随着电子工业与能源科学的快速发展，热管理成为微电子、热逻辑器件和热电技术等多个领域关注的重要课题。以半导体产业为例，传统芯片散热技术难以满足功率密度日益增大的芯片散热需求，已经成为限制芯片集成度进一步提高的瓶颈。因此，热输运的研究重点从宏观尺度延伸至微观尺度，并要求人们对热输运机制有更深入理解。本文从热声子的扩散输运、弹道输运等微观机制出发，探讨了材料微结构与热输运之间的关系。实验和理论表明，晶体中各种微结构对热输运过程有着重要的调控作用。本文重点讨论了薄膜体系中的点缺陷与量子点、超晶格、异质结构界面等对热输运的调控作用，并对其中的热输运机制进行了简要分析。尽管各种复杂的器件结构对高效的热管理构成了挑战，但人工微结构也为热输运调控提供了新的机遇。

本文利用平面波展开法和有限元法计算了二维正方晶格钨-硅橡胶声子晶体的能带结构，分析了弹性波在嵌有周期性排列的相同孔径的圆柱形钨块声子晶体结构中的传播特性。对能带结构中出现的特殊现象，例如狄拉克点以及狄拉克点附近的简并态等进行了分析。给出了三维能带图以及不同模式下的主要变形情况，发现在基体与散射体结合的部位容易出现应力集中的现象。同时讨论了复合材料的不同参数对带隙的影响，发现随着密度比(散射体密度与基体密度的比值)的增大，第一完全带隙的起始频率逐渐增加，但是截止频率变化较小，带宽逐渐减小。相对于杨氏模量比，密度比对带隙的影响更大。本文的结果将对实际的工程应用提供一定的理论指导。

宽带隙的无机空穴传输材料硫氰酸亚铜(CuSCN)具有低成本、高载流子迁移率、良好的稳定性，以及优异的光透过性等优点，是一种非常有潜力的空穴传输层材料。但是目前基于CuSCN空穴传输层的n-i-p型钙钛矿太阳电池(PSCs)的光电转换效率(PCE)比基于spiro-OMeTAD的电池效率低很多，其主要原因为电池的开路电压较低。本研究团队发现钙钛矿吸收层带隙对基于CuSCN的电池开路电压有较大的影响，本文分别制备了基于带隙为1.55 eV，1.60 eV以及1.65 eV的钙钛矿太阳电池，其中基于CuSCN 的器件的效率分别为12.8%，14.4%，10.7%(基于spiro-OMeTAD的钙钛矿太阳电池效率分别为20.8%，19.1%和17.5%)。通过研究发现1.60 eV带隙的钙钛矿能够与CuSCN空穴传输层(HTL)之间形成较好的界面能级匹配，获得最高的效率，电池的开路电压能够达到1.06 V，电池PCE为14.4%。更重要的是在相对湿度(RH)30%~40%的空气中，未封装的基于CuSCN HTL钙钛矿太阳电池经过120 ℃处理1 h后仍能够保持原来性能的92.4%，而基于spiro-OMeTAD HTL钙钛矿太阳电池只能保持原来性能的49.7%。这表明基于CuSCN的n-i-p型钙钛矿太阳电池具有良好的热稳定性，是制备稳定钙钛矿太阳电池的理想空穴传输材料之一。

基于横场伊辛模型，利用平均场近似理论推导久期方程的解，研究了单、双表面层铁电薄膜在不同总层数时，系统表面交换相互作用和内、外横场参量对铁电-顺电相变的影响，讨论了铁电薄膜各交换相互作用和横场参数以及薄膜层数对单、双表面铁电薄膜相图的影响，并计算了各个相互作用参数的过渡值特性。研究结果表明: 薄膜总层数n、表面层数、内外部横场、表面交换相互作用都会改变铁电薄膜的相图。利用薄膜的尺寸效应和表面效应，增大系统总层数、表面层数和表面交换相互作用，可以提高薄膜相变温度，扩大铁电相区域，从而有利于改善铁电功能器件的环境温度。

以八水氧氯化锆(ZrOCl2?8H2O)为原料制备前驱体溶液，采用旋涂工艺制备ZrO2薄膜，并对其进行还原氮化。利用XRD、FE-SEM、UV-Vis-Nir和Raman测试薄膜结构、光学性能及SERS效应。结果表明，还原氮化后薄膜中出现了氮氧化合物，颗粒明显，薄膜厚度约为0.77 μm。薄膜的紫外可见近红外光谱在350~650 nm附近展现出较强的吸收。利用R6G作为探针分子研究了薄膜的SERS效应，结果表明，还原氮化后的氧化锆薄膜拉曼增强效应显著提升，拉曼增强因子为2.479×102。

采用溶胶凝胶法合成了荧光粉CaMoO4∶Ho3+。借助X射线粉末衍射仪、荧光光谱仪进行表征并利用Rietveld方法对其结构进行精修。研究了Ho3+的掺杂量对其光谱性质的影响并计算了CaMoO4∶Ho3+的色坐标。结果表明: Ho3+最佳掺杂量为2%(摩尔分数)，浓度猝灭机理为电偶极-电偶极相互作用。该系列荧光粉的色坐标范围为x=(0.298 7~0.317 7)，y=(0.664 4~0.689 7)，属于绿色发光区域。CaMoO4∶Ho3+荧光粉在450 nm处可被有效激发，是一种有潜在价值的白光LED用绿色荧光粉。

本文使用高温固相法，制备钼酸盐作为基质的荧光粉样品Sr0.7Ca0.16MoO4∶0.07Eu3+0.07A+(A=Na+,K+,Li+)，对荧光粉样品进行XRD和荧光光谱光学性能进行测定。研究结果表明，在900 ℃高温烧结8 h得到样品Sr0.7Ca0.16MoO4∶0.07Eu3+0.07A+(A=Na+,K+,Li+)。以615 nm作为监测波长，在330~540 nm处的激发峰中，394 nm、464 nm处的峰群中分别属于Eu3+的7F0→5D6、7F0→5D2跃迁。在394 nm和464 nm激发下Sr0.7Ca0.16MoO4∶0.07Eu3+0.07A+(A=Na+,K+,Li+)的发射光谱中，其主峰处于615 nm，是Eu3+通过5D0→7F2能级跃迁红光发射形成的。计算出CIE色坐标，并与美国国家电视标准委员会的标准值(x=0.670，y=0.330)进行对比，得出样品性能的优劣程度。综上所述，Sr0.7Ca0.16MoO4∶0.07Eu3+0.07A+(A=Na+,K+,Li+)是一种性能很好的红色荧光粉，可以应用于白光LED领域中。

采用高温固相法制备了SrAl2Si2O8∶Eu2+(SASO∶Eu2+)系列荧光粉，详细研究了荧光粉的晶体结构、激发光谱、发射光谱以及热稳定性。结果表明,在337 nm激发下，发射光谱为一个非对称的宽带单峰，峰值波长404 nm，峰的半高宽约为53 nm，Eu2+的最佳掺杂摩尔浓度为5%，根据Dexter理论，讨论了SASO∶Eu2+荧光粉浓度猝灭是由于Eu2+电偶极-电偶极之间的相互作用引起的。当加热到225 ℃时，SASO∶0.05Eu2+荧光粉发光强度仍具有在初始室温下发光强度的97.4%，表明其具有优异的热稳定性。

为了研究载流子选择性接触结构在N型晶硅电池钝化特性，本文设计了专门的材料结构。分析对比了不同掺杂浓度分布的材料结构在退火后、沉积SiNx∶H薄膜后及烧结后隐开路电压值的变化，并对其钝化机理进行了分析。研究结果表明隐开路电压值对掺杂浓度分布非常敏感。随着掺杂浓度分布进入硅基体的“穿透”深度增加，相对应地退火后、SiNx∶H薄膜沉积后及烧结后隐开路电压值均呈现先增加后减小的趋势，且样片沉积SiNx∶H薄膜后隐开路电压的增加幅度也逐渐减小，而样片烧结后隐开路电压值又出现不同幅度的下降，且隐开路电压值的下降幅度逐渐减小。通过适当的掺杂工艺，可以使得烧结后的隐开路电压均值达到738 mV。

为了实现单晶背钝化PERC电池最优化背钝化效果，找出最佳工艺条件，利用正交实验方法对主要工艺参数因素进行了最优化研究。采用掺镓P型单晶硅片经过背钝化后测试膜厚、折射率以及电池片最终的转化效率等电学性能参数。通过正交实验表明，背钝化的最优化工艺条件为0.25 mbar的工艺腔压强、360 ℃温度设定、2.8的NH3/SiH4比率、1 500 W的微波功率，在该条件下电池的平均测试效率可达22.35%，且Voc以及Isc等电学性能指标均达到较高水平。

本文旨在针对TOPCon(Tunnel Oxide Passivated Contact背面隧穿氧化钝化接触)晶硅电池制备过程中，背面钝化多晶硅层沉积引起的硅片正面边缘沉积多晶硅绕镀层的去除进行工艺研究，进一步解决了电池外观不良和该多晶硅层对电池正面光的吸收影响。文中分别尝试采用HF-HNO3混酸溶液和KOH碱溶液两种方式进行腐蚀处理，然后通过对处理后硅片正面的工艺控制点监控和电池EL检测等手段评估去除效果。其中HF 1wt%、HNO3 50wt%混合溶液时腐蚀4 min以上可去除该绕镀层，但是大于6 min后硅片正面的方块电阻提升、硼掺杂浓度等变化幅度很大。KOH质量分数0.1wt%、添加剂体积分数5vol%混合溶液60 ℃时，腐蚀2.5 min以上可去除该绕镀层且方块电阻等测试相对变化幅度较小。故前者对电池后期电极的制备工艺要求更高否则容易引起欧姆接触不良，后者则对电池电极的制备工艺控制窗口更大。所以认为在多晶硅绕镀层的去除方面KOH腐蚀更适合工业批量化生产工艺选择。

半导体材料的有效掺杂可为半导体器件的成功应用提供保障。理论上，通过计算缺陷形成能和电荷转移能级可以预测掺杂的难易性以及缺陷能级的深浅性。基于密度泛函理论，结合二维带电缺陷计算方法，系统计算二维BN材料中四种(CB，SiB，GeB，SnB)潜在n型掺杂体系的缺陷性质。结果表明，CB(SnB)体系最稳定价态为+1价(-1价)和0价，而SiB，GeB体系最稳定价态为+1价，0价和-1价，CB,SiB与GeB体系相应的施主离子化能为2.00 eV，3.57 eV和4.06 eV，均表现为深能级施主，很难为BN提供n型载流子。另外，CB体系在宿主BN为p型掺杂时+1价态具有负形成能，将会严重降低BN p型掺杂效率及空穴导电率。该研究结果可为实验上对二维BN进行掺杂尝试提供理论依据。

提出基于金属薄膜-分布式布拉格反射器微腔效应增强单层二硫化钨光吸收的多层薄膜结构。运用光学传输矩阵理论研究了其输运特性，发现由于金属薄膜-分布式布拉格反射器的微腔效应，在间隔层和覆盖层之间形成电场强度极大值，有效促进入射光与单层二硫化钨的相互作用。综合优化金属层、间隔层和覆盖层厚度，单层二硫化钨在612 nm处的光吸收提高了38倍，达到78.42%。进一步探讨了光入射角、分布式布拉格反射器周期、间隔层折射率与单层二硫化钨光吸收的关系。研究结果表明，上述结构参数的变化可有效调控单层二硫化钨的吸收峰值。研究结果为制备高性能单层二硫化钨光电探测器等新型光电子器件提供了新思路。

利用Adam算法优化后的BP神经网络训练预测P掺杂ZnO后的各体系的缺陷形成能，分析得出最易形成的体系是ZnO∶PZn和ZnO∶PZn(2VZn)体系，反之是ZnO∶PO和ZnO∶PZn(1VZn)体系，之后在第一性原理的基础上研究各体系光电特性，分析可知ZnO∶PZn体系呈n型导电，带隙0.78 eV，大于本征体系。ZnO∶PZn(2VZn)体系呈p型导电，带隙和本征体系相似，电导率与ZnO∶PZn体系相近且都远高于ZnO∶PZn(1VZn)体系，反射率、吸收率和光透率都优于本征ZnO体系。

利用静电纺丝技术制备了聚乙烯醇(PVA)/银纳米粒子高活性SERS柔性基底。将硝酸银、聚乙烯醇按照一定比例混合配置纺丝溶液，纺丝成膜后采用紫外光照射还原法得到纳米纤维基底。采用扫描电子显微镜(SEM)，透射电子显微镜(TEM),傅立叶红外光谱(FT-IR)，拉曼光谱(Raman)，紫外可见光谱(UV-Vis)等技术，对合成的纳米纤维基底进行表征。研究表明，银纳米颗粒呈球形分布在复合纤维中，粒径小于10 nm。以罗丹明为探针分子，硝酸银含量16wt%，紫外光照射3 h制备的基底具备最优的SERS性能。同时将此基底应用于烟酸药品检测，拉曼检测极限可达10-5 mol?L-1。

采用水热法在碳布基底上沉积了前驱体，然后在Ar气气氛中加热并用次磷酸钠在300~350 ℃磷化得到了纳米针阵列多孔材料3D CoP@CC，并分析了所得样品的物相、微观结构和电催化性能。XRD分析结果表明所得材料本体为正交结构的CoP，SEM分析结果表明所得阵列结构纳米针的直径在100 nm以下，长度约为10 μm。电催化性能分析结果表明，制备所得该3D CoP@CC作为催化材料在0.5 mol/L硫酸溶液中表现出优异的电催化析氢性能，当电流密度为10 mA?cm-2时，过电位为124 mV。Tafel斜率为84.9 mV/dec，说明该3D CoP-CC电催化析氢的控速步为Volmer反应。从阻抗图谱可以看出有两个不完整的半圆弧，表明其具有两个时间常数，CPE2-P=0.501 9意味着粗糙和多孔的电极表面产生了双层电容，电荷较难穿透，表明了阻抗的来源主要是传质与传荷。

利用电化学沉积法在碳纳米管纤维(CNTFs)上沉积了镍磷合金，对比了不同循环圈数、不同镍磷比例下制备的碳纳米管纤维负载镍磷合金(Ni-P/CNTFs)电极在中性电解质溶液中的电催化析氢性能，发现当电沉积液中镍磷比为2∶1时，沉积50圈时制备出的样品具有最佳的电催化析氢性能，产生10 mA?cm-2电流密度仅需138 mV过电势，塔菲尔(Tafel)斜率为83 mV?dec-1，同时具有良好的稳定性。并且在保持催化性能不变的前提下，样品可以进行弯曲，扩展了应用领域。

采用氨水共沉淀方法合成Fe3+/Fe2+摩尔比为1∶1及掺一定量Ti4+的铁钛固溶体催化剂，与机械混合研磨方法制备的铁钛催化剂相比较。探讨不同制备工艺对催化剂物化性能及催化活性的影响。借助X射线衍射(XRD)、N2吸脱附、X射线光电子能谱(XPS)、程序升温还原(H2-TPR)、程序升温脱附(NH3-TPD)等手段对催化剂物理化学性质进行表征。结果表明: 通过一步氨水共沉淀法及掺杂一定量Ti有利于提高催化剂的比表面积，抑制氧化物结晶及晶相转变，使得催化剂晶粒尺寸较小，提高低温催化活性; 同时说明经过机械混合研磨制备的催化剂，只是氧化物晶体之间简单的机械混合，没有形成紧密的耦合作用，不能有效改善催化性能。

利用三聚氰胺和碳酸钙成功合成了一种新型吸附剂CaCO3/g-C3N4。通过XRD，FT-IR，SEM，TEM和BET对CaCO3/g-C3N4的结构进行深入研究。实验结果表明: CaCO3/g-C3N4对结晶紫(CV)具有快速、高效的吸附性能(89.34%)和出色的吸附容量(1 209.75 mg/g)。CaCO3/g-C3N4对CV的吸附符合准二级动力学和Langmuir等温吸附模型。同时，基于吸附前后吸附剂的FT-IR和XPS分析，得出π-π堆积，n-π相互作用和氢键协同效应是CaCO3/g-C3N4选择性吸附CV的重要因素。

ZnO是一类具有广阔应用前景的光催化材料，但是光生载流子复合率高等问题限制了其进一步应用。本研究使用水热法制备了Mn掺杂ZnO粉体，测试了该粉体的物相组成、孔隙结构、发光性质和光催化性能。结果表明，当Mn替代0.5% Zn时，Mn占据了ZnO晶格中Zn的位置，粉体粒度小、比表面积大，抑制了光生载流子的复合，降低了禁带宽度，拓宽了光的响应范围。在8 W、365 nm紫外光条件下光照70 min后，制备的Mn0.05Zn0.95O粉体对刚果红降解率达到了97.4%，COD去除率达到了76.34%; Mn0.05Zn0.95O对罗丹明B吸附最好，对亚甲基蓝降解最好; 对刚果红连续降解4个循环后，降解率降低了6.6%。该研究成果为光催化降解有机废水提供了技术支撑。

采用水热法合成了Ce-La@Fe3O4复合吸附剂，并将其应用于水溶液中氟离子的去除研究。扫描电镜发现Ce-La@Fe3O4吸附剂呈方块状颗粒，大小为(1.22±0.35) μm，吸附氟离子后颗粒出现了一定程度黏连。Ce-La@Fe3O4吸附剂对氟离子的吸附动力学遵循拟二级动力学反应模型，整个吸附反应为多级控制过程; 相比于Freundlich 模型，Ce-La@Fe3O4吸附剂对氟离子的吸附更加符合Langmuir模型，该吸附过程为放热反应，温度越高越有利于吸附容量提高。吸附剂Ce-La@Fe3O4具有磁性，吸附氟离子后，易于采用普通磁铁将其吸附回收重复使用。

基于有机膦酸配体(5-pncH3=(5-phosphono-1-naphthalenecarboxylic acid)和过渡金属镉盐水热法自组装得到一维锯齿链状配合物Cd0.5(5-pncH2)(H2O)1.5(1)。采用X-射线单晶衍射、元素分析、红外光谱、X-射线单粉末衍射、热重分析对配合物进行表征。晶体结构分析表明: 该配合物结晶于正交晶系，Pbcm空间群，a=0.693 43(2) nm，b=0.887 153(3) nm，c=4.188 76(15) nm。配合物1具有一维链状结构，其中相邻的CdII离子通过配位水分子桥联成一维锯齿链。链内存在相邻的萘环棱面堆积的C-H…π作用，链间相邻的链通过有机膦酸配体上的羧基双重氢键形成二维层状结构，层与层之间通过范德华作用力连接成三维超分子网络骨架。研究了配合物的热稳定性和光致发光性质。

采用离子热合成方法合成出了一例具有三维超分子结构的钴配合物，通过元素分析、红外、XRD、热分析等表征方法对其进行了一系列表征，X-射线单晶衍射表明化合物属于单斜晶系，P21/c空间群。其晶胞参数为a=0.943 37(6) nm，b=1.451 50(7) nm，c=1.185 48(6) nm，β=100.051(5)°,V=1.598 37(15) nm3。配合物由孤立的阴离子Br-和［Co(DINE)2］2+阳离子组成，再通过氢键相互作用形成了三维超分子结构。本文对此配合物的荧光性能也进行了研究。

碱式硫酸镁晶须的分子式为xMgSO4?yMg(OH)2?zH2O，是一种人工合成具有一定长径比的无机功能材料。作为填充剂，可提高材料的抗拉强度等机械性能，也可以起到阻燃的作用。在NH4+-NH3缓冲体系，用常压一步法制备长度为10~30 μm，直径为0.05~0.3 μm，长径比为30~150的MgSO4?5Mg(OH)2?3H2O晶须。采用XRD、SEM、TG、TEM对产品进行表征，结合表征结果对反应浓度、反应温度、反应时间和陈化时间等影响因素进行研究。对碱式硫酸镁的生成机理进行第一性原理分析，碱式硫酸镁晶须生长习性符合位错螺旋生长机制。采用缓冲体系稳定溶液酸碱性，降低反应溶液的非理想性，可以使晶体在非受迫情况下定向生长，为进一步工业应用，实现低能耗生产碱式硫酸镁晶须提供了重要参考。

以人造岗石废渣为原料，采用中和法合成甲酸钙晶体,分析人造岗石废渣与甲酸的投料量质量比、反应时间、搅拌速度、反应温度对人造岗石废渣利用率的影响，采用扫描电子显微镜、XRD、红外光谱仪进行表征。结果表明，人造岗石废渣合成甲酸钙的最佳工艺条件为: 人造岗石废渣与甲酸的投料量质量比为1.0∶1.3、反应温度为50 ℃、搅拌速度为430 r/min、反应时间为50 min、滴加硫化物沉淀剂的体积为0.15 mL，此时铁离子的去除率为98.77%。对产物甲酸钙采用络合滴定和氧化还原滴定法计算得到甲酸钙的收率为94.20%。结果说明:人造岗石废渣呈现不规则的形状，表面较为光滑; 产物呈现八面体的形状，团聚，平均粒径为1 μm，说明合成的产物按照一定的晶型逐渐生长成型，结合红外光谱和能谱分析为甲酸钙晶体。

Mn4+掺杂的氟化物材料因其高效的窄带红光发射和宽带蓝光激发特性在改善白光LED显色性能和提高LCD背光源色域等领域展现出巨大的应用前景。本文主要介绍目前国内外关于Mn4+掺杂氟化物红光材料的主要制备方法和耐湿性能的有效改善途径，并从拓展应用的角度对材料微观形貌调控问题做出展望，为深入开展多类型光电子器件应用研究提供借鉴基础。

介绍了硅纳米线在制备技术方面的最新进展，综述了硅纳米线两种不同的生长模式(“自上而下”和“自下而上”)，以及在两种生长模式下硅纳米线的制备方法，即化学气相沉积、分子束外延、激光烧蚀、氧化物辅助生长、溶液法、电子束光刻、纳米压印光刻和金属辅助化学刻蚀等，并对各种方法的优缺点进行了仔细叙述，总结了硅纳米线的两种典型生长方向(平面和垂直)的研究现状。最后阐述了近年来硅纳米线在电子器件、传感器件和太阳能电池的应用情况，并展望其发展趋势，为科研人员进一步开拓硅纳米线研究提供一定参考。

锂硫电池由于具有1 675 mAh?g-1的高理论比容量和2 600 Wh?kg-1的高理论能量密度,被看做是下一代最有前景的二次电池能源储存系统之一。但是，多硫化物的穿梭效应、活性物质导电性差以及充放电过程中的体积膨胀效应等问题阻碍了其进一步商业化。为了解决这些问题，不同的材料被引入和硫进行复合。在所有材料的选择中，碳材料由于具有高的表面积、优异的导电性、化学稳定性和低成本等优势在锂硫电池正极中得到了广泛应用。本文总结了几种不同的碳材料在硫/碳复合正极中的发展历程，讨论了碳材料的结构、孔径大小以及表面功能化对锂硫电池电化学性能的影响，并对其前景以及发展趋势作了预测。