以乙二胺和二苯乙二酮为原料合成了5,6-二苯基-2,3-二氢吡嗪(Dpdhpz), Dpdhpz在IrCl3·3H2O或三氟化硼乙醚等路易斯酸作用下发生自身氧化偶联得到了5,5′,6,6′-四苯基-2,2′-联吡嗪(Dbppz)。在四氢呋喃(THF)溶液中, Dbppz的光致发光(PL)为深蓝色, 最大发射峰位于400 nm, CIE坐标为(0.16, 0.03)。Dbppz在THF溶液中最大量子效率为89%, 在聚苯乙烯薄膜(Dbppz 质量分数5%)中的量子效率为78%。将Dbppz制备成器件结构为ITO/HAT-CN(5 nm)/NPB(40 nm)/Dbppz (20 nm)/TmPyPB (40 nm )/LiF(1 nm)/Al(100 nm) 的非掺杂电致发光器件。实验发现, 该非掺杂器件并没有产生预期的蓝色发光, 而是意外地得到了一个白光器件。我们推测产生白光发射的原因与发光层和空穴传输层之间相互作用有关。由于空穴传输层NPB的芳胺结构具有电子给体性质, 而Dbppz的吡嗪结构具有电子受体结构, 发光层与空穴传输层的界面发生了电子给体和电子受体的相互作用, 形成了激基复合物。在电致发光(EL)光谱中, 除了Dbppz发光材料在415 nm的发射外, 在550 nm还出现强的激基复合物的发射。激基复合物的产生使得EL发射出现了长波长光谱, 同时减弱了发光层的“本征”发光。蓝色“本征”发光与激基复合物的黄色发光构成了一个CIE坐标值为(0.27, 0.33)(亮度100 cd/m2)的白光器件。器件最大外量子效率、最大功率效率和最大电流效率分别为44%、0.74 lm/W和1.04 cd/A。

纳米金属ZnO作为界面缓冲材料能够有效提高基于有机金属卤化物-甲基碘化铵的钙钛矿(PVSK)太阳能电池的水氧稳定性, 是溶液制备高稳定性钙钛矿太阳能电池的一个关键技术。而在器件的制备过程中, ZnO分散溶剂的渗透可能导致下层钙钛矿薄膜的结构物性发生变化, 从而对器件性能造成显著的影响。为解决该问题, 本文详细分析了不同极性有机溶剂对ZnO分散性的影响, 研究了不同溶剂对PVSK/PCBM薄膜的吸收光谱和晶体结构的影响, 最终获得了甲醇-正丁醇混合溶剂的体积比为1∶1、ZnO质量浓度为10 mg·mL-1的优化分散体系, 为进一步开展全溶液法制备钙钛矿太阳能电池提供了重要指导。

采用高温固相法合成具有余辉性能的发光材料NaLa0.7(MoO4)2-x(WO4)x∶0.3Eu3+ ( x=0, 0.5, 1, 1.5, 2)。用X射线衍射(XRD)和荧光光谱对样品的晶体结构和发光特性进行表征。测试结果表明, 在900 ℃下烧结8 h所合成的NaLa0.7(MoO4)2-x(WO4)x∶0.3Eu3+样品为纯相NaLa(MoO4)2, 样品可被近紫外光393 nm和蓝光462 nm有效激发, 其发射主峰位于615 nm处, 属于Eu3+的5D0-7F2跃迁。NaLa0.7(MoO4)2-x-(WO4)x∶0.3Eu3+的发光强度随着W6+浓度的增加而增大, 当W6+掺杂量x=1时发光最强, 而后随W6+掺杂浓度的增加出现浓度猝灭现象。通过计算得到样品在393 nm和462 nm激发下的色坐标, 当W6+的掺杂量x=1时, 样品的红光色纯度最好。

合成了4种吡嗪铱配合物, 用质谱和1H NMR对配合物结构进行了表征, 通过紫外-可见吸收光谱和光致发光光谱对其光物理性质进行了研究。结果表明: 4种铱配合物都出现了金属-配体电荷转移( MLCT )吸收峰。铱配合物1 ［(DFMPPZ)2Ir(pic)］、2 ［(DFMPPZ)2IrCl(PPh3)］、3 ［(DFMPPZ)2Ir(CN)(PPh3)］和4 ［(DPPF)2Ir(acac)］的发射波长分别为528, 536, 535, 561 nm, 都是潜在的黄、绿色磷光材料。以铱配合物4为客体材料, 制备了结构为ITO/MoO3(1 nm)/CBP(35 nm)/CBP∶Ir(15 nm)/TPBi(50 nm)/LiF(1nm)/Al(100 nm)的一系列不同掺杂浓度的器件, 器件的发射波长为567 nm, 最大亮度达到32 110 cd·m-2, 最大电流效率为32.4 cd·A-1, 最大功率效率为28.2 lm·W-1。

为提高上转换纳米晶的发光效率, 提出协同增强的策略, 将核壳包裹和非稀土离子掺杂两种方式进行有效的结合, 使上转换纳米晶的发光效率实现“1+1>2”的增强效果。以NaGdF4作为基质材料, Yb3+和Er3+分别作为敏化离子和发光离子, 以Li+离子和NaGdF4作为非稀土掺杂离子和包裹壳层来构建核/壳纳米结构, 研究两种增强方式的协同作用对NaGdF4∶Yb3+/Er3+纳米晶的上转换发光性能的影响。结果表明, Li+离子掺杂与包裹NaGdF4壳层共同作用使得β-NaGdF4∶Yb3+/Er3+纳米晶的上转换发光增强了39倍, 明显优于单一方式的增强效果。通过一系列的优化实验结果发现, Li+离子的最佳掺杂摩尔分数为4%。基于以上实验结果, 给出了非稀土离子掺杂核壳纳米晶协同增强上转换发光效率的机理。

为提高铁电聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)的压电性能, 利用纳米限域效应, 采用模板直接浸润法, 将多孔氧化铝(AAO)模板在不同浓度的PVDF的DMF溶液中自然浸润, 并添加聚乙烯吡咯烷酮 (PVP)作为表面修饰剂, 制备了一维材料PVDF纳米线。分别研究了浸润温度、溶液浓度及表面修饰剂等因素对PVDF纳米线生长过程的影响。通过FTIR、SEM、XRD等对样品的形貌结构及性能进行了表征, 进一步讨论了AAO模板中PVDF纳米线的生长机制。结果表明: 模板法生长的PVDF纳米线形貌主要受溶液浓度的影响, 并且当浓度为0.10 g/mL时形貌较优, 其平均长度为50 μm, 平均直径为180 nm, 与AAO模板孔径尺寸相当; 表面修饰剂PVP可在一定程度上防止纳米线团聚并且优化其尺寸均一性; AAO模板中生长的PVDF纳米线由于纳米限域效应优先向β晶相结晶, 并且在生长过程中PVDF并未参与任何化学反应。

在ITO玻璃上制备了ITO/poly(3, 4-ethylene dioxythiophene)∶poly(styrene sulphonate) (PEDOT∶PASS)/poly(N,N-bis(4-butylphenyl)-N,N-bis(phenyl)benzidine(poly-TPD)/QD/1,3,5-Tri(1-phenyl-1H-benzo［d］imidazol-2-yl)phenyl(TPBi)/LiF/Al 结构的量子点发光二极管(QD-LED)。通过优化量子点的浓度, 发现浓度为30 mg/mL时的器件性能最优, 最大外量子效率(EQE)为0.83%, 最大发光亮度为4 076 cd/m2。为了进一步提高QD-LED的发光效率, 将QD掺入聚合物poly(N-vinylcarbazole) (PVK)和1,3-Bis(5-(4-(tert-butyl)phenyl)-1,3,4-oxadiazol-2-yl)benzene (OXD-7)中, 以使得注入的电子和空穴更加平衡, 同时还有助于能量传递, 降低QD团聚及修饰QD薄膜表面, 减少激子猝灭效应等。为此, 通过旋涂和蒸镀两步法制备ITO/PEDOT∶PASS/poly-TPD/(PVK∶OXD-7)∶QD/TPBi/LiF/Al 结构的器件, 改变(PVK∶OXD-7)∶QD比例(1∶1, 1∶3, 1∶5, 0∶1), 发现(PVK∶OXD-7)∶QD为1∶3时的QD-LED具有最优性能, 最大EQE为1.97%, 相当于非掺杂器件的2.3倍, 并且发光峰没有发生偏移。

采用1-十八烯作为高温反应溶剂, 利用氯化铕和磷酸三丁酯制备铕前驱体。分别采用正三辛基膦和碲粉制备的碲前驱体, 以及油胺和二水乙酸镉制备的镉前驱体, 在200 ℃合成Eu掺杂CdTe量子点。实验发现随着反应溶液中Eu的含量上升, CdTe量子点的荧光峰发生显著红移, 但Eu的含量过高则会导致量子点的荧光强度下降。

对于三联吡啶钌(Ru(bpy)32+)掺杂的SiO2纳米粒, 以聚电解质聚丙烯酸钠和成膜物质Nafion的混合液对纳米粒进行包覆, 制备了聚丙烯酸钠和Nafion混合膜包覆的电化学发光(ECL)纳米粒。结果表明: 混合膜包覆的纳米粒, 相对于Nafion膜的ECL信号增强了13倍。同时, 混合膜表面可交换阳离子显著增加, 能够通过离子交换固载大量的Ru(bpy)32+, 纳米粒的ECL信号可进一步增强约3倍。混合膜还具有另外一个显著的优势, 即通过混合膜的疏水相互作用可以方便地标记生物大分子, 标记抗体仍然具有良好的免疫活性。Membrane and Their Bio-labeling

为了研究聚芴材料DSFX-SFX分子在气液两相表面的行为, 分子处于溶液、LB膜及粉末状态的光学特性, 以及分子有序排列对其发光特性的影响, 制备了聚芴材料DSFX-SFX的X型LB膜, 研究了π-A等温曲线, 测量了其紫外-可见吸收谱和稳态荧光光谱。结果表明, 分子以face-on形式平躺在亚相表面, 单分子面积为4.78 nm2。在氯仿溶液中吸收峰位在354 nm, 归属于分子中三聚氧杂蒽部分与芴环间π-π*电子跃迁; 荧光发射峰位在396, 419, 445 nm(肩峰), 归属于发色团三聚氧杂蒽, 是芴环与氧杂蒽环之间的电荷转移。在LB膜中, 吸收谱和荧光光谱与其溶液光谱相比, 整体红移6 nm。结果表明: 在LB膜中, 两个分子形成激基缔合物, 与单分子状态相比, 激基缔合物的HOMO升高而LUMO降低。与粉末状态相比, 该材料在LB膜中有很强的荧光发射, 表明该材料形成有序排列超薄膜有利于荧光发射。

为提高聚合物太阳能电池的能量转换效率, 将聚乙二醇(PEG)掺入PEDOT∶PSS阳极缓冲层, 研究了阳极缓冲层修饰对聚合物太阳能电池性能的影响。首先研究了聚乙二醇对PEDOT∶PSS薄膜电导率的影响, 发现PEG会与PEDOT和PSS相互作用, 使得PEDOT链重新排布, 有利于电荷载流子的传输, 从而显著改善了PEDOT∶PSS薄膜的电导率, 当PEDOT∶PSS中掺入体积分数为2%~4%的PEG时, 可得到较大的电导率。然后, 以PEG修饰的PEDOT∶PSS薄膜作为阳极缓冲层制备了聚合物太阳能电池, 研究了PEG的掺入对聚合物太阳能电池性能的影响。实验发现, PEG改善的PEDOT∶PSS电导率有利于提高电池的短路电流密度和填充因子,从而改善了器件光伏性能。当PEDOT∶PSS中掺入体积分数为2%的PEG时, 聚合物太阳能电池的能量转换效率最高, 比未掺杂的器件提高了24.4%。

在Si衬底上外延生长了3种不同量子垒结构的绿光外延片并制作成垂直结构芯片, 3种量子垒结构分别为GaN、In0.05Ga0.95N/Al0.1Ga0.9N/In0.05Ga0.95N、In0.05Ga0.95N/GaN/In0.05Ga0.95N, 对应的3种芯片样品为A、B、C, 研究了3种样品的变温电致发光特性。垒结构的改变虽然对光功率影响很小, 但是在光谱性能上会引起显著改变, 结果如下: 在低温(13 K)大电流下, 随着电流密度的增大, 样品的EL谱峰值波长蓝移更为显著, 程度依次为B>A≈C; 在高温(300 K)小电流下, 随着电流密度的增大, 样品EL谱的峰值波长蓝移程度的大小依次为A>B>C。在同一电流下, 随着温度的升高, 样品在大部分电流下的EL谱峰值波长出现“S”型波长漂移, 在极端电流下又表现出不同的漂移情况。这些现象与局域态、应力、压电场、禁带宽度等因素有关。

为了对4管像素结构CMOS图像传感器的空间应用提供可靠性指导, 对4管像素结构的CMOS图像传感器进行了－40～80 ℃的变温实验, 着重分析了样品器件的转换增益、满阱容量、饱和输出和暗电流等参数随温度的变化规律。实验结果表明, 随着温度的升高, 样品器件的转换增益从0.026 54 DN/e下降到0.023 79 DN/e,饱和输出从4 030 DN下降到3 396 DN, 并且暗电流从22.9 e·pixel－1·s－1增长到649 e·pixel－1·s－1。其中器件转换增益的减小应主要归因于载流子迁移率随温度升高而下降使得像素后端读出电路增益降低; 饱和输出的降低则是因为转换增益的降低, 因为转换增益随温度变化对饱和输出的影响要大于满阱容量随温度变化对饱和输出的影响。

首先利用电流路径模型分析n型电极尺寸及间距等对垂直结构发光二极管(VS-LEDs)电流分布均匀性的影响, 依此设计出一种螺旋状环形结构电极。其次, 通过建立有限元分析软件Comsol仿真模型模拟VS-LEDs有源层的电流密度分布, 发现螺旋状环形结构电极的环间距越小, 电流密度分布越均匀。最后, 利用VS-LEDs芯片制备技术实现具有螺旋状环形电极的垂直结构LED芯片。实验结果显示, 在350 mA电流驱动下, 电极环间距为146.25 μm的芯片具有最大的功能转换效率, 达到26.8%。

为了改善全光波长转换器的转换性能进而提高输出信号质量, 研究了波长转换器的Q因子特性。采用牛顿迭代法和四阶龙格库塔法解光场传输方程和跃迁速率方程, 分析了输入信号光功率、脉冲宽度、最大模式增益和有源区长度4个因素对全光波长转换器的Q因子特性的影响, 并将得到的结果与相同条件下的输出消光比比较。结果表明: 增大输入信号光功率, Q因子先增大后减小, 并且在－12 dBm时取得最大值8.819 dB; Q因子随着脉冲宽度的增加而不断下降; 增大最大模式增益和有源区长度, Q因子增大。在实现波长转换的基础上,优化各参数数值, 得到的Q因子达到16.680 dB,输出信号质量较好。要同时获得高的消光比和Q因子, 提高输出信号的质量, 必须选取适当的输入信号光功率、脉冲宽度、最大模式增益和有源区长度。

通过传输矩阵法, 理论研究了损耗型单负材料双层结构在不同入射角时的反射率和偏振度。结果表明, 损耗型单负材料双层结构不同于常规介电材料, 随着入射角的增大, p分量反射率比s分量的反射率大。随着损耗(电损耗和磁损耗)的增大, p波的反射率和s波的反射率差异减小, 直到重合, 偏振度变为0。对于损耗型单负材料双层结构, 当MNG层厚度增大时, 偏振度变化幅度减小; 而当ENG层厚度增大时, 偏振度变化幅度增大。

为了了解基于光纤受激布里渊散射快光传输系统的一些外在因素对受激布里渊散射快光传输的影响, 对该传输过程进行了研究。首先, 根据受激布里渊散射过程的“三波耦合方程”进行了理论改进, 然后选定了3种光子晶体光纤作为传输介质, 通过对比, 选出一种光子晶体光纤RB65进行具体分析研究。通过求解“三波耦合方程”, 对快光受激布里渊散射过程进行了模拟分析, 探讨了光纤长度、探测信号脉冲宽度和输入信号功率对传输的影响。结果表明, 在保证信号失真相对较小的情况下, 取40 m长度光纤、140 ns信号脉宽和174 mW输入信号功率时的快光提前效率最高。

利用LED精量调制光源, 设置红光、蓝光、红蓝1∶1、红蓝7∶1共4个不同光质配比的LED植物补光灯实验组, 以室内自然光(CK)为空白对照组, 对芦荟盆栽进行补光处理, 基于SPSS软件对实验数据进行LSD多重方差分析, 研究不同光质配比对芦荟生长的影响。实验结果表明: 红光能促进芦荟叶片的伸长, 蓝光有利于促进芦荟叶片厚度的增加, 红蓝7∶1光处理下的芦荟生长效果最好, 是本次实验中的最佳光质配比。

针对LED日间行车灯的设计需求, 提出通过热场仿真分析实现其热性能优化设计的方法。首先, 根据LED日间行车灯的结构建立其有限元仿真模型, 通过实验观测LED日间行车灯工作中的温度分布情况, 并以实验观测结果验证仿真模型的有效性; 然后, 基于以上模型仿真分析日间行车灯的灯珠间距、铝基板厚度与LED灯珠结温之间的关系; 以上述关系为约束条件, 结合生产成本, 得出在LED灯珠一定的情况下, 灯珠间距为37 mm、铝基板厚度为1 mm的最优化设计方案, 使LED日间行车灯能够可靠工作且成本更低。

通过将5-氨基间苯二甲酸乙酯与葡萄糖相连, 设计合成了一种具有良好水溶性的荧光探针PN, 该探针能够高选择性地识别水中的汞离子, 与汞离子作用后会引起荧光猝灭和紫外吸收减弱。将探针PN固载于介孔硅材料SBA-15, 得到材料化的荧光探针SBA-PN, SBA-PN可在pH值4～10范围内使用, 对水中的汞离子具有更好的选择性和识别能力。固载之后的探针在实际应用中更加方便, 适用于水体系中汞离子的识别。