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本文总结了近年来纳米薄膜锂离子电池电极材料的研究情况,特别是本课题组在这方面的工作进展。我们从纳米颗粒和纳米结构两方面对各种纳米电极材料进行了分类和归纳,对于纳米颗粒组成的薄膜电极材料,除了对传统的锂-金属氧化物(LiMO2,LiMn2O4等)电极材料和聚阴离子型(LiFePO4等)电极材料薄膜化的研究做了介绍之外,着重介绍了一系列基于纳米效应的具有新型反应机理的正负极材料,包括二元金属化合物薄膜电极(MX)、含锂复合薄膜电极(M-LiX)以及多元复合薄膜电极(MXY,M1X-Y,M1X-M2Y)。这些新型电极材料及其反应机理的研究为锂离子电池的发展开辟了新的方向。对于纳米结构组成的薄膜电极材料,我们主要对三维结构的纳米丝电极和三维微网碳膜电极进行了介绍,指出这些三维纳米结构材料的研究将为未来三维微电池的开发奠定基础。 ...
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使用电沉积方法,在碱性体系中Ni箔表面制得直径约为100 nm的CdTe纳米线/纳米管薄膜,并系统研究了电位、镀液浓度及热处理对于该材料微观形貌的影响。XRD结果证明,未经退火处理的薄膜由CdTe相和单质Cd相组成,经300℃N2气氛保护条件下退火4 h后得到的薄膜仅含CdTe相,并有效提高结晶度。SEM结果显示薄膜的微观形貌为纳米线结构,TEM结果进一步证明CdTe纳米线内部为中空结构,形成纳米线/纳米管结构。另外,电沉积实验结果表明,沉积电位对于CdTe纳米线/纳米管结构的形成具有决定作用,表现为阴极电位越正越有利于纳米线结构的形成。 ...
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采用直流反应磁控溅射法在K9玻璃和KBr衬底上制备了VO2薄膜,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)对薄膜的形貌、晶相和分子结构等进行分析。结果表明,在氧气气氛下退火后,薄膜颗粒变得清晰可见,平均尺寸约25 nm,薄膜由非晶态结构转变为晶态的VO2,且在(011)方向出现明显择优取向生长。利用四探针对薄膜电阻温度特性的测试结果显示,薄膜经过O2气氛退火10 min后具有显著的电阻突变特征,24℃时的激活能为0.24 eV。实验结果表明,退火改变了薄膜的结构形貌,进而对薄膜的电学性能产生影响,选择合适的退火条件可以获得性能优良的VO2薄膜。 ...
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通过电化学方法,在铝合金表面制备6-N,N-二丁基胺-1,3,5-三嗪-2,4-二硫醇单盐(DBN)的纳米聚合薄膜(PDB),然后采用自组装技术对铝合金表面PDB膜进行十六烷基三甲氧基硅烷化处理,形成疏水性的高分子纳米复合薄膜(CPDB)。通过循环伏安法解释了DBN在铝合金表面的反应及PDB的生长过程,同时分析了CPDB膜的形成机理。借助傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、接触角测量仪对铝合金表面薄膜的特性进行了表征。结果表明,PDB膜形成后铝合金表面的接触角从未镀膜的89.9°上升到124.3°,CPDB膜形成后接触角达135.8°;SEM和XPS测定表明该方法可以有效地在铝合金表面获得均匀致密的高分子纳米复合薄膜。 ...
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以钛酸正四丁酯、γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH-570)为原料,经水解缩合得到KH-570-g-TiO2粒子;再以KH-570-g-TiO2为种子,丙烯酸丁酯为壳单体,采用乳液聚合法制备核壳型聚丙烯酸丁酯(PBA)/TiO2杂化乳液,并将其制备成薄膜,对产物结构和性能进行了表征。结果表明,KH-570水解生成的硅羟基与纳米TiO2表面的羟基发生了缩合反应,丙烯酸丁酯在KH-570-g-TiO2粒子表面实现了接枝聚合;PBA/TiO2杂化物的热分解温度为99.7℃,仅有1个玻璃化转变,其玻璃化转变温度为5℃,有机/无机相之间具有较好的相容性;PBA接枝层包覆纳米TiO2呈均匀的微球形,纳米TiO2核的平均粒径为60 nm,PBA壳的平均厚度为40 nm;与纯PBA薄膜相比,PBA/TiO2杂化薄膜在紫外区有明显吸收,且吸收谱带红移。 ...
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采用溶胶凝胶法在石英基体上制备了纯TiO2薄膜,并通过离子注入方法对TiO2薄膜进行Fe掺杂改性以促进TiO2薄膜光吸收边红移,提高其光吸收性能。利用XRD、XPS及UV-vis对不同注入剂量的Fe掺杂TiO2复合薄膜的晶相结构、原子化学态以及光吸收性能进行了表征。XRD测试结果表明,溶胶凝胶法制得的TiO2薄膜为锐钛矿相,经Fe离子注入后,复合TiO2薄膜经退火后锐钛矿相消失,金红石相出现,因为Fe3+离子进入晶胞代替Ti4+,在TiO2基体形成铁的固溶体,结果氧空缺形成促进了TiO2从锐钛矿向金红石的转变;XPS测试结果表明,经过退火Fe在复合TiO2薄膜中以Fe和Fe3O4形式存在,说明Fe离子进入TiO2晶格取代Ti,但Fe及其氧化物晶体峰未在XRD上观测到,说明两者结晶程度不高,以非晶形态存在;通过对溶胶凝胶法制备的TiO2薄膜注入不同剂量Fe的复合薄膜的紫外-可见吸收光谱分析可知,由于复合薄膜中Fe3O4的存在,使复合薄膜紫外-可见光吸收边发生了红移,并随注入剂量增加红移增大,根据红移效果确定Fe的适宜注入剂量为1×1017 cm-2。 ...
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