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亮点文章 2020年第22期

已有 1678 次阅读 2020-12-10 09:50 |系统分类:论文交流

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封面文章

全固态电池中界面的结构演化和物质输运

拱越, 谷林

物理学报,2020, 69 (22): 226801

全固态电池中科学问题的本质在于引入的固态电解质的特性及全新的固-固界面的存在。从构-效关系出发,固-固界面和电解质自身的结构演化与物质输运过程决定了全固态电池的性能。随着固态电解质材料研究的不断丰富,目前全固态电池中的问题主要集中在固-固界面,界面处的组成和结构限制了全固态电池的性能。根据固-固界面接触的情况不同,本文按照固-固界面物理接触、化学接触和表面改性处理这三个层次总结与讨论全固态电池中固-固界面处的结构及其物质输运。最后从功能材料功能性起源角度讨论局域对称性与宏观复杂体系下材料性能的关联。


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图1   全固态电池中存在的多种界面结构示意图


同行评价

文章选取全固态电池的界面科学问题进行深入剖析,从探讨固态界面的接触属性出发,引出固态电池面临的界面问题,又从表面改性的角度对解决界面问题给出了深刻的认识和有益的讨论。该文及时准确的对全固态电池中的界面问题进行了清晰梳理,准确的阐述了该领域的发展动态,对读者认识界面问题将大有裨益。

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溶胶-凝胶法制备氧化锡基薄膜及薄膜晶体管的研究进展

刘贤哲, 张旭, 陶洪, 黄健朗, 黄江夏, 陈艺涛, 袁炜健, 姚日晖, 宁洪龙, 彭俊彪

物理学报,2020, 69 (22): 228102

透明导电氧化物 (transparent conductive oxides,TCOs)薄膜和透明氧化物半导体 (transparent oxide semiconductors,TOSs) 薄膜具有高透明度和良好的导电率等特点,广泛应用于太阳能电池、平板显示、智能窗以及透明柔性电子器件等领域。大多数TCOs和TSOs薄膜主要是以氧化铟、氧化锌和氧化锡三种材料为基础衍生来的,其中,氧化铟薄膜中In元素有毒、含量稀少且价格昂贵,会造成环境污染;氧化锌薄膜对酸或碱刻蚀液敏感,薄膜图形化困难;氧化锡薄膜不仅无毒、无污染、价格低廉,还具有良好的电学性能和化学稳定性,具有巨大的发展潜力。目前,薄膜的制备主要依赖于真空镀膜技术。此类技术的缺点在于设备结构复杂且价格昂贵、能耗高、工艺复杂、生产成本高等。相比传统真空镀膜技术,溶胶-凝胶法具有工艺简单、成本低等优点,受到了人们的广泛关注。本文从TCOs和TSOs薄膜的发展现状和发展趋势出发,先介绍了氧化锡薄膜的结构特性、导电机制、元素掺杂理论以及载流子散射机理,然后介绍了溶胶-凝胶法原理和制备方法,接着介绍了近些年来溶胶-凝胶法制备氧化锡基薄膜在n型透明导电薄膜、薄膜晶体管以及p型半导体薄膜中的应用和发展,最后总结了当前存在的问题以及今后研究的方向。


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图1   溶胶-凝胶技术原理


同行评价

目前透明导电氧化物和透明半导体氧化物发展迅速,氧化锡基的研究显得十分重要。本文主要描述了溶胶凝胶法制备的在 n 型透明导电薄膜、薄膜晶体管及 p 型半导体薄膜的应用和发展。介绍了氧化锡基薄膜相关导电机制和掺杂机理、描述了溶胶凝胶法的原理以及四种不同的制备方法、描述了氧化锡薄膜在几个方面的研究进展。文章综述详细,包括了当前的氧化锡基薄膜晶体管的所有进展及未来发展趋势,有重要的物理意义和学术价值。

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基于PE型压机中子衍射高温高压组装的优化设计与实验验证

江明全, 李欣, 房雷鸣, 谢雷, 陈喜平, 胡启威, 李强, 李青泽, 陈波, 贺端威

物理学报,2020, 69 (22): 226101

高温高压原位中子衍射探测手段对凝聚态物理、晶体化学、地球物理以及材料科学与工程等领域的研究均有重要的意义。本文基于中国绵阳研究堆(China Mianyang Research Reactor, CMRR)的高压中子衍射谱仪(凤凰)和1500 kN的PE型两面顶压机,设计了一套应用于高温高压原位中子衍射实验的组装,并利用中子衍射技术进行了实验验证及温度、压力标定。通过对组装在高温高压下的流变控制、绝热绝缘性能提高、有效样品体积最大化等方面的优化,获得了11.4 GPa, 1773 K高温高压条件下的中子衍射谱。该组装的成功研制使CMRR高温高压中子衍射平台的指标得到明显提升。同时,对进一步提高PE型两面顶压机高温高压加载条件、扩展PE型压机在高温高压原位中子衍射领域的的应用范围, 具有重要的意义。


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图1   模拟压缩前后组装示意图 (a)压缩前; (b)压缩后


同行评价

高温高压下物态与物性是物质研究的重要方向,广泛应用于凝聚态物理、地球物理以及材料科学与工程等领域。文章基于中国绵阳研究堆(CMRR)的高压中子衍射谱仪和 PE 两面顶压机,设计并优化了一套应用于高温高压原位中子衍射实验的组装,通过 MgO的高压高温原位中子衍射标定原位样品腔环境达到11.4 GPa、1773 K 的高压高温条件,为我国高温高压下中子衍射实验提供了一个具有国际竞争力的研究平台。

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基于等效介质原理的宽角超材料吸波体设计

吴雨明, 王任, 丁霄, 王秉中

物理学报,2020, 69 (22): 224201

超材料吸波体的吸波性能会受到电磁波入射角度的影响,角度不敏感的吸波材料设计一直是吸波材料设计的难点之一。本文基于等效介质原理设计了一种宽入射角超材料吸波体。超材料吸波体单元由竖直放置在理想导体(PEC)上的双面开口谐振环组成,谐振环开口处加载集总电阻R和集总电容C,其中电阻R用于调控超材料的等效电磁参数,电容C用于调控超材料的谐振频率和实现单元小型化。当TE波(横电波, 电场方向与入射面垂直的平面电磁波)照射时,电阻R = 4000 Ω,C = 1.5 pF,在1.59 GHz处,本文设计的宽角超材料吸波体实现了70°内90%以上的吸波率,当入射角度达到75°,也仍然有85%以上的吸波率, 并且基于等效介质原理的理论分析结果和仿真结果及测量结果都基本符合;当TM波(横磁波,磁场方向与入射面垂直的平面电磁波)照射时,电阻R = 1200 Ω, C = 1.5 pF,此时需将超材料单元旋转90°,在1.59 GHz处,本文设计的宽角超材料吸波体实现了70°内90%以上的吸波率,当入射角度达到75°,也仍然有85%以上的吸波率。测试结果基本与仿真结果符合。此外,当电容C发生改变而其余参数不改变时,本文设计的超材料吸波体在新的谐振频率处仍然具有同样的宽角吸波性能,具有宽频带的工作特性。


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图1   超材料吸波体反射系数随角度的变化 (a) TE波照射; (b) TM波照射


同行评价

本文基于等效介质原理,针对角度不敏感的吸波材料设计这一吸波材料设计的难点问题,从超材料吸波体单元入手,在理想导体PEC 上构建双面开口谐振环,谐振环开口处加载集总电阻 R 和集总电容C,利用电阻R调控超材料的等效电磁参数,利用电容C调控超材料的谐振频率,从而实现单元小型化,更重要的是实现超材料的宽角度电磁波高效吸收,本工作理论分析、仿真结果与实验测试数据高度吻合,具有一定的创新性和应用价值。

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多光子成像技术的生物医学应用新进展

李少强, 耿俊娴, 李艳萍, 刘雄波, 彭晓, 屈军乐, 刘丽炜, 胡睿

物理学报,2020, 69 (22): 228702

多光子成像技术由于具有低侵入性、强穿透力、高空间分辨率等优点,自问世以来便成为生物医学研究的有力工具,在癌症病理、神经疾病及脑功能成像等方面取得了一系列较好的研究成果。目前,应用较为广泛的多光子成像技术是双光子激发荧光显微成像技术,其在生物医学应用中具有较大的发展潜力。本文详细阐述了多光子成像技术在多色成像、功能成像及成像深度等方面的生物医学应用新进展,包括多色双光子激发荧光显微成像、双光子激发荧光寿命显微成像、双光子光纤内窥成像和三光子显微成像技术,并简要介绍这几种多光子成像技术的原理与特性,最后展望其未来发展前景。


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图1   利用双光子FLIM技术揭示肝脏切片上的癌症转移


同行评价

多光子成像技术成为生物医学研究的有力工具,在癌症病理、神经疾病以及脑功能成像等方面取得了一系列较好的研究成果。本论文综述了双光子激发荧显微成像技术的相关文献,介绍了生物医学应用领域中多色成像、功能成像以及成像深度等方面的研究进展,介绍了多色双光子激发荧显微成像、双光子激发荧光寿命显微成像、双光子纤内窥成和三光子显微成像技术的原理和特性。论文对诸如生物医学相关领域的研究者有参考价值。

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《物理学报》2020年第22期全文链接:

http://wulixb.iphy.ac.cn/custom/2020/22

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