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19.12.2015

Phase evolution of binary immiscible Al–Sn film

Zeitschrift:
Rare Metals
Autoren:
Xiao-Meng Pan, Hui-Ping Duan

Abstract

Binary immiscible Al–Sn alloy is a very important potential anode material for lithium ion batteries. The phase stability and separation process of Al–Sn film, fabricated by magnetron co-sputtering method, was investigated by X-ray diffractometer (XRD), differential scanning calorimetry (DSC) and in situ transmission electron microscopy (TEM) and explained by Miedema theoretical model. Thermodynamic analysis reveals that the as-deposited Al–Sn film will decompose spontaneously into Al-riched areas and Sn-riched areas because of the positive mixing enthalpy. The crystallization process takes place when the Al content in the Al-riched area or Sn content in the Sn-riched area increases. Experimental results show that Al–Sn thin film is composed of an amorphous matrix and well-dispersed composite nanoparticles. Every particle contains an Al-riched area and a Sn-riched area. The Sn-riched area crystallizes and swallows up the Al-riched area gradually during heating through uphill diffusion of the Sn atoms. Based on the theoretical analysis and experimental results, an empirical model to explain the phase evolution process in the Al–Sn film was proposed.

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