PDA-TiO2杂化纳米粒子的制备及其防晒应用

采用溶胶凝胶法制备二氧化钛(TiO2)前驱体,将其与盐酸多巴胺共混后制备聚多巴胺-TiO2(PDA-TiO2)杂化纳米粒子.在PDA与TiO2的协同作用下,PDA-TiO2粒子具有高效的防紫外线性能.利用红外光谱、X射线光电子能谱、扫描电镜、透射电镜、紫外-可见光吸收光谱、热失重曲线以及皮肤渗透实验对纳米粒子的基本结构...     

近红外光驱动的UCNPs/ZnxCd1-xS纳米复合结构的化学合成并用于光化学还原六价铬

近红外光约占入射太阳能的 44% 以上, 为实现太阳能量的最大化利用, 近红外光 (NIR) 驱动的光催化技术成为科学研究的热点. 由于上转换荧光纳米材料 (UCNPs) 是优良的红外能量转换器, 合金半导体 ZnxCd1-xS 具有较好的化学稳定性以及生物相容性, 本文发展了一种简易的水热法, 将 UCNPs 和 ZnxCd1-xS 合金结合, 成功构建了 NIR 与可见光响应的核壳纳米结构. 由于这两种材料的晶格失配度较高, 很难直接外延生长, 我们通过引入非晶 TiO2将形成的催化剂纳米颗粒ZnxCd1-xS 紧紧束缚在 UCNPs 外面形成蛋黄-蛋壳结构, 在 NIR 光照下获得了较高的能量转换效率.首先, 在 UCNPs 外面外延生长一层 AA-Zn[(OH)4]2–复合物, 形成 UCNPs@AA-Zn[(OH)4]2–复合纳米结构, 然后在其核壳结构外面外延生长薄层的非晶 TiO2, 以稳定后续要制备的合金半导体 ZnxCd1-xS; 在水热条件下, UCNPs@AA-Zn[(OH)4]2–/TiO2与醋酸镉和硫脲反应, 形成 UCNPs@ZnxCd1-xS/TiO2复合材料. 在此, 我们选择β-NaYF4:Yb(30%),Tm(0.5%)@NaYF4:Yb(20%),Er(2%) 作为 NIR 的能量转换器. 样品的形貌、物相及化学组成分别采用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X 射线衍射和原子吸收光谱法进行表征.研究表明, 我们成功制备了具有蛋黄-蛋壳结构的 UCNPs@ZnxCd1-xS/TiO2纳米颗粒. 此外, 非晶态 TiO2将 UCNPs 与ZnxCd1-xS 紧密结合, 对最终样品 UCNPs@ZnxCd1-xS 核壳纳米粒子的形成起到重要作用. 而且, 合金 ZnxCd1-xS 的化学组成可通过调整镉源和锌源的用量进行调节. 所制备的 UCNPs@ZnxCd1-xS 核壳纳米粒子在 NIR 光线或模拟太阳光照射下显示出高效的光化学还原 Cr(VI) 性能. 溶液中 70% 以上的 Cr(VI) 在 NIR 光照射 30 min 后被还原为 Cr(III). 本研究将为环境污水处理和太阳能利用提供一种可供选择的策略, 且所制的复合纳米结构在肿瘤治疗、药物释放和能量转换等领域也有着潜在的应用价值.     

Effect of Ⅲ/Ⅴ Ratio of HT-AIN Buffer Layer on Polarity Selection and Electrical Quality of GaN Films Grown by Radio Frequency Molecular Beam Epitaxy

We investigate the effect of A/N ratio of the high temperature （HT） AIN buffer layer on polarity selection and electrical quality of GaN films grown by radio frequency molecular beam epitaxy. The results show that low Al/N ratio results in N-polarity GaN films and intermediate Al/N ratio leads to mixed-polarity GaN films with poor electrical quality. GaN films tend to grow with Ga polarity on Al-rich AIN buffer layers. GaN films with different polarities are confirmed by in-situ reflection high-energy electron diffraction during the growth process. Wet chemical etching, together with atomic force microscopy, also proves the polarity assignments. The optimum value for room-temperature Hall mobility of the Ga-polarity GaN film is 703cm^2/V.s, which is superior to the N-polarity and mixed-polarity GaN films.     

平面型大光敏元InGaAs线列探测器及其应用

采用晶格匹配的平面型InP/In0.53Ga0.47As/InP外延材料,设计了一种大光敏元、带有保护环的InGaAs线列探测器。通过I-V测试、扫描电容显微技术(SCM)测试,研究并确定了线列器件的盲元与保护环结构之间的关系。通过设计改进,解决了器件的盲元问题。24×1 InGaAs线列短波红外探测在室温20 ℃、-10 mV偏压下,暗电流密度约5 nA/cm2。将光敏芯片密封在集成了热电制冷器(TEC)的金属管壳内,组件工作温度5 ℃,探测器响应光谱在1.0 μm~1.67 μm范围,平均峰值电流响应率为1.3 A/W,平均峰值探测率为3.4×1012 cm·Hz1/2/W,响应的非均匀性为1.5%。探测器经历一定条件的可靠性筛选试验后,性能未发生明显变化,并进行了航空机载成像应用,成像图片清晰。     

超高效液相色谱法测定稻田土壤及水中的噻虫啉与氟虫双酰胺残留

利用超高效液相色谱建立了同时测定稻田土壤及水中噻虫啉、氟虫双酰胺及其代谢产物残留的快速分析方法。稻田水样以乙酸乙酯萃取,有机相经浓缩后定容;土壤样品用水润湿后以丙酮提取,液-液分配净化。优化的色谱条件为:采用ACQUITY UPLC HSS T3色谱柱(2.1 mm×100 mm,1.8μm)分离,以乙腈-水为流动相,流速0.3 mL.min-1,柱温35℃,进样量5μL,检测波长230 nm。结果表明,噻虫啉、氟虫双酰胺及其代谢产物在0.01～10.00 mg.L-1质量浓度范围内呈良好线性关系,相关系数分别为1.000、1.000、0.999 9;噻虫啉、氟虫双酰胺及其代谢产物的仪器测定限为0.001～0.002 mg.L-1,在稻田水中的方法检出限为0.000 4～0.001 0 mg.L-1,在土壤中的方法检出限为0.002 2～0.003 6 mg.kg-1;对稻田土壤及水中的噻虫啉、氟虫双酰胺及其代谢产物进行不同水平的加标回收率实验,得到方法的回收率为82%～106%,相对标准偏差(n=5)为0.81%～3.8%。该方法操作简便,分离效果好,灵敏度与准确度良好,已成功应用于实际样品的检测。     

使用SiNx原位淀积方法生长的GaN外延膜中的应力研究

采用低压MOCVD系统,在生长过程中使用SiNx原位淀积的方法产生纳米掩模,并在纳米掩模上进行选区生长和侧向外延制备了GaN外延薄膜.使用拉曼光谱和光荧光的手段对GaN外延膜中的残余应力进行了研究.研究发现,用SiNx原位淀积出纳米掩模后,GaN生长将由二维向三维转变,直到完全合并为止.利用拉曼光谱和光荧光谱分别研究了薄膜中的残余应力,两者符合得很好;这种方法生长出的GaN薄膜的应力分布较传统的侧向外延更加均匀;并且从中发现随着生长过程中SiNx原位淀积时间的增加,生长在其上的GaN外延膜中的残余应力减小.这是因为,随着SiNx原位淀积时间的增加,SiNx纳米掩模的覆盖度也增大.因此侧向外延区的比例增大,残余应力随之减小.     

生物质基酸性低共熔溶剂用于高效溶解木质素及溶解机理

设计能高效溶解木质素的溶剂对木质素的高值化利用具有重要意义。本文中设计了基于氯化胆碱、甜菜碱和左旋肉碱作为氢键受体(HBA)和四种氢键供体(HBD)的生物质衍生的酸性低共熔溶剂(DESs),可以溶解包括碱木质素(AL)、脱碱木质素(DAL)、酶解木质素(EHL)和硫酸盐木质素(KL)在内的不同类型的木质素。在大多数所设计的DESs中,EHL比AL、KL和DAL更容易溶解,而不同木质素中羟基的含量对木质素的溶解有显著影响,但是并非在所有DESs中木质素的溶解情况都符合上述规则。氯化胆碱是构建DESs的首选HBA,具有良好的性能并适应于不同类型木质素的溶解,而合适的酸度使苯甲酸和没食子酸乙酯成为对木质素溶解有利的HBDs。研究表明能有效溶解木质素的DESs应具有强的氢键酸度(α值> 0.95)以及与溶解的木质素匹配的合适极性。此外,HBD的pK_a值和DESs的酸度也是评价酸性DESs溶解木质素性能的有效指标。通常具有适中pK_a值的HBDs能够用于构建具有高效的木质素溶解性能的DESs。DESs的粘度对木质素溶解也有一定影响,较低的粘度有助于木质素溶解。     

内嵌硫化镉与上转换纳米颗粒的二氧化钛复合纳米管用于近红外光驱动光催化

由于近红外光在太阳光谱中占44%,因此,近红外光驱动的光催化剂的研制具有十分重要的意义.上转换发光材料可将低能量的近红外光子转换为高能光子,这种高能光子可以通过构建荧光共振转移系统将能量转移并活化量子效率较高的半导体材料,对于太阳能的转化利用具有潜在的应用前景.在本文中,通过胶体化学的过程在电纺丝制备的内嵌CdS纳米颗粒以及上转换荧光纳米颗粒(UCNPs)的二氧化硅复合纳米纤维表面外延生长一层二氧化钛层,通过高温煅烧得到二氧化钛复合纳米管.我们通过二氧化硅结构将CdS纳米颗粒与上转换荧光纳米颗粒紧紧束缚在一起,实现较高的荧光共振能量转移.而且,选择β-NaYF4:Yb(30%),Tm(0.5%)@NaYF4:Yb(20%),Er(2%)作为纳米能量转换器,替代以前研究工作中使用的β-NaYF4:Yb(30%),Tm(0.5%)或者β-NaYF4:Yb(30%),Tm(0.5%)@NaYF4纳米颗粒,来进一步提高近红外光的转换效率.通过透射电子显微镜照片很清楚的观察到制备的TiO2复合纳米管内部内嵌有大量的CdS与上转换纳米颗粒.通过X-射线衍射以及X-射线光电子能谱能仪器对产物的物相以及表面的化学组成进行了细致的表征.结果显示,通过本实验方法已经成功获得了TiO2复合纳米管.用稳态与瞬态荧光仪研究了最终样品的荧光性质.研究结果揭示,与上转换纳米颗粒以及二氧化硅复合纳米纤维相比,复合二氧化钛纳米管可以将上转换荧光纳米颗粒的(UV-Vis)部分荧光完全淬灭了.特别是,铒离子的荧光(650 nm)也被有效淬灭转移,说明本研究采用β-NaYF4:Yb(30%),Tm(0.5%)@NaYF4:Yb(20%),Er(2%)纳米能量转换器,可以提高近红外光的转换效率,紫外-可见吸收光谱证实,这种二氧化钛纳米管在紫外-可见光区中的吸收光谱与β-NaYF4:Yb(30%),Tm(0.5%)@NaYF4:Yb(20%),Er(2%)纳米颗粒的荧光光谱具有较大的重叠,使得上转换荧光纳米颗粒与CdS以及二氧化钛组分之间的荧光共振转移的效率大大提高,进而会显著提高光催化的效果.以罗丹明染料作为污染物为模型,我们研究了罗丹明染料在氙灯下或者近红外光光照下的光催化分解实验.研究结果表明,90%的罗丹明染料分子在20 min内就被降解掉,效率高于其它的近红外光催化剂.上转换荧光纳米颗粒的能量转换效率可以得到大幅度提高,本研究工作中制备的光催化剂利用太阳能的效率将会得到极大提高,在未来为能源危机以及环境保护提供一种可供选择的方法与技术.     

High-performance InAs/GaAs quantum dot laser with dot layers grown at 425℃

We investigate InAs/GaAs quantum dot(QD) lasers grown by gas source molecular beam epitaxy with different growth temperatures for InAs dot layers.The same laser structures are grown,but the growth temperatures of InAs dot layers are set as 425 and 500 ℃,respectively.Ridge waveguide laser diodes are fabricated,and the characteristics of the QD lasers are systematically studied.The laser diodes with QDs grown at 425℃ show better performance,such as threshold current density,output power,internal quantum efficiency,and characteristic temperature,than those with QDs grown at 500 C.This finding is ascribed to the higher QD density and more uniform size distribution of QDs achieved at 425℃.     

Finite-key analysis of practical time-bin high-dimensional quantum key distribution with afterpulse effect

High-dimensional quantum resources provide the ability to encode several bits of information on a single photon, which can particularly increase the secret key rate rate of quantum key distribution (QKD) systems. Recently, a practical four-dimensional QKD scheme based on time-bin quantum photonic state, only with two single-photon avalanche detectors as measurement setup, has been proven to have a superior performance than the qubit-based one. In this paper, we extend the results to our proposed eight-dimensional scheme. Then, we consider two main practical factors to improve its secret key bound. Concretely, we take the afterpulse effect into account and apply a finite-key analysis with the intensity fluctuations. Our secret bounds give consideration to both the intensity fluctuations and the afterpulse effect for the high-dimensional QKD systems. Numerical simulations show the bound of eight-dimensional QKD scheme is more robust to the intensity fluctuations but more sensitive to the afterpulse effect than the four-dimensional one.