摘要:非晶态金属 (AM),特别是非晶态铁磁金属,被认为是一种令人满意的磁性材料,可用于开发高效、高功率密度的电磁设备,例如电机和变压器,这得益于其各种优点,例如合理的低功耗和中高频下的非常高的磁导率。然而,这些材料的特性尚未得到全面研究,这限制了其在具有通常具有旋转和非正弦特征的磁通密度的高性能电机中的应用前景。在不同磁化下对 AM 进行适当的表征是将这些材料用于电机的基础之一。本文旨在广泛概述在存在各种磁化模式(特别是旋转磁化)的情况下的 AM 特性测量技术,以及用于先进电机设计和分析的 AM 特性建模方法。还讨论了可能的未来研究任务,以进一步改进 AM 应用。
热电设备将热量转化为电能,不会产生温室气体排放,并有可能作为可穿戴设备的能源。目前的努力重点是设计既具有高转换效率又具有机械灵活性的材料。半赫斯勒材料(例如 TiNiSn)表现出良好的化学稳定性和热电效率,但它们固有的脆性对柔性设备的应用构成了挑战。在这里,TiNiSn 薄膜在室温下通过直流磁控溅射沉积,以研究它们对柔性设备应用的弯曲响应。因此,考虑了不同的基材:Si、Kapton、丝绸和打印纸,而 Si 被用作参考。分别采用能量色散 X 射线光谱和广角 X 射线散射分析沉积薄膜的成分和结构。通过扫描电子显微镜检查薄膜形态。此外,还采用密度泛函理论 (DFT) 探索柔性基板与非晶态 TiNiSn 之间的界面,并计算柯西压力,这是延展性/脆性行为的关键指标。非晶态 TiNiSn 薄膜对柔性 Kapton、丝绸和纸基板表现出良好的粘附性。施加机械载荷,即弯曲至 154 ◦,以评估裂纹形成,仅在 78 ◦ 和 154 ◦ 处出现少量裂纹,从而表明具有一定程度的柔性。DFT 数据支持这些发现,显示非晶态 TiNiSn 与柔性基板单体之间的粘附强度中等。计算出的柯西压力为 30 GPa,表明 TiNiSn 在非晶状态下具有延展性。因此,替代其他耗时的合成方法、消除对高温的需求以及提供对各种基板具有良好粘附性的无毒且经济高效的材料是非晶态 TiNiSn 薄膜成为柔性热电装置的良好候选材料的原因。
传统透明导电氧化物 (TCO) 的技术策略是采用简并掺杂宽带隙半导体来实现两个关键特性:电导率和光学透明度。宽带隙半导体被选为主体材料,其带间跃迁高于可见光谱,而掺杂剂则增加载流子密度,从而提高电导率。锡掺杂氧化铟 (ITO) 因其在可见光谱中实现了高电导率和光学透明度的最佳平衡而得到广泛应用。[3] 然而,由于铟矿的供应有限,ITO 用作 TCO 的使用越来越多,导致 ITO 成本上升。[4] 同时,许多其他应用,如日盲探测、紫外 (UV) 光刻、紫外发光二极管和紫外固化,都需要紫外光谱中的透明导体。[5–8] 然而,传统的高电导率 TCO 在光谱的紫外侧表现出低透射率。 [1]
非晶态固体材料因其离子电导率、稳定性和可加工性等优良特性,在储能领域引起了越来越多的关注。然而,与块体晶体材料相比,密度泛函理论 (DFT) 计算的规模限制和实验方法的分辨率限制阻碍了对这些高度复杂亚稳态系统的基本理解。为了填补知识空白并指导非晶态电池材料和界面的合理设计,我们提出了一个基于机器学习的原子间势的分子动力学 (MD) 框架,该框架经过动态训练,以研究非晶态固体电解质 Li 3 PS 4 及其保护涂层非晶态 Li 3 B 11 O 18 。使用机器学习势使我们能够在 DFT 无法访问的时间和长度尺度上模拟材料,同时保持接近 DFT 水平的精度。这种方法使我们能够计算非晶化能、非晶-非晶界面能以及界面对锂离子电导率的影响。这项研究证明了主动学习的原子间势在将从头算建模的应用扩展到更复杂和现实的系统(例如非晶材料和界面)方面的良好作用。
图 1:非晶态 SiO 2 块体模型结构的对分布函数 (PDF)。图中用颜色对不同的对进行编码,Si-O 对用蓝线表示,Si-Si 用绿线表示,OO 用红线表示。y 轴表示归一化的对数,x 轴表示相应的距离(单位为 Å)。对于块体非晶态 SiO 2 模型结构和后续图中,Si 原子用黄色球体表示,O 原子用红色表示。
图1. 结构示意图及在正入射光下模拟得到的吸收光谱。(a)红外探测器的探测机理。目标的红外辐射透过大气后被红外探测器捕获。(b)双层超薄膜示意图及GST在不同状态之间的转变机制。当温度超过结晶温度𝑇𝑇 𝑐𝑐时,GST会逐渐由非晶态转变为结晶态,而一旦温度超过熔点𝑇𝑇 𝑚𝑚后,经过快速退火,GST又可以变回非晶态。(c)光谱椭偏仪测得的红外波段不同状态下GST的相对介电常数。(d)双相态超薄膜对正入射光的吸收光谱及大气透过光谱。