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薄膜技术在基础研究和应用研究上都具有重要的意义。为了在本实验室内开展与电极薄膜材料相关的研究,完成从衬底处理、薄膜生长、薄膜后处理到薄膜电极电化学测量和电极材料电导测试的全部工作,笔者负责搭建了热蒸发设备、脉冲激光沉积设备和微探针测量系统,并为相关设备编写了控制程序。
利用薄膜沉积设备,实现了多种电极薄膜材料的可控生长,包括Si、Sb、Cr2O3、LiFeP04、LiF/M纳米复合物和固体电解质LiPON薄膜等。
利用反应沉积,生长了纳晶Cr2O3薄膜,并研究了材料在锂嵌入和脱出过程中的动力学行为。实验发现,锂的嵌入使电极材料的电阻下降了两个数量级,锂即使再次从电极材料中脱出,电极材料的电阻也将比初始材料小一个数量级。
通过生长条件的控制,获得了不同形貌的LiFePO4薄膜,特别是实现了具有纳米结构的针状LiFePO4薄膜的可控生长。
利用双室容器,研究了锂离子在Ti和碳等非传统锂离子导体中的扩散问题,并研究了Ti包覆的Si和Sb薄膜的电化学性质,研究结果显示,锂离子可以直接穿过包覆层与底层的活性物质发生反应,这样的研究结果可以用来解释多层薄膜负极和碳包覆材料中的动力学问题。利用双层薄膜电化学反应的研究结果,设计并制备了三明治结构的TiSiTi电极多层膜,发展了一套系统的原位测量方法,可以得到薄膜材料随着锂的嵌入和脱出其电子和离子电导率的变化规律。
利用脉冲激光沉积技术,简单地实现了不同组分的LiF/Ti纳米复合物薄膜的制备。电化学研究发现非电化学活性的LiF和过渡金属Ti构成的纳米复合物是有容量的,验证了界面储锂的可能性,并系统的研究了电子的输运问题,证明电子的传导为渗流和隧穿并存。