Mg/Cd共掺杂ZnO电子结构与光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法,研究了Mg/Cd(不同的Cd浓度)共掺杂ZnO的电子结构和光学性质.研究表明:Mg/Cd共掺杂ZnO,体系的晶胞尺寸变大,但结构稳定.当Mg/Cd为1:1时,吸收边略微发生蓝移.随Cd的掺杂浓度增加,导带部分逐渐下移,禁带宽度变窄,出现红移现象.除此之外体系的吸收率和反射率也减小.说明Mg/Cd共掺杂ZnO,不仅使得体系光学谱丰富,而且透射性增强.这对实验中制备出高透射率的材料具有一定的指导意义.     

S掺杂的还原态TiO2-x的制备及其可见光催化性能

作为一种稳定、价廉的光催化剂,TiO2被广泛应用于各种污染物的降解;但是,较大的宽禁带(~3.2 eV)和较低的电子迁移率不仅使TiO2很难吸收可见光,而且光生电子和空穴的复合几率高,从而导致TiO2的总体光电效率不高.因此,设计能够被可见光激发、并具有快速光生电子传输的TiO2一直是研究热点.研究表明,Ti3+自掺杂的TiO2(还原态TiO2-x)不仅能够被可见光激发,而且使TiO2具有良好的电子导电性,从而有利于提高TiO2的光电转换效率.另外,非金属元素的掺杂能够减小TiO2的禁带宽度,使TiO2能够响应可见光并具有良好的可见光催化性能,其中S元素的掺杂被广泛研究.目前,S掺杂纳米TiO2的制备通常采用TiS2,单质S,硫脲、二甲亚砜等为S源,但这类原料通常价格昂贵或者具有一定的毒性,因而实际应用受到限制.而制备Ti3+自掺杂TiO2的方法大都是基于"还原法",在真空或强还原性气氛如H2,CO中加热TiO2,或采用高能粒子(电子、氩离子)轰击.在实际应用中,这些方法存在步骤多、条件苛刻、反应时间长和设备昂贵等不足.而且,还原法反应通常发生在颗粒的表面,形成的Ti3+很容易被空气和水中的溶解O2氧化,降低材料的稳定性.虽然在温和的液相中还原Ti4+可用于制备Ti3+掺杂的TiO2,但是由于反应过程中有副产物生成,需要进行后续处理才能得到纯的Ti3+自掺杂TiO2.因此,设计一种简单的制备S掺杂还原态TiO2-x光催化剂仍具有十分重要的意义.前期我们采用H2O2氧化TiH2得到不同状态的前驱体凝胶,然后进行不同方式的后处理得到Ti3+自掺杂的纳米TiO2.本文以TiH2和H2O2反应得到的黄色前驱体凝胶为Ti源,以价格低廉、无毒、稳定的二氧化硫脲为S源和还原剂,采用不同的方法制备了S掺杂的还原态TiO2-x光催化剂.本文初步研究了在凝胶中加入二氧化硫脲后进行水热处理,以及将干燥的凝胶粉末与二氧化硫脲混合热处理对所得产物的影响.并与纯的TiO2、还原态TiO2-x和S掺杂TiO2的光吸收、电化学、光催化性能进行对比研究.采用X射线衍射、透射电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、X-射线光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱、比表面分析和电化学工作站等技术对产物的结构、形貌和光电性能进行了表征.以罗丹明B(RhB)溶液为模拟废水,考察样品的可见光催化性能.结果表明,不同的后续处理方式不仅影响S掺杂TiO2-x的结晶性和形貌,而且影响产物的光吸收性能和电子传输性能,从而使不同条件下所得产物的可见光催化性能不同.其中,采用热处理方式得到的S掺杂TiO2-x样品在可见光下降解RhB的速率分别是纯的TiO2,TiO2-x和S掺杂TiO2的31,2.5和3.6倍,而且样品具有良好的循环稳定性.     

蓖麻油基巯烯基紫外光固化胶粘剂的研制与性能研究

以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、蓖麻油(CO)、丙烯酸羟丙酯(HPA)为原料,采用熔融缩聚法合成出端丙烯酸酯基预聚体;同时以CO和3-巯基丙酸(3-MPA)为原料采用酯化反应合成出端巯基光引发单体。将端不饱和双键聚氨酯丙烯酸酯预聚体与所制备巯基丙酸酯按一定比例复合,加入光引发剂,在紫外光照射下,预聚体中双键与光引发单体中巯基发生巯基-烯点击反应,制得聚氨酯丙烯酸酯固化膜。采用核磁共振氢谱(1 HNMR)、红外光谱(FT-IR)、热重分析(TG)和光量热系统(Photo-DSC)等手段对合成预聚体、巯基丙酸酯及固化膜结构和性能进行了分析表征。结果表明:在紫外光辐照下,预聚体中不饱和双键与巯基化合物中巯基间发生了自由基加成反应,固化时间在60s以内,且所制备UV固化膜具有良好的机械性能和热稳定性。     

质量临界非齐次薛定谔方程在门槛值处的极限行为

该文研究如下与时间无关的具有吸引相互作用的临界非齐次薛定谔方程-△u+|x|²u-am(x)|u|^4/Nu=μu,in R^N,N≥1,其中a> 0且0 0及适合的0≤g(x)<1,令m(x)=1-λg(x),证明该方程在阈值a=a^*处基态解的存在性,并给出λ→0⁺时基态解的极限行为.这些结论推广了Deng,Guo和Lu^[10,11]的结果.特别地,该文使用了一种直接而更简单的方法得到能量的下界.     

纳米碳管/铝基复合材料的制备及摩擦磨损性能研究

利用粉末冶金法制备纳米碳管/铝基复合材料,研究不同纳米碳管含量对复合材料硬度和稳态摩擦磨损行为的影响,采用扫描电子显微镜观察复合材料的磨损表面形貌,并对其磨损机制进行探讨.结果表明:随着纳米碳管质量分数的增加,复合材料的硬度呈现先增大而后减小的趋势,含质量分数为2%的纳米碳管复合材料硬度比铝增加约80%;复合材料的摩擦系数逐渐降低,磨损率先减小而后增大;含质量分数为1%的纳米碳管复合材料磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损,而含质量分数为2%的纳米碳管复合材料以剥层磨损和疲劳磨损为主.     

Photoelectric Property Improvement of 1.0-eV GaInNAs and Applications in Lattice-Matched Five-Junction Solar Cells

GaInNAs with bandgap 1.0 eV is a promising material for multi-junction solar cell applications. However, the poor quality of GaInNAs grown by metalorganic chemical vapor deposition hinders its device performance. Here to reap the benefits of 1.0-eV sub-cell, we focus on the optimization of annealing temperature and growth ambient of GaInNAs. The GaInNAs sub-cell exhibits a concentration reduction of shallow level defects when it is annealed at 700℃ for 20 min. As compared with the growth case using a hydrogen ambient, the N incorporation efficiency of GaInNAs can be enhanced during the growth in an N_2 ambient. Furthermore, background carbon concentration is observed to reduce in the as-grown GaInNAs epilayer. A GaInNAs sub-cell with 82% peak external quantum efficiency is obtained in a dual-junction GaInNAs/Ge solar cell. Finally, a monolithic Al Ga In P/Al Ga In As/Ga In As/GaInNAs/Ge five-junction solar cell is grown for space application. The fabricated device shows a conversion efficiency of 31.09% and a short-circuit current density of 11.81 m A/cm~2 under 1 sun AM 0 illumination.     

《物理与工程》“新工科建设”栏目征稿

正2017年6月16日,教育部办公厅发布了《教育部办公厅关于推荐新工科研究与实践项目的通知》(教高厅函[2017]33号)。新兴产业和新经济的发展在呼唤"新工科",新工科要求我们培养出有很好理工科基础的复合型、综合性创新人才。显然,新工科学科体系是必须要强调物理学内涵的。那么面对"新工科",我们的物理教育教学该如何应对呢?在新工科学科课程建设中,作为重要基础课程——大学物理及大学物理实验课,其课程体系该如     

Forward-backward multiplicity correlations of target fragments in nucleus-emulsion collisions at a few hundred MeV/u

The forward-backward multiplicity and correlations of a target evaporated fragment (black track particle) and target recoiled proton (grey track particle) emitted from 150 A MeV ⁴He, 290 A MeV ¹²C, 400 A MeV ¹²C, 400 A MeV ²⁰Ne and 500 A MeV ⁵⁶Fe induced different types of nuclear emulsion target interactions are investigated. It is found that the forward and backward averaged multiplicity of a grey, black and heavily ionized track particle increases with the increase of the target size. The averaged multiplicity of a forward black track particle, backward black track particle, and backward grey track particle do not depend on the projectile size and energy, but the averaged multiplicity of a forward grey track particle increases with an increase of projectile size and energy. The backward grey track particle multiplicity distribution follows an exponential decay law and the decay constant decreases with an increase of target size. The backward-forward multiplicity correlations follow linear law which is independent of the projectile size and energy, and the saturation effect is observed in some heavy target data sets.     

有限空间中经典场的正则量子化

从离散的角度研究带边界的1+1维经典标量场和Dirac场的正则量子化问题. 与以往不同的是, 这里将时间和空间两个变量同时进行变步长的离散, 应用变步长离散的变分原理, 得到离散形式的运动方程、边界条件和能量守恒的表达式. 然后, 根据Dirac理论, 将边界条件当作初级约束, 将边界条件和内在约束统一处理. 研究表明, 采用此方法, 不仅在每个离散的时空格点上能够建立起Dirac括号, 从而可以完成该模型的正则量子化;而且, 该方法还保持了离散情况下的能量守恒.     

磁场中的拓扑绝缘体边缘态性质

用数值方法研究了拓扑绝缘体薄膜体系在外加垂直磁场 作用下其边缘态的性质. 磁场的加入通过耦合k+eA, 即Peierls势替换关系和 该作用导致的Zeeman交换场体现在哈密顿量中. 考虑窄条圆环状结构的二维InAs/GaSb/AlSb薄膜量子阱材料, 当其处于拓扑非平庸状态, 即量子自旋霍尔态时, 会出现受时间反演对称性保护的两支简并边缘态, 而在垂直磁场的作用下, 时间反演对称性被破坏, 这时能带将形成一条条的朗道能级, 原来简并的两支边缘态也会分开到朗道能级谱线的两侧, 从电子态密度的空间分布情况则可以看到边缘态分别局域在材料的两个边界. 随着磁场的增大, 位于同一边界上的不同 自旋极化的边缘态将出现分离: 一支仍然局域在边缘, 另一支则随外加磁场的增加而有逐渐演化到材料内部的趋势. 文中还计算了同一边界上的两支边缘态之间的散射, 结果表明由于两个边缘态在空间发生分离, 相互之间的散射被很大的压制, 得到了其散射随磁场增加没有明显变化的结论, 所以磁场并不会增强散射过程, 也没有破坏体拓扑材料的性质, 说明了量子自旋霍尔态在没有时间反演对称的情况下也可以有较强的稳定性.