研究目的
研究基于ZnO的天然超晶格中声子和电子输运各向异性及成分依赖性的起源,以及原子层界面的作用。
研究成果
原子层超晶格(SL)界面使输运性质呈现强各向异性,既作为声子势垒(其卡皮查电阻与超晶格间距相关),又提供具有更高迁移率的电子导电通道。电子势垒高度与自然带阶成正比。本研究为设计能源应用中的层状结构化合物提供了理论依据。
研究不足
该研究仅限于特定的氧化锌基天然超晶格,可能无法推广至其他材料。采用多晶而非单晶进行测量可能会引入晶界效应,尽管已尽力将其最小化。高温霍尔测量的重现性较差。对于具有随机离子分布的超晶格存在计算难题。
1:实验设计与方法选择:
本研究合成了具有高相纯度的多种ZnO基天然超晶格(In2O3(ZnO)k、InFeO3(ZnO)4、InGaO3(ZnO)4、Ga2O3(ZnO)k)强织构块体多晶材料。通过面内和截面方向的表征测量揭示各向异性输运特性,并采用第一性原理计算研究InGaO3(ZnO)4的声子输运性质。
2:InGaO3(ZnO)Ga2O3(ZnO)k)强织构块体多晶材料。通过面内和截面方向的表征测量揭示各向异性输运特性,并采用第一性原理计算研究InGaO3(ZnO)4的声子输运性质。 样品选择与数据来源:
2. 样品选择与数据来源:样品通过湿化学溶胶-凝胶法以原料粉末合成,经放电等离子烧结及退火处理获得单相纯度。数据采集自XRD、SEM、HRTEM、UV-VIS-NIR分光光度计、热扩散率、电导率、塞贝克系数及霍尔效应测量。
3:实验设备与材料清单:
设备包括放电等离子烧结系统(LABOX-325,Sinter Land?)、XRD(理学D/Max 2500 PC)、场发射扫描电镜(蔡司Supra55)、高分辨透射电镜(日本电子JEM-2100F)、紫外-可见-近红外分光光度计(岛津UV-3600 Plus)、激光闪光法热扩散仪(耐驰Micro Flash? LFA 457)、电学性能测量系统(耐驰SBA 458 Nemesis)、霍尔测量系统(Ecopia HMS-5500)。材料包含硝酸铟、硝酸镓、硝酸铁、醋酸锌、草酸、硝酸。
4:5)、高分辨透射电镜(日本电子JEM-2100F)、紫外-可见-近红外分光光度计(岛津UV-3600 Plus)、激光闪光法热扩散仪(耐驰Micro Flash? LFA 457)、电学性能测量系统(耐驰SBA 458 Nemesis)、霍尔测量系统(Ecopia HMS-5500)。材料包含硝酸铟、硝酸镓、硝酸铁、醋酸锌、草酸、硝酸。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:合成过程包含溶胶-凝胶法、煅烧、烧结、退火及样品切割测量。表征手段包括XRD(相纯度与织构)、SEM(微观结构)、HRTEM(精细结构)、光学光谱(带隙)、热扩散率测量、电导率与塞贝克系数测量、霍尔效应测量。计算部分采用密度泛函理论计算声子性质。
5:数据分析方法:
采用XRD取向指数、Tauc方程(带隙)、Kopp-Neumann规则(比热)、Wiedemann-Franz定律(电子热导率)、SPB模型(有效电子质量)、界面能垒输运模型(电子势垒)分析数据。声子性质通过PHONOPY和ShengBTE软件包计算。
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