掺碲硒化镓晶体的光学性能(英文)

采用水平区熔法生长了碲(Te)掺杂浓度(质量百分比)分别为0.05%,0.1%,0.5%,1%,2%的硒化镓(GaSe)晶体,并分别对掺杂浓度为0.01%,0.07%,0.38%,0.67%,2.07%的GaSe∶Te晶体的光学性能进行了表征。首次研究了GaSe∶Te晶体中刚性层声子模式的转换。吸收光谱测试结果表明:当Te掺杂浓度小于0.38%时,振动中心位于0.59 THz附近的E'(2)刚性模式吸收峰强度可达最大值,这一过程与GaSe∶Te晶体光学性能的提高密切相关。但Te掺杂浓度的进一步提高会导致E'(2)刚性模式吸收峰强度逐渐减弱,当Te掺杂浓度为1%时,E'(2)刚性模式吸收峰基本消失。这两个过程与GaSe∶Te晶体光学质量的下降密切相关。因此,E'(2)刚性模式吸收强度达到最高时对应的掺杂浓度即是GaSe∶Te晶体中Te的最佳掺杂浓度,光整流产生太赫兹过程证实了此结论的正确性。     

掺碲硒化镓晶体的光学性能

采用水平区熔法生长了碲（Te）掺杂浓度（质量百分比）分别为0.05%,0.1%,0.5%,1%,2%的硒化镓（GaSe）晶体,并分别对掺杂浓度为0.01%,0.07%,0.38%,0.67%,2.07%的GaSe∶Te晶体的光学性能进行了表征。首次研究了GaSe∶Te晶体中刚性层声子模式的转换。吸收光谱测试结果表明：当Te掺杂浓度小于0.38%时,振动中心位于0.59 THz附近的E＇（2）刚性模式吸收峰强度可达最大值,这一过程与GaSe∶Te晶体光学性能的提高密切相关。但Te掺杂浓度的进一步提高会导致E＇（2）刚性模式吸收峰强度逐渐减弱,当Te掺杂浓度为1%时,E＇（2）刚性模式吸收峰基本消失。这两个过程与GaSe∶Te晶体光学质量的下降密切相关。因此,E＇（2）刚性模式吸收强度达到最高时对应的掺杂浓度即是GaSe∶Te晶体中Te的最佳掺杂浓度,光整流产生太赫兹过程证实了此结论的正确性。     

Al、S和Te掺杂GaSe晶体的光学及倍频特性

对不同浓度Al、S和Te掺杂GaSe晶体的透过率和倍频特性进行了研究.结果表明,适宜浓度的掺杂晶体在透明波段内吸收系数约为α≤0.1~0.2cm-1,适于非线性应用.GaSe∶S晶体透过率曲线向短波方向移动,且更适于高浓度掺杂,而Al和Te掺杂晶体透明范围的波段截止波长向长波方向移动,且移动幅度小于S掺杂晶体,当掺杂浓度达到GaSe∶Al(0.5mass%)和GaSe∶Te(5mass%)时,晶体光学质量明显下降.通过fs Ti∶Sapphire激光和CO2激光泵浦下I类倍频实验发现,S掺杂晶体相位匹配曲线向短波方向移动,倍频输出功率比纯GaSe晶体有明显提高,最佳掺杂浓度为2mass%.Al和Te掺杂晶体相位匹配角与纯GaSe晶体相比没有明显变化,实验结果与理论曲线符合较好.利用非线性方法研究发现当掺杂浓度不超过5mass%时,GaSe∶Te晶体与纯GaSe同样属于六角形结构.三种掺杂方式最佳掺杂浓度分别为GaSe∶Al(0.1mass%),GaSe∶S(2mass%)和GaSe∶Te(0.5mass%),在CO2激光泵浦下,三者频率转换效率之比约为1∶0.6∶0.5.在所使用的晶体样本中,GaSe∶S(2mass%)晶体性能最佳,其频率转换效率可达纯GaSe晶体的3倍左右.     

Yb:CaF2-SrF2激光晶体光谱性能以及热学性能的研究

采用坩埚下降法生长了Yb: CaF₂-SrF₂晶体,测试了该晶体的吸收和荧光光谱 以及在不同温度下晶体的热扩散系数和热膨胀系数,并且计算了晶体的热膨胀系数以及在常温下的热导率. 采用对比的方法,对晶体的吸收光谱,荧光光谱,热学性能进行了分析.从吸收和荧光光谱结果表明: 在掺杂相对较高浓度的SrF₂的混晶中, Yb³⁺吸收截面和发射截面比较大. Yb: CaF₂-SrF₂ (19%)晶体在1040 nm附近的发射截面比较大,光谱也比较宽. 这说明在掺杂相同浓度Yb时,混晶中CaF₂, SrF₂的比例不同,晶体的光谱性质不同, 主要原因是在混晶中晶体的无序度不同,晶体对称性降低,形成低对称光学中心. 从热扩散系数计算的热导率结果看出晶体具有比较好的热导率.     

Ag+掺杂的立方相Y2O3:Eu纳米晶体粉末发光强度研究

采用化学自燃烧法制备了不同Ag⁺掺杂浓度的Y₂O₃:Eu纳米晶体粉末样品(［Y³⁺］∶［Eu³⁺］∶［Ag⁺］=99∶1∶X，X=0—3.5×10^-2)，以及通过退火处理得到了相应的体材料.根据X射线衍射谱确定所得纳米和体材料样品均为纯立方相.实验表明在纳米尺寸样品中随着Ag离子浓度的增加，荧光发射强度随之增加，当X=2×10^-2时达到最大值，其发光强度比X=0时提高了近50%.当Ag离子浓度继续增加，样品发光强度保持不变.在相应的体材料样品中则没有观察到此现象.通过对各样品的发射光谱，激发光谱，X射线衍射图谱，透射电镜(TEM)照片和荧光衰减曲线的研究，分析了引起纳米样品荧光强度变化的原因是由于Ag离子与表面悬键氧结合，从而使这一无辐射通道阻断，使发光中心Eu³⁺的量子效率提高；Ag⁺的引入所带来的另一个效应是使激发更为有效.这两方面原因使发光效率得到了提高.     

掺入Ni2+和V3+对α-Al2O3晶体光谱精细结构、晶体局域结构和零场分裂参量的影响

应用晶体场理论和不可约张量算符方法构造了3d2/3d8态离子在C3v对称晶场中包含自旋-轨道相互作用、自旋-自旋相互作用、自旋-其它轨道相互作用和其它轨道-其它轨道相互作用四种微观磁效应的45阶可完全对角化的能量哈密顿矩阵.利用该矩阵,计算了V³⁺∶α-Al₂O₃和Ni²⁺∶α-Al₂O₃晶体的光谱精细结构、晶体局域结构和零场分裂参量,研究了掺入两种互补态离子Ni²⁺和V³⁺对同种晶体的光谱精细结构、晶体局域结构和零场分裂参量的影响,理论计算值和实验值相符.研究发现：掺杂没有改变晶体的光谱精细结构和能级分裂条数,但改变了能级间距|掺杂也没有改变晶体的对称性,但使晶体局域结构发生了一定程度的畸变| Ni²⁺∶α-Al₂O₃晶体局域结构的伸长畸变量大于V³⁺∶α-Al₂O₃晶体,键角的变化量小于V³⁺∶α-Al₂O₃晶体.     

使用金属掺杂SnO2(110)作为表面催化剂的电催化CO2还原反应：通过调控Sn:O原子比例来控制产物

电催化CO₂还原反应可以产生HCOOH和CO,目前该反应是将可再生电力转化为化学能存储在燃料中的最有前景的方法之一. SnO₂作为将CO₂转换为HCOOH和CO的良好催化剂,其反应发生的晶面可以是不同的. 其中(110)面的SnO₂非常稳定,易于合成. 通过改变SnO₂(110)的Sn:O原子比例,得到了两种典型的SnO₂薄膜：完全氧化型(符合化学计量)和部分还原型. 本文研究了不同金属(Fe、Co、Ni、Cu、Ru、Rh、Pd、Ag、Os、Ir、Pt和Au)掺杂的SnO₂(110),发现在CO₂还原反应中这些材料的催化活性和选择性是不同的. 所有这些变化都可以通过调控(110)表面中Sn:O原子的比例来控制. 结果表明,化学计量型和部分还原型Cu/Ag掺杂的SnO₂(110)对CO₂还原反应具有不同的选择性. 具体而言,化学计量型的Cu/Ag掺杂的SnO₂(110)倾向于产生CO(g),而部分还原型的表面倾向于产生HCOOH(g). 此外,本文还考虑了CO₂还原的竞争析氢反应. 其中Ru、Rh、Pd、Os、Ir和Pt掺杂的SnO₂(110)催化剂对析氢反应具有较高的活性,其他催化剂对CO₂还原反应具有良好的催化作用.     

富勒烯掺杂NPB空穴传输层的有机电致发光器件

报道了不同掺杂浓度NPB：C₆₀（富勒烯）作为空穴传输层对有机电致发光器件性能的影响.采用真空热蒸镀方法,制作了ITO/ NPB：C₆₀ （x % ）/Alq₃/LiF/Mg:Ag结构的四种有机电致发光器件.当NPB：C₆₀的掺杂浓度是15％时,器件的启亮电压是4 V,最大亮度是11000 cd/m².然而,当NPB：C₆₀的掺杂浓度是20％时,器件的最大亮度降     

Zn掺杂β-Ga2O3薄膜的制备和特性研究

β-Ga₂O₃是一种宽带隙半导体材料,能带宽度E_g≈5.0eV,在光学和光电子学领域有广泛的应用。用射频磁控溅射方法在Si衬底和远紫外光学石英玻璃衬底制备了本征β-Ga₂O₃薄膜及Zn掺杂β-Ga₂O₃薄膜,用紫外 可见分光光度计、X射线衍射仪、荧光分光光度计对本征β-Ga₂O₃薄膜及Zn掺杂β-Ga₂O₃薄膜的光学透过、光学吸收、结构和光致发光进行了测量,研究了Zn掺杂和热退火对薄膜结构和光学性质的影响。退火后的β-Ga₂O₃薄膜为多晶结构,与本征β-Ga₂O₃薄膜相比,Zn掺杂β-Ga₂O₃薄膜的β-Ga₂O₃(111)衍射峰强度变小,结晶性变差,衍射峰位从35.69°减小至35.66°。退火后的Zn掺杂β-Ga₂O₃薄膜的光学带隙变窄,光学透过降低,光学吸收增强,出现了近边吸收,薄膜的紫外、蓝光及绿光发射增强。表明退火后Zn掺杂β-Ga₂O₃薄膜中的Zn原子被激活充当受主。     

掺杂质子化石墨相氮化碳增强碳基太阳能电池中钙钛矿的结晶

钙钛矿层的品质极大影响钙钛矿太阳能电池性能. 然而,在溶液法生成多晶钙钛矿膜过程中会不可避免地形成缺陷和陷阱位. 通过在钙钛矿层中嵌入添加物改善钙钛矿晶化,用于减少和钝化缺陷是非常重要的. 本文合成一种环境友好的二维纳米材料质子化石墨相氮化碳(p-g-C₃N₄),并掺杂于碳基钙太阳能电池的钙钛矿层中. 实验证明,在钙钛矿前驱体溶液中添加p-g-C₃N₄不仅能调解碘铅甲胺(MAPbI₃)结晶的成核和生长速率,获得大晶粒尺寸的平滑表面,还能减少钙钛矿层的本征缺陷. 质子化过程在氮化碳表面引入活性基团-NH₂/-NH₃,它们和钙钛矿晶体表面N-H键发生强化学作用,有效地钝化电子陷阱,提高钙钛矿结晶质量. 结果表明,与不掺杂的对照电池(效率为4.48%)和掺杂石墨相氮化碳(g-C₃N₄)电池(效率为5.93%)相比,掺杂质子化石墨相氮化碳(p-g-C₃N₄)的电池获得了6.61%的较高效率. 本工作展示了一种通过掺杂改性添加物改善钙钛矿膜的简单方法,为碳基钙钛矿太阳能电池的低成本制备提供了建议.     

钙钛矿晶体的电荷复合动力学研究

本文利用紫外吸收光谱和稳态荧光光谱技术结合理论模型,研究了钙钛矿材料CH₃NH₃PbI₃晶体在光激发过程中的电荷复合动力学行为,进而获得晶体的扩散长度. 电荷载体的扩散长度是判断光电材料的重要参数. 研究通过合成两种不同缺陷态浓度的CH₃NH₃PbI₃晶体,测量这两种晶体在0.019∽4.268 μJ/cm²的激光激发下的时间分辨荧光光谱,利用动力学模型对光谱进行拟合,可以获得每个晶体的掺杂浓度,空穴浓度以及电荷复合参数. 将这些参数结合已有公式,最终可获得每个晶体的电荷载体的扩散长度.     

掺杂比对CdGe(As11-xPx)2倍频与参量振荡的影响

 在相位匹配和可接受掺杂比理论的基础上，针对CdGe((As1_1-xP_x)₂晶体，研究了掺杂比对频率转换的影响。依据Sellmeier方程得到了倍频和Ho³⁺:YLF与Cr:Er:YSGG激光器泵浦光学参量振荡的相位匹配调谐曲线，并给出了不同掺杂下的可接受掺杂比。结果表明：掺杂晶体可实现2~9 μm范围内非临界相位匹配的倍频和2~18 μm的参量光产生；随着掺杂比的增大，可接受掺杂比近似线性减小，并随着波长改变展现出了不同变化趋势。     

氮铁共掺锐钛矿相TiO2电子结构和光学性质的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了N,Fe共掺杂TiO₂的晶体结构、电子结构和光学性质.研究表明,N,Fe共掺杂TiO₂的晶格体积、原子间的键长及原子的电荷量发生变化,导致晶体中产生八面体偶极矩,并因此光生电子-空穴对有效分离,提高TiO₂的光催化活性;N,Fe共掺杂同时在导带底和价带顶形成了杂质能级,使TiO₂的禁带宽度变窄,光吸收带边红移到可见光区,这些杂质能级可以降低光生载流子的复合概率,提高Ti     

Er3+及Er3+/Yb3+掺杂ZrO2-Al2O3的制备及发光性质

采用共沉淀法制备了纳米晶ZrO₂-Al₂O₃∶Er³⁺发光粉体.所制备的粉体室温下具有Er3+离子特征荧光发射,主发射在绿光,其中位于547 nm、560 nm的绿光最强,并得出稀土离子与基质之间有能量传递.对不同煅烧温度下的样品研究表明:因不同温度下所制得的样品晶相不同.研究了纳米晶ZrO2-Al2O3∶Er3+及ZrO₂-Al₂O₃∶Er³⁺/Yb³⁺的上转换发光,并分析了上转换的跃迁机制.发现ZrO₂-Al₂O₃∶Er³⁺的绿光为双光子过程,而ZrO₂-Al₂O₃∶Er³⁺、Yb³⁺的上转换光谱中,红光和绿光也为双光子过程,而极弱的蓝光为三光子过程.讨论了Er³⁺的浓度猝灭现象.最适宜掺杂浓度的原子分数为2%（Er³⁺/Zr⁴⁺）.     

氧氩比对SnO2/Ag/SnO2透明导电膜光电性能的影响

在室温及不同的氧氩比条件下,采用射频磁控溅射Ag层和直流磁控溅射SnO₂层,在载玻片衬底上制备出了SnO₂/Ag/SnO₂多层薄膜.用霍尔效应测试仪、四探针电阻测试仪和紫外-可见-近红外光谱仪等表征了薄膜的电学性质和光学性质.实验结果表明:当氧氩比为1:14时,所制得的薄膜的光电性质优良指数最大,为1.69×10^-2 Ω^-1;此时,薄膜的电阻率为9.8×10^-5 Ω·cm,方电阻为9.68 Ω/sq,在400~800 nm可见光区的平均光学透射率达85%;并且,在氧氩比为1:14时,利用射频磁控溅射Ag层和直流磁控溅射SnO₂层在PET柔性衬底上制备出了光电性质优良的柔性透明导电膜,其在可见光区的平均光学透过率达85%以上,电阻率为1.22×10^-4 Ωcm,方电阻为12.05 Ω/sq.     

N掺杂Cu2O薄膜的光学性质及第一性原理分析

采用射频磁控溅射技术, 在不同温度下制备了N掺杂Cu₂O薄膜．透射光谱分析发现, N掺杂导致Cu₂O成为允许的带隙直接跃迁半导体, 并使Cu₂O的光学禁带宽度增加．不同温度下沉积的薄膜光学禁带宽度E_g=2.52± 0.03 eV．第一性原理计算表明, N掺杂导致Cu₂O的禁带宽度增加了约25%, 主要与价带顶下移和导带底上移有关, 与实验报道基本符合．N的2p电子态分布不同于O原子, 在价带顶附近具有较大的态密度是N掺杂Cu₂O变成允许的带隙直接跃迁半导体的根本原因．     

过渡金属Fe或Ag掺杂K2Ti6O13的电子结构和光学性质

本文利用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算研究了它们的电子结构和光学性质.光学性质的计算结果和实验相一致.结果表明,Fe或Ag掺杂后,K₂Ti₆O₁₃的带隙中出现了杂质带且其带隙值变小,因而使掺杂后的K₂Ti₆O₁₃的吸收边发生红移并实现了其对可见光吸收.其中杂质带主要由Fe 3d态或Ag 4d态与Ti 3d态和O 2p态杂化而成.对于Fe掺杂的K₂Ti₆O₁₃,杂质带位于带隙中间,因此可以作为电子从价带跃迁到导带的桥梁.对于Ag掺杂的K₂Ti₆O₁₃,杂质带位于价带顶附近为受主能级,可以降低光生载流子的复合概率.实验和计算研究表明,通过Fe或Ag的掺杂可以实现了K₂Ti₆O₁₃对可见光的吸收,这对进一步研究K₂Ti₆O₁₃的光学性质具有重要意义.     

Ag-Cu纳米颗粒修饰的N掺杂TiO2纳米棒阵列及其高效光催化CO2还原应用

本文采用微纳加工方法制备了负载高密度Ag-Cu纳米颗粒的N掺杂TiO₂纳米棒阵列样品. 通过TiO₂的N掺杂,可将其吸光范围调控至与Ag纳米颗粒的等离激元吸收频率相匹配的波段,从而实现复合材料中肖特基结与共振能量转移过程的协同作用. 与此同时,Cu纳米颗粒可以为CO₂还原提供活性位点. 在全谱光照射下,复合样品光催化CO₂还原的活性显著提高,CH₄生成速率可达720 μmol·g^-1·h^-1.     

Sr2CeO4电荷迁移发光的光谱结构规律研究

利用高温固相反应法分别合成了不同物相形成机理的Sr₂CeO₄，Sr ₂CeO₄∶Ca ²⁺和Sr₂CeO₄∶Ba²⁺样品，并对其光谱特性进行 了研究.结果发现，对于由SrO和CeO₂直接反应生成的Sr₂CeO₄(Ⅰ)，激发主峰位于256nm 左右；而对于SrCeO₃和SrO反应生成的Sr₂CeO₄(Ⅱ)，激发主峰位于279nm左右.在Sr₂CeO₄(Ⅰ)中掺入Ca²⁺，其激发光谱随着Ca²⁺离子浓度的增加逐渐接近于Sr₂CeO_{4(Ⅱ)的激发光谱.激发主峰带应属于CeO6八面体终端Ce⁴⁺—O^2-键的电荷迁移 带.对于激发光谱中340nm左右的弱激发峰，其峰值波长不受形成机理及Ca²⁺掺杂的影响，只是其强度 随着 激发主峰的红移而增加，它可能属于CeO6八面体平面上Ce⁴⁺—O2-键的电荷 迁移带.形成机理及Ca²⁺掺杂对发射光谱没有影响.Ca²⁺在Sr 2CeO 4(Ⅱ)与Ba²⁺在Sr2CeO4(Ⅰ)和(Ⅱ)中均难 于替代Sr²⁺的位置.}     

Eu2+, Cr3+共掺杂的MAl12O19 (M=Ca, Sr, Ba) 的发光性质及能量传递

三基色荧光粉中, 红色荧光粉性能较差, 为获得性能优良的红色荧光粉, 本文采用高温固相法合成了Eu²⁺, Cr³⁺单掺杂及共掺杂的碱土金属多铝酸盐MAl₁₂O₁₉ (M =Ca, Sr, Ba) 发光体. 实验表明, 在以上三种基质中均存在Eu²⁺→Cr³⁺的能量传递, 利用能量传递可以有效将Eu²⁺的蓝光或绿光转换为红光. 三种碱土金属多铝酸盐基质的晶体结构相似,但Eu²⁺, Cr³⁺发光受晶体场影响,导致在不同的基质中Eu²⁺, Cr³⁺间能量传递效率不同.通过光谱分析及能量传递效率计算发现, 相同掺杂浓度下,CaAl₁₂O₁₉中Eu²⁺→Cr³⁺的能量传递效率最高,SrAl₁₂O₁₉次之, BaAl₁₂O₁₉最低.红光转换率在CaAl₁₂O₁₉中最高.