不同表面修饰制备高性能柔性薄膜晶体管

分别采用六甲基二硅胺(HMDS,Hexamethyldisilazane)和聚苯乙烯/氯硅烷复合材料修饰聚乙烯基苯酚(PVP)绝缘层制备了底接触的有机薄膜晶体管并研究了其半导体层的表面形貌和器件的电学性能。原子力显微镜观察发现,并五苯半导体薄膜在不同的界面修饰上的生长形貌产生了很大变化。在PVP上沉积的并五苯晶粒尺寸都小于150 nm,经过聚苯乙烯/氯硅烷复合材料和HMDS处理后的PVP表面生长的并五苯晶粒尺寸则分别在200~400 nm和400~600 nm。大尺寸的晶粒能够减小器件沟道内的陷阱浓度,从而有效地提高电学性能。PVP绝缘层采用聚苯乙烯/氯硅烷和HMDS修饰后,与未修饰的器件相比迁移率分别提高了58倍和82倍。采用HMDS作为表面修饰层制备柔性OTFT,并五苯场效应晶体管的关态电流约为10-9A,电流的开关比超过104,最大场效应迁移率约可达0.338 cm2·V-1·s-1.     

PbS纳米晶修饰的ZnO/PVP复合电双稳器件阻变机制

采用简单旋涂工艺制备了具有ITO/PVP/ZnO NCs/PbS NCs/PVP/Al 夹心结构的有机/无机复合电双稳存储器件,与没有PbS纳米晶修饰层的器件ITO/PVP/ZnO NCs/PVP/Al相比,PbS纳米晶的引入使目标器件的开关比提高了2个数量级。结合器件的I-V曲线和能级结构分析了PbS 纳米晶修饰层对器件阻变和载流子传输的影响。结果显示,PbS纳米晶层的加入不仅优化了器件能级结构,有利于载流子的俘获和释放,还修饰了ZnO纳米晶的表面缺陷,降低了器件载流子的复合损耗。     

基于金颗粒自组装烷基硫醇为缓冲层的有机太阳能电池

有机活性层和无机电极的界面修饰影响到有机太阳能电池性能。本文引入金纳米颗粒自组装烷基硫醇,改善有机/无机的界面。制备“ITO/金颗粒-硫醇自组装缓冲层/聚3-己基噻吩(P3HT)∶[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)/LiF/Al电极”结构的器件。自组装硫醇防止了因金颗粒与活性层直接接触导致的激子猝灭效应。我们研究了金纳米颗粒自组装不同链长的烷基硫醇对器件性能的影响,烷基硫醇的烷基链越长,硫醇对金颗粒的覆盖性越好,器件的短路电流越高。金纳米颗粒自组装十二烷基硫醇,短路电流J_SC由5.19 mA·cm-2提升到6.24 mA·cm-2,提高了20%。     

Bphen作为电极缓冲层对有机薄膜晶体管性能的改善

研究了二苯基邻菲罗啉以及氟化锂作为电极缓冲层对底栅顶接触型有机薄膜晶体管性能的影响,结果表明二苯基邻菲罗啉是一种比氟化锂更好的缓冲层材料。通过对二苯基邻菲罗啉缓冲层厚度的优化,获得了迁移率为0.302 cm2·V-1·s-1、阈值电压为-31.2 V、开关比为6.2×102的器件。器件性能提升的原因是由于二苯基邻菲罗啉缓冲层的引入降低了金电极与并五苯界面的空穴注入势垒与接触电阻。     

基于果胶材料的阻变存储器离子缓冲层研究

采用微波辅助法制备了生物果胶薄膜,并作为缓冲层,制作了Ag/pectin/a-C/Pt阻变存储器.利用原子力显微镜表征薄膜表面的电流分布,探究了果胶薄膜的离子缓冲机理.分析了基于果胶薄膜的阻变存储器的阻变性能和阻变机制.结果表明:该缓冲层能够降低器件开关电压的波动性,提升高低阻态开关比.通过调控限制电流,在单一器件上实现了多阻态信息存储.     

利用Ag_2O/PEDOT:PSS复合缓冲层提高P3HT:PCBM聚合物太阳能电池器件性能的研究

利用Ag2O/PEDOT:PSS(聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐)作为复合阳极缓冲层,制备了P3HT:PCBM(聚(3-已基噻吩):富勒烯衍生物)聚合物太阳能电池器件,并通过改变氧化银插入层的厚度来分析复合缓冲层对器件性能的影响.实验发现,具有阳极缓冲层修饰的器件在退火处理后,光伏性能得到了改善.相比于单一PEDOT:PSS缓冲层的器件,Ag2O/PEDOT:PSS复合缓冲层可以增大器件的短路电流密度和外量子效率,使器件效率得到提高.分析表明,退火处理可以有效改善活性层的薄膜形貌,增加光的吸收和激子的解离,而较薄氧化银的引入,可以有效降低阳极处空穴的输运势垒,提高器件空穴收集效率,并能充当化学间隔层,提高器件光伏性能和稳定性.     

通过重氮盐分子表面修饰金纳米帽子探究其对等离子体共振吸收的影响

以玻璃基底作为聚苯乙烯纳米球的载体，首先将聚苯乙烯纳米球旋涂在玻璃基底上，然后通过热沉积的方法将金熔融沉积在聚苯乙烯纳米粒子的表面, 再通过超声的方式将负载有金纳米帽子的聚苯乙烯微球从玻璃基底上分离下来，最后用二氯甲烷将聚苯乙烯微球溶解掉，成功制备了空心的金纳米帽子材料。通过共价键链接的方式在这些空心的金纳米帽子的表面成功修饰上苯的衍生物，通过测试分析发现，修饰带有不同电性的基团，金纳米帽子的等离子体共振吸收会发生不同的红移或蓝移现象，推测这是由于金纳米帽子表面结构电子密度的变化所导致。     

金纳米四面体增强有机太阳电池光吸收及光伏性能研究

为增强有机太阳能电池的光利用率,提高能量转换效率,本文合成了金四面体形状的纳米粒子,并用聚苯乙烯磺酸钠(PSS)包裹形成了核壳结构的金纳米四面体(Au@PSS tetrahedra NPs).将其掺杂到有机太阳能电池空穴提取层与活性层的界面处,利用表面等离子体共振效应来增强活性层对光的吸收,从而提高有机太阳能电池的能量转换效率.研究了掺杂浓度和PSS包裹厚度对电池性能的影响.结果表明:掺杂浓度为6%时,器件性能最佳,能量转换效率达到3.08%; PSS壳层厚度优化为2.5 nm时,转换效率达到3.65%,较标准电池提升了22.9%.电池性能的改善主要源于金四面体纳米粒子的共振吸收峰位于给体材料吸收谱范围内,纳米粒子的共振促进了给体的吸收,同时PSS壳层的引入促进了激子的解离和电荷的转移,上述因素的改善提升了电池的短路电流、填充因子和转换效率.     

PVP/洛美沙星-铽纳米粒子微波合成及其荧光特性研究

以PVP为表面修饰剂,用微波合成法制备了粒径分布均匀性能稳定的洛美沙星-铽(LELX-Tb3 )纳米粒子,用扫描电镜、红外光谱和荧光光谱进行了表征.重点分析了PVP的引入对洛美沙星-铽纳米粒子的粒径分布、粒子形貌、红外光谱和荧光光谱的影响,发现PVP修饰后的洛美沙星-铽纳米粒子具有更均匀的尺寸分布,荧光发射峰强度增强;确证了PVP的用量是制备洛美沙星-铽纳米粒子的一个重要因素;探讨了PVP对LFLX-Tb3 荧光的增敏机理.     

NiO_x作为空穴传输层对有机太阳能电池光吸收的影响

基于多层膜系模型的传输矩阵方法、麦克斯韦方程和光子吸收方程,研究了NiOx作为替代3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)的空穴传输材料对聚3-己噻吩(P3HT)和富勒烯衍生物([6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester,PC61BM)共混体异质结有机太阳能电池器件内部光电场分布和光吸收特性的影响.分别制备了以NiOx和PEDOT:PSS为空穴传输层,P3HT:PCBM为活性层的有机太阳能电池,并通过数值模拟的方法比较了NiOx和PEDOT:PSS两种空穴传输材料对器件光伏特性的影响.结果表明:10 nm的NiOx空穴传输层器件比40 nm的PEDOT:PSS器件获得了更大的短路电流和填充因子,并具有更高的能量转化效率.     

基于ZnS量子点与聚合物混合层的有机双稳态器件的记忆特性及其载流子传输机制

用ZnS量子点与poly-4-vinyl-phenol (PVP)复合,通过简单的旋涂法制备了结构为ITO/ZnS:PVP/Al的一次写入多次读取(WORM)的有机双稳态器件。器件起始状态为OFF态,通过正向电压的作用,器件由OFF态转变为ON态,并且在正向或反向电压的作用下,器件始终保持在ON态,表现出良好的一次写入多次读取的存储特性。与不含ZnS量子点的器件相比,含有ZnS量子点的器件表现出明显的双稳态特性,其电流开关比达到10⁴,这说明ZnS量子点在器件中起到存储介质的作用。通过对器件电流-电压(I-V)特性的测试,详细讨论了器件的双稳态特性以及载流子传输机制,并且用不同的传导理论模型分析了器件在ON态和OFF态的电流传导机制。器件I-t曲线表明器件在大气环境中具有良好的永久保持特性。     

NPB阳极缓冲层对反型结构聚合物太阳能电池性能的影响

制备了给体材料为poly(3-hexylthiophene)(P3HT),受体材料为[6,6]-phenyl-C60-butyric acid methyl ester(PCBM),器件结构为ITO/ZnO/P3HT:PCBM/NPB(0,1,5,10,25 nm)/Ag的反型体异质结聚合物太阳能电池.不同厚度的N,N′-diphenyl-N,N′-bis(1-naphthyl)-1,1′-biphenyl-4,4′-diamine(NPB)阳极缓冲层被用来改善器件性能,研究了NPB阳极缓冲层对器件特性的影响.研究发现,1 nm厚的NPB改善了器件的载流子收集效率,增加了器件的短路电流与开路电压.当NPB缓冲层的厚度达到25 nm时,过厚的NPB导致串联电阻增加,使得器件特性大幅下降.通过电容-电压测试,进一步研究了不同厚度NPB对器件载流子注入与收集的影响,1 nm厚的NPB修饰并没有改善器件的载流子注入但是增加了器件对光生载流子的收集效率,过厚的NPB使得自由载流子的复合占据主导.适合厚度的NPB可以作为一种阳极缓冲层材料应用于聚合物太阳能电池提高器件特性.     

基于Al_2O_3/MoO_3复合阳极缓冲层的倒置聚合物太阳能电池的研究

采用旋涂Al_2O_3前驱体溶液和低温退火的方法在活性层上形成Al_2O_3薄膜,并与MoO_3结合形成Al_2O_3/MoO_3复合阳极缓冲层,制备了以聚3-己基噻吩:[6.6]-苯基-C_(61)-丁酸甲酯(P3HT:PC_(61)BM)为活性层的倒置聚合物太阳能电池,并通过改变Al_2O_3前驱体溶液的浓度来分析复合阳极缓冲层对器件性能的影响.结果发现,Al_2O_3/MoO_3复合阳极缓冲层能有效调控倒置聚合物太阳能电池的光电性能及其稳定性.当Al_2O_3前驱体溶液的浓度为0.15%时,器件光伏性能达到最优值,与MoO_3单缓冲层的器件相比,光电转换效率(PCE)由3.85%提高到4.64%;经过80天老化测试后,具有复合阳极缓冲层的器件PCE保留为初始值的76%,而单缓冲层的器件PCE已经下降到50%以下.器件性能得到改善的原因是Al_2O_3/MoO_3复合阳极缓冲层增强了倒置太阳能电池器件阳极对空穴的收集能力,同时钝化了器件活性层,从而提升了太阳能电池器件的光伏性能及其稳定性.     

基于金纳米粒子增强有机-无机杂化钙钛矿放大自发辐射

有机-无机杂化钙钛矿作为激光的增益介质时,存在室温时纳秒脉冲或连续激光作用下的光泵浦器件不稳定、难以实现电泵浦激光等问题.通过将金纳米粒子水溶液和PEDOT∶PSS溶液共混的方法,将20nm尺寸的金纳米粒子掺杂至光泵浦平面波导器件的界面层PEDOT∶PSS中,掺杂了金纳米粒子的平面波导器件(以CH_3NH_3PbBr_3为增益介质)的放大自发辐射绝对强度相对于没掺杂金纳米粒子的器件提升了5.5倍.实验结果表明,金纳米粒子的引入,一方面提升了CH3NH3PbBr3薄膜的吸收,增加了粒子反转数目,另一方面加快了激发态激子的辐射跃迁速率.仿真分析表明,金纳米粒子的近场和远场复合表面等离激元可有效耦合增益介质光吸收/发射主区域,从而提高了平面波导器件的放大自发辐射性能.研究结果可为高效泵浦激光的实现提供参考.     

基于镍泡沫支撑的Co_3O_4纳米多孔结构的高性能超级电容器电极

在众多能量存储和转化器件中,超级电容器由于具有功率密度高、充放电迅速和优异的循环性能的优点而被广泛研究.然而,较低的比容量和能量密度,限制了超级电容作为大尺度能量存储和转化器件的广泛应用.为了提高超级电容器的比容量,需要增大电极材料和电解质的接触面积,进而促进电极材料俘获/释放电解质中的粒子(例如电子、离子或者小分子).在此,我们通过简单的水热法联合高温退火实验方案能够大规模制备出镍泡沫支撑的Co_3O_4多孔纳米结构.无需借助导电胶和粘合剂,在集流器镍泡沫上"生长"Co_3O_4多孔纳米结构直接作为超级电容的电极材料.这种多孔纳米结构和一体化设计思路不仅能够有效提高电极的导电性,而且能够有效缩短离子和电子的迁移路径.由于多孔的结构特征和优异的导电性能,Co_3O_4电极表现出超高比容量(在电流密度为2.5 m A·cm~(-2)和5.5 m A·cm~(-2)时,比容量分别为1.87 F·cm(-2)(936 F·g-1)和1.80 F·cm~(-2)(907 F·g-1))、较好的倍率性能(电流密度从2.5 m A·cm~(-2)增大到100 m A·cm~(-2)时,保留其48.37%的初始电容)和超高的循环稳定性(经历4000次电流密度为10 m A·cm~(-2)的循环充放电过程,保留其92.3%的比容量).这种多孔纳米结构和一体化设计思路对设计其他高性能储能器件具有重要的指导意义.     

多层栅介质层有机薄膜晶体管的存储与光响应特性

在真空室内一次性制备了具有多层栅介质层结构的有机薄膜晶体管(OTFTs).结果表明,制备的OTFTs具有电控开关、存储和光敏多重功能特性.分析认为,存储特性归功于器件的结构,采用了分离的CaF2纳米粒子岛作为电荷俘获中心.在光照环境下,观察到了两种不同类型的光响应特性.快速的光响应来自于有源层吸收了能量大于带隙的光子所...     

基于MEH-PPV/Ir(ppy)_3聚合物电双稳器件

通过逐层旋涂的方法,利用MEH-PPV(Poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene]与Ir(ppy)_3(tris(2-phenylpyridine)iridium(Ⅲ))),制备活性层,实现了高性能的电双稳器件。通过改变MEHPPV的浓度,制备了不同器件并进行性能比较,发现所有器件都具有明显的电双稳特性。当MEH-PPV的浓度达到4 mg/mL时,器件的开关比可以达10~3。同时,通过测试器件的电流-循环次数研究了器件的持续稳定特性。经过10~4次的反复读写测试,器件性能依然稳定。最后,通过对器件的Ⅰ-Ⅴ曲线进行线性拟合,并结合器件的能级图,对器件的工作原理进行了研究。结果表明,MEH-PPV/Ir(ppy)_3器件的电双稳特性产生的主要原因是偶极层的形成与破坏。     

金核-铂壳纳米修饰电极在酸性溶液中对甲醛的电催化氧化

制备了金(核)铂(壳)结构纳米粒子(Au@Pt-NPs)及其Au@Pt-NPs/PVP膜修饰电极,考察该修饰电极在酸性介质中对甲醛的电催化氧化行为,研究表明金和铂之闻存在协同催化作用.使Au@Pt纳米粒子比单独铂和金纳米粒子具有更高的催化活性.循环伏安行为显示修饰电极的氧化峰电流与溶液中甲醛浓度有良好的线性关系,线性范围为0.01-0.4mg/g、检出限为4ug/g,可作为甲醛的一种灵敏而快速的电化学检测方法.     

聚乙二醇光化学法制备金纳米微粒及共振散射光谱研究

采用共振散射光谱、紫外-可见吸收光谱、透射电镜对聚乙二醇(PEG)-Au3+纳米光化学反应进行了研究。讨论了金纳米粒子合成条件的影响,发现金纳米粒子的尺寸与PEG分子量大小有关。建立了一个利用不同分子量PEG制备一系列粒径为6～60 nm金纳米粒子的光化学合成新方法。根据PEG分子的空间位阻、疏水性等解释了PEG分子量不同而获得不同粒径金纳米粒子的原因。提出了一个合理的纳米光化学反应机理。     

金属复合纳米粒子的局域表面等离子体特性研究

提出了一种在银层上面覆盖一层金的四棱台复合纳米结构。采用离散偶极子近似(DDA)方法,针对光激发复合金属纳米粒子的局域表面等离子体共振(LSPR)进行研究,讨论了四棱台纳米粒子金银复合结构在不同尺寸、不同混合比等条件下的消光特性及折射率灵敏度。计算结果显示,在银层厚度为50 nm的四棱台纳米粒子上覆盖金层,其折射率灵敏度不变。同时,四棱台银纳米粒子厚度的增加会使其消光峰值波长蓝移。金材料比例的增加会使金银复合纳米结构的消光峰值波长红移。当金银复合结构的纳米粒子的厚度大于自由电子的平均自由程时,其局域表面等离子体激发强度不发生变化。