超化学计量比氧化铀晶体的研究进展

作者：徐家跃; 李志超; 潘芸芳; 周鼎; 温丰; 马文军

来源：无机材料学报, 2020, 35(11): 1183-1192.

• 氧化铀
• 超化学计量比
• 晶体生长
• 半导体
• 热电

氧化铀不仅是重要的核材料,也是潜在的多功能材料。UO2晶体具有优异的半导体性能和抗辐照能力,其禁带宽度(1.3 eV)与Si(1.1 eV)相近,塞贝克系数是常用热电材料BiTe的4倍,对太阳光的全吸收使其成为高效的太阳能电池材料,在半导体、太阳能和热电等领域具有巨大的应用潜力。但是UO2随着环境变化会出现从缺氧到过氧的价态变化(UO2±x,x=–0.5～1),即超化学计量比特性,给材料制备和性能控制等方面带来很多问题。本文从相图出发,总结了各种铀氧化物的结构及其稳定性,重点聚焦UO2晶体的研究进展。理想化学计量比UO2被认为是最好的Mott绝缘体,其电导率是相对稳定的;超化学计量比氧化铀则具有半导体特性,其电导率、热导率、扩散系数以及光学性能都与x密切相关。目前, UO2晶体生长主要采用化学气相输运法(CVT)、冷坩埚法、水热法、升华法、助熔剂法等,晶体尺寸和质量还不理想,冷坩埚法和水热法被认为是最有潜力的生长技术。氧化铀单晶生长研究不仅有助于深入了解UO2材料特性,也为其在太阳能电池、热电器件以及未来电子学领域的应用提供可能性。

• 单位
  中核北方核燃料元件有限公司; 上海应用技术大学