南邮材料化学MC2016-Chapter5-b

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南邮材料化学答案-第四章习题答案

南邮材料化学答案-第四章习题答案

第四章材料化学热力学Chapter 4 Chemical Thermodynamics of Materials1. Cs熔体的标准吉布斯自由能(单位为J)与温度T(单位为K)的关系为=2100-6.95T, 求Cs的熔点。

Relationship between the standard Gibbs free ΔG om, Csenergy (in units of J) of Cs melt and temperature T (K) is shown as ΔG o m,=2100-6.95T, please determine the melting point of Cs.Cs解:根据热力学定律,当ΔG<0时,反应可以自发进行,因此ΔG=0时对应的平衡反应(即Cs由固相转变为液相的反应)的温度即为Cs的熔点。

由ΔG o m, Cs=2100-6.95T=0,可得T =302K,所以Cs的熔点为302K。

Answer: A ccording to the laws of thermodynamics, when ΔG <0, t he reaction can be spontaneous. Therefore, ΔG = 0 corresponding to the equilibrium reaction of Cs change from solid phase into liquid phase, the temperature corresponding to the melting point of Cs. From ΔG o m, Cs=2100-6.95T=0, we can get T=302K, so the melting point of Cs is 302K.2.通过埃灵罕姆图解释为何碳在高温下可以用作金属氧化物的还原剂。

According to the Ellingham diagram, please explain why the carbon can be used as a reductant of the metal oxides at high temperature.答:根据埃灵罕姆图,ΔG o-T曲线越在下方,氧化物的ΔG o负值越大,其稳定性就越高。

南京邮电大学大学生科技创新训练计划(STITP)

南京邮电大学大学生科技创新训练计划(STITP)
(4)在制备双层光阳极薄膜时,下层喷涂时间为27min,上层旋涂时间为6s、转速为20r/min时,器件的光电转化效率可提升至为8.57%,比单层光阳极器件的效率提高了20%。
特色与创新点:
光阳极采用双层结构,第一层为小颗粒锐钛矿型纳米TiO2纳米球,第二层为大颗粒TiO2纳米球作为漫反射层,其中第一层粒径约为400nm,第二层粒径约为1000nm。双层结构增长了光子在多孔TiO2薄膜中的传播路程,提高了光子被染料分子吸收的概率。
这两层的TiO2纳米球使用的是不同的制备方法。利用水热法制备较大颗粒的TiO2,水热法反应速度快,颗粒团聚情况不明显。小颗粒的采用的是商用的P25。
由于两层粒径大小不同,要选择相对应更合适的制膜方法。制备小颗粒的TiO2膜层采用的是静电喷雾法,大颗粒的TiO2膜层采用的是旋涂法。
采用对照实验,探究两层膜厚的不同对器件效率的影响。并在此基础上完善实验过程的细节,进一步提高电池的效率。
项目编号:XZD2016053
项目名称:水热合成不同掺杂的TiO2纳米颗粒及其性质研究
参加项目的学生:王东琳材料化学B14060301
谢燕材料化学B14060414
叶梓卫材料化学B14060303
指导教师:密保秀材料科学与工程学院
成果形式:工学硬件,ppt展示
பைடு நூலகம்研究成果简介:
我们对染料敏化太阳能电池的光阳极结构进行探究,得到了所制备的双层染料敏化太阳能电池,研究结果体现在以下几点。
成果图片:
图1XRD测试
图2加尿素的材料的EDX元素分析
图3无尿素的材料的EDX元素分析
图4 P25的XRD 图5 水热法制备的TiO2的XRD
图6 P25的DLS图谱
图7 水热法制备的TiO2的DLS图

材料化学 曾兆华Chapter3 Properties of Materials

材料化学    曾兆华Chapter3 Properties of Materials

金属氧化反应的 主要过程示意图
Chapter3 Properties of Materials
缝隙 孔洞 微裂纹
宏观裂纹
5
几种金属的表面氧化膜对比
多孔氧化膜
致密氧化膜
松散氧化膜
Chapter3 Properties of Materials
6
(2)电化学腐蚀
Electrochemistry corrosion
33
热膨胀现象解释
Curve
实际的
假想的
势能一原子间距离曲线
Chapter3 Properties of Materials 34
膨胀的差异
——原子间的键合力越强,则热膨胀系数越小。
Curve
键强与热膨胀
• 金属和无机非金属材 料的线膨胀系数较小; • 聚合物材料则较大。
Chapter3 Properties of Materials
Chapter3 Properties of Materials
17
耐老化性的提高
(3) Chemical stability of polymers
• 改进聚合物分子结构 • 加入适当助剂
–抗氧化剂 –光屏蔽剂 –紫外线吸收剂 –淬灭剂
Chapter3 Properties of Materials
• 自由基形成后导致 链的断裂(降解):
CH3 CH2 O C O CH3
CH3 CH2 + C O O CH3
CH3 O C O CH3
CH3 C O O CH3
C CH C CH2
C CH C CH2
Chapter3 Properties of Materials
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CuOx空穴传输层用于钙钛矿太阳能电池

CuOx空穴传输层用于钙钛矿太阳能电池
and Engineeringபைடு நூலகம்Southern University of Science and Technology,Shenzhen,Guangdong 518055,China)
Abstract:The CuO f ilm on indium tin oxide(ITO)conductive glass substrate was synthesized via electrochemical deposition.The highest occupied molecular(HOMO)and lowest unoccupied molecular(LUMO) energy levels were 一5.31 eV and 一3.30 eV,
APbB3[A=cH3NH” 、HC(NH2)“ ,B=C1、Br和 I]钙 钛 矿太 阳能 电池 单节的光 电转换效率 已超过 20% ,具有 良好 的 应用前景 。要实 现商业化 ,必须进一 步降低钙钛矿 太 阳能 电池 的制作成 本 。钙 钛矿 材料 价格便 宜 、制备 简单 ,因此制 约钙钛矿太 阳能电池成 本 的因素 主要是 界 面层 材料 和 电极 材料 ,其 中 ,界 面层材料 的特性 ,如 能级 、载流子迁 移能力 、表 面浸润性和稳定性 等不仅影响电池 的效 率 ,而且影 响电池的 稳定性 。开发廉 价 、高效 的界 面层材 料 以及生 产工艺 ,对 于 钙 钛 矿 太 阳能 电池 的 广 泛 应 用 尤 为 重 要 。界 面 层 材 料 主 要包括 电子传输材料 和空穴传输 材料 ,空穴传输 界面材料 是
作 者 简 介 : 闫伟博 (1982一),男,河南人 ,南京邮电大学材料科学与X-程 学院讲 师,研 究方向 :太阳能电池,本文联 系人 ; 李云龙 (1990一),男,江 苏人 ,南方科技 大学材料 科学与工程 学院助理研 究员,研 究方向 :太阳能电池。

南邮材料化学答案 第三章 材料的性能

南邮材料化学答案 第三章 材料的性能

第三章材料的性能Chapter 3 Properties of material1、用固体能带理论说明什么是导体、半导体、绝缘体?Please explain what is a conductor, semiconductor, and insulator with band theory of solids.答: 1)固体能带理论是关于晶体的量子理论,是研究固体中电子运动规律的一种近似理论。

其中,分子轨道理论认为,两原子间相应的原子轨道可以组合成相同数目的分子轨道。

在金属晶体中,金属原子靠得很近,可以通过原子轨道组合成分子轨道,以使能量降低。

金属晶体中通常包含数目极多的原子,这些原子轨道可组成极多的分子轨道,随着数量的增多,各相邻分子轨道实际上连成一片,构成了具有一定能量宽度的能带。

2)固体通常含有不同的能带。

已充满电子的能带叫满带,其中的电子无法自由流动、跃迁。

在此之上,能量较高的能带,可以是部分充填电子或全空的能带,叫做空带,空带获得电子后可以参与导电过程,又叫导带。

价电子所填充的能带称为价带。

3)固体的导电性质由其能带结构决定。

导体的能带特点是价带是未满带,或价带是满带,而禁带宽度为零,价带与较高的空带相交叠,满带中的电子能占据空带,因此这两种情况都能导电。

半导体和绝缘体的能带结构相似,价带为满带,价带与空带间存在禁带。

当禁带宽度为0.1~3eV时,呈现半导体性质;禁带宽度大于5eV时则为绝缘体。

Answer: 1) Band theory of solids is quantum theory of crystal, is an approximate theory for studying laws of electron motion in solids. Among them, molecular orbital theory considers that atomic orbitals between two atoms can combine to the molecular orbitals with the same number. In metal crystals, metal atoms are very close, they can form molecular orbitals by combining the atomic orbitals in order to reduce the energy. Metal crystals usually contain a very large number of atoms, these atomic orbitals can form a number of molecular orbitals. With the increase of the molecular orbital, in fact, they form a whole band with certain energy width. 2) Solids usually contain different bands. Bands filled with electrons are called full band, in which electrons can not flow and transit freely. Bands with higher energy are on the top of full band, they may be partially filled with electrons or empty, they are called empty band. When the empty band gain electrons they will participate in conductive process, also known as conduction band. Bands filled with valence electron are called valence band. 3) Conductive nature of solids is determined by its band structure. Band of conductor is characterized by the partially full or full valence band, and widthof forbidden band is zero. Valence band overlap with higher empty band, electrons in full band can occupy the empty band, so in these cases, solids can be conductive. Semiconductor and insulator have the similar band structure, their valence band is filled band, and there exist forbidden band bewteen valence band and empty band. When the forbidden band is 0.1 ~ 3eV, it exhibit semiconductor nature; when the forbidden band is greater than 5eV, it exhibit insulate nature.2、有一根长为5 m,直径3 mm的铝线,已知铝的弹性模量为70 GPa,求在200 N的拉力作用下,此线的总长度。

甲烷在成型纳米活性炭中的吸附动力学特性

甲烷在成型纳米活性炭中的吸附动力学特性

对于使用型炭的吸附装置来说 , 为设计合理的 吸附工艺和装 置 结 构 , 除 掌 握 吸 附 平 衡 特 性 以 外 , 还需要了解吸附的动力学过程 , 主要是吸附速度或 者是达到吸附平衡所需的时间 。 对于要求快速充气 的储气装置来说尤其如此 。 本文试图通过实验测量 不同工况下甲烷在 纳 米 活 性 炭 型 炭 中 的 扩 散 参 数 , 对吸附动力学机理及影响因素进行分析 , 为天然气 吸附储气装置结构设计及储气工艺研究提供实验和 理论依据 。
图 2 差压穿透实验系统 F i . 2 S c h e m a t i cd i a r a mo fd i f f e r e n t i a lp r e s s u r e g g e r m e a t i o nm e a s u r e m e n t p
1 差压穿透实验
多孔介质中的吸附动力学问题通常使用零长柱 ( z e r o l e n t h c o l u m n) 或 者 穿 透 实 验 g 3] ( ) 进 行 研 究[ ,本文 b r e a k t h r o u hm e a s u r e m e n t g 针对成型活性炭吸附甲烷的情况 , 采用差压穿透实 验 ( d i f f e r e n t i a lp r e s s u r ep e r m e a t i o n) 方 法 进 行 甲 烷在成型活性炭中吸附及扩散性能和过程特性的研 究 。 这种 实 验 方 法 类 似 于 W i c k e K a l l e n b a c h测量 [ 4] 扩散率的方法 , 但针对的是单组分气体 。 这 种 方 法同样也适用于其他单一成分吸附质的吸附动力学 过程的研究 。
9卷 第1 1期 第5 0 0 8年1 1月 2

材料化学作者曾兆华、杨建文编著第五章课件

材料化学作者曾兆华、杨建文编著第五章课件
Chapter5 Preparation of Materials 33
5.2 气相沉积法
物理气相沉积法 PVD 化学气相沉积法 CVD 发生气相 化学反应
Chapter5 Preparation of Materials 34
不发生 化学反应
5.2.1 物理气相沉积法 (PVD) Physical Vapor Deposition
Chapter5 Preparation of Materials
4
5.1.1 熔体生长法
——将欲生长晶体的原料熔化,然后让熔体达 到一定的过冷而形成单晶
• • • • •
Chapter5 Preparation of Materials
提拉法 坩埚下降法 区熔法 焰熔法 液相外延法
5
5.1.1.1 提拉法
93tioctiohoctiohocsiocsiohocsiohoc实例chapter5preparationmaterials酸催化机理94rosiohsisioh酸催化条件下通常得到线形或带无规支链的缩聚产物chapter5preparationmaterials碱催化机理95roohrosiohsiohsiroohsisi碱催化条件下较容易形成交联网络状的产物chapter5preparationmaterials532溶胶凝胶法的应用applicationsolgelprocess制备颗粒材料制备纤维材料制备表面涂膜制备块状材料制备复合材料96chapter5preparationmaterials97chapter5preparationmaterials5321制备颗粒材料利用沉淀喷雾热分解或乳液技术等手段可以从溶胶制备均匀的无机颗粒利用超临界干燥技术把溶剂移去可制备气凝胶98mgoch无定形凝胶混合水解缩合干燥尖晶石细颗粒mgal250热处理实例chapter5preparationmaterials5322制备纤维材料的重量百分含量为015陶瓷纤维其杨氏模量达150gpa以上耐热纤维是短纤维而solgel法得到长纤维控制拉纤溶胶粘度10100pas形成线形分子链的缩聚中间体酸催化99chapter5preparationmaterials5323制备表面涂膜将溶液或溶胶通过浸渍法或转盘法在基板上形成液膜经凝胶化后通过热处理可转变成无定形态或多晶态膜或涂层

基于超导的小型化磁粒子成像系统仿真构建

基于超导的小型化磁粒子成像系统仿真构建

第46卷第2期2024年3月沈 阳 工 业 大 学 学 报JournalofShenyangUniversityofTechnologyVol 46No 2Mar 2024收稿日期:2023-10-24基金项目:国家自然科学基金项目(62305175);江苏省前沿引领技术基础研究专项(BK20222002);江苏省高等学校基础科学(自然科学)研究项目(1020231538);江苏省双创博士专项资金项目(CZ032SC210506);东南大学生物电子学国家重点实验室开放研究基金项目(SKLB2022 K08);南京邮电大学引进人才科研启动基金项目(XK0320920167)。

作者简介:田育糰(1990—),男,山西怀仁人,工程师,硕士,主要从事生物图像处理等方面的研究。

檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪殏殏殏殏电气工程 DOI:10.7688/j.issn.1000-1646.2024.02.04基于超导的小型化磁粒子成像系统仿真构建田育糰1,马少华1,王程松2,范 霖2,3,4(1 沈阳工业大学电气工程学院,辽宁沈阳110870;2 南京邮电大学集成电路科学与工程学院,江苏南京210023;3 南京大学医学院,江苏南京210093;4 东南大学生物电子学国家重点实验室,江苏南京210096)摘 要:针对磁粒子成像技术尚停留在实验室鼠用设备阶段,传统线材线圈过大,无法在可接受的设备体量内达到临床人体检测所需磁场强度的问题,提出了一种基于超导技术构建高场强、小型化磁粒子成像设备的方法。

采用高温超导MgB2线圈替代传统铜线圈,构建磁粒子成像选择场与驱动场。

结果表明,在达到相同磁通量的情况下,超导磁粒子成像系统可将两组功能区总质量降低为0 01kg,设备体积缩小至7L。

在此基础上,采用超导线圈构建梯度磁场还能够获得更高的变化斜率,使零磁扫描区边缘更为清晰规则,移动过程中形态更为稳定,平均直径缩小近二分之一。

关 键 词:磁粒子成像;小型化设备;梯度磁场;零磁区;高温超导;MgB2线圈;选择场;驱动场中图分类号:TM937 文献标志码:A 文章编号:1000-1646(2024)02-0138-06SimulatedconstructionofminiaturizedmagneticparticleimagingsystembasedonsuperconductorTIANYushen1,MAShaohua1,WANGChengsong2,FANLin2,3,4(1.SchoolofElectricalEngineering,ShenyangUniversityofTechnology,Shenyang110870,Liaoning,China;2.SchoolofIntegratedCircuitScienceandEngineering,NanjingUniversityofPostsandTelecommunications,Nanjing210023,Jiangsu,China;3.MedicalSchool,NanjingUniversity,Nanjing210093,Jiangsu,China;4.StateKeyLaboratoryofBioelectronics,SoutheastUniversity,Nanjing210096,Jiangsu,China)Abstract:Aimingattheproblemthatmagneticparticleimaging(MPI)hasbeenstayedinthelaboratorymouse scalestage,duetotheconventionalcoilsbeingincapableofconstructingahigh strengthgradientmagneticfieldforhumanusewithinanacceptablesize,amethodbasedonsuperconductorwasproposedtodevelopminiaturizedMPIsystemwithahigh strengthmagneticfield.High temperaturesuperconductorMgB2coilswereemployedtoreplacetheconventionalcoppercoilstoconstructselectionanddrivefieldsofmagneticparticles.Theresultsshowthatundertheconditionofachievingthesameorderofmagneticflux,thetotalweightoftwofunctionalmodulesdecreasesto0 01kg,andtheequipmentvolumedecreasesto7LduetothesuperconductorMPI.Onthisbasis,thesuperconductorcoilscanprovideagradientmagneticfieldwithasteeperslopeofchange,contributingtoaclearandregularboundariesoffield freescanningregionandmorestableshapeduringthemovingprocesswithanaveragediameternarrowsbyabout50%.Keywords:magneticparticleimaging;miniaturizedequipment;gradientmagneticfield;fieldfreeregion;high temperaturesuperconductor;MgB2coil;selectionfield;drivefield 磁粒子成像(MPI)是一种新近提出的生物医学样本检测成像技术[1-2],与核磁共振成像(MRI)[3-5]类似,磁粒子成像同样通过构建梯度磁场获取响应信号[6]。

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16
焰熔法
Growth of Rutile with flame melt method
Rutile crystal
17
5) liquid phase epitaxy method
• Melt was contain in boat, when it move through the single crystal substrate, it was cooled and form a nuclear and grow epitaxy.
– move the solvent by evaporation. Water and melting salt (for inorganic crystal growth) Alcohol and acetone (for organic crystal growth)
solution
25
1) Aqueous solution method
28
Growth of quartz and Irish diamond
convection
quartz
29
Application of Hydrothermal Method
※ Monocrystal Growth
Application (1) Monocrystal Growth
Grow the monocrystal in a low temperature, thus avoid the physical defects induced by the phase change.
• When the melt is different, you can prepare single film of different composition.
18
液相外延法
Liquid phase epitaxy system
19
Advantages:
• Simple device, quick, purity is high, many doping agent can be selected, few dislocation, can control the composition and thick easily, repeatable, safe.
5.4 Crystal growth technique
Key terms: melt growth method, solution
growth method, super cool, pulling method,
crucible pot descent method, zone melting
34
• Temperature often used is 1000C
• Inorganic solvent may decrease the melting
point f solute, so it can be used to prepare
compound with high melting point (such as
20
21
22
23
24
5.4.2
Solution growth method
• Principle: prepare the supersaturated solution
• Approach for supersaturated: ??
– Increase or decrease the temperature;
• Fix the heater and move the raw material stick is also OK. 12
Moving direction?
区熔法
Level zone melt method
13
Zone melt method contain compound
InP single crystal InP单晶的合成
※ Flame fusion method
※ Liquid phase epitaxy method
3
1) Pulling method
Ar + 1~2% O2
• Super-cooling
• Few dislocation
• Rapid and big
• Good quality
For growth of single crystal, such as Ge, Si,
2
5.4.1
Melt growth method
——the raw material was melt, then it was super cooled to form single crystal.
※ Pulling method ※ Crucible pot descent method ※ Zone melting method
?
CdTe single crystal
14
200 mm long, d=75 mm GaAs
d=100 mm InP single crystal and crystal chip
15
4) Flame melt method
Hammer 1 strike the raw powder material 2, when it arrive at position 6, H2 and O2 flame were input to melt the raw material, when it fall to the seed, it grows slowly. Can grow big crystal (1 meter); be adapt to grow compound crystal with high melting points; not polluted; inner force is big. Such as growth of precious stone
32
※ Film Preparation

Can get fine CaTiO3 type compound
film or thick film under very low
(3) Film Preparation
temperature, such as BaTiO3, SrTiO3,
BaFeO3.
ZnO monocrystal
31
※ Powder Preparation
Crystal grain integrated; Radius is small and distribute uniformly; Few cluster;
(2) Powder preparation
Can get the chemical stoichiometric substance and needed topograph; Can use more cheap raw materials. High temperature and ball milling are avoided, which can prevent the impurity and defects.
BaTiO3), however, they can not be prepared
by other methods.
※ Fluid effect of melt
4-inch LiNbO3 Si single crystal
5
auto pulling technique
1. feeder 2. growth chamber
3. crucible
4. bottom heater 5. gas valve 6. melt-level regulator 7. probe
9
坩埚下降法
Crystal furnace with a cooling stick
11
3) zone melting method
• Strait heater move along the polycrystal raw material stick
• Melt---cool---single crystal stick
Disadvantages:
• Lattice match should less than 1%. The thickness is large for the quick rate, it is difficult to get nano film. The surface topograph is worse than that of vapor phase epitaxy.
Pt, Ir, Pt/Rh
GaAs, oxide
4
Factors influence the quality of crystal:??
※ Temperature gradient on solid-liquid interface ※ Growth rate
※ Crystal spin rate
How to? • principle:make the solution in a metastable state and a certain supersaturation by control the cooling rate. • Key points for single crystal growth: avoid the 26 microcrystal; control the temperature strictly.
33
3) High-temperature solution growth method (melt salt method)
• Use liquid metal or melt inorganic compound as solvent, form uniform saturated solution in high temperature. • Constant solvent: – Liquid metal – Liquid Ga(dissolve As) – Pb, Sn or Zn(dissolve S, Ge, GaAs) – KF(dissolve BaTiO3) – Na2B4O7( dissolve Fe2O3)
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