Journal of Materiomics 2018年第1期目录

2018年的最新一期JMAT上线了，今天来简要介绍一下这期期刊里面的精彩内容。本期的内容和文章数量有所增加，为了是给大家带来更多的前沿材料科学讯息，希望大家喜欢并期待更多的支持。完整文献版的参阅，请大家到我们的官网上面免费浏览下载。

# REVIEW ARTICLE #

Title: A brief review of ferroelectric control of magnetoresistance in organic spin valves

Authors: Xiaoshan Xu

Magnetoelectric coupling has been a trending research topic inboth organic and inorganic materials and hybrids. The concept of controllingmagnetism using an electric field is particularly appealing in energyefficient applications. In this spirit, ferroelectricity has beenintroduced to organic spin valves to manipulate the magneto transport, wherethe spin transport through the ferromagnet/organic spacer interfaces(spinterface) are under intensive study. The ferroelectric materials in theorganic spin valves provide a knob to vary the interfacial energy alignment andthe interfacial crystal structures, both are critical for the spin transport. In this review, we introduce the recent efforts of controllingmagnetoresistance of organic spin valves using ferroelectricity, where theferroelectric material is either inserted as an interfacial layer or used as aspacer material. The realization of the ferroelectric control of magnetotransport in organic spin valve, advances our understanding in the spin transportthrough the ferromagnet/organic interface, and suggests more functionality oforganic spintronic devices.

关于有机自旋阀中磁电阻控制的简要综述

磁电耦合一直是有机、无机和杂化材料领域的热门研究课题。电场调控磁性的概念在低能耗应用中格外引人瞩目。鉴于此，研究者在有机自旋阀中引入铁电性以调控磁输运特性，深入研究了通过铁磁/有机间隔层界面的自旋输运特性。有机自旋阀中的铁电材料可以调整界面能量排列和界面晶体结构，这二者对于自旋输运都是非常关键的。在本综述中，我们介绍了最近在铁电调控有机自旋阀磁阻方面的工作，在这些工作中，铁电材料被用于界面层或间隔层材料。有机自旋阀中磁输运的铁电调控的实现加深了我们对于通过铁磁/有机界面自旋输运的理解，并为有机自旋电子器件的功能提供了更多可能。

# REVIEW ARTICLE #

Title: Requirements for the transfer of lead-free piezoceramics into application

Authors: Jurij Koruza, Andrew J. Bell, Till Frömling, Kyle G. Webber, Ke Wang and Jürgen Rödel*

• Following the discovery of high primary properties, research of lead-free materials is now entering a second phase.

• Transfer of lead-free piezoceramics into products requires the assessment of various application-relevant properties.

• Most relevant are cost, reproducibility, mechanical and thermal properties, electrical conductivity, and lifetime.

• Succinct guidelines for future pertinent research requirements are summarized.

无铅压电陶瓷应用转化的要求

最近由欧盟委任的专家委员会对有害物质限制指令（RoHS）进行的审查表明，替代PZT“某种程度上而言在科学和技术层面是可行的”，然而该举措“在大部分实际应用中，无论是科学上还是工艺上仍然难以实现”。因此，二十年来持续的研究和发展或许取得了一些成果，但仅限于少数应用领域。由此可见，在宽领域内评估无铅压电陶瓷与应用相关的性能至关重要。本文依次确认和讨论了以下几个方面：1. 成本，2. 重复性，3.机械和热性能，4.电导率，以及5.寿命。目前，世界范围内对无铅压电陶瓷的发展所作的工作需要具备更广阔的视角，通过推动其在实际器件中的应用，以使无铅压电陶瓷的发展进入下一阶段。本文为相关研究提供了指南，涉及广泛的次级性能，测量技术和重要文献。

# Original research article #

Title: Ferroelectric domains and phase transition of sol-gel processed epitaxial Sm-doped BiFeO3 (001) thin films

Authors: Zhen Zhou, Wei Sun, Zhenyu Liao, Shuai Ning, Jing Zhu and Jing-Feng Li*

• The 12% Sm-doped BiFeO3 epitaxial thin films on Nb-doped SrTiO3 (001) substrate were prepared via a sol-gel method.

• The in-situ ferroelectric domain evolution from room temperature to 200 °C was characterized by PFM.

• A phase transition from ferroelectric to antiferroelectric phase was illustrated by SS-PFM.

• A significant piezoelectric response was found at the phase boundary.

溶胶凝胶法制备Sm掺杂铁酸铋(001)外延薄膜的畴结构和相变研究

由于通过掺杂能取得较高的压电性能，室温多铁材料铁酸铋BiFeO₃近来被越来越多作为有潜力的无铅压电材料而被应用。本工作通过溶胶凝胶法在（001）单晶掺铌钛酸锶SrTiO₃衬底上制备了掺杂12%Sm的BiFeO₃外延薄膜。通过倒易空间图和透射电镜确认了外延性。透射电镜也确认了R3c和Pbam相在该薄膜中的共存。通过压电力显微镜测试了薄膜从室温到200℃的畴结构和压电响应的变化。在110℃到170℃，畴变得非常活跃，畴结构发生明显改变。部分消失的压电响应说明了Pbam反铁电相的出现。原位的畴分析说明了相转变伴随着畴壁的移动。极化翻转谱压电力显微镜进一步确认了相变时的压电响应变化。在170℃，On和OFF状态的测试中都出现了异常的响应，说明了相变的发生。而在200℃时薄膜表现出标准的反铁电的响应，说明了相变的完成，薄膜结构完全转变到Pbam相。本工作揭示了处于准同型相界成分的Sm掺杂BiFeO₃薄膜高压电响应的起因。

# Original research article #

Title: Dielectric relaxation of interfacial polarizable molecules in chitosan ice-hydrogel materials

Authors: Y.Q. Li, C.X. Zhang, P. Jia, Y. Zhang, L. Lin, Z.B. Yan, X.H. Zhou and J.-M. Liu*

• An experimental strategy to investigate the dielectric properties of chitosan ice-hydrogels has been developed.

• The dielectric response of chitosan hydrogels below the ice point has been measured to probe the chitosan-water interfacial molecules.

• The thermal activation energy for the relaxation of chitosan-ice interfacial polarizable molecules has been evaluated.

壳聚糖冰-水凝胶材料中界面可极化分子的介电弛豫

水凝胶智能材料的功能与聚合物网络及封装的水滴的静电相互作用和分子极化息息相关。因此，聚合物、水和聚合物-水界面处的可极化分子的介电响应尤具吸引力,而聚合物-水界面分子的性质目前仍然是个未解的难题。不同于广泛的关于聚合物水凝胶的介电弛豫谱研究,在这个工作中我们针对的是壳聚糖水凝胶在低于凝固点时（冰凝胶）的介电响应。这样壳聚糖-水界面分子的贡献可以被分离出来进行研究。研究发现,壳聚糖-水界面可极化分子的介电弛豫缓慢，但与壳聚糖链和水分子相比具有较大极化值,且频率大于∼104 Hz部分的介电弛豫大幅减弱。这些界面可极化分子的介电弛豫热活化能可高达0.93 eV,即89.73  kJ/mol。这个工作提供了观测聚合物-水静电交互作用和及其界面可极化的分子的平台,对理解壳聚糖基水凝胶材料的微观结构和性能之间的关系具有很大帮助。

# Original research article #

Title: High discharged energy density of polymer nanocomposites induced by Nd-doped BaTiO3 nanoparticles

Authors:Jing Wang*, Juntao Hu, Lu Yang, Kongjun Zhu, Bao-Wen Li**, Qiaomei Sun, Yanxin Li and Jinhao Qiu

• Nd-doped BaTiO3 (NBT) particles were introduced into PVDF to increase the energy storage density.

• The composite shows a discharged energy density of 12.5 J/cm3 with a small loading of 1 vol.% NBT.

• NBT/PVDF shows a comparable discharged energy density to the composites filled with core-shell nanoparticles and nanofibers.

通过Nd掺杂钛酸钡BaTiO₃纳米颗粒诱导的高放电能量密度的聚合物纳米复合物

通过把Nd掺杂BaTiO3纳米颗粒引入到聚亚乙烯中，我们制备了柔性的聚合物纳米复合物。仅仅添加1%体积分数的Nd-BaTiO3，该纳米复合物就能在420kV/mm的电场下达到12.5J/cm3的放电能量密度。得益于高放电能量密度、机械柔性、质量轻、合成容易及低成本等优点，该纳米复合物具有在先进微电子和电力能源系统的应用潜力。该成果说明高介电常数陶瓷作为高能量密度聚合物纳米复合电介质的填充材料具有可行性。

# Original research article #

Title: Correlation of structural and electrical properties of PrBaCo2O5þd thin films at high temperature

Authors:Brennan Mace, Zach Harrell, Xing Xu, Chonglin Chen*, Erik Enriquez, Aiping Chen and Quanxi Jia

• Mechanical deformation of highly epitaxial PrBaCo2O5+δ thin films induced by order/disorder oxygen vacancy structures.

• Strong correlation of deformed structures and electrical properties of highly epitaxial PrBaCo2O5+δ thin films.

• Strong anisotropic thermal expansion behavior at high temperatures.

高温下PrBaCo₂O_5+δ薄膜结构和电学性能的相关性

以脉冲激光沉积法制备外延PrBaCo2O5+δ(PBCO, 0<δ<1)薄膜。薄膜的结构和电特性在还原性环境下进行高温表征。高温下还原环境中的X射线衍射结果显示：由于热和化学膨胀，面外（c轴）的晶格常数有较大变化（Δl= 0.335nm）；并且，c轴晶格参数的增大具有阶梯型。这两者证明了PBCO存在潜在的结构转变。由于薄膜中的氧含量降低，这些转变表明薄膜中存在氧空位排序。在相同环境下的电阻率测量也显示出与结构转变相关的急剧转变的证据。本研究有助于理解PBCO在高温下的结构-性能关系，为PBCO在中温区固体氧化物燃料电池的应用提供了重要的技术信息。

# Original research article #

Title: Structural evolution and reaction mechanism of lithium nickelate (LiNiO2) during the carbonation reaction

Authors:Daniela Gonzalez-Varela, Brenda Alcantar-Vazquez and Heriberto Pfeiffer*

• CO2 chemisorption mechanism on LiNiO2 was evaluated.

• CO2 chemisorption on LiNiO2 exhibited an atypical thermal behavior in comparison to other alkaline ceramics.

• LiNiO2 reacts with CO2 through a complex structural evolution process, where lithium is partially released.

• Lithium release produced the formation of different Li1-xNi1+xO2  crystalline phases.

• CO2 chemisorption results fitted to specific lithium coefficients of different lithium nickelate phases.

镍酸锂（LiNiO₂）在碳化反应过程中的结构演变及反应机理

本文用锂过量法合成了镍酸锂（LiNiO2），然后用X射线衍射、扫描电镜和N2吸附-脱附等方法对其进行了表征。最后，在高温下进行了CO2气氛的差热和热重分析。结果表明，LiNiO2能够通过复杂的结构演变过程与CO2反应，其中锂原子被释放以产生Li2CO3，而一些镍原子被重新排列在不同的Li1-xNi1+xO2结晶相上。在假设该反应为动力学常数随温度升高而增大的一阶反应的情况下，确定了LiNiO2-CO2反应的动力学参数。然而，得到的动力学常数值并不符合线性趋势。这种非典型行为是因为LiNiO2的烧结和晶体演变会随温度变化而变化。

# Original research article #

Title: Thermoelectric properties of In-Hg co-doping in SnTe: Energy band engineering

Authors:Xiaofang Tan, Guoqiang Liu, Jingtao Xu*, Xiaojian Tan, Hezhu Shao, Haoyang Hu, Haochuan Jiang, Yalin Lu** and Jun Jiang

• We investigate the interplay between resonant level and band convergence in In-Hg co-doped SnTe.

• An apparent competition effect between band convergence doping and resonant level doping is observed in our experiment.

• The Seebeck coefficients of the co-doped samples have a great improvement (over 50 μVK−1) at room temperature.

• A ZTmax ∼0.9 at 850 K are achieved in Sn0.98Bi0.02Te-1%HgInTe2.

铟汞共掺杂碲化锡的热电性能：能带工程

在碲化锡中通过铟和汞的共掺杂可以实现能带兼并和共振能级的协同效应，从而在更宽的温度范围内实现热电性能的提升。在这项工作中，我们仔细研究了采用热压法合成的铟汞共掺杂碲化锡的热电性能。通过这种共掺杂的方法，样品在室温的塞贝克系数得到了显著的提高（超过50μVK-1）。但是尽管铟锡共掺杂碲化锡的功率因子也能够得到优化，其最高ZT值（Sn0.98Bi0.02Te-1%HgInTe2在850K时达到0.9）与其他共掺杂体系相比并不够高。这可能是其相对较高的晶格热导率所引起的。在实验中我们还观察到了能带兼并掺杂和共振能级掺杂之间明显的竞争关系。本工作的实验结果表明，为了优化某一材料体系的热电性能，我们需要更透彻地理解通过共掺杂实现的能带工程。

# Original research article #

Title: Thermoelectric properties of In-substituted Ge-based clathrates prepared by HPHT

Authors:Binwu Liu, Hongan Ma*, Dexuan Huo, Haiqiang Liu, Baomin Liu, Jiaxiang Chen and Xiaopeng Jia*

• HPHT is a simple and rapid synthetic approach.

• The processing time reduces from few days to an hour.

• A minimum thermal conductivity of 0.84 Wm−1K−1 is obtained, and a good ZT value of 0.52 is achieved.

• The reduction of thermal conductivity root in the rich microstructure and defects caused by HPHT.

通过高压高温法制备的In取代Ge基笼型化合物的热电性能

本实验通过高压高温（HPHT）法制备了块体材料Ba₈Ga₁₆InxGe_30-x（x= 0.5,1.0,1.5），并通过X射线衍射和晶胞修正证实了其晶体结构。实际获得的样品中的In含量远小于初期含量，并且晶格常数随着In取代量的增加而增加。随着温度的升高，塞贝克系数和电阻率先增大后减小，而热导率则相反，这导致了此笼型化合物的热电性能得到了显著提升。铟元素的取代降低了塞贝克系数和电阻率，同时也改变了化合物的微观结构。最终实验获得了0.84 Wm^-1K^-1的最低热导率以及0.52的ZT值。高压产生的晶界和晶格缺陷可以有效地散射不同频率的声子，从而降低晶格热导率。

# Original research article #

Title: Thermoelectric properties of Ag-doped compound: Mg3-xAgxSb2

Authors: Yanan Fu, Xin Zhang*, Hongliang Liu, Jie Tian and Jiuxing Zhang

• Mg3-xAgxSb2 (0 ≤ x ≤ 0.05) has been prepared successfully by vacuum suspension smelting and Spark Plasma Sintering technique.

• The results show that Ag doping can precisely tune the electrical transport properties and accordingly enhance the power factor, without destroy the original lamellar structure of the matrix. A maximum ZT of ∼0.66 at 773 K was achieved in Mg2.96Ag0.04Sb2.

Ag掺杂Mg_3-xAg_xSb₂化合物的热电性能

Mg₃Sb₂基热电材料具有较低的电导率，这是限制其热电性能提升并且需要解决的关键因素。因此，我们通过在Mg位掺杂（在两个不同的晶体学位置）Ag来调节Mg₃Sb₂基材料的载流子浓度，从而提升其电性能。采用真空悬浮熔炼结合放电等离子烧结的工艺，我们成功制备了Mg_3-xAg_xSb₂（0≤x≤0.05），并且证明了Ag掺杂可以精确地调控电输运性质，从而提升材料的功率因子。此外，由于声子散射，Ag掺杂可以降低晶格热导率，Mg_2.96Ag_0.04Sb₂的最大热电优值ZT在773K时达到0.66。

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最后再向大家介绍一下我们闪亮亮的JMAT期刊。Ta是由中国硅酸盐学会和Elsevier合作出版的英文期刊Journal of Materiomics,现已在ScienceDirect上发布了第四卷第一期（2018年），点击文末“阅读全文“可自由获取该专辑所有论文。

Journal of Materiomics 为开放获取期刊,对作者免收发表费。 投稿说明详见https://www.journals.elsevier.com/journal-of-materiomics/, 期望大家不吝赐稿。