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无机材料学报
中国科学院上海硅酸盐研究所
无机材料学报

中国科学院上海硅酸盐研究所

郭景坤

月刊

1000-324X

wjclxb@mail.sic.ac.cn

021-52411301 52411302

200050

上海市定西路1295号

无机材料学报/Journal Journal of Inorganic MaterialsCSCD北大核心CSTPCDEISCI
查看更多>>本刊为专业技术性刊物。主要刊登人工晶体、特种玻璃、高温结构陶瓷、功能陶瓷、非晶半导体、无机涂层、特种无机复合材料等方面的科研成果。主要栏目有综合评述、研究论文、研究简报、动态进展等。主要读者对象为相关学科的科技工作者及大专院校师生。
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    基于微纳结构设计的电磁性能调控研究进展

    黄洁汪刘应王滨刘顾...
    853-870页
    查看更多>>摘要：吸波材料通过吸收电磁波能量，减少或消除电磁波的反射，从而有效降低电磁波的干扰。材料的电磁参数决定其电磁波吸收性能，调整填充比例、改变宏观形态以及复合方式等传统的调控策略存在一定局限性，无法根本改变电磁参数，阻碍了吸波材料的进一步发展。微纳结构设计策略可以改变材料的电导率、电荷密度以及磁性等理化性质，进而根本性改变材料的电磁参数，在调控电磁波吸收能力上展现出巨大优势。由于精确设计微纳结构材料难度较大且批量生产较为困难，其发展受到限制。此外，确定微纳结构与电磁波响应和损失机制之间的结构-性质理论关系仍然是一个重大的挑战。基于此，本文分析了微纳结构与电磁性能的构效关系，阐明了微纳结构设计策略在调控电磁波吸收能力方面的绝对优势，并且梳理了元素掺杂设计、表面效应调控以及成核生长控制等微纳结构改变对电磁响应机制和损耗机制的影响，为研究者们提供了基于微纳结构调控电磁性能的策略和理论指导。最后，以量子点、纳米晶以及纳米线等典型微纳米材料作为范例，综述了其调控电磁参数的策略、优势以及在电磁波吸波领域的研究现状与应用前景，为微纳米材料在电磁波吸波领域的发展提供了理论基础和策略支撑。

    电磁性能微纳结构吸波机理电磁参数综述

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    高频低损耗的Fe/亚微米FeNi软磁复合材料

    何思哲王俊舟张勇费嘉维...
    871-878页
    查看更多>>摘要：高功率电力电子设备的应用对功率电感的高频电感性能和能量效率提出了更高的要求，迫切需要开发高频低损耗的软磁材料。为降低软磁复合材料的涡流损耗，获得高频低损耗、大功率的一体成型电感，通过等离子体炬制备了高纯度亚微米 FeNi 颗粒，并采用简化的有限元模型探讨了亚微米 FeNi 颗粒对软磁复合材料涡流损耗的影响。本工作制备了含不同质量分数亚微米FeNi颗粒的 Fe/亚微米 FeNi软磁复合材料，重点讨论了亚微米 FeNi颗粒对软磁复合材料及一体成型电感性能的影响。结果表明:与纯羰基铁粉制备的软磁复合材料相比，当亚微米FeNi颗粒质量分数为 30%时，环形磁芯代表损耗的磁导率虚部µ″由 1。57 降至 1。36，降低了 13。4%;一体成型电感在10 MHz条件下的品质因数Q由 13 升至 20，提高了 53。8%，并且自谐振频率提高了 12。7%，饱和电流由 2。148 A升至 2。352 A。通过提高材料内阻和减小涡流流动区域的尺寸，亚微米FeNi颗粒能有效降低涡流损耗，提高软磁复合材料的高频磁导率稳定性。复合亚微米FeNi颗粒有望低成本、大规模地获得高频低损耗、综合性能良好的一体成型电感。

    软磁复合材料一体成型电感亚微米FeNi颗粒涡流品质因数

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    Ti-DLC薄膜压阻性能及载流子输运行为研究

    赵志翰郭鹏魏菁崔丽...
    879-886,中插1-中插2页
    查看更多>>摘要：围绕压阻传感器领域对高性能类金刚石(Diamond Like Carbon，DLC)薄膜压阻敏感材料的需求，针对金属掺杂DLC存在的载流子输运行为和实际多工况(如温度、湿度等)下压阻性能不明的问题，本工作以Ti-石墨复合拼接靶为靶材，采用高功率脉冲磁控溅射技术，高通量制备出 4 种Ti含量(原子分数为 0。43%～4。11%)的Ti掺杂类金刚石(Ti-DLC)薄膜，研究了 Ti 含量对薄膜组分结构、电学性能、变湿度环境下压阻性能的影响规律。结果表明:Ti含量(原子分数)在0。43%～4。11%范围内，掺杂Ti原子均以固溶形式均匀镶嵌于非晶碳网络中，Ti-DLC薄膜电学行为表现为典型半导体特性，在 200～350 K 温度范围内，薄膜电阻率均随温度升高而降低。载流子传导机制在 200～270 K内为Mott型三维变程跳跃传导，在 270～350 K范围内则为热激活传导。Ti-DLC薄膜压阻系数(Gauge Factor，GF)最大值为95。1，在 20%～80%相对湿度范围内，所有样品GF均随湿度增加而增大，这可能是引入的固溶Ti原子缩短了导电相之间的平均距离，同时吸附表面水分子导致电阻变化。

    Ti掺杂类金刚石薄膜电学性能可变湿度压阻行为

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    W/Cr共掺杂对CaBi2Nb2O9陶瓷晶体结构及电学性能的影响

    黄建锋梁瑞虹周志勇
    887-894页
    查看更多>>摘要：铌酸铋钙(CaBi2Nb2O9，CBN)是一种典型的铋层状结构压电材料，具有高居里温度(约 943℃)、高稳定性等特点，是 600℃以上高温压电振动传感器的重要候选功能元件，但其压电系数和高温电阻率较低，严重制约了CBN在高温压电振动传感器领域的实际应用。为了提高CBN压电陶瓷的高温稳定性，采用固相法制备了W/Cr共掺杂的CaBi2Nb1。975W0。025O9-x%Cr2O3(CBNW-x Cr，0<x≤0。2)单相铋层状结构压电陶瓷，研究了W/Cr元素共掺杂对晶体结构和电学性能的影响。结果表明:W/Cr元素共掺杂使压电陶瓷晶体结构由正交晶系向四方晶系转变，晶体结构畸变程度增强，并且压电性能和绝缘性能显著提高。当x=0。1 时，CBNW-0。1Cr压电陶瓷的居里温度为 931℃，压电系数为 15。6 pC/N，600℃时电阻率达到 106 Ω·cm量级，介电损耗仅为 0。029，该体系在高温压电领域有重要的潜在应用前景。

    高温压电陶瓷晶体结构压电性能赝四方畸变

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    P掺杂β-FeSi2材料的制备与热电输运性能

    程俊张家伟仇鹏飞陈立东...
    895-902,中插4页
    查看更多>>摘要：β-FeSi2 作为一种绿色环保、高温抗氧化的热电材料，在工业余热回收领域具有潜在的应用价值。虽然磷(P)是一种理想的β-FeSi2 硅(Si)位的n型掺杂元素，但是P掺杂β-FeSi2 易出现第二相，从而限制了其热电性能的提升。本研究采用感应熔炼法合成了一系列FeSi2-xPx(x=0，0。02，0。04，0。06)样品，极大程度地避免了第二相的产生，并系统研究了P掺杂对β-FeSi2 热电输运性能的影响。结果表明，P在β-FeSi2 中的掺杂极限约为 0。04，与前期的理论缺陷计算结果相符。此外，P掺杂优化了β-FeSi2的热电性能，在850 K时，FeSi1。96P0。04的最高热电优值ZT约为0。12，远高于已有的研究结果(673 K，最高ZT仅为 0。03)。然而，与同为n型Co和Ir掺杂的β-FeSi2 相比(其载流子浓度可达 1022 cm-3)，P掺杂β-FeSi2 的载流子浓度较低，最高仅为 1020 cm-3，这导致其电声散射效应较弱，从而限制了整体热电性能的提升。若能提高其载流子浓度，则热电性能有望得到进一步提升。

    β-FeSi2热电材料P掺杂感应熔炼载流子浓度电声散射

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    Te基热电器件反常界面层生长行为及界面稳定性研究

    苗鑫闫世强韦金豆吴超...
    903-910,中插4-中插7页
    查看更多>>摘要：单质Te具有优异的热电优值(ZT)，但其与金属电极连接界面处的剧烈元素交互扩散及反应会引入较大的接触电阻率(ρc)，导致器件的转换效率(η)较低。因此，寻找合适的阻挡层来优化Te与金属电极间的连接至关重要。本研究基于梯度结构报道了一种宽相场Ni-Te合金阻挡层NiTe2-m(NixTe(x=0。500～0。908))。结果表明，当x=0。500 时，Ni0。5Te/Te0。985Sb0。015/Ni0。5Te器件的界面处无任何反应层及微观缺陷，ρc小于10 μΩ·cm2，η在180 K温差(热端温度473 K)时达到了理论值的75%。同时，界面具有良好的热稳定性，在473 K老化期间，界面微观组织、ρc以及η无明显变化。当x>0。500 时，界面反应层厚度随x增大而逐渐减小，即主导界面反应层生长行为的因素并非常规的界面反应能及浓度梯度等热力学因素。进一步分析表明，反常生长源于动力学因素中的"原子空位"对反应层生成的迟滞作用。

    Te热电器件扩散动力学阻挡层热稳定性

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    燃料还原法原位制备高稳定性/催化活性SOFC钴基钙钛矿阳极

    潘建隆马官军宋乐美郇宇...
    911-919,中插8-中插9页
    查看更多>>摘要：受固体氧化物燃料电池(SOFCs)原位还原脱溶纳米金属阳极技术的启发，本工作采用煅烧后的Sr2V0。1Co0。9MoO6 前驱体(包含其他相的钙钛矿)在空气气氛下与电解质共烧制备出单电池，避免了为防止阳极氧化而需在还原/惰性气氛下制备电池的苛刻条件。制备电解质片上的阳极前驱体仅需在燃料侧原位还原 4 h，便可形成纯相Sr2V0。1Co0。9MoO6(R-SVCMO)阳极。结果表明，R-SVCMO在活化能显著降低的同时电导率由 2。7 S。cm-1提高至21。6 S。cm-1。当R-SVCMO为阳极的单电池分别以H2和湿CH4为燃料气时，在850℃的最大功率密度(Pmax)分别达到 862 和 514 mW。cm-2，显示出优秀的催化性能。还原前后阳极在 100～850℃的平均热膨胀系数(TEC)分别为 1。15×10-5 和 1。23×10-5 K-1，均与传统SOFC电解质相近。因此，还原过程不会导致阳极层体积产生变化，可以显著提高电池结构稳定性(退化率仅为 0。13%)。加之R-SVCMO是在燃料气氛下合成的，其作为阳极表现出极高的长期稳定性和催化活性。R-SVCMO对湿CH4 的催化效率达到60%，并能够稳定运行1450 h，相应的单电池可在0。7 V稳定运行 450 h。综上所述，本研究采用燃料原位还原法制备了具有优异电化学性能和结构稳定性的单电池。

    固体氧化物燃料电池燃料还原制备技术高稳定性阳极甲烷燃料

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    管状C/SiC复合材料高温空气氧化行为与宏细观建模研究

    全文心余艺平方冰李伟...
    920-928页
    查看更多>>摘要：氧化损伤是影响火箭发动机用C/SiC复合材料喷管寿命的主要因素之一。为准确评估C/SiC复合材料喷管的氧化损伤，本研究以近似喷管结构的管状 C/SiC 复合材料为实验对象，研究了管状 C/SiC 复合材料在高温(900～1300℃)空气环境下的氧化行为，包括其组成、结构及力学性能的演变规律，发现管状C/SiC复合材料在该高温空气环境下表现出受扩散控制的氧化特征，质量与剩余强度随时间呈幂函数下降趋势，下降速率与温度正相关。在此基础上，从氧化动力学与传质学理论角度出发，建立了管状C/SiC复合材料细观/宏观尺度氧化模型，模拟了管状 C/SiC 复合材料高温空气氧化过程，并预测了材料的质量与剩余强度。模型预测结果与实验数据拟合程度较高，可为C/SiC复合材料喷管的寿命评估提供参考。

    C/SiC复合材料高温氧化氧化模型寿命预测

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    悬浮液等离子喷涂制备Y2O3涂层及耐等离子刻蚀性

    马文申喆刘琪高元明...
    929-936页
    查看更多>>摘要：随着高端芯片竞争的白热化，Y2O3 涂层作为等离子体刻蚀工艺腔的重要组成部分，对其研究逐渐成为科研热点。利用悬浮液等离子喷涂(Suspension Plasma Spraying，SPS)在铝合金表面制备Y2O3 涂层，研究了不同工艺参数对涂层的物相组成、力学性能、显微形貌和介电强度等的影响;在 CF4/Ar/O2 氟等离子体环境中对 Y2O3 涂层分别刻蚀30、60、120 min后，分析了Y2O3 涂层微观孔隙率对刻蚀速率的影响。最优工艺 1(喷涂距离 80 mm、送液速率35 mL/min、雾化气流速 15 L/min、横向移枪速率 700 mm/s、纵向移动步进 1 mm/step)制备的Y2O3 涂层的显微硬度为(3。78±0。36)GPa，孔隙率为(2。35±0。24)%，结合强度为(36。0±3。6)MPa，介电强度为(29。74±2。01)kV/mm。在CF4/Ar/O2 组成的混合等离子气体中，Y2O3 涂层发生物理和化学反应，Ar+对涂层强烈冲击、轰击诱导，使表面化学键断裂;CF2*和F*使Y2O3 不断被刻蚀，生成的YF3附着在涂层表面;同时Ar+不断对涂层表面进行物理冲击，去除YF3 层，少量残余在涂层表面的YF3 被氧化形成了YOF，最终导致涂层刻蚀率低至(11。48±5。21)nm/min。高致密性、低孔隙率、高均匀性的Y2O3 涂层可以有效提高零件的耐等离子刻蚀性能，对半导体工业具有重要意义。

    悬浮液等离子喷涂Y2O3涂层孔隙率耐等离子刻蚀性

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    ZIF-8/TiO2复合介观晶体的制备及光催化活性

    马彬彬钟婉菱韩涧陈椋煜...
    937-944页
    查看更多>>摘要：TiO2 的微观形貌、颗粒尺寸及比表面积是影响其光催化活性的重要因素，介观晶体是一类由无机纳米粒子沿着相同的结晶轴方向有序排列的超结构材料，在光催化领域具有重要的研究价值。本工作分别以六氟钛酸铵和硼酸为钛源和氟离子捕获剂，以无水乙醇和去离子水的混合溶液为溶剂，采用简单绿色的方法制备了 NH4TiOF3 介观晶体前驱体，然后用硼酸溶液酸洗，使NH4TiOF3 介观晶体通过拓扑转变形成TiO2 介观晶体。最后采用沸石咪唑骨架材料ZIF-8纳米粒子对TiO2介观晶体进行修饰，制备了ZIF-8/TiO2复合介观晶体材料，并研究了其光催化降解亚甲基蓝的活性。实验结果表明，ZIF-8 纳米粒子能够均匀生长在 TiO2 介观晶体表面，形成比较致密的包覆层。ZIF-8/TiO2 复合介观晶体光催化剂具有较高的比表面积和较窄的禁带宽度，其光生电子和空穴的分离效率得到一定程度的提高。其中，样品M-TiZIF-2(加入 4 mmol硝酸锌的复合介观晶体)展现出最高的光催化活性，其一级反应速率是TiO2 介观晶体的 42 倍，是ZIF-8 单元材料的 16 倍。总之，在ZIF-8 纳米粒子和TiO2 介观晶体的协同作用下，ZIF-8/TiO2 复合介观晶体材料显示出更优异的光催化性能。

    TiO2介观晶体ZIF-8纳米粒子光催化复合介观晶体

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