器件结构对激基复合物发光磁效应的影响

本文制备了一系列基于平面异质结和体异质结的激基复合物发光二极管,在20–300 K温度范围内测量了器件电致发光的磁效应(Magneto-Electroluminescence,MEL).实验发现:在温度较高时,两种不同的异质结器件的MEL呈现出相同的变化趋势,而在低温下(100 K)却表现出截然不同的变化规律.即:在体异质结器件中,器件的MEL曲线始终未呈现出高场下降的现象;而在平面异质结器件中,当温度降为100 K时,其MEL曲线开始出现高场下降的现象,且温度越低,外加偏压越大,下降越明显.本文通过对两类器件的结构和能级排布分析,得出:平面异质结附近容易聚集大量的三重态激基复合物,从而易发生三重态的湮灭过程,在外加磁场下MEL表现出高场下降;而对于体异质结器件,由于形成的三重态激基复合物浓度较小,故难以发生三重态的湮灭过程.本文通过对激基复合物器件发光磁效应的研究,进一步丰富了激基复合物器件中激发态演化的微观机制,并对提高其发光效率也有一定的指导意义.     

电子传输层对有机电致发光器件磁效应的影响

本文以Alq_3:Liq为电子传输层,运用光电磁一体化测量技术,研究了电子传输层对有机电致发光器件磁效应的影响.在不同电压和不同温度下,测量了器件(ITO/MoO_3/NPB/Alq_3/Alq_3:Liq/CsCl/Al)的电流强度和电致发光强度随外加磁场作用的变化,深入研究了不同电压以及不同掺杂厚度器件的磁电导效应(MC)和磁电致发光效应(MEL),并且探讨了低温下器件的磁效应机制.实验发现,不同掺杂厚度器件的磁电导和磁电致发光效应都表现出不同变化,且相同掺杂厚度的器件在不同偏压和不同温度下的MC以及MEL曲线也有较为明显的规律.利用磁场调控的超精细相互作用(HFI)、单重态激子裂变(STT)和三重态-三重态激子淬灭(TTA)等磁效应理论,对器件的磁效应进行探讨.实验结果证明,通过改变电子传输层掺杂厚度,可以有效控制电子的注入,从而实现对发光层三重态激子浓度的调节,最终达到对有机磁效应的调控.本文对上述现象的研究进一步丰富了有机磁效应的实验规律,同时也提供了一种通过改变掺杂厚度实现有机磁效应调控的新方法.     

电场调谐InAs量子点激子精细结构劈裂

在低温5K下,采用光致发光光谱及外加偏压调谐InAs量子点激子精细结构劈裂,研究了不同量子点激子的精细结构劈裂值大小,以及垂直电场有效地调谐激子的精细结构劈裂.对于具有较小精细结构劈裂的量子点样品,外加偏压可以使其精细结构劈裂值减小到小于激子的本征光谱宽度,从而实现基于单双激子纠缠态的制备.     

利用发光磁效应分析高温环境对OLED中激子演化的影响

本文制备了基于红荧烯(Rubrene)材料的有机发光二极管(OLED),并利用磁电致发光效应(MEL)分析了高温环境对器件中激子演化的影响.器件的MEL在高、低外加磁场范围内的线型特征表明,室温下激子的演化以单重态激子分裂(STT)过程为主,而在420 K环境温度下,器件的STT过程减弱,但出现了系间窜越(ISC)这一激子演化过程.结合器件的表面形貌、发光-电流特性、电流效率和光谱,我们认为高温环境导致Rubrene薄膜中产生了大量的结构缺陷,限制了器件内部极化子对和激子的扩散,提高了单重态和三重态极化子对间的转换效率,从而导致高温环境下出现不利于内量子效率的ISC过程.但缺陷对激子的俘获作用会抑制单重态激子向三重态激子的转换,导致STT过程在高温环境下减弱,从而提升器件的内量子效率.本研究不仅有利于理解高温环境对Rubrene型OLED器件中激子演化过程的影响,还提供了一种利用有机发光磁效应无损探测器件发光层结构改变的技术方案.     

红荧烯掺杂体系中激子反应的竞争行为

为研究红荧烯(5,6,11,12-Tetraphenylnaphthacene,Rubrene)掺杂体系中激子的反应过程,向主体材料Rubrene中掺入了1%的客体材料DBP(Tetraphenyldibenzoperiflanthene),制备了掺杂型Rubrene的有机发光器件.实验发现,其电致发光磁效应(Magneto-Electroluminescence,MEL)在室温下呈现出复杂的新特征线型:在外加磁场处于0–27mT范围内MEL随磁场的增加先小幅度上升,在27–200mT随磁场的增加迅速下降,最后200–500mT范围内再次上升.通过分析可知器件内存在3种激子反应过程:单重态-三重态激子淬灭(Singlet-Triplet Annihilation,STA)、三重态激子湮灭(Triplet-Triplet Annihilation,TTA)和单重态激子分裂(Singlet Fission,STT).可通过改变注入电流的大小调节三者的竞争:大注入电流时,器件主要是STA反应和TTA反应;注入电流逐渐减小的过程中,激子反应从以TTA为主逐渐过渡到以STT为主.同时也可通过改变掺杂层的厚度和掺杂层在器件结构中的位置,对这几种反应之间的竞争过程产生重要影响:掺杂层厚度越薄,STT越强,而STA和TTA越弱;掺杂位置越靠近阴极,STA和TTA越强,而STT越弱.这些实验发现不仅可加深对有机发光二级管中激子间相互作用的理解,也为进一步优化器件发光性能提供参考.     

有机发光器件中的塞曼分裂和三重态激子的湮灭

制备了结构为ITO/α-NPD/Alq3/LiF/Al的常规有机发光二极管,并在12,150,200K和室温4种温度下,测量了该器件的电流与电致发光两者的磁场效应.发现在不同温度下,磁场均能显著改变器件的电流和电致发光.在低温（如12～150K）下,电致发光的磁场效应与器件的偏压（对应一定大小的注入电流）有很强的依赖关系,即高偏压时,发光呈现先随磁场增加而快速增强,在50mT处达到最大值后却又随磁场增加而减弱,且偏压越大该减弱越明显,而小偏压时则没有出现饱和之后又衰减的现象.具有相同电流密度的高温（如200K到室温）情况时,各种偏压下也没有发现发光随磁场增加而减弱的趋势.电流的磁效应则在所有温度和所有偏压下都表现为随着磁场增加而增大,并在一定磁场后趋于饱和.此现象可归结为磁场抑制了单重态极化子对到三重态极化子对的系间窜越和磁场减弱了三重态激子对（triplet-triplet pairs）间相互淬灭过程的结果.     

热活化延迟荧光器件中的发光磁效应

热活化延迟荧光(TADF)器件中,三线态激子可以吸收环境热量通过反向系间窜越(RISC)转化为单线态激子从而发出延迟荧光,可望实现100%的内量子效率.为揭示TADF器件中电致发光的微观机制,本文选取4CzTPN-Ph,2CzPN,PIC-TRZ2三种不同带隙的高效TADF材料制成有机发光器件,测量并分析器件的电致发光磁效应(MEL).研究发现,尽管这几种TADF器件具有增强发光的RISC过程,但它们的MEL曲线却表现出与不具有RISC过程的普通荧光器件相似的线型,这是由于外加磁场只影响极化子对间的超精细相互作用,而并不影响激子间的系间窜越与RISC过程.但是,这些TADF器件的磁效应幅度却会随注入电流的增加而变强,表现出与普通荧光器件相反的结果,电流对三线态激子的形成速率kt和单线态激子的形成速率ks的相对影响(kt/ks)被用来解释了这一反常结果.     

红荧烯客体分子掺入Alq_3和CBP主体的系间窜越的反常温度效应

为了研究基于红荧烯(Rubrene)发光器件的微观过程,本文分别选用CBP和Alq_3作为主体材料,制备了两种红荧烯掺杂器件,并在20–300 K温度范围测量了器件的电致发光磁效应(Magneto-Electroluminescence, MEL).实验发现器件的MEL曲线是由系间窜越(Intersystem Crossing, ISC)过程占主导的低场效应和三重态激子湮灭(Triplet-triplet Annihilation, TTA)过程占主导的高场效应两部分组成.与未掺杂的常规有机发光二极管相比,同一温度下,这3种器件的低场效应呈现出相同的变化趋势,不同温度下却表现出截然相反的变化规律.即:常规有机发光器件中的低场效应表现为ISC过程随着温度的降低而减弱,而红荧烯掺入Alq_3和CBP的器件的低场效应则表现为ISC过程随温度的降低而增强.通过分析器件的能级结构、主体发射谱和客体吸收谱可知,红荧烯掺入Alq_3和CBP的器件的微观机制包括载流子陷阱效应和F?rster能量转移过程,其中载流子陷阱效应主要影响MEL的高场效应且基本不受温度变化的影响.因此, ISC过程的反常温度效应则是由于F?rster能量转移过程在低温时被抑制,导致主体材料极化子对数量的增加和极化子对间的ISC作用增强.本研究有助于深入理解基于红荧烯发光器件微观机制的演化过程.     

激子复合区随温度移动对OLED磁效应的影响

制备了DCM掺杂层靠近阴极的双发光层有机发光器件ITO/CuPc/NPB/Alq3（发射绿光）/Alq3：DCM（发射红光）/LiF/Al,并在不同温度下测量了该器件和无DCM掺杂的单发光层参考器件的磁电致发光（Magneto-ElectroLuminescence,MEL）和磁电导（Magneto-Conductance,MC）.在注入相同电流密度下,发现双发光层器件MEL的高场（B50mT）效应随温度降低呈现先减小后增大的非单调变化,这与单发光层参考器件的单调递增变化明显不同.同时测量了不同温度下的电致发光光谱,发现双发光层器件的533nm和600nm两个特征峰的强度随温度变化出现了此消彼长的现象,表明激子复合区域随温度变化发生了移动.通过分析工作温度对器件各发光层中的三重态激子对间相互作用及载流子迁移率的影响,对双发光层器件中MEL的高场效应随温度的非单调变化进行了定性解释.实验结果进一步验证了在单发光层器件中得到的有机磁效应高场变化的相关结论.     

Compton散射下介电系数对一维等离子体光子晶体色散的影响

利用多光子非线性Compton散射模型,对Compton散射下介电系数关于等离子体光子晶体色散的影响进行了研究.提出了将Compton散射光作为影响介质层介电系数的新机制,给出了一维等离子体光子晶体色散关系式,并进行了数值模拟.结果表明:与散射前相比,介电系数εm=1时不出现禁带;当εm<3时,随εm增大,第一级禁带宽度先缓慢增大再达到最大值,最后缓慢减小,第二级禁带宽度先缓慢增大后趋于饱和值0.69,较散射前减小了0.03,两级禁带的εm临界值为5.4,较散射前减小了0.6,当εm<5.4时,第一级禁带宽度明显大于第二级,较散射前减小了0.04;当εm>5.4时,第二级禁带宽度反而大于第一级,二者差值比散射前明显减小,截止频率和第二级禁带边缘频率均向低频方向较快地移动,且第二级禁带边缘频率变化幅度明显大于截止频率.     

应变闪锌矿(001)取向GaN/AlGaN量子阱中受屏蔽激子的压力效应

采用变分法与自洽计算相结合的方法讨论了在电子-空穴气体屏蔽影响下应变闪锌矿(001)取向GaN/AlxGa1-xN量子阱中激子结合能的压力效应.结果表明,若考虑压力对双轴及单轴应变的调制以及禁带宽度、有效质量和介电常数等参数的影响,激子结合能随压力的增大近似线性增加.此外,由简化相干近似法讨论了垒材料AlxGa1-xN中铝组分对激子结合能的影响.结果表明,在固定的压力下当铝组分增加时激子结合能会逐渐增加;且压力较大时结合能随组分的增加更加显著.     

基底偏压对氮化硼薄膜场发射特性的影响

利用射频磁控溅射方法, 在n型（100）Si（0.008～0.02 Ω·m）基底上沉积了氮化 硼（BN）薄膜. 红外光谱分析表明, BN薄膜结构均为六角BN（h-BN）相. 在超高真空系统中 测量了BN薄膜的场发射特性, 发现BN薄膜的场发射特性与基底偏压关系很大, 阈值电场随基 底偏压的增加先增加后减小. 基底偏压为-140 V时BN薄膜样品场发射特性要好于其他样品, 阈值电场低于8 V/μm. F~N曲线表明, 在外加电场的作用下, 电子隧穿BN薄膜表面势垒发射 到真空.     

DCM染料掺杂对有机电致发光磁效应的影响

制备了DCM染料掺杂的有机电致发光器件ITO/NPB/Alq3： DCM/Alq3/ LiF/Al, 研究了15 K-R.T.（室温）温度范围内, 器件的电致发光随磁场的变化关系（即电致发光的磁效应）. 发现电致发光的磁效应由低场（0≤B≤40 mT）效应和高场（B≥ 40 mT）效应两部分组成. 室温下, 对于未掺杂的参考器件, 发光在低场部分随磁场的增加迅速增强, 高场部分随磁场的增加缓慢并逐渐趋于饱和. 而对于掺杂器件, 尽管发光在低场部分随磁场也迅速增强, 但高场部分却在低场增加的基础上出现下降. 器件的注入电流越大, 发光在高场下降越明显. 低温下（T ≤150 K）, 尽管未掺杂器件电致发光的磁效应的高场部分也出现减弱趋势, 但掺杂样品的高场部分受温度的影响要远弱于未掺杂样品的结果. 基于掺杂引起的能级陷阱效应, 通过讨论外磁场作用下的三重态激子淬灭过程, 我们对实验结果进行了定性解释.     

基于不同乳糖浓度的乳蛋白浓缩物发酵特性研究

利用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌复合发酵剂对乳蛋白浓缩物(milk protein concentrate,MPC)进行发酵,研究了不同乳糖浓度下MPC的发酵特性。结果表明,乳糖浓度影响MPC发酵进入稳定期的时间与pH值,随着乳糖浓度的升高,MPC发酵物的最终pH值下降(pH值范围4.14~4.59);微流变学研究表明, 随乳糖浓度升高,MPC发酵物的宏观黏性因子减小,而固液平衡值和流动性指数增大;质构特性研究表明, MPC发酵物的持水力随乳糖浓度升高而逐渐升高,胶着性、弹性则呈现先增大后减小的趋势,而硬度、黏力不受影响;气相色谱-质谱联用分析结果显示,酸类化合物和酮类化合物是MPC发酵物中的主要挥发性物质,随乳糖浓度的增加,酸类化合物含量减少,而2,3-丁二酮、3-羟基-2-丁酮等乳糖代谢物的含量增加。本研究结果旨在为进一步了解MPC的发酵特性并拓宽MPC在不同发酵乳制品中的应用提供基础数据。     

普通碳钢的一种PVD镀膜及其耐蚀性研究

为了提高水力喷射压裂中喷嘴的耐蚀耐磨性,使用普通碳钢进行PVD镀膜,研究了3种镀膜试样的表面物理性能和脉冲负偏压的影响,采用失重法、电化学法和XRD等测试了PVD镀膜的耐蚀性。结果表明:脉冲负偏压在–400～–700 V,镀层的沉积速率和显微硬度随负偏压的增大而降低,膜基结合力先增加后减小;在高流速下,3种试样均表现出良好的耐磨蚀性,模拟地层水流速为6 m/s时,碳钢的磨蚀速率是镀膜试样的4倍;单因素条件下,3种镀膜的腐蚀速率随Cl浓度增加先增加后减小,随pH值增加而减小;3种镀膜中AlCrN(厚)镀膜的耐蚀性最佳,这与镀膜的致密性和牺牲阳极保护作用有关。     

GaAs/AlxGa1-xAs对称耦合双量子阱中激子结合能的压力效应

考虑三元混晶效应,采用变分法讨论GaAs/AlxGa1-xAs对称耦合双量子阱中激子结合能的压力效应,并计算激子结合能随阱宽和中间垒宽的变化关系以及Al组分的影响.结果表明,激子结合能随阱宽的增加先增加至极大,随后减小;随垒宽则先减小到极小,随后增加.结合能随压力则近线性增加,且当阱宽较宽时,Al组分对结合能的影响不明显.     

Alq3有机发光二极管中的激子湮灭过程及其磁场效应

在基于Alq3的有机发光二极管中,器件的电致发光包括瞬时荧光与延迟荧光两部分.二者都可以受外加磁场影响,但对磁场的依赖关系不同.由此推导出了在不同磁场强度时瞬时光强度与延迟光强度和总发光强度之间的经验公式.基于对延迟光强度磁场效应的合理估计,分别计算了器件在不同温度、不同电流下的瞬时光与延迟光强度,以及二者随外加磁场的变化.利用Merrifield关于激子湮灭的唯象理论,深入分析了在完全有序和完全无序两种体系中的三重态激子湮灭过程及其磁场效应.     

基于全电子方法和TB-mBJ势的硫化镉多型体能带结构计算

常见的硫化镉多型体为纤锌矿结构硫化镉(w-CdS)和闪锌矿结构硫化镉(zb-CdS).在高压下w-CdS或zb-CdS都会向岩盐矿结构(rs-CdS)转变.在有外加压强条件下的CdS电子能带结构在实验上一直备受关注.全势线性缀加平面波方法计算所得电子能带结构表明:w-CdS与zb-CdS具有直接带隙,rs-CdS是间接带隙材料.为了更准确的预测禁带宽度,我们探讨了Hubbard U修正和TB-mBJ势的作用,采用TB-mBJ势的能带结构计算得到的w-CdS和zb-CdS的禁带宽度分别为2.74eV和2.66eV,和实验值比较接近.我们采用TB-mBJ势对不同外压下的rs-CdS进行了能带结构计算,指出rs-CdS在高压下仍然保持价带顶在L点,导带底在X点的间接带隙特征.分析了禁带宽度随压强增大而减小的趋势,采用TB-mBJ势的结果和rs-CdS高压下的光学实验结果符合.     

不同厚度砂卵石土场地地震反应特征研究

为了研究土层厚度对砂卵石土场地地震反应的影响,结合振动台模型试验与一维等效线性化分析方法,对砂卵石土场地地震反应特征进行了研究,分析了不同土层厚度砂卵石土场地在不同地震激励下的地震反应规律.结果表明:随土层厚度的增大,砂卵石土场地地表加速度峰值放大系数呈现出先增大后减小再增大,最后趋于稳定的规律.地表水平位移峰值随土层厚度的增大不断增大.随土层厚度的增大,加速度反应谱上升段和平台段存在减震现象,平台段后半段、下降段幅值明显增大,直线段幅值在土层厚度增量较大时明显增大.研究成果可为砂卵石土场地地震安全性评价工作及相关工程抗震设计提供参考.     

GaAs/AlxGa1-xAs三量子阱中势垒厚度对激子结合能的影响及其压力效应

选取三量子阱模型,采用变分法讨论GaAs/AlxGa1-xAs有限深量子阱中势垒厚度对激子行为的影响,主要计算激子结合能随阱宽和垒厚的变化关系以及Al组分的影响.结果表明,当阱宽较大时,结合能随势垒厚度的变化先增加后趋于稳定值;当阱宽较小时,结合能随垒厚则先减至极小值后再增加.上述结论与通常的有限深势阱之结果相差较大,此修正可为相关的理论和实验提供参考.结果还显示,有限厚势垒情形结合能随压力线性增加的趋势明显小于无限厚势垒情形.