一维新型阶梯函数光子晶体透射特性

研究了阶梯型折射率n₂₂、n₁₁(阶梯分布高度)的大小、对应的分布厚度、不同入射角以及缺陷模对阶梯函数型光子晶体透射特性的影响.由费马原理给出光在函数光子晶体中的运动方程,再由电磁传播理论给出函数光子晶体的传输矩阵,进一步推导出函数光子晶体的透射率以及电场分布的表达式.研究表明,1)随n₂₂,n₁₁大小或者厚度改变,其禁带变宽;2)随光的入射角增加,其禁带变窄;3)当加入缺陷层时,随着缺陷层介质折射率增加,缺陷模强度减小且位置发生红移;4)在函数光子晶体中,缺陷层前电场分布保持不变,而在缺陷层处以及之后的电场强度都明显增强,这不同于常规光子晶体的电场分布仅在缺陷层处局域增强.     

非贵金属析氢电催化剂的结构调控研究进展

能源危机和环境污染日益严重,寻找可持续且清洁的新能源成为趋势,而氢能被视为最理想的选择。贵金属基催化剂虽活性优异但成本高、稳定性差,因此开发可代替如铱（Ir）和钌（Ru）等贵金属催化剂的非贵金属催化剂是研究热点,而掌握析氢反应（Hydrogen Evolution Reaction,HER）机理是合成新型高效电催化剂的关键。本文综述了近年来非贵金属基HER催化剂的研究进展,围绕Fe、Co、Ni和Mn等非贵金属对电催化构建策略和提高催化活性进行了讨论,其中包括组分调控和缺陷工程等方面。此外,还展望了HER催化剂的应用前景。     

自组装方法与三维光子晶体制作

光子晶体,特别是三维光子晶体,可能成为信息处理和通信等领域的新型功能材料.光子晶体的制作方法可分为"自上而下"的物理方法和"自下而上"的化学自组装方法.化学自组装方法是制作三维光子晶体最为经济有效的方法.本文在阐述自组装方法的种类、一般过程、优点和不足等内容的基础上,分别分析和总结了带有各种功能缺陷的三维光子晶体的制作,这些缺陷主要包括线缺陷、面缺陷和点缺陷.从研究中可以看出,化学自组装方法通常需要结合其他方法才能实现缺陷的嵌入.近些年,三维光子晶体制作在材料选取、结构设计和方法改进等方面都有一些最新进展,本文对此进行了较为详尽的评述,并对我们课题组的研究进行了总结.最后对光子晶体的研究和制作方向进行了展望.     

红外图像处理在墙体空鼓检测上的应用研究

提出了一种基于红外图像的建筑物墙体空鼓检测方法,不但可以远距离、无损地对建筑物空鼓等缺陷进行定性检测,还能对建筑物热工缺陷进行定量分析;采用一种红外图像处理方法来消除墙体温度分布中梯度干扰的影响;通过自适应地调整参数对红外图像进行图像增强处理,有效地排除了环境干扰;通过基于空鼓缺陷边缘轮廓的连通域计算,可直接得到空鼓面积的大小数据;建筑物缺陷现场检测实验结果表明,提出的检测方法既能快速定位出建筑物空鼓等缺陷位置又能以78.3%的精度检测出空鼓面积大小,具有较高的工程应用性。     

二维成分无序颗粒体系中法向力的分布

运用离散元法研究成分无序体系中法向力的几率分布,该体系由两种不同刚度系数的颗粒规则堆积而成, 体系的无序程度由缺陷率控制.模拟发现,无缺陷时体系的力网几乎是均匀的,而有缺陷时力网变得不均匀. 提出了主法向力与次法向力的概念,并对它们分别进行统计;随着缺陷率的增加,主法向力的分布经历了比较复杂的变化过程,而次法向力总是指数型分布.模拟结果表明,缺陷率较小时成分无序体系中的法向力分布与随机堆积体系很不相同,而缺陷率较大时得到了与随机堆积类似的结果.这些结果有助于理解力网的不均匀性与体系无序性的关系.     

中频磁脉冲处理Fe52Co34Hf7B6Cu1非晶合金的正电子湮没研究

对熔体急冷法制备的非晶合金 Fe₅₂Co₃₄Hf₇B₆Cu₁ 进行了不同频率的中频磁脉冲处理, 用透射电子显微镜、穆斯堡尔谱、正电子湮没寿命谱等方法研究了处 理前后试样的微观结构及结构缺陷变化. 结果表明,经中频磁脉冲处理后,样品发生了部分纳米晶化, 晶化量随磁脉冲频率增加而增加, 当磁脉冲频率为2000 Hz时, 晶化量达33.1%; 在淬态非晶样品中, 正电子在类单空位中的湮没寿命τ₁为150.5 ps, 强度 I₁为77.7%, 在微孔洞中的湮没寿命τ₂为349.7 ps,强度I₂为22.3%; 随磁脉冲频率的增加, τ₁, τ₂值呈现减小的变化趋势, 与淬态非晶相比, I₁有所增加, I₂下降, τ₁, τ₂的平均值τ大幅降低.     

金属和非金属共掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理计算

本文运用第一性原理的计算方法, 以C/TM和N/TM共掺杂(碳与过渡金属共掺杂和氮与过渡金属共掺杂)TiO₂为例, 分别计算了它们共掺杂TiO₂的束缚能、能带结构和态密度等, 通过对双掺杂结构的束缚能计算, 发现非金属和金属杂质有团聚成键的趋势, 其正的束缚能说明了掺杂原子与周围的原子成键, 因成键作用减少的体系能量高于因几何畸变带来的应力能. 在对N/V和C/Cr共掺杂能带结构和分子成键的详细分析中, 发现非金属和金属共掺杂TiO₂, 要使掺杂后TiO₂的光吸收边红移较大, 光催化性能较好, 就要符合金属和非金属共掺杂协同机制, 即 掺杂后在导带底下方和价带顶上方分别出现由金属3d和非金属2p态提供的杂质能级.     

四光束干涉单次曝光构造含平面缺陷三维周期性微纳结构

本文使用多光束干涉方法构造三维周期性微纳结构.通过多次匀胶与单次曝光结合, 在负光刻胶SU8上刻蚀出含平面缺陷的类金刚石结构(fcc-like)光子晶体.扫描电子显微镜(SEM)观测显示, 相比无缺陷光子晶体结构,该结构在(111)晶面上存在清晰可见的平面缺陷.通过控制匀胶时的转速, 可以精确控制平面缺陷厚度在适合的范围.傅里叶红外反射光谱测试显示完整周期微纳结构在(111)方向上 有明显的特征峰,两个特征反射峰中心波长接近1.2 μm和2.4 μm. 含缺陷的结构则在反射光谱特征峰中掺入了明显的凹陷,并且随着平面缺陷的厚度增大, 缺陷模从处于2.4 μm禁带移至1.2 μm禁带处.提取SEM图中的结构参数, 用FDTD方法模拟分析,发现模拟结果与实验值基本一致,证明了平面缺陷不但存在,而且面积较大.     

色散负折射特异介质的1维光子晶体缺陷态

在1维光子晶体中引入色散负折射特异介质,分析了其介电常数和磁导率在微波区（1～10 GHz）与频率的关系。分别对以色散负折射介质为缺陷的正折射率介质光子晶体及以正折射率介质为缺陷的正负折射率介质光子晶体进行了数值仿真,得出了均匀平面电磁波在正入射和斜入射时的透射谱。结果表明:在介电常数和磁导率均为负值的不同禁带中,分别出现了单、双缺陷模。利用透射谱的这一特点,可实现单、双通道滤波。     

锂掺杂氧化锌复合缺陷电子结构的杂化密度泛函研究

利用第一原理计算以及杂化密度泛函方法研究了锂掺杂氧化锌的各种缺陷态的电子结构,并通过缺陷形成能考察其在不同气氛中的能量稳定性. 计算结果表明,在通常的气氛条件下,锂离子占据间隙位置和锂离子替换锌离子形成的复合缺陷具有最低的形成能. 锂掺杂氧化锌中,复合缺陷对的形成使氧化锌很难实现p型导电. 然而,当气氛从富锌环境转变到极端氧环境时,锂替代锌离子的缺陷将更加稳定,其形成能将低于锂间隙和锂替代锌复合缺陷的形成能. 因此,锂掺杂氧化锌可以通过在氧气氛中生长,或在富含氧气气氛中退火得到有效的p型电导.