用模式识别法评价与预测电致变色材料

电致变色现象发生在许多材料中,电致变色的色彩变化即辐射光谱的变化是研究的重点,希望能找到一类材料在“开”态时为透明体,而在“关”态时为某种希望的颜色(如蓝色、红色等)状态,其光谱选择性透过特性可表征如下:     

二氧化钒智能节能窗:从镀膜玻璃到节能发电一体化窗

智能窗(smart window)是一种由基材(玻璃或其他透明材料等)和调光物质所组成的光学器件,它能在一定的物理化学因素(如光照、电磁辐照、电场、气体、温度)激发下,在太阳光谱的某些区段发生着色或褪色反应,引起调光物质光学特性改变,从而光谱选择性地吸收或反射太阳辐射,达到屏蔽紫外线、调节进入室内阳光强度和室内外的热交换、降低制冷制热能耗和减少碳排放等目的.根据其激励方式的不同,智能窗可分为热致色变、气致色变和电致色变三大类.二氧化钒(M/R相VO_2,简写为VO_2)热致色变型智能窗能够吸收90%以上的紫外线(如果添加紫外吸收剂,吸收率可达99%),在基本不影响可视光透过率的情况下,可以根据外界温度的变化,调节太阳光红外部分透过率.VO_2智能窗结构简单,近年来相关的应用基础和产业化开发均获得重要突破.本文从单层、多层、纳米复合等几种典型结构与其光学性能关系入手,综述了近年来VO_2智能窗和节能发电一体窗研究的主要进展和面临的问题.     

基于混合价双钌配合物的近红外电致变色

介绍了电致变色器件的应用前景和基本评价参数,以及近红外电致变色材料的基本要求和研究现状.结合本课题组的近期工作进展,着重介绍了环金属双钌配合物的设计、合成、电化学以及光谱性质,并讨论了这些配合物在混合价态的金属-金属电子相互作用情况.Ru?C金属键的存在大大降低了金属的氧化还原电位,并显著增强了金属-金属电子相互作用.当配合物处于混合价状态时,在近红外区域显示强价间电荷转移吸收,并且最大吸收波长和摩尔消光系数可以通过桥联配体和端基配体进行调节.通过电化学还原或氧化聚合,在电极表面得到这些配合物的高聚物薄膜.这些薄膜显示多态近红外电致变色现象,并具有操作电压低、响应时间较短、对比率良好、记忆时间长等优点.     

基于钌复合物和多晶三氧化钨的电致变色近红外光衰减器

组装并表征了一种基于双核钌复合物/多晶三氧化钨的电致变色近红外光衰减器. 实验结果表明, 用钌复合物的溶液作为多晶三氧化钨的配对电致变色材料可以提高器件的性能. 与不含钌复合物的光衰减器相比, 基于钌复合物/多晶三氧化钨的器件对1550 nm波长光的调制能力可以从19.1 dB提高至30.0 dB, 电致变色效率从29.2 cm²/C提高至121.2 cm²/C.     

8羟基喹啉锌的能态结构研究

由于有机电致发光具有高亮度、低驱动电压、宽光谱范围(整个可见区)和丰富的材料选择等特点,在大面积平板显示器件研究中展现出广阔的应用前景.1987年Tang将多层结构引入有机电致发光器件以来,有机电致发光的研究在材料选择和器件结构等方面都取得了较大的进展.Adachi,等将有机电致发光器件制备成具有电子和空穴输运层的典型结构(ITO/空穴输运层/发光层/电子输运层/Mg:Ag).Burroughes和Heeger先后分别将聚合物引入有机电致发光研究中,用聚合物作为空穴输运层或发光层均取得了较好的效果.在有机小分子材料中,8羟基喹啉金属化合物一直是一个十分引人注目的材料体系,特别是8羟基喹啉铝和锌,其电致发光亮度超过15000cd/m~2.本文对8羟基喹啉锌的光致发光、吸收和激发光谱进行了研究,发现8羟基喹啉锌的发光来自380nm的吸收带,并且给出了可能的能态结构.1实验8羟基喹啉锌粉末材料是由本实验室自己合成的,其杂质浓度低于10~(-5).8羟基喹啉锌薄膜采用真空蒸发方法制备,蒸发时的真空度为1.07×10~(-2)Pa.8羟基喹啉锌粉末的光致发光光谱和激发光谱是利用MPF-4荧光分光光度计测量的,光致发光光谱的激发光波长为365nm,激发光谱的检测光波长为520nm.8羟基喹啉锌薄膜的吸收光谱是利用UV-360分光光度计测量的.     

单晶硅表面溴化键合光敏染料及其表面光电压

当今,新型光电功能材料的开发和利用是非常活跃的研究领域。半导体材料的研究在这一领域占有重要地位.为了改善半导体材料及器件的光电性能,提高光电转换效率及拓宽光谱响应范围等,人们利用金属离子掺杂,或将有机半导体通过吸附、涂层、沉积等物理方法固定在无机半导体表面,已获得卓有成效的效果。     

氮化镓/硅纳米孔柱阵列紫外光电探测性能

紫外光电探测器的研究与开发在工农业生产、环境监测与保护以及国防工业等领域均具有重要的现实意义.本文以硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)为衬底,采用化学气相沉积(CVD)法并通过改变GaN沉积时间,制备了3种GaN/Si-NPA纳米异质结构阵列,并对其表面形貌、化学组成和光致发光特性进行了表征.在此基础上,通过上、下电极制作,制备了结构为ITO/GaN/Si-NPA/sc-Si/Ag的光电探测器原型器件,并对其光电探测性能进行了测量.结果表明,在不施加偏压的情况下,采用优化条件制备的ITO/GaN/Si-NPA/sc-Si/Ag器件能够实现对紫外光的有效探测.器件对340nm单色紫外光的响应度达到~0.15mA/W,光响应和恢复时间分别为~0.12和~0.24s.实验结果对研制新型硅基GaN紫外光电探测器具有很好的借鉴意义.     

高导电镀银织物的制备及其在电致变色中的应用

导电织物因在智能服装、电极材料和柔性传感器等领域具有广泛的应用而备受关注.本研究采用多酚修饰法,利用单宁酸改性和化学镀银相结合的方法,制备了高导电的涤纶镀银织物(方阻为9.28 mΩ/□).与传统的织物镀银工艺相比,该方法省去了敏化活化等步骤,具有工艺简单、节省成本和导电性能优异等特点.以高导电镀银织物作为电致变色器件的阴极,喷涂聚苯胺的ITO-PET薄膜为阳极组成电致变色织物器件,该聚苯胺电致变色织物器件具有丰富的色彩变化(黄绿色-深绿色-蓝黑色)、优异的循环稳定性(伏安循环3000次)、较低的变色电压(–0.8 V/1.8 V)和较快的变色速度(4.3 s/6.4 s)以及柔性轻质的特点,可广泛应用于军事伪装服、野外考察服、布型显示器以及民用时尚变色服装等领域.     

二维过渡金属二硫属化合物的应力调控

二维过渡金属二硫属化合物(TMDs)因其优异的性质,在光电器件、能量存储、催化等领域具有重要的应用价值.调节材料的晶格结构可以有效地调控其性质并扩展其应用领域,而应力调控是一种高效调节二维TMDs晶格结构与性质的重要方法.在过去的几年中,研究人员不断丰富应力调控二维TMDs的策略,拓展其在柔性光电器件、传感器、催化以及储能等领域的应用.本文主要综述了应力调控二维TMDs结构的各种策略、性质的调控效果以及在器件中的应用,展望了应力调控二维TMDs的发展趋势,并指出了未来研究中存在的挑战.     

肖特基型自驱动光电探测器件及其多场耦合性能调控

小型化和多功能化是微纳传感器件及其集成系统的主要发展目标.构建无源的自驱动传感器件是实现这一目标的有效途径.利用异质结接触形成的内建电场分离光生电子空穴对从而形成响应电流是实现自驱动光电探测的一种直接有效的方式.在异质结结构的自驱动光电探测器研究中,肖特基型自驱动光电探测器因具有光谱选择性强、响应频率快等特点而备受关注.本文重点介绍了近年来利用低维纳米材料构建的肖特基型自驱动光电探测器,阐释了利用应变/应力、通过界面调控优化器件性能的基本原理,展望了肖特基型自驱动光电探测器发展方向和研究目标.     

TiO2纳米管的阳极氧化法制备及对对氯苯酚的光电降解研究

在含有乙醇的氢氟酸溶液中, 用阳极氧化法制备了高度取向的TiO₂纳米管阵列, 并用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、紫外-可见漫反射(DRS)和荧光光谱(PL)对样品进行表征, 探讨了TiO₂纳米管阵列的形成机理. 结果表明, 制备的TiO2纳米管阵列垂直生长于钛基底表面, 分布均匀, 管径约为90 nm, 管壁厚约20 nm, 管长约400~ 500 nm, 并且表现出更大的禁带宽度和良好的光致发光特性. 此外, 使用该纳米管对对氯苯酚的光电催化降解实验表明, 光电催化效率明显高于光催化和电化学过程之和, 表现出一定的光电协同作用; 施加的阳极偏压也存在一个最佳值.     

可溶液加工纳米光电材料与器件

光电器件的柔性化、结构微型化是光电技术发展的重要趋势.溶液法加工特别是印刷技术和纳米光电材料的结合,有利于克服传统光电器件制备工艺复杂、成本高昂的局限性,在未来柔性化、图案化以及大面积光电器件领域具有广阔的应用前景.本文主要聚焦于可溶液加工纳米光电材料与器件,介绍了我们课题组近年来在该领域的科研进展,包括喷墨打印量子点技术与应用,溶液加工量子点界面发光机制,以及发光、探测、突触器件结构设计与性能优化,希望为该领域学术研究和产业应用提供参考.     

单线态裂分材料:从结构设计到器件应用

单线态裂分是通过一个自旋允许的过程,将一个单线态激子转变为两个三线态激子的过程.借助这一过程,可以将高能的光子转换成两个低能的三线态激子.如将单线态裂分材料应用于太阳能电池器件,有可能显著提升光电转化效率,突破Shockley-Queisser极限.近年来,单线态裂分材料的研究受到了广泛的关注,已经取得了重要的进展.本文回顾了单线态裂分材料的发展历史,整理了近年来发展的新材料,总结了单线态裂分现象在不同光电器件中的应用,希望可以为发展新单线态裂分材料以及单线态裂分效应在器件中的应用提供思路.     

海面油膜光谱响应实验研究

以辽东湾海水与辽河油田原油为材料, 利用ASD全谱段地物光谱仪, 针对海洋石油污染中的海面较薄油膜为研究对象, 设计海面油膜光谱响应室内实验, 模拟海面油膜厚度连续变化过程, 测量并分析油膜光谱的变化特征及其与油膜厚度的相关关系. 研究表明: 在1150~2500 nm短波红外谱段范围内, 油膜的反射率随油膜厚度变化很小, 但高于本底水体光谱反射率, 此范围中有效遥感谱段具有探测较薄油膜有无的能力; 在400~1150 nm可见光-近红外谱段范围内, 油膜光谱反射率明显低于本底水体, 并随着表面油膜厚度的增加而逐步降低, 油膜光谱反射率与油膜的厚度呈很强的幂函数负相关关系, 以550和645 nm为中心的绿光、红光波段的油膜光谱响应表现最优, 可作为海面油膜多/高光谱遥感探测与评估的最佳选择波段.     

基于芳香性聚酰亚胺的光电功能材料及器件研究进展

聚酰亚胺是一类重要的高性能聚合物,具有优良的热性能、机械性能和电学性能.近年来,芳香性聚酰亚胺作为新型光电功能材料在有机太阳电池、场效应晶体管、电存储等有机光电器件中的应用价值日益凸显,引起研究者的广泛关注.本文根据芳香性聚酰亚胺的分子结构特点,从光电功能化方法和材料制备策略出发,全面归纳和总结了芳香性聚酰亚胺在光电子器件领域的研究进展,阐述了此类材料的分子结构设计与光电性质以及光电器件性能的内在关系,为今后开发新型高效芳香性聚酰亚胺光电功能材料和器件提供参考.     

单晶硅表面键合光敏染料的研究

80年代以来,随着半导体光电技术的飞速发展,光电器件在越来越多的领域中得到应用.但是,由于半导体材料本身性质上的限制,使其在光电转换及光谱响应范围等方面还存在着许多问题.例如,目前的硅太阳能电池,其光电转换效率已达17％,这与理论值21.6％已经很接近,要想突破21.6％的理论值,就必须寻求新的途径,彻底改变光电材料的性质.在单晶硅表面键合光敏染料,正是在这方面的一种探索.     

亚波长缓变折射率结构热辐射光谱特性

从电磁场理论出发,运用时域有限差分方法研究亚波长缓变折射率结构的热辐射光谱特性,计算了阶梯结构、圆锥和金字塔3种结构表面的光谱特性,分析了结构形貌、特征参数对光谱特性的影响,研究结果表明,在空气和基底表面形成缓变折射率结构,大幅度降低了界面反射.通过调节结构形貌和特征参数能够有效调控亚波长结构表面的热辐射光谱特性,另外,讨论入射角度对阶梯结构光谱特性的影响,当角度由0°增加到30°时,阶梯结构表面平均反射率保持在5%以下,呈现较好的宽角度减反特性.     

TiO_2纳米管的阳极氧化法制备及对对氯苯酚的光电降解研究

在含有乙醇的氢氟酸溶液中,用阳极氧化法制备了高度取向的TiO2纳米管阵列,并用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、紫外-可见漫反射(DRS)和荧光光谱(PL)对样品进行表征,探讨了TiO2纳米管阵列的形成机理.结果表明,制备的TiO2纳米管阵列垂直生长于钛基底表面,分布均匀,管径约为90nm,管壁厚约20nm,管长约400～500nm,并且表现出更大的禁带宽度和良好的光致发光特性.此外,使用该纳米管对对氯苯酚的光电催化降解实验表明,光电催化效率明显高于光催化和电化学过程之和,表现出一定的光电协同作用;施加的阳极偏压也存在一个最佳值.     

ZnO微米片修饰TiO_2纳米晶复合薄膜的染料敏化太阳电池

通过阴极电沉积工艺,成功地将随机辐射取向分布的ZnO微米片作为散射层自组装在TiO2纳米晶(TN)薄膜表面上.用分光光度计研究了400～800nm光谱范围内ZnO微米片的光散射性能.结果表明,在ZnO微米片-TiO2纳米晶(ZT)复合薄膜中,ZnO微米片层对入射光具有非常出色的光散射能力.同时用ZT复合薄膜制备的染料敏化电池相对于单独用TN薄膜制备的电池具有更高的短路电流密度和光电转换效率.     

光谱光电并行采集技术的两点新发展

目前,光谱测量技术主要向灵敏、精密、快速、快变化时间谱和空间谱分布测量等方向发展.基于串行检测的各类光电分光光度计,不同波长谱线的强度测量是不同时的;改变测量波段需要时间,从而不易解决快速问题;无法解决时间谱和空间谱测量问题;这些都是使单色仪型光谱设备无法继续发展的致命问题.解决上述问题的最好办法,是采用并行测量技术另外,并行采谱技术还具有能获得同时谱、谱空间分布等重要优点.但原有光谱并行采集设备——摄谱仪却存在灵敏度低、测量手续多、实际速度慢等缺点.因此发展了光电光谱并行采集技术,光学多道分析仪(简称OMA)是其典型代表.OMA利用了光电技术、计算机技术、光谱技术的精华,已是集光谱采集、处理、存储、显示于一身的,有快速、灵敏等许多优点的先进通用光谱测量设备,但在系统分辨率和同时谱宽方面却大不如上述的两类传统仪器.例如,现有OMA同时谱宽若为30～60nm者,分辨极限只有0.2nm左右.相比分辨极限可小于纳米,同时谱宽可为数百纳米的摄谱仪,或相比异时谱宽可很大、分辨极限也不小的单色仪型设备,这样的指标大大限制了其应用范围.