布拉格条件:
2d sin θ = nλ,
式中,λ为X射线的波长,λ= Å,
衍射的级数n为任何正整数;
d和θ是对应的一组数据;当X射线以掠角θ(入射角的余角,又称为布拉格角)入射到晶体或部分晶体样品的某一具有点阵平面间距d的原子面上时,就能满足布拉格方程或者布拉格条件,从而产生三维衍射,衍射强度用感光照片或者闪烁接收器等进行接收、从而获得一组X射线粉末衍射图或资料。
这是一个十分复杂的问题,但是布拉格、劳厄等简化了这个问题。在对衍射原理进行讨论或者对衍射谱图进行解析的过程中,引入了晶面间距d和衍射指数n的概念,于是使问题得到了简化。当把衍射指数指标化后,在布拉格方程中,一般可只取n=1,即都把衍射峰看作某晶面的一级衍射峰。 如440衍射斑点或衍射峰可以解析为110晶面的4级衍射贡献、或者220晶面的2级衍射贡献、或者440晶面的1级衍射贡献;待到指标化后,它只被看作440晶面的一级衍射。如此类推。
X射线衍射分析法进行物相分析时,常用照相法和衍射仪法获得样品衍射花样。它们都要遵循衍射原理,衍射原理中最重要的就是布拉格公式或布拉格方程。
厄瓦尔德反射球,可以用图解的方式解释衍射原理:
倒易点阵最重要的应用就是用厄瓦尔德反射球图解并阐述了衍射原理。调整一级布拉格公式2d sin θ = λ 为:
sin θ =λ/(2d) = (1/d)/(2/λ),
这个式子表明,一级布拉格公式的所有元素都可以集中到一个直角三角形,θ角的正弦可以表示为晶面间距d的倒数(1/d作θ角相对的直角边)与2倍波长λ倒数(2/λ作斜边)的商。
[图1 厄瓦尔德反射球]
图1是著名的Ewald反射球。以样品位置C为中心,1/λ为半径作圆球,入射X射线ACO(直径)的A、O两点均在球赤道圆上,设想晶体内与X射线AC成θ角的晶面(hkl)形成衍射线CG交赤道圆于G,则AG⊥OG。∠OAG=θ,OG=1/d。G点是符合布拉格方程的(hkl)晶面的衍射斑点,G点必在这个球面上。此球称为厄瓦尔德反射球。CG是衍射线方向,∠OCG=2θ是衍射角。G点还可以看作是以O点为原点的衍射面(hkl)的法线方向上的一点,该法线长度等于衍射面系列的晶面间距dhkl的倒数,不同于真实晶体的虚幻的点O、G及衍射面等组成了以晶体为正点阵的倒易点阵诸元素。O点是倒易点阵原点,OG是倒易矢量Hhkl。
单晶体的倒易阵是在三维空间有规律排列的阵点,根据厄瓦尔德图解可以领悟到单晶体的衍射斑点组成。粉末多晶体由无数个任意取向的晶粒组成,所以其某一确定值晶面(hkl)的倒易点如(110)在三维空间是均匀分布的,所有晶粒这些倒易点的集合构成了一个以O为球心、半径为1/dhkl(=Hhkl)的倒易球壳,显然这个倒易球壳来源于那个{hkl}晶面族的衍射。不同晶面间距d晶面的衍射对应不同半径的同心倒易球壳,它们与反射球相交,得到一个个圆。以该圆为底面、以反射球心为顶点的旋转圆锥称为衍射圆锥或衍射锥,它的顶角夹角等于4θ。因为,当样品单晶旋转时或样品是多晶体时,满足布拉格方程的倒易点阵点不仅是一个已标出的G点,而是以C为顶点、以CO为对称轴、以CG为母线的旋转圆锥面都是样品中一个(hkl)晶面系列的衍射方向,该旋转圆锥面的顶角为4θ,其与反射球交点轨迹就是G点所在的垂直于直径ACO的圆。
[图2 旋转晶体的倒易点阵]
这是(hkl)晶面等于某一组特定值时的情况。当(hkl)值换为另一组值,衍射面自然也变为另一组值,布拉格角θhkl随hkl值变换而不同于前一个θ角,衍射角2θhkl也随之改变,衍射斑点的位置也相应改变。晶面指数不是连续变化,衍射圆锥面也相应地断续发生。旋转晶体在其转轴[001]方向获得如图2的倒易点阵结构:以转轴为轴的以晶体处即反射球心为顶点的以2θ为半顶角的一系列不连续的圆锥面再与反射球的交线圆。这些圆平面垂直于纸面,故在纸面上投影画为直线。从中心向两侧分别标以l=0、±1、±2、……。用感光胶片在垂直于l轴或C*轴方向(*表示属于倒易点阵空间)接收,会得到一系列同心圆环(或称为德拜圆环)。放感光胶片到平行于l轴方向,接收到的由衍射锥留下的交线图案就是一系列类双曲线极限球。
图3是平板照相法(平面底片法)获得X射线衍射图原理的图解;感光胶片垂直于X射线摆放。图3中的样品就是无规取向聚甲醛POM。
这种照相法的优点是一次实验可获得较多的衍射记录。解析衍射图案可以获得样品的许多结构信息,如取向情况,结晶情况等。
园筒底片法(又叫回转照相法或旋晶法):
研究晶体结构时,特别是研究对称性较低晶体结构时,几乎总是使和易于处理和解析的单晶法。
回转照相法
单晶固定在测试头上射线束照射的中心位置,使某晶轴平行于旋转轴。感光胶片装在园筒形相盒内,相盒园筒的中心轴线与转轴重合。使用单色X射线,垂直地入射位于转轴上的单晶某轴。设该晶轴为C轴,单色光波长入是常数,则单晶衍射的反射球具有固定的半径1/λ。当单晶在其平衡位置附近不断地来回转动(回转或回摆)或单向转动时,倒易点阵也随之摆动或转动。一切能使感光胶片感光的衍射线必然满足
c(cosγ—cosγo)=lλ,
固晶轴与λ射线垂直,转动的衍射线集合组成了一套套同轴的L是层线数。圆锥面(特称劳厄锥),见图4。图4是回转照相、衍射劳厄锥、衍射底片层线晶胞参数求解图示图。λ射线所在的平面是一个大圆,在圆筒底片引发感光形成赤道线,指数为hko;在展开的相平面中是位于中央的水平真线,称为O级层线(l=0)。向上(或向下)依次是第1,2,…层线(指数分别为hk1,hk2等),它们与0层线都是互相平行的水平直线。
图5是多晶粉末德拜-谢乐照相法示意图。胶片贴内壁安装。粉晶圆锥衍射面被德拜-谢乐园筒形感光胶片所截,每个劳厄锥的截线都是一对关于X射线入射点为对称的弧线。
多晶粉末衍射仪法
衍射仪的接收器把获得的光的闪烁信号转化为强度输出,如果用X-Y型记录仪画出谱图,就是多晶粉末衍射谱。横坐标是衍射角(2θ);纵坐标是衍射强度
多晶体的电子衍射花样是一系列不同半径的同心圆环. 多晶取向完全混乱,可看作是一个单晶体围绕一点在三维空间内旋转,故其倒易点是以倒易原点为圆心,(hkl) 晶面间距的倒数为半径的倒易球,与反射球相截为一个圆.所有能产生衍射的半点都扩展为一个圆环,故为一系列同心圆环. 单晶体的电子衍射花样由排列的十分整齐的许多斑点组成. 倒易原点附近的球面可近似看作是一个平面,故与反射球相截的是而为倒易平面,在这平面上的倒易点阵都坐落在反射球面上,相应的晶面都满足Bragg方程,因此,单电子的衍射谱是而为倒易点阵的投影,也就是某一特征平行四边形平移的花样. 非晶态物质的电子衍射花样只有一个漫散的中心斑点. 非晶没有整齐的晶格结构.
X太有用了,电子显微术不仅可以观察样品微观组织形态,而且可以利用高分辨率透射电子显微镜进行微区晶体结构分析,空间分辨率可以达到射线衍射技术在材料科学(包括无机、有机、金属、单晶等)、生命科学、聚合物的结构及性能表征中得到广泛应用,归纳起来有: (1)多晶结构; (2)晶胞参数的精确测定; (3)物相分析; (4)相图的测定; (5)晶体宏观内应力的测定; (6)晶粒度的测定; (7)聚合物的结构; (8)X射线衍射像貌学,研究单晶的完整性及缺陷;
正好我刚做好了,过两天也要交了,论文,仿真,还有PPt,不是一个学校的话可以发给你QQ1255324803
这样 你先去图书馆网络去下载几篇跟你题目相关的论文看看看看这个思路是怎么样的 不就行了
57202电子政务与电子政府.doc│ 57203脉冲激光沉积法(PLD)制备非晶态BZN薄膜的研究.doc│ 57204气桶式压底机设计.doc│ 57205变速拨叉加工工艺及工装.doc│ 57207-100kW微机控制单晶硅加热电源设计.doc│ 57208防火卷帘门智能控制装置设计.doc│ 57209无功补偿装置设计.doc│ 57219-110KV继电保护线路设计.doc│ 57220基于单片机温湿度控制系统.doc│ 57221出租车计费系统设计.doc│ 57222印染丝光过程的浓烧碱的在线控制.doc│ 57223基于PID控制算法的恒温控制系统.doc│ 57224基于单片机的照明控制系统设计.doc│ 57225基于CAN总线的教学模拟汽车模型的设计.doc│ 57226五层单台电梯PLC控制系统的总体设计方案.doc│ 57227基于单片机的温度测量系统设计.doc│ 57228智能化住宅中的防盗防火报警系统设计(含翻译).doc│ 57229火灾自动监控报警系统设计.doc│ 57230-XX公司办公楼电气设计.doc│ 57231-110KV线路微机距离保护系统设计.doc│ 57232旅客列车自动报站多媒体系统.doc│ 57233论当前经济危机下我国虚拟经济和实体经济的关系.doc│ 57234活动目录的安全(含翻译).doc│ 57235基于J2EE的网上购物系统(含翻译).doc│ 57236基于MATLAB的图像融合算法.doc│ 57237论我国商业银行业务创新.doc│ 57239公共政策环境因素分析.doc│ 57240数控机床产品服务系统配置方法研究(含任务书).doc│ 57241基于Flash八面体广告组件设计与实现.doc│ 57242某小区一栋12层高配筋混凝土小砌块塔式住宅楼设计.doc│ 57243展览馆的初步设计.doc│ 57244《三维虚拟电路实验》网络教学的设计与实现-在网页中显示虚拟试验仪器(含翻译).doc│ 57245七层钢筋混凝土框架结构体系图书馆设计.doc│ 57249锂电池智能充电器设计(含翻译).doc│ 57251单台电梯PLC控制系统的总体设计(含翻译).doc│ 57252河东降压变电所电气部分设计.doc│ 57258-110kV35kV变电站电气主接线设计.doc│ 57259医疗呼叫系统设计(含翻译).doc│ 57260-XX大学变电所电气部分设计(含翻译).doc│ 57261-60KV降压变电站设计(含翻译).doc│ 57262坝后式水电站电气部分设计(含翻译).doc│├─57206汽车变速箱体加工工艺及典型夹具设计(含开题+任务书+图)├─57210锦恒食堂电气与照明设计├─57212某钢厂变电所电气部分设计├─57213东北特钢4号变电所电气部分设计├─57214基于PLC锅炉控制系统设计(含开题)├─57215微机无功补偿装置设计├─57216锦州6×200MW火电厂一期工程电气部分初步设计├─57217福佳商城1号楼电气照明设计(含开题)├─57218电梯控制系统设计├─57238浅析政府绩效评估体系├─57246-“新元绿洲”可行性研究├─57247基于Web的课件信息管理系统(含翻译+程序)├─57248-10kV输电线接地故障仿真平台(含开题+任务书)├─57250浅析次贷危机对我国政府金融监管的启示(含开题+任务书)├─57253农民满意度影响因素分析及其测量—基于襄樊地区365份农户的调查├─57254日本政府扶持中小企业政策对我国的启示├─57255东莞IT产业与苏州IT产业比较分析├─57256东莞加工贸易转型与升级分析└─57257跨国公司对华投资现状与发展趋势这些全是软件工程的,直接使用就可以的。网址:
电子信息工程大学毕业论文 (张清卓)从21世纪开始,无线传感器网络就开始引起了学术界,军事界和工业界的极大关注。美国和欧洲相继启动了许多关于无线传感器网络的研究计划。随着科学技术的迅猛发展,人类目前已经置身于信息时代,信息的获取是实现信息化的前提,获取物理家门口满怀欣喜的一种重要工具就是传感器。无线传感器网络是当前国际上备受关注的,由多学高度交叉的新兴研究热点领域⑴它综合了传感器技术,嵌入式计算技术及无线通信技术等三大技术,能够通过嵌入式系统对信息进行处理,并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式所感知信息传送到用户终端。 无线传感器网络可以用于监控温度,湿度,压力,土壤构成,噪声,机械应力等多种环境条件,使用户可以深入的了解和把我周围的世界。无线传感器网络的随机布设,自组织,环境适应等特点使其在军事国防,环境监测,生物医疗,抢先去救灾以及商业应用等领域具有广阔的应用前景,和很高的应用价值⑵。当然,在空进搜索和灾难拯救等特殊领域,无线传感器网络也有其得天独厚的技术优势。
我只知道可以测量材料的材质,搜索应该可以查到的。
布拉格条件:
2d sin θ = nλ,
式中,λ为X射线的波长,λ= Å,
衍射的级数n为任何正整数;
d和θ是对应的一组数据;当X射线以掠角θ(入射角的余角,又称为布拉格角)入射到晶体或部分晶体样品的某一具有点阵平面间距d的原子面上时,就能满足布拉格方程或者布拉格条件,从而产生三维衍射,衍射强度用感光照片或者闪烁接收器等进行接收、从而获得一组X射线粉末衍射图或资料。
这是一个十分复杂的问题,但是布拉格、劳厄等简化了这个问题。在对衍射原理进行讨论或者对衍射谱图进行解析的过程中,引入了晶面间距d和衍射指数n的概念,于是使问题得到了简化。当把衍射指数指标化后,在布拉格方程中,一般可只取n=1,即都把衍射峰看作某晶面的一级衍射峰。 如440衍射斑点或衍射峰可以解析为110晶面的4级衍射贡献、或者220晶面的2级衍射贡献、或者440晶面的1级衍射贡献;待到指标化后,它只被看作440晶面的一级衍射。如此类推。
X射线衍射分析法进行物相分析时,常用照相法和衍射仪法获得样品衍射花样。它们都要遵循衍射原理,衍射原理中最重要的就是布拉格公式或布拉格方程。
厄瓦尔德反射球,可以用图解的方式解释衍射原理:
倒易点阵最重要的应用就是用厄瓦尔德反射球图解并阐述了衍射原理。调整一级布拉格公式2d sin θ = λ 为:
sin θ =λ/(2d) = (1/d)/(2/λ),
这个式子表明,一级布拉格公式的所有元素都可以集中到一个直角三角形,θ角的正弦可以表示为晶面间距d的倒数(1/d作θ角相对的直角边)与2倍波长λ倒数(2/λ作斜边)的商。
[图1 厄瓦尔德反射球]
图1是著名的Ewald反射球。以样品位置C为中心,1/λ为半径作圆球,入射X射线ACO(直径)的A、O两点均在球赤道圆上,设想晶体内与X射线AC成θ角的晶面(hkl)形成衍射线CG交赤道圆于G,则AG⊥OG。∠OAG=θ,OG=1/d。G点是符合布拉格方程的(hkl)晶面的衍射斑点,G点必在这个球面上。此球称为厄瓦尔德反射球。CG是衍射线方向,∠OCG=2θ是衍射角。G点还可以看作是以O点为原点的衍射面(hkl)的法线方向上的一点,该法线长度等于衍射面系列的晶面间距dhkl的倒数,不同于真实晶体的虚幻的点O、G及衍射面等组成了以晶体为正点阵的倒易点阵诸元素。O点是倒易点阵原点,OG是倒易矢量Hhkl。
单晶体的倒易阵是在三维空间有规律排列的阵点,根据厄瓦尔德图解可以领悟到单晶体的衍射斑点组成。粉末多晶体由无数个任意取向的晶粒组成,所以其某一确定值晶面(hkl)的倒易点如(110)在三维空间是均匀分布的,所有晶粒这些倒易点的集合构成了一个以O为球心、半径为1/dhkl(=Hhkl)的倒易球壳,显然这个倒易球壳来源于那个{hkl}晶面族的衍射。不同晶面间距d晶面的衍射对应不同半径的同心倒易球壳,它们与反射球相交,得到一个个圆。以该圆为底面、以反射球心为顶点的旋转圆锥称为衍射圆锥或衍射锥,它的顶角夹角等于4θ。因为,当样品单晶旋转时或样品是多晶体时,满足布拉格方程的倒易点阵点不仅是一个已标出的G点,而是以C为顶点、以CO为对称轴、以CG为母线的旋转圆锥面都是样品中一个(hkl)晶面系列的衍射方向,该旋转圆锥面的顶角为4θ,其与反射球交点轨迹就是G点所在的垂直于直径ACO的圆。
[图2 旋转晶体的倒易点阵]
这是(hkl)晶面等于某一组特定值时的情况。当(hkl)值换为另一组值,衍射面自然也变为另一组值,布拉格角θhkl随hkl值变换而不同于前一个θ角,衍射角2θhkl也随之改变,衍射斑点的位置也相应改变。晶面指数不是连续变化,衍射圆锥面也相应地断续发生。旋转晶体在其转轴[001]方向获得如图2的倒易点阵结构:以转轴为轴的以晶体处即反射球心为顶点的以2θ为半顶角的一系列不连续的圆锥面再与反射球的交线圆。这些圆平面垂直于纸面,故在纸面上投影画为直线。从中心向两侧分别标以l=0、±1、±2、……。用感光胶片在垂直于l轴或C*轴方向(*表示属于倒易点阵空间)接收,会得到一系列同心圆环(或称为德拜圆环)。放感光胶片到平行于l轴方向,接收到的由衍射锥留下的交线图案就是一系列类双曲线极限球。
图3是平板照相法(平面底片法)获得X射线衍射图原理的图解;感光胶片垂直于X射线摆放。图3中的样品就是无规取向聚甲醛POM。
这种照相法的优点是一次实验可获得较多的衍射记录。解析衍射图案可以获得样品的许多结构信息,如取向情况,结晶情况等。
园筒底片法(又叫回转照相法或旋晶法):
研究晶体结构时,特别是研究对称性较低晶体结构时,几乎总是使和易于处理和解析的单晶法。
回转照相法
单晶固定在测试头上射线束照射的中心位置,使某晶轴平行于旋转轴。感光胶片装在园筒形相盒内,相盒园筒的中心轴线与转轴重合。使用单色X射线,垂直地入射位于转轴上的单晶某轴。设该晶轴为C轴,单色光波长入是常数,则单晶衍射的反射球具有固定的半径1/λ。当单晶在其平衡位置附近不断地来回转动(回转或回摆)或单向转动时,倒易点阵也随之摆动或转动。一切能使感光胶片感光的衍射线必然满足
c(cosγ—cosγo)=lλ,
固晶轴与λ射线垂直,转动的衍射线集合组成了一套套同轴的L是层线数。圆锥面(特称劳厄锥),见图4。图4是回转照相、衍射劳厄锥、衍射底片层线晶胞参数求解图示图。λ射线所在的平面是一个大圆,在圆筒底片引发感光形成赤道线,指数为hko;在展开的相平面中是位于中央的水平真线,称为O级层线(l=0)。向上(或向下)依次是第1,2,…层线(指数分别为hk1,hk2等),它们与0层线都是互相平行的水平直线。
图5是多晶粉末德拜-谢乐照相法示意图。胶片贴内壁安装。粉晶圆锥衍射面被德拜-谢乐园筒形感光胶片所截,每个劳厄锥的截线都是一对关于X射线入射点为对称的弧线。
多晶粉末衍射仪法
衍射仪的接收器把获得的光的闪烁信号转化为强度输出,如果用X-Y型记录仪画出谱图,就是多晶粉末衍射谱。横坐标是衍射角(2θ);纵坐标是衍射强度
材料学专业开题报告
写开题报告前应该做好资料收集,写好文献综述,为论文开题报告打好基础。以下是我分享的材料学专业开题报告,欢迎阅读借鉴。
1.论文题目:zno压电薄膜制造瓷砖的研究
2.选题意义:
理论意义
根据当前的物理尖端技术,利用压电陶瓷的特性,利用真空制膜机,使用zno等材料制成可以将压力转化成电能的压电薄膜。
实践意义
将压电薄膜添加在瓷砖中,铺设在火车站,飞机场等人流量大的地方,从而将人们走过的压力转化成电能以供给照明的用处从而达到节能减排的效果。
3.文献综述
查阅的文献类型
主要有:书籍、期刊
文献查阅的方法
主要有:图书馆、CNKI、维普、万方
参考的着作
1.《ZnO压电薄膜的制备与性能表征》
作者:许恒星,王金良,唐宁,彭洪勇,范超 于2009年8月第38卷第4期《人工晶体学报》
摘要:采用射频磁控溅射法在硅(100)衬底上制备高质量的ZnO压电薄膜。利用x射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、压电响应力显微镜(PFM)等仪器研究了薄膜成分,表面形貌和压电性质。结果表明:实验制备的ZnO薄膜具有很好的压电性质,C轴取向和表面粗糙度对薄膜压电特性有很大影响,高度c轴取向生长和表面粗糙度较小的ZnO薄膜表现出更好的压电性质
2.《陶瓷薄膜制备及应用》
作者:卢旭晨;李佑楚;韩铠;王风鸣; 于1999期06版《材料导报》
摘要:对各种薄膜制备方法的特点(即物理方法、化学方法)进行阐述,并且从氧化物和非氧化物的角度,综述了陶瓷薄膜作为硬质薄膜、气敏薄膜以及铁电、压电等微电子薄膜的应用。
3.《0-3型压电陶瓷/聚合物复合材料的制备工艺新进展》
作者:李小兵;田莳;张跃; 于2001年04期《功能材料》
摘要:03型压电陶瓷/聚合物复合材料具有单相压电陶瓷或聚合物所不具备的良好的综合性能,因此引起了人们广泛的兴趣和研究。本文综述了03型压电复合材料的制备工艺及相应复合材料的压电性能,重点介绍了水解聚合法、凝聚胶体法、溶液聚合法3种新型制备工艺,简要分析各种制备工艺的优缺点,为压电陶瓷/聚合物复合材料(甚至是纳米级压电复合材料)的进一步研究、开发和应用提供依据。
4.《用PLD法制备声表面波器件用ZnO薄膜》
作者:刘彦松;王连卫;李伟群;黄继颇;林成鲁; 于2001年01期《功能材料》
摘要:采用脉冲激光淀积(PLD)法在单晶Si(100)衬底上淀积了ZnO薄膜。XRD、TEM和AFM分析表明,淀积的ZnO薄膜具有良好的c轴取向性和表面平整度。通过改变淀积气氛或在纯氧中高温退火,ZnO薄膜的电阻率提高到107Ω·cm.这些结果表明,用PLD法淀积的ZnO薄膜能够满足声表面波(SAW)器件的需要。
5.《ZnO薄膜及其性能研究进展》
作者:黄焱球;刘梅冬;曾亦可;刘少波; 于2001年03期《无机材料学报》
摘要:ZnO薄膜是一种具有优良的压电、光电、气敏、压敏等性质的材料,在透明导体、发光元件、太阳能电池窗口材料、光波导器、单色场发射显示器材料、高频压电转换器、表面声波元件、微传感器以及低压压敏电阻器等方面具有广泛的用途。ZnO薄膜的制备方法多样,各具优缺点;而薄膜性质的.差异则取决于不同的掺杂组分,并与制备工艺紧密相关。本文综述了ZnO薄膜的制备及性质特征,并对其发展趋势及前景进行了探讨。
4.研究设计
概念界定
zno压电薄膜:ZnO薄膜是一种具有优良的压电、光电、气敏、压敏等性质的材料,在透明导体、发光元件、太阳能电池窗口材料、光波导器、单色场发射显示器材料、高频压电转换器、表面声波元件、微传感器以及低压压敏电阻器等方面具有广泛的用途
瓷砖:是以耐火的金属氧化物及半金属氧化物,经由研磨、混合、压制、施釉、烧结之过程,而形成之一种耐酸碱的瓷质或石质等之建筑或装饰之材料,总称之为瓷砖。其原材料多由粘土、石英沙等等混合而成。
研究假设
通过采用射频磁控溅射法在硅(100)衬底上制备高质量的ZnO压电薄膜可以做到将压力转换为电能的效果。
研究内容
查阅论文期刊,从理论上分析出可以利用zno制作出压电薄膜;
通过借助我们的指导教师任岳导师实验室中的射频磁控溅射法在硅(100)衬底上制备高质量的ZnO压电薄膜
检测制作的zno压电薄膜导电能力并结合到瓷砖中从而利用到实践中。
研究方法
文献法、实验法、观察法等,通过理论加实验分析相结合的方法,利用到学校的一些地方加以检验。
研究步骤
查阅资料→理论分析→射频磁控溅射制作薄膜→验证转化效率→结合瓷砖→实际检测→得出结论
5.结论
通过研究发现可以实现将压力转化为电能,但效率比较低,可以进一步研究通过zno和其他材料相结合的或者通过合理布局瓷砖设计从而提高转化以及利用效率。
6.参考文献
[1]马勇,王万录,吕建伟,等。ZnO薄膜的光致发光[J].功能材料,2004,35(2):139-144
[2]李世涛,乔学亮,陈建国。透明导电薄膜的研究现状及应用[J].激光与光电子学进展,2003,4o(7):53-59.
[3]葛春桥,薛亦渝,夏志林。AZO透明导电薄膜的制备技术光电特性及应用[J].真空电子技术,2004,16(6):51-54.
[4]邓允棣。氧化锌掺杂的研究进展[J].科协论坛,2007,7(2):50-51
[5]许小红,武海顺。压电薄膜的制备、结构与应用[M].北京:科学出版社,2002.
[6]贺洪波,范正修。C轴择优取向ZnO薄膜的溅射工艺与结构研究[J].功能材料,2000,31(增刊):
[7]包定华,张良莹,姚熹。薄膜压电性能的测量方法[J].硅酸盐通报,1999,18(3):18-22
[8]马孜,吕百达。光学薄膜表面形貌的原子力显微镜观察[J].电子显微学报,2000,19(5):lO一13.
[9]滕风恩,煜明,姜小龙,等。x射线结构分析与材料性能表征[M].北京:科学出版社,1997:25-40
[10]林鸿溢,张焱,丁世昌,等。纳米ZnO薄膜制备技术及其特性的研究[J].北京理工大学学报,1995,15(2):132-137.
(a)偏振光探测器原理结构。(b)平行于和垂直于界面的光电导率。(c)光电导各向异性与激发功率。(d)零偏置下在405 nm处测量的角度分辨光电流与偏振角的关系。(e)一些已报道的偏振光探测器的实验偏振比。(f)本器件在不同温度下测量的角度相关的光电流。来源:中国科学出版社 基于各向异性半导体的偏振敏感光电探测器在天文学、遥感和偏振分复用等特殊应用中具有广泛的优势。对于偏振敏感光电探测器的活性层,最近的研究主要集中在二维(2D)有机-无机杂化钙钛矿,其中无机板和有机间隔层交替排列成平行层状结构。与无机二维材料相比,重要的是,杂化钙钛矿的可溶性使其以低成本获得大晶体成为可能,为将晶体面外各向异性纳入偏振敏感光检测提供了令人兴奋的机会。然而,由于材料结构的吸收各向异性的限制,这种器件的偏振灵敏度仍然很低。因此,迫切需要一种新的策略来设计具有大各向异性的二维杂化钙钛矿用于偏振敏感的光检测。 异质结构为解决这一挑战提供了线索。一方面,异质结构的构建可以提高复合材料的光学吸收和自由载流子密度。另一方面,异质结处的内建电场可以使光生电子-空穴对在空间上分离,显著降低了复合率,进一步提高了偏光敏感光电探测器的灵敏度。因此,构建各向异性二维杂化钙钛矿单晶异质结构可以实现高极化灵敏度的器件。 在北京《国家科学评论》上发表的一篇新的研究文章中,中国科学院福建物质结构研究所的科学家们创造了一种2D/3D异质结构晶体,将2D杂化钙钛矿与其3D对应物结合起来;并实现了超高性能的偏振敏感光检测。不同于以往的工作,基于异质结构晶体的器件故意利用二维钙钛矿的各向异性和异质结构的内置电场,允许首次展示不需要外部能量供应的基于钙钛矿异质结构的偏振敏感光电探测器。值得注意的是,该器件的极化灵敏度超过了所有报道的基于钙钛矿的器件;并且可以与传统的无机异质结构光电探测器竞争。进一步的研究表明,异质结处形成的内建电场可以有效地分离这些光致激子,降低它们的复合率,从而提高由此产生的偏振敏感光电探测器的性能。 “基于单晶2D/3D混合钙钛矿异质结构的自驱动偏振敏感光电探测器成功实现了高偏振灵敏度,该异质结构是通过一种精细的溶液方法生长的,”作者声称,“这项创新研究拓宽了可用于高性能偏振敏感光电探测器的材料选择,相应地,也拓宽了设计策略。”
全无机钙钛矿(CsPbX3,X=Cl,Br,I)纳米棒(NRs)不仅保留了其固有的优点,如高的光致发光量子产率和宽波长可调性,而且还具有优异的光物理性质,包括其极强的多光子吸收(MPA)。然而,CsPbX3-NRs的光谱动力学和MPA特性还没有得到充分的研究。
近期,来自深圳大学的研究者报道了CsPb()3,CsPbr3和CsPb()3NRs的飞秒光谱动力学特性,包括它们对热载流子冷却、双激子寿命和双激子结合能的影响。有趣的是,虽然这三种钙钛矿型NRs的直径和长度相似,但它们的非线性光学性质却有显著差异,其中CsPb()3的MPA截面最大。此外,还研究了CsPb()3和CsPbBr3-NRs的多光子激发受激发射。 这项工作表明CsPbX3(X=Cl,Br,I)NRs是 探索 其在不同光电器件中应用的理想候选材料 。相关论文题目以“Spectral Dynamics and Multiphoton Absorption Properties of All-Inorganic Perovskite Nanorods”发表在The Journal of Physical Chemistry Letters 期刊上。
论文链接:
此外,据报道,与立方晶体相比半导体可以强的一维量子限制作用,可以更有效地放大其多光子吸收(MPA)。据报道,使用CsPbBr3 NRs作为激发介质的激发,没有针对多光子激发的工作,与单光子激发相比,它在生物成像应用中可以提供更大的穿透深度和更高的空间分辨率。在研究多光子激发之前,必须先考虑钙钛矿的形状或/和组成对其MPA的影响。尽管以前的文献已经证明了具有立方和二维几何形状的不同钙钛矿型的MPA特性取得了显着进步,但仍缺乏对一维NR对应物的相关研究,必须加以解决。深入了解半导体中典型载流子动力学过程的起源,影响因素和寿命,包括辐射跃迁和非辐射跃迁,对于拓宽它们的相关应用至关重要。
图1。描述(a)CsPb()3NRs,(b)CsPbr3 NRs和(c)CsPb()3NRs原子分辨率的TEM图像。(d)CsPb()3NRs,(e)CsPbr3 NRs和(f)CsPb()3NRs的HR-TEM图像。
图2。(a)CsPb()3,(b)CsPbr3和(c)CsPb()3NRs在350 nm激发下的早期延时二维fs-TA光谱。(d)CsPb()3、(e)CsPbr3和(f) CsPb()3NRs的载体冷却工艺。通过对早期ps时间尺度上光谱演化数据提取的GSB进行拟合,得到了相应的冷却时间值。
图3。(a)CsPb()3,(b)CsPbr3和(c)CsPb()3NRs固体薄膜在400 nm激发下的泵浦强度依赖的PL光谱。插图显示了光致发光强度与泵浦强度和发射图像的关系图。(d)CsPb()3,(e)CsPbr3和(f)CsPb()3NRs固体薄膜在800nm激发下的光致发光谱。插图显示PL强度图与泵浦光强度和发射图像的对比。
(文:爱新觉罗星)
导读
背景
1839年,德国矿物学家古斯塔夫·罗斯(Gustav Rose)站在俄罗斯中部的乌拉尔山脉上,拾起一块以前从未被发现的矿物。
那时,他并没有听说过“晶体管”或“二极管”,也没想到电子器件会成为我们日常生活的一部分。更出乎他意料的是,他手中的这块被他以俄罗斯地质学家 Lev Perovski 的名字命名为“钙钛矿(perovskite)”的这块矿石,会成为彻底变革电子器件的关键因素之一。
钙钛矿如此重要的地位,离不开它特殊的结构。钙钛矿材料结构式一般为ABX3,其中A为有机阳离子, B为金属离子, X为卤素基团。该结构中, 金属B原子位于立方晶胞体心处, 卤素X原子位于立方体面心, 有机阳离子A位于立方体顶点位置。
钙钛矿结构稳定,有利于缺陷的扩散迁移,具备许多特殊的物理化学特性,例如电催化性、吸光性等。
过去十年,钙钛矿因为制造起来更便宜、更绿色,效率可与硅太阳能电池相媲美,逐渐成为硅太阳能电池的替代品。
然而,钙钛矿仍会表现出明显的性能损耗以及不稳定性。迄今为止,大多数的研究集中在消除这些损耗的方法,然而真正的物理原因仍然是未知的。
创新
近日,在一篇发表在《自然(Nature)》期刊上的论文中,来自剑桥大学化学工程与生物技术系以及卡文迪许实验室 Sam Stranks 博士的研究小组,以及日本冲绳科学技术大学院大学 Keshav Dani 教授的飞秒光谱学单位的研究人员们,找到了问题的根源。他们的发现,将使得提升钙钛矿的效率变得更容易,从而使它们离大规模量产更近。
技术
当光线照射钙钛矿太阳能电池时,或者当电流通过钙钛矿LED时,电子被激发,跳跃到更高的能态。带负电荷的电子留下了空白,也称为“空穴”,它带正电荷。受激发的电子与空穴都可以通过钙钛矿材料,因此可成为载流子。
但是,在钙钛矿中会产生一种称为“深阱”的特定类型缺陷,带电的载流子会陷入其中。这些被困的电子与空穴重新结合,它们的能量以热量形式丧失,而不是转化为有用电力或者光线,这样就会显著降低太阳能面板和LED的效率以及稳定性。
迄今为止,我们对于这些陷阱知道得很少,部分原因是,它们似乎与传统太阳能电池材料中的陷阱表现得大相径庭。
2015年,Stranks 博士的研究小组发表了一篇研究钙钛矿发光的《科学(Science)》期刊论文,这篇论文揭示了钙钛矿在吸收光线或者发射光线方面有多擅长。Stranks 博士表示:“我们发现,这种材料非常不均匀;相当大的区域是明亮且发光的,而其他的区域则非常黑暗。这些黑暗区域与太阳能电池或者LED中的能量损耗相关。但是,引起这种能量损耗的原因一直是个谜,特别是由于钙钛矿在其他方面非常耐缺陷。”
由于标准成像技术的限制,研究小组无法说明黑暗区域是由一个大的陷阱位引起的,还是由众多小的陷阱位引起的,从而难以确定它们为什么只是在特定区域形成。
后来在2017年,Dani 教授在 OIST 的研究小组在《自然纳米技术(Nature Nanotechnology)》期刊上发表了一篇论文,在论文中他们制作了一个有关电子吸收光线后在半导体中如何表现的影片。Dani 教授表示:“在材料或者器件被照射光线之后,如果你可以观察到电荷是如何在其中移动的,那么你将从中学会很多。例如,你可以观察到电荷会落入陷阱。然而,因为电荷移动得非常快,以一千万亿分之一秒的时间尺度来衡量;并且穿越非常短的距离,以十亿分之一米的长度尺度来衡量;所以这些电荷难以进行可视化观测。”
在了解到 Dani 教授的工作之后,Stranks 博士伸出援手,看看他们是否可以一起合作应对这个问题,对钙钛矿中的黑暗区域进行可视化观测。
OIST 的团队首次对钙钛矿使用了一项称为“光激发电子显微镜(PEEM)”的技术。他们用紫外光探测材料,并用发射的电子形成一幅图像。
观察材料时,他们发现含有陷阱的黑暗区域,长度大约是10到100纳米,由较小的原子尺寸陷阱位聚集而成。这些陷阱簇在钙钛矿材料中分布不均,从而解释了 Stranks 较早的研究中观察到的非均匀发光。
有趣的是,当研究人员将陷阱位的图像覆盖到显示钙钛矿材料晶粒的图像上时,他们发现陷阱簇仅在特定的地方形成,即某些晶粒之间的边界上。
为了理解这种现象为什么只发生在特定晶粒的边界上,研究人员小组与剑桥大学材料科学与冶金系教授 Paul Midgley 的团队合作,他采用了一项称为“扫描电子衍射”的技术,创造出了钙钛矿晶体结构的详细图像。Midgley 教授的团队利用了位于金刚石光源同步加速器 ePSIC 设施中的电子显微镜装置,该设施拥有用于成像像钙钛矿这样的光束敏感材料的专用设备。
Stranks 研究小组的博士生、这项研究的共同领导作者 Tiarnan Doherty 表示:“因为这些材料是超级光束敏感的,你在这些长度尺度上用来探测局部晶体结构的一般技术,实际上会相当快地改变你正在观察的材料。取而代之的是,我们可以用非常低的照射剂量,从而防止损伤。”
“我们从 OIST 的工作中知道了陷阱簇的位置,并且我们在 ePSIC 围绕着同一块区域扫描,以观察局部结构。我们能够快速地查明晶体结构中陷阱位附近的意外变化。”
研究小组发现,陷阱簇只在材料中具有轻微扭曲结构的区域与具有原始结构的区域的结合处形成。
Stranks 博士表示:“在钙钛矿中,我们拥有这些规则的马赛克晶粒材料,这些晶粒大多数都是又好又崭新的,这是我们所希望的结构。但是,每隔一段时间,你就会得到一个稍微形变的晶粒,这个晶粒的化学成分是不均匀的。真正有意思的,也是一开始让我们困惑的,就是形变的晶粒并没有成为陷阱,而是这个晶粒遇到原始晶粒的地方;陷阱是在那个结合处形成的。”
通过对于陷阱本性的理解,OIST 的团队也采用了定制的 PEEM 仪器来可视化观测钙钛矿材料中载流子落入陷阱的动态过程。Dani 研究小组的博士生、这项研究的共同领导作者 Andrew Winchester 解释道:“这是可能的,因为 PEEM 的特征之一就是,可对超高速的过程进行成像,短至飞秒。我们发现,陷落的过程受到扩散到陷阱簇的载流子的控制。”
价值
这些发现代表了为了把钙钛矿带向太阳能市场所取得的一项重要突破。
Stranks 博士表示:“我们仍然无法准确地知道,为什么陷阱聚集在那里,但是我们现在知道它们确实在那里形成,并且只有那里。这非常令人振奋,因为这意味着我们现在可以知道如何有针对性地提升钙钛矿的性能。我们需要针对这些非均匀相,或者以某种方式去除这些结合处。”
Dani 教授表示:“载流子必须首先扩散到陷阱,这一事实也为改善这些器件提出了其他方案。也许,我们可以改变或者控制这些陷阱簇的排列,而无需改变它们的平均数,这样一来,载流子就不太可能到达这些缺陷部位。”
团队的研究集中在一种特殊的钙钛矿结构。科学家们也将研究这些陷阱簇是否在所有的钙钛矿材料中都是普遍存在的。
Stranks 博士表示:“器件性能的大部分进展都是经过反复试错的,然而目前为止,这一直是一个低效率的过程。迄今为止,这个过程还没有真正被‘理解特定原因以及系统性针对该原因’所驱动。它是这方面最重要的突破之一,将帮助我们采用基础科学来设计更高效的器件。”
关键字
参考资料
【1】Liu, ., Johnston, . and Snaith, . (2013) Efficient Planar Heterojunction Perovskite Solar Cells by vaPour Deposition. Nature, 501, 395-398.
【2】Tiarnan A. S. Doherty, Andrew J. Winchester, Stuart Macpherson, Duncan N. Johnstone, Vivek Pareek, Elizabeth M. Tennyson, Sofiia Kosar, Felix U. Kosasih, Miguel Anaya, Mojtaba Abdi-Jalebi, Zahra Andaji-Garmaroudi, E Laine Wong, Julien Madéo, Yu-Hsien Chiang, Ji-Sang Park, Young-Kwang Jung, Christopher E. Petoukhoff, Giorgio Divitini, Michael K. L. Man, Caterina Ducati, Aron Walsh, Paul A. Midgley, Keshav M. Dani, Samuel D. Stranks. Performance-limiting nanoscale trap clusters at grain junctions in halide perovskites . Nature, 2020; 580 (7803): 360 DOI:
【3】
衍射是绕过障碍物(孔、缝)而传到障碍物背面的现象。
干涉是相同频率的两列波有稳定的shu加强区与减弱区。比如薄膜干涉。
干涉、衍射现象的发生是证明光是一种波的著名实验。
至于解释光的衍射,就是因为光是波,所以能发生衍射。
扩展资料:
光的衍射现象的观察和特点。衍射是一切波所共有的传播行为。日常生活中声波的衍射、水波的衍射、广播段无线电波的衍射是随时随地发生的,易为人觉察。但是,可见光的衍射现象却不易为人们所觉察,这是因为可见光的波长很短,以及普通光源是非相干的面光源。
当用一束强光照明小孔、圆屏、狭缝、细丝、刀口、直边等障碍物时,在足够远的屏幕上会出现一幅幅不同的衍射图样。
参考资料来源:百度百科-光的衍射
衍射是绕过障碍物(孔、缝)而传到障碍物背面的现象。干涉是相同频率的两列波有稳定的加强区与减弱区。比如薄膜干涉。干涉、衍射现象的发生是证明光是一种波的著名实验。至于解释光的衍射,就是因为光是波,所以能发生衍射。
早在17世纪,意大利的格里马第(—1663)就发现了光的衍射现象.在点光源照明下,如果在狭窄的光束路径上放置一物体,那么在置于其后的屏幕上就不是轮廓分明的影子,其影子不但比较模糊而且沿着影子边缘还出现彩带.格里马第称这种现象为“衍射”.后来,英国科学家胡克(—1703)也观察到类似的现象,但他们都未能对衍射现象作出正确的解释.�最先对光的衍射现象作出正确解释的是法国工程师奥古斯汀·菲涅耳(Augustin Fresnel,1788—1827).他1806年从巴黎工科学校毕业,后来又在巴黎桥梁与道路专科学校学习三年,毕业后从事道路修理工作,当了八年工程师,由于他在光学研究方面崭露头角,菲涅耳就专门从事科学研究,自1814年开始,研究光的干涉和衍射现象.当时他并不知道英国科学家托马斯·杨(Thomas Young,1773—1829)的工作,但与杨氏一样,他把这些现象看作是光的波动说的证据.�1817年法国科学院举办了一次科学竞赛,要求参加者用精确的实验来演示光的全部衍射效应,并建立相应的理论.菲涅耳决定参加这次竞赛,他写了一篇叙述自己研究工作的论文,并于次年交给科学院.菲涅耳做过一系列光的衍射实验,他更精细地演示了格里马第的发现,在光源发出的光束照明下,一根细丝的影子内会出现明暗相间的光带.他用小孔实验证实,只要小孔的直径小到可以与光的波长相比拟时,光束通过小孔就能产生圆孔衍射图样,那是一圈一圈明暗相间的同心圆.他还演示了光通过圆屏、锐利的直边(例如刀口)、狭缝障碍时所产生的衍射效应.�在1818年应征论文中,菲涅耳在介绍他所进行的各种光的衍射实验的基础上,提出了今天被称为惠更斯—菲涅耳原理的新学说.惠更斯认为,在给出的t时刻的波阵面可以看成是全部球面波的包络面,而在前一时刻t0的波阵面上的所有各点是这些球面波的波源.菲涅耳改进了惠更斯原理,并在此基础上建立了自己的理论.他认为,在t时刻空间某一点的光波的幅值可以看成是所有球面波相干的结果,而在前一时刻t0的波阵面上的所有各点是这些球面波的波源.�菲涅耳根据这一原理研究了各种衍射现象,并创造了一种数学方法(菲涅耳波带法),定量计算了这些情况下衍射带的分布.他研究了光通过小孔的情形,并计算出在位于这个小孔后面的屏上应看到什么样的图样.根据他的计算,如果光是单色的,在屏上应看到一些明暗交替的环,菲涅耳计算出这些环的半径取决于孔的大小、光源到小孔的距离和小孔到观察屏之间的距离.�菲涅耳根据波动说还论述了各种不同衍射孔的光衍射的其他情形,并计算了衍射条纹的分布,菲涅耳的所有计算都与实验结果相符.�科学院成立了专门评比委员会来审议应征的所有论文.该委员会的成员都是当时法国有名的学者,他们是阿拉果(-1853)、泊松(-1840)、毕奥(,1774-1862)、拉普拉斯(,1749-1827)和盖·吕萨克(-1850),其中泊松、毕奥和拉普拉斯都是相信光的微粒说的,而盖·吕萨克持中立态度.因此委员会不可能轻易相信菲涅耳的研究工作,但菲涅耳的计算结果与实验数据出色地符合,以致无法否定菲涅耳的论文,最后不得不授予他奖金.其中还发生了一件有趣的事情,评比委员会成员泊松看了菲涅耳的计算后发现,根据这些计算会得出一个难以置信的结论:在一个图片的阴影中应当出现一个亮点.但是迄今为止谁也不曾观察到这一情景,看来这是绝对不可能的.泊松提出这个问题想以此来驳倒菲涅耳的波动说.�菲涅耳面临这一严重考验,他的理论正确与否,必须用实验来检验.菲涅耳的理论指出,只有当图片的半径很小时,这个亮点才明显,于是他又做了一次实验,结果真的得到泊松所提到的亮点,这充分证明了菲涅耳波动理论的正确性,后人戏剧性地称这个亮点为泊松亮点(或称泊松亮斑).因此,人们常常把菲涅耳提出的衍射理论及其实验证明,作为他对波动光学的第一大贡献.�菲涅耳的成就对光的微粒说的信奉者是一大震动,使毕奥、拉普拉斯、泊松等拥护微粒说的知名学者也无言对答;而阿拉果在这一成就的感召下改信波动说了.�在这一时期,德国的夫琅和费(—1826)也对衍射现象进行了研究,但他与菲涅耳的研究不同,理论也更简单.菲涅耳演示的衍射实验,其光源和屏距衍射孔都不是无限远,因而对衍射孔都有一个张角.而夫琅和费研究衍射现象,将望远镜对准狭缝光源,并让狭缝成像在目镜的焦平面附近,这样入射光与出射光都是平行光,可以认为光源和光屏距衍射孔是无限远.我们把这种方式产生的衍射称为“夫琅和费衍射”,而前者称“菲涅耳衍射”.可以看出,夫琅和费衍射是菲涅耳衍射的一种极限情形,而且数学上更容易处理.�当然,菲涅耳的理论也不无缺点,菲涅耳开始把光波看作纵波,不能解释光的偏振,因此竭力回避这些问题.一直到马吕斯(—1812)发现了光的偏振现象后,菲涅耳才根据杨氏的提议把光看成是横波,这样不仅完善了光的波动说,而且由此出发,解释了光的偏振现象,完成了他对光偏振的一系列研究,这是他对波动光学的又一贡献.菲涅耳于1823年被选为巴黎科学院院士,1825年又被选为伦敦皇家学会会员,遗憾的是,菲涅耳卓有成就的一生太短暂了,他只活了39岁,于1827年因患肺病,在巴黎附近的乡间逝世.�还有一事值得一提,杨氏与菲涅耳先后都对波动光学作出了重要贡献,但他们之间并无激烈的优先权之争,他们之间的关系是友好与谦恭的.菲涅耳在1816年给杨氏的信中说道:“如果有什么能够安慰我没有获得优先权的利益的话,那就是:对我来说我遇到了以如此大量的重要发现丰富了物理学的学者,同时他大大地有助于加强对于我所采用的理论的信心”.而杨氏在1819年给菲涅耳的信中写道“先生,我为您赠送令人敬羡的论文表示万分感谢,在对光学进展最有贡献的许多论文中,您的论文确实也是有很高的地位的。”
光的衍射和干涉其实本质上是一回事,都是若干相干光线的相干叠加。只不过,干涉是有限条光线的相干叠加,可以直接代数相加。衍射是无限条光线的叠加,必须积分计算。1801年,英国物理学家托马斯·杨(1773—1829)在实验室里成功地观察到了光的干涉.两列或几列光波在空间相遇时相互叠加,在某些区域始终加强,在另一些区域则始终削弱,形成稳定的强弱分布的现象。光在传播过程中,遇到障碍物或小孔时,光将偏离直线传播的途径而绕到障碍物后面传播的现象,叫光的衍射(Diffraction of light)。 光的衍射和光的干涉一样证明了光具有波动性。