以Al质量分数为2%的ZnO陶瓷靶为靶材, 在氧气气氛中, 采用脉冲激光沉积方法(PLD)在石英衬底表面生长了重掺杂的ZnO∶Al (AZO)薄膜。通过X射线衍射仪、紫外可见分光光度计、微区拉曼光谱仪、霍尔测量仪对合成薄膜材料的晶体结构、光学、电学性质等进行了研究。结果表明: 所制备的AZO薄膜呈现具有高度c轴择优取向的ZnO纤锌矿结构; 重掺杂下的AZO显示了简并半导体的性质, 电学呈现出了类金属特性; 在可见光区域透过率＞80%, 吸收边和紫外发光峰出现了明显的蓝移现象, 被归结为重掺杂下引起的Burstein-Moss效应导致光学带隙展宽。

采用化学共沉淀法制备了Pr3+掺杂的12CaO·7Al2O3 (C12A7∶Pr3+)材料。通过X射线衍射(XRD)、发射光谱、激发光谱、余辉衰减曲线、热释发光及光激励发光等测试手段系统研究了C12A7∶Pr3+材料的微观结构和光学性质。结果表明, C12A7是一种理想的适合Pr3+掺杂的基质材料, C12A7∶Pr3+具有很强的位于491 nm的蓝绿光发射, 其独特的双波长光存储对应在491, 535 nm, 有望成为理想的新型光存储材料。

根据Dorenbos能级模型的推论, 利用掺杂Yb3+和Er3+对典型的长余辉材料SrAl2O4∶Eu2+,Dy3+(简称SAO∶ED)的发光特性(发光强度和余辉时间)进行调制。在发光特性分析中, 发展并使用了一种简便易行的解析模型, 而不是常用的多项e指数衰减函数的经验模型。研究发现, 正如Dorenbos所预言的, Yb3+掺杂确实能够提高SAO∶ED的发光强度; 但进一步研究发现, Yb3+不完全是发光中心, 而是一种辅助激发中心。Er3+掺杂效果也和Dorenbos的预言相同, 即它是一种俘获中心; 但是当Er3+和Yb3+共掺杂时, Er3+却有一种脱俘作用, 使得初始发光强度增强, 衰减常数变小, 但蓄光能力变化不大。

分别以二苯甲酰甲烷(HDBM)、1-苯基-3-联苯基-1,3-二酮(HPBPD)为第一配体, 以邻菲啰啉(phen)、二吡啶并［3,2-a:2′,3′-c］哇喔啉(dpq)、二吡啶并［3,2-a:2′,3′-c］吩嗪(dppz)为第二配体合成了11种三元稀土配合物, 对它们进行了元素分析、红外光谱、紫外光谱、差热-热重分析、荧光激发和发射光谱的测定。结果表明, 配合物的组成为: RE(DBM)3L和RE(PBPD)3L·1/2H2O(RE3+=Eu3+, Tb3+; L=phen, dpq, dppz), 所有配合物均为非电解质; β-二酮配体通过羰基氧原子与稀土离子螯合成键, 氮杂菲配体配位方式类似于邻菲啰啉, 通过两个氮原子配位; β-二酮铕系列配合物较铽系列配合物的发光强度更强, 中性配体phen、dpq传递能量的能力强于dppz。几种配合物的发光寿命测定结果表明铽配合物Tb(DBM)3phen的发光寿命较长, 发光强度强的Eu(DBM)3dpq配合物发光寿命长于发光强度弱的Eu(DBM)3dppz配合物。

用高温固相法合成了用于白光LED的Na2Ca4(1-x-y)(PO4)2SiO4∶xEu3+,yBi3+红色荧光粉。研究了助熔剂H3BO3、二次煅烧时间和稀土掺杂量等制备条件对样品发光性质的影响。结果表明, 在1 200 ℃、助熔剂H3BO3加入量为样品质量的3.8%时可得到更有利于发光的α-NCPS基质,而且掺入Eu3+、Bi3+之后, 基质的晶格结构没有发生明显变化; 适宜的二次煅烧时间为1.5 h。Bi3+的共掺杂可以通过能量传递大幅提高Eu3+的发光强度, 当Eu3+、Bi3+的摩尔分数分别为x=0.04和y=0.01时, 粉体具有最强的红光发射。 表明这种荧光粉是一种可很好用于近紫外芯片的白光ＬＥＤ的红色荧光粉。

采用共沉淀法结合高温固相法, 在碳还原气氛下合成了SrCO3∶Mn2+绿色荧光粉, 用XRD和荧光光谱分别对样品的结构和发光性能进行了表征。XRD结果证实, 样品为单一斜方晶系的SrCO3相; 荧光光谱检测表明, 样品在267 nm左右紫外线激发下, 产生峰位位于547 nm的明亮绿光, 对应于Mn2+的4T1(4G)→6A1(6S)电子跃迁。样品的最佳烧结温度为1 000 ℃, Mn2+的最佳掺杂摩尔分数为2.0%。

用微乳液法合成出SiO2包覆的Er3+掺杂的Y2O3粉体。X射线衍射结果表明, 所制备粉体为立方Y2O3结构。透射电镜照片显示, 其颗粒形状近似为球形, 粒径为20～50 nm。该粉体在波长为980 nm的半导体激光器激发下发射出中心波长为562 nm的绿色和660 nm的红色上转换荧光, 分别对应于Er3+离子的4S3/2/2H11/2→4I15/2跃迁和4F9/2→4I15/2跃迁, 发光强度和激发功率的关系揭示其均为双光子过程。Er3+掺杂的Y2O3粉体具有高效的上转换发光性能, 而经过纳米复合后制成的Y2O3(核)/SiO2(壳)在水溶液中具有较好的悬浮性, 这对于其在生物荧光标记的应用具有重要意义。

采用射频等离子体增强化学气相沉积技术制备了纳米晶硅粒子, 并对其溶液发光的稳态和瞬态特性进行了研究。稳态光致发光结果显示, 新制备的纳米硅粉体表现为峰值位于440 nm附近的蓝色发光, 经长时间氧化后, 该波段发光强度显著增强, 并且出现另一峰值位于750 nm附近的红色发光带。不同波长激发和时间分辨光致发光谱的分析表明, 纳米硅粒子蓝色发光归因于粒子内部载流子的带-带跃迁过程, 衰减时间在纳秒量级, 氧化造成该波段发光衰减时间常数增加。氧化后出现的红色发光来源于载流子经由表面缺陷态的辐射复合, 该发光衰减寿命微秒量级。

制备了Ti4+掺杂硼硅酸盐玻璃, 根据玻璃样品的差热分析(DTA)进行微晶化处理, 测试了Ti4+掺杂硼硅酸盐微晶玻璃的X射线衍射(XRD)谱、透射电镜(TEM)图像、吸收光谱和发射光谱。根据Scherrer公式计算了BaYF5微晶的平均晶粒尺寸并与TEM图像进行比对。在紫外光激发下, 观察到Ti4+掺杂BaYF5硼硅酸盐微晶玻璃强烈的宽带发光(300～800 nm), 对应于Ti4+(3d0)-O2-(2s2 3p6)的电荷迁移跃迁, 与未经热处理玻璃样品相比, 微晶玻璃的发光强度增强。通过优化热处理温度和掺杂浓度, 得到了紫外光激发下发白光的Ti4+掺杂BaYF5 硼硅酸盐玻璃, 对应的色坐标为 (0.261,0.351)。

研究了温度(包括退火温度, 测试温度)变化对Eu3＋掺杂TiO2纳米颗粒的结构和光学性能的影响。结果表明: 随着退火温度的升高, 纳米颗粒的尺寸变大, Eu3+ 发光增强; 而且当退火温度升到973 K时, 纳米颗粒的形状由球状变成方形, 并开始发生相变; 此后Eu3＋离子发光峰的强度随着温度升高明显减弱, 与此同时生成了一个新的宽荧光峰(峰位在796 nm)。随着测试温度的降低, Eu3＋离子发光强度逐渐减弱, 宽荧光峰的强度明显增强。 对上述现象的机理进行了讨论。

采用两步AlN缓冲层(一层低温AlN和一层高温AlN)在r面蓝宝石衬底上生长了非极性的a面GaN, 并利用高分辨X射线衍射和光致荧光谱对所生长的材料进行了研究。两步AlN缓冲层在我们之前的工作中已被证明比单步高温AlN或低温GaN缓冲层更有利于减小材料各向异性和提高晶体质量, 本文进一步优化了两步AlN缓冲层的结构, 并得到了各向异性更小, 晶体质量更好的a面GaN薄膜。分析表明, 两步AlN缓冲层中的低温AlN层在减小各向异性中起着关键作用。低温AlN层能抑制了优势方向(c轴)的原子迁移, 有利于劣势方向(m轴)的原子迁移, 从而减小了Al原子在不同方向迁移能力的差异, 并为其后的高温AlN缓冲层和GaN层提供“生长模板”, 以得到各向异性更小、晶体质量更好的a面GaN材料。

以2-苯基吡啶为主配体, 3-乙酰基樟脑为辅助配体合成了一种新型的具有大空间位阻的环金属铱配合物Ir［(ppy)2(acam)］, 对它的化学结构和光物理性质进行了表征。以环金属铱配合物Ir［(ppy)2(acac)］的发光效率(0.34)为参照物, 配合物在2-甲基四氢呋喃溶液中的光致发光效率为0.54, 表明在配合物中引入3-乙酰基樟脑为辅助配体能够降低分子间相互作用, 提高量子效率。将该配合物掺杂在聚合物主体材料中, 制备了绿色聚合物发光器件。器件结构为: ITO/PEDOT∶PSS(45 nm)/PVK(40 nm)/PFO+30%PBD∶xIr(ppy)2(acam) (70 nm)/Ca(10 nm)/Al(150 nm)。当掺杂质量分数为1%时, 器件的最大功率效率、最大流明效率和最大亮度分别为4.23 lm/W, 15.1 cd/A和9 939cd/m2。

采用0.35 μm 双栅标准CMOS工艺设计和制备了叶型硅发光器件。叶型硅发光器件由3个楔型器件的组合而成, pn结结构为n阱/p+结。使用奥林巴斯IC显微镜测得了器件的显微图形, 并对器件进行了电学特性测试。器件工作在雪崩击穿下, 开启电压为8.8 V, 能够发出黄色可见光; 正向偏置下, 器件开启电压为0.8 V。在与已经制备的楔型器件比较时发现, 器件发光受串联电阻分压影响, 并且有点增强发光现象, 这些情况均与器件的电极布局有关。

论述了一种利用硅太阳能电池在一定偏压下的电致发光(Electroluminescence, EL )成像来检测硅太阳能电池隐性缺陷的方法。硅太阳能电池的EL波长范围为850～1 200 nm。正向偏压下的EL光强反映了少数载流子的浓度及其扩散长度, 而反向偏压下的EL区和发光强度对应于电池的缺陷区域和缺陷密度。用硅CCD相机对硅太阳能电池的EL快速成像, 然后根据EL成像的明暗强度可检测出电池的隐性缺陷。由于内在缺陷处EL强度比外在缺陷处受温度的影响更敏感, 所以可利用电池缺陷处EL强度随温度变化的差异来辨别缺陷的类型。

通过电化学沉积方法成功生长了Co掺杂ZnO的薄膜, 但并没有实现室温下的铁磁性。通过NH3等离子体的后处理, 导致有一部分N原子进入了ZnO晶格替代了一部分O格位, 从而在ZnO中产生空穴。在空穴间接交换作用下, ZnCoO薄膜中产生了被束缚的磁极子, 产生了室温下的铁磁性。

采用碳酸锂(Li2CO3)为n型掺杂剂, 苝四甲酸二酐(3,4,9,10 perylenetetracarboxylic dianhydride, PTCDA)为母体材料, 通过真空热蒸发方式制备了n型掺杂的PTCDA复合材料, 将其作为电子注入材料应用到NPB/Alq3异质结有机电致发光器件中。研究发现, 同Li2CO3∶BCP(1∶4)/Al 结构和LiF/Al结构相比, Li2CO3∶PTCDA(1∶1)/Al结构能显著提高发光器件的亮度, 器件功率效率也有所增加。发光器件性能的提高可以归因于两点: 一是Li2CO3∶PTCDA(1∶1)的电导率显著高于Li2CO3∶BCP(1∶4)和本征Alq3, 能够有效降低电流传导过程中的欧姆损失; 二是阴极Al原子的渗透使Alq3/Li2CO3∶PTCDA界面变成欧姆接触。

采用氧化还原法制备了纳米尺寸的银溶胶, 研究了纳米银粒子对核黄素(Riboflavin, Ri)水溶液吸收光谱和荧光光谱的影响。Ri溶液中加入纳米银粒子, 随着纳米银浓度的增大, 吸收强度不断增强, 372 nm处吸收峰红移, 而444 nm处吸收峰蓝移, 同时发生荧光猝灭现象。从无辐射通道增强、纳米银表面局域场减弱及Ri分子第一激发单重态(S1)布居减少、能量转移等方面初步探讨了荧光猝灭的原因。

用50 μW/cm2 UV-B连续辐射大豆愈伤组织16 h, 发现大豆愈伤组织的自发发光强度逐渐增长, 延迟发光呈现衰减的趋势。通过对延迟发光动力学过程的分析, 得到了UV-B辐射下大豆愈伤组织延迟发光的特征参数积分强度I(T)、初始光子数I0、相干时间τ和衰减参数β的变化规律。结果表明, 大豆愈伤组织延迟发光初始光子数I0、相干时间τ和衰减参数β随着UV-B辐射时间的延长逐渐减小, 延迟发光积分强度I(T)与初始光子数I0成极好的正相关。根据生物超弱光子辐射的意义定义了描述细胞生命状态有序程度的序参量, 发现在50 μW/cm2 UV-B连续辐射下, 大豆愈伤组织序参量逐渐减小, 大豆愈伤组织序参量的变化很好地反映了UV-B辐射对组织细胞的伤害。

在模拟生理条件下, 用荧光光谱法和紫外-可见吸收光谱法研究芬布芬(FBF)和牛血清白蛋白(BSA)结合反应的特征。研究表明: 芬布芬与牛血清白蛋白形成复合物, 从而猝灭牛血清白蛋白的内源性荧光, 该过程为静态猝灭过程。根据Stern-Vlmer方程得出了不同温度下结合位点数和结合常数; 根据Frster非辐射能量转移理论得出了不同温度下的作用距离; 通过计算相应的热力学参数, 确定了芬布芬与牛血清白蛋白之间的作用力主要为静电引力。利用同步荧光光谱及三维荧光光谱法探讨了芬布芬与牛血清白蛋白作用前后白蛋白的构型变化, 以及共存金属离子对芬布芬与牛血清白蛋白结合常数的影响。