使用高温固相法于还原气氛中合成了SrLiAl3N4: Eu2+荧光粉并研究了其晶体结构和发光性质。样品均可以被蓝光或紫外光有效激发发射红光。XRD和SEM图谱显示合成了单相SrLiAl3N4。粉体的激发光谱在200～600 nm波长范围内呈现出双峰宽带激发带, 在267 nm、474 nm处分别有一个激发峰。发射光谱仅有一个宽带发射峰, 峰值在654 nm处, 属于Eu2+离子的5d→4f特征跃迁。荧光粉发光强度与Eu2+离子掺杂摩尔分数之间的关系表明: 随着Eu2+离子掺杂摩尔分数的增加, 粉体发光强度先上升后下降, 最佳掺杂摩尔分数为0.4%, 继续增大Eu2+离子的掺杂量会发生浓度猝灭现象。所准备的SrLiAl3N4: Eu2+荧光粉具有较好的热稳定性和较高的量子效率。

为了验证激光诱导击穿光谱技术对中药内重金属铜元素检测的可行性, 以黄连、附片、茯苓作为检测对象, 分别为其配制了一系列浓度不同的含铜样品。采用1 064 nm的纳秒脉冲激光器作为激发光源, 八通道光谱仪进行光谱采集。选用Cu 324.7 nm作为特征谱线进行分析, 实验确定最佳延迟时间为0.5 μs。根据黄连、附片、茯苓的不同基体情况分别选取适当内标参量进行定量分析, 所得线性拟合度分别为0.986,0.931,0.975, 并与直接定标所得结果进行了对比。实验结果表明, 内标法可提升拟合精度, 激光诱导击穿光谱技术可用于中药重金属铜元素污染的快速检测。

LED灯的色温受到注入电流和结温变化的同步影响。通过分析实验系统采集到的HL001WY 型GaN 基白光LED在不同管脚温度和注入电流作用下色温变化的实验数据, 利用曲线拟合与趋势回归方法建立色温、注入电流以及管脚温度三者之间动态变化的非线性预测模型, 并对非线性模型的系数采用二次回归来补偿模型系数引起的预测值波动, 提高模型计算精度。抽样测验和模型计算对比表明, 利用该方法建立的动态非线性色温控制模型得到的计算数值与实验测量值的相对误差小于1.5%。

以SU-8光刻胶作为波导芯层材料, 设计了基于金纳米粒子的局域表面等离子体共振(LSPR)波导传感器。根据Mie理论, 建立了金纳米粒子的消光模型, 理论分析了纳米粒子半径、待测物折射率等因素对局域表面等离子体共振曲线的影响。分析表明: 当待测液体折射率增大时, LSPR共振峰的位置发生红移。随着金纳米粒子半径的逐渐增大, 传感器灵敏度增加。共振吸收峰逐渐由单峰变为双峰, 其中一个峰位于520 nm波长附近, 主要由表面等离子体吸收造成; 另一个峰随金纳米粒子半径的增大而逐渐红移, 主要由表面等离子体散射造成。

采用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为还原剂和保护剂, 在140 ℃下回流反应, 简便合成了荧光银纳米簇(DMF-AgNCs)。通过高分辨率透射电镜(HRTEM)、紫外-吸收光谱、荧光光谱对DMF-AgNCs进行了表征。研究发现, Hg2+会使DMF-AgNCs聚集而猝灭荧光。基于此, 建立了一种快速、灵敏检测Hg2+的新方法。在最佳实验条件下, Hg2+溶液浓度与DMF-AgNCs荧光强度在5.0×10－9～1.5×10－7 mol/L范围内呈良好的线性关系, 检测限为3.0×10－9 mol/L, 线性相关系数为0.995 8。该方法可用于环境水样中Hg2+的检测。

利用3-羟基丙酸(MPA)包覆的Mn掺杂ZnS量子点与盐酸米托蒽醌(MTX)构建了一种可简单测定DNA的磷光复合体系。该体系以MTX作为良好的电子受体, 通过光诱导电子转移(PIET)原理猝灭Mn掺杂ZnS量子点的室温磷光(RTP)。当体系中加入DNA后, DNA通过静电和嵌插作用与MTX结合, 形成更稳定的复合物, 并使MTX从Mn掺杂ZnS量子点表面脱离, Mn掺杂ZnS量子点的RTP恢复, 从而实现了对DNA的痕量检测。该体系检测DNA的线性范围为0.1～20 mg·L-1, 检出限为0.07 mg·L-1。该方法可有效避免其他共存物质的干扰并可应用于实际生物样品中DNA含量的快捷测定。

研究了电流和温度应力因子及其共同作用时对GaN基白光LED可靠性的影响, 并从LED结构方面探究了各应力下LED的失效机理。结果表明, 以电流作为加速应力时, 荧光粉退化为其主要的失效方式, 同时LED出光的相关色温上升, 红色比减少; 在热应力下,主要是LED芯片结构发生变化, 峰值波长蓝移, 光通量衰减, 同时支架出现老化现象。电流和温度应力共同作用时, 温度应力对LED光通量的影响大于电流应力。电-热应力下的光通量衰减大于电、热应力单独作用时的衰减之和, 即电-热应力作用时, 光衰不具有线性叠加性。

以乙醇-草酸混合溶液为电解液, 用二次阳极氧化法制备纳米多孔Al2O3: C薄膜。 在制备过程中, 碳的掺杂浓度可控。实验结果表明, 随着碳浓度的增加, 热释光强度逐渐增大; 随着退火温度的升高, 320 ℃左右的主热释光峰的强度先升高后降低。在退火温度为500 ℃时, 主热释光峰的强度达到最大。纯草酸溶液制备的Al2O3薄膜的热释光剂量响应曲线在10～50 Gy是线性的, 在50～100 Gy呈超线性; 而乙醇-草酸混合溶液制备的Al2O3: C薄膜在10～100 Gy基本呈线性。

用高温固相法合成了不同掺杂浓度的Li+、Na+和Eu3+共掺Lu2O3闪烁体发光材料, 使用XRD进行结构表征, 用扫描电镜观察了样品形貌, 测量了激发光谱、发射光谱, 分析了Li+、Na+和Eu3+的掺杂浓度以及温度对合成样品发光强度的影响。结果显示, Li+、Na+掺杂摩尔分数分别为2.5％和1％, 在800 ℃空气中煅烧2 h制备的Lu2O3: 5％Eu3+样品的发光最强。在同样条件下, 比单掺2.5％Na+的样品发光强度提高1.89倍, 比单掺2.5％Li+的样品发光强度提高3.97倍, 比不掺Li+和Na+的样品发光强度提高6.43倍。

由于在很多特殊应用领域要求980 nm泵浦源半导体激光器具有光谱稳定、低功耗等, 本文通过对980 nm单模半导体激光器的腔长、腔面反射率及光纤光栅反射率等优化设计, 研制出低阈值、高功率980 nm光纤光栅外腔波长稳定半导体激光器。该低功耗、波长稳定的单模半导体激光器, 在100 mA工作电流下尾纤输出功率达到51 mW, 3 dB带宽为0.16 nm, 边模抑制比大于40 dB, 器件在250 mA工作电流下, 尾纤输出功率达到120 mW。

使用R-4B和GIrl作为磷光掺杂剂、CBP为主体、BPhen为发光层间隔层, 制备了包含红、绿双发光层的黄色磷光OLED器件。器件结构为ITO/MoO3(40 nm)/NPB(40 nm)/TCTA(10 nm)/CBP: GIrl(14%)(20 nm)/BPhen(x nm)/CBP: R-4B(6%)(10 nm)/BCP(10 nm)/Alq3(40 nm)/LiF(1 nm)/Al(1 000 nm)。BPhen位于两发光层之间, 具有调节载流子复合的功能, 其中x为BPhen的厚度。通过调整x的值, 研究了BPhen厚度对OLED器件发光性能的影响。实验结果表明, 适当厚度的BPhen层可以提高器件的发光亮度和电流效率。BPhen厚度为6 nm的器件性能最佳, 16 V驱动电压下的器件亮度最高可达11 270 cd/m2, 最大电流效率为24.35 cd/A, 而且绿光和红光波峰强度相近, 黄光颜色纯正, 色坐标趋近于(0.5, 0.5)。

为研究电荷耦合器件空间辐照效应、参数退化机理, 对国产64×64像元电荷耦合器件进行了中子辐照位移损伤效应研究。样品在中子辐照下, 暗信号、暗信号非均匀性和电荷转移效率等关键性能参数退化显著。研究结果表明: 暗信号的退化是由于中子辐照产生的体缺陷能级在耗尽层中充当复合-产生中心, 增大了热载流子的产生率所致, 而各像素单元暗信号退化的不一致性使暗信号非均匀性增大; 电荷转移效率显著减小则是由于中子辐照在转移沟道中产生的体缺陷不断捕获、发射电子所引起。在整个实验过程中, 饱和输出电压的退化可以忽略不计, 表现出较好的抗位移损伤能力。

利用溶液法制备了以HfSiOx为绝缘层、HfInZnO为有源层、Al2O3为界面修饰层的TFT器件。HfSiOx薄膜经Al2O3薄膜修饰后, 薄膜表面粗糙度从0.24 nm降低至0.16 nm。Al2O3薄膜与HfSiOx薄膜之间的界面接触良好, 以Al2O3为界面修饰层的TFT器件整体性能得到提升, 具体表现为: 栅极电压正向和反向扫描过程中产生的阈值电压漂移显著减小, 器件的阈值电压和亚阈值摆幅降低, 迁移率与开关比增大。研究证明, 溶液法制备Al2O3薄膜适合作为改善器件性能的界面修饰层。

研究了聚乙烯吡络烷酮( PVP) 作为添加剂对CH3NH3PbI3钙钛矿基太阳能电池光电性能的影响。通过SEM、XRD和UV-Vis等手段, 研究了不同浓度PVP掺杂CH3NH3PbI3钙钛矿前驱体对薄膜的表面形貌、结晶度和光学性能的影响。结果表明, 少量的PVP添加可以调控钙钛矿薄膜的质量, 添加了PVP的钙钛矿薄膜的吸收性能明显得到提高, 且吸收峰红移了20 nm; 同时, 不仅增加了CH3NH3PbI3的结晶度, 而且还明显提高了钙钛矿薄膜的覆盖率, 减少了钙钛矿薄膜中的针孔结构。在CH3NH3PbI3前驱体溶液中添加质量分数为1%的PVP, 得到的钙钛矿太阳能电池的能量转换效率达到8.38%。与未加PVP 的标准电池器件效率(1.30%)相比, 效率提高了544%。这些结果表明, 通过添加剂来调控一步法CH3NH3PbI3的晶体生长和薄膜形貌来获取高性能的钙钛矿太阳能电池是很有前途的。

针对硅基半导体电光热多场耦合特性及电调控问题, 引入泊松方程和载流子连续性方程来计算载流子输运过程的浓度分布, 利用德鲁德-洛伦兹公式和K-K关系式考虑载流子浓度变化对于光折射率和吸收系数的影响, 并根据电磁耗散求解热沉积项。通过对半导体基本方程、电磁波动方程和能量方程的耦合方程组进行有限元求解, 模拟并分析了电光热三者耦合作用下硅基半导体介电属性及光传输行为随外加电压、载流子初始浓度、换热系数等影响因素的变化规律。研究指出了半导体P区表面反射光电场模随外加电压的降低而升高, 随换热系数的增大而降低的规律。利用该机制给出了对反射光强空间分布进行电热调控的方案。

以二氰二胺和碘化铵为前驱体, 采用水浴-焙烧方法首次制备了CNI与SiO2不同质量比的SiO2/CNI复合光催化剂。采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、光致发光光谱(PL)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等对催化剂进行了表征。实验结果表明, 与CNI相比, CNI/SiO2复合光催化剂具有更高的光催化活性。当SiO2与CNI的质量比为1: 15时, SiO2/CNI催化剂样品的光解水产氢活性最高, 光解水产氢速率为88.6 μmol/h。SiO2/CNI(1: 15)样品之所以具有高活性主要有两方面原因: 适量的SiO2与CNI复合可以使光生电子-空穴对的复合得到显著的抑制; SiO2与CNI复合使得SiO2/CNI对可见光(200～600 nm)吸收能力增强, 且其吸收带边向长波方向移动。

采用棒管法制备了低羟基含量的Tm3+/Ho3+共掺氟碲酸盐微结构光纤。当使用波长为1 560 nm的激光器泵浦 Tm3+/Ho3+共掺光纤时, 处于Tm3+基态3H6的电子被激发至3F4能级, 进一步通过Tm3+和Ho3+间的能量传递过程3F4→3H6(Tm3+): 5I8→5I7(Ho3+)(能量失配为745 cm-1)布居Ho3+的5I7能级, 5I7能级上的电子向5I8能级跃迁发射出2.1 μm的光。使用1 560 nm光纤激光器作为泵浦源, 18 cm 长的Tm3+/Ho3+氟碲酸盐微结构光纤作为增益介质, 获得了波长为2 063 nm的激光输出。所得激光的斜率效率为12.9%, 激光阈值为163 mW, 未饱和的最大输出功率为40 mW。研究结果表明, Tm3+/Ho3+共掺氟碲酸盐微结构光纤可用于制作2.1 μm光纤激光器。

高功率窄间距列阵叠层是提高激光二极管泵浦源光功率密度的有效途径, 而封装散热热沉的结构设计在其热管理上占据至关重要的作用。本文利用ANSYS有限元分析方法, 对叠层间距、绝缘陶瓷厚度以及陶瓷底面与散热恒温面距离等几个影响高功率密度激光二极管叠层封装散热的重要因素进行了分析, 得到器件的最高温度随结构参数变化的规律, 并对上述参数进行优化。最后, 利用优化结果设计出一种适用于高功率密度激光二极管叠层泵浦源的高效有源散热热沉结构, 大幅提高了器件的散热能力, 并降低了所需冷却水的水泵功耗需求。

水汽透过率(WVTR)是衡量有机电致发光器件(OLED)封装薄膜性能的重要参数之一。本文研究了基于钙电学法的WVTR测试方法, 设计并研制了可满足OLED水汽透过率测试精度和功能要求的测试系统, 测试精度达1×10-6 g·m－2·d－1, 量程为10 g·m－2·d－1, 可同时完成20个样品的快速、精确测量。利用本系统对采用原子层沉积技术制备的不同厚度Al2O3封装薄膜的WVTR进行了测试研究, 结果表明, Al2O3薄膜具有良好的水汽阻挡性能。

为提高大功率LED的散热能力, 采用具有更高熔点和更优良的导电导热性能的纳米银焊膏作为芯片粘结材料, 以Al2O3基陶瓷基板封装COB LED模块。同时以Sn/Ag3.0/Cu0.5和导电银胶两种粘结材料作为对比, 分别在27, 50, 80, 100, 120 ℃等环境温度中测试3种模块的光电性能来评估模块的热管理水平; 在100 ℃环境下进行加速老化实验, 评估3种LED模块的可靠性。测试结果表明, 纳米银焊膏封装的大功率LED模块光电性能优异, 且具有较强的长期可靠性。