B,P掺杂β-Si3N4的电子结构和光学性质研究

运用第一性原理方法, 计算了B, P两种元素单掺杂和共掺杂的β -Si₃N₄材料的电子结构和光学性质. 结果表明: B掺杂体系的稳定性更高, 而P掺杂体系的离子性更强; 单掺和共掺杂均窄化带隙, 且共掺在禁带中引入深能级, 使局域态增强; 单掺杂体系介电函数虚部、吸收谱和能量损失谱各峰均发生红移、幅值减小, 而共掺后介电函数虚部主峰出现蓝移、能量损失峰展宽、高能区电子跃迁大大增强, 且控制共掺杂的B, P比例可获得较低的带电缺陷浓度.     

Se掺杂对单层MoS2电子能带结构和光吸收性质的影响

基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了Se掺杂单层MoS₂能带结构和光吸特性,并分析了对其光解水性质的影响。结果表明：本征单层MoS₂为直接带隙结构,禁带宽度为1.740 eV,导带底电位在H⁺/H₂还原势之上0.430 eV,价带顶电位在O₂/H₂O的氧化势之下0.080 eV,具有可见光催化分解水的能力,但氧化和还原能力不均衡,导致单层MoS₂作为光催化剂分解水的效率不高。通过Se掺杂计算发现,单层MoS₂的禁带宽度变为1.727 eV,相应的光吸收谱变化幅度几乎不变,且体系的形成能较低,表明其热力学稳定性良好。然而,导带底电位调整到H⁺/H₂还原势之上0.253 eV,价带顶电位处于O₂/H₂O的氧化势之下0.244 eV,平衡了氧化与还原能力,单层MoS₂可见光催化分解水的效率得到提高。     

微流控技术制备ZnO纳米线阵列及其气敏特性

利用微流控技术在微通道中制备了Zn O纳米线阵列,通过X射线衍射和扫描电子显微镜分别对纳米线的物相和表面形貌进行了表征.结果发现,合成的Zn O纳米线具有良好的c轴择优取向性和结晶度.同时,对Zn O纳米线阵列在丙酮、甲醇和乙醇气体中的气敏特性进行了研究,测试结果表明:在最佳工作温度(475?C)下,纳米线阵列对200 ppm(1 ppm=10-6)丙酮气体的最大灵敏度可达8.26,响应恢复时间分别为9和5 s;通过与传统水热法制备的Zn O纳米线的气敏性能相比较发现,基于微流控技术制备的纳米线阵列具有更高的灵敏度和更快的响应恢复速度.最后,从材料表面氧气分子得失电子的角度对Zn O纳米线气敏机理进行了讨论.     

小尺寸金纳米棒的快速制备及影响因素的研究

通过研究十六烷基三甲基溴化铵、抗坏血酸、NaBH4和AgNO3的用量,以及搅拌时间、反应时间对无种子生长法制备金纳米棒的影响,筛选出了最佳制备条件,以及各成分对金纳米棒生长过程中的作用.采用可见吸收光谱和透射电镜图对不同条件下所制备出的金纳米棒进行了表征.在室温为28℃,CTAB浓度为0.1 mol/L、AgNO3浓度为96μmol/L、AA浓度为0.97 mmol/L、NaBH4浓度为1.5μmol/L,搅拌25 s等最佳条件下,只需反应6h就能够成功制备出长径比为5且形貌均匀、分散性和稳定性良好、轴宽较小的金纳米棒,且有望应用于水环境中Hg2+的检测.     

基于斜光刻技术的SU-8胶三维微阵列结构制备

利用斜光刻技术替代传统的直光刻技术在相同底面积的基础上增大微阵列比表面积制备了高比表面积三维微阵列结构,.首先,利用MATLAB仿真对微阵列排布方式进行分析,确定最佳单个柱体宽度及阵列间距.实验中,采用两次甩胶法将SU-8光刻胶均匀旋涂在2寸硅基底上,甩胶转速设为1500r/min,旋涂时间设为35 s;分别置于65℃烘台上保持20 min和95℃烘台上保持70 min进行两次前烘处理;随后进行双向斜曝光,微柱宽度为20 μm,阵列间距为30 μm,光刻角度为20°.最后,再通过高低温后烘处理并显影30 min成功制备出了结构稳定的“Ⅹ”型三维微阵列结构.     

pH敏感有机电化学晶体管I-V特性及其电压依赖性

pH敏感的有机电化学晶体管有望广泛用于可穿戴电子设备进行生理指标原位监测.然而, pH敏感的有机电化学晶体管电流-电压(I-V)特性关系尚不明确,这严重制约其设计、优化与应用等方面的发展.本文联合电化学平衡方程与栅极/电解液、半导体沟道/电解液界面微分电容串联物理模型构建了pH敏感的有机电化学晶体管I-V特性方程.进一步,以聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐为半导体层材料,以pH敏感聚合物(聚3,4-乙烯二氧噻吩/溴百里酚蓝)修饰晶体管栅极,构建pH敏感的有机电化学晶体管.测试晶体管输出、转移及pH响应特征,验证I-V特性方程的有效性.实验结果表明,该有机电化学晶体管的pH检测灵敏度为0.22 mA·pH·unit^–1,并且晶体管pH响应具有栅极电压依赖特性.引入栅极电压多项式进一步修正晶体管I-V特性方程.理论模型对转移曲线实验结果的拟合优度达到0.998.峰值跨导对应栅极电压位置、pH灵敏度响应栅极电压的实验及理论预测结果比较亦可表明修正理论模型的有效性.研究结果可为基于pH敏感有机电化学晶体管的柔性生物传感器设计与制造提供理论支撑.     

新型二维材料Ti3C2Tx MXene制备及其气敏性能研究

随着石墨烯材料的发现,二维材料被人们广泛认识并逐渐应用,相比于传统二维材料,二维过渡金属碳化物(MXene)的力学、磁学和电学性能更加优异.本文分别利用HF溶液和LiF/HCl溶液刻蚀Ti₃AlC₂获得了Ti₃C₂T_x样品,通过电子扫描显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和气敏特性分析,研究了刻蚀剂对Ti₃C₂T_x材料结构和气敏性能的影响.材料结构分析表明:HF和LiF/HCl刻蚀剂均对Ti₃C₂T_x材料具有良好的刻蚀效果;气敏性能结果表明:LiF/HCl刻蚀剂制备的Ti₃C₂T_x的气敏性能优于HF刻蚀剂,并实现了室温下宽范围、较高灵敏和较高稳定地检测NH₃.分析认为:LiF/HCl溶液刻蚀制备的Ti₃C₂T<...     

SOI基纳米光栅耦合器的结构改进与仿真验证

针对硅基光波导与单模光纤在光耦合过程中存在耦合效率低,对准难度大的问题,提出了一种新型基于绝缘体上硅(SOI)结构的纳米光栅耦合器。运用有限时域差分法探究了纳米光栅耦合器的结构特性,结合光纤准直器的准直原理,系统分析了纳米光栅耦合器的结构模型。研究了入射光波长、入射角度、光栅占空比等因素对光栅耦合效率的影响,得出了基本纳米光栅耦合器的最佳结构参数;在基本耦合光栅结构的基础上进行了改进,增加了后反射器、增透膜和底层介质膜,并运用Optiwave OptiFDTD 8.0软件优化了各部分结构的设计参数,得到了优化的耦合光栅结构。纳米光栅耦合器的耦合效率提高至59.37%,3dB带宽达到65nm。     

Abnormal Visible Luminescence Mechanism of Tb^3＋-Yb^3＋ Codoped SiOu-Al2O3-CaF2 Glass Studied by Time-Resolved Spectra

The upconversion energy transfer mechanism in Tb^3＋-Yb^3＋ co-doped SiO2-Al2O3-CaF2 glass is investigated by time-resolved spectra. The effect of donor ion Yb^3＋ is involved in the dynamic decay behavior of acceptor ion Tb^3＋, which provides direct proof for the energy transfer from Yb^3＋ to Tb^3＋. The pump power dependence curves show that the upconversion luminescence is a two-photon process. The measured decay curves of the 5D4 state （Tb^3＋） contain two parts： a slow decay process corresponding to its radiation, and a fast one with a decay parameter approximately twice the lifetime of the ^2F5/2 state （Yb^3＋ ）. The fast decay process is contradictory to the generally accepted cooperative sensitization upconversion rate equation model. Since the effect of the host environmental is excluded by comparative experiments, we believe that there should be another energy transfer mechanism in Tb^3＋-Yb^3＋ co-doped SiO2-Al2O3-CaF2 glass in addition to the cooperative sensitization process.     

粒子束注入单晶硅尺寸效应的机理研究

使用分子动力学方法研究硅粒子注入技术.系统比较分析了团簇粒子的包含反射,扩散和植入基底在内的全部运动过程,同时使用可视化方法观测记录基底表面形貌演化过程.所建立模型直观地显示了低注入能量域内的新特征.注入过程中,团簇粒子由不同粒径(数量)的硅原子组成.通过对粒径变化在注入过程的影响研究揭示了注入技术机理.仿真结果表明提出方法可用于定量预测注入粒子表面分布.本文工作可作为原子尺度下生成基底表面特征或设计图案的参考,并对可控表面沉积技术提供理论指导.