介电泳技术制备具有分子荧光增强效应的电极间纳米间隙结构

将单个核壳结构纳米颗粒放置在金属纳米电极之间制备了纳米尺度间隙结构.利用介电泳技术,本文可控地将蛋白质层包裹的SiO₂@Au核壳结构纳米颗粒定位放置在被荧光分子覆盖的纳米电极之间,从而得到了夹在纳米颗粒和金属纳米电极之间的纳米间隙结构.初步的光致发光测量表明,制备的纳米间隙结构可以有效地增强间隙中分子的荧光信号.这一结果为后续实现基于纳米间隙电极的电致分子荧光奠定了基础.     

应力对锂离子电池中空碳包覆硅负极电化学性能的影响

针对锂离子电池硅及其复合电极材料,采用Cahn-Hilliard型扩散方程与有限变形理论全耦合的电化学-力模型来描述其在循环锂化过程中的扩散和力学相关性问题,构造高效的数值算法,在商用有限元软件平台上实现对该理论的数值求解.在此基础上,研究了硅电极恒流锂化和脱锂过程,基于界面反应动力学,得到电压响应曲线,计算结果整体趋势与实验结果吻合较好,同时预测的应力响应也与实验结果一致,验证了本方法的有效性.其次,研究了中空碳包覆硅负极锂化过程中的电化学与力学行为,计算结果表明,锂化期间中空碳包覆硅负极应力水平明显低于实心硅负极,随锂化的进行,应力差值越来越大,锂化结束时应力值降低约27%,这种应力的缓解提高了整个电极内化学势水平,使得锂离子浓度水平显著提高,更易达到完全锂化状态.同时,数值研究表明应力水平的缓解延缓了中空碳包覆硅负极的容量衰减(容量提升74%),充分显示出该电极良好的电化学性能.本研究揭示了应力对硅复合电极容量影响的作用机制,为将连续介质电化学-力耦合理论应用于实验预测提供了途径并为电极材料设计提供了理论依据.     

氧化钨二维微米球腔阵列对聚苯胺电致变色的影响

采用气/液界面自组装方法制备规整排列的聚苯乙烯微球二维单层结构,以此为模板,采用电化学沉积法在电极表面构筑了有序的氧化钨微球腔阵列,进一步在氧化钨球腔内电化学沉积聚苯胺,采用吸收光谱研究了电极表面球腔阵列结构对聚苯胺电致变色行为的影响.     

梯度颗粒复合介质的光学双稳

重点研究了组分的梯度构形对带壳球形颗粒复合介质的光学双稳特性的影响.其中球形颗粒是由非线性核和介电函数具有梯度分布的线性壳组成.对于壳层介电函数具有幂指数分布的情况,通过求解麦克斯韦方程,得到各区域的势能分布函数,从而求得核内电场的数学表达式.数值研究发现,该复合介质的光学双稳阈值和区域与壳层的厚度及壳层的介电幂指数有关,随着壳层厚度增大或幂指数增大,双稳阈值将变宽.此外,还研究了正入射情况下复合材料体系的反射系数随外电场的变化情况, 发现其关系曲线是一条回线. 关键词： 梯度颗粒 复合介质 光学双稳     

纳米颗粒的表面效应和电极颗粒间挤压作用对锂离子电池电压迟滞的影响

硅作为锂离子电池电极材料之一,其应力效应尤为突出,进而将影响电池性能.本文建立了电化学反应-扩散-应力全耦合模型,并研究了恒压充放电条件下扩散诱导应力、表面效应和颗粒间挤压作用对电压迟滞的影响.结果发现,应力及其导致的电压迟滞程度与颗粒尺寸相关.在大颗粒(颗粒半径r 100 nm)中,扩散诱导应力是导致电势迟滞效应的主要因素,这将导致电池能量耗散.对于纳米级小颗粒(r 100 nm)而言,表面效应占据主导,表面效应虽然能缓解电压迟滞,同时却会使驱动电化学反应部分的过电势回线下移,造成锂化容量衰减.本文综合考虑了扩散诱导应力和表面效应,得出:半径为10 nm的颗粒将会使电极具备较好的综合性能.此外,对于硅电极而言,颗粒间挤压作用会使应力回线向压应力状态演化,进而导致锂化容量的衰减.计算结果表明,在电极设计中,对孔隙率设定下限值有助于提升电极性能.     

带壳颗粒复合介质光学双稳的温度效应

研究非稀释极限下带壳的球形颗粒复合介质体系光学双稳的温度效应.其中带壳颗粒是由具有线性响应的核和非线性响应的壳层组成.由于复合体系中的空间局域场是不均匀的,所以应用自洽平均场理论,解析推导核内电场平方的空间平均值与外电场的关系表达式,并对不同温度及不同结构参数下的光学双稳进行了数值计算.结果表明,双稳与温度T、结构参数k和体积分数f有关.在k和f一定时,随温度的升高,双稳效应因上阈值减小、下阈值增大而逐渐减弱,直至双稳消失;在T和f一定时,随结构参数的增大,上、下阈值都增大,而上阈值的增速较大从而导致双稳区域宽度加大. 关键词： 带壳颗粒 复合介质 光学双稳 温度效应     

银/二氧化钛核壳纳米颗粒对碲化镉纳米晶的荧光增强研究

利用新合成的复合纳米结构银/二氧化钛核壳纳米颗粒,研究了金属银纳米颗粒对碲化镉纳米晶层荧光的增强情况.结果表明,这种新型复合金属纳米结构能极大地增强发光纳米晶层的荧光强度.银/二氧化钛核壳纳米颗粒是以水合肼、硝酸银和四异丙氧基钛为原材料,利用胶体化学法在水溶液中合成.透射电子显微镜图片表明这种新合成的银/二氧化钛纳米材料基本上呈球形,有较为明显的核壳结构,中间黑色的核是银纳米颗粒,外层颜色较浅部分是二氧化钛壳层.另外,包裹二氧化钛壳层后,银纳米颗粒的表面等离子吸收带从409 nm红移至430 nm,也证实了这种新型核壳纳米材料的形成.将此合成方法得到的银/二氧化钛纳米颗粒和碲化镉纳米晶用旋转涂覆方法进行直接组合后,得到了银纳米颗粒对碲化镉纳米晶荧光的明显增强,并对其增强的物理过程进行了讨论.这种能够增强荧光团发光的新型复合银纳米结构将在发光器件、荧光成像、生物探测等方面具有一定的应用价值.     

晶体硅太阳电池双层电极优化分析与实验研究

相对于单层电极结构,优化的前表面双层电极能够明显减小功率损失,改善晶体硅太阳电池的电学特性．本文对晶体硅太阳电池的双层电极进行了优化分析和实验研究.通过扫描电子显微镜观测将双层电极的截面抽象为更接近于实际的半椭圆型,建立了太阳电池前表面的双层电极模型,理论分析了双层电极的电学损失和光学损失.结合丝网印刷后光诱导电镀太阳电池的实验,得到了理论和实验上的最优化光诱导电镀增厚电极厚度与丝网印刷电极宽度的关系.所得到的理论和实验结果符合良好.由于并不涉及电极制备的具体技术,双层电极理论模型普遍适用于多种类型的双层电极结构.     

金纳米粒子上CdS纳米半导体材料的制备

利用电极表面组装金纳米粒子为模板,通过循环扫描电化学沉积CdS,在电极表面构筑CdS@Au的核-壳纳米结构。结果表明,在实验条件下所得的CdS均属六方相,但CdS的型貌强烈依赖于电化学沉积扫描电位。金纳米粒子表面的CdS包裹层导致其表面等离子体共振红移,这与金属粒子周围介质折射系数的改变以及粒子内部电荷密度分布的变化密切相关。     

ZnO/ZnS核壳纳米线界面缺陷的形成及发光特性研究

ZnO/ZnS核壳纳米结构因具有优异的光电特性,在光电子领域极具应用前景,其依靠核壳结构界面处载流子的束缚效应可更加有效地控制载流子的产生、传输和复合过程。为讨论ZnO/ZnS核壳结构界面状态及其相应的光学特性,生长了不同程度硫粉硫化的ZnO/ZnS核壳纳米线,再利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)及光致发光光谱(PL)等测试表征手段,分析并讨论经过不同程度硫粉硫化后的ZnO/ZnS核壳纳米线界面处的结构及其光学性质的变化。通过分析ZnO/ZnS核壳结构形貌发现,ZnS成功包覆ZnO纳米线。随着硫化程度的增加,ZnO核结构被破坏,并在核壳界面处引入缺陷,导致形成具有不同结晶质量的ZnO/ZnS核壳纳米线结构,从而会影响ZnO/ZnS核壳纳米线的光学性质。结果表明,ZnO/ZnS核壳界面处缺陷较少时,对载流子的产生和传输具有一定的束缚作用,可以抑制非辐射复合效应,提高材料光学性能;当界面缺陷增加时,形成的缺陷能级则会降低材料的光学性能。     

高效饱和红光聚电解质的发光及电子注入特性研究

以新型的环境友好的水/醇溶性胺基化或者季铵盐化的芴和含硫窄带隙共聚物4,7-二噻吩-2-基-2,1,3-苯并噻二唑的共轭聚电解质为发光层，以高功函数金为电极，制备了一系列高效饱和红色单层发光二极管. 对PFN-DBT10，在38.7mA/cm²下外量子效率达到0.42%，色坐标位于(0.67，0.33). 这类聚电解质解决了发光器件层间的互溶问题，以它和高功函数金组成双层复合阴极，制成了高效三基色双层发光二极管. 通过单层和双层器件结构系统地研究了这类新型聚电解质的发光特性和电子注入特性，器件效率的提高与这类聚电解质和高功函数金电极界面相互作用有关.     

不同壳层厚度的LaF_3∶Eu~(3+)/LaF_3核壳结构纳米颗粒制备及发光性质

表面缺陷会使纳米材料的发光中心产生严重的猝灭,而适当厚度的同质包覆层会减少其猝灭。本文利用共沉淀法合成了LaF3∶Eu3+纳米颗粒和LaF3∶Eu3+/LaF3核壳结构纳米颗粒,研究了颗粒的晶体结构、形貌以及不同壳层厚度对发光性能的影响。研究发现:LaF3∶Eu3+核心和LaF3∶Eu3+/LaF3核壳结构均为六方结构。包覆同质壳层可以提高稀土离子的发光性能,包覆厚度的不同导致LaF3∶Eu3+/LaF3核壳结构的荧光强度与衰减时间均发生改变。其原因是未掺杂的LaF3壳层可以将发光中心Eu3+离子与LaF3∶Eu3+核心的表面隔离,进而减少表面对发光中心的猝灭,提高材料的发光性能。这种修饰作用与壳层厚度相关。     

水雾包裹沙尘颗粒核壳结构的散射特性研究

基于离散偶极子近似法(DDA),对水雾包裹沙尘颗粒的核壳结构光学特性进行研究,计算了长短轴比例为2∶1的椭球形粒子的核壳结构内、外层厚度及散射角度变化对光散射特性的影响。结果表明,内核大小不变,外层厚度由1.2 μm增大到4.8 μm,核壳双层颗粒散射系数和消光系数由3.4和3.43降低到2.543和2.545,且散射相对强度也明显增大。外层厚度不变,内核厚度由0.6 μm增加到2.4 μm,散射系数和消光系数由3.105和3.111变化为2.76和2.9;可见外层厚度对核壳双层颗粒散射特性的影响更大,这是由于散射光主要与外层物质相互作用引起的。散射相对强度随波长的增加而降低,随核壳结构尺度的增加呈现递增的规律。该结果对大气中气溶胶和水雾共同作用时的散射特性,激光在其中的传输特性等研究有参考价值。     

考虑介质膨胀速率的锂离子电池管状电极中扩散诱导应力及轴向支反力分析

硅作为锂离子电池阴极材料相对于传统负极材料具有高比容量,价格低廉等优势.本文针对充电过程中锂离子电池中电极建立力学模型和扩散模型,并在扩散模型引入考虑介质膨胀速率的影响.以硅空心柱形电极为例,分析了恒流充电下介质膨胀速率对电极中扩散诱导应力分布的影响,并研究了不同内外半径比、充电速率、材料参数以及锂化诱导软化系数(lithiation induced softening factor,LISF)对轴向的支反力达到临界欧拉屈曲力所需时间的影响.结果表明,随着电极中锂浓度上升,介质膨胀速率对应力分布的影响增大,对轴向的支反力影响较小.弹性模量和应力成正比,但其与轴向的支反力达到临界欧拉屈曲力所需时间无关;扩散系数与所需时间成反比;偏摩尔体积增大时,达到临界屈曲力所需时间减少;随着LISF绝对值增大,完全锂化时轴向力降低.     

核壳结构在表面增强荧光中的研究进展

表面增强荧光是一种跨空间的相互作用,受荧光分子和金属纳米颗粒之间距离的影响。核壳结构因其制备方法简便、壳层厚度易调节等特点而成为近几年备受关注的研究课题。本文介绍了几种广泛应用于表面增强荧光研究的核壳结构及其国内外研究进展,主要包括金属纳米颗粒作为核心的壳层结构、金属纳米颗粒作为壳层的壳层结构以及一些其他核壳结构,并结合研究现状对核壳结构的未来发展做出展望。     

水中双层弹性球壳的回声特性

研究水中双层同心弹性球壳的声散射．利用严格弹性理论和分离变量法导出了Rnyleigh简正级数解．计算并比较了单层和双层弹性球壳的反向散射形态函数．为了分析回波结构也计算了窄脉冲回波序列．结果表明,外壳很薄内壳稍厚的双层弹性球壳的回波特性主要依赖于内壳。在低Ka时双层壳体的回波可以近似用内部充水的外壳和内部真空的内壳的回波叠加而成．     

受振颗粒“毛细”系统中的对流与有序化

将球形颗粒倒入内径较窄的管状容器时,管壁的曲率会对颗粒的堆积结构产生影响,存在壁效应. 实验表明通过连续的竖直方向的振动,壁效应可以被强化,颗粒可以经由对流由无序排列转变为稳定的同轴筒形“壳层”结构. 每一壳层内,颗粒是二维的六角密堆积, 在这一转变过程中,颗粒堆积率的径向分布由初始的衰减振荡转变为等幅振荡. 分析了堆积率的不均匀性及空气在对流中的作用,以及形成“壳层”结构的动力学过程,对“壳层”结构的稳定性亦进行了讨论. 关键词： 颗粒物质 对流 有序化 毛细     

连续梯度的功能层对燃料电池在初始还原过程中曲率及残余应力的影响

连续梯度的电极由于其相对于多层梯度电极能更加有效地缓解电极和电解质的热失配及改善界面黏接而受到特别的关注. 本文通过建立含连续梯度的阳极功能层的阳极支撑固体氧化物燃料电池的力学模型, 研究了连续梯度的阳极功能层对阳极支撑固体氧化物燃料电池半电池在初始还原过程中曲率及残余应力的影响. 结果表明电池的曲率在初始还原过程中随还原程度的增大而逐渐增大. 连续梯度的阳极功能层的引入不能同时改善电池的曲率和残余应力, 即连续梯度的阳极功能层在缓解应力的同时会导致曲率的增大, 反之亦然. 含有连续梯度的阳极功能层的电池在部分还原状态下, 梯度层/阳极支撑界面处具有最大的拉应力容易导致电池受损, 实际中应保证电池被完全还原.     

Au@Ag核-壳层纳米结构光学性质的研究

利用离散偶极近似(discrete dipole approximation,DDA)的方法,系统研究壳层的材料、尺寸及形貌等因素对Au@Ag核-壳纳米光学吸收谱的峰值、峰位的影响。研究表明在液体环境中金球颗粒计算的结果与Mie理论计算的结果吻合,表明光学常数三次样条插值后DDA计算Au@Ag核-壳层纳米粒子的光学性质是准确可靠的。随着Ag壳层厚度增加,Au@Ag核-壳层球形纳米颗粒的吸光谱线形成与金球颗粒谱线不同的肩峰,然后主峰红移、肩峰蓝移消失合并为一条吸收峰,光学吸收谱线强度明显增强。Au@Ag核-壳层纳米立方体的光学吸收谱线在450nm时出现了许多次级吸收峰,随着Ag壳层厚度增加,主、次吸收峰增强,主吸收峰出现明显的蓝移。银壳层厚度的变化不仅改变光学吸收强度和峰值的位置,还在Au@Ag核-壳层纳米颗粒的尖端形成了很强的表面等离子体振荡(surface plasma resonance,SPR),提高Ag对光学吸收的影响。     

采用MSDI严格角动量投影46Ti、48Cr形变HF谱

采用修正的表面δ相互作用(MSDI),以球形壳模型单粒子态作基矢,对fp壳层区偶偶核⁴⁶Ti、⁴⁸Cr进行形变Hartree–Fock(HF)计算,并用形变HF单粒子态构造Slater行列式波函数,即形变HF内禀态,然后对其实施严格角动量投影程序,得到比较合理的结果.