柔性染料敏化太阳能电池多孔纳米TiO2薄膜的制备

以商用二氧化钛(P25)为原料, 无水乙醇和蒸馏水为分散剂, 并加入少量的异丙氧醇钛(TTIP)制备二氧化钛浆体. 水热前, 延长浆体搅拌时间对抑制薄膜的开裂有一定作用, 实验发现搅拌48 h较为合适. 少量的TTIP加入后, TiO₂颗粒之间的化学连接性以及TiO₂薄膜与基底的黏结性明显增强. 研究发现紫外处理TiO₂薄膜时间为2 h时效果最佳, 不仅去除了其中的有机物, 而且由此引起的轻微加热对去除薄膜中的少量水分也起了关键作用. 经过TEM, XRD, SEM和电池性能的测试及表征, 结果显示: TTIP水解生成的是锐钛矿型的TiO₂, 当加入TTIP的摩尔百分含量为6%时, 电池性能较好. 在100 mW cm^-2(AM 1.5)模拟太阳光辐照下, 该电池的光电转换效率达到3.84%, 开路电压、短路电流和填充因子分别为0.769 V, 7.20 mA cm^-2和0.686.     

电沉积时间对SiO2-ZnO复合光子晶体形貌及光学特性的影响

采用垂直沉积法成功制备了SiO₂光子晶体薄膜. 以SiO₂光子晶体薄膜做模板, 采用电沉积和烧结处理在ITO基底上制备了SiO₂-ZnO复合光子晶体. 利用扫描电子显微镜观察了SiO₂光子晶体模板及不同沉积时间所制备的SiO2-ZnO复合光子晶体薄膜形貌. 研究发现, 当沉积时间较短时, ZnO颗粒随机生长在SiO₂微球表面. 随着沉积时间的延长, ZnO颗粒均匀地生长在SiO₂微球表面, 以至于ZnO颗粒完全掺入模板的间隙. 对所制备的光子晶体薄膜进行反射谱测量, 发现在膜法线方向上, 光子晶体薄膜有光子带隙的出现.     

高反射率Ag5In5Te47Sb33相变薄膜热致晶化的微观结构和光学性质的变化

对磁控射频溅射法制备的Ag₅In₅Te₄₇Sb₃₃相变薄膜热致晶化的微观结构和光学性质的变化进行了研究 .沉积态薄膜为非晶态 ,其晶化温度为160℃.晶态薄膜中产生了立方晶态相AgInTe₂ 和AgSbTe₂ 及单质Sb ,220℃退火薄膜中AgSbTe₂ 相含量最大.晶态薄膜的反射率高于沉积态 ,并且220℃退火的晶态薄膜反射率最大.220℃退火薄膜为直径约30nm的球状AgSbTe2 相和短棒状Sb相.     

一种水溶性聚合物与K6[α-P2W18O62]·14H2O 的组装化学

研究了一种水溶性聚合物poly(2-hydroxyl-3-(2-hydroxyethylamino) propyl methacrylate)(PGEA)与一种经典的Dawson 类多酸化合物K₆[α-P₂W₁₈O₆₂]·14H₂O (P₂W₁₈)在pH 4.6的醋酸-醋酸钠(HAc/NaAc)缓冲溶液中的组装化学. 通过Zeta 电位仪、激光粒度散射、扫描电子显微镜(SEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等表征手段研究了PGEA/P₂W₁₈杂化体系的组装过程, 以及PGEA/P₂W₁₈ 体系在不同单位电荷浓度比的电势情况. 此外, 探讨了在溶液中表面净电荷接近零时PGEA 与P₂W₁₈ 的组装过程中粒度大小的变化、平均粒径分布及其杂化体系的表面形貌特征. 结果表明, 由于静电相互作用力的存在, PGEA 和P₂W₁₈ 在10 min 后形成了超分子结构. 随着反应时间的延长, PGEA/P₂W₁₈ 杂化组装的粒径主要分布在120~300 nm 范围内, 并在40 min 后组装趋于稳定, 形成了规整均一的具有类葡萄串状形貌的特征. 深入理解两者之间的组装化学为下一步开展PGEA/P₂W₁₈ 杂化体系的跨膜研究打下了良好的基础.     

a-SiN:H薄膜的对靶溅射沉积及微结构特性研究

采用对靶磁控反应溅射技术以N₂和H₂为反应气体在硅(100)和石英衬底上制备了氢化非晶氮化硅(a-SiN:H)薄膜. 利用台阶仪、原子力显微镜、紫外-可见(UV-VIS)光吸收和傅里叶红外透射光谱(FTIR)对薄膜沉积速率、微观结构及键合特性进行了分析. 结果表明, 利用等离子反应溅射可在较低衬底温度条件下(T_s<250℃)实现低表面粗糙度和高光学透过率的a-SiN:H薄膜制备. 增加衬底温度可使薄膜厚度减小, 薄膜光学带隙Eg提高, 薄膜无序度减小. FTIR分析结果表明, 薄膜主要以Si-N, Si-H和N-H键合结构存在, 随衬底温度增加, 薄膜中的键合氢含量减小, 而整体键密度和Si-N键密度增加. 该微观结构和光学特性的调整可归因衬底温度升高所引起的衬底表面原子迁移率和反应速率的增加.     

螺旋波等离子体合成SiON薄膜及其特性

采用不同比例的N_2/Ar螺旋波等离子体(HWP),对Si表面进行氮化处理合成SiON薄膜.X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)结果显示,SiON薄膜主要由Si–O–N和Si–N键的两相结构组成.原子力显微镜结果表明氮化层光滑平整,薄膜表面粗糙度小于1.2 nm.水接触角的测量表明经过等离子体处理后样品表面疏水性能提高.放电过程中通过发射光谱采集了不同N_2和Ar流量比放电时的光谱数据,研究了等离子体中的粒子与SiON薄膜结构之间的关系.     

松辽盆地深层CO2气藏40Ar-39Ar成藏年龄探讨

因缺乏合适的同位素年龄测定矿物, 油气成藏年龄从未被准确测定. 松辽盆地深层CO₂气藏储层营城组火山岩之石英发育CH₄-CO₂-盐水次生包裹体, 这种次生包裹体乃是气藏充注时捕获在石英裂隙中的流体形成的, 为开展⁴⁰Ar-³⁹Ar成藏年龄研究提供了极佳的测定对象. 火山岩储层石英次生包裹体⁴⁰Ar-³⁹Ar定年获得了高度线性相关的等时线,等时线年龄为(78.4± 1.3) Ma, 表明松辽盆地深层CO₂气藏充注发生于白垩纪晚期. 首次报道了高精度的天然CO2气藏成藏年龄数据, 建立了油气成藏年龄测定新技术, 证实了邱华宁在2006~2007年项目设计中提出的“以流体包裹体⁴⁰Ar-³⁹Ar定年技术解决油气成藏年龄”的研究思路和技术路线的正确性.     

Au/SiO2纳米复合材料的消光性质

利用共溶胶蒸发诱导自组装方式制备有序介孔SiO₂薄膜组装Au纳米粒子, 合成了三种Au/SiO₂纳米复合材料. 光谱分析表明, 介孔结构将影响复合材料消光特性; 改变浸渍时间, Au纳米粒子体积增大并导致复合材料消光谱红移增强. 基于Maxwell-Garnett(MG)理论, 利用简化模型对复合材料的消光特性进行了分析, 定性说明了复合材料消光特性存在差异的原因. 在材料制备过程中, 通过选用不同表面活性剂或者控制浸渍反应时间, 能对Au/SiO₂纳米复合材料的消光性质进行调控.     

Al2O3 绝缘栅SiC MIS 结构基本特性的研究

采用原子层淀积(ALD)方法在4H-SiC(0001)8°N-/N+外延层上制备了超薄(~4 nm)Al₂O₃ 绝缘栅高介电常数SiC MIS 电容. 通过对Al₂O₃ 介质膜以及Al₂O₃/SiC 界面微结构和电学特性 分析表明, 实验所得Al₂O₃ 介质膜具有较好的体特性和界面特性, Al₂O₃ 薄膜的击穿电场为25 MV/cm, 并且在可以接受的界面态密度(2×10¹³ cm^-2)下具有较小的栅泄漏电流(8 MV/cm 电场 下漏电流密度为1×10^-3 A/cm^-2). 电流-电压测试分析表明, 在FN 隧穿条件下, SiC/Al₂O₃ 之间的 势垒高度为1.4 eV, 已达到制作SiC MISFET 器件的要求. 同时, 在整个栅压区域也受 Frenkel-Poole 和Schottky 机制的共同影响.     

Cl与H2O在Fe (100)表面共吸附的稳定结构与电子特性

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了Cl与H₂O共同吸附于Fe(100)晶面上的稳定几何结构与电子特性, 得出了Cl与H₂O在Fe(100)晶面上的最稳定吸附位置、相应的能量关系及表面电子结构特性. 研究结果表明, Cl与H₂O在Fe(100)晶面上的最稳定吸附位置为Cl在桥位, H₂O在顶位; Cl的存在使Fe(100)/(H₂O+Cl)共吸附体系能量升高, 表面功函数减小, H₂O与Fe(100)表面夹角增大, 基底表层Fe原子有明显的弛豫与再构现象发生, O 2p轨道在-5 eV附近有明显肩峰, Fe 3d轨道在费米能级附近电子态密度显著改变. 研究从几何结构和表面电子特性两方面说明了有Cl存在时表层Fe原子更趋于不稳定而易于失去电子.     

模板法制备CdS/TiO2纳米管复合阵列薄膜及其光电性质

采用ZnO 纳米棒阵列为模板在氧化铟锡(ITO)导电玻璃衬底上制备了CdS/TiO₂ 纳米管复合薄膜. 利用扫描电子显微镜(SEM)、X 射线衍射仪(XRD)、紫外-可见吸收分光光度计(UV-Vis)及表面光电压谱(SPS)研究了不同CdS 沉积时间对复合薄膜的形貌、晶体结构、光电性质的影响. 研究结果表明, TiO₂ 纳米管阵列表面沉积5 min CdS 纳米颗粒后, 其表面光电压信号得到增强, 并且其吸收光谱可拓展到可见光区; 与吸收光谱相对应, 在可见光区出现新的光电压谱响应区, 这一现象说明与CdS 复合可显著提高TiO₂ 纳米管阵列的光电特性; 随着CdS 纳米颗粒沉积时间的增加, 复合纳米管阵列薄膜在可见光区域的光电压强度逐渐减弱, 我们用不同的电荷转移机制对此现象进行了详细的讨论和解释. 除此之外,我们对TiO₂ 纳米管阵列结构的比表面积对复合结构的光电特性影响也做了深入的讨论.     

光腔衰荡光谱技术研究AsH2自由基:Ã2A1(000)−X~2B1(000)

采用光腔衰荡光谱(cavity ringdown spectroscopy, CRDS)技术在19870~20250 cm⁻¹能量范围内研究了AsH₂自由基 òA₁(000)−X^~2B₁(000)带的高灵敏高分辨吸收光谱. AsH₂自由基由AsH₃/Ar混合气脉冲直流放电产生. 通过对K′_a≤ 5,N′≤ 10的777根谱线进行了转动标识和最小二乘拟合, 获得了精确的激发态光谱常数和转动项值. 其中转动项值和部分高阶光谱常数均为首次得到. 通过分析发现部分K′_a≤ 4的转动能级和全部K′_a≤ 5的能级受到了扰动, 扰动很可能来自于基态的高振动激发态.     

半胱氨酸化学键合金纳米颗粒用于氧化性小分子可视化测定的载体研究

金纳米颗粒(AuNPs)具有独特的等离子体共振吸收性质. 半胱氨酸与金纳米颗粒之间的 Au–S 共价键作用导致金纳米颗粒等离子体共振吸收红移, 本文据此建立了一种通用性的氧化性小分子的可视化分析方法. 当氧化性小分子如H₂O₂ 或者单线态氧(¹O₂)存在时, 半胱氨酸的巯基被氧化成–S–S–键, 使半胱氨酸诱导金纳米颗粒聚集的能力降低, 从而金纳米颗粒的等离子体共振吸收峰由740 nm 蓝移到531 nm, 溶液颜色逐渐由蓝变红, 据此实现了氧化性小分子的可视化检测. 研究发现, 740 和531 nm 处的吸收度比值(A₇₄₀/A₅₃₁)与H₂O₂ 或者¹O₂ 的浓度呈现良好的线性关系. 将所建立的方法用于老鼠脑浆中H₂O₂ 的检测, 检测结果与流动注射-化学发 光法一致.     

Ba1-xSmxFFeAs和Eu1-xSmxFFeAs体系的超导电性研究

合成了具有ZrCuSiAs型结构的Ba_1-xSm_xFFeAs和Eu_1-xSm_xFFeAs两个体系不同掺杂组分的样品, 并测量了它们的电阻率和磁化率. 发现在BaFFeAs和EuFFeAs这两个体系中用稀土金属离子取代碱土金属离子能够压制其在电阻率行为上表现出的反常, 并在样品中引入超导电性. 名义组分为Ba_0.5Sm_0.5FFeAs的样品超导转变温度为54 K, 名义组分为Eu_0.5Sm_0.5FFeAs的样品超导转变温度为51 K, 这说明铁砷氟化物和与其结构相同的氧磷族元素化物具有相同的超导转变温度.     

可见光响应型S, F共掺杂TiO2纳米管的制备

为了拓展TiO₂的光响应波长至可见光区, 采用阳极氧化法开发了具有可见光响应特性的S, F共掺杂TiO₂纳米管光催化剂. 样品经400℃煅烧2 h后, 分别经SEM, XRD, XPS和UV-vis DRS分析. 结果表明, 纳米管的平均管径为150 nm, 平均管长为400 nm, 对可见光有较强吸收. 在可见光条件下光电催化降解4-CP的实验中, S, F共掺杂TiO₂纳米管的4-CP去除率比单F掺杂纳米管高39.7%. XPS分析表明, 非金属S和F成功掺杂进了TiO₂晶格, S, F共掺杂的协同效应导致了TiO₂纳米管对可见光的强烈吸收和较高的催化活性.     

核壳结构α-Fe2O3@Zn2SnO4的水热法制备及光电性能

α-Fe₂O₃ (带隙2.2 eV) 和Zn₂SnO₄ (带隙3.6 eV)两者都是廉价的光电材料, 然而前者光生载流子复合效率较高, 后者只有在紫外光区有光电响应. 本文采用水热法制备了核壳结构的α-Fe₂O₃@Zn₂SnO₄复合材料, 利用X射线衍射(XRD)、场发射电子扫描电子显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见吸收光谱(UV-vis)及表面光电压谱(SPS)等分析手段进行材料结构、形貌和性能表征. 结果表明, 该核壳结构复合材料的光电响应比单一组分光电响应的强度和范围都有明显的改善. 该复合材料光电响应的改善, 与水热法制备的α-Fe₂O₃@Zn₂SnO₄核壳结构有关. α-Fe₂O₃与Zn₂SnO₄复合后Fe_2p的结合能变化明显, 这可能有利于光生载流子分离.     

弹性应变能对Ni75Al17Zn8合金过渡有序行为影响的微观相场研究

微观相场模型研究了弹性应变能对Ni₇₅Al₁₇Zn₈合金过渡有序行为的影响. 结果表明: 原子图像演化经历了: 溶质原子簇聚+L1₀短程有序→L1₀长程有序化→L12相形成的过程, 在形成L1₂相之前, 先发生了基体到低有序度预析出L1₀相的一次转变, 后发生L1₀→L1₂的二次转变行为; 弹性应变能增大对L1₀短程有序化进程影响不大, 却明显缩短溶质原子的簇聚时间, 加快L1₀长程有序转变; 同时, 随弹性应变能增大, 有助于二维平面L1₀相晶体取向的单一性, 并增大Al, Zn原子的长程有序度, 而温度增加, 过渡有序相的有序度减小.     

O/Au(111)表面水活化氧化CO机理的密度泛函研究

采用密度泛函的方法研究了水分子在氧覆盖Au表面活化氧化CO的机理. 水分子和表面吸附的氧原子相互作用, 生成OH_ads基团; 生成的OH_ads基团和CO_ads反应生成HOC_Oads; 最后HOCO_ads在水分子的帮助下解离生成CO₂. 整个总包反应方程式为1/2H₂O_ads + H₂O_ads + 1/2O_ads+ CO_ads→ H₃O_ads + CO₂, _gas, 即只需要1/2个氧原子就可以生成一个CO₂, 表明当表面有H₂O存在的时候, CO₂的产量要比只有O_ads时要多. 所有基元反应的反应能垒都很低, 从而保证反应可以在低温下进行, 此机理很好地解释了实验现象.     

耐高温垂直取向FePt 连续薄膜的表面形貌与磁性

用磁控溅射法在加热到400℃的MgO(001)单晶基片上沉积了总厚度为25 nm 的[Fe(0.6 nm)/Fe_30.5Pt_69.5(1.9 nm)]₁₀ 多层连续薄膜, 总成分配比为Fe₅₀Pt₅₀. 然后对其在[500, 900]℃温度范围进行真空热处理, 分析了热处理温度对薄膜表面形貌、晶体结构以及磁特性的影响. 结果表明, 在加热基片上生长的FePt 薄膜, 层间已经发生扩散, 形成无序的A1 相. 经过700℃以上的高温热处理, 薄膜转变为具有(001)织构的L1₀相FePt 合金, 易磁化轴沿垂直于膜面的方向, 有序度大于0.85, 单轴磁晶各向异性能约2.7×10⁷ erg/cc. 利用扩散后残存的周期性微弱成分起伏, 可以使薄膜在800℃以下保持形貌连续. 用原子力显微镜对薄膜表面进行观察证实, 在780℃进行热处理, 薄膜的表面最平整. 这种优质的连续薄膜可以应用于微加工制作超高密度垂直磁记录阵列介质.     

利用NO2的分解在Au(997)表面制备吸附氧原子

利用以同步辐射光为激发光源的高分辨光电子能谱研究了NO₂与Au(997)单晶表面的相互作用. 芯能级和价带光电子发射结果都表明170 K低温条件下, 低暴露量时NO₂在Au(997)表面上发生分解, 形成NO(a)和O(a)的共吸附表面物种. 当样品在300 K退火时, NO(a)发生脱附, 而O(a)依然吸附在Au(997)表面上. 退火温度升至750 K时, 表面上O(a)的信号完全消失. 结果表明, 在超高真空条件下, 利用NO₂的热分解是在Au(997)表面上制备原子氧吸附物种的有效方法.