应用于热光伏电池的一维Si/SiO_2光子晶体滤光器研究

光谱控制方法被广泛应用于热光伏系统以提高系统的热电转换效率.针对锑化镓(GaSb)电池热光伏系统的光谱控制要求,选用Si和SiO2设计了8层一维光子晶体滤光器结构;重点结合滤光器与高温辐射源辐射光谱功率分布和GaSb电池量子效率的匹配,对设计结构加以改进优化得到最佳匹配滤光器结构;采用光学镀膜技术加工了滤光器结构,并测试其光谱特性,根据测试结果计算滤光器的光谱控制效率、系统转化效率和能量密度.最后,测试了滤光器的抗高温性能.     

新型HfO2栅介质中的频散效应及参数提取方法

本文研究了原子层化学气相淀积ALCVD(atom layer chemical vapor deposition)方法淀积的HfO2/SiO2/p-SiMOS电容的电特性.高频时,积累电容出现了频率色散现象.针对双频C-V法测量超薄HfO2/SiO2堆栈栅MOS电容中制备工艺和测量设备引入的寄生效应,给出了改进的等效电路模型,消除了频率色散.研究发现,高k介质中存在的缺陷和SiO2/Si处的界面态,使高频C-V特性发生漂移.对禁带中界面态的分布进行归纳,得到C-V曲线形变的规律.研究了形变的C-V曲线与理想C-V特性的偏离,给出了界面态电荷密度的分布,得到了相对于实测C-V曲线的矫正线.通过比较理想C-V曲线和矫正线,提取了平带电压、栅氧化层电荷、SiO2/Si界面的界面态密度等典型的电学参数.     

SiO_2气凝胶对废水中硝基苯的吸附性能研究

选用疏水型SiO2气凝胶作为吸附剂,研究SiO2气凝胶对废水中硝基苯的吸附性能,考察溶液的pH值、温度、吸附时间、SiO2气凝胶添加量等因素对吸附率的影响,并结合Freundlich等温吸附方程,探讨SiO2气凝胶对溶液中硝基苯的吸附规律和吸附机理.结果表明,最佳吸附条件为温度25℃,pH8.35,SiO2气凝胶的添加量为3.33 g/L、振荡时间为30 min,此时疏水型SiO2气凝胶对废水中硝基苯的吸附率可达68.76%,吸附容量可达7.29 mg/g.SiO2气凝胶对废水中硝基苯的吸附性能与气凝胶的疏水性、有机溶液比表面积以及气凝胶的结构特性有关.     

多孔硅反射镜基有机微腔器件的微结构和光电特性研究

从微结构和光电特性方面研究了一种新型硅基微腔的有机发光器件(SBM-OLEDs): 硅基多孔硅分布Bragg反射镜(PS-DBR)/SiO₂/ITO/有机多层膜/LiF/Al(1 nm)/Ag. 微腔器件的重要组成部分PS-DBR由低成本、高效率的电化学腐蚀方法制备. 场发射扫描电子显微图清晰显示: SBM-OLEDs具有纳米级层次结构和平整的界面. PS-DBR反射谱的阻止带宽160 nm, 且反射率达99%. SBM-OLEDs的反射谱中出现了标志此结构为微腔的共振腔膜. 在绿光和红光波段, 从SBM-OLEDs中都得到了改进的电致发光(EL)谱: 绿光(红光)EL谱的半高宽可由无微腔的83 nm (70 nm)窄化为有微腔时的8 nm (12 nm), 且为单峰发射, 微腔器件EL谱的色纯性有较大提高. 与非微腔器件相比, 发绿光和发红光的微腔在谐振波长处EL的强度分别增强了6倍和4倍. 对微腔器件的电流-亮度-电压(I-B-V)特性和影响器件寿命的因素也进行了讨论.     

纵向磁场沉积态(F/SiO_2)_3/Ag/(SiO_2/F)_3多层复合结构膜的巨磁阻抗效应

采用射频溅射法分别在零磁场和72kA/m的纵向静磁场下,制备了结构为(F/SiO2)3/Ag/(SiO2/F)3(F=Fe71.5Cu1Cr2.5V4Si12B9)的多层复合膜.研究了沉积态样品的软磁特性和巨磁阻抗(GMI)效应.结果表明,在无磁场沉积态样品中未探测到GMI效应.在沉积过程中加纵向磁场明显优化了材料的软磁性能,从而获得显著的GMI效应.在6.81MHz的频率下,最大纵向和横向GMI比分别高达45%和44%.同时还分析了磁阻抗比、磁电阻比、磁电抗比和有效磁导率比随频率变化的行为,发现磁场沉积态样品的纵向和横向GMI效应随频率变化的频谱曲线几乎重合.阻抗在低频下主要是巨磁电感效应.当频率f>9MHz时,磁电抗比变为负值,即电抗的性质从电感性变成了电容性.     

聚合物胶体晶模板技术制备三维有序铟锡氧化物大孔材料

以单分散性聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球自组装形成的有序胶体晶体结构为模板, 制备了铟锡氧化物(ITO)有序大孔材料. 以扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及低温N2吸附/脱附等方法对ITO大孔材料的形态及其比表面积进行了表征. 结果表明, 烧结温度在500℃时, 能够得到较为完善的三维ITO大孔材料, 空间排布高度有序, 其有序结构与模板中PMMA微球自组装方式完全相同. 孔径大小均匀(~450 nm), 较之PMMA微球有所收缩, BET比表面积为389 m² · g^-1, 孔容为0.36 cm³ · g^-1. 此外, 发现Sn掺杂率物质的量比为5%时, 在真空中退火, ITO大孔材料的导电性能最好, 电阻率为8.2×10^-3 W · cm, 初步讨论了ITO大孔材料的导电机制, 认为氧缺位是获得较好电性能的主要原因.     

应用于热光伏电池的一维Si／SiO2光子晶体滤光器研究

光谱控制方法被广泛应用于热光伏系统以提高系统的热电转换效率．针对锑化镓（GaSb）电池热光伏系统的光谱控制要求，选用Si和SiO2设计了8层一维光子晶体滤光器结构；重点结合滤光器与高温辐射源辐射光谱功率分布和GaSb电池量子效率的匹配，对设计结构加以改进优化得到最佳匹配滤光器结构；采用光学镀膜技术加工了滤光器结构，并测试其光谱特性，根据测试结果计算滤光器的光谱控制效率、系统转化效率和能量密度．最后，测试了滤光器的抗高温性能．     

Sol-gel法制备Bi3.25La0.75Ti3O12铁电薄膜及其性能

采用Sol-gel法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了Bi3.25La0.75Ti3O12 (BLT)薄膜.制备的BLT薄膜具有单一的钙钛矿晶格结构,而且表面平整致密.对700℃退火处理的BLT薄膜进行了铁电性能、疲劳特性和漏电流测试: 在测试电压为10 V时,剩余极化值2Pr大约是18.6 μC/cm2,矫顽电压2Vc大约为4.1 V;经过1×1010次极化反转后,剩余极化值下降了大约10%;漏电流测试显示制备的BLT薄膜具有良好的绝缘性能.室温下,在测试频率1 kHz时,薄膜的介电常数为176,介电损耗为0.046.     

前驱体中Bi含量对Bi_(3.4)Ce_(0.6)Ti_3O_(12)薄膜结构和性能的影响

分别配制了Bi含量为90,100和110mole%的前驱体,在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备Bi3.4Ce0.6Ti3O12薄膜,研究前驱体中Bi含量对其微观结构和铁电性能的影响.前驱体中Bi含量增加可以有效地改善薄膜的结晶性能和表面形貌.对Pt/Bi3.4Ce0.6Ti3O12/Pt电容结构进行电学性能测量,发现Bi过量10%的前驱体制备的Bi3.4Ce0.6Ti3O12薄膜具有较好的性能:室温下,在测试频率1kHz时,其介电常数为172,介电损耗为0.033;在测试电场为600kV/cm时,其剩余极化值(2Pr)和矫顽电场(2Ec)分别达到67.1μC/cm2和299.7kV/cm;同时还表现出良好的抗疲劳特性和绝缘性能.     

层状钙钛矿结构铁电薄膜高场耗散效应

以层状钙钛矿结构铁电薄膜Pt/SrBi2 Ta2 O9/Pt(Pt/SBT/Pt)三明治结构薄膜电容系统为例 ,研究了铁电薄膜高场耗散效应 .详细讨论了铁电薄膜高场漏电特性、击穿特性和瞬变电流特性以及铁电薄膜高场耗散效应产生的机理 .发现SBT薄膜漏电机制是从体限制过渡到电极限制为主 ,击穿电场与电极有效面积的对数成负线性关系 ,瞬变电流与极化反转无关 .理论分析与实验结果一致 .     

La和Nd掺杂的硅基Bi_4Ti_3O_(12)铁电薄膜的无疲劳特性及其机理的比较研究

采用优化的溶胶-凝胶(Sol-gel)技术,同一工艺条件下在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上成功地制备了Bi3.25La0.75Ti3O12(BLT)和Bi3.15Nd0.85Ti3O12(BNT)铁电薄膜.X射线衍射(XRD)测试表明BLT和BNT薄膜具有单相的取向随机的多晶微结构;扫描电镜(SEM)的观测显示了这些薄膜具有50~100nm晶粒构成的均匀致密的表面形貌.利用铁电测试仪测定了以Cu为上电极而形成的金属-铁电薄膜-金属结构的电容器的铁电性能,得到了很好的饱和电滞回线.在最大外加场强为400kV/cm时,BLT和BNT薄膜的剩余极化强度(2Pr)和矫顽电场(2Ec)分别为25.1μC/cm2,203kV/cm和44.2μC/cm2,296kV/cm.疲劳测试表明,在1MHz频率测试下经过1.75×1010次读写循环后,由BLT和BNT薄膜组成的电容器几乎没有表现出疲劳,呈现很好的抗疲劳特性.分析比较了La和Nd掺杂对薄膜结构及铁电性能的影响及其机理.     

层状二硫化钼纳米薄膜的制备及其光学特性

通过化学气相沉积法(CVD),以三氧化钼(MoO_3)粉末和硫(S)粉末作为反应物,将二硫化钼(MoS_2)纳米薄膜直接沉积到石英衬底上.通过光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对薄膜的表面形貌进行了观察.发现所生长的MoS_2薄膜为纳米层状结构.通过拉曼光谱和光致发光光谱对生长的薄膜进行结构及光学性能分析.结果表明生长的纳米薄膜中有单层、双层和三层MoS_2薄膜的存在,同时在单层、双层和三层MoS_2薄膜中观察到了光致发光现象.并分析解释了MoS_2纳米薄膜从体材料向单层转变时能带结构的变化.     

以ICCD为传感器的温度场实时检测——Ⅱ.波长优化设计的原则及方法

开发了用ICCD作为传感器的温度场实时检测比色方法.为了保证测量精度和灵敏度,研究了双色热图象发度的比值响应与物体辐射特性、滤光片透过率特性和ICCD的光谱响应之间的关系.对于系统辐射成象模型进行计算机模拟计算,得出了系统工作波长的理想选择,理论分析与实验结果相一致     

植物光谱应用于白菜铜胁迫响应研究

在实验室土培条件下, 应用白菜(Brassica Campestris L)叶片红边位、可见区光谱、近红外区光谱三种特征光谱探析了白菜生长重金属Cu污染的胁迫响应. 随土壤中Cu含量增加, 白菜叶片对金属Cu富集程度逐渐增大, 白菜叶片的叶绿素含量降低; 随白菜叶片Cu含量增加, 白菜叶片可见光区光谱反射率(A₁)增加, 红边“蓝移”(向短波方向飘移)程度(S)逐渐增强, 而白菜叶片近红外区光谱反射率(A₂)降低; 并且A₁, A₂和S三参数都能够较好地模拟(复相关系数R²>0.95)和预测白菜叶片Cu含量.     

可见光驱动Methanosarcina barkeri-天然碳基半导体产甲烷性能及机制

利用半人工光合系统(非光合微生物-纳米半导体生物杂化体系)将二氧化碳转化为高热值的甲烷有助于缓解全球温室效应和能源危机.作为生物杂化体系的关键组分,纳米半导体颗粒的结构及性质显著影响生物杂化体系的性能.本研究以油菜花粉为原料,成功构建Methanosarcina barkeri-天然碳基半导体生物杂化体系(M. barkeriNCS),并将其应用于二氧化碳还原产甲烷过程.结果表明,所制备的天然碳基半导体具有可见光响应好、孔体积大等优势.在可见光(1.0±0.2 mW/cm2)照射下, M. barkeri-NCS生物杂化体系具有良好的光电性能,其甲烷产量最高可达51±4.5μmol/g.实时荧光定量多聚合酶链式反应结果进一步显示, M. barkeri膜结合氢酶和细胞色素相关基因表达显著上调,尤其是EchB(2.47±0.25倍)和VhtC(2.83±0.15倍),这表明这些基因在生物杂化体系光生电子传递-捕获-利用过程中起着关键作用.该研究结果有望为构建高效的半人工光合系统提供理论支撑.     

等离子体浸没式氧离子注入技术修饰ITO表面的研究

有机电致发光器件（OLED）具有自发光、低功耗、响应快、亮度高、可视角度大等特点,是下一代理想的显示技术及面光源.当前OLED广泛采用氧化铟锡（ITO）透明阳极兼出光窗口,然而,ITO表面功函数与器件内层有机材料最高电子占有轨道（HOMO）之间的势垒较高,器件工作电压高,导致能效偏低以及稳定性差等问题.射频等离子体处理ITO可获得一定幅度功函数提高（约0.4eV）,但仍未达到与有机材料最高电子占有轨道匹配程度,而且,处理效果时效性很短,只有数小时.而采用等离子体浸没式氧离子注入（PIII）技术修饰ITO表面,可精确控制氧离子注入剂量及深度,改变ITO表层氧、铟、锡3种元素原子比例.在不改变ITO薄膜主体透明性及导电性的基础上,表面功函数提高幅度达0.8eV,与主要的OLED空穴输运有机材料的HOMO能级匹配,并且,处理效果经过50h后未见明显衰退迹象.     

热致变色LSMO 光栅结构表面的热辐射特性研究

本文旨在研究具有一维光栅结构表面的热致变色材料La_0.825Sr_0.175MnO₃(LSMO) 的热辐射光谱特性及其随结构和温度变化的规律. 首先利用K-K 关系得到LSMO 在不同温度下的介电常数, 然后利用时域有限差分方法分析计算对应不同参数的结构表面光谱发射率. 研究发现, 由于光栅结构激发的微腔谐振效应, LSMO结构表面的光谱发射率呈现出选择性增强的特征. 光谱发射率随结构参数的变化情况表明, 通过合理选择光栅的结构参数可以得到想要的辐射增强特性. 平均发射率随温度的变化表明, 相比于光滑表面的LSMO 而言, 具有光栅结构表面的LSMO 的表面发射率有了比较明显的增强, 另外热致变色特性有了明显的改善.     

刚交错桁架结构的抗震性能分析

为研究新型结构体系-钢交错桁架结构在地震作用下的动力特性,首先提出一种新的计算模型--伪空间模型,在通过模态分析和Pushover分析验证了由伪空间模型研究钢交错桁架结构横向抗震性能的可行性之后,对10层、15层和20层钢交错桁架结构分别进行IDA分析,并通过分析结构的动力响应,评估其抗震性能,研究成果对分析钢交错桁架结构的动力特性具有一定意义.     

亲水性纳米白炭黑在橡胶基体中的良好分散与性能影响

应用羧基丁苯橡胶乳液辐射硫化、亲水性纳米白炭黑（SiO2）浆体制备、喷雾干燥等工业技术制备了纳米级超细全硫化粉末羧基丁苯橡胶（UFPCSBR）/SiO2纳米复合粉末,其中,纳米级SiO2颗粒与UFPCSBR颗粒处于相互隔离依附的状态.在UFPCSBR/SiO2纳米复合粉末与SBR等生胶的混炼过程中,借助于UFPCSBR颗粒在SBR生胶基体中的良好分散,依附在UFPCSBR颗粒上的SiO2颗粒也能够良好分散在橡胶基体中,从而制备成橡胶/UFPCSBR/SiO2纳米复合材料.实验结果表明,由UFPCSBR/SiO2纳米复合粉末制备的橡胶/UFPCSBR/SiO2纳米复合材料具有较好的耐磨性、撕裂强度和较低的压缩生热.值得注意的是,在0～40°C范围内,这种新颖的橡胶/UFPCSBR/SiO2复合材料的tanδ-T曲线上新出现了一个侧峰,有效提高了0～20°C范围内的tanδ值,但60°C附近的tanδ值变化较小,从而表现为在橡胶复合材料的滚动阻力变化不大的情况下,其抗湿滑性明显提高,这将为绿色轮胎胎面胶纳米复合材料的设计开发提供新的研究思路.     

基于被子植物叶类器官的仿生伪装材料设计

对比了被子植物叶片和花瓣的显微组织结构和反射光谱,研究表明被子植物叶类器官具有相似的组织结构特征和近红外反射光谱．根据叶类器官的组织结构特征以及决定其反射光谱的物质组成,提出了基于被子植物叶类器官的仿生伪装材料模型,并进行了模型的原理验证性实验．实验结果表明,在300～2600nm光谱范围内,仅简化后的含水发泡材料与法国梧桐叶片的反射光谱的相似度就在96．9％以上．这种全新的伪装材料在紫外、可见光和近红外波段具有与植被叶片非常相似的光谱反射特征,其伪装效果可望有效对抗高光谱和超光谱成像侦察．