First-principles study of the co-effect of carbon doping and oxygen vacancies in ZnO photocatalyst

Although tuning band structure of optoelectronic semiconductor-based materials by means of doping single defect is an important approach for potential photocatalysis application,C-doping or oxygen vacancy(Vo)as a single defect in ZnO still has limitations for photocatalytic activity.Meanwhile,the influence of co-existence of various defects in ZnO still lacks sufficient studies.Therefore,we investigate the photocatalytic properties of ZnOx C0.0625(x=0.9375,0.875,0.8125),confirming that the co-effect of various defects has a greater enhancement for photocatalytic activity driven by visible-light than the single defect in ZnO.To clarify the underlying mechanism of co-existence of various defects in ZnO,we perform systematically the electronic properties calculations using density functional theory.It is found that the coeffect of C-doping and Vo in ZnO can achieve a more controllable band gap than doping solely in ZnO.Moreover,the impact of the effective masses of ZnO_xC_0.0625(x=0.9375,0.875,0.8125)is also taken into account.In comparison with heavy Vo concentrations,the light Vo concentration(x=0.875)as the optimal component together with C-doping in ZnO,can significantly improve the visible-light absorption and benefit photocatalytic activity.     

吸收波长和吸收效率可控的超材料吸收器

为了使超材料完美吸收器(metamaterial perfect absorber,MPA)能够同时实现吸收效率和吸收波长的控制,本文提出利用二氧化钒(VO2)和石墨烯作为MPA的材料,通过对MPA的结构设计,在红外波段实现了高吸收,吸收效率最高可达99%.研究发现通过改变VO2的温度和石墨烯的化学势,可同时实现MPA吸收效率和吸收波长的控制,吸收效率调制深度和吸收波长调谐范围分别可达97.08%和3.2μm.通过对MPA在吸收波长处的磁场分布分析可以得出,MPA能够产生高吸收是由于其形成了法布里-帕罗(Fabry-Pérot,FP)干涉腔共振,研究发现MPA的结构参数对FP腔的共振波长具有显著的影响.     

钒的冲击熔化原位X射线衍射测量研究

高压结构与相变研究对理解物质在极端压缩条件下的性质变化和动力学响应行为具有重要的科学价值,然而部分过渡金属的动/静高压熔化线差异一直是多年来悬而未解的科学难题.其中动、静高压固-液相界幅值差异最大的是第五副族金属,以钒最为反常,至今仍缺乏自洽的物理认识和理解.本文采用高能脉冲激光驱动的瞬态X射线衍射诊断技术,对冲击压缩下钒的熔化特性进行了研究,首次获取了冲击压缩下钒在200 GPa范围内的晶体结构响应随压力变化的衍射图谱.研究发现,冲击压力为155 GPa时,钒仍保持固态bcc相;至约190 GPa时转变为液态.这一结果否定了早期确定的静压熔化线,与最新的冲击熔化线及高温高压相图符合,为钒高压熔化线的统一认识提供了新的微观实验证据.本工作亦可推广至其他材料熔化特性的研究工作中.     

掺锗提高VO2薄膜的相变温度机理研究

二氧化钒(VO₂)作为一种长久以来备受关注的新型可逆相变材料,发展潜力巨大,其相变温度(T_MIT)的调控一直是研究热点。本文主要利用锗离子作为掺杂离子探索其对VO₂薄膜T_MIT的影响,并尝试解释其内部作用机理。在约1 cm²大小抛光的氧化铝薄片上沉积了一系列含不同比例锗离子VO₂薄膜。研究发现锗离子作为掺杂离子确实有利于T_MIT的提高(本课题T_MIT最大可达84.7 ℃)。T_MIT提高的主要原因是锗离子的引入能够强化单斜态V-V二聚体的稳定性,进而增强单斜态的稳定性,使得低温单斜态向四方金红石态转变更加困难。     

基于PI法的门源MS6.4地震前震中附近地震热点图像异常变化研究

基于1980年以来青海省和甘肃省区域地震台网的定位地震目录，分析了研究区最小完备震级，选取空间网格尺度为0.2°×0.2°、地震活动异常学习时间段和预测时间段均为3 a，应用图像信息（PI）法，分析了门源M_S6.4地震发生前震中附近地震热点图像的异常变化过程。结果表明，在2013年1月1日至2016年1月1日的预测时间窗内，冷龙岭断裂和祁连山北缘断裂附近存在明显的地震热点，且地震热点图像颜色偏深，发震概率较高，向前滑动至2014年1月1日至2017年1月1日，2015年1月1日至2018年1月1日和2016年1月1日至2019年1月1日3个预测时间窗，此两断裂附近仍存在地震热点，地震热点图像颜色逐渐由深变浅，而门源M_S6.4地震就落在PI法得到的地震热点内。门源M_S6.4地震前存在明显的地震热点，且地震热点相对集中，地震热点图像颜色由深变浅，震后消失；在祁连山北缘断裂附近，地震热点持续存在，分布较集中，地震热点图像颜色也呈由深变浅的过程。未来需关注祁连山北缘断裂，附近有发生强震的可能。     

变分模态分解在爆破信号趋势项去除中的应用

爆破工程中，信号趋势项的准确去除对提高爆破振动信号分析的精度具有重要意义。针对经验模态分解（empirical mode decomposition，EMD）识别法存在的模态混叠和端头效应等缺陷，提出了基于变分模态分解（variational mode decomposition，VMD）去除信号趋势项的方法，即VMD法。叙述了VMD法识别爆破信号趋势项原理，并进行了仿真实验，结果表明:趋势项频率对分解效果的影响相对较小，当趋势项频率处于1～5 Hz之间时，频率对分解效果的影响基本保持不变；振幅对分解效果影响显著，且振幅越小，VMD法的分解效果越差。当趋势项振幅超过原始爆破信号最大振幅的1/3时，VMD法分解效果较好。最后，应用VMD法和EMD法对含有趋势项的实测爆破振动信号进行处理，认为相比于EMD法，VMD法处理后的信号基本一致且不存在端点效应，在爆破信号趋势项去除领域中具有更加广泛的适用性。     

相位可控的核四极矩共振激励脉冲发生器设计

在核四极矩共振（NQR）领域，射频激励脉冲信号的优劣对NQR响应信号有重要影响.针对常规方法中射频激励脉冲参数不可控的问题，本文基于32位闪存微型控制器STM32和直接数字频率合成（DDS）芯片AD9910设计了一种相位可控激励脉冲发生器.采用STM32控制AD9910产生波形参数（脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲个数和共振频率等）可控的射频激励脉冲，利用LabVIEW软件平台设计脉冲参数设置界面，并建立计算机与微控制器通信，实现波形参数的精确优化控制.实验结果表明，该方法实现了相位可控的NQR激励脉冲序列，可为后续NQR信号检测提供有效激励源.     

硫钒铜矿化合物电子结构和电致变色特性的第一原理研究

基于密度泛函的第一原理赝势平面波方法，计算晶体结构、电子结构和光学性质，研究硫钒铜矿化合物Cu₃VS₄、Cu₃NbS₄和Cu₃TaS₄的电子输运及电致变色特性，探讨作为透明半导体材料应用于太阳能电池和电致变色器件的可能性.电子结构的计算表明这类化合物是间接带隙半导体，其电子能带的导带底和价带顶分别位于布里渊区的X点和R点.价带顶的电子本征态主要来自于Cu原子的d电子轨道，而导带底电子态主要来源于VB族元素原子的d电子轨道.能带结构、电荷布居分析、电子局域化函数和光吸收及反射谱的计算表明这些硫钒铜矿化合物属于极性共价半导体，具有较高的电荷迁移率和优良的电致变色特性，可应用于高效电致变色器件.     

不平“钒”的金属元素*

钒是地壳中含量第21丰富元素,是人体必需的微量元素。介绍钒元素的发现、自然分布以及在人体内的循环。重点从化学结构分析钒酸盐磷酸盐的拮抗作用机制,从生化机理阐述钒化合物对激酶与磷酸酶的调节、对RNA和DNA功能的影响、对活性氧作用的影响,从人体健康视角探讨钒对治疗糖尿病和癌症及保护心血管等的潜在药理学作用。