采用气相沉积法制备了WSe2二维纳米材料, 对其低温光致发光谱进行了研究。结果表明: 随着WSe2层数的增加, 其光致发光强度单调下降; 当WSe2层数从单层增加为双层时, 其发光强度急剧下降, 表明其能带结构已从直接带隙转变为间接带隙。进一步研究了双层WSe2的变温光致发光谱, 发现随着温度的升高, 双层WSe2发光峰中A峰峰位的变化基本符合半导体带隙的温度变化规律, 而I峰峰位红移与温度基本成线性关系, 表明双层WSe2同时存在间接和直接跃迁, 且直接跃迁和间接跃迁特性不同。

采用高温固相法合成Ca取代Sr3Al0.6Si0.4O4.4F0.6∶Ce3+中Sr的 Sr3-xCaxAl0.6Si0.4O4.4F0.6∶Ce3+荧光粉。由于Sr3Al0.6Si0.4O4.4F0.6∶Ce3+中Sr具有十配位Sr(1)和八配位Sr(2), 所以激活剂离子Ce3+也具有两个不同的占位。结合Ce3+的光谱结果和Van Uitert经验公式, 分别研究了十配位Ce(1)3+和八配位Ce(2)3+的猝灭浓度和荧光寿命, 指出是由于Ca的掺入减小了Ce(1)3+发光中心, 增加了Ce(2)3+发光中心, 从而出现随着Ca/Sr比增加, 样品在400 nm激发下发光强度减小, 而在460 nm激发下发光强度增大的现象。同时, Ca的掺入增强了粉体发光的热稳定性。调节Ca含量可以使粉体实现从绿黄色到黄色的发光, 表明Sr3-xCaxAl0.6Si0.4-O4.4F0.6∶Ce3+荧光粉是一款潜在的适合近紫外和蓝光激发的白光LED用荧光粉。

在Zn1-xMgxO中, x=0.4～0.6仍为一个岩盐矿和纤锌矿共存的结构, 影响了其晶格质量。本文利用等离子体辅助的分子束外延设备在c面蓝宝石衬底上外延生长了ZnO/ZnMgO超晶格, 并改变其生长过程中的Ⅱ-Ⅵ比, 利用原子力显微镜、X射线衍射、透射谱和X射线光电子能谱对样品进行了表征分析。发现在较低氧分压下制备的样品结构以岩盐矿为主导, 而在较高氧分压下两相共存并以纤锌矿为主。这种相分离现象与裂解氧原子的密度有关。

采用甘氨酸作为燃料, 制备了单斜相Gd2O3∶Bi3+,Nd3+纳米发光材料。使用X射线粉末衍射仪和TEM对样品的结构和形貌进行了表征, 并研究了制备条件对样品的可见及近红外激发和发射光谱、发光强度、荧光寿命等的影响。结果表明, 体系中存在高效的Bi3+→Nd3+能量传递过程, 当Bi3+和Nd3+的掺杂摩尔分数分别为6%和2%时, 单斜相Gd2O3∶Bi3+,Nd3+荧光粉可以获得最强的近红外光发射。与单掺Nd3+的样品相比, 单斜相Gd2O3中掺杂Bi3+和Nd3+后, 样品的近红外发光增强近20倍。

上转换发光材料由于低的发光效率, 限制了其在太阳电池中的实际应用。为解决此问题, 采用溶剂热法制备了LiYF4∶Er3+/Yb3+上转换发光颗粒, 在LiYF4基质中引入Na+来打破Er3+周围晶体场的对称性, 增强其发光性能。研究了Na+掺杂对LiYF4∶Er3+/Yb3+的结构、形貌及其发光的影响。结果表明: 掺杂的Na+可以裁剪Er3+周围的晶体场, 当Na+摩尔分数为15%时, 得到了较大的发光增强, 绿光和红光发射分别获得4.2倍和2.9倍的增强。Er3+周围晶体场对称性的降低和材料中OH基团的减少是其发光增强的主要原因。

在较低温度下实现平整ZnO薄膜的生长有利于ZnO的可控p型掺杂以及获得陡峭异质界面。本文使用分子束外延方法, 采用a面蓝宝石为衬底, 在450 ℃下生长了一系列ZnO薄膜样品。在富氧生长的条件下, 固定氧流量不变, 通过调节锌源温度来改变锌束流, 以此调控生长速率。样品的生长速率为40~100 nm/h。通过扫描电镜 (SEM) 表征发现: 在高锌束流的生长条件下, 样品表面有很多不规则的颗粒; 降低锌的供应量后, 样品表面逐渐平整。原子力显微镜(AFM)测试结果表明: 样品的均方根表面粗糙度(RMS)只有0.238 nm, 接近于原子级平整度。这种平整表面的获得得益于较低的生长速率, 以及ZnO外延薄膜与a面蓝宝石衬底之间小的晶格失配。

利用水热法合成了α-SrHPO4∶RE(RE=Eu3+, Tb3+)纳米磷光体, 并研究了材料的形貌与光谱特性。 α-SrHPO4纳米粒子为长度90～200 nm的棒状结构, 直径为24～36 nm。Eu3+和Tb3+的掺杂均会降低α-SrHPO4的结晶度, 并减小其长径比。α-Sr0.97HPO4∶0.03Eu3+在395 nm近紫外光的激发下, 存在分别由5D0→7F1和5D0→7F12跃迁引起的590 nm和614 nm发射峰, 最终发射橙红光。α-Sr0.97HPO4∶0.03Tb3+在217 nm近紫外光的激发下, 存在由5D4→7F5跃迁引起的543 nm绿光发射。

采用溶胶凝胶模板法制备红色长余辉发光材料Y2O2S∶Eu3+,M2+(M=Mg,Ca,Sr,Ba),Ti4+纳米阵列, 利用X射线衍射、扫描电子显微镜和荧光分光光度计、照度计分别研究了不同二价离子掺杂下所合成样品的物相、形貌及发光性能。结果表明: 样品排列整齐有序, 管径大小统一; 不同的二价离子种类没有改变晶体结构和发射峰的位置, 但对余辉性能有较大的影响。用324 nm波长光激发样品, 由于Eu3+的5D0→7F2跃迁, 最强的红色发射峰位于626 nm处; 不同离子掺杂样品的余辉性能按Ba2+、Ca2+、 Sr2+、Mg2+的顺序递加, 其中二价离子为Mg2+ 时, 余辉时间长达287 s (≥1 mcd/m2), 表现出最佳的余辉性能。

利用环糊精类物质能够形成超分子包合物的性质, 研究了电中性的β-环糊精(β-CD)和负电性的羧甲基-β-环糊精(CM-β-CD)与电化学发光(ECL)活性物质三联吡啶钌(Ru(bpy)2+3)形成超分子包合物的能力及其对ECL的增强作用。结果表明: 形成的超分子包合物能够增强Ru(bpy)2+3的ECL, 其中CM-β-CD具有更强的增强作用。相对于Ru(bpy)2+3, CM-β-CD增强了1.42倍, 而β-CD仅为1.28倍。以制备的表面电荷为负的SiO2纳米粒为载体, 考察了其对Ru(bpy)2+3超分子包合物的吸附能力。结果表明, 与Ru(bpy)2+3的CM-β-CD超分子包合物相比, SiO2纳米粒载体对Ru(bpy)2+3的β-CD 超分子包合物表现出了更强的吸附能力。制备了ECL信号放大能力最强的β-CD-Ru(bpy)2+3超分子包合物的SiO2复合纳米粒。

采用油酸辅助的水热法制备了Er3+/Yb3+共掺NaYF4微晶, 通过在反应体系中引入Zr4+离子, 实现了NaYF4微晶的晶相控制和上转换发光增强。X-射线衍射和扫描电镜结果表明: Zr4+离子的引入能够明显加快立方相α-NaYF4向六方相β-NaYF4的相转变过程。当Zr4+离子的引入摩尔分数为5%时, 获得了纯的六方相β-NaYF4微晶。 Er3+/Yb3+共掺NaYF4微晶在980 nm激光泵浦下, 观察到强的上转换绿光和红光发射, 且上转换发光强度随着Zr4+离子添加量的增加逐渐增大。

合成了一种铱配合物［(DFPPM)2 Ir(acac)］( DFPPM=2-(2, 4-二氟苯基) 嘧啶, acac=乙酰丙酮),利用 X 射线单晶衍射仪测定了该化合物的晶体结构。利用紫外-可见吸收光谱、发射光谱对其光物理性质进行研究。结果表明:(DFPPM)2 Ir(acac)的单晶结构属于三斜晶系, P-1空间群, 晶胞参数a=14.444 4(7) nm, b=18.047 9(10) nm,c=19.220 0(9) nm,α=113.115(5)°,β=90.453(4)°,γ=90.989(4)°,V=4 607.0(4) nm3。(DFPPM)2 Ir(acac) 在二氯甲烷溶液中的发射峰为 496 nm。以(DFPPM)2 Ir(acac)为客体材料, 制备了结构为ITO/NPB(40 nm)/CBP∶(DFPPM)2Ir (acac) (质量分数10%, 30 nm)/TPBi (15 nm) /Alq3 (50 nm)/Mg∶Ag(150 nm, 10∶1)/Ag(10 nm)的器件, 器件的发射峰位于494 nm, 最大亮度达到21 400 cd/m2, 最大电流效率为12.0 cd/A, 最大功率效率为 5.4 lm/W。

采用超声波辅助分散法在云母钛珠光颜料表面原位生成镨掺杂的钛酸钙, 制备一种具有荧光效果的珠光颜料。分别采用荧光分光光度计、激光粒度分析仪、X射线衍射仪、冷场扫描电子显微镜和全自动色差计对所制备的样品进行表征。结果表明: 在包覆率为5.3%、煅烧温度为900 ℃、煅烧时间为150 min的条件下获得的样品表面光滑平整、粒径分布均匀(平均粒径为24.34 μm)。该样品在太阳光下呈白色, 其颜色特征参数(L*,a*,b*)为(89.03,-1.29,1.00)。在304 nm紫外光激发下, 样品的发射光谱主峰位于613 nm, 呈红光发射, 对应于Pr3+的1D2→3H4跃迁, 平均荧光寿命为154.50 μs。

采用直接氮化法制备出尺寸不同的GaN纳米粒子, 分别利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和光致发光(PL)谱测试手段对所制样品进行表征和发光特性的研究。结果表明: 所制备的两种GaN纳米粒子直径分别为100 nm和300 nm左右。在GaN纳米粒子的PL谱中, 中心在357 nm的发射源于本征发光, 中心在385 nm的发射带源于浅施主能级到价带的辐射复合, 中心在560 nm左右的发射带源于浅施主能级到深受主能级间的施主-受主对辐射发光。

制备了掺镱多组分硅酸盐光子晶体光纤纤芯材料。其折射率为1.586, 有效荧光半高宽为85.3 nm, 荧光寿命为1.30 ms。分析了光纤结构参数对光子晶体光纤的归一化频率(单模截止条件)、数值孔径、有效模面积、非线性效应和限制损耗等参数的影响。设计了以该材料为纤芯, 内包层为八边形、五层空气孔的新型结构光子晶体光纤。用有限元法对该光子晶体光纤性能进行了数值模拟。结果表明, 该光纤有效模场面积为1 150 μm2; 当空气孔直径为21.6 μm、孔间距为60 μm时, 内包层数值孔径达到0.45。

针对GaN基LED空穴注入效率低的问题, 在量子阱与电子阻挡层之间插入低温空穴注入层(LT-HIL), 实验研究了MOCVD生长LT-HIL时二茂镁(Cp2Mg)流量和生长温度的影响。结果表明: 随着Cp2Mg流量的增加, 外延薄膜晶体质量下降, 外延片表面平整度和均匀性降低; 而受Mg掺杂时补偿效应的影响, 主波长先红移后蓝移, 芯片的输出光功率先升高后降低, 正向电压先降低后升高。相比于无LT-HIL的样品, 在20 mA工作电流下, Cp2Mg流量为1.94 μmol/min时制备的芯片的输出光功率提升20.3%, 而正向电压降低0.1 V。在Cp2Mg流量较大时, LT-HIL的渐变式生长温度对外延质量有所改善, 但不是主要影响因素。

用化学气相沉积的方法合成了ZnO纳米线, 采用微栅模板法制得电极从而获得欧姆接触的单根ZnO纳米线半导体器件。通过研究60～300 K范围内的电阻变化情况, 发现在整个温度区间内存在热激活和近程跳跃两种传输机制。在300, 200, 100 K的条件下分别测试了器件的紫外光响应和恢复情况, 结果表明: 低温下器件对紫外光的敏感性提高, 电流的恢复时间随着温度的降低而延长。

以 ZnO∶Al为底电极, Cu为顶电极, 在同种工艺条件下分别制备了类电容结构的纯ZnO 阻变器件和ZnO∶2%Cu阻变器件, 分析比较了两种器件的典型I-V特性曲线、置位电压(VSet)和复位电压(VReset)的分布范围、器件的耐久性。结果显示, ZnO∶Cu阻变器件较纯ZnO阻变器件有更大的开关比和更稳定的循环性能。另外, 研究了 ZnO∶Cu阻变器件的阻变机理, 通过对其I-V特性曲线分析得出以下结论: ZnO∶Cu阻变器件在高阻态遵循空间电荷限制电流效应, 低阻态符合欧姆定律。

采用一种无需催化剂和载气的简便碳热还原法制得长度约为100 μm、直径约为500 nm、长径比达到200的超长ZnO纳米线, 讨论了Si基底位置、沉积时间以及反应物原料的量对ZnO纳米线形貌的影响。对ZnO纳米线的气敏性能进行研究, 结果表明: 在工作温度为350 ℃时, ZnO纳米线传感器能够很好地检测酒精气体, 具有选择性好、响应恢复快的优点, 且最低检测体积分数为5×10－6。另外, 通过一种简单、实用的介电泳法制得基于ZnO纳米线的紫外传感器。在365 nm紫外灯照射下, 光电流增加了13%; 而在254 nm紫外灯照射时, 光电流则没发生变化, 说明该传感器对不同波长的紫外光有一定的选择性。

使用现有生产线上工艺成熟且成本低廉的技术实现ITO粗化以提高GaN基LED蓝光芯片的出光效率是产业界重要的研究课题。本文通过普通光刻技术和湿法腐蚀技术, 实现ITO表面粗化, 有效地提高了LED芯片的输出光功率。输入电流为20 mA时, ITO层制备密集分布的三角周期圆孔阵列后, 芯片输出光功率提升11.4%, 但正向电压升高0.178 V; 微结构优化设计后, 芯片输出光功率提升8.2%, 正向电压仅升高0.044 V。小电流注入时, 密集分布的三角周期圆孔阵列有利于获得较高的输出光功率。大电流注入时, 这种结构将导致电流拥挤, 芯片的电光转化效率衰减严重。经过优化设计后的微结构阵列器件, 具有较高的电注入效率, 因此芯片的出光效率较高且随输入电流的增加而衰减的趋势较慢, 因此更适合大电流下工作。

通过化学裁剪法打开碳纳米管获得了粒径一致、性能稳定、具有蓝色荧光的石墨烯量子点。该方法属于化学溶液法,具有成本低廉、工艺简单、条件易控等优势。将该样品与半导体聚合物按一定比例混溶, 通过旋涂技术形成基于石墨烯量子点掺杂的聚合物复合薄膜, 进而制成柔性存储器。该柔性可弯曲存储器具有低驱动电压、接近103的ON/OFF 比率、较好的循环次数, 较好的重复性和稳定性。该研究结果为柔性有机存储器领域的研究展开了新的方向。

对船舶噪声刺激下的生物发光特性展开研究, 发光生物为夜光虫。利用声学换能器模拟船舶辐射噪声, 在含有发光生物夜光虫的实验水槽中进行生物发光实验。声学换能器发出不同频率, 对夜光虫受不同频率噪声激励下的发光特性进行记录。通过对不同激励频率下夜光虫发光图像的分析处理, 得到不同频率激发下生物发光点图像, 经统计分析得到了夜光虫在船舶噪声激励下的发光特性, 得出夜光虫发光点数随频率和声源级的增加而增加的结论。

以二苯醚(DE)为参照物, 借助Gaussian软件的量子化学计算并结合自然键理论与跃迁密度矩阵平面图对9种对位卤代二苯醚的基态分子活性、紫外光谱及基态-激发态电子跃迁机理进行了对比分析。研究结果表明: 处于基态时的DE与4,4′-二氯二苯醚(CDE-15)分别最易发生亲电/核反应, 对位卤代基的引入缩小了DE的能级差。随着取代基体积的增大, 对位取代二苯醚紫外光谱的最大吸收波长变大, 吸收增强。所研究的10种物质有着相似的跃迁机理。