Hexagonal boron phosphide and boron arsenide van der Waals heterostructure as high-efficiency solar cell

The rapid development of two-dimensional (2D) materials offers new opportunities for 2D ultra-thin excitonic solar cells (XSCs). The construction of van der Waals heterostructure (vdWH) is a recognised and effective method of integrating the properties of single-layer 2D materials, creating particularly superior performance. Here, the prospects of h-BP/h-BAs vdW heterostructures in 2D excitonic solar cells are assessed. We systematically investigate the electronic properties and optical properties of heterogeneous structures by using the density functional theory (DFT) and first-principles calculations. The results indicate that the heterogeneous structure has good optoelectronic properties, such as a suitable direct bandgap and excellent optical absorption properties. The calculation of the phonon spectrum also confirms the well-defined kinetic stability of the heterstructure. We design the heterogeneous structure as a model for solar cells, and calculate its solar cell power conversion efficiency which reaches up to 16.51% and is higher than the highest efficiency reported in organic solar cells (11.7%). Our work illustrates the potential of h-BP/h-BAs heterostructure as a candidate for high-efficiency 2D excitonic solar cells.     

地方师范院校物理学专业人才培养模式的探索与实践

围绕培养师范生的核心素养,在“三全育人”理念下构建由辅导员-德育导师-学业导师组成的全员协同育人培养模式.依据各阶段学生的认知发展水平,合理地优化通识课程、凝练专业课程和增加实训课程.协助学生规划学习目标,积极拓展第二课堂的教学实践形式,提高学习动力、引导创新思维.结合导师团队多元化的专业背景,充分发挥立德树人的主导作用,将教育教学理论、实践技能、学科竞赛与培养创新能力相结合,全面提升物理师范生的培养质量.     

Modulation of absorption manner in helicon discharges by changing profile of low axial magnetic field

The modulation of absorption manner in helicon discharge by changing the profile of low axial magnetic field is explored experimentally in this work. The experiments are carried out in Boswell-type antenna driven by 13.56-MHz power source in 0.35-Pa argon environment. The peak of the external non-uniform magnetic field(B_(ex)) along the axis is observed in a range from 0 Gs to 250 Gs(1 Gs = 10~(-4) T), where the electron density varies from 0.5×10~(16) m~(-3) to 9×10~(16) m~(-3).When Bex is located near the tube upper end sealed by a dielectric plate, or near the tube bottom end connected with a diffusion chamber, the plasmas are centralized in the tube in the former case while the strong luminance appears between the edge of the tube and the axial line in the latter case. When Bex is located in the middle of the antenna, moreover, an effective resistance(R_(eff)) peak appears apparently with increasing magnetic field. The glow moves toward first the edge of the tube and then the two antenna legs as the magnetic field increases. The discharge in this case is caused by the absorption of Trivelpiece–Gould(TG) wave. It is suggested that B_(ex) is located in the middle of the antenna to obtain a higher efficiency of power transfer.     

短管螺旋波放电中等离子体参数测量和模式转化研究

对长度为45 cm的短放电管螺旋波放电等离子体进行了Langmuir探针、原子发射光谱以及集成电荷耦合检测器(ICCD)检测诊断,研究螺旋波等离子体的放电特性.Langmuir探针数据显示电子密度在射频功率增加过程中出现两次大幅增长,由此确认了放电模式的转换及螺旋波放电模式的出现.发射光谱测量结果与Langmuir探针测量的电子密度数据一致,发现Ar原子和Ar离子的谱线强度与放电模式变化有着密切相关性.而通过对不同放电模式的ICCD测量,获得射频功率吸收因放电模式转变而变化的方式,认为放电模式转换时电子行为和能量传递方式也发生着变化.     

理论研究过渡金属原子修饰石墨炔材料的功能性

采用基于密度泛函理论中第一性原理方法分别对石墨炔负载过渡金属原子(M-gra)体系的稳定构型以及对多种气体小分子的灵敏度和选择性进行理论研究.计算结果表明金属原子吸附在孔洞结构的H2位具有高稳定性,不同种类的金属原子能够有效调控石墨炔体系的电子特性和具有不同的磁矩.比较气体分子的吸附能大小,M-gra衬底对O和OH表现出高的灵敏度,单个NO、NO₂和O₂的稳定性高于CO分子.此外,小分子吸附的M-gra体系具有金属、半金属和半导体特性,在电子和气敏器件领域具有潜在应用.     

五边形石墨烯负载Pt单原子稳定性能的应变调控

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Pt原子在五边形石墨烯(PG)上的吸附与动力学行为.研究结果表明,单个Pt原子在PG上虽然具有较大的吸附能及较高的扩散势垒,却不能够在衬底形成均匀分散的单原子.这是因为,随Pt原子数增加,Pt_n(n=1, 2, 3)在PG上的平均结合能也逐渐增加,更倾向于形成团簇,该发现有效否定了之前的报道称Pt能在PG上形成稳定的单原子催化剂这一结论(Phys. Chem. Chem. Phys. 21, 12201 (2019)).基于此,我们考虑对PG施加双轴应变,随着拉伸应力增加,Pt金属原子间的平均结合能逐渐降低,当拉伸应变施加至12%左右时,单个Pt在衬底上的结合能与Pt₂在衬底上的平均结合能相等,从而实现PG上均匀分散的Pt单原子催化剂.该结果对五边形石墨烯基材料应变调控实现单原子催化剂提供理论借鉴.     

实训课程有效融入固体物理的教学研究

固体物理作为物理学、光电、材料科学专业的重要基础课程,具有理论性强、多学科交叉、物理概念抽象、学习难度大的特点.以晶体结构的内容为例,利用VESTA和Materials Studio软件构建可视化的晶体结构模型,直观地展示固体物理的抽象概念和微观结构性质.将计算模拟软件的功能融入到教学实训课程能够提高学生的参与度和主观能动性,加深对于物理概念的理解,极大地提升教学效果.     

电弧及辉光微等离子体大气压取样的发射光谱研究

在线化学分析需要实现开放环境下的样品取样和电离/激发。相比于激光切削或者激光诱导击穿,大气压微等离子体系统结构简单,更利于小型化。因而基于大气压微等离子体的在线化学分析技术引起行业的广泛关注。为了确定合适的微等离子体源进行样品的在线元素检测,需要进一步了解各放电模式及工作参数下微等离子体的自身特性以及取样效果。该工作主要研究了电弧及辉光放电微等离子体在大气压下对样品铁取样发射光谱的特性。实现了在开放环境下对高熔点金属样品的在线检测,并发现电弧放电微等离子体与光谱分析源联用具有更高的取样效率。高采样效率的电弧放电微等离子体源为实现金属及难解离样品的检测提供了一种新的方法。同时,相较于传统的取样装置,避免了复杂的样品制备、样品传输过程。实验装置采取简单的针对板放电结构,分别利用高压脉冲电源、直流电源获得电弧放电和辉光放电。实验的结果表明,在放电功率近似相等的条件下,电弧放电产生的微等离子体对样品铁取样的光学发射谱中,样品元素的特征谱线占据主导地位,同时伴随有空气中氮气的谱线,而且铁离子(FeⅡ)谱线的相对强度显著高于氮气分子谱线的相对强度。而在直流辉光放电中,样品铁原子(FeⅠ)谱线相对强度非常不明显。由此说明,电弧放电产生的微等离子体具有更高的采样效率。放电在样品表面留下的溅射坑也得出了相同的结论。增加辉光放电电流到25 mA,发现样品元素铁的谱线仍然没有明显的增强。同时,也研究了采样间距对两种采样模式的影响。实验结果表明,间距对两种模式的采样光谱没有显著的影响。采用主要成分为铝的合金铝箔进行了上述对比实验,得出相同的结论,即电弧放电微等离子体更适合作为光谱分析源来实现对金属样品的实时快速检测。     

H2S在五边形BCN上的吸附与解离的第一性原理计算研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，研究了H2S分子在五边形BCN上的吸附与解离过程. 研究结果表明，五边形BCN结构的B原子是H2S分子的最稳定的活性吸附位点. H2S分子在该活性位点极易解离，其初步解离过程为放热反应且分解势垒仅为0.208 eV，并形成稳定的HS/H产物. 深入研究发现，H2S分子初步解离后的五边形BCN表面，可直接分解后续吸附的H2S分子. 该研究结果为五边形BCN对H2S分子的吸附解离机制提供理论借鉴，并且首次提出五边形BCN可作为功能性材料净化有害气体H2S的理想候选者.     

MATLAB结合Arduino改进冰的熔解热测定

基于Arduino开源硬件，结合MATLAB的绘图和数据处理功能对大学物理中冰的熔解热的测定实验进行了数字化改进.通过温度传感器采集温度信息，由Arduino作为下位机把温度传输给电脑.应用MATLAB获取温度并实时绘图计算.该方案实现了实验的自动化，提高了实验的精度和效率，同时对其他物理实验的改进有较好的借鉴作用.