La~(3+)掺杂SiC纳米线的电磁性能与第一性原理计算

作者：周王聪; 李享成; 朱颖丽; 陈平安; 朱伯铨

来源：硅酸盐学报, 2022, 50(07): 1919-1928.

DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.20210954

• 碳化硅纳米线
• 镧离子掺杂
• 电磁波吸收
• 第一性原理
• 有效吸收带宽

SiC 纳米线具有吸波性能强、作用频带宽、密度低的优点，但是由于 SiC 较差的阻抗匹配条件和较低的电导率，影响了其吸波性能的进一步提高。为了调节 SiC 的电子结构，改善其电磁性能，以硅微粉、活性炭、La2O3粉末为原料通过碳热还原法在 1 600 ℃合成了 La3+掺杂 SiC 纳米线。结果表明：掺杂 La3+能够增大 SiC 纳米线的长径比和堆垛层错密度，增强其形成三维网状结构和界面极化的能力，其介电性能得到了提高。在 2～18 GHz 范围内，其介电实部由 3.08～13.48(x=0)提升至3.33～19.75(x=1.0%)，介电虚部由 3.45～6.98(x=0)提升至 5.03～11.56(x=1.0%)。同时 La3+掺杂提高了 SiC 纳米线的电导率，增强了其电导损耗。由于 SiC 纳米线界面极化和电导损耗的同时增强，掺杂 2.0%的 La3+的 SiC 纳米线在厚度为 2.0 mm 时达到了最小反射损耗(RL) -31.46 dB，有效吸收带宽(RL<-10 dB)为 7.18 GHz。通过第一性原理计算研究了 SiC 纳米线及 La3+掺杂 SiC 纳米线的电子结构，结果表明，La3+掺杂后 SiC 纳米线的带隙减小，验证了其导电性的增强。La3+掺杂能够在引入掺杂元素的同时增大SiC 纳米线的堆垛层错密度，克服了掺杂元素时堆垛层错密度降低的现象，为合成高吸波特性 SiC 纳米线提供了思路。

• 出版日期2022
• 单位武汉科技大学