.3 光学特性分析 |
5.4 固溶体微观结构分析 |
5.5 固溶体电学行为分析 |
5.6 生长过程和机理分析 |
5.7 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 研究结论总结 |
6.2 未来工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介 |
四、蒙药有效成分单晶结构分析的基本原理(论文参考文献)
- [1]共晶技术改善羟基酪醇的物理性状及稳定性[D]. 江宇航. 中国科学院大学(中国科学院上海药物研究所), 2021(08)
- [2]基于广义层错能立方金属塑性变形机制的原子计算模拟[D]. 闫婧欣. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [3]新型硼/磷酸盐光电功能晶体的生长及性能研究[D]. 董卫民. 山东大学, 2021(11)
- [4]钙钛矿氧化物超薄膜的外延生长和物理性能研究[D]. 何永恒. 电子科技大学, 2021(01)
- [5]过渡态金属氧族化合物的电子结构和电化学性质研究[D]. 贺靖轩. 电子科技大学, 2020(03)
- [6]外延氧化锡和锡酸锌单晶薄膜的制备及性能调控[D]. 何林安. 山东大学, 2020(10)
- [7]基于分子动力学模拟的非晶合金纳米压痕响应研究[D]. 赵丹. 吉林大学, 2020(08)
- [8]高指数取向铁电薄膜畴结构的像差校正透射电子显微学研究[D]. 邹敏杰. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [9]铁电晶格一级相变与极化特性的光谱-显微学研究[D]. 崔安阳. 华东师范大学, 2020(08)
- [10]VIB族过渡金属硫化物的可控生长与能带调控[D]. 王湛. 西安电子科技大学, 2020(05)