摘要：锂离子二次电池已成为日常生活中不可或缺的一部分,而现有的锂离子电池并不能完全满足电动汽车领域高能量密度的要求,发展具有高能量密度的电极材料是解决问题的关键.硅负极因理论比容量高、脱嵌锂电位低、来源广泛等优点而备受关注,但其巨大的体积变化(约300%)以及低的首次库仑效率阻碍了其商业应用.预锂化技术可以有效提高首次库仑效率、实现高性能硅基负极,本文阐述了预锂化的科学必要性,介绍了各种预锂化的方法以及优缺点,最后对硅基负极预锂化应用的挑战和前景进行了展望.

摘要：掺杂Hf O_(2)铁电薄膜在非易失性存储器件中的重要应用前景使其成为当前凝聚态物理与材料科学领域的一个研究热点。近年来,结果表明:La掺杂Hf O_(2)拥有优异的铁电性能,铁电剩余极化强度为45μC/cm~2,是目前Hf O_(2)基薄膜材料中报道的最高值。由于Nd与La的化学性质相近,Nd掺杂同样有望增强HfO_(2)的铁电性,但相关研究工作却鲜有报道。使用氧化物分子束外延技术,在La_(0.67)Sr_(0.33)Mn O_(3)(底电极)/SrTiO_(3)(001)衬底上外延生长高质量Nd掺杂Hf O_(2)(Nd:HfO_(2))薄膜。X射线衍射以及高分辨电镜表征结果均显示Nd掺杂有助于诱导Hf O_(2)从单斜相向正交相的转变,压电力显微镜和铁电测试仪进一步证实正交相Nd:Hf O_(2)具有良好的铁电性。此外,高分辨电子显微镜表征还发现Nd:Hf O_(2)靠近界面处存在四方相结构,衔接(111)晶向的Nd:Hf O_(2)和(001)晶向的钙钛矿氧化物衬底。Nd:Hf O_(2)薄膜的外延生长和铁电性的系统研究,扩充了掺杂Hf O_(2)的研究体系。

摘要：硅基上高质量的异质外延生长是实现高性能微电子器件的基础,本文通过低温分子束外延技术在Si衬底上实现了全组分的Si1-xGex(0<x≤1)薄膜的生长,并对Si1-xGex/Si异质结构的应力弛豫、热输运等方面展开了研究。运用低温外延和高温退火的方法实现了界面上位错的调控,获得了具有超高迁移率的Ge薄膜。此外,本文还介绍了硅基上Ge量子点的生长和调控。以上工作为大失配异质结构外延的理论研究和应用提供了新的思路和方法。

摘要：α-Sn(灰锡)是一种重要的拓扑材料,据理论预测,打破α-Sn的对称性可以得到拓扑绝缘体、拓扑半金属等多种拓扑相。目前α-Sn的研究以理论计算和角分辨光电子能谱研究能带结构为主,受限于衬底条件,高质量的α-Sn外延生长及其电输运性质的研究较少。本文结合课题组近几年在α-Sn薄膜外延生长和拓扑输运性质方面的研究进展,系统地综述了高质量单晶α-Sn薄膜的分子束外延生长、电输运的测试方法及拓扑性质的验证。通过对输运性质的研究证实了α-Sn的狄拉克半金属相和自旋极化拓扑表面态,进一步通过改变薄膜厚度和外加应力的方式来实现α-Sn拓扑性质的调控。以上工作不仅为进一步研究α-Sn的拓扑性质提供了重要依据,也为基于α-Sn的新型量子器件研究提供了重要的材料基础。

摘要：通过两步水热法制备泡沫镍(NF)负载Fe_(2)O_(3)纳米粒子@Ni_(3)S_(2)纳米线网状结构电极(Fe_(2)O_(3)@Ni_(3)S_(2)/NF)。运用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、N2吸附-脱附测试等方法对电极材料的物相和微观结构特征等进行了表征。水热条件下原位表面化学刻蚀生成的Ni_(3)S_(2)纳米线与三维多孔NF基体间拥有强结合力和低界面电阻,Fe_(2)O_(3)粒子均匀分布在纳米线的表面。在1 mol·L^(-1)的KOH溶液中,运用线性扫描伏安测试(LSV)、计时电位法、电化学交流阻抗测试(EIS)等对电极的电催化析氧(OER)性能进行了测试。结果表明:在100 mA·cm^(-2)的超高电流密度下,Fe_(2)O_(3)@Ni_(3)S_(2)/NF电极的OER过电势仅为223 mV,比Ni_(3)S_(2)/NF材料的过电势降低了285 mV;经过10 h计时电位测试,性能保持率高达80%。

摘要：以浓盐酸为浸出剂,以NaOH和NH_(4)HCO_(3)为沉淀剂,利用Mn^(2+)在碱性条件下的氧化反应改变离子的沉淀次序进而分步回收的方案,探究了浓盐酸酸浸处理三元正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.05)Mn_(0.15)O_(2)的最佳条件。在分步沉淀过程中,Mn^(2+)被氧化为不溶于非还原性酸的MnO(OH)_(2),并在酸性条件下回收。Ni、Co则在碱性条件下利用NaOH回收,而Li则利用NH_(4)HCO_(3)回收。该方法中Mn的回收率达到85.1%,产品纯度达到98.6%;Li的回收率达到95.0%,产品纯度达到99.3%。由回收材料重新合成的三元正极组装的软包电池的首圈放电比容量达到了175 mAh·g^(-1),可以以超过99.5%的库仑效率稳定循环50圈。

摘要：作为纳米尺度的新效应,纳米酶因其优异的材料性能和酶学特性引起了研究人员的广泛关注,并在分析检测、疾病诊断治疗、环境监测保护等领域展现出独特的魅力。然而,在过去的几十年中,受限于纳米材料复杂组分和模糊的催化位点等,如何高效设计纳米酶一直是纳米酶领域亟待解决的关键问题之一。本文综述了目前纳米酶高效设计的几种策略,如高通量计算筛选、理性设计和仿生设计,并重点阐述了金属有机框架仿生设计中构效关系的研究。最后,对纳米酶高效设计的未来发展进行了展望。

摘要：为了实现Ⅲ-V器件在硅基平台上单片集成,近年来Ⅲ-V半导体在硅衬底上的异质外延得到了广泛研究。由于Ⅲ-V半导体与Si之间大的晶格失配以及晶格结构不同,在Si上生长的Ⅲ-V半导体中存在较多的失配位错及反相畴,对器件性能造成严重影响。而Si(111)表面的双原子台阶可以避免Ⅲ-V异质外延过程中形成反相畴。本文利用分子束外延技术通过Al/AlAs作为中间层首次在Si(111)衬底上外延生长了GaAs(111)薄膜。通过一系列对比实验验证了Al/AlAs中间层的插入对GaAs薄膜质量的调控作用,并在此基础上通过低温-高温两步法优化了GaAs的生长条件。结果表明Al/AlAs插层可以为GaAs外延生长提供模板,并在一定程度上释放GaAs与Si之间的失配应力,从而使GaAs薄膜的晶体质量得到提高。以上工作为Ⅲ-V半导体在硅上的生长提供了新思路。

摘要：远程外延能够突破传统外延中晶格匹配、热匹配等限制,近年来得到了广泛的关注。Ⅲ-Ⅴ族和Ⅲ-氮化合物半导体已经成功在石墨烯上远程外延生长,但Ⅳ族半导体的远程外延很少被报道。本文首次借助于分子束外延技术在石墨烯上远程外延制备了半导体Ge纳米柱,研究了其生长特性及剥离转移。结果表明:远程外延生长的Ge纳米柱为[111]c晶向,集中分布在石墨烯的褶皱以及衬底Cu-Ni原子台阶处,随着生长温度的提高,Ge纳米柱的高度和密度逐渐下降,但直径差别不大,约为55~65 nm,此外,自组织生长的Ge纳米棒显示无应变的生长状态,引入少量Sn形成GeSn纳米柱,能够显著提升Ge纳米柱的面密度。同时,生长的Ge纳米柱可实现剥离,有望实现异质集成,应用于先进光电子器件等领域。

摘要：为了解决高空间分辨率下电荷转移直接观测的问题,本文将全电子密度泛函理论与叠层成像方法相结合,通过使用孤立原子和密度泛函两种不同计算方法,研究了常见二维材料掺氧石墨烯中存在的电荷转移问题。使用密度泛函理论的计算模拟能够更好地模拟出真实存在的电荷转移情况,在此基础上,叠层成像方法能完成对结果的高分辨表征。这一结果证明了叠层成像中使用密度泛函方法分析电荷转移的重要性,为叠层成像方法应用于晶体电荷转移的直接探测打下坚实基础。