硼掺杂带帽碳纳米管分子结电子输运性质

利用非平衡格林函数和第一性密度泛函理论, 研究了不同位置硼掺杂一维带帽碳纳米管分子结的电子输运特性. 结果显示, 电子输运性质强烈依赖于硼的掺杂位置. 当硼掺杂在针尖区域时, 可以观测到明显的负微分电阻行为.     

计算模拟掺氮碳纳米管与水中芳香类污染物的吸附作用

掺氮碳纳米管(N-CNTs)因其独特的理化性质,在诸多领域呈现广阔的应用前景.伴随N-CNTs的大量生产和使用,其将不可避免地释放到环境中.进入环境中的N-CNTs可以与污染物发生吸附作用,进而改变二者的环境行为和生态风险.目前,N-CNTs对水中有机污染物的吸附行为鲜有报道.本研究构建了不同掺杂浓度/形态的掺氮单壁碳纳米管(N-SWNTs),基于密度泛函理论,模拟水中芳香类有机污染物在N-SWNTs上的吸附.计算结果表明,氮掺杂可以提高N-SWNTs对芳香类化合物的吸附性能.掺杂浓度和掺杂形态会影响N-SWNTs的吸附能力,高浓度吡啶氮掺杂的N-SWNTs对芳香类化合物具有较强的吸附作用.化合物与N-SWNTs之间主要发生物理吸附,疏水作用和π–π相互作用是化合物在N-SWNTs上吸附的主要作用力,污染物官能团可加强其与N-SWNTs之间的吸附作用.本研究可为N-SWNTs的生态风险评价提供一定的理论指导.     

电极距离和取向对硼掺杂带帽碳纳米管分子结中负微分电阻的影响

利用非平衡格林函数和第一性密度泛函理论,研究了电极距离和相对取向对硼掺杂带帽碳纳米管分子结中负微分电阻行为的影响.结果显示,负微分电阻行为强烈依赖于电极距离和相对取向.当电极距离为0.35nm且体系的对称性最高时,可以产生最好的负微分电阻行为.     

La2/3Ca1/3Mn1-xCuxO3中Mn位上的Cu掺杂效应研究

Ｌａ２／３Ｃａ１／３ＭｎＯ３系统中Ｍｎ位上Ｃｕ掺杂效应通过测量其结构和输运性质而得以研究。结果表明,尽管Ｃｕ掺杂未引起晶体结构的变化,但输运性质却发生了明显改变,未掺杂样品在￣２６０Ｋ附近出现的由半导体到金属要相变随着掺杂量的增加而逐渐被抑制,取而代之的是低温下出现新的相变。液氨温度下磁电阻测量表明,适当的Ｃｕ掺杂可导致磁电阻效应比的实质性提高。     

用马来酰亚胺自旋标记研究中国地鼠肺正常细胞V_(79)和癌变细胞V_(79)-B_1膜上巯基结合位置的性质

马来酰亚胺自旋标记(其五种结构和链长见图1)的氮氧自由基上有一个未成对电子.在外磁场的作用下,末成对电子的能级分裂为两个,分别对应电子自旋量子数M_s=±1/2.~(14)N原子核自旋I=1,它的核磁矩和电子的自旋磁矩相互作用,产生超精细分裂,分裂的数目为2I+1=3条.自旋标记的马来酰亚胺部分特异     

非故意掺杂与半绝缘GaN缓冲层上的AlGaN/GaN异质结构的高温电子输运特性

研究了非故意掺杂(UID)与半绝缘(SI)GaN缓冲层(BL)上的Al0.35Ga0.65N/GaN异质结构高温下的电子输运特性,应用Hall效应系统地测量了样品在高温下的电子面密度和电子迁移率随温度变化的关系.实验发现,高温下AlGaN/GaN异质结构的电子迁移率主要受到LO声子散射的作用,其中,UID-BL样品的电子面密度随温度升高而逐渐上升,SI-BL样品的电子面密度则随温度升高呈现先下降再平衡后上升的规律.对相应的未生长AlGaN势垒层的本征GaN薄膜的高温电阻特性分析表明,随着温度的升高,UID-BL样品的电子迁移率受到背景载流子的影响逐渐增大;SI-BL样品的电子迁移率在室温附近受附加位错散射的影响较大,600K以后受背景载流子的影响缓慢增强,这对于研究AlGaN/GaN异质结构器件的高温特性具有很好的参考意义.另外,由理论计算可知,高温下二维电子气(2DEG)逐渐向势垒层和缓冲层内部扩展,电子在第一子带的占据从室温下的86%下降到700K时的81%.     

新型N-TiO2亚甲基蓝的可见光催化脱色研究

以纳米管钛酸为前驱体, 在氨气气氛中600℃热处理, 制备得到新型氮掺杂TiO₂. 这种二氧化钛具有明显的可见光吸收, 晶型为锐钛矿. 实验表明, 对亚甲基蓝的可见光脱色性能比相同条件下处理P25-TiO₂得到的氮掺杂TiO₂高. ESR结果表明, NO修饰的束缚单电子氧空位(V_O·-8226;-NO-Ti)的生成, 是氮掺杂TiO₂具有可见光催化活性的原因.     

Yb~+注入Si(100)所引起的晶格损伤和快速热退火后Yb的再分布及光激活规律研究

稀土元素不完全充满的4f电子壳层被它外部的5p和6s电子壳层有效地屏蔽.这一独特的电子结构使得稀土掺杂半导体材料中4f电子-声子耦合被减弱,因而稀土的发光具有锐利,热稳定性好等优点.近几年国际上已有很多关于用离子注入技术实现稀土掺杂的报道.离子注入具有掺杂浓度高,掺杂分布易于控制,可重复性好和操作简便等优点.但在     

MOF衍生N-CoFe-C@NF多级结构用于可充放锌-空气电池

锌-空气电池作为一种兼具成本低、容量高、环境友好等优点的高效储能器件,具有1084 Wh/kg的理论能量密度,甚至高于传统锂离子电池.锌-空气电池主要受限于其空气电极材料氧还原(ORR)和析氧反应(OER)缓慢的动力学,因此大量的研究都集中在如何优化其催化活性上.目前应用最广泛的ORR和OER的催化剂分别是Pt/C和RuO2,但是其高昂的价格和稀缺性使其应用受限.金属有机框架(MOF)是金属阳离子或阳离子团簇与有机配体配位形成的配位聚合物,具有高比表面积与结构可调控性等优势,经高温煅烧后可以获得结构各异且异原子掺杂(例如氮掺杂)的碳化物材料,展现了优良的ORR和OER催化活性,成为电催化领域的研究热点.类普鲁士蓝是一种典型的MOF材料,具有成分易调控、合成方法简单等优点.本研究通过氢氧化钴纳米棒的原位转化制备负载在泡沫镍上的钴铁双金属类普鲁士蓝,并以此为前驱体制备了氮掺杂钴铁双金属碳化物催化剂;使用扫描电子显微镜(SEM)、X光衍射(XRD)、X光电子能谱(XPS)等手段对样品进行表征;使用旋转圆盘电极、线扫描等测试材料研究其对ORR和OER催化性能的影响.结果表明,所制备的氮掺杂钴铁双金属碳化物催化剂具备较好的ORR和OER活性.在0.1 mol/L KOH溶液中, ORR半波电位为0.81 V; 1.0 mol/L KOH中, OER电流密度达到10 mA/cm~2时,过电位为300 mV.该材料作为空气电极催化剂组装锌-空气电池,开路电压为1.29 V,且具备较好的稳定性和循环性.     

半导体中热载流子输运的平衡方程方法

本文简略地介绍处理半导体中热载流子输运的一个解析方法——平衡方程方法.这个方法的基本思想是把多载流子系统在电场作用下的输运化为一个单粒子(质心)的经典运动加上相对运动电子在没有电场情况下的多体统计运动.输运的描述只包含几个参量(非均匀情况下是参量场)——平均漂移速度,电子温度,载流子浓度及声子占据数.它们由平衡方程完全决定.如果只考虑到电子-杂质和电子-声子相互作用的最低阶,平衡方程的数学结构十分简单:只包含一个系统的特征函数,即无外电场,也没有杂质、声子散射势时载流子的密度关联函数,从而不需要大量的数值计算就可得到强电场下的输运性质.     

带帽碳纳米管分子开关

利用非平衡格林函数和第一性密度泛函理论, 研究了一维带帽碳纳米管分子开关器件的电子输运特性. 结果显示, 仅需要改变两管间距0.2 nm, 器件的透射谱就变化约两个数量级. 并且, 两管的构象对器件电子输运性质的影响非常小, 从而提高了器件作为分子开关应用的稳定性.     

拓扑半金属表面态的输运特性

拓扑电子体系是近年来凝聚态物理学的研究前沿,它以非平庸的体态拓扑以及奇异的表面态为主要特征.输运测量是研究拓扑电子体系最常用和最有效的手段之一,输运研究与新奇物理效应的探索以及电子器件相关应用都有密切的联系.基于拓扑绝缘体的输运研究已经广泛地开展,其中的输运信号仅由拓扑表面态贡献;而拓扑半金属中体态和表面态共存,这在给输运研究带来复杂性的同时,也预示着更为丰富的物理现象有望被发现.大多数针对拓扑半金属输运性质的研究集中于其体态,而其表面态的贡献通常被认为小到可以忽略.需要指出,通过巧妙构筑输运器件结构,表面态可以贡献很强的输运信号并导致新奇而丰富的输运性质.本文介绍了若干典型拓扑半金属体系中表面态导致的新奇输运性质,包括拓扑节线半金属中鼓面表面态导致的共振自旋翻转反射及其输运信号,外尔半金属中费米弧表面态的奇异安德烈夫反射、法布里-珀罗干涉和门电压调控的栗弗席兹相变,以及这些效应对外场的奇特响应.本文介绍的研究成果为拓扑半金属表面态的探测与调控提供了新的思路.     

锑碲合金Sb2Te3的异相同质结构设计

半导体锑碲合金Sb₂Te₃是实现高性能相变存储与类脑计算的一种关键母体材料,其亚稳态立方相具有占格点高达1/6以上且随机分布的空位,具备安德森绝缘体性质.而Sb₂Te₃的稳态结构为菱方六角相,是一种典型的强拓扑绝缘体材料.但由于六角相Sb₂Te₃存在自发掺杂行为,其体相通常呈金属性而非绝缘性,从而掩盖了其拓扑非平庸的狄拉克表面态性质.本工作提出一种基于Sb₂Te₃的异相同质结构的新概念,原理上可同时利用该材料的拓扑性质与安德森绝缘性质从而实现超低损耗的电子输运.本文在分子束外延制备的六角相Sb₂Te₃薄膜中,利用透射电子显微镜中的聚焦电子束辐照驱动薄膜体相区域的六角相至立方相结构相变,并原位观察了空位无序化在其中起到的关键性作用.通过第一性原理计算,结果表明六角相Sb₂Te₃的能量随着空位层空位浓度的降低而快速上升,在空位浓度...     

第ⅥA主族元素掺杂Mg-MoS2异质结势垒高度调控

在纳米尺寸的薄膜场效应晶体管中,源极、漏极(金属材料)与有源层(半导体材料)之间的肖特基势垒是制约器件发展的关键因素之一.本文采用密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,通过第Ⅵ主族元素对二硫化钼(MoS₂)的硫原子进行替位掺杂,电子结构分析表明,氧的替位掺杂可以显著降低MoS₂的带隙值.选择功函数值较低的金属Mg,构建氧掺杂Mg-MoS₂异质结,研究发现,界面位置的氧掺杂可以使该异质结由肖特基接触变为欧姆接触.分析结果表明,欧姆接触的形成原因主要来自3个方面:(1)氧的掺杂增大了MoS₂的电子亲合能;(2)未掺杂的Mg-MoS₂异质结禁带中存在金属诱导间隙态,使费米能级被钉扎在禁带中靠近导带底的位置,界面氧掺杂降低了金属诱导间隙态在费米能级附近的强度,使费米能级的钉扎效应减弱而进入导带;(3)界面氧掺杂时,界面电荷转移减少,电偶极矩对Mg-MoS₂异质结相对能级改变的影响减小.本文的研究结果为金属-半导体界面的肖特基势垒高度调控提供了一定的理论指导.     

5,6,7顶点双取代碳硼烷桥连分子的结构和二阶NLO性质

采用密度泛函理论(DFT) B3LYP/6-31G*方法对5,6,7顶点双取代碳硼烷桥连分子几何构型进行优化, 进一步结合有限场(FF)方法, 计算其二阶NLO系数. 结果表明: 5,6,7顶点双取代碳硼烷桥连分子受推拉电子基的影响, 构型发生一定的变化, 碳硼烷中两个C原子间的距离变长. 碳硼烷中两个C原子取代的位置不同, 影响了分子的稳定性和极化率. 取代基与碳硼烷成键数较低的C原子相连的异构体, 稳定性较好且具有大的极化率. 5,6,7顶点双取代碳硼烷桥连分子形成一维结构, 有利于分子内电荷转移, 同时电荷转移过程中偶极矩变化较大, 对应体系的二阶NLO系数较大.     

重掺碳砷化镓的光致发光研究

异质结双极晶体管(HBT)利用宽禁带材料作发射区来允许基区重掺杂以减小基区电阻且不降低直流电流增益.基区重掺杂会干扰半导体的能带结构,从而影响器件的光学性质和电学性能.Klausmeier-Brown等通过电学测量已证实:由于基区重掺杂使得注入到AlGaAs/GaAs-HBT基区的电子电流显著增大,其原因归结为由重掺杂引起的禁带变窄使得n_0p_0乘积     

质子交换膜燃料电池中微纳输运过程的数值研究进展

质子交换膜燃料电池是氢能利用的典型装置.在燃料电池的多尺度空间内发生着复杂的相变多相流、传热传质、电子质子传导、电化学反应等物理化学过程.上述过程对电池的性能、寿命及成本影响显著.近年来,随着先进实验手段、数值方法和计算资源的不断发展,研究者基于微纳米尺度研究燃料电池中发生的复杂多场耦合输运过程,不断发现新的微纳输运过程特征及耦合机制.本文回顾了近年来针对燃料电池关键组件(包括催化层、气体扩散层和气体通道)中发生的多场耦合输运过程的微纳尺度数值仿真工作.针对催化层,主要介绍了孔尺度数值仿真在预测有效传输系数、揭示传质阻力机理、查明微纳结构对反应输运过程影响方面的进展.针对扩散层,重点介绍了孔尺度仿真在研究扩散层气液两相流动及查明结构和润湿特性对液态水运动和分布影响的工作,还讨论了气体扩散层薄层多孔介质输运特性及典型代表单元是否成立.针对气体通道,着重介绍了通道中液态水运动及其对传质反应的影响.此外,还讨论了各组件跨尺度界面行为特性.最后,对采用微纳尺度数值方法研究燃料电池内多场耦合输运过程进行了总结和展望.     

聚合物/富勒烯太阳能电池器件最新研究进展

聚合物太阳能电池具有质量轻、柔性好、生产成本低和易于实现大面积加工等独特优势. 近年来, 以共轭聚合物作为电子给体, 富勒烯及其衍生物作为电子受体的聚合物/富勒烯太阳能电池受到了研究人员的广泛关注, 成为光伏研究领域中的热点之一. 紧扣聚合物/富勒烯光伏体系中的光吸收、激子扩散和解离以及自由载流子输运和抽取等关键科学问题, 从器件结构优化、形貌控制和界面修饰等不同侧面介绍了提高聚合物/富勒烯太阳能电池性能的方法, 讨论了相关机理, 最后对其未来的发展做出了展望.     

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.     

硅三环系列化合物中氮硅间键和硼三环中氮硼间键的本质的量化研究

硅三环系列(Silatrane)和硼三环(Boratrane)属于一类在结构和应用上都很有意义的三环化合物(图1)。许多实验事实都已证实了在硅三环系列的氮、硅间和硼三环中氮、硼间成键,因此硅、硼在该类化合物中的价态异于通常,这就使得这些键的本质与成因成了研究者注视的焦点。