2024-07-07
国内外研究矿物的现状论文范文
发布时间：2024-07-08 10:50:05
国内外研究矿物的现状论文范文
萤石（CaF2）具有广泛的用途：晶形完整色彩艳丽的萤石可以制作成精美的工艺品和装饰品； 在钢铁工业中，萤石是除渣剂、脱硫剂和脱磷剂的重要组分；在化学工业中，萤石是氟化工的上游原 材料，同时又是优良涂料、润滑剂、防腐剂、制冷剂和喷气燃料的主要成分；在医疗卫生方面，萤石 是制造特殊光学仪器和人造心脏瓣膜和人造骨骼原料的替代品；在核工业领域，氟化氢是提取UF6 的原料和分离235U的必不可少的溶剂；在地质科学领域，萤石是进行钐-钕、铷-锶同位素研究、稀土 微量元素研究和流体包裹体分析的理想矿物之一，是确定成矿物质来源的信息“存储器” 和流体运 移轨迹的 “探针”（Sallet et al.，2005）。
内蒙古自治区四子王旗北部苏莫查干敖包（以下简称苏-查）地区是我国北方萤石的主要产地。截至2008年底该地区的萤石原矿的开采量已经达到50万吨/年，两处年产10万吨的酸级萤石选矿厂 已建成投产，一处年产3万吨的氢氟酸化工厂正在四子王旗开工建设中。与我国其他地区的萤石矿床 不同，该地区的萤石矿床具有产出规模巨大、有用组分单一、品位高的特点，其中苏-查特大型萤石 矿床的矿石量可达×104吨，平均CaF2含量为％；敖包吐中型萤石矿床的矿石量可 达115×104吨，平均CaF2含量为78％；伊和尔萤石矿床的矿石量为×104 t，平均CaF2含量 为％；另外，还有贵勒斯泰和西里庙等萤石矿化点。该成矿带位于华北板块与西伯利亚板块碰 撞的晚古生代褶皱带上，是白云鄂博—二连浩特稀土-铁-金-萤石成矿带的重要组成部分（聂凤军等，2007，2008）。因此，对该萤石矿化区的研究为深刻理解中亚造山带的萤石成矿作用提供了一个新的 窗口和启示，同时为在该区及邻区的萤石勘查和其他金属矿产的勘查均具有重要的指导意义。
萤石是内生热液矿床的产物，既可以与其他金属矿物伴生，也可以单独成矿，其容矿围岩种类繁 多，十分复杂。此外，萤石还是不同矿床类型和容矿围岩的有效指示矿物（Ekambaram et al.，1986； Sasmaz et al.，2005）。萤石可以在相当广泛的地质环境中产出，产出在不同的矿床类型和大地构造环 境中（Richardson et al.，1979；Ekambaram et al.，1986；Alvin et al.，2004）。从低-中等盐度的浅成 低温脉状矿床（Canals et al.，1993），到高温、高盐度的岩浆矿床（Strong et al.，1984；Ekambaram et al.，1986；Williams-Jones et al.，2000；Alvin et al.，2004）；从造山带到盆地（Ruiz et al，1988； Fanlo et al.，1998；Genc，2006）都可以产出。其容矿围岩可以是岩浆岩和变质岩，也可以是沉积岩，其中，岩浆岩可以从中基性到酸性，从火山岩到侵入岩。
20世纪80年代以前，萤石矿床研究工作基本集中在萤石矿床的产出地质环境和地质特征方面，对部分矿床地质特征和时空分布规律进行了细致全面的总结。自80年代以后，随着地球科学的全面 发展和现代成矿理论的进一步完善，地质学家通过元素地球化学、稳定同位素和放射性同位素与流体 包裹体研究，对萤石矿床的成矿物质来源、成矿物理化学条件、成矿流体的形成、物质组分、挥发性 组分和阴阳离子含量以及成矿物质在流体中的运移、富集和卸载的过程展开了全方位的研究，初步建 立了萤石矿床的成矿模式。
关于萤石矿床的分类，根据矿物组合，可将萤石矿床分为两大类，即单一萤石矿床和伴生萤石矿 床（徐少康等，2001）。苏-查萤石矿床属于前者，而白云鄂博铌-铁-稀土矿床（Yang et al.，2000； 张宗清等，2003）、湖南柿竹园钨-锡多金属矿床和贵州大厂锑-铁矿床（蔡华君等，1996）等属于后 者。根据萤石矿床容矿围岩和成矿地质特征将萤石矿床划分为5大类（陈先沛等，1994），即火山岩 型、沉积岩型、变质岩型、深成侵入岩型和矽卡岩型。根据萤石矿床成因将其划分为5类（Pires et al.，2004），第一类：产出于碳酸盐岩中的萤石矿床，其成因与密西西比型（Misissippi Valley-type） 矿床类似，在全球的灰岩地层中具有普遍性（Anderson，1975；Schneider et al.，1975；Sverjensky，1981；Richardson et al.，1988）；第二类：主要与碱性-过碱性岩浆岩有关的脉状萤石矿床，与岩浆热 液脉类矿床相似；第三类：产出于灰岩和花岗岩接触带的矿床，成因属于矽卡岩矿床；第四类：云英 岩型萤石矿，主要产出在花岗岩和与花岗岩有关的斑岩脉中的裂隙充填型萤石矿脉，如圣—劳伦斯萤 石矿床（Strong et al.，1984）；第五类：产生于次火山岩与灰岩接触带处的萤石矿，其成矿作用主要 与大气降水活动有关。
国内外矿床地质学家从元素地球化学、同位素地质学和流体包裹体的角度对萤石矿床进行了全方 位的研究，已经发表的论著俯拾皆是，论著主题主要有以下几个方面：
（1）岩浆活动和萤石成矿作用：如萤石成矿作用和碱性碳酸岩的关系（Ekambaram et al.，1986； Goff et al.，2004；Alvin et al.，2004）；花岗岩对萤石成矿作用的约束（Sato，1980；聂凤军等，2002，2008，2009a，2009b；Kinnarird et al.，2004；许东青等，2008a，2008c，2009）；
（2）构造控制和萤石成矿作用：如古喀斯特控制了密西西比型萤石矿床的产出位置（Genc.，2006），韧性剪切带对萤石的控制作用（Panlo et al.，1998）等；
（3）萤石矿物在贵金属矿产勘查中的意义：在金属成矿系统中萤石矿物的存在对铅、锌等贱金 属和金、银等贵金属的勘查与发现具有重要的指示意义（Sasmaz et al.，1993；Hill et al.，2000）；
（4）萤石矿床成因类型的判别：西方学者（Schnieder et al.，1975；Moller et al.，1976）根据稀 土元素地球化学特征，提出了岩浆气成成因、岩浆热液成因和碳酸盐岩沉积成因的划分；
（5）萤石矿床的包裹体和成矿流体演化：萤石包裹体和流体地球化学的研究（Bau et al.，1991，1992，1995，1996），鲜明地指出萤石是研究成矿流体的探针（Sallet et al.，2005），是成矿过程和成 矿作用的信息储存器（聂凤军等，2008）；
（6）流体的运移机制与成矿作用：构造阀的流体运移动力机制（Sibson et al.，1975，1988，1994）和热液系统的韧-脆性构造体系转换（Fournier，1999）提出为理解大型、超大型萤石矿床的成 因和流体的演化提供了新的视角；
（7）萤石在流体中的沉淀机制：萤石在成矿流体中溶解度的变化和萤石矿床的成因机制的探讨（Richardson et al.，1979a，1979b）表明，流体的降温作用、流体的混合作用、pH值的变化和水岩反 应等因素是萤石从成矿流体中沉淀析出成矿的主要机制。
矿物学是一门很古老的学科，它的产生与发展是人类长期生产实践活动的结果。
随着社会生产力的发展，矿物学也在不断地发展着。新理论、新技术的引入和应用使其发生了深刻的变革，并由此而产生飞跃的进步。早在我国史前的旧石器时代，人们即开始认识了矿物和岩石，并用来制作生产工具(石器)和装饰品。从奴隶社会向封建社会转化的大变革时期，也是由青铜器时代向铁器时代的过渡时期，反映了当时的矿冶事业已大为发展。世界上最早记述与矿物有关的书籍是我国春秋战国时期(公元前700～前221年)的《山海经》，书中提到80多种矿物、岩石和矿石，其中水晶、雄黄等矿物名称沿用至今。这比西方的《石头论》等著作问世要早得多，且内容更丰富。明代我国古代著名科学家李时珍(1596年)和宋应星(1637年)在他们所著的《本草纲目》和《天工开物》中，描述了150种矿物的性状、用途和产地。国外最先对矿物进行独立研究的标志性论著是德国医生阿格里科拉(Georgius Agricola)所著的《论矿物的起源》(1556年)，书中首先将矿物与岩石区分开来，并引入“矿物”这个名词。他在总结观察矿物现象的民间经验的基础上，概括了几种矿物的物理性质，包括颜色、透明度、光泽、硬度和解理等。
19世纪中叶，偏光显微镜成功应用于矿物物理性质的鉴定和研究中，同时配合化学分析及晶体测角等方法，使人们得以开始对矿物的化学成分、几何形态、物理和化学性质、产状等进行系统研究，并提出了矿物的化学成分分类，对矿物学的发展起到了很大的推动作用，从而使矿物学由表面现象的描述进入了对矿物实质问题的研究阶段。这期间值得一提的代表作是美国丹纳()的《描述矿物学》(1837～1892年，第1～6版)，为形成独立的矿物学学科奠定了基础;20世纪20年代，由于将X射线成功地应用于矿物晶体结构分析后，在证实晶体结构几何理论的同时，又为统一矿物的化学成分和晶体结构之间的关系奠定了基础。30年代以来，通过研究矿物形成过程的物理化学条件(包括晶体生长、矿物合成、相平衡、热力学计算等)，建立了以结晶化学为分类基础的矿物学研究系统。近年来，由于物理学、化学中的一些近代理论(如晶体场理论、配位场理论、分子轨道理论和能带理论)和新型测试技术与方法的引入，如各种谱学、热力学性质数据测定新技术，高温高压、超高压等实验技术的实现，高分辨率电子显微分析和高精度物质分析技术对矿物晶体精细结构和矿物的微粒、微量鉴定的应用，以及计算机技术在矿物学和晶体结构方面的广泛应用等，都对矿物学的系统研究起到了有力地促进和推动作用，从而使矿物学研究发生了全面而深刻的变化。另外，近年来对宇宙矿物，特别是对月球和火星星球矿物的研究也获得了不少新成果。因此可以说，今天的矿物学在深度和广度上都已进入了一个前所未有的现代矿物学发展的新阶段。
矿泉水在国内外的研究现状论文
环保是现代生活中人类面临的最大问题.要解决这一问题必须从基础做起. 首先,要大量宣传,提高人们的觉悟与认识,加强环保意识. 其次,要进行废物回收利用,减少对森林树木的砍伐.还要加强对白色污染的处理,少使用塑料制品. 最后,要对清洁方面作改进.使市容更整洁. 为了地球的明天,我们必须从现在开始努力,要好好地保护环境.于此我们提出如下建议: 实行垃圾分类袋装化.这样不仅能减少环卫工人的工作量,还能更好地起到废物利用,减少污染,节约资源. 买菜时,少用塑料袋,尽量用竹篮子. 用笔尽量用可换芯的,减少圆珠笔外壳的浪费与垃圾量. 外出吃饭尽量不用一次性饭盒. 播种绿色就是播种希望 垃圾过剩与环境问题 垃圾的回收及资源化综合利用 垃圾的回收及资源化综合利用(下)海浴室中的科学 从喝纯水想起 时下,饮用水正成为一种潮流.尽管媒介不只一次地介绍过饮用水的种种弊端,但"饮用水"族仍然日益扩大. 饮用水不单单指纯水,还包括矿泉水,蒸馏水甚至太空水等等. 而我们喝着长大的自来水则成了相对的"非饮用水". 我们并不排除目前饮用水风靡,炒作起了一定的作用, 但它反映了当前水体污染的严重已经到了难以下口的程度. 有报道说:"据报道979年对全国798座城镇的调查, 全国日污水排放量为国为民258万吨, 其中工业废水占用819,生活污水占据199. 1989年对全国代表大会854个城镇进行调查,每天的排放量达亿吨.其中工业废水达成协议亿吨. 这些废水绝大部分未经处理就直接排放, 污染了江河湖海. 此外, 更有一个不争的事实摆在每个上海人面前.上海的母亲河黄埔江,50年代中期(1958年)之前是一条水质清澈,鱼虾成群的河道,1962年水质开始受到污染, 1963年开始出现为期22天的黑臭期,1988年上升到场29天,占全年约2/3, 水质不合格江段占,占全长的. 水污染的危害是不是不言而喻的.水体污染,水质恶化对人体健康和人类生活,生产都带来了严重的危害. 水是人类赖以生存的重要物质,洁净的人能给人们带来葱茏花木,鸟语花香,恬静舒适,美丽如画的优美环境,给人们带来宁静,愉悦和和平.但是今天污染了的水给人们带来的是痛苦,恐怖和灾难.为了使生活更美好,让秀丽的山水永驻人间,让清水长流不断,人们已越来越清晰地认识到防止水污染的重要性. 播种绿色就是播种希望 垃圾过剩与环境问题 从喝纯水想起 垃圾的回收及资源化综合利用垃圾的回收及资源化综合利用浴室中的科学
中国矿泉水市场过去5年增速平稳，2014年销量679万吨，2018年销量811万吨，复合增长率；2014年销售收入亿元，2018年销售收入亿元，复合增长率。预计到2025年，中国矿泉水市场规模达到192亿元，期间复合增长率。全球矿泉水市场2014年销量3577万吨，2018年销量4636万吨，复合增长率；2014年销售收入亿元，2018年销售收入亿元，复合增长率。预计到2025年，全球矿泉水市场规模达到1736亿元，期间复合增长率。数据来源——恒州博智恒州博智发表《全球及中国矿泉水行业现状研究分析与发展趋势预测报告》该报告提供矿泉水行业的基本概况，包括定义，分类，应用和产业链结构。讨论发展政策和计划以及制造流程和成本结构。本报告研究全球与中国市场矿泉水的发展现状及未来趋势，分别从生产和消费的角度分析矿泉水行业的主要生产地区、主要消费地区以及主要的生产商。重点分析全球与中国市场的主要厂商产品特点、产品规格、不同规格产品的价格、产量、产值及全球和中国市场主要生产商的市场份额。
国外研究表明，阳泉矿泉水具有良好的营养价值，其中富含多种矿物质，如钙、镁、钾、锌、铁、锰、硒等，这些矿物质对人体健康有重要作用。此外，阳泉矿泉水中还含有氟、硫酸盐、碳酸盐等，具有抗菌、抗氧化、促进新陈代谢等功效。此外，国外研究还发现，阳泉矿泉水具有抗炎、抗病毒、抗肿瘤等作用，可以有效促进人体健康，对预防和治疗多种疾病有一定的帮助。总之，阳泉矿泉水具有良好的营养价值，可以有效促进人体健康，对预防和治疗多种疾病有一定的帮助。
国内外研究现状的论文
随着社会的高速发展和全球化的加速推进，各国的学术研究也在不断壮大和深入。中国的学术研究也不例外，各个领域的论文层出不穷，尤其是在一些科技领域，中国的研究成果已经开始受到国际的关注。在国内，学术研究的领域非常广泛，但是，更多的注意力是集中在一些热门的领域，例如人工智能、大数据、物联网、生物基因等，这些都是当前世界范围内研究的热点。同时，随着中国对世界经济和政治的影响力日益增强，一些战略型的研究也受到了高度的重视，例如能源、环境、军事等领域。
针对这些热门领域，国内的论文研究也取得了很多的成果。例如，近年来，智能驾驶、人脸识别、语音识别等人工智能领域的技术不断提高，分别利用深度学习、强化学习等技术，这些研究都为中国智能化制造、智能家居等领域的发展提供了坚实的基础。物联网领域的研究也逐渐成熟，利用无线传感器和云计算等技术，实现了物品之间的互联互通和智能控制。
在国外，学术研究也在不断向前发展。一些国外的研究成果对中国的学术研究也产生了较大的影响。例如在生物医学领域，国外的一些研究成果为中国的医学事业提供了宝贵的参考和启示，中国的生物医学研究也在不断地发展和进步。同时，在能源、环境保护等领域，国外研究成果也为中国提供了许多借鉴，为中国的科技创新提供了必要的支持。
总的来说，中国的学术研究成果在国内外都越来越受到重视，各个领域的学术研究也在不断发展和进步。但是，仍然存在一些问题，例如研究的深度和广度不够，研究方法和手段不够先进，学术交流和合作不够紧密等。因此，我们需要不断加强学术研究的质量和效率，发挥学者的创造力和创新精神，不断推进学术研究的深入发展，为中国的科技创新和经济发展做出更大的贡献。
论文国内外研究现状写法如下：
首先，我们要知道国内外研究现状是什么，其实通俗来说，就是国内和国外对于一个研究对象目前的研究现状，可以是国家层面上相关部门对于研究对象的研究，也可以是权威学者，对于研究对象的研究。
所以很明确，国内外研究现状有两种写法，要不就是从相关部门对于研究对象的研究，或者就是从学者对于相关研究现状的研究来写。
正常来说，国内外研究现状都需要大家去阅读大量的文献，然后总结学者的主要观点，这里给大家一个小技巧，可以直接从一篇文章的摘要看出来，一个学者的研究观点主要集中在哪些，这样的话，即便你不完整的阅读文章，也能知道文章的主要观点。
还有一种方法，可以直接从硕士论文里面去摘抄，大家可以找一些和自己题目一样，或者是关键词一样的硕士论文，我们在里面摘抄国内外研究现状，并且将这个话改成自己的意思，这也是一种写作方法。
但是注意标注引用的时候，一定要找到最根本的文章，而不是你参考的这篇硕士论文。找文献去哪里，中文的话我们可以从百度学术或者是知网里面直接观看，主要就是看一篇文章的摘要，因为主要观点都在摘要里。
英文的话，之前有提过从谷歌学术去搜索关键词，就能找到很多的国外文献，这里要注意，查找国外文献的关键词，一定要翻译成英文，如果是中文的话，是没办法识别的，然后只需要把相关的英文文献翻译成中文，再去进行总结就可以了。
论文的国内外研究现状写法如下：
第一，写国内外研究现状的时候首先需要具备的是研究国内的现状，需要举出一系列的数据，同时这些数据必须是来源于正规的数据平台，这样的平台国家已经很多，中国知网是一个全国比较大家的数据库大家可以在这里查找，这个方法大家要记住。
第二，大家写国外研究的时候，需要明白的是国外的整体情况，需要了解具体国家的整体数据，同时对这个国家的文化要有了解，这样才可以引述正确。这些资料可以各大国际知名网站查找，美国的很多大学网站对外开放一部分，可以去那里研究一下。
论文的介绍如下：
论文常用来指进行各个学术领域的研究和描述学术研究成果的文章，简称之为论文。它既是探讨问题进行学术研究的一种手段，又是描述学术研究成果进行学术交流的一种工具。它包括学年论文、毕业论文、学位论文、科技论文、成果论文等。
2020年12月24日，《本科毕业论文抽检办法》提出，本科毕业论文抽检每年进行一次，抽检比例原则上应不低于2% 。
论文一般由名称、作者、摘要、关键词、正文、参考文献和附录等部分组成，其中部分组成可有可无。
宠物文化的国内外研究现状论文
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2020年12月24日，《本科毕业论文抽检办法》提出，本科毕业论文抽检每年进行一次，抽检比例原则上应不低于2% 。
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在中国，宠物正在从原来的“看家护院”功能转变为“心灵呵护”的高层次精神追求。随着国民经济的快速发展，同时伴随着宠物数量的增长，围绕宠物经济产生了一系列的相关产业，如宠物食品、宠物用品、宠物医疗、宠物美容行业等，这几年还涌现出像宠物婚介、宠物殡葬、宠物寄养等很新的行业。
虽然我国的宠物相关产业还远远落后于西方发达国家，但是，中国的宠物产业正在不断引进新品种，加强对宠物食品、用品的研发，从而培育宠物市场，开辟宠物及其用品的交流、交易渠道，提供宠物必需的生活用品和用具，以引导宠物生产与消费，在强大的经济增长背后，国内宠物市场也出现了空前的繁荣。
宠物行业
进入二十一世纪以来，以英国蓝氏等顶尖品牌为代表的更多国际化宠物产品品牌进入中国，开始逐步影响整个宠物市场的消费导向，国外与国内合作的一些专业性宠物研究中心机构也相继成立。
如以研究宠物营养为主的瑞普宠物营养护理研究中心开始专业为国内的宠物食品企业进行技术支持，而且过去以出口为主的宠物食品企业因受到国际环境的影响，也开始转向内贸市场，带动了整个宠物产业链的发展。
逐渐形成了以长江三角洲、珠江三角洲为核心的宠物外贸生产基地；以北京、上海、沈阳、成都为代表形成的宠物交易市场；国内各种专业犬展、猫展和《环宠》主办的宠物运动会在国内大范围热烈举行；以《宠物商情》、《宠物一周》为代表的宠物杂志。
以一度宠物网、狗民网、爱宠网为代表的宠物网站及论坛；各种主流媒体报刊创建的宠物专栏及电视电台的宠物频道；以及宠物公园、宠物摄影、宠物殡葬等一系列围绕“宠物”全方位产生的商业、文化活动，宠物行业市场有了全新而专业的完整定位，并形成了日趋成熟的商业模式。
国内外研究现状需要在论文中写出你的研究综述，写出关于你做的课题的国内研究的现在和国外目前的研究现状，比如研究糖尿病课题你需要写清楚国内对于糖尿病研究到了什么层次，治疗药物，治疗方法以及治疗的精确程度，写国内外现状需要你阅读大量文献。
在写开题报告时，一定要重视“国内外研究现状”部分的撰写，国内外研究现状是重灾区，很多同学说我复制别人的，老师也不一定去查，那你就错了，老师看过的文献比你吃的大米还多，而且由于不同学者的文风不同，你复制的时候如果不修改，很容易被看出来不是一个人写的。
论文的撰写
在写作之前，同学们应该先收集和阅读相关的论文，整理主要内容和主题思想，选择最具有代表性的作者，在写作过程中，要对其观点进行充分阐述论证，并按照时间，国家进行分类，最后再进行客观评述，也就是说是否存在研究空白，是否亟待解决的问题，还需要进一步研究。
述评评述是对前面论述的内容做一个总结，或是提出自己的取舍褒贬，指出存在的问题及解决问题的方法和所需的条件，或是提出预测及今后的发展方向，还可提出展望和希望。结语的作用是突出重点，结束整篇文献。
字数以200~300字为宜。参考文献部分是指本文献综述引用和参考的文献。应当详细列举井注明篇目、著者、出处等。参考文献著录不仅表示对被引用文献作者的尊重及引用文献的依据；而且为读者深入探讨有关问题提供了文献查找索。
钙钛矿国内研究现状论文
这类电池的应用在未来的前景方向是非常广的，因为现在很多的一些大家都在提倡新能源啊之类的，所以在一些政策扶持方面的话也会非常的大。
首先钙钛矿太阳能电池前景是能够更清洁、更易于应用、制造成本低。虽然钙钛矿太阳能电池的研究如火如荼，但面临的问题也值得关注。首先，这种新型太阳能电池在组装过程中存在稳定性问题，包括材料的稳定性和高效电池器件的稳定性，有机-无机杂化钙钛矿材料含有重金属铅，更好的保障对于电池的保护和利用等各种功能。
其次是针对钙钛矿太阳能电池表面缺陷和水分侵蚀引起的稳定性问题，利用该系列卟啉小分子钝化钙钛矿表面缺陷。机理研究取得重要进展。研究发现，利用这一系列卟啉分子CS0、CS1、CS2处理钙钛矿表面，由于卟啉的疏水性，不仅可以有效钝化钙钛矿表面缺陷，从而抑制钙钛矿/HTM界面之间的非辐射复合。
再者可以通过在薄膜形成的两个不同阶段引入功能性氟化分子，探索了一种减少多晶钙钛矿薄膜缺陷的方法。基于DP策略的PSCs有效抑制了钙钛矿表面和GBs缺陷的形成，同时提高了器件性能和稳定性。新的DP策略通过缺陷钝化延长载流子寿命并抑制非辐射复合损失，从而将VOC从增加到，相应的VOC损失为。
要知道光生电子的提取和光生空穴的排斥力同时减弱，使界面处电子的转移效率急剧下降，导致载流子复合严重，器件的PCE降低。这一新认识提高了对钙钛矿光伏器件结构和异质结界面的理解，解释了无ETL器件PCE低的原因。因此，他们提出了一种新的解决方案，通过延长载流子寿命来解决无ETL钙钛矿光伏器件转换效率低的问题。
导读
背景
1839年，德国矿物学家古斯塔夫·罗斯（Gustav Rose）站在俄罗斯中部的乌拉尔山脉上，拾起一块以前从未被发现的矿物。
那时，他并没有听说过“晶体管”或“二极管”，也没想到电子器件会成为我们日常生活的一部分。更出乎他意料的是，他手中的这块被他以俄罗斯地质学家 Lev Perovski 的名字命名为“钙钛矿（perovskite）”的这块矿石，会成为彻底变革电子器件的关键因素之一。
钙钛矿如此重要的地位，离不开它特殊的结构。钙钛矿材料结构式一般为ABX3，其中A为有机阳离子, B为金属离子, X为卤素基团。该结构中, 金属B原子位于立方晶胞体心处, 卤素X原子位于立方体面心, 有机阳离子A位于立方体顶点位置。
钙钛矿结构稳定，有利于缺陷的扩散迁移，具备许多特殊的物理化学特性，例如电催化性、吸光性等。
过去十年，钙钛矿因为制造起来更便宜、更绿色，效率可与硅太阳能电池相媲美，逐渐成为硅太阳能电池的替代品。
然而，钙钛矿仍会表现出明显的性能损耗以及不稳定性。迄今为止，大多数的研究集中在消除这些损耗的方法，然而真正的物理原因仍然是未知的。
创新
近日，在一篇发表在《自然（Nature）》期刊上的论文中，来自剑桥大学化学工程与生物技术系以及卡文迪许实验室 Sam Stranks 博士的研究小组，以及日本冲绳科学技术大学院大学 Keshav Dani 教授的飞秒光谱学单位的研究人员们，找到了问题的根源。他们的发现，将使得提升钙钛矿的效率变得更容易，从而使它们离大规模量产更近。
技术
当光线照射钙钛矿太阳能电池时，或者当电流通过钙钛矿LED时，电子被激发，跳跃到更高的能态。带负电荷的电子留下了空白，也称为“空穴”，它带正电荷。受激发的电子与空穴都可以通过钙钛矿材料，因此可成为载流子。
但是，在钙钛矿中会产生一种称为“深阱”的特定类型缺陷，带电的载流子会陷入其中。这些被困的电子与空穴重新结合，它们的能量以热量形式丧失，而不是转化为有用电力或者光线，这样就会显著降低太阳能面板和LED的效率以及稳定性。
迄今为止，我们对于这些陷阱知道得很少，部分原因是，它们似乎与传统太阳能电池材料中的陷阱表现得大相径庭。
2015年，Stranks 博士的研究小组发表了一篇研究钙钛矿发光的《科学（Science）》期刊论文，这篇论文揭示了钙钛矿在吸收光线或者发射光线方面有多擅长。Stranks 博士表示：“我们发现，这种材料非常不均匀；相当大的区域是明亮且发光的，而其他的区域则非常黑暗。这些黑暗区域与太阳能电池或者LED中的能量损耗相关。但是，引起这种能量损耗的原因一直是个谜，特别是由于钙钛矿在其他方面非常耐缺陷。”
由于标准成像技术的限制，研究小组无法说明黑暗区域是由一个大的陷阱位引起的，还是由众多小的陷阱位引起的，从而难以确定它们为什么只是在特定区域形成。
后来在2017年，Dani 教授在 OIST 的研究小组在《自然纳米技术（Nature Nanotechnology）》期刊上发表了一篇论文，在论文中他们制作了一个有关电子吸收光线后在半导体中如何表现的影片。Dani 教授表示：“在材料或者器件被照射光线之后，如果你可以观察到电荷是如何在其中移动的，那么你将从中学会很多。例如，你可以观察到电荷会落入陷阱。然而，因为电荷移动得非常快，以一千万亿分之一秒的时间尺度来衡量；并且穿越非常短的距离，以十亿分之一米的长度尺度来衡量；所以这些电荷难以进行可视化观测。”
在了解到 Dani 教授的工作之后，Stranks 博士伸出援手，看看他们是否可以一起合作应对这个问题，对钙钛矿中的黑暗区域进行可视化观测。
OIST 的团队首次对钙钛矿使用了一项称为“光激发电子显微镜（PEEM）”的技术。他们用紫外光探测材料，并用发射的电子形成一幅图像。
观察材料时，他们发现含有陷阱的黑暗区域，长度大约是10到100纳米，由较小的原子尺寸陷阱位聚集而成。这些陷阱簇在钙钛矿材料中分布不均，从而解释了 Stranks 较早的研究中观察到的非均匀发光。
有趣的是，当研究人员将陷阱位的图像覆盖到显示钙钛矿材料晶粒的图像上时，他们发现陷阱簇仅在特定的地方形成，即某些晶粒之间的边界上。
为了理解这种现象为什么只发生在特定晶粒的边界上，研究人员小组与剑桥大学材料科学与冶金系教授 Paul Midgley 的团队合作，他采用了一项称为“扫描电子衍射”的技术，创造出了钙钛矿晶体结构的详细图像。Midgley 教授的团队利用了位于金刚石光源同步加速器 ePSIC 设施中的电子显微镜装置，该设施拥有用于成像像钙钛矿这样的光束敏感材料的专用设备。
Stranks 研究小组的博士生、这项研究的共同领导作者 Tiarnan Doherty 表示：“因为这些材料是超级光束敏感的，你在这些长度尺度上用来探测局部晶体结构的一般技术，实际上会相当快地改变你正在观察的材料。取而代之的是，我们可以用非常低的照射剂量，从而防止损伤。”
“我们从 OIST 的工作中知道了陷阱簇的位置，并且我们在 ePSIC 围绕着同一块区域扫描，以观察局部结构。我们能够快速地查明晶体结构中陷阱位附近的意外变化。”
研究小组发现，陷阱簇只在材料中具有轻微扭曲结构的区域与具有原始结构的区域的结合处形成。
Stranks 博士表示：“在钙钛矿中，我们拥有这些规则的马赛克晶粒材料，这些晶粒大多数都是又好又崭新的，这是我们所希望的结构。但是，每隔一段时间，你就会得到一个稍微形变的晶粒，这个晶粒的化学成分是不均匀的。真正有意思的，也是一开始让我们困惑的，就是形变的晶粒并没有成为陷阱，而是这个晶粒遇到原始晶粒的地方；陷阱是在那个结合处形成的。”
通过对于陷阱本性的理解，OIST 的团队也采用了定制的 PEEM 仪器来可视化观测钙钛矿材料中载流子落入陷阱的动态过程。Dani 研究小组的博士生、这项研究的共同领导作者 Andrew Winchester 解释道：“这是可能的，因为 PEEM 的特征之一就是，可对超高速的过程进行成像，短至飞秒。我们发现，陷落的过程受到扩散到陷阱簇的载流子的控制。”
价值
这些发现代表了为了把钙钛矿带向太阳能市场所取得的一项重要突破。
Stranks 博士表示：“我们仍然无法准确地知道，为什么陷阱聚集在那里，但是我们现在知道它们确实在那里形成，并且只有那里。这非常令人振奋，因为这意味着我们现在可以知道如何有针对性地提升钙钛矿的性能。我们需要针对这些非均匀相，或者以某种方式去除这些结合处。”
Dani 教授表示：“载流子必须首先扩散到陷阱，这一事实也为改善这些器件提出了其他方案。也许，我们可以改变或者控制这些陷阱簇的排列，而无需改变它们的平均数，这样一来，载流子就不太可能到达这些缺陷部位。”
团队的研究集中在一种特殊的钙钛矿结构。科学家们也将研究这些陷阱簇是否在所有的钙钛矿材料中都是普遍存在的。
Stranks 博士表示：“器件性能的大部分进展都是经过反复试错的，然而目前为止，这一直是一个低效率的过程。迄今为止，这个过程还没有真正被‘理解特定原因以及系统性针对该原因’所驱动。它是这方面最重要的突破之一，将帮助我们采用基础科学来设计更高效的器件。”
关键字
参考资料
【1】Liu, ., Johnston, . and Snaith, . (2013) Efficient Planar Heterojunction Perovskite Solar Cells by vaPour Deposition. Nature, 501, 395-398.
【2】Tiarnan A. S. Doherty, Andrew J. Winchester, Stuart Macpherson, Duncan N. Johnstone, Vivek Pareek, Elizabeth M. Tennyson, Sofiia Kosar, Felix U. Kosasih, Miguel Anaya, Mojtaba Abdi-Jalebi, Zahra Andaji-Garmaroudi, E Laine Wong, Julien Madéo, Yu-Hsien Chiang, Ji-Sang Park, Young-Kwang Jung, Christopher E. Petoukhoff, Giorgio Divitini, Michael K. L. Man, Caterina Ducati, Aron Walsh, Paul A. Midgley, Keshav M. Dani, Samuel D. Stranks. Performance-limiting nanoscale trap clusters at grain junctions in halide perovskites . Nature, 2020; 580 (7803): 360 DOI:
【3】
在满足容限因子的条件下,有多种元素可以形成钙钛矿结构的化合物。通常,B位离子决定了钙钛矿型化合物的催化活性,A位离子是影响化合物结构和B位离子价态的重要因素。当A位离子或B位离子被不同价态的离子取代时,通过形成氧离子空穴或者形成混合价态来保持化合物的电中性。氧空穴的形成或B位离子价态的变化使得化合物具有更高的活性。贵金属和钙钛矿型化合物结合,不仅可以有效防止贵金属的烧结,同时也提高了钙钛矿型化合物的催化活性。关键词:催化剂工程;钙钛矿;汽车催化剂;贵金属;催化材料1 引言长期以来,以贵金属为主要活性组分的催化剂被认为是净化汽车尾气最有效的催化剂。但贵金属资源紧缺、价格昂贵,而且由于贵金属易高温烧结和挥发,使得贵金属催化剂在热稳定性方面不占优势。人们一直在寻找具有高净化效率的不含贵金属的催化剂。钙钛矿型氧化物具有较低的价格和灵活多变的组成,其催化性能在一定程度上可以进行调节,因而受到人们的关注。用这类化合物作为三效催化剂来取代传统的Pt/Rh基催化剂具有一定的优越性。由于其组成和结构的灵活多变性,钙钛矿型化合物被看成是固态化学、物理学、催化作用等基础领域的样板材料。钙钛矿是组成为CaTiO3的一种矿物,其英文名称Perovskite是地质学家Gustav Rose根据俄国地质学家Count Lev A leksevich von Perovski的名字命名的[1]。在20世纪70年代初,Libby[2,3]对含稀土和钴的钙钛矿型氧化物进行了系统研究,提出用钙钛矿结构的氧化物代替贵金属用于汽车尾气净化催化剂具有潜在的可能。而后Voorhoeve等[4,5]对稀土钙钛矿型催化剂进行了深入的研究。从早期的研究成果看,含稀土的钴酸盐和锰酸盐在完全氧化反应方面显示了极高的催化活性。本文对钙钛矿型复合氧化物催化剂研究状况进行简要回顾和展望。2 钙钛矿型氧化物的结构钙钛矿型化合物的化学式为ABO3,周期表中绝大部分元素都能组成稳定的钙钛矿结构。在通常情况下[6],A位是半径较大的碱金属、碱土金属和稀土金属离子,处于12个氧原子组成的十四面体的中央。B位是半径比较小的过渡金属离子,处于6个氧离子组成的八面体中央。在合成ABO3型氧化物时,各种离子的大小应满足一定的条件,否则晶格就变得不稳定,会发生畸变,或者形成其他结构[7]。Goldschmidt曾引入容限因子表达式：式中：rA、rB、rO分别代表A、B、O的离子半径。当
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