碳基二维晶体材料的研究进展

石墨烯是由sp2杂化的碳原子紧密排列而形成的蜂窝状二维层状晶体,具有众多奇异的电子、热、机械及光学等特性和广泛的应用前景.近年来,受到石墨烯研究的启示,新型二维层状晶体如六方氮化硼、过渡金属硫族化合物以及硅烯等受到越来越多的关注,正成为国际学术界的研究热点.本文简明地评述了碳基二维晶体材料研究的历史及现状,特别是石墨烯和硼、氮杂化石墨烯的研究进展,最后对碳基二维新材料的研究发展趋势进行了展望.     

晶圆级二维单晶材料生长的研究进展

低维材料因其原子级的物理尺寸而拥有独特的物理化学性质. 以石墨烯为代表的二维材料具有优越的光学、电学、力学及热学性能,在电子、光电、能源、催化等领域具有巨大的应用潜力. 大尺寸、高质量的单晶材料是大规模高端器件的应用基础. 为此,研究者们致力于实现晶圆级二维单晶材料的制造研究. 利用化学气相沉积法(CVD)制备二维材料具有薄膜质量高、可控性强、均匀性好等优点,因此,CVD成为制备高质量二维单晶材料的首选. 文章从二维导电石墨烯、绝缘氮化硼和半导体过渡金属硫族化合物入手,总结了近年来利用CVD技术外延制造二维单晶薄膜的研究进展,讨论了大面积二维单晶材料的制备策略与生长机理,指出了目前存在的问题,对未来高质量二维单晶薄膜的制备方法进行了展望. 该综述为进一步推动二维单晶材料的规模化应用提供借鉴.     

各向异性二维材料的热输运及热辐射调控研究进展

二维材料体系中能量输运与宏观体材料存在显著差异.因此,二维材料的热输运和热辐射的研究对微纳器件热管理、辐射制冷等具有重要意义.本文首先总结了典型各向异性二维材料(如WTe₂、CrOCl、Ta₂NiS₅)的热学特性,分析了材料结构对热输运的影响,展示了在二维材料中调控热流的新机制;其次,针对高功率密度器件散热需求,总结了影响热界面材料性能的关键因素,回顾了利用二维材料各向异性的热输运特性提高聚合物复合材料热导率的新方法,包含空间取向调控、导热网络构建等;最后,围绕辐射制冷、红外伪装等领域应用需求,基于二维材料的独特晶体结构和电子结构,总结了通过离子插层方式调控发射率的新途径,全面分析了主客体结构、外加电场等对红外发射率的影响,展示了优化发射率调控能力的新途径.本文通过梳理相关研究进展,加深了对二维材料热输运和热辐射调控机制的理解,分析了材料制备、物性表征、机制探究中面临的挑战,展望了相关研究的发展方向.     

新型二维碳材料net-Y光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究方法,对新型二维碳材料(单层net-Y)的光学性质进行了研究.基于反射、吸收、折射和介电函数等数据分析了单层net-Y的光学性质.计算结果表明:在E_x、E_y和E_z这3个方向极化下,单层net-Y的复介电函数、复折射函数、吸收系数等光学性质表现出显著的各向异性.光学性质研究表明:该材料在整体光区具有极不敏感的光反射性质,且在紫外光区具有高吸光系数以及在能量频率为10.0 eV处具有极低的消光系数.此外, 与其他波段的光相比,在E_y极化下单层net-Y对黄光有更强的光折射响应.     

二维材料偏振响应光电探测

各向异性二维材料由于其晶体结构的特殊性,在电学或者光学性质(如光致发光光谱、拉曼光谱、光吸收谱和电导率等)上表现出各向异性。这些性质引起了研究人员的广泛关注,特别是在光电探测方面的研究进展非常迅速,为其在光电器件的设计和开发中提供了巨大的应用潜力。文章从本征偏振探测和结构改进两方面综述了近几年来各向异性二维材料在偏振光电探测领域的发展和成果。首先阐述了各向异性二维材料的晶体结构特点和各向异性的来源,然后介绍了基于这类材料制备的多种偏振敏感光电探测器,接着提出了各向异性二维材料在光电探测应用上的重要性,最后基于现状提出了其所面临的挑战及机遇。     

二维材料电催化还原CO2的研究进展

为了制备高法拉第效率、低过电位、对目标产物具有良好选择性和具有较高稳定性的高效二维催化剂材料,从电催化还原二氧化碳(ECR)的原理、反应途径、反应产物和催化剂类型等方面综述了近年来二维材料在ECR领域的研究进展.在此基础上,本文对该研究领域面临的挑战和未来的发展趋势进行了展望.     

二维高岭土材料的制备与性质

通过脲插入高岭土层间并分解成气体的方法，以剥离高岭土的层状结构，从而制得了二维高岭土材料。它的性质与未剥离的高岭土有很大的差别，比表面积增大五倍以上，结构水脱除温度低１５０～３００多度。经ＸＲＤ、ＤＴＡ、ＴＧ、ＩＲ测定和ＳＥＭ观察，证明了这样制得的二维高岭土接近于单分子层结构。     

二维材料的非线性光学性质

二维材料由于其独特的结构与物理性质具有广阔的应用潜力,在光子学、光电子学、电子学等许多方面已经取得了很大的进展.最近,大数据、光网络、微型光开关等方面的应用需求直接或间接促进了二维材料非线性光学性质方面的研究工作.本文综述了二维材料(包括单层、少层和悬浮液等)的非线性光学性质研究进展:首先简单介绍了几种常见的二维材料(石墨烯、过渡金属硫族化合物、黑磷等)和非线性光学的基本理论,然后主要介绍了二维材料在不同非线性效应(参量过程包括二次谐波、三次谐波和四波混频等,非参量过程包括饱和吸收、双/多光子吸收和非线性折射等)中的发展现状,并在相应部分对这些微纳材料在非线性光学领域的应用前景和未来可能的研究方向进行了展望.     

二维材料的角分辨光电子能谱研究

材料的电子结构是决定其电、磁、光等性质的关键因素,而能够直接观测材料电子结构的角分辨光电子能谱(Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy, ARPES)技术是研究材料的基本物理和化学性质的先进技术手段之一.近年来,各种具有优异性能的二维材料被人们不断发掘出来,并有望成为未来光电、电子和自旋器件的基础材料.本文将对ARPES的构成和原理做简要的介绍,并总结了当前利用ARPES技术研究二维材料电子结构及其基本物性的前沿进展.本文所关注的二维材料体系主要包含以下四个部分:石墨烯、氮化硼、单元素二维材料、过渡金属硫族化合物.其中对石墨烯的ARPES研究成果最为丰富,对它的研究直接引领了对其他二维材料的ARPES研究.当前,对基于不同二维材料相互堆叠形成的异质结构的研究正方兴未艾,我们在文中也提及一部分关于二维堆垛异质结构的ARPES研究.     

二维极性材料的理论设计

最近几年,实验上已经获得了稳定的本征二维铁磁、铁电材料。二维铁性材料由于其新奇的物理性质和在纳米器件中潜在的应用价值而广受关注。随着第一性原理计算方法的发展,从理论角度预测和设计新材料加速了对二维铁性材料的研究。文章重点介绍了课题组在二维极性材料的理论设计方面的若干工作,其中包括:1)在单层过渡金属卤化物中引入点缺陷破坏体系空间反演对称性,可以有效提高磁转变温度,实现磁电共存;2)设计了一种强磁电耦合且转变温度可达室温的二维第二类多铁材料;3)预测了由铁电模式和反铁电模式竞争导致的二维非共线本征亚铁电,研究了其新奇的Z2×Z2铁电畴壁和负压电性质。这些工作对之后的二维极性材料的理论设计和实验探索具有一定的参考价值。     

油菜素内酯生物学效应及其应用

本文介绍了油菜素内酯的早期发现、化学结构特征与生理活性相关性;并结合试验结果测定油菜素内酯对多种作(植)物生长、发育的生理效应,分析了油菜素内酯促进作(植)物增效作用的原因,记述了油菜素内酯在农业生产中应用的近况,为广泛利用油菜素内酯提供一些依据。     

激光照射对金鱼受精卵生物效应的研究

本文采用He－Ne632．8um激光照射金鱼受精卵,实验结果表明不同剂量的激光照射对金鱼的受精率、孵化时间和孵化率等的影响是不同的,存在一个最佳照射剂量,在此剂量下各生物性能指标均有较大的提高．跟踪观察发现经激光照射而孵化出的金鱼有较大的变异。     

不同浓度的硫离子处理酵母菌的生物学效应

将不同浓度的Na2S加入培养基中处理酵母菌,结果发现,随着处理培养基中Na2S浓度的升高,酵母菌的菌落数、细胞的直径、细胞内多种内含物（核酸、蛋白质、可溶性糖等）的含量都有所降低.     

影响瞬态电磁生物效应实验重复性的要素

从瞬态电磁生物效应的特点出发,对影响其实验重复性的主要物理要素进行了分析,并运用量子 理论推出了随着实验对象复杂程度的增加"瞬态电磁脉冲所产生的非热生物效应实验的重复性降低,从而 得出提高实验重复性的3个方向,对研究生物系统内部复杂的相互作用而加以控制,又是其中更为重要的 解决手段。     

影响瞬态电磁生物效应实验重复性的要素

从瞬态电磁生物效应的特点出发，对影响其实验重复性的主要物理要素进行了分析，并运用量子理论推出了随着实验对象复杂程度的增加，瞬态电磁脉冲所产生的非热生物效应实验的重复性降低，从而得出提高实验重复性的3个方向，对研究生物系统内部复杂的相互作用而加以控制，又是其中更为重要的解决手段。     

激光诱变生物效应参数的选择

据对沙田柚,湛江红橙及胡子鲶鱼进行多年激光诱育种的研究实际出发,结合有关研究报道,从激光束参数,诱变对象参数,诱变效果参数等三方面阐述激光诱变生物效应 在数的选择。     

影响低强度激光生物效应因素的比较研究

本文通过对低强度激光波长与生物对象的关系比较，研究了影响低强度激光生物效应的主要因素，探讨了低强度激光的生物效应与激光的单色性、所选激光的波长，类型(脉冲或连续)，能量密度(剂量)，脉冲参数，以及作用时间都有密切的关系．     

HA-TCP/壳聚糖多孔生物材料的凝胶注模研究

采用凝胶注模成形工艺制备了HA-TCP/壳聚糖多孔生物材料,通过改变单体和复合粉体的不同配比,来比较复合材料的综合性能.结果表明:用偶联剂改性HA-TCP后采用凝胶注模法成型制备HA-TCP/CS多孔生物材料,试样的形状容易控制,可以通过调整凝胶时的单体含量来控制抗压强度,其值约为60MPa左右,也可控制孔隙率,其值约为70%左右,孔隙多为微孔直径约在10μm.