SiNWs:Tb3+的光学稳定性及Si纳米线对其发光特性的影响

荧光纳米材料不但具备纳米材料的优势,同时还具有优异的光学性质,被广泛应用于荧光标记、离子识别、荧光免疫分析、光学成像和医学诊断等方面。因此,荧光纳米材料的制备、结构分析和荧光特性等方面的研究备受人们的关注。为了获得发光强度大、荧光量子效率高和制备过程可控的Si基荧光纳米材料,实验进一步研究了Si纳米线对样品发光特性的影响和样品的光学稳定性。首先,基于固-液-固生长机制,在反应温度为1 100 ℃、N₂气流量为1 500 sccm、生长时间为15～60 min等工艺条件下,分别以“抛光”和“金字塔”织构表面的单晶Si(100)为衬底,生长出不同长度和分布的Si纳米线;以Au或Au-Al合金膜层作为金属催化剂,生长出密度分别约为108和1010 cm-2的Si纳米线;然后,利用L4514自动控温管式加热炉,基于高温固相法,在温度为1 100 ℃、掺杂时间为60 min和N₂气流量为1 000 sccm等工艺条件下,以高纯Tb₄O₇(99.99%)粉末为稀土掺杂剂对不同Si纳米线衬底进行稀土掺杂,制备一系列的荧光纳米材料SiNWs:Tb3+样品;室温下利用Hitachi F-4600型荧光分光光度计,固定激发光波长为243 nm、激发光狭缝为2.5 nm、发射光狭缝为2.5 nm、扫描波长范围为450～650 nm、光电倍增管(photomultiplier lube, PMT)电压为600 V等参数下,测量了不同样品的光致发光特性;最后,实验测试了该荧光纳米材料的光学稳定性,如时间(0～30 d)、温度(300～500 K)、酸碱(pH 1和11)、抗光漂白(0～120 min)等稳定性以及水溶性和分散性。结果显示,在衬底为“金字塔”织构表面上、生长时间为30 min、以Au为金属催化剂等条件下制备的Si纳米线为Tb3+掺杂衬底时,SiNWs:Tb3+的绿光发射强度较大,其发光强峰值位于554 nm,属于能级5D₄→7F₅的跃迁,另外在波长为494,593和628 nm出现了三条发光谱带,它们分别属于能级5D₄→7F₆,5D₄→7F₄和5D₄→7F₃的跃迁。另外,样品展示出了优异的时间、温度、酸碱和抗光漂白等光学稳定性,同时还具有良好的水溶性和分散性。如温度升高到500 K时,光发射强度仅降低了约8.9%左右;抗光漂白能力较强,用波长为365 nm、功率为450 W的紫外光源照射120 min,样品的绿光发射强度无衰减;酸、碱稳定性好,在pH 1的强酸(HCl)溶液中120 min未见衰减,在pH 11的强碱(NaOH)溶液中15 min内衰减较小, 随后发光强度出现了缓慢下降的趋势;当60 min后,样品的发光强度变得极其微弱。分析认为,在SiNWs:Tb3+表面有一层SiO₂包覆层,而NaOH溶液容易和SiO₂发生化学反应,随着时间延长SiO₂层被破坏,故样品发光强度降低;样品溶于水中放置30 d未见沉淀物,发光亮度均匀且分散性较好。在研究了制备温度、气体流量和掺杂时间等工艺条件之后,深入研究了Si纳米线自身变化对Tb3+绿光发射的影响。该材料展示出了良好的光学稳定性、水溶性和分散性,使其作为荧光标记物具有一定的应用价值。     

Tb掺杂Si纳米线的光致发光特性

以金属Au-Al为催化剂,在温度为1 100 ℃,N₂气流量为1 500 sccm、生长时间为30 min,从Si(100)衬底上直接生长了直径约为50～120 nm、长度为数百纳米的高密度、大面积的Si纳米线。然后,利用Tb₂O₃在不同温度(1 000～1 200 ℃)、掺杂时间(30～90 min)和N₂气流量(0～1 000 sccm)等工艺条件下对Si纳米线进行了Tb掺杂。最后,对Si(100)衬底进行了Tb掺杂对比。室温下,利用荧光分光光度计(Hitachi F-4600) 测试了Tb掺杂Si纳米线的光致发光特性。实验研究了不同掺杂工艺参数(温度、时间和N₂气流量)对Tb3+绿光发射的影响。根据Tb3+能级结构和跃迁特性对样品的发射光谱进行了分析。结果表明,在温度为1 100 ℃,N₂气流量为1 500 sccm、时间为30 min等条件下制备的Si纳米线为掺杂基质,Tb掺杂温度为1 100 ℃,N₂气流量为1 000 sccm、光激发波长为243 nm时,获得了最强荧光发射,其波长为554 nm(5D₄→7F₅),同时还出现强度相对较弱的494 nm(5D₄→7F₆),593 nm(5D₄→7F₄)和628 nm(5D₄→7F₃)三条谱带。Tb掺杂的体Si衬底在波长554 nm处仅有极其微弱的光致发光峰。     

激光陀螺捷联惯导减振系统动力学建模与仿真

由于激光陀螺固有机抖频率的存在,以及导弹运输、装卸、发射与飞行过程经历的动态环境中振动、冲击、过载等激励,导致激光陀螺在导弹上使用输出精度差。应用多体系统传递矩阵法,建立了激光陀螺捷联惯性测量组合减振多体系统动力学模型,分析激光陀螺固有抖动和导弹振动冲击对激光陀螺输出精度的影响。通过对减振系统动力学模型进行仿真,获得了激光陀螺抖动和导弹冲击环境下激光陀螺捷联惯性测量组合减振系统动态响应。该仿真结果为激光陀螺捷联惯性测量组合减振设计提供理论依据,该分析方法为激光陀螺捷联惯组在导弹上应用提供理论基础。     

Eu掺杂Si纳米线的光致发光特性

利用Si(111)衬底, 以Au-Al为金属催化剂, 基于固-液-固生长机理, 在温度为1100℃, N₂气流量为1.5 L/min、生长时间为30–90 min等工艺条件下, 制备了直径约为100 nm、长度为数微米的高密度、均匀分布、大面积的Si纳米线(～10¹⁰ cm^-2). 对Si纳米线进行了Eu掺杂, 实验研究了不同长度的Si纳米线以及不同掺杂温度、掺杂时间等工艺参数对Eu离子红光发射的影响, 利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对Si纳米线表面形貌和Eu掺杂后Si纳米线的结晶取向进行了测量和表征; 室温下利用Hitachi F-4600型荧光分光光度计对样品的激发光谱和发射光谱进行了测试和分析. 结果表明: 在Si纳米线生长时间为30 min、掺杂温度为1000℃、 最佳激发波长为395 nm时, 样品最强荧光波长为619 nm (⁵D₀→⁷F₂); 同时, 还出现了576 nm (⁵D₀→⁷F₀), 596 nm (⁵D₀→⁷F₁), 658 nm (⁵D₀→⁷F₃)和708 nm (⁵D₀→⁷F₄)四条谱带.     

Pd掺杂对NiTi合金马氏体相变和热滞影响的第一性原理研究

一定浓度的Pd掺杂能够有效地提高Ni Ti合金的相变温度,并且降低热滞.为了解其作用机理,采用第一性原理计算方法,对不同Pd掺杂浓度下Ni Ti合金(Ni24-n Pd n Ti24,n=2,3,4,5,6,9,12;掺杂浓度分别为4.2 at.%,6.3 at.%,8.4 at.%,10.4 at.%,12.5 at.%,18.8 at.%,25 at.%)的相稳定性和结构特性进行计算讨论.马氏体相变温度可以通过奥氏体与马氏体两相能量差值进行分析,且能量差越大相变温度越高;相变过程中两相晶格常数之比越接近于1则热滞越接近于0.计算结果表明:当掺杂浓度小于10.4 at.%时,B19′是最稳定的马氏体相,体心四方(BCT)结构与B19′相的能量差随掺杂浓度的增加略有下降;当掺杂浓度大于等于10.4 at.%时,B19相是最稳定的马氏体相,BCT与B19的能量差随着掺杂浓度增加显著升高.这意味着在掺杂浓度大于等于10.4 at.%时相变温度随掺杂浓度的增加而显著增加.用几何模型分析了马氏体相变的热滞,结果表明掺杂浓度为10.4 at.%时B2到B19相的相变过程热滞最小,与实验结果一致.     

低温环境下轮轨材料滚动磨损模拟试验研究

针对高寒地区温度环境特点,设计了低温环境轮轨磨损模拟试验装置,实现了低温环境下轮轨滚动磨损模拟试验,对比研究了室温(23~25℃)及–60℃试验温度下轮轨试样的滚动摩擦系数、磨损量、硬度及表面损伤等变化情况.结果表明:与室温环境条件相比,低温环境条件下轮轨材料的摩擦系数、磨损量均明显增大;低温环境下试验后轮/轨硬度比较室温环境下增大,车轮硬化情况严重;随温度的降低,轮轨试样的表面磨痕呈现出不同的损伤机制;所设计低温环境轮轨磨损模拟试验机可用来评价不同低温环境下车轮与钢轨材料摩擦磨损行为.     

多晶Si薄膜表面金催化Si纳米线生长

以Au膜作为催化剂和大晶粒多晶Si薄膜为衬底,利用固-液-固生长机制,制备出直径在30～ 100 nm和长度为几百微米的高密度Si纳米线.实验研究了退火温度、生长时间和N2流量对Si纳米线生长的影响.结果表明,随着退火温度的升高,生长时间的延长和N2流量的增加,Si纳米线的长度和密度都显著增加.对不同生长时间下获得的Si纳米线样品进行了X射线衍射测量,结果显示随着生长时间的延长,多晶Si薄膜和表面的Au膜成分都在减少.光致发光谱则显示出弱的蓝光发射和强的红光发射特性,前者应是由非晶SiOx壳层中的氧空位发光中心引起,后者则应归因于Si纳米线芯部与非晶SiOx壳层之间界面区域附近中的Si =O双键态或非桥键氧缺陷中心.     

木犀草素-7-O-葡萄糖苷与双链DNA的相互作用研究

采用电喷雾质谱(ESI-MS)、紫外吸收光谱(UV)以及荧光光谱结合溴化乙锭荧光探针研究黄酮类化合物木犀草 素-7-O-葡萄糖苷与双链DNA的相互作用. 质谱研究结果表明木犀草素-7-O-葡萄糖苷可与双链DNA形成复合物, 且Lug与DNA之间存在氢键作用, 通过串联质谱数据推断出其结合模式为插入型. 紫外吸收光谱研究结果表明DNA的加入使木犀草素-7-O-葡萄糖苷产生明显的减色红移效应, 说明该化合物可能插入DNA双螺旋碱基对间. 荧光光谱研究结果表明木犀草素-7-O-葡萄糖苷能引起溴化乙锭-DNA体系荧光强度明显减弱和波长轻微蓝移, 主要是单一的静态猝灭, 猝灭常数K_q=8.61×10¹¹ L·mol^-1·s^-1, 进一步说明Lug与DNA的主要作用方式为插入型.     

干-水态下圆形硌伤对钢轨材料滚动接触疲劳特性影响

采用布氏硬度仪在钢轨试样表面制得不同尺寸的圆形硌伤,利用MMS-2A型微机控制摩擦磨损试验机研究了未硌伤和硌伤钢轨的表面硬度、磨损量及滚动接触疲劳损伤特性.结果表明:与未硌伤钢轨相比,硌伤钢轨的表面硬度和磨损量都有所增加;随硌伤尺寸增加,钢轨磨损量与硬度随之增大.较小尺寸的硌伤坑(1.6 mm)有助于减轻硌伤处疲劳裂纹的产生,硌伤坑超过临界值(2.0 mm)则会加重硌伤区附近疲劳裂纹的萌生并导致支裂纹和垂向裂纹的出现.未硌伤钢轨疲劳裂纹以沿晶扩展为主,大尺寸硌伤钢轨试样的疲劳裂纹呈现穿晶扩展现象.     

EPR在体测量专用调制磁场驱动装置

利用电子顺磁共振（electron paramagnetic resonance,EPR）在体测量人牙齿可以实现无损伤地快速评估人体辐射剂量,具有实际应用价值.本文针对EPR在体测量牙齿剂量的应用特点,研制了专用调制磁场驱动装置,包括功率放大器、调制磁场激励线圈、调制频率设定模块、感应型调制幅度显示模块等.功率放大器采用脉冲功率放大方式取代传统的线性放大方式,用多N-MOSFET管H桥电路,功率容量大、效率高、结构简单,且调制频率设定自如.实验结果表明：（1）此装置可在大于9 cm磁极间距的中心样品位置产生调制幅度为0~0.9 mT的调制磁场,调制频率为10~100 kHz;（2）用该装置与EPR在体测量谱仪配合使用,可以明显观测到1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH）样品谱线调制增宽过程以及辐射诱发的整体牙齿中的自由基信号,验证了该装置的高调制效率和实用性.