全印刷碳纳米管薄膜晶体管构建及电性能研究

利用纳米压印和电刷镀技术在PET基体上制作出大面积金源、漏电极阵列。分别采用钛酸钡复合材料为介电层,印刷银电极为顶电极,聚芴-二噻吩基吡咯并吡咯二酮(PF8DPP)分离的半导体碳纳米管为有源层,在柔性基体上构建出全印刷碳纳米管薄膜晶体管器件和反相器。全印刷碳纳米管薄膜晶体管的开关比和迁移率分别达到4×10⁴和6 cm²·V^-1·s^-1,且器件表现出零回滞特性。构建的反相器在V_dd =8 V时,其增益可以达到12。     

印刷半导体碳纳米管薄膜晶体管光电性能研究

本文研究了聚[(2,7-9,9-二辛基芴基)-4,7-双(噻吩-2-基)苯并-2,1,3-噻二唑]（PFO-DBT）分离的半导体碳纳米管薄膜晶体管的光电性能。在超声和高速离心辅助下,PFO-DBT能够从商业化单壁碳纳米管中选择性分离出高纯的半导体碳纳米管。用得到的半导体碳纳米管溶液通过气溶胶喷墨印刷方法构建出高性能印刷薄膜晶体管器件。印刷碳纳米管薄膜晶体管表现出高的开关比（10⁷）和高迁移率（15.6 cm²·V^-1·s^-1）。并且所有制备的印刷薄膜晶体管具有很好的光敏感特性和很好的稳定性。     

双金属氮氧化物-Co单原子复合催化剂协同促进宽pH范围电催化氧气还原

本论文基于传统聚合物基炭材料合成原理,通过选择合适结构的前驱体分子,在聚合过程中分子水平锚定Co原子,同时引入TiO₂纳米颗粒,再经高温焙烧后制得一种双金属氮氧化物(ComTi_nO_xN_y)-Co单原子(Co-NC)复合催化剂。该催化剂在酸性(E_onset=0.755 V vs.RHE,0.5 mol/LH₂SO₄;0.760 V vs.RHE,0.1mol/LHClO₄)、中性(E_onset=0.787 V vs.RHE,0.1 mol/L PBS)、碱性(E_onst=0.880 V vs.RHE,0.1 mol/L KOH)电解液中的氧气还原(ORR)性能(pH=0-13)均优于纯氮杂碳纳米管、氮杂碳纳米管负载的金属氮氧化物和Co单原子催化剂,表明,Co_mTi_nO_xN_y与Co单原子...     

氮掺杂碳纳米管负载Co3O4氧还原电催化剂的制备与性能

以碳纳米管(CNT)为原料,通过负载维生素B₁₂,简单热解得到了一种氮掺杂碳纳米管(N/CNT)负载低含量Co₃O₄纳米颗粒的氧还原电催化剂(Co₃O₄@N/CNT)。得益于均匀分散的Co₃O₄纳米颗粒以及氮掺杂,Co₃O₄@N/CNT表现出了优异的氧还原催化性能,其半波电位达到了0.844 V(vs RHE),超越了商业Pt/C(0.820 V(vs RHE))。与Pt/C相比,基于Co₃O₄@N/CNT组装的锌-空气电池表现出了更优的放电性能和循环稳定性。     

氧化-温控双功能离子液体催化O2氧化模拟柴油脱硫

将温控结构单元聚醚链和催化氧化基团磷钨酸根共同引入到离子液体的结构中, 合成出一系列不同聚合度的十八胺类氧化-温控双功能离子液体, 并将其应用于催化O₂氧化模拟柴油的脱硫反应过程, 实现了反应分离一体化, 并取得了良好的脱硫效果和催化剂循环使用效果. 该类离子液体在甲苯/正十二烷混合溶剂中具有良好的温控性能. 筛选出活性较高的离子液体催化剂, 其聚合度n=111以及烷基碳链为C₁₂. 考察了反应温度、反应时间和氧气压力等因素对脱硫效果的影响. 在优化的反应条件(V(甲苯):V(模拟油)=1:1, T=100 ℃, t=2 h, p(O₂)=2.0 MPa)下, DMF萃取一次, 脱硫率接近100%. 催化剂循环使用11次, 脱硫率仍可达到95%以上.     

自组装半导体碳纳米管薄膜的光电特性

采用自组装的方法制备99%高纯度半导体碳纳米管平行阵列条带,以金属钯和钪为非对称接触电极制备碳纳米管(CNT)薄膜晶体管(TFTs)器件.主要研究不同沟道长度碳纳米管薄膜晶体管器件的电输运特性和红外光电响应特性,分析了其中的载流子输运和光生载流子分离的物理机制.我们发现薄膜晶体管器件的电学性能和光电性能依赖于器件沟道长度(L)和碳纳米管的平均长度(LCNT).当沟道长度小于碳纳米管的平均长度时,器件开关比最低;当沟道长度超过碳纳米管平均长度时,随着沟道长度的增加,器件开关比增加,光电流减小.相关研究结果为高纯碳纳米管薄膜晶体管器件在红外光探测器方面的进一步应用提供参考依据.     

聚[(甲氧基乙氧基乙氧基)1.0(乙氧基吡咯烷酮)1.0]膦腈的合成及性能研究

用三氯化铝催化六氯三聚膦腈开环聚合制得线性聚二氯膦腈(PDCP), 通过PDCP磷原子上的亲核取代反应, 合成了新的水溶性高分子聚[(甲氧基乙氧基乙氧基)_1.0(乙氧基吡咯烷酮)_1.0]膦腈(P3), 用³¹P NMR, ¹H NMR, ¹³C NMR和IR对其结构进行了确证, 用DSC测定了其玻璃化转变温度T_g和熔融温度T_m, 用蒸汽压渗透法(VPO)测定了其数均分子量. 改进了聚二(乙氧基吡咯烷酮)膦腈(P2)的合成方法. 体外降解实验表明, P3具有和P2类似的pH响应性降解行为, 降解速率在pH=5.0时最快, 而在pH=7.4和8.0时较慢. P3在所测试的3个pH缓冲溶液中均比P2降解慢. 用³¹P NMR、薄层色谱(TLC)和滴定法对降解产物进行了检测, 初步推断了P3在不同pH介质中的水解机理, 其在pH=5.0的缓冲溶液中的降解, 除侧链断裂外, 聚膦腈的骨架也裂解; 而在pH=7.4和8.0时的降解仅为侧链的断裂. 用噻唑蓝(MTT)比色法进行的体外细胞毒性评价实验表明, P3及其在pH=5.0的缓冲溶液中降解49 d后的产物均对细胞表现出了很好的生物相容性, 而且其降解产物在浓度为800 μg/mL时还表现出一定的促进细胞增殖作用.     

Lindqvist型钼酸盐修饰的碳纳米管二阶非线性光学性质的理论研究

利用密度泛函理论(DFT)方法研究了[Mo₆O₁₉]^2-修饰的单壁碳纳米管的非线性光学(NLO)性质. 结果表明, [Mo₆O₁₉]^2-修饰的单壁碳纳米管作为特殊的有机-无机杂化体系, 具有显著的二阶非线性光学响应. 通过调整[Mo₆O₁₉]^2-与纳米管之间的角度, 体系的稳定性显示出规律性的变化趋势, 且二阶NLO响应发生了变化. 对静场二阶极化率(β_vec)有主要贡献的电子跃迁特征表明, [Mo₆O₁₉]^2-与碳纳米管之间角度的改变影响了分子内的给受体特征. 当角度达到30°时, 化合物显示出最大的β_vec值, 此时杂多阴离子簇为电子受体, 而碳纳米管为电子给体. 此外, 在碳纳米管的端位连接电子给体(如氨基)可有效地增大β_vec值.     

喷墨打印构建碳纳米管薄膜晶体管及其电性能的研究

本文利用聚[(9,9-二辛基芴-2,7-二基)-共-(1,4-苯并2,1-3-噻二唑)](PFO-BT)、聚[N,N′-二(2-辛基十二烷基)-异靛蓝-共-(9,9-二辛基芴基-2,7-二基)](PFIID)、聚[氮-(9-十七烷基)咔唑](PCZ)、聚[N,N′-二(2-辛基十二烷基)-异靛蓝-共-N-[1-(辛基壬基)-咔唑基-2,7-二基](PCZIID),尝试从本实验室用电弧放电法制备的单壁碳纳米管中分离纯化出高纯的半导体碳纳米管,并通过喷墨打印方式在氧化铪基体表面构建碳纳米管薄膜晶体管器件。研究表明这4种聚合物都能从自制单壁碳纳米管中选择性分离半导体碳纳米管,其中分子量和共轭单元更大的PCZ和PCZIID表现出更高的分离效率。通过对基底进行氧等离子体处理和优化打印工艺,得到了性能较好的印刷碳纳米管薄膜晶体管器件,器件的开关比为1.2×10~5~8×10~5,迁移率可达到5.3~6.8cm~2·V~(-1)·s~(-1)。表明自制的单壁碳纳米管可用于构建性能优越的印刷薄膜晶体管器件,还有望应用于高密度集成电路和新型显示所需的驱动电路等。     

双帽Keggin型杂多阴离子[PM12O40(VO)2]n-(M=Mo,n=5; M=V,n=9)的离散变分方法研究

使用密度泛函理论的离散变分方法(DFT-DVM)研究了双帽Keggin型杂多阴离子[PM₁₂O₄₀(VO)₂]^n--(M=Mo,n=5; M=V,n=9),即[PMo₁₂O₄₀(VO)₂]^5- (a)和[PV₁₂O₄₀(VO)₂]^9- (b)的电子结构,讨论了双帽的形成对Keggin型杂多阴离子的电子结构和催化性质的影响,并与其Keggin型杂多阴离子(PM₁₂O₄₀)_n-(M=Mo,n=3; M=V,n=15)的计算结果进行了对比分析,计算结果表明,双帽的形成对Keggin型杂多阴离子的电子结构产生了很大的影响,因而它们在催化活性上可能会表现出较大的差异.     

Dye-sensitized solar cells made from BaTiO3-coated TiO2 nanoporous electrodes

We reported on the preparation of a thin BaTiO₃-coated layer (2.27 nm) on the surface of TiO₂ and its further application in the dye-sensitized solar cells (DSCs). The as-prepared BaTiO₃–TiO₂ films were characterized by X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscope (TEM). The performances of the DSCs with and without BaTiO₃ coating were analyzed by cyclic voltammograms (CVs), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and current–voltage measurements. It was found that the BaTiO₃–TiO₂ films with about 12 μm thickness increased the dye adsorption, resulting in increased J_sc. In the meantime, the BaTiO₃ modification on the TiO₂ surface is beneficial to the formation of an energy barrier against the electron transfer from TiO₂ to I₃⁻, providing the increase of V_oc due to the increased electron density in the TiO₂ that is caused by the increased electron lifetime.     

TiO_2纳米管阵列光电极的电化学阻抗及动力学特性分析

采用声电化学阳极氧化法,在无机溶剂(H3PO4+NaF水溶液)和有机溶剂(NH4F+水+乙二醇)体系电解液中加20V直流电压制得TiO2纳米管(TNT)阵列,其中无机溶剂样品(记为TNT-A)的管长为650nm,有机溶剂样品(记为TNT-E)的管长为2μm.基于X射线衍射(XRD)图谱、场发射扫描电子显微镜图(FESEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-VisDRS)的表征和电流-时间(I-t)曲线、Mott-Schottky图和电化学阻抗谱(EIS)的分析可知,在空气中经500℃煅烧后,TNT-E的吸光性能明显好于TNT-A的吸光性能.在紫外光((365±15)nm)辐照下,测得TNT-E的平均光电流密度与TNT-A的仅差0.05mA·cm-2,这是由于管长的增长增大了电荷转移电阻,并使得传质路径增长,增大了反应所需克服的势垒,降低了电极的反应速率,两者的电荷载流子密度分别为5.31×1020与9.86×1020cm-3.     

The second and third order non-linear optical properties of liquid crystalline polymers

The second and third order non-linear optical susceptibilities of several donoracceptor substituted side chain polymers, some of which exhibit mesophases, will be reported. The susceptibilities were measured by harmonic generation from thin films, typically 0·5 μm thick, at a fundamental wavelength of 1064 nm and 1579 nm. For second harmonic generation, the spin coated films were contact poled on a glass substrate with an interdigited electrode pattern. Typical values obtained were χ⁽²⁾₃₁ = 1 × 10^-9 esu and χ⁽²⁾₃₃ = 3 × 10^-9 esu, the largest value was χ⁽²⁾₃₃ = 6·3 × 10^-9 esu. The difficulty in deriving reliable second order structure-property relations because of the large effect which the contact poling process has on the non-linear optical susceptibility of the films will be highlighted. The highest χ⁽³⁾ value of 5·8 × 10^-12 esu obtained from an amorphous film of a polymer with an asymmetrically substituted azo side group is comparable with the susceptibility of more typical third order non-linear materials such as the main chain polymers polyphenylacetylene and poly-p-phenylenebenzobisthiazole.     

纯相Li_2MnO_3薄膜的制备及作为锂离子电池正极材料的电化学行为

采用固相烧结法制备了纯相Li2MnO3正极材料及靶材,采用脉冲激光沉积(PLD)法在氧气气氛、不同温度下沉积了Li2MnO3薄膜.通过X射线衍射(XRD)和拉曼(Raman)光谱表征了薄膜的晶体结构,采用扫描电镜(SEM)观察薄膜形貌及厚度,利用电化学手段测试了Li2MnO3薄膜作为锂离子电池正极材料性能.结果表明,PLD方法制备的纯相Li2MnO3薄膜随着沉积温度升高薄膜结晶性变好.25℃沉积的薄膜难以可逆充放电,400℃沉积的薄膜具有较高的电化学活性和循环稳定性.相对于粉末材料,400与600℃制备的Li2MnO3薄膜电极平均放电电位随着循环次数的衰减速率明显低于相应的粉体材料.     

电子陶瓷粉BaTiO3的液相合成技术(Ⅲ)──前驱体草酸氧钛钡的热分解反应动力学研究

以Brodio线性化简单图解法对前驱体草酸氧钛钡热分解过程中三段动力学参数进行了计算。结果表明,三段热分解的反应级数分别为2、2和0,活化能为96.8、165.1和172.2kJ/mol,频率因子为1.03×10¹¹、5.64×10⁸和2.63×10⁶s^-1.由热分解动力学参数优化热处理工艺制得高纯超细BaTiO₃粉体。     

引入应力的锐钛矿TiO_2(001)薄膜的外延生长

锐钛矿TiO_2(001)(anataseTiO_2(001),简记为ATO)表面因其优异的催化活性受到了广泛的关注。理论计算结果表明,ATO表面应力导致的晶格畸变可能会增强该表面的催化活性。因此有必要研究应力对ATO表面结构的影响。本文利用BaTiO_3(001)(简记为BTO)与ATO之间存在较大的晶格失配度,将ATO薄膜外延生长在BTO衬底上从而引入应力,研究了存在应力情况下的ATO薄膜的结构特征。实验中,利用脉冲激光沉积方法在Nb掺杂的SrTi O_3(001)(简记为STO)单晶衬底上制备了ATO/BTO/STO外延薄膜。X射线衍射(XRD)和扫描透射电子显微术(STEM)结果表明,作为应力引入层的BTO薄膜厚度约为4–6nm时,能够部分地将应力引入到ATO薄膜中。X射线光电子能谱(XPS)结果显示,ATO薄膜合适的厚度应大于15 nm,从而降低从衬底反向扩散至表面的Sr和Ba原子的浓度;Ti 2p的高分辨XPS谱仅呈现出Ti~(4+)峰,表明ATO表面Ti原子为完全氧化的价态。ATO外延薄膜表面的扫描隧道显微术(STM)图像仍然呈现为(1×4)重构的结构,但在(1×4)重构的脊上存在明暗交替并具有一定周期性的特征。根据完全氧化的"增氧原子模型"(ad-oxygen model,AOM),脊上观察到的明暗交替特征可归因于表面应力导致的"TiO_2"空位缺陷结构。     

Mg-Ni/BaTiO_3催化剂上CH_4/CO_2重整反应研究

采用等体积浸渍法制备了MgO改性的一系列Mg-Ni/BaTiO3催化剂,并在固定床反应装置上考察了这些催化剂对CO2重整CH4反应的催化活性。结果表明,MgO质量负载为5%的Mg-Ni/BaTiO3催化剂活性最好。考察了不同浸渍顺序对催化剂性能的影响,结果表明,先浸镁盐后浸镍盐制得的催化剂催化性能更为理想。XRD、TPR和TPD表征发现,与催化剂Ni/BaTiO3相比,MgO的添加有利于提高催化剂的催化活性和抗积炭性能,对催化剂起到了良好的改性作用。     

脉冲激光沉积LiFePO4阴极薄膜材料及其电化学性能

采用脉冲激光沉积结合高温退火的方法在不锈钢基片上制备了LiFePO₄薄膜电极. XRD谱图显示, 经650 ℃退火制得的是具有橄榄石结构的LiFePO₄薄膜. 充放电测试表明, LiFePO₄薄膜具有3.45/3.40 V的充放电平台, 与LiFePO₄粉体材料相当. 首次放电容量约为27 mAh•g^－1, 充放电循环100次后容量衰减51%.     

脉冲激光沉积制备SrSn1-xCoxO3外延薄膜的微结构表征及能带调控

钙钛矿结构SrSnO₃因其独特的介电和半导体性质而备受关注,通过掺杂可显著调控其电学、磁学性能,拓宽其应用范围。本研究在单晶SrTiO₃(001)衬底上通过脉冲激光方法外延生长了SrSn_1-xCo_xO₃ (x = 0, 0.16, 0.33, 0.5) (SSCO)薄膜,探究了Co含量对薄膜结晶性、微观结构、光学性能以及介电性能的影响。结果表明, SrSn_1-xCo_xO₃薄膜可在SrTiO₃(001)衬底上外延生长, Co掺杂不会导致薄膜结晶质量的劣化。薄膜表面形貌平整、致密,膜厚200 nm,表面粗糙度为0.44 nm。随薄膜中Co掺杂量增加,薄膜透过率从90%降至25%,光学带隙从4.24 eV降至2.44 eV。介电性能测试表明,掺杂薄膜在10⁶Hz时介电常数为70.1,比无掺杂SrSnO₃薄膜提高57%。室温时SSCO薄膜表面电阻率为172 MΩ,在1000℃范围内薄膜结构稳定。