N掺杂和N-V共掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的投影缀加平面波方法和广义梯度近似加Hubbard参数的似近,研究了锐钛矿相TiO₂,N掺杂TiO₂和N-V共掺杂TiO₂体系的基态原子构型、电子结构.结果表明,N掺杂后,其晶胞体积比末掺杂时要略微增大,基态构型并未发生明显变化,而N-V共掺杂时,对称性被破坏,V原子向N原子附近靠近.计算得到的锐钛矿相TiO₂带隙E_gap为3.256 eV,与实验值3.23 eV非常接近.N掺杂TiO₂带隙降低了0.4 eV,而N-V共掺杂带隙降低至2.555 eV.此外,N-V共掺杂会在价带顶和导带底之间形成受主和施主能级,这种能级对光生电子-空穴对的分离是非常有利的,降低了再次复合的概率.因此,N-V共掺杂TiO₂可以有效地提升TiO₂作为光催化剂的催化能力.     

O2流量对磁控溅射N掺杂TiO2薄膜成分及晶体结构的影响

利用直流脉冲磁控溅射方法在室温下通过改变O₂流量制备具有不同晶体结构的N掺杂TiO₂薄膜,利用台阶仪、X射线光电子能谱仪、X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计等设备对薄膜沉积速率、化学成分、晶体结构、禁带宽度等进行分析.结果表明:所制备的薄膜元素配比约为TiO_1.68±0.06N_0.11±0.01,N为替位掺杂,所有样品退火前后均未形成Ti—N相结构,N掺杂TiO₂薄膜的沉积速率、晶体结构等主要依赖于O₂流量.在O₂流量为2 sccm时,N掺杂TiO₂薄膜沉积速率相对较高,薄膜为非晶态结构,但薄膜内含有锐钛矿(anatase)和金红石(rutile)相晶核,退火后薄膜呈anatase和rutile相混合结构,禁带宽度仅为2.86 eV.随着O₂流量的增加,薄膜沉积速率单调下降,退火后样品禁带宽度逐渐增加.当O₂流量为12 sccm时,薄膜为anatase相择优生长,退火后呈anatase相结构,禁带宽度为3.2 eV.综合本实验的分析结果,要在室温条件下制备晶态N掺杂TiO₂薄膜,需在高O₂流量(＞10 sccn)条件下制备. 关键词： 2薄膜')" href="#">N掺杂TiO₂薄膜 磁控溅射 化学配比 晶体结构     

钽掺杂二氧化钛薄膜的光电性能研究

采用脉冲激光沉积法 (PLD), 以石英玻璃为衬底制备了钽掺杂TiO₂薄膜并研究了薄膜样品的光电性质. 沉积氧气分气压从0.3 Pa变化到0.7 Pa时薄膜样品的帯隙变化范围是3.26 eV到3.49 eV. 通过测量电阻率随温度的变化关系确定了薄膜内部的主要导电机理. 在150 K到210 K温度范围内, 热激发导电机理是主要的导电机理; 而在10 K到150 K范围内; 电导率随温度的变化复合Mott的多级变程跳跃模型 (VRH); 在210 K到300 K范围内, 电阻率和exp(b/T)^1/2呈正比关系. 关键词： 2')" href="#">Ta掺杂TiO₂ 脉冲激光沉积法 薄膜 导电机理     

Ge20Sb15Se65薄膜的热致光学特性变化研究

采用磁控溅射法制备了Ge₂₀Sb₁₅Se₆₅薄膜, 研究热处理温度(150—400 ℃)对薄膜光学特性的影响. 通过分光光度计、X射线衍射仪、显微拉曼光谱仪对热处理前后薄膜样品 的光学特性和微观结构进行了表征, 并根据Swanepoel方法以及Tauc公式分别计算了薄膜折射率色散曲线和光学带隙等参数. 结果表明当退火温度(T_a)小于薄膜的玻璃转化温度(T_g)时,薄膜的光学带隙(E_g^opt)随着退火温度的增加由1.845 eV上升至1.932 eV, 而折射率由2.61降至2.54; 当退火温度大于薄膜的玻璃转化温度时,薄膜的光学带隙随退火温度的增加由1.932 eV降至1.822 eV, 折射率则由2.54增至2.71. 最后利用Mott和Davis提出的非晶材料由非晶到晶态的结构转变模型对结果进行了解释, 并通过薄膜XRD和Raman光谱进一步验证了结构变化是薄膜热致变化的重要原因. 关键词： 20Sb₁₅Se₆₅薄膜')" href="#">Ge₂₀Sb₁₅Se₆₅薄膜 热处理 光学带隙 折射率     

碲化铋红外透明导电薄膜的制备与光电性能（特邀）

采用射频磁控溅射法在石英衬底和硒化锌衬底上制备了碲化铋薄膜,分别研究了薄膜厚度、退火温度对薄膜微观结构和光电性能的影响。利用X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪和冷场发射扫描电子显微镜,分析了薄膜结构、成分和形貌。结果表明,退火有利于薄膜的结晶,且不改变晶体的择优取向。傅里叶变换红外光谱测试结果表明,在石英衬底和硒化锌衬底上沉积的薄膜,光学透过率随着薄膜厚度和退火温度的增加而减小,在硒化锌衬底上沉积的薄膜透过波段比石英长,且光学透过率更加稳定。霍尔效应测试结果表明,随着薄膜厚度和退火温度的增加,薄膜的电阻率逐渐减小,最小为1.448×10^-3Ω·cm,迁移率为27.400 cm²·V^-1·s^-1,载流子浓度为1.573×10²⁰ cm^-3。在石英衬底上沉积的15 nm厚的Bi₂Te₃薄膜,在1～5μm波段的透过率达到80%,退火200℃后透过率达到60%,电阻率为5.663×10^-3Ω·cm。在...     

(TiO2)12量子环及过渡金属化合物掺杂对其电子性质影响的密度泛函理论研究

本文采用第一性原理中基于密度泛函理论(DFT)的广义梯度近似(GGA)方法, 设计了一种新的(TiO₂)₁₂ 量子环结构, 研究了它的几何结构、平均结合能及电子云分布等属性. 在此新型结构的基础上, 分别采用过渡金属化合物MoS₂, MoSe₂, MoTe₂, WS₂, WSe₂和WTe₂进行掺杂, 并分析了掺杂后体系的几何结构及电子属性(如平均结合能、能级结构、HOMO-LUMO轨道电子云密度分布和电子态密度等). 计算结果表明: (TiO₂)₁₂量子环直径为1.059 nm, 呈中心对称分布, 且所有原子组成一个二维平面结构, 使其几何结构比较稳定, 另外该量子环HOMO-LUMO轨道电子云分布均匀, 且能隙为3.17 eV, 与半导体材料TiO₂晶体的能隙的实验值(3.2 eV)非常接近. 掺杂后量子环的能隙均大幅减小, 其中WTe₂的掺杂结果能隙最小, 仅为0.61 eV, MoTe₂的掺杂结果能隙最大, 为1.16 eV, 也比掺杂前减小约2.0 eV. 其他掺杂结果的能隙都在1 eV左右, 变化不大. 这个能隙的TiO₂可以利用大部分的太阳光能, 使TiO₂具有更为广泛的应用.     

Ge,Al掺杂锰硅化和物Mn4Si7的第一性原理计算

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,对本征Mn₄Si₇以及Ge, Al单掺杂和共掺杂Mn₄Si₇的晶体结构,能带结构,态密度以及光学性质进行了计算和分析.计算结果表明:本征态Mn₄Si₇的禁带宽度为0.810 eV,为直接带隙半导体材料,掺杂后晶体结构稍微变化,禁带宽度减小,且共掺杂时禁带宽度最小,电导率最好.Al以及Ge, Al共同掺杂时会产生杂质能级.掺杂后光子能量向低能级方向移动,光电导率,光吸收,反射系数都有所增大,说明掺杂改善了Mn₄Si₇的光学性质,从而可以提高光伏发电效率.     

V+注入锐钛矿TiO2第一性原理研究

用金属离子注入方法在锐钛矿TiO₂薄膜中掺杂了V⁺，采用全势线性缀加平面波方法计算了锐钛矿TiO₂及V⁺掺杂TiO₂超原胞的电子结构，通过紫外-可见吸收光谱测试方法检测了注入不同剂量的V⁺对TiO₂薄膜吸收光谱的影响.理论计算和实验结果表明，锐钛矿TiO₂薄注入V⁺后，带隙宽度变小，吸收光谱发生红移，并且TiO 关键词： +注入')" href="#">V⁺注入 2')" href="#">TiO₂ 全势线性缀加平面波方法 能带结构     

含氮氟化类金刚石(FN-DLC)薄膜的研究：(Ⅱ)射频功率对薄膜光学带隙的影响

以CF₄,CH₄和N₂为源气体，采用射频等离子体增强化学气相沉积法，在不同射频功率下制备了含氮氟化类金刚石薄膜样品.原子力显微形貌显示，低功率下沉积样品表面致密均匀.拉曼及傅里叶变换红外光谱分析显示，随着射频功率的改变，薄膜的结构和组分也随之变化.紫外-可见光透射光谱证明薄膜具有紫外强吸收特性，通过计算得到其光学带隙在1.89—2.29 eV之间.结果表明，射频功率增加，薄膜内sp²C含量增加，或者说C=C交联相对浓度增加、F的相对浓度降低，导致薄膜内π-π^*带边态密度增大，光学带隙减小. 关键词： 含氮氟化类金刚石薄膜 射频功率 光学带隙     

(Cu,N)共掺杂TiO2/MoS2异质结的电子和光学性能:杂化泛函HSE06

在密度泛函理论的基础上,系统地研究了Cu/N（共）掺杂的TiO₂/MoS₂异质结体系的几何结构、电子结构和光学性质.计算发现,TiO₂/MoS₂异质结的带隙相比于纯的TiO₂（101）表面明显变小,Cu/N（共）掺杂TiO₂/MoS₂异质结体系的禁带宽度也明显地减小,这导致光子激发能量的降低和光吸收能力的提高.通过计算Cu/N（共）掺杂TiO₂/MoS₂的差分电荷密度,发现光生电子与空穴积累在掺杂后的TiO₂（101）表面和单层MoS₂之间,这表明掺杂杂质体系可以有效地抑制光生电子-空穴对的复合.此外,我们计算了在不同压力下TiO₂/MoS₂异质结的几何、电子和光学性质,发现适当增加压力可以有效提高异质结的光吸收性能.本文结果表明,Cu/N（共）掺杂TiO₂/MoS₂异质结和对TiO₂/MoS₂异质结加压都能有效地提高材料的光学性能.     

白光和红绿蓝光LED可调光源研制

为了提高LED光源色温和亮度的调节精度和准确度,结合色温由低向高变化时光色所呈现的渐变特点,提出了一种低色温白光LED灯珠、高色温白光LED灯珠加红绿蓝光LED灯珠补偿式调光的方法.将色温分成三个部分进行调节,每个部分选用不同的LED灯珠组合来进行调光.实验结果表明:不同组合情况下的LED光源的初始输出色温相对于目标值的偏差范围在1％以内;亮度可以在保证色温不变的情况下独立进行调节,初始输出值与目标值的偏差范围在1％以内;经过微调之后可以达到目标值;达到了色温和亮度独立调节的要求;光源发光稳定,不会因为长时间工作而影响调节精度.     

Visualization and interferometry for cylindrical and spherical sample tomography and profilometry

A technique combining image processing and laser interferometry for visualizing and detecting the deformation of transparent cylindrical and spherical sample is proposed. This deformation includes geometric deformation such as volume transition in profilometry and physical deformation such as refractive index change in tomography. Phase contour lines are used for quantitative analysis and graphical representation of the deformation. This method allows us to visually detect the spatial variation of the deformation field and to evaluate the test quality such as misalignment of optical system. A theoretical analysis using phase contour map to characterize the deformation field is described in detail. A method using phase contour map to qualify the interferometric test is proposed. Analysis of test examples is carried out. Suggestions on using phase contour line method to ameliorate test system design are finally discussed.     

Quantum and Classical Disparity and Accord

Discrepancies and accords between quantum (QM) and classical mechanics (CM) related to expectation values and periods are generally found for both the harmonic oscillator (SHO) and a free particle in a box (FPB), which may apply generally. These indicate non-locality is expected throughout QM. The FPB energy states violate the Correspondence Principle. Previously unexpected accords are found and proven that 〈x ²〉 _CM =〈x ²〉 _QM and τ _CM =τ _QMb (beat period i.e. beats between the phases for adjoining energy states) for the SHO for all quantum numbers, n. However, for the FPB the beat periods differ at small n. It is shown that a particle’s velocity in an infinite square well varies, no matter how wide the box, nor how far the particle is from the walls. The quantum free particle variances share an indirect commonality with the Aharonov-Bohm and Aharonov-Casher effects in that there is a quantum action in the absence of a force. The concept of an “Expectation Value over a Partial Well Width” is introduced. This paper raises the question as to whether these inconsistencies are undetectable, or can be empirically ascertained. These inherent variances may need to be fixed, or nature is manifestly more non-classical than expected.     

黑克、布劳、及伯曼-温采尔代数的诱导及分导系数和量子经典李代数的耦合与重新耦合系数

本文总结了计算黑克、布劳、及伯曼 温采尔代数在各种工数链下诱导及分导系数的线性方程方法(LEM)。特别强调了关于A,B,C,D型李代数及其量子情形与其中心代数之间的舒尔 魏尔 布劳双关性关系。这一关系使我们能够利用相应中心代数的诱导及分导系数计算出经典李代数及其量子情形的耦合与重新耦合系数。讨论了从该方法得到B,C,D型李代数不可约表示克罗内克积分解的应用。基于LEM还得到了处理对应于置换群CG系列问题的黑克代数张量积的方法。     

Nano and micro-scale fluid and plasma dynamics: present and future applications

In this letter, we illustrate the importance of fluid dynamics research by considering two particular areas of study: nano- and micro-scale fluid and plasma dynamics. We show how improved scientific knowledge of nano- and micro-fluid dynamics can significantly enhance our future. Application is also discussed regarding environmental aspects.     

国外超导材料技术研究政策和方向

超导材料技术是21世纪具有战略意义的高新技术,极具发展潜力和市场前景。世界各发达国家纷纷制定研发计划,给予高度重视和大力支持,加快超导材料技术的基础研究和产业化发展。主要从美国、日本、欧洲国家、韩国等国家的相关研发计划、政策以及主要科研机构的研发概况出发,阐明目前国外超导材料技术的研究政策和方向。     

激光跟瞄仿真系统及两种跟瞄方法

基于OpenGL和大气传输光学分析的3维全数字仿真是激光跟瞄系统的重要研究手段。为提高跟踪和瞄准精度,从激光跟瞄仿真系统整体出发,研究了目标成像中的投影变换、成像与跟踪的关系、高精度跟踪现有算法的控制过程仿真等内容,并提出了基于大视口、目标大气传输图像序列的跟瞄仿真技术。说明了仿真系统中跟瞄精度分析的特点。就某仿真场景,设计了"头部顶点"和"两点提取"两种跟瞄方法,在不同大气湍流条件下得到了它们的跟瞄精度,说明应用该激光跟瞄仿真系统,能够预先设计、测试和验证一些跟瞄方法,帮助进行算法分析和改进,从而提高工作效率和节约成本。     

Spectroscopy and Photophysics of Iso- and Alloxazines: Experimental and Theoretical Study

We present a systematic study of the effect of methyl substitution on iso- and alloxazines in acetonitrile solutions. Substitution patterns have profound effects on both spectral and photophysical properties, with fluorescence quantum yields varying by more than an order of magnitude. TD-DFT calculation were used for the first time to correlate electronic structure changes with the substitution patterns, with good agreement between calculated and theoretical band positions and oscillator strengths. Both n-pi* and pi-pi* states in these compounds are predicted, with the oscillator strengths indicating that only the pi-pi* states should be observable in the absorption spectra. Substitution patterns are shown to be responsible for energy order inversion between these states.     

Rapid and flexible laser marking and engraving of tilted and curved surfaces

We present a novel method for rapid and flexible laser marking and engraving of tilted, curved and freeform work-piece surfaces. The method is based on integrating a three-dimensional (3D) laser measurement system into a 3D laser marking system. We use the same laser source and optics for measurement and processing with a minimum of additional hardware components. A low power CW laser regime is used to measure the 3D shape of a work-piece surface while a high-peak power-pulsed laser regime is used for processing. The acquired 3D surface data are used to determine the 3D trajectory of the processing beam focus. Neither the 3D shape of the work-piece nor its orientation needs to be known in advance as long as the processed surface lies within the working range of the 3D laser processing system. This eliminates the need for exact work-piece positioning before processing and substantially improves processing flexibility (allowing, e.g. variations in work-piece shape or/and orientation from mark to mark). This paper discusses key issues concerning an implementation of the method and presents typical examples of markings and engravings, which demonstrate the advantages of the method with respect to the existing industrial 2D and 3D laser marking and engraving methods. The method can also be applied to flexible laser structuring and microprocessing of curved surfaces.