【器件论文】β-Ga₂O₃/CNT 聚合物纳米复合材料中缺陷态、自由体积及相间相互作用的研究

      由阿塞拜疆共和国科学和教育部物理研究所的研究团队在学术期刊 Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures 发布了一篇名为Investigation of defect states, free volume, and interphase interactions in β-Ga₂O₃/CNT polymer nanocomposites（β-Ga₂O₃/CNT 聚合物纳米复合材料中缺陷态、自由体积及相间相互作用的研究）的文章。

摘要

      在开发和研究具有优异光学与力学性能的新一代材料领域，突破性创新持续涌现。本研究采用正电子湮灭寿命谱（PALS）和拉曼光谱技术，对聚偏二氟乙烯（PVDF）基体中掺入 β-Ga₂O₃ 和碳纳米管（CNTs）形成的纳米复合材料进行了缺陷特征、局部键合环境改性及相间相互作用的研究。拉曼研究表明，作为 CNT 结构质量指标的 D 带和 G 带呈现出微弱的附加振动模式，这与其说是理想晶体结构的体现，不如说是 β-Ga₂O₃ 晶格畸变及局部 Ga-O 配位环境改性的结果。观测到的峰位偏移和强度变化表明相间相互作用正向非晶态转变，同时伴随内部结构应力和缺陷中心的形成。随着复合材料中 β-Ga₂O₃ 浓度增加，ID/IG 比值的降低揭示了化学键的形成，这些键强化了 CNT 表面的氧化层。PALS 分析结果明确表明，缺陷的类型和尺寸强烈依赖于复合材料中 Ga₂O₃ 与 CNT 的比例。在纯 β-Ga₂O₃ 结构中存在中等尺寸空位簇（τ₂=369 ps），而 CNT（τ₂=685 ps）及其基复合样品中，τ₂ 成分增至 853 ps。基于双态捕获模型的分析表明，τb、kd 及 τ₂-τb 参数的变化揭示了复合结构中孔隙率与缺陷簇聚过程的发生机制，其变化规律取决于 CNT 与 β-Ga₂O₃ 的配比。研究成果表明，新型高孔隙率聚合物基复合材料可作为传感器技术、光电子器件及抗辐射设备的基础构件。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.physe.2025.116450