系统研究了在调制掺杂AlGaAs/GaAs异质结中嵌入InAs量子点后对二维电子气输运特性的影响。使用分子束外延设备生长了量子点层与二维电子气沟道距离(Tch)不同的3个样品, 霍尔测试结果表明, 二维电子气的电子迁移率和载流子浓度都随Tch的减小而降低。基于几何相位分析算法对部分样品的高分辨透射电镜图像进行了处理, 得到了其应变分布图。结果表明, 应变主要分布在量子点的周围, 并延伸到了量子点的上方。该不均匀的应力场可能是除库伦散射外影响电子迁移率降低的另一个重要因素。

以MCM-41为硅源, 在800～1 100 ℃下合成了Ba1.2Ca0.64SiO4∶0.10Eu, 0.06Mn荧光粉, 研究了煅烧温度对荧光粉发光性能的影响。实验结果表明, Eu2+的蓝绿光发射带的强度与宽度随煅烧温度的升高先增大后减小, 在1 000 ℃时强度达到最大。最大发射峰位随温度的升高而发生红移, 由800 ℃和900 ℃时的450 nm移至1 000 ℃和1 100 ℃时的480 nm。Mn2+的红光发射起源于Eu2+发射光的激发, 其强度随温度的升高而增大。与Mn2+发生能量传递作用的Eu2+主要位于10配位的M(1)格位。

量子点(QDs)所具有的一元激发多元发射的特点预示着QDs在高通量的多元量化生物信息处理领域具有应用前景。采用柠檬酸钠直接还原法制备了粒径为15 nm的Au纳米粒子, 利用静电自组装的方法构建了Au与QDs的荧光共振能量转移(FRET)系统。采用该系统研究了QDs的尺寸变化对FRET效率的影响, 获得了FRET效率和给体与受体之间交叠积分的关系。结果证明, QDs是构建多元均相免疫检测技术的一个有效给体。

利用水热法制备出与透明导电衬底附着良好的多种纳米结构ZnO薄膜, 包括纳米柱阵列、纳米管阵列、纳米片阵列等, 方便集成在多种器件上。并且实现了阵列中纳米柱、纳米管外径的调节, 柱外径在50～300 nm范围内可调, 管外径在300～1 000 nm范围内可调。几种纳米薄膜均显示出较强的疏水性。在未经任何低表面能物质修饰的情况下, 水在外径约300 nm的管状阵列表面的静态接触角已达138°。而在紫外光照射下, 这些疏水的ZnO薄膜还可以变得亲水。这些研究结果为ZnO纳米阵列在相关方面的应用提供了重要依据。

以六氢吡啶为催化剂, 通过Vilsmerier-Haack和Knoevenagel反应合成了一种新型的芳稠杂环化合物1,1-二(苯并咪唑-2-基)-2-(N-乙基咔唑-3-基)乙烯, 产率为72.53%。利用元素分析、FT-IR、UV-Vis、1H NMR、溶液和固体荧光光谱、循环伏安(CV)分析、TG-DTA热分析研究了产物的结构、光学特性、电化学特性和热稳定性。该化合物在DMF、DMSO和DCM 3种溶剂的稀溶液中均具有290 nm和375 nm两处紫外吸收峰以及470 nm处的蓝绿色荧光发射。不同DMSO和DCM体积比的混合溶剂的溶液荧光表明, 该化合物具有明显的AIE荧光效应。固体荧光光谱表明, 产物在327 nm和436 nm有两处激发峰, 最大发射峰位于484 nm, 相比于溶液荧光发生了红移现象。由循环伏安测试结果计算获得产物的能隙为2.79 eV, 电离势为5.43 eV, 电子亲和势为2.85 eV, 表明产物具有良好的电子传输能力。TG/DTA测试结果显示目标产物具有良好的热稳定性。

采用水热法制备了Sr(MoO4)x(WO4)1-x固溶体微晶。通过X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)和荧光分析(FA)表征了微晶的结构、表面形貌和发光性能。XRD和FT-IR结果表明制备的Sr(MoO4)x(WO4)1-x微晶皆呈现典型的四方晶相白钨矿结构。SEM结果表明制备的微晶为表面光滑且粒径均匀的球形颗粒。荧光发射光谱显示, 在275 nm紫外光激发下, 随着x值的增加, Sr(MoO4)x-(WO4)1-x固溶体微晶在350 nm处的发射逐渐减弱, 470 nm处的发射逐渐增强。

采用溶剂热法, 通过调节水和乙醇混合液的比例制备了多种形貌的ZnO微米结构。利用扫描电子显微镜(SEM)对ZnO微米结构的形貌及尺寸进行了观察。采用可以实现纳米级微观区域光谱采集的阴极射线发光(CL)技术, 对不同形貌的单个粒子的光谱进行精细表征, 获得了位置依赖的ZnO阴极射线发光数据。实验结果表明: ZnO材料的发光性质与形貌有关, 由于形貌差异导致其局部结晶质量、界面缺陷、表面电荷分布、表面晶面等方面的差异, 几种因素共同作用决定其最终的发光性质。

由于在日盲紫外探测方面的应用前景, 具有合适带隙的MgZnO合金半导体薄膜受到越来越多的关注。获得具有择优取向的单一相MgZnO对提升MgZnO基日盲紫外探测器性能至关重要。本文利用低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)方法在m面蓝宝石衬底上制备了一系列不同组分的MgxZn1-xO薄膜。光学和结构特性测试结果表明: Zn摩尔分数达到55%的Mg0.45Zn0.55O薄膜依然是单一立方相, 其光学带隙可以达到4.7 eV。立方岩盐结构MgZnO与m面蓝宝石衬底的外延结构关系为(110)MgZnO‖(1010)sapphire、［001］MgZnO‖［1210］sapphire和［110］MgZnO‖［0001］sapphire。唯一确定的面内取向有利于薄膜晶体质量的提高。基于(110)取向立方相Mg0.45Zn0.55O薄膜制备金属-半导体-金属(MSM)结构器件, 获得了光响应峰在260 nm、光响应截止波长278 nm的日盲紫外探测器。

利用脉冲激光沉积技术在非晶石英衬底上制备了立方结构MgZnO薄膜, 研究了在不同Ar/O2气压比例条件下, 立方结构MgZnO薄膜的生长取向、光学带隙和Mg/Zn含量比例的变化规律。当固定氧气分压为2 Pa、通过注入惰性的Ar气使生长气压从2 Pa升高到7 Pa时, MgZnO薄膜的生长取向由(200)向(111)转变。当生长气压从2 Pa升高到6 Pa时, MgZnO薄膜光学带隙变窄。而当生长气压从6 Pa升高到7 Pa时, MgZnO薄膜光学带隙反而变宽。通过XPS数据分析, 不同生长气压下MgZnO薄膜光学带隙的变化规律与薄膜Mg/Zn含量比例的变化规律不一致, MgZnO薄膜中Mg和Zn与O的结合情况的变化对薄膜的光学带隙也有影响。

利用射频磁控溅射方法, 使用Mg0. 04Zn0.96O 陶瓷靶材,选用不同流量比的氮气和氩气混和气体作为溅射气体, 在石英基片上生长N掺杂MgxZn1-xO合金薄膜。研究了氮流量比对薄膜组分、结构、形貌、电学性质和拉曼光谱的影响。结果显示:随着溅射气氛中氮流量比的增加, 薄膜中Mg含量增加, 薄膜表面颗粒尺寸减小, 结晶质量变差, 电阻率逐渐增大, 导电类型发生转变。在氮流量比为20%时, 获得了最好的p型导电薄膜。另外, 随着氮流量比的增加, 拉曼光谱中与NO相关的位于272 cm-1、642 cm-1左右的振动峰逐渐增强, 表明NO的浓度随着氮流量比的加大而有所增加。

通过溶胶-凝胶结合静电纺丝过程制备了In2O3/CuO纳米异质结。XRD和Raman光谱的研究表明, 随着前驱物中Cu/In比例的增加, CuO相的含量逐渐增加。吸收光谱研究表明, 随着CuO含量的增加, 复合纳米结构的可见光吸收明显增强。光催化实验研究结果表明, In2O3/CuO纳米异质结具有比单一相的In2O3和CuO更强的光催化性能, 其主要来源于异质结所导致的增强的光生电子和空穴的分离效率。

采用溶剂热法在相同条件下分别制备了纯ZnO和石墨烯-氧化锌纳米复合物, 通过SEM、TEM、拉曼和红外光谱等手段, 对纳米复合物样品进行了形貌和结构表征。实验结果显示ZnO纳米颗粒成功地分散在少层石墨烯上。通过对比纯ZnO与复合物的形貌和光致发光谱, 发现在没有石墨烯时, ZnO能够择优取向生长成六方棱柱, 紫外发光峰弱且宽; 在有石墨烯时, ZnO聚集成表面不规则的球形颗粒, 紫外发光峰强且窄。上述结果表明ZnO形貌的变化和石墨烯的等离子体效应共同影响了ZnO的紫外发光, 但石墨烯的表面等离子体效应起主导作用。

以葡萄糖为碳源, 通过水热法制备了碳量子点, 并通过Ｘ射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱和傅里叶红外光谱(FTIR)等方法对样品的结构、形貌和光学性能进行表征。结果显示: 以葡萄糖为碳源制备的碳量子点近似球形, 大小均匀, 分散性良好, 无团聚现象。其发射波长依赖于激发波长, 在紫外灯下发出明亮的绿光。

有机活性材料的低载流子迁移率使得有机光伏电池的电极收集到的电荷较少。增加活性层光吸收能够增加激子的产生数从而增加电极收集到的电荷, 提升器件的性能。通过对器件模拟的方法, 研究以P3HT∶PCBM为活性层的薄膜太阳能电池的光学性能。 在此基础上, 提出采用镀多层高反射膜的方法改善电池器件的光学性能。结果表明: 活性层厚度对电池器件的光吸收起到主导作用; 镀多层高反射膜在活性层厚度小于160 nm、Ag厚度小于20 nm时能大幅度改善电池器件的光学性能, 光生激子总数随活性层厚度的增加而迅速增多, 并且在活性层厚度约为150 nm时为一个最佳值。

将红、绿、蓝3种不同颜色的染料分别掺杂到相同的母体材料2,7-二(二苯基磷酰)-9-(4-二苯基胺)苯基-9-苯基芴(POAPF)中, 制得了可发3种颜色光的高效率有机电致发光器件。进一步将两种互为补偿色的发光材料以合适的掺杂浓度掺到POAPF中, 制得了高效率白光器件。该白光器件采用了单发光层结构, 器件电致发光光谱稳定性好, 随驱动电压变化较小。4种不同颜色的发光器件的最大功率效率分别为16.50,43.72,29.78,32.83 lm/W。

为了制备ZnO释能电阻并研究Al掺杂浓度对ZnO释能电阻材料的影响, 通过改进的制陶工艺制备了不同Al掺杂浓度的ZnO导电陶瓷。实验结果表明, Al掺杂浓度对ZnO释能电阻的导电性、能量密度和线性度均有较大的影响。Al的掺杂能较好地改善ZnO释能电阻的线性度, 非线性系数可低至1.02; Al掺杂能很好地控制ZnO的电阻率, 使其达到0.54 Ω·cm; Al掺杂还能较好地改善ZnO陶瓷的均匀性和密度, 从而提高ZnO释能电阻的能量吸收密度, 能量吸收密度高达720 J/cm3, 较金属释能材料高出2～3倍。

采用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)方法制备了不同AlN缓冲层厚度的GaN样品, 研究了AlN缓冲层厚度对GaN外延层的应力、表面形貌和晶体质量的影响。研究结果表明: 厚度为15 nm的AlN缓冲层不仅可以有效抑制Si扩散, 而且还给GaN外延层提供了一个较大的压应力, 避免GaN薄膜出现裂纹。在该厚度AlN缓冲层上制备的GaN薄膜表面光亮、无裂纹, 受到的张应力为0.3 GPa, (0002)和(1012)面的高分辨X射线衍射摇摆曲线峰值半高宽分别为536 arcsec和594 arcsec, 原子力显微镜测试得到表面粗糙度为0.2 nm。

为了改善锂离子电池负极材料ZnFe2O4导电性差和循环寿命低的缺点, 利用溶剂热反应方法制备了ZnFe2O4, 并通过复合碳纳米管对ZnFe2O4进行改性。充放电测试结果表明: 经过50次充放电后, 碳纳米管复合改性后的ZnFe2O4容量保持在860 mA·h·g-1, 具有较好的循环稳定性。碳纳米管具有良好的导电性与导热性, 改善了ZnFe2O4导电性差的缺点。

为了进一步明确MIM (Metal-insulator-metal)波导结构的SPP (Surface plasmon polariton)模式特性, 建立了MIM结构的SPP模式关系、激发系数和反射系数的理论模型。仿真数值计算结果表明: 较大的介质厚度的TM基态模式衰减超过了振荡模式衰减, 与传统的介质波导明显不同; TE模式表现为失真的介质光波导模式特性, 其传播距离要远大于TM0; MIM结构中腔的Q值随着长度增加而增大, 表明了SPP反射受限; 腔的品质因数改变与端面关系密切; MIM波导可以在具有更大Q值下确保光波更好地耦合成需要的SPP模式。

针对大功率LED场地照明集成芯片散热问题, 提出了一种新型散热器结构。该散热器利用高导热纯铝材料, 采用叠片的方式成型。采用实验和有限元模拟相结合的研究方法, 对包括直流电源的新型叠片式LED散热器的散热性能进行了研究。结果表明: LED电源达到稳态所需时间较长, 最终能够稳定在一个较低的温度范围。叠片式纯铝散热器通过增加散热面积和提高散热器材料的导热系数能有效降低LED结温。所设计的散热器和选择的电源在自然对流条件下能够很好地满足250 W大功率LED散热要求。

多光谱成像技术是一种结合传统的二维成像技术及光谱技术的新兴无损检测技术。本文利用有机磷农药的荧光特性, 结合多光谱成像技术和荧光激发技术, 研发了叶片农药残留快速检测的多光谱荧光成像系统。结果表明, 在190～300 nm的紫外光激励下, 配置好的有机磷农药氧乐果会在440 nm附近产生显著的荧光发射, 并且荧光发射光谱峰值与农药浓度具有良好的线性关系。滤光片可置换的多光谱成像系统研发以及实验检测结果为开发实时在线的农药残留快速无损检测系统提供了技术保障和理论依据。

为研究Al膜受短脉冲激光作用时的能量传输过程, 建立了一维半经典双温热传导模型。根据材料加工过程的熔化现象, 对模型的相变区域进行有效设置。通过有限元法求解, 得到晶格温度随时间分布的规律。根据自由电子气理论优化了模型, 得到Al膜表面反射率和热吸收系数随时间的分布图。得到了激光辐照所产生热电场的分布规律, 并分析了电子温度梯度对其影响。描绘出电子漂移运动速度的分布规律, 证实激光作用产生的热电场是电子漂移运动的主导因素, 发现最大漂移速度位置随时间的延长而加深。对激光作用后的晶格温度进行了区域性分析, 定义了过热加热区, 并得到激光烧蚀深度随时间的变化关系。实验结果表明, 不同功率皮秒激光烧蚀Al膜的深度接近于理论计算结果。