Journal of Materiomics 2018年第3期目录及摘要
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2018年的第三期的JMAT上线了，今天来简要介绍一下本期期刊里面的精彩内容。完整文献版的参阅，请大家点击文末链接，直接免费浏览下载，希望大家喜欢并多多支持。
#Research Article#
Title: Flexible mica films for high-temperature energy storage
适用于高温能量存储的柔性云母膜
Authors: Xinwei Xu, Wenlong Liu, Yi Li, Yifei Wang, Qibin Yuan, Jie Chen, Rong Ma, Feng Xiang and Hong Wang*
储能电介质在电力电子和脉冲功率设备中有广泛的应用，其中聚合物电容器是主要的商用类型。柔性电子设备和可穿戴设备的发展要求相应的材料具有柔韧性。此外，高温下的高功率大电流设备则要求材料具有耐高温性能。用于聚合物电容器的聚合物电介质虽然具有柔性，但其工作温度通常低于100℃。因此，制备同时满足柔性和高工作温度的介电材料仍然是一个很大的挑战。本工作中我们提出了一种利用手工剥落的氟金云母膜作为储能材料的方案。其中，厚度约为10微米的云母膜（Mica-10）同时表现出了类似无机物的温度稳定性和聚合物的柔性。在25-200°C的范围内，电场为500MV/m时，Mica-10的能量密度约为11.27 J / cm3，变化在2％以内，充放电效率达到约95％。同时，较薄的厚度保证了Mica-10具有很好的柔韧性和持久性。这项工作为云母这一传统材料增添了活力，为高温储能应用提供了一种新的途径。
2. #Research Article#
Title: The existenceform and synergistic effect of P in improving the structural stability andelectrochemical performance of Li2Mn0.5Fe0.5SiO4/Ccathode materials
磷元素在提高Li2Mn0.5Fe0.5SiO4/C正极材料结构稳定性和电化学性能中的存在形式和协同效应
Authors: Lei Wei, Shi-Xi Zhao*, Xia Wu, Shu-Jin Zhao and Ce-Wen Nan
本工作采用水热法合成纳米Li2Mn0.5Fe0.5SiO4/C正极材料，并采用磷取代法改善结构稳定性和电化学性能。通过X射线衍射和X射线光电子能谱的测试证实，当取代量较低时，P元素完全进入晶格，形成的[PO4]四面体部分取代[SiO4]四面体。磷的取代有助于抑制Mn配位数的变化，在一定程度上稳定材料结构，并在初期循环中获得更好的电化学性能。随着P含量的增加，部分磷元素以Li3PO4的形式存在，其均匀分布并与活性物质共存。电化学测试证明，Li3PO4的存在对循环和速率性能有积极作用，锂离子扩散系数比原始样品增加约14倍。在磷元素取代和适当的Li3PO4的协同作用下，Li2Mn0.5Fe0.5SiO4/C的电化学性能得到增强。
3. #Research Article#
Title: High-damping and conducting epoxy nanocomposite using both zinc oxide particles and carbon nanofibers
采用氧化锌颗粒和碳纳米纤维的高阻尼高导电环氧树脂纳米复合材料
Authors: Jae-Soon Jang, Gyo Woo Lee*, Hyung-ick Kim, Sung Yong Hong, Lijie Ci, Jae-Do Nam and Jonghwan Suhr**
本研究以碳纳米纤维作为导电材料，氧化锌颗粒作为压电材料，开发出具有高阻尼和高导电性的环氧树脂纳米复合材料。通过单轴拉伸试验，电压测试，阻抗测量和3点弯曲试验研究了其力学，电学性能，阻抗和阻尼损耗因子。实验中发现了两个渗流阈值：其一为由于碳纳米纤维在基体中形成导电通路的电阻阈值；其二为氧化锌颗粒形成电阻的阻抗阈值。通过对高阻尼和高导电环氧树脂纳米复合材料的极化处理，发现极化处理有助于增强导电网络的导电性并使ZnO粒子产生电压。含有3wt％碳纳米纤维和10wt％氧化锌的高阻尼高导电环氧树脂纳米复合材料在测试中表现出比其他成分更高的阻尼损耗因子。
4. #Research Article#
Title: Oxygen-vacancy-related dielectric relaxation behaviours and impedance spectroscopy of Bi(Mg1/2Ti1/2)O3 modified BaTiO3 ferroelectric ceramics
Bi(Mg1/2Ti1/2)O3改性的BaTiO3铁电陶瓷氧空位导致的介电驰豫行为和阻抗谱分析
Authors: Ming-Ding Li, Xin-Gui Tang*, Si-Ming Zeng, Yan-Ping Jiang, Qiu-Xiang Liu, Tian-Fu Zhang and Wen-Hua Li
本工作采用常规固相反应法合成了无铅铁电陶瓷(1-x)BaTiO3-xBi(Mg1/2Ti1/2)O3（x = 0.0-0.07），研究了结构，介电，铁电和阻抗特性的相关性。结果发现随着BMT含量的增加，Tm和εm呈下降趋势。在所有样品中观察到高温介电弛豫行为。由阻抗（Ea）和电导率（Econd）计算的活化能表明驰豫行为与氧空位的迁移相关。Ea的值几乎等于Econd。由此我们认为介电弛豫由氧空位的短程跃迁贡献，而电导由双电离氧空位的长距离运动贡献。另一方面，随着BMT含量的增加，P-E回线变得更纤细，表明弛豫行为逐渐增强。P-E回线对0.98BT-0.02BMT陶瓷的温度依赖性清楚地表明了从铁电体到弛豫铁电体的转变过程。
5. #Research Article#
Title: Ultrahigh energy density and improved discharged efficiency in bismuth sodium titanate based relaxor ferroelectrics with A-site vacancy
具有A位空位的钛酸铋钠基弛豫铁电体的高能量密度和放电效率的提高
Authors: Xiao Liu*, Jing Shi**, Fangyuan Zhu, Huiling Du, Tangyuan Li, Xiangchun Liu and Hai Lu
本文探索了新型A位缺陷的(1-x-y)Bi0.5Na0.5TiO3-xBaTiO3-yBi0.2Sr0.7TiO3无铅弛豫铁电体的储能性能。室温下，在0.655Bi0.5Na0.5TiO3-0.065BaTiO3-0.28Bi0.2Sr0.7□0.1TiO3(6.5BNBT-BST)中观察到特别窄的电滞回线（P-E），从而在100kVcm-1的电场下时获得很大的可回复的能量密度（Wrec= 1.5 Jcm-3）及极高的储能效率（η=90％），这与P-E回线的形状相关。随着Bi0.2Sr0.7TiO3（BST）含量的增加，动态极性纳米微区构成的遍历弛豫相逐渐主导，而宏观铁电畴逐渐消失。此外，可回复的能量密度随温度升高表现出很小的变化，电滞回线几乎无滞回（η高达97％），补偿了极化值的降低。在P-E回线中表现出来的这些特性使得A位空位调控的Bi0.2Sr0.7TiO3成为一种很有潜力的可用于能量存储应用的新型弛豫铁电体。
6. #Research Article#
Title: Enhanced thermoelectric performance of n-type bismuth-telluride-based alloys via In alloying and hot deformation for mid-temperature power generation
通过In合金化和热变形提高适用于中温发电的n型碲化铋基合金的热电性能
Authors: Feng Li, Renshuang Zhai, Yehao Wu, Zhaojun Xu, Xinbing Zhao and Tiejun Zhu*
基于碲化铋的合金是商业上最广泛使用、用于室温制冷的热电（TE）材料。本工作中，我们成功地使n型铋化碲基热电材料的最佳热电优值所对应的温度往高温区移动，从而使其能够用于中温发电。本工作通过SbI3掺杂调节载流子浓度、铟合金化来增加带隙，抑制了在中温区时的有害双极传导。同时通过热变形引入多尺度微结构，显著降低晶格热导率。结果表明，热变形后，Bi1.85In0.15Te2Se+ 0.25wt％SbI3合金在625K时达到~1.1的最高zT值，显示出该合金在中温热电发电中的巨大应用前景。
7. #Research Article#
Title: MnTe2 as a novel promising thermoelectric material
MnTe2：一种新型有潜力的热电材料
Authors: Yidong Xu, Wen Li, Chen Wang, Zhiwei Chen, Yixuan Wu, Xinyue Zhang, Juan Li, Siqi Lin, Yue Chen and Yanzhong Pei*
半导体性质的二碲化锰（MnTe2）具有高对称性的立方结构、合适的带宽，并且仅由无毒的元素组成，因此本工作旨在研究MnTe2作为一种潜在热电材料加以应用的可能性。这种材料的本征载流子浓度非常低，仅为1019 cm-3，通过在Mn位进行Ag掺杂，可以将载流子浓度程度提高至4*1020 cm-3。如此宽的载流子浓度范围使功率因子能够得到有效地优化，同时由于点缺陷对声子的散射作用，这种掺杂机制也可以有效地降低晶格热导至0.5 W/m-K。最终获得了p型MnTe2的最高ZT值为0.7。此外，SPB模型结合声学声子散射能够有效地预测电子输运性能，这也使我们能够对于热电性能相关的深层次的物理参数进行理解。重要的是，能带的计算结果显示由于更高的能带简并度以及更小的能带有效质量，n型MnTe2可能具有更好的热电性能。本工作揭示了MnTe2是一种全新的有潜力的热电材料。
8. #Research Article#
Title: Microstructure analysis and thermoelectric properties of iron doped CuGaTe2
铁掺杂CuGaTe2的微观结构分析及热电性能
Authors: Fahim Ahmed, Naohito Tsujii* and Takao Mori**
近年来，黄铜矿相关化合物由于其潜在的热电性能而备受关注。在本研究中，我们报道了在黄铜矿型CuGaTe2中进行Fe掺杂及其对结构和热传输性能的影响。我们通过放电等离子烧结法合成了CuGa1-xFexTe2多晶样品，其中x从0,00到0.05。并且通过粉末X射线衍射以及电子显微分析对样品进行了结构分析。在CuGaTe2中，Fe的溶解度非常小并且探测到了如FeTe2以及CuTe等第二相。在Fe的添加量为0.02时，热导率呈现出了明显的下降趋势，但是当添加量大于0.03时，热导率又开始上升。此外，Fe的添加也造成了功率因子的细微提升，在770K时从x=0.00时的1.3 mW/K2m提升到x=0.02时的1.6mW/K2m。最终，x=0.02的样品在870K时获得了最高的ZT值，达到0.92，相对于没有掺杂的CuGaTe2提升了60%。这项工作表明调控材料的微观结构可以大大提高复合材料的热电性能。
9. #Research Article#
Title: Effects of oxygen and moisture on the I-V characteristics of TiO2 thin films
氧气和水分对TiO2薄膜I-V特性的影响
Authors: Wanheng Lu, Lai-Mun Wong, Shijie Wang and Kaiyang Zeng*
TiO2薄膜有望用于下一代阻变随机存取存储器（ReRAM），电流-电压（I-V）特性很好地揭示了该材料的阻变性能。之前的研究已经发现大气环境可以影响阻变性能，但是这种效应的起源仍然存在争议。导电原子力显微镜（c-AFM）能够实现纳米级的电阻切换，被广泛用于研究阻变性能，随着存储器件的小型化这一特性也变得极具吸引力。因此，本研究希望通过在环境空气，合成空气和氩气氛围下进行c-AFM测量来理解氧气和水分对TiO2薄膜的I-V特性的影响。研究发现环境中的氧气可以降低阻变的置位和复位电压，并且还可以降低低阻态（LRS）下的电阻。而环境中的水分可以增加置位和复位电压，并增加LRS状态下的电阻。上述氧气和水分的影响可以归因于在电阻切换过程期间有效电场的改变，该机制通过开尔文探针力显微镜（KPFM）测试得到了进一步的证实。此外，通过在三种气体环境中进行FORC-IV（一阶反转曲线-电流-电压）测量，发现TiO2的局部离子动力学在电阻切换时强烈地依赖于环境。这项工作的结果为环境对材料阻变性能影响的研究提供了新的视角，即在c-AFM尖端下通过氧气和水分的吸附来调制有效电场。
10. #Research Article#
Title: Construction of hybrid Z-scheme graphitic C3N4/reduced TiO2 microsphere with visible-light-driven photocatalytic activity
在可见光驱动下具有光催化活性的杂化Z型石墨C3N4/还原TiO2微球的构建
Authors: C. Zhou, N.F. Ye, X.H. Yan*, J.J. Wang, J.M. Pan, D.F. Wang, Q. Wang, J.X. Zu and X.N. Cheng
本实验中，采用了溶剂热法成功合成了一种新型Z型石墨C3N4 /还原TiO2微球（g-C3N4/ r-TiO2），并通过X射线衍射、电子顺磁共振、扫描电子显微镜、紫外-可见光反射光谱以及光致发光光谱对制备得到的不同g-C3N4含量的样品进行了表征。在制备得到的g-C3N4/r-TiO2复合材料中，r-TiO2微球聚集分布在g-C3N4片层的表面。所有g-C3N4 / r-TiO2催化剂在可见光照射下降解罗丹明B的光催化活性都得到了增强。催化活性的增强归功于氧空位的影响（改变了TiO2的带隙），大的比表面积（为光催化反应提供更多的活性位点）以及g-C3N4和r-TiO2之间的协同作用（促进光致电子-空穴对的分离）。此外，通过活性物质的捕获实验，文章也讨论了在光催化过程中Z型载流子传输的机制。本工作论证了Z型载流子传递系统的构建策略。氧空位的引入和结构设计也有利于构建太阳能转化材料，如污染物降解材料等。
11. #Research Article#
Title: DFT study for combined influence of C-doping and external electric field on electronic structure and optical properties of TiO2 (001) surface
C掺杂和外电场对TiO2（001）表面电子结构和光学性质影响的DFT研究
Authors: Cuihua Zhao, Dewei Huang and Jianhua Chen*
本文采用DFT方法研究了外电场下C-TiO2（001）表面的电子结构和光学性质。碳掺杂后，在TiO2（001）表面的带隙区域引入新的缺陷能级，导致带隙减小，有助于光吸收向可见光区域移动。当在C-TiO2（001）表面上施加外部电场时，随着电场强度从0.1eV增加到0.5eV，带隙进一步减小。当电场超过0.5 eV时会引起电子极化，自旋向上的带出现带隙，而自旋向下的电子对应于金属态。随着电场从0.7 eV增加到1.0eV，自旋向上的带隙减小。与纯TiO2（001）相比，C-TiO2（001）的光学吸收向长波长方向移动。电场使光吸收进一步发生红移。并且随着电场的增加，特别是在0.7eV-1.0eV的范围内，偏移会相应增加。结果表明，碳掺杂和电场的协同作用可以提高TiO2（001）表面在可见光区的光催化活性。
12. #Research Article#
Title: Facile synthesis of graphene via reduction of graphene oxide by artemisinin in ethanol
通过青蒿素在乙醇中还原氧化石墨烯便捷合成石墨烯
Authors: Dandan Hou, Qinfu Liu*, Xianshuai Wang, Ying Quan, Zhichuan Qiao, Li Yu and Shuli Ding
通过化学方法还原氧化石墨烯（GO）制备还原氧化石墨烯（RGO）通常涉及对环境和人体健康有害的剧毒性还原剂。本工作首次报道了在乙醇中使用青蒿素作为还原剂制备RGO的相对简便、绿色的方法。通过透射电子显微镜（TEM），原子力显微镜（AFM）和X射线光电子能谱（XPS）表征了RGO的形貌和脱氧效率。结果表明，青蒿素可以有效地将GO还原为具有高碳氧比（11.7）的少层RGO。本工作还提出了消除青蒿素在GO纳米片上修饰的含氧官能团的机理。相对环保、易于操作的重要特征赋予了该方法在RGO和各种石墨烯基材料，特别是对于生物材料进行大规模生产的巨大潜力。
13. #Research Article#
Title: Reaction mechanism and microstructure development of ZrSi2 melt-infiltrated Cf/SiC-ZrC-ZrB2 composites: The influence of preform pore structures
ZrSi2熔体渗透Cf/ SiC-ZrC-ZrB2复合材料的反应机理及微观结构：预制坯孔结构的影响
Authors: Xiaowu Chen, Dewei Ni*, Yanmei Kan, Youlin Jiang, Haijun Zhou, Zhen Wang and Shaoming Dong**
反应熔体渗透（RMI）是制造高密度碳纤维增强超高温陶瓷基复合材料（Cf/ UHTCs）的有效方法。在本工作中，通过将ZrSi2熔体渗透到多孔Cf / B4C-C预制件中制备Cf / SiC-ZrC-ZrB2复合材料。确定并分析了RMI过程中所涉及的物理和化学反应。发现了束间和束内孔隙之间的不均匀渗透，并且发现其与Cf / B4C-C预制件的孔结构密切相关。结果表明，随着预制件孔隙率和孔径的增加，可以显著减轻非均匀渗透。进而通过定量模型研究了孔径对RMI过程的影响，该模型与实验结果非常吻合。该结果进一步表明，在较高的RMI温度，非均匀渗透也可以得到缓解。然而，在高温下过度渗透或具有更多孔的预制件可能导致中间相和纤维的严重侵蚀，导致最终复合材料的机械性能劣化。
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