基于双极性二维晶体的新型p-n结

二维晶体的特殊结构和新奇物理性能为构建新型纳米结构和器件,实现半导体领域的突破性进展提供了可能.本文首先介绍了双极性二维晶体的基本物理性能和相关范德瓦耳斯异质结的制备方法.在此基础上,主要综述了双极性二维晶体在新型电场调制二维晶体p-n结与异质p-n结以及非易失性可存储二维晶体p-n结等方面的应用、相关结构设计、电子和光电子等物理性能.然后进一步介绍了该类新型p-n结在逻辑整流电路、场效应光电子晶体管、多模式非易失性存储器、整流存储器、光电子存储器、光伏器件等方面的潜在应用.最后总结展望了该种新型p-n结在相关领域的可能发展方向.     

超声背散射骨质评价中的频散衰减测量与补偿

超声背散射法已逐渐应用于骨质的评价与诊断.相比于人体软组织,致密多孔的骨组织中超声衰减大,导致接收到的超声信号微弱,频散失真严重.骨组织的超声频散衰减通常由超声透射法测量.然而,透射法测量的超声衰减为传播路径上组织介质衰减的平均值,无法区分软组织、皮质骨及松质骨的衰减效应,无法测量感兴趣区域内松质骨组织的超声衰减.本文旨在研究松质骨超声频散衰减的背散射测量方法,分析补偿超声背散射信号频散失真的可行性.离体测量16块松质骨样本的超声背散射与透射信号(中心频率1 MHz).采用四种背散射方法 (谱移法、谱差法、谱对数差法和混合法)测量松质骨超声频散衰减系数,与超声透射法测量的频散衰减标准值进行对比.结果表明,骨样本超声频散衰减范围为2.3—6.2 dB/mm/MHz,透射法测量的超声频散衰减(均值±方差)为(4.14±1.14) dB/mm/MHz;谱移法、谱差法、谱对数差法和混合法测量的频散衰减(均值±方差)分别为(3.88±1.15) dB/mm/MHz,(4.00±0.98) dB/mm/MHz,(3.77±0.84)dB/mm/MHz,(4.05±0.85) dB/mm/MHz.背散射法测量的频散衰减系数与标准值有较高的相关性(R=0.78—0.92, p 0.01),其中,谱差法(R=0.91, p 0.01)和混合法(R=0.92, p 0.01)测量结果更准确(相对误差小于20%).以上结果说明背散射法测量松质骨超声频散衰减具有可行性,基于傅里叶变换-逆变换原理可以补偿背散射信号频散衰减失真,显著提高信号强度,有利于后续超声背散射骨质评价及成像研究.     

水热法合成红色绿柱石的光谱特征研究及应用

采用常规宝石学测试方法,配合紫外可见光谱技术（UV-Vis）及傅里叶变换红外光谱技术（FTIR）,对美国犹他州天然红色绿柱石及俄罗斯水热法合成红色绿柱石的宝石学特征、紫外可见吸收光谱特征、中红外光谱（MIR）特征及近红外光谱（NIR）特征进行了综合对比研究。结果表明,常规宝石学测试方法很难将上述两类宝石区别开来;紫外可见光吸收光谱对鉴定天然和合成红色绿柱石的能力很有限;同时这两种宝石的中红外吸收光谱（MIR）没有明显的特征差异,其吸收位置和吸收强度基本一致。但在2 000~9 000 cm-1红外波段,天然红色绿柱石与水热法合成红色绿柱石的吸收频率差异明显,因此具有独特的鉴别特征。进一步研究表明,天然红色绿柱石在3 500~4 000 cm-1之间没有强吸收峰,几乎不含结构水,但在3 300~3 600 cm-1之间有非常弱的吸收带（峰值为3 418 cm-1）,因此有可能有其他形式的水。水热法合成红色绿柱石样品的近红外光谱特征表明,其在3 500~4 000 cm-1之间及5 000~5 800 cm-1之间均显示有强烈的水的振动吸收：其在5 000~5 800 cm-1有弱的Ⅰ型水吸收峰和强Ⅱ型水吸收峰,可以归属为分子水的弯曲和伸缩的合频振动;其在7 000~7 500 cm-1之间显示的弱Ⅰ型水的吸收峰和强的Ⅱ型水的吸收峰可以归属为水的倍频振动。因此,水热法合成红色绿柱石中的结构水归属Ⅰ型水与Ⅱ型水的混合型,其在3 500~4 000及5 000~5 800 cm-1范围水的近红外吸收光谱特征可作为区别天然和水热法合成红色绿柱石的依据。通过紫外可见光光谱、中红外光谱以及近红外光谱等光谱分析手段可以初步判断红色绿柱石中是否含水、水的赋存状态、以及不同类型水的相对强度和频率,为区分天然与水热法合成红色绿柱石提供诊断性证据。     

一种将三价钛引入锐钛型二氧化钛的新方法:用于有效的光催化产氢（英文）

伴随着科技的日益进步,人们的生活水平有了极大的提升,但是随之而来的环境污染问题也成为当前世界亟待解决的重大问题之一.太阳能是地球上最大的清洁能源来源,有效地利用太阳能将为解决环境污染问题提供巨大的帮助.而光催化技术的一个关键材料就是催化剂,催化剂对太阳能利用的好坏也就决定了光催化技术的应用前景.因此,人们对催化剂的研究也在逐步深入.1972年,Fuiishima和Honda在Nature杂志上首次报道了二氧化钛电极在紫外光照射下分解水产生氢气的现象,自此掀起了半导体光催化的研究热潮.二氧化钛因具有无毒、廉价和耐腐蚀等优点而在光催化领域广受关注.传统白色二氧化钛具有两大劣势(宽的禁带宽度与高的电子/空穴复合率)大大限制了它的应用.人们对于改变二氧化钛性质进行了大量的尝试,例如金属/非金属掺杂、形貌的改变等.黑色二氧化钛(存在大量的氧空位和三价钛)的出现极大地克服了传统白色二氧化钛的缺点,其具有窄的禁带宽度和低的电子/空穴复合速度.目前,黑色二氧化钛的制备方法大致分为以下几种:(1)高压下氢化;(2)高温常压下氢化;(3)铝热还原法;(4)溶液蒸发法;(5)化学氧化法;(6)电化学还原等.由于更简单安全(不涉及氢气使用)和更好的可见光光催化活性,三价钛自掺杂的二氧化钛从这些方法中脱颖而出.迄今为止,诱导三价钛的方法通常是能量密集型的,涉及不稳定的Ti原料(如TiO和TiH_2).研究用于制备三价钛自掺杂二氧化钛的新方法是十分必要的.我们以稳定的钛粉为原料,通过简单的方法将三价钛和氧空位成功地引入锐钛型二氧化钛.通过X射线衍射、场致发射扫描电子显微镜等技术研究了制备样品的物理化学性质,发现H_2O_2和水热反应时间对纳米棒型微观形貌的形成至关重要.通过调整诸如H_2O_2量和水热反应时间的参数,根据实验结果提出了形成这种微观结构的可能机制.更重要的是,可见光区域的光吸收受到样品中氧空位量的控制,存在氧空位的最佳值使光催化产氢活性最高.     

基于深亚波长双层媒质的钙钛矿量子点荧光增强

近年来,利用金属纳米结构表面等离激元共振提高半导体材料的发光效率取得了重要进展,但是相关结构体系面临着加工技术复杂、重复性差等缺点。本文报道了一种新型超薄、大面积、共振可调的平面双层纳米媒质用于增强量子点发光,其结构由深亚波长厚度、高吸收率特性的氧化铜(CuO)薄膜和金(Au)薄膜构成。实验结果显示,通过改变CuO薄膜厚度可以灵活调节CuO/Au双层堆栈结构的反射光谱,以其为基底旋涂CsPbBr_3钙钛矿量子点后与裸石英旋涂CsPbBr_3量子点参考样品相比实现了最大7倍的荧光发光增强。理论分析表明,荧光增强效应与强光学非对称法布里-珀罗薄膜干涉引起的高效光吸收和局域场增强导致的自发辐射速率加快相关。     

平面金属等离激元美特材料对光学Tamm态及相关激射行为的增强作用

本文对具有类EIR色散特性的平面金属等离激元美特材料(planar plasmonic metamaterials, PPM)对光学Tamm态及相关激射行为的增强作用进行了研究. 我们首先运用传输矩阵方法分析了利用PPM结构的色散来增强光学Tamm态对应模式电磁局域密度的可能性. 其次, 我们将具有类EIR特性的PPM与一维光子晶体(photonic crystal, PC)合在一起设计了一种平面等离激元美特材料-光子晶体(PPM-PC)异质结构. 研究发现, 通过在电磁局域密度最高的PPM结构中(或附近)加入增益介质, 可观察到比通常光学Tamm态更强的激射增强效应及更明显的单色性响应. 这些特性使得这种PPM-PC结构有望被应用于低阈值激光器、荧光增强等方面.     

交联聚丙烯压电驻极体的压电性能及振动能量采集研究

以电子束辐照交联聚丙烯(IXPP)泡沫薄板为原材料, 首先利用热压工艺对微观结构进行改性, 然后采用电晕充电方法对样品实施极化处理, 使之具有压电效应, 成为压电驻极体. 通过准静态和动态压电系数d₃₃、复电容谱, 以及等温衰减的测量, 研究了IXPP压电驻极体膜的机电耦合性能; 同时考察了基于IXPP压电驻极体膜的振动能量采集器在{3-3}模式下对环境振动能的俘获. 结果表明, IXPP压电驻极体的准静态压电系数d₃₃可高达620 pC/N; 厚度方向的杨氏模量和品质因数(FOM, d₃₃·g₃₃)分别是0.7 MPa和11.2 GPa^-1; 在50, 70和90℃下进行等温老化, 经过24 h后, IXPP压电驻极体膜的准静态压电系数d₃₃分别降低到初始值的54%, 43%和29%; 采用面积为3.14 cm²的IXPP压电驻极体膜为换能元件, 当振子质量为25.6 g, 振动频率为820 Hz时, 振动能量采集器在匹配负载附近可以输出高达65 μW/g²的功率.     

HF酸腐蚀提高K9基板损伤阈值

针对K9玻璃基板的HF酸化学腐蚀工艺开展研究,标定了40%和2%高低两种体积分数的HF酸的腐蚀速率;分析了基板表面形貌随腐蚀深度的变化规律;研究了腐蚀时间、HF酸体积分数、超声波工艺对激光损伤阈值的影响,提出了能够有效减少损伤敏感的氟硅盐沉淀、提高损伤阈值的优化腐蚀清洗工艺流程。采用优化的腐蚀清洗工艺流程进行了实验验证,结果表明用体积分数为2%的HF酸在高温和超声波条件下腐蚀90s后,测得1064nm波长激光作用下K9基板抗激光损伤阈值提高了75%。     

疏水性对溶胶-凝胶SiO2薄膜抗真空污染及抗激光损伤能力的影响

以正硅酸乙酯作为前驱体, 利用碱催化方式制备了SiO₂溶胶, 通过在溶胶中添加含疏水基团(-CH₃)的六甲基二硅氮烷(HMDS)对溶胶进行改性, 使用添加不同物质的量比HMDS改性后的溶胶用提拉法在K9基片上镀膜, 获得了具有疏水性能的SiO₂薄膜。采用自制接触角测量仪、紫外-可见-近红外分光光度计研究了薄膜的水接触角和透过率。测试了薄膜的激光损伤阈值, 并观察了激光辐照后薄膜的损伤形貌。通过真空污染实验对薄膜的抗污染能力及抗激光损伤能力进行了研究。实验结果表明:经疏水改性的溶胶所镀制的薄膜激光损伤阈值由未改性样品的24.3 J·cm^-2增加到37 J·cm^-2(1 064 nm, 10 ns), 且抗真空污染能力大大加强:在真空环境下保存168 h后, 未改性样品的峰值透过率下降了2%, 而疏水改性后的样品峰值透过率仅下降了0.25%, 并保持了较高的激光损伤阈值(30.8 J·cm^-2)。     

γ-CuI超快闪烁转换屏的制备与性能表征

以石英基片为衬底,采用真空热蒸发法,通过调控衬底温度制备出了具有微柱结构、柱径在μm量级、厚度约17 μm的γ-CuI超快闪烁转换屏。在X射线激发下,所制备的γ-CuI超快转换屏具有峰位在430 nm的快成分发射峰和峰位在700 nm的慢成分发射带,其中快成分发射峰占总发光的主要部分;随着衬底温度由170 ℃升高至210 ℃,转换屏430 nm发射峰的强度会逐渐减弱,而700 nm发射带的强度则逐渐增强,这可能是由于较高的衬底温度会造成碘流失从而引起转换屏中碘空位增加、铜空位减少所致(Cu/I增大),碘流失的假设得到了卢瑟福背散射实验的验证。γ-CuI超快转换屏的晶体结构呈(111)晶面择优取向,且不随衬底温度而变化,当衬底温度升高至210 ℃时,由于CuI分子获得的动能增加,转换屏还会出现微弱的(220)和(420)晶面的取向。当衬底温度由170℃增至190 ℃时,转换屏的微柱结构会随之优化,微柱结构明显,但当衬底温度进一步增至210 ℃时,由于表面扩散和体扩散效应加剧,微柱结构会随之退化。最后,采用刃边法测量了所制备γ-CuI转换屏的空间分辨率,结果显示170,190和210 ℃衬底温度条件下所制备的转换屏,其空间分辨率分别为：4.5,7.2和5.6 lp·mm-1,微柱结构有助于提高转换屏的空间分辨率。