准一维材料nbse3的微结构和电荷密度波研究

Sb2Te3基热电材料简介学院：理学院专业：光信息科学与技术姓名：李特学号： 0836005前言材料的热电效应(又称温差电效应)，是电能与热能之间的相互耦合转换，从发现热电现象至今己有近200年的历史，然而真正将这一现象发展为有实用意义的能量转换技术与装置则是在20世纪50年代。

热电材料(又称温差电材料)是将热能和电能进行转换的功能材料，在热电发电和制冷、恒温控制与温度测量等领域都有极为广阔的应用前景。

利用热电材料制成热电器件能够实现“热．电”的直接转换。

热电器件具有很多独特的优点，如结构紧凑、没有运动部件、工作无噪声、无污染、安全不失效等，在少数尖端科技领域己经获得了成功的应用。

近年来，随着计算机技术、航天技术、微电子技术、超导技术的发展，能源与环境危机的加剧，迫切需要小型、静态且能固定安装的寿命长的制冷装置和温差发电装置。

与此同时，热电理论的发展和对热电材料实际应用研究的不断深入，热电学研究显示出了更为广泛的应用前景和发展潜力。

热电转换技术是利用半导体材料的Seebeck效应将热能转换成电能的一种新的能源转换和发电技术。

因此，热电转换技术作为一种新型的、环境友好型能源转换技术，由于其可望广泛应用于大量而分散存在的低密度热能(如太阳热、垃圾燃烧余热、工厂排热、以及汽车尾气排热等)的热电发电，而引起世界各国特别是发达国家的高度重视。

一、热电学的基本理论热电效应是由温差引起的电效应和电流引起的可逆热效应的总称。

包括Seekbeck效应、Peltier效应和Thomson效应。

1823年，Thomas Seebeck首次发现了金属的热电效应，也称作Seebeck效应，从而开始了人类对热电材料的研究和应用。

1.1 Seebeck效应早在1821年，德国科学家Seebeck发现在锑和铜两种材料组成的回路中，当两个接点处于不同温度时，回路中便有电流流过。

产生这种电流的电动势称为温差电动势，这种现象称为赛贝克效应(Seebeckeffect)，简单的讲就是通过材料的Seebeck效应将热能直接转变为电能。

从固体物理到凝聚态物理研究综述作者：司光明来源：《中国科技博览》2014年第24期[摘要] 文章主要对固体物理的发展历史作了综合评述，并扼要介绍了凝聚态物理的基本概念。

[关键词]固体物理学；凝聚态物理学；低温凝聚态；超导电性中图分类号：TU528.042 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）24-0399-02一、固体物理的成功20世纪初期，人类在生产实践和科学实验的过程中对固体的物理性质，物理现象和规律有了深人的认识，形成现代物理学的基础。

上个世纪早期固体物理学的出现是基于当时在诸多方面已经有了比较成熟的理论。

如晶体对称性理论，声波的量子理论，自由电子理论，能带理论，铁磁性理论等。

这些理论有着共同的出发点，就是周期场中波的传播，这是固体物理的范式。

固体物理早期的研究对象就是晶体，对非晶体（如玻璃）的研究很少。

晶体是由原子构成的具有周期结构的固态物质，晶体千变万化的原子排列方式可以归纳为立方，正交，四角，三斜，单斜，六角，三角等7大晶系。

在属于每一个晶系的任何晶体中，原子重复排列的方向和3个主轴方向之间的夹角具有相同的规律，而相邻原子的间距各自不同。

晶体作为一个物理系统主要由两个子系统组成，一个是晶格点阵系统，另一个是自由电子系统。

描述晶格运动的理论是晶格动力学，晶格波的运动在量子论中可用声子来代表。

描述自由电子行为的理论有能带论。

晶格点阵是由原子（或离子）组成的，原子的振动因相互关联而形成声波，具有一定的波长，在量子论中波长的倒数就是声子的频率ω，代表一个声子的能量ε。

声子是玻色子，具有确定的能量和动量，很多物理性质与晶体的声子谱有关。

长声波对应低频声子，在低温下主要是低频声子对物理性质的贡献。

声子的平均频率取决于原子质量和相邻原子之间的结合力。

所谓“声子谱”，即：单位频率（代表声子的能量）范围内晶体固有的振动模式数。

图1所示是金属铜的声子谱，实际上其他和铜有同样面心立方结构的金属（如镍和把）的声子谱形状都是这样，不同的只是截止频率。

第49卷第6期2021年6月硅酸盐学报Vol. 49，No. 6June，2021 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.20200617Sb2Te3基热电薄膜的研究进展易文1,2，赵永杰1，王伯宇1，周志方2，李亮亮2，李静波1(1. 北京理工大学材料学院, 北京 100081；2. 清华大学材料学院，北京 100084)摘要：基于热电薄膜的微型热电器件在微区制冷、温差发电等领域具有广阔应用前景。

具有高功率因子、ZT值的热电薄膜对微型热电器件的性能至关重要。

Sb2Te3基材料是室温下性能优异的p型热电材料。

然而，目前Sb2Te3基薄膜的热电性能仍然不能满足实际应用的需求。

简述了热电材料研究的相关背景，介绍了Sb2Te3的晶体结构，概述了Sb2Te3基薄膜的常用制备技术，从提高功率因子和降低热导率2方面综述了提高Sb2Te3基薄膜热电性能的方法。

重点介绍了材料组织、微观结构与热电性能的关系，即缺陷、择优取向、纳米颗粒、超晶格、有机无机杂化等对Sb2Te3基薄膜热电性能的影响。

此外，对Sb2Te3基热电薄膜的发展方向予以展望。

关键词：热电薄膜；碲化锑；热电性能；功率因子；热导率中图分类号：TB34 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2021)06–1111–14网络出版时间：2021-04-06Research Progress on Antimony Telluride Based Thermoelectric Thin FilmsYI Wen1,2, ZHAO Yongjie1, WANG Boyu1, ZHOU Zhifang2, Li Liangliang2, Li Jingbo1(1. School of Materials Science and Engineering, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China;2. School of Materials Science and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China)Abstract: Micro thermoelectric devices based on thermoelectric films have promising applications in various fields such as micro-zone refrigeration and power generation. Thermoelectric films with high power factor and large ZT values are critical materials in these devices. Sb2Te3-based materials are outstanding p-type thermoelectric materials at room temperature. However, the thermoelectric properties of Sb2Te3-based thin films cannot meet the requirement of practical applications. The research background of thermoelectric materials is briefly introduced, the crystal structure of Sb2Te3 is discussed, the preparation techniques of Sb2Te3-based thin films are outlined, and the methods of improving the power factor and reducing the thermal conductivity of Sb2Te3-based thin films are summarized. In particular, the effects of microstructure on thermoelectric properties are focused on to elucidate the mechanism of improving thermoelectric properties of the films, which includes defects, preferential orientation, nanoparticles, superlattice, organic-inorganic hybridization, and so on. In addition, the future research directions for Sb2Te3-based thermoelectric thin films are discussed.Keywords:thermoelectric thin film; antimony telluride; thermoelectric property; power factor; thermal conductivity当前，能源危机、全球变暖、环境污染等问题日益严重，因此，寻找资源丰富、环境友好的新能源材料，并实现能源的高效利用至关重要[1-3]。

毕业论文题目院（系）：数理学院年级：2010 级专业：物理学班级：物理学2010本科（1）班学号：********* 姓名：指导教师：完成日期： 2014 年 5月Sb2Te3拓扑绝缘体材料的第一性原理计算【摘要】：使用基于第一性原理的密度泛函数理论赝势平面波的方法，对Sb2Te3的能带结构，态密度进行了理论计算，由能带的计算表明Sb2Te3是一种直接带隙半导体，它的禁带宽度是0.11eV；并且它的能态密度主要是取决于Sb的层电子和Te的层电子的能态密度，经过认真比较，计算结果和现有实验数据比较吻合。

【关键词】：Sb2Te3；第一性原理；电子结构引言; 近几年凝聚态物理学中出现的一个最新的研究领域--拓扑绝缘体，他是一种新型的量子物质态。

在拓扑绝缘体中，电子能带的拓扑性质可以产生很多新鲜奇特的物性，使他很有希望低能耗的自旋电子器件和容错量子计算中得到应用，而对与信息技术，这两个领域的进展将有可能对其产生革命性的影响。

因此拓扑绝缘体一经发现，便迅速引起了人们研究兴趣。

中科院在近几年中对拓扑绝缘体的研究取得了很大进展。

其首先实现了高质量Sb2Te3薄膜的分子束外延生长(MBE)。

实现了对Sb2Te3薄膜中缺陷的浓度以及类型的有效控制。

并且实现了对Sb2Te3薄膜的费米面在整个体能隙范围内的有效调节，特别是其费米面能够穿过狄拉克点达到表面态电荷中性点【7】；首次证实了Sb2Te3表面态的准粒子寿命几乎不受本征替代缺陷的影响，只会受到电子相互作用影响。

同时，证实了Sb2Te3表面态具有几乎完美的线性色散关系，并且确定了其作为三维拓扑绝缘体的厚度极限是4层【8】；1.理论模型与计算方法1.1理论模型本文采用的计算模型是具有菱形六面体结构的sb2Te3,他属于R3-MH 的空间群，晶格常数为a=b=c=1.045 nm ; 晶面角α=β=90°, γ=120°; 每个晶胞中包含6 个锑（sb）原子，9个碲（te）原子，晶胞结构如图所示：1.2计算方法本文使用的是基于第一性原理密度泛函理论方法，使用CASTEP软件，使用总能量的平面波赝势方法, 将离子势用赝势替代, 并让电子波函数用平面波基组展开, 用局域密度近似(LDA)或广义梯度近似(GGA)将电子与电子相互作用的交换和相关势进行校正, 它是现在较为准确的电子结构计算的理论方法.首先采用BFGS算法【1-4】(由Broyden, Fletcher, Goldfarb和Shanno提出的一种能对固定外应力的晶胞进行优化的算法)对晶体模型进行结构优化, 将原胞中的价电子波函数用平面波基矢进行展开, 并设置平面波截断能量E cut = 205 eV, 迭代过程中的收敛精度为1×10−6 eV. 选取局域密度近似(LDA)来处理交换关联能部分, 离子势采用超软(ultrasoft)赝势【5】, 布里渊区积分采用Monkhors-Pack【6】形式的高对称特殊k点方法, k网格点设置为4×4×4, 能量计算都在倒易空间中进行.2. 计算结果与讨论2.1 能带结构通过GGA 近似处理交换关联泛函, 超软赝势处理离子实与价电子之间的相互作用, 平面波基组描述体系电子的波函数,经过计算得到了Sb2Te3沿布里渊区高对称点方向的能带结构。

一维的拓扑绝缘体—ssh模型拓扑相和畴壁分数电荷的研究目录1. 引言1.1 背景和意义1.2 结构概述1.3 目的2. SSH模型介绍2.1 原理解析2.2 拓扑相的定义和特征2.3 SSH模型实验验证和应用展望3. 一维拓扑绝缘体与畴壁分数电荷关系探讨3.1 理论基础与研究背景把握3.2 拓扑绝缘体中的边界态和畴壁高度分数化的机制解析3.3 实验观测及其结果解释与探索前景展望4. 实验方法和数据分析技术4.1 样品合成与制备步骤介绍4.2 实验设备和测量技术简述4.3 数据处理和结果分析方法阐述及其误差估计方式介绍5. 结论和展望5.1 主要研究发现总结与重申目的达到程度评价+5.2 对研究领域现状的回顾5.3 进一步研究方向和前景展望1. 引言1.1 背景和意义一维的拓扑绝缘体是凝聚态物理学中一个备受关注的研究领域。

相较于传统绝缘体或者金属，拓扑绝缘体具有独特的电子结构和特殊的边界态现象。

在过去几十年里，许多研究者们对拓扑绝缘体做出了重要的理论预测，并且通过实验验证了这些预测。

其中一个经典的模型便是SSH（Su-Schrieffer-Heeger）模型。

SSH模型是最简单也是最经典的一维拓扑模型之一。

由于其简单性和丰富的物理现象，它成为了许多近年来实验室中进行实验验证和应用展望的对象。

通过对SSH模型进行深入研究，我们可以更好地理解一维拓扑绝缘体存在的机制以及其对材料性质的影响。

畴壁分数电荷作为一种新奇而重要的物理现象，在一维拓扑体系中引起了广泛的兴趣。

它将有序、周期嵌段结合到晶格系统中，形成了一种多体态，独特地影响着材料的导电性质。

通过研究拓扑绝缘体与畴壁分数电荷之间的关系，可以为我们提供更深入的认识和理解材料性质的途径。

1.2 结构概述本文将分为五个主要部分进行论述。

首先，在引言部分，我们将对研究背景和意义进行介绍，并概述SSH模型拓扑相和畴壁分数电荷的相关研究。

其次，我们将详细介绍SSH模型及其原理解析，并阐述一维拓扑相的定义和特征。

《SnTe-In2Te3体系热电材料的制备与性能研究》篇一一、引言随着环保能源需求日益增加，热电材料因其在热能与电能之间的直接转换而成为近年来的研究热点。

SnTe-In2Te3体系热电材料因其高效率、低成本的特性，在热电材料领域中备受关注。

本文旨在研究SnTe-In2Te3体系热电材料的制备方法以及其性能分析，以期推动其在实际应用中的进一步发展。

二、实验部分1. 材料制备SnTe-In2Te3体系热电材料的制备采用传统的固相反应法。

首先，将高纯度的SnTe和In2Te3粉末按照一定比例混合，然后在高温下进行长时间的烧结反应，得到所需的SnTe-In2Te3复合材料。

2. 性能测试通过X射线衍射（XRD）技术对材料的结构进行表征，使用扫描电子显微镜（SEM）观察材料的微观形貌，并利用热电性能测试仪对材料的电导率、塞贝克系数和热导率等性能进行测试。

三、结果与讨论1. 结构分析通过XRD分析发现，制备的SnTe-In2Te3复合材料具有典型的晶体结构，与预期的相符合。

同时，SEM图像显示材料具有均匀的微观形貌，无明显缺陷。

2. 性能分析（1）电导率：随着In2Te3含量的增加，材料的电导率呈现先增后减的趋势，在某一比例下达到最大值。

这主要是由于In2Te3的引入改善了材料的电子传输性能。

（2）塞贝克系数：SnTe-In2Te3复合材料的塞贝克系数随温度的升高而增大，表明其具有较好的热电效应。

此外，In2Te3的加入可以进一步提高材料的塞贝克系数。

（3）热导率：材料的热导率受多种因素影响，包括晶格热导率和电子热导率等。

通过调整In2Te3的含量，可以优化材料的热导率，从而提高其热电性能。

四、结论本文研究了SnTe-In2Te3体系热电材料的制备方法及性能分析。

通过固相反应法成功制备了具有典型晶体结构和均匀微观形貌的复合材料。

实验结果表明，适当调整In2Te3的含量可以优化材料的电导率、塞贝克系数和热导率等性能，从而提高其热电性能。

Vo.l 28高等学校化学学报No .72007年7月 CHEM I CAL J OURNAL OF CH I NESE UN I VERSI T I E S 1220~1222静电纺丝法制备SrTi O 3多晶微纳米纤维周险峰1,2,赵 勇2,曹新宇2,薛燕峰1,许大鹏1,江 雷2,苏文辉1(1.吉林大学物理学院,长春130012;2.中国科学院化学研究所分子科学中心,北京100080)摘要 应用静电纺丝法并结合So l g el 技术制备了SrT i O 3微纳米纤维.SE M,TEM 及电子衍射分析结果显示,于900 煅烧获得的纤维直径分布在50~400n m 之间,其典型直径约为280n m.XRD 分析结果表明,纤维由立方结构的S r T i O 3晶粒组成,平均晶粒尺寸为33n m.关键词 静电纺丝;溶胶 凝胶;钛酸锶(Sr T i O 3);超细纤维中图分类号 O 614 文献标识码 A 文章编号 0251 0790(2007)07 1220 03收稿日期:2007 03 19.基金项目:国家自然科学基金(批准号:30370406)资助.联系人简介:许大鹏(1960年出生),男,博士,教授,博士生导师,主要从事稀土纳米材料研究.E m ai:l xudp@jlu .edu .cn 钛酸锶(Sr T i O 3)为典型的ABO 3钙钛矿型氧化物,由于具有高介电常数、低介电损耗和热稳定性好等优点,在电子、机械和陶瓷工业领域中已得到广泛应用[1].近年来,Sr T i O 3纳米材料的制备和研究已引起了人们的极大兴趣,但已有研究主要集中于纳米粉体和纳米薄膜上[2,3],而具有准一维结构的Sr T i O 3微纳米纤维的制备及研究还未见报道.作为一种制备微纳米超细纤维重要而简单的方法,静电纺丝技术被应用于无机材料微纳米纤维的制备始于2002年[4],至今人们已制备出20多种无机材料超细纤维[5~7].当前国际上微米/纳米系统的研究热点是纳米材料的可控调变制备及其在纳电子学中的应用,通过制备尺寸、形貌和结构都可控的微米/纳米结构单元,进而研究组装分子电子器件、纳米结构传感器等新型器件.因此,制备具有准一维结构的Sr T i O 3微纳米电子陶瓷纤维,在纳电子学研究方面具有重要的应用价值.本文应用静电纺丝法并结合溶胶 凝胶(So l ge l)技术,制备了Sr T i O 3多晶微纳米纤维.1 实验部分1.1 试剂与仪器乙酸锶[Sr(C H 3C OO )2 1/2H 2O )],分析纯,A lfa A esar 公司;钛酸四丁酯[T i(OC 4H 9)4],化学纯,北京化学试剂公司;聚乙烯吡咯烷酮(P VP), A.R.级,ALDR I C H 公司,平均分子量1300000;无水乙醇(C 2H 5OH )和冰醋酸(C H 3COOH )均为分析纯,北京化学试剂公司.JEOL JS M 6700F 型扫描电子显微镜(SE M );J EOL 100CX 型透射电子显微镜(TE M );R i g aku D /m ax 2500型X 射线衍射仪(XRD);STA 409PC 型差热 热重分析仪(TG DSC ,NETZSC H 公司).1.2 前驱体溶胶的配制在搅拌下,将0 54g 乙酸锶缓慢地加入到10mL 质量分数为10%的PVP 乙醇溶液中,再滴入1mL 冰醋酸,然后把0 85g 钛酸四丁酯边搅拌边滴入到上述溶液中,在室温下搅拌2h,得到前驱体溶胶.1.3 静电纺丝将前驱体溶胶加入到由玻璃注射器制成的纺丝器中(纺丝喷头内径为0 8mm ),用一根插入前驱体溶胶中的铜丝作阳极,铝箔作阴极,铝箔与水平面成30!角,阳极和阴极之间的垂直距离为15c m,在18kV 电压下静电纺丝,在铝箔上即得到无序排列的复合超细纤维.1.4 Sr T i O 3微纳米纤维的制备将从铝箔上取下来的复合纤维放入马弗炉中,以2 /m i n 的速率升温,在600,800和900 下分别停留2,1和1h 后再自然冷却到室温,得到Sr T i O 3微纳米纤维.2 结果与讨论2.1 纤维的形貌图1为PVP /Sr T i O 3复合纤维在不同煅烧温度下的SE M 图.观察发现,煅烧前的纤维[图1(A )]表面平滑,直径分布在100~1000nm 之间,其典型直径为700nm.此时纤维是由PVP 、乙酸锶和钛酸四丁酯等组成的混合物,因此表面平滑,而PVP 起模板导向作用.在600及800 下煅烧后[图1(B ),(C )],纤维直径逐渐变细,纤维表面也变得粗糙起来.在900 下煅烧后[图1(D)],纤维的直径分布在50~400nm 之间,典型直径约为280nm.这是由于PVP 、乙酸锶和钛酸四丁酯等在高温下的分解、燃烧和反应,有机物挥发和形成Sr T i O 3纤维后的进一步收缩所致.此时纤维只是由Sr T i O 3晶粒组成的,纤维表面粗糙、直径变细.Fig .1 SEM i m ages of the as p repared fi b ers(A ),and those after ca l c i nation at600 (B ),800 (C)and 900 (D)图2为于900 煅烧所得样品中较细纤维的TE M 以及电子衍射图(ED ).从TE M 照片中可以看出纤维直径约为60nm ,表面较为粗糙.同心环状的电子衍射图表明纤维是由多晶颗粒组成,TE M 图像观测的典型晶粒尺寸约为30nm 左右.Fig .2 TEM i m age w ith the correspond i ng ED pattern(inse t)of the as p repared fibers calcinated at900Fig .3 XRD pattern s of the as prepared fibers(a ),and those after calc i nations at 600 (b ),800 (c )and 900 (d )2.2 X射线衍射分析Fig .4 TG DSC cu rves of hybrid fi b er s of PVP /SrT i O 3样品的XRD 分析(图3)表明,电纺纤维在煅烧之前,均未出现Sr CO 3,T i O 2,Sr T i O 3的特征峰.于600 煅烧后,出现了较强的Sr CO 3特征峰和少数很弱的Sr T i O 3特征峰[8];煅烧到800 时,Sr C O 3的特征峰消失,以立方相Sr T i O 3的特征峰为主,并出现少量较弱的T i O 2特征峰;于900 煅烧后,仅剩下清晰完整的立方相Sr T i O 3的特征峰,表明此条件下已完全生成了Sr T i O 3微纳米纤维.由Scherrer 公式计算,样品在900 煅烧后,晶粒的平均粒径为33nm,与透射电镜观察到的结果(图2)基本一致.2.3 PVP /SrTi O 3复合纤维的热分析TG DSC 分析结果(图4)表明,PVP /Sr T i O 3复1221 N o .7 周险峰等:静电纺丝法制备SrT i O 3多晶微纳米纤维1222高等学校化学学报 V o.l28合纤维的分解和反应形成Sr T i O3纤维分为四个阶段:在18~223 之间失重9 94%,DSC曲线上出现一个宽吸热峰(中心为123 ),是复合纤维失去水分及结晶水所致;在223~388 之间失重25 26%,DSC曲线上出现一个较强的放热峰(中心为338 ),对应于是PVP和其它挥发性物质(H2O 和CO2等)的初步分解、挥发和燃烧;在388~659 之间失重28 28%,对应于448 处有一个很强的放热峰,这是由于PVP完全分解燃烧和有机物氧化分解生成Sr CO3,Sr CO3进一步与T i O2反应生成Sr T i O3所致[8];在659~880 之间失重4 74%,相应地在834 处有一个放热峰,是未完全反应的少量Sr C O3与T i O2反应生成Sr T i O3并放出CO2所致.参 考 文 献[1] Sabol sky E.M.,Ja m eA.R.,K o w o m S.,et a l..App.l Phys.Lett.[J],2001,17:2551∀2553[2] Gao Y.F.,Yos h itake M.,T etsu Y.,et a l..M aterial Science and Engi neering.B[J],2003,99:290∀293[3] Zhang S. C.,Liu J.X.,H an Y.X.,et al..M aterial Science and Engi n eeri ng.B[J],2004,110:11∀17[4] Shao C.L.,K i m H.Y.,Gong J.,e t al..Nanot echnol ogy[J],2002,13:635∀637[5] SHAO C hang Lu(邵长路),GUAN H ong Yu(关宏宇),W EN Shang B i n(温尚彬),e t al..Che m.J.Ch i neseU n i vers ities(高等学校化学学报)[J],2004,25(6):1013∀1015[6] HONG You L i ang(洪友良),SHANG T i e C un(商铁存),JI N Yu W ei(靳玉伟),et a l..C he m.J.Ch i n ese Un i versiti es(高等学校化学学报)[J],2005,26(5):985∀987[7] L iD.,Jesse T.M.,X i a Y.N..J.Am.Cera m.S oc.[J],2006,89:1861∀1869[8] CHEN Zhen L i ang(陈贞亮),W ANG Zheng Cun(王政存),SHEN Cheng M i n(申承民),et al..Jou rnal of Functi onalM ateri als(功能材料)[J],1999,30:633∀635Preparati on of Polycrystalli ne SrT i O3U ltrafi neF i bers via E lectrosp i nni ngZ HOU X ian Feng1,2,ZHAO Yong2,C AO X i n Yu2,XUE Yan Feng1,XU Da Peng1*,JI A NG Lei2,S U W en H u i1(1.Colle ge of Physics,J ili n U ni ver sity,Chang chun130023,China;2.Center for M olecul ar S ciences,Institute of Che m istry,Chi nese A cade my of S ciences,B eijing100080,Chi na)Abst ract Perorskite struet u re Sr T i O3u ltrafine fi b ers w ere successfully fabricated vi a electrospi n ning co m b i n ed w ith So l ge l techno logy.Po l y crysta lline Sr T i O3fi b ers w ith a d i a m eter range of50∀400nm w ere ob tained w ith ca lci n ation o f the inorganic/organic hybri d fibers at900 for1h.The m orpho l o gy,m icrostruc ture,cr ystal structure and ther m a l analysis w ere i n vestigated via SE M,TE M,XRD and TG DSC,respective l y.The results show that the cr ystalline phase and m orphology o f Sr T i O3fibers w ere greatly i n fluenced by the calcina ti o n te m perature.K eywords E lectrospi n ning;Sol ge;l Sr T i O3;U ltrafi n e fi b ers(Ed.:M,G)。

Bi2Te3和Ag2Se一维纳米结构的合成及电学性能
研究的开题报告
一、研究背景：
热电材料因其能将热能转换为电能，具有良好的应用前景。

一维纳
米材料是一种具有特殊结构和性质的新型材料，能够在热电领域中发挥
重要作用。

Bi2Te3和Ag2Se是两种常见的热电材料，其一维纳米结构具有更高的热电效率和更好的性能，因此受到了广泛的研究。

二、研究目的：
本文旨在通过一维纳米结构的合成及其电学性能的研究，探讨
Bi2Te3和Ag2Se在热电领域中的应用潜力，并为进一步的热电材料研究提供实验基础和理论依据。

三、研究内容：
1.合成一维纳米结构的Bi2Te3和Ag2Se材料；
2.表征材料的结构、形貌和物理性质；
3.测试材料的热电性能，并分析其热电性能与材料结构之间的关系；
4.探讨Bi2Te3和Ag2Se一维纳米结构在热电领域中的应用潜力。

四、研究方法：
1.溶剂热法制备一维纳米结构的Bi2Te3和Ag2Se材料；
2.利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、热重分析仪（TGA）、差热分析仪（DSC）等仪器对材料进行表征；
3.利用热电测试仪对材料进行热电性能的测试，并分析数据；
4.采用计算机模拟方法，对所得数据进行分析和处理。

五、研究意义：
1.探究Bi2Te3和Ag2Se一维纳米结构的合成方法，并且为热电材料的研究提供了新的思路；
2.对热电材料的结构与性能之间的关系进行了深入的研究，为热电材料的研发提供了新的理论依据；
3.为热电材料的应用提供了新的思路和实验基础，有助于推进热电领域的发展。

《SnTe-In2Te3体系热电材料的制备与性能研究》篇一一、引言随着能源危机和环境污染问题的日益严重，开发高效、环保、可再生的能源材料成为了当前科研的重要方向。

热电材料作为一种能够将热能直接转化为电能的新型材料，在能源转换领域具有重要的应用价值。

SnTe-In2Te3体系热电材料具有较高的热电性能和稳定的物理化学性质，成为了近年来研究的热点。

本文将介绍SnTe-In2Te3体系热电材料的制备方法、性能研究及其应用前景。

二、文献综述SnTe和In2Te3是两种重要的热电材料，它们具有优异的热电性能和良好的稳定性。

近年来，许多研究者对SnTe-In2Te3体系热电材料的制备、性能和应用进行了研究。

制备方法包括熔融法、机械合金法、溶液法等。

此外，许多研究表明，通过调节材料的组成和微观结构，可以显著提高其热电性能。

因此，深入研究SnTe-In2Te3体系热电材料的制备工艺和性能，对于提高其热电转换效率和拓宽其应用领域具有重要意义。

三、实验方法1. 材料制备本文采用熔融法制备SnTe-In2Te3体系热电材料。

首先，将高纯度的Sn、Te和In2Te3按照一定比例混合，然后在高温下熔融并冷却结晶，得到SnTe-In2Te3体系热电材料。

2. 性能测试采用X射线衍射仪（XRD）对制备得到的材料进行物相分析；利用扫描电子显微镜（SEM）观察材料的微观形貌；采用热电性能测试仪测试材料的热电性能。

四、结果与讨论1. 物相分析通过XRD分析，我们可以得到SnTe-In2Te3体系热电材料的物相组成。

结果表明，随着In2Te3含量的增加，材料的物相逐渐发生变化。

当In2Te3含量达到一定值时，材料形成固溶体结构，有利于提高材料的热电性能。

2. 微观形貌分析通过SEM观察，我们可以看到SnTe-In2Te3体系热电材料的微观形貌。

结果表明，随着In2Te3含量的增加，材料的晶粒尺寸逐渐减小，晶界增多，有利于提高材料的热电性能。

第4讲：电荷密度波与自旋密度波Charge Density Wave (CDW)AndSpin Density Wave (SDW)关键词准一维导体Peierls相变公度和非公度CDW/SDW非线性电导Frohlich滑移导电机制窄带噪声搓衣板模型1975年发现NbSe3的非线性电导特性一种新的导电机制：电子的集体运动模式已发现的电荷密度波材料举例•NbSe3, TaSe3, NbS3, TaS3,•(TaSe4)2I, (NbSe4)3I,•NbTe4, TaTe4, ZrTe5,•K0.3MoO3,Tl0.3MoO3•TTF-TCNQ•NbSe2, TaSe2, NbS2, TaS2准一维准二维NbSe3结构d电子波函数连成一维电子通道NbNbTe4结构K 0.3MoO 3的结构K蓝青铜4d 元素准一维导体形成电荷密度波的机制原子双聚化引起能带结构的改变一维原子链双聚化，周期增加一倍晶格畸变能增加电子系统能量减小能隙（布里渊区边界）在动量空间的什麽位置？当波长λ＝2a 时，入射波和反射波相位差为2π的整数倍，所有的反射波叠加,导致k B =1/2a 处出现能隙,(a 为原子的周期)原子双聚化，电子态密度出现能隙一维电子系统的“对顶跳”和Peierls相变Kohn 反常－Peierls 相变的前兆电子－声子相互作用q= 2k F只有动量为2k F 的声子才被电子吸收能隙随温度变化理论计算实验结果能隙究竟是在何时开始出现？赝能隙在260K 已经开始出现，反映有CDW 涨落是否一定“公度”？Peierls 相变后的原子周期a’与原周期a 不一定是整数倍，而取决于费米波矢:a’= 1/ (2k F ）当费米波矢正好在第一布理渊区中间时（即k F =1/4a ），a’= 2a原子超格子和电荷密度波同时形成ρ(x)=ρ0+ρ1cos(2 πx/λ+ϕ)若a ´/a为简单分数，称公度电荷密度波若a ´/a 为非简单分数，称非公度电荷密度波CDW 形成示意图Frohlich滑移导电:CDW “骑在”离子超晶格的行波上传播电荷密度波的钉扎和閾值电场钉扎中心－－杂质原子，点缺陷NbSe 3主要物理特性两次Peierls 相变144K59K非线性电导电场超过閾值时CDW 开始滑移，电阻急剧下降J=J 0+J CDW电荷密度波的钉扎部分CDW 被钉扎全部CDW 被钉扎实验显示：钉扎中心太多时，阈值反而降低比热从相变比热可算出熵的变化，估计在144K 有25％的传导电子凝聚为CDW，在59K 又有30％的传导电子进一步凝聚S=∫(C/T) •dT =∫C •d(lnT)压力下出现超导电性都是电－声子作用压力对ZrTe 3的超导转变和CDW 相变温度的影响不同压力下ZrTe 3的R-T曲线当CDW运动时，出现窄带“噪声”频谱分析J CDW 与“噪声”的交流频率成正比J=J 0+JCDWCDW 与微波的相互作用微分电导在微波场中I-V曲线上出现台阶二维电荷密度波系统NbSe2，TaS2等nestingCDW 和SDWCDW:ρ=ρ+ρ1cos(2 πx /λ+ ϕ)=ρ↑(x)+ ρ↓(x)ρ↑(x) = ρ/2+ρ1cos(2 πx /λ+ ϕ↑)/2ρ↓(x) = ρ/2+ρ1cos(2 πx /λ+ ϕ↓)/2对CDW, ϕ↑=ϕ↓= ϕSDW:ϕ↑=ϕ↓+ πρ=ρ↑(x)+ ρ↓(x) = ρ是常数挫衣板模型思考题1，CDW的导电性有何特征？2，CDW材料的结构有何特征？3，什麽是Kohn反常，它产生的机制是什麽？4，Peierls 相变（结构相变）与金属－绝缘体相变之间有何关系？5，为什麽有的CDW是公度的有的CDW是非公度的?6，为什麽电压超过閾值后CDW才开始滑移?7，样品中杂质很多的情况閾值是减小还是加大？8，窄带“噪声”有何特征，它产生的机制是什麽？9，有微波照射时为什麽I-V曲线上出现台阶？思考题续10，如何从相变比热估算出参加CDW凝聚电子的百分比？11，为什麽加压力能使NbSe3超导？12，自旋密度波(SDW)是如何形成的？。

P型（Bi,Sb）2Te3基材料的制备及其热电性能优化研究P型（Bi,Sb）2Te3基材料的制备及其热电性能优化研究摘要：随着能源危机和环境保护问题的逐渐突出，热电材料作为一种转化废热能为电能的有效途径备受重视。

本文研究了P型（Bi,Sb）2Te3基材料的制备及其热电性能优化方法。

采用熔融冷却法制备纯度高、形貌规整的（Bi,Sb）2Te3粉末，通过热压工艺将粉末转化为块状样品。

制备过程中采用了不同的加工工艺和升温速率来优化样品的品质，通过SEM、XRD等表征手段对制备后的样品进行了形貌和结构的分析。

在优化样品制备工艺的基础上，采用继电桥法测量了样品的电阻率和霍尔系数，计算出样品的电导率、热导率和Seebeck系数等热电性能参数。

研究结果表明，采用恰当的加工工艺和升温速率能够显著提高样品的热电性能，其中，样品在873K时的热电性能最佳，其ZT值达到0.72。

关键词：（Bi,Sb）2Te3；热电材料；制备；热电性能；ZT值。

Introduction：随着能源危机和环境保护问题日益突显，如何高效地利用废热能成为一项重要的研究课题。

热电材料作为一种用于将废热能转换为电能的有效途径，在汽车、船舶、飞机、军用设备和一些高温工业生产过程中具有重要的应用前景。

P型（Bi,Sb）2Te3材料是一种功能材料，具有较高的热电性能，同时易于制备和处理。

因此，研究其制备及其热电性能优化具有重要意义。

Experimental：采用熔融冷却法制备纯度高、形貌规整的（Bi,Sb）2Te3粉末，通过热压工艺将粉末转化为块状样品。

控制样品的加工工艺和升温速率来优化样品的品质，通过SEM、XRD等表征手段对制备后的样品进行了形貌和结构的分析。

在制备出优质样品之后，采用继电桥法测量了样品的电阻率和霍尔系数等参数，并据此计算出样品的电导率、热导率和Seebeck系数等热电性能参数。

最终，通过计算ZT值来评估样品的热电性能。

Results and Discussion：通过样品的形貌和结构分析结果表明，采用恰当的加工工艺和升温速率能够显著提高样品的热电性能。

材料化学专业科研训练题目:碳纳米管类导电材料设计班级学号:0809020203姓名:文利指导教师:孙苗哈尔滨理工大学化学与环境工程学院2011年01月12日材料化学专业科研训练摘要碳纳米管为一种新型材料，近年来引起了人们的广泛关注，国内外对其都有一定的研究突破。

本文综述了碳纳米管的研究进展，介绍了碳纳米管的各项性能以及其原理，重点说明碳纳米管的导电性能。

最后提出了设计思路以及可能存在的问题。

错误！未找到引用源。

目录摘要 (I)第1章绪论 (1)1.1 碳纳米管简介及发展史 (1)1.2 碳纳米管的分类 (2)1.3 碳纳米管的应用 (3)1.4 展望 (4)第2章 (6)2.1 碳纳米管的导电 (6)2.2 碳纳米管的活化 (8)2.3 碳纳米管的力学性能 (9)2.4 碳纳米管的传热 (10)2.5 碳纳米管的储氢 (11)第3章 (12)3.1 设计原理 (12)3.2 设计思路 (12)3.3 存在问题 (12)3.4 用途 (13)总结 (14)参考文献 (15)第1章绪论1.1碳纳米管简介及发展史在1991年日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛(Iijima)在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子,这就是碳纳米管。

现在被称作的“Carbon nanotube”，即碳纳米管,又名巴基管。

碳纳米管具有典型的层状中空结构特征,构成碳纳米管的层片之间存在一定的夹角碳纳米管的管身是准圆管结构，并且大多数由五边形截面所组成。

管身由六边形碳环微结构单元组成, 端帽部分由含五边形的碳环组成的多边形结构，或者称为多边锥形多壁结构。

是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。

它主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。

层与层之间保持固定的距离，约为0.34nm，直径一般为2～20nm。

第52卷第10期2023年10月人㊀工㊀晶㊀体㊀学㊀报JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS Vol.52㊀No.10October,2023二维层状In 2Se 3材料的快速制备及结构特性研究俞书昕,金泽辛,陈㊀容,李㊀韬,祖翔宇,吴海飞(绍兴文理学院,绍兴㊀312000)摘要:In 2Se 3二维层状材料具有优异的光电㊁热电和铁电特性㊂目前In 2Se 3二维层状材料大部分通过对化学气相输运(CVT)法制备的块体In 2Se 3进行机械剥离获得,CVT 法制备工艺复杂㊁制备时间长㊁成本高,与之相比,布里奇曼(B-S)法具有制备工艺简单㊁制备效率高㊁成本低的优势㊂为此,本文对CVT 法和B-S 法制备的块体In 2Se 3分别进行了机械剥离,并转移到SiO 2/Si(111)基底,获得了相应的二维层状In 2Se 3样品㊂同时利用原子力显微镜(AFM)㊁激光拉曼和X 射线衍射(XRD)对两样品进行表面形貌㊁晶格振动谱和结晶质量的测量,发现用B-S 法制备㊁剥离的样品具有与CVT 法制备㊁剥离样品几乎相同的表面原子级平整度和单晶结晶质量㊂本文为高质量二维层状In 2Se 3材料的获得提供了更为经济实用的途径㊂关键词:In 2Se 3;二维层状材料;机械剥离;化学气相输运法;布里奇曼法中图分类号:O766;O484㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1000-985X (2023)10-1787-06Rapid Preparation and Structural Characterization of Two-Dimensional Layered In 2Se 3MaterialsYU Shuxin ,JIN Zexin ,CHEN Rong ,LI Tao ,ZU Xiangyu ,WU Haifei (Shaoxing University,Shaoxing 312000,China)Abstract :In 2Se 32D layered materials have excellent photoelectric,thermoelectric and ferroelectric properties.At present,most of the In 2Se 3materials are obtained by mechanical exfoliation of bulk In 2Se 3prepared by the complicated chemical vapor transport (CVT)method with long time and high pared with CVT method,the Bridgman (B-S)method has the advantages of simple preparation process,high efficiency and low cost.In this paper,the bulk In 2Se 3prepared by CVT and B-S method were mechanically exfoliated and transferred to SiO 2/Si(111)substrates to obtain the corresponding two-dimensional layered In 2Se 3samples.The surface morphology,lattice vibration spectrum and crystalline quality of both samples were also measured by atomic force microscopy (AFM),laser Raman and X-ray diffraction (XRD).The results show that the samples prepared and exfoliated by B-S method have almost the same surface atomic level flatness and single crystal crystalline quality as those prepared and exfoliated by CVT method.This paper provides a more economical and practical way to obtain high-quality two-dimensional layered In 2Se 3materials.Key words :In 2Se 3;two-dimensional layered material;mechanical exfoliation;chemical vapor transport method;Bridgman method㊀㊀㊀收稿日期:2023-03-28㊀㊀基金项目:浙江省自然科学基金(LY19E020009)㊀㊀作者简介:俞书昕(2001 ),男,浙江省人㊂E-mail:1480949904@ ㊀㊀通信作者:吴海飞,博士,副教授㊂E-mail:wuhaifei@0㊀引㊀㊀言近年来,二维层状In 2Se 3材料因其独特的晶体结构和光电㊁热电特性在半导体材料领域获得了人们的广泛关注[1-6]㊂In 2Se 3有五种不同的结构,包括α㊁β㊁γ㊁κ和δ相[7-10]㊂2015年,Island 等研究了二维层状In 2Se 3的光电晶体管,由于In 2Se 3具有直接带隙和极强的光门效应,其光电流增益可达(9.8ʃ2.5)ˑ104A /W [2]㊂2017年,Ding 等[24]利用第一性原理计算预测了α-In 2Se 3具有面内和面外相耦合的室温自发铁电特性㊂随1788㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第52卷后,多个实验团队陆续验证了超薄α-In2Se3在室温下面内和面外的自发铁电性[12-14],这为基于In2Se3器件性能的调控提供了基础㊂此外,武汉大学刘惠军课题组研究发现二维层状In2Se3具有多能谷能带特征,能带简并度高,且其z方向的晶格热导率仅为0.68W㊃m-1㊃K-1,高能带简并度㊁低晶格热导率表明二维层状In2Se3具有高的电输运和低的热输运性能,是理想的热电材料[14]㊂同时In2Se3在光伏太阳能电池[15]㊁光电子[11,16]㊁离子电池[17]㊁相变材料[18]等领域都有着广泛的应用㊂以上研究工作表明二维层状In2Se3在光电㊁铁电㊁热电器件领域有着可观的应用前景㊂目前对于二维层状In2Se3的获得,大多通过对块体层状In2Se3的机械剥离[1,3,12-13]来实现,且用作机械剥离的块体层状In2Se3主要采用化学气相输运(chemical vapor transportation,CVT)法制备得到,具体步骤如下:将具有适当化学计量比的纯In和Se与少量的传输剂一起放入石英安瓿中密封,冷却,抽真空,设置温度梯度为950~800ħ,生长得到块体样品[19-20],如图1(a)所示㊂该方法制备工艺较为复杂,且制备时间耗时长,获得的块体In2Se3层状材料尺寸大㊁缺陷少,但产量低㊁价格偏高,导致实验成本过高㊂布里奇曼(Bridgman,B-S)法的主要原理是利用金属容器和石英玻璃容器的差异熔融温度进行晶体生长㊂相比于CVT法,B-S法使用原料比为1ʒ1的In和Se作为起始材料,在管状炉中通过调节两独立区的温度和管的移动来进行样品的生长[21-22],如图1(b)所示,可以得到较大尺寸的样品,具有制备工艺简单㊁产量高的特点,广泛应用于半导体材料㊁金属材料等领域㊂但是B-S法制备得到的样品易破碎,平整台面较少,如B-S法制备的块体In2Se3经机械剥离后能达到二维层状In2Se3的实验要求,将大幅度降低实验的成本,有益于二维层状In2Se3的大规模推广应用㊂为此,本文利用机械剥离法对CVT法和B-S法制备的块体In2Se3分别进行了剥离,并利用原子力显微镜(AFM)㊁激光拉曼和X射线衍射(XRD)对剥离的样品进行了对比测试,发现B-S法获得的二维层状In2Se3在表面平整度和结晶质量上均可与CVT法获得的二维层状In2Se3比拟,且两者具有类似的晶格振动谱,即B-S法制备的块体In2Se3可通过机械剥离获得符合实验要求的二维层状In2Se3㊂图1㊀In2Se3的两种制备方式㊂(a)CVT法制备In2Se3的原理图;(b)B-S法制备In2Se3的原理图Fig.1㊀Two preparation methods of In2Se3.(a)Schematic diagram of In2Se3preparation by CVT method;(b)schematic diagram of In2Se3preparation by B-S method1㊀实㊀㊀验利用Scotch胶带不断对撕CVT法和B-S法制备的块体In2Se3材料,并将其转移到SiO2/Si(111)基底上以获得厚度10~20nm的二维层状In2Se3样品,分别计作In2Se3(C)和In2Se3(B)㊂利用AFM和光学显微镜对In2Se3(C)和In2Se3(B)进行表面形貌的表征;利用拉曼光谱仪采用波长为532nm的激光对两种样品的晶格振动谱进行测试;利用XRD采用波长为1.54056Å的Cu特征谱线对样品的结晶质量进行表征;利用PL荧光光谱测试仪(激发波长为350nm)对样品的内部电子能带结构进行对比测试㊂2㊀结果与讨论In2Se3具有α㊁β㊁γ㊁κ和δ相5种不同的结构,实验研究表明这5种不同的结构具有不同的晶格振动谱图[12-13],即通过激光拉曼的测试可分辨出In2Se3的具体结构信息㊂为此,本文对机械剥离法获得的In2Se3(C)㊀第10期俞书昕等:二维层状In 2Se 3材料的快速制备及结构特性研究1789㊀图2㊀In 2Se 3(C)和In 2Se 3(B)样品的激光拉曼谱Fig.2㊀Laser Raman spectra of In 2Se 3(C)and In 2Se 3(B)samples 和In 2Se 3(B)样品分别进行了激光拉曼的测试,测试范围为0~400cm -1,其结果如图2所示㊂图中可以看到,In 2Se 3(C)和In 2Se 3(B)样品拉曼谱非常相似,均在89㊁104㊁180㊁196cm -1处出现了不同强度的拉曼散射峰,In 2Se 3(C)样品的散射峰强度略高于In 2Se 3(B)样品㊂由于SiO 2/Si(111)基底在此测试波段并没有散射信号,可以推断出现的4个散射峰应该均来自In 2Se 3本身㊂与α㊁β㊁γ㊁κ和δ相In 2Se 3的晶格振动谱对比,发现In 2Se 3(C)和In 2Se 3(B)样品的散射峰与α相In 2Se 3的拉曼散射峰一致[23-25],89cm -1处为E 对称模式特征峰,104cm -1处为A 1(LO +TO)声子模式特征峰,180和196cm -1处出现的特征峰来自α相In 2Se 3晶格纵声学波LO 和横声学波TO 分裂,180cm -1处对应A 1(LO)模式特征峰,196cm -1处对应A 1(TO)模式特征峰[14]㊂表明对CVT 法和B-S 法制备的块体In 2Se 3进行机械剥离获得的二维层状In 2Se 3均为纯α相,这也与室温下α相In 2Se 3最稳定吻合㊂为检验In 2Se 3(B)样品的剥离质量,本文对In 2Se 3(C)和In 2Se 3(B)样品分别进行了光学显微镜观察和AFM 测试,图3(a)㊁(d)分别给出了In 2Se 3(C)和In 2Se 3(B)样品的光学显微镜照片,图3(b)㊁(e)分别给出了In 2Se 3(C)和In 2Se 3(B)样品的AFM 照片,扫描范围均为5μm ˑ5μm;图3(c)㊁(f)分别为沿图3(b)㊁(e)中AB㊁CE 线段作的高度曲线图㊂图中可以看到In 2Se 3(C)和In 2Se 3(B)样品表面台面均具有原子级的表面平整度,与In 2Se 3(C)相比,In 2Se 3(B)表面的台阶密度相对大些,台面宽度相对窄些㊂为作定量比较,本文分图3㊀样品In 2Se 3的光学显微照片和AFM 表征结果㊂(a)In 2Se 3(C)样品的光学显微照片;(b)In 2Se 3(C)样品的AFM 照片;(c)沿图3(b)中AB 线段作的高度曲线图;(d)In 2Se 3(B)样品的光学显微照片;(e)In 2Se 3(B)样品的AFM 照片;(f)沿图3(e)中CE 线段作的高度曲线图Fig.3㊀Optical images and AFM characterization results of sample In 2Se 3.(a)Optical image of In 2Se 3(C)sample;(b)AFM image of In 2Se 3(C)sample;(c)height profile along line segment AB in Fig.3(b);(d)optical image of In 2Se 3(B)sample;(e)AFM image of In 2Se 3(B)sample;(f)height profile along line segment CE in Fig.3(e)1790㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第52卷别对In2Se3(C)和In2Se3(B)样品10个不同的10μmˑ10μm区域进行了测试,对两者的台面宽度进行了统计对比,发现In2Se3(B)样品的台面宽度分布跨度较大,最窄的台面宽度仅约100nm,最宽的台面宽度可达约3.088μm,且以2~3μm居多;In2Se3(C)样品的台面宽度相对比较均衡,基本处于2~4μm㊂由图3(c)㊁(f)可以看出,图3(b)㊁(e)中各台面间的高度差(台阶高度)分别为4.16㊁0.90㊁0.92㊁1.80nm㊂图4给出了α相In2Se3的原子结构示意图,In2Se3具有层状结构,每个5原子层由3个Se原子和2个In原子交替排列组成,层内Se原子和In原子间通过较强的共价键相连,层与层之间通过微弱的范德瓦耳斯(van der Waals, vdW)力相互作用㊂根据文献报道,α-In2Se3层与层之间距离约为1.082nm[9]㊂可以估算图3(b)㊁(e)中各台面间的高度差(台阶高度)4.16㊁0.90㊁0.92㊁1.80nm分别对应4㊁1㊁1㊁2个5原子层,测试In2Se3(C)和In2Se3(B)样品其他区域,发现所有台阶高度均为单个5原子层台阶高度的整数倍,表明利用Scotch胶带的机械剥离只破坏了In2Se3样品层与层之间的力,并没有破坏单个5原子层内部原子间的作用力,此结论也证明了In2Se3层与层之间为微弱的vdW力㊂图4㊀α-In2Se3的结构示意图Fig.4㊀Schematic structure ofα-In2Se3为表征In2Se3样品的结晶质量,本文对In2Se3(C)和In2Se3(B)均进行了XRD测试,其结果分别如图5(a)㊁(b)所示,样品通过钽片条点焊在铁片上,导致XRD测试结果同时伴有钽和铁的衍射信号峰,为明确测试的XRD图谱中各衍射峰的来源,本文在图5(a)㊁(b)的下方分别给出了钽和铁的衍射信号峰,两样品中掠射角2θ为44.599ʎ处出现的衍射来自Fe(110)[26],掠射角2θ为38.438ʎ处出现的衍射来自Ta(200)[27]㊂由图可知In2Se3(B)和In2Se3(C)样品的XRD图谱非常接近,除了来自Fe(110)和Ta(200)晶面的衍射峰外,在掠射角2θ为18.392ʎ㊁27.769ʎ㊁37.280ʎ㊁47.305ʎ㊁57.557ʎ处均出现了衍射峰,这些衍射峰从小到大分别与In2Se3(001)的4级㊁6级㊁8级㊁10级和12级衍射晶面相对应[25,28-29],且两样品In2Se3(001)各级衍射峰间的相对强度比基本相同,表明In2Se3(B)和In2Se3(C)样品均为高质量单晶㊂根据In2Se3(004)晶面的掠射角2θ计算得到样品的晶面间距为19.2796Å,与文献当中所述一致[30-32]㊂为进一步比较两样品的结晶质量,测量得到两样品In2Se3(004)晶面衍射峰的半峰全宽分别为0.11ʎ和0.12ʎ(见图5(a)㊁(b)插图),可见In2Se3(B)具有和In2Se3(C)一样的结晶质量㊂图5㊀In2Se3样品的XRD图谱Fig.5㊀XRD patterns of In2Se3sample㊀第10期俞书昕等:二维层状In 2Se 3材料的快速制备及结构特性研究1791㊀为了对比两种方法制备得到的样品在发光属性和电子能带结构方面的差异,本文对In 2Se 3(C)和In 2Se 3(B)均进行了PL 测试㊂在室温298.15K,激发波长λex =350nm 条件下对两个样品进行测试,两种样品的峰位均出现在709nm 处(见图6),两种方法制备得到的样品的测试谱图中峰位㊁峰形㊁峰宽都相同,表明两个样品的发光属性和内部电子能带结构具有一致性㊂图6㊀In 2Se 3(C)和In 2Se 3(B)样品的PL 图谱Fig.6㊀Photoluminescence spectra of In 2Se 3(C)and In 2Se 3(B)samples 3㊀结㊀㊀论本文利用Scotch 胶带对CVT 法和B-S 法制备的块体In 2Se 3分别进行了机械剥离,并转移到SiO 2/Si (111)基底,获得了相应的二维层状In 2Se 3样品㊂同时利用AFM㊁激光拉曼和XRD 对剥离的样品进行了对比测试,发现B-S 法获得的二维层状In 2Se 3在表面平整度和结晶质量上均可与CVT 法获得的二维层状In 2Se 3相比拟,且两者具有类似的晶格振动谱,均为纯α相In 2Se 3㊂研究结果表明B-S 法制备的块体In 2Se 3通过机械剥离也可获得高质量的符合实验要求的二维层状In 2Se 3样品,本文为高质量二维层状In 2Se 3材料的获得提供了更为经济实用的思路和途径㊂参考文献[1]㊀JACOBS-GEDRIM R B,SHANMUGAM M,JAIN N,et al.Extraordinary photoresponse in two-dimensional In 2Se 3nanosheets[J].ACS Nano,2014,8(1):514-521.[2]㊀Island J O,Blanter S I,Buscema M,et al.Gate controlled photocurrent generation mechanisms in high-gain In 2Se 3phototransistors[J].NanoLetters,2015,15(12):7853-7858.[3]㊀XU C,MAO J F,GUO X Y,et al.Two-dimensional ferroelasticity in van der Waals β -In 2Se 3[J].Nature Communications,2021,12:3665.[4]㊀MARSILLAC S,COMBOT-MARIE A M,BERNÈDE J C,et al.Experimental evidence of the low-temperature formation of γ-In 2Se 3thin films obtained by a solid-state reaction[J].Thin Solid Films,1996,288(1/2):14-20.[5]㊀LIN M,WU 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博士学位论文准一维结构等相关超导材料的探索与研究作者姓名：穆青隔指导教师: 任治安研究员学位类别: 理学博士学科专业: 凝聚态物理培养单位: 中国科学院物理研究所2018年6 月Exploration and study for quasi-one-dimensional and relatedsuperconducting materialsA thesis submitted toUniversity of Chinese Academy of Sciencesin partial fulfillment of the requirementfor the degree ofDoctor of Philosophyin Condensed Matter PhysicsByMu QinggeSupervisor: Professor Ren ZhianInstitute of PhysicsChinese Academy of SciencesJune 2018中国科学院大学研究生学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。

尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。

对论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明或致谢。

作者签名：日期：中国科学院大学学位论文授权使用声明本人完全了解并同意遵守中国科学院有关保存和使用学位论文的规定，即中国科学院有权保留送交学位论文的副本，允许该论文被查阅，可以按照学术研究公开原则和保护知识产权的原则公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编本学位论文。

涉密及延迟公开的学位论文在解密或延迟期后适用本声明。

作者签名：导师签名：日期：日期：摘要摘要自从超导电性发现以来，超导材料探索以及超导机理研究一直是凝聚态物理领域的前沿课题。