面向脉冲量子级联激光器气体检测的锁相放大器

为了在基于脉冲式中红外量子级联激光器的气体检测系统中,精确提取窄脉冲传感信号的幅度,设计并实现了一种微秒级窄脉冲锁相放大器.根据微秒级窄脉冲的特点,窄脉冲信号经过窄带通滤波电路,得到基频正弦波信号,再经过主放大、移相、相敏检波电路,得到与脉冲幅值有关的直流信号.利用信号发生器产生的幅度、频率、相位可调的窄脉冲待测信号,对锁相放大器进行功能验证实验.结果表明,锁相放大器输出直流信号与输入信号的幅度呈良好的线性关系,线性拟合度约为98.043%;信号幅值的相对测量误差不超过3%;在1 h的测试时间内,信号波动范围在1‰以内.利用配备的不同浓度的一氧化碳样品及研制的锁相放大器,开展了一氧化碳气体检测实验.在0~180 ppm范围内,随着一氧化碳浓度的增加,锁相放大器的输出电压值与一氧化碳浓度呈现良好的e指数关系.根据A11an方差预测的系统检测下限为0.4123ppm.与商用锁相放大器相比,该放大器具有体积小、成本低、易于集成等特点,在基于脉冲式中红外量子级联激光器的气体检测中具有较好的应用前景.     

单环多段光强分布检测光学涡旋拓扑荷值

针对涡旋光束检测范围局限这一问题, 提出了一种新的光学涡旋拓扑荷值检测方法-单环多段光强分布检测法, 它以分段数和环半径为两大检测常数, 将检测涡旋光束拓扑荷值范围扩大到了128种, 与以往利用旁瓣调控光学涡旋检测拓扑荷值方法相比, 检测范围扩大了1个数量级. 单环多段光强分布是基于计算机全息图实现在远场衍射焦平面上环半径相等的两束携带不同拓扑荷数的涡旋光束叠加后形成的光强分布. 计算机模拟和光学实验验证了所提出方法的可行性, 该方法在自由空间光通信领域具有一定的研究价值和应用潜力.     

碳纳米管薄膜场蒸发效应

在超高真空系统中对基于丝网印刷方法制备的碳纳米管薄膜的场蒸发效应进行实验研究. 实验发现, 碳纳米管薄膜样品存在场蒸发现象, 蒸发阈值场在10.0-12.6 V/nm之间, 蒸发离子流可以达到百皮安量级; 扫描电子显微镜分析和场致电子发射测量结果表明, 场蒸发会使碳纳米管分布变得更加不均匀, 会导致薄膜的场致电子发射开启电压上升(240→300V)、场增强因子下降(8300→4200)、蒸发阈值场上升(10→12.6V/nm), 同时使得薄膜场致电子发射的可重复性明显变好. 场蒸发也是薄膜自身电场一致性修复的表现, 这种修复并非表现在形貌上, 而是不同区域场增强因子之间的差距会越来越小, 这样薄膜场致电子发射的可重复性和稳定性自然会得到改善.     

各向异性材料对二维六角晶格光子晶体中狄拉克点的影响EI北大核心CSCD

光子能带结构中的狄拉克点是目前光子晶体研究中新兴的热点。选用双轴材料,用六边形介质柱构成了六角晶格各向异性光子晶体。该光子晶体有三个各异的主介电常数εxx、εyy、εzz。依据麦克斯韦方程组,垂直极化(TE)波中的狄拉克点会受到εxx≠εyy的影响,即可以通过调制双轴材料中X、Y方向的主折射率Nx、Ny得到光子晶体中TE波的狄拉克速率,从而调节TE波中狄拉克点在能带结构图中的位置(即调节狄拉克点的归一化频率及其在布里渊区的位置)。研究了Nx、Ny(对应εxx、εyy)与TE波中狄拉克点的存在性的关系,并通过仿真实验验证了提出的观点。这些研究可为研发新型光学器件以及构建光子芯片提供更多的可能。     

一维原子链局域等离激元的非线性激发

本文基于含时密度泛函理论, 研究了不同频率光脉冲场作用下一维钠原子链中电子的输运与等离激元共振之间的耦合规律. 在等离激元共振点附近约0.8 eV频率范围内的光脉冲场, 都可以激发体系的等离激元共振. 这些不同频率外场激发的等离激元共振强度大小在一个数量级. 外场频率越接近等离激元共振频率, 外场激起的等离激元振动的振幅越大. 对于线性原子链等离激元的非线性激发现象, 本文用经典谐振子模型给出了定性解释.     

等离子体填充金属光子晶体Cherenkov辐射源模拟研究

等离子体填充能够明显提高真空电子器件的效率和功率, 研究等离子体填充器件具有重要的科学价值. 本文基于对等离子体填充金属光子晶体慢波结构色散特性的分析, 利用粒子模拟方法展示了等离子体填充慢波结构中的注波互作用过程. 重点研究了慢波结构中场分布特性、等离子体密度和外部工作条件对频率及输出功率的影响. 研究发现, 填充一定密度等离子体后, 慢波结构内纵向和横向电场强度明显增大, 注波互作用增强, 输出频率受等离子体影响不大. 金属光子晶体结构具有的频率选择特性使器件工作于TM₀₁模态. 阴极电压增加使输出功率增大, 频率略有增加. 引导磁场增加使输出功率先增大后减小, 而频率基本不受影响. 等离子体填充后器件的输出功率上升, 当增加压强至100 mTorr(1 mTorr=0.133 Pa) 时, 输出功率提高约20%, 但只有适当密度下才有较好的角向场分布. 通过理论与模拟相结合, 发现填充一定密度的等离子体能够提高器件输出功率和效率, 为发展新型高功率毫米波振荡辐射源奠定了理论和仿真基础.     

锡基钙钛矿太阳能电池研究进展

自2009年以来,有机-无机卤化物钙钛矿因其独特的光学和电学性能,在光电材料领域受到了广泛的研究,尤其是Pb基的卤化物钙钛矿太阳能电池,目前光电转换效率高达创纪录的约25.2%,显示出强大的商业化潜力。然而,Pb元素的毒性及因而导致的环境隐患问题,一直是其产业化过程中的顾虑之一。因此,寻求能替代Pb的环境友好的元素,是一个十分重要的课题。Pb基钙钛矿材料优异的光电特性来源于Pb²⁺的最外层6s2孤对电子,与Pb元素同主族的Sn元素能够形成三维钙钛矿结构且同样具有惰性5s2外层电子结构,因而是替代Pb的首选。本文系统地介绍了Sn基钙钛矿的光学和电学性质,并从薄膜制备方法和不同的器件结构方面介绍Sn基钙钛矿太阳能电池的最新进展。     

CuPd催化剂调节中间反应能垒提高电催化CO2生成二碳产物的选择性

过度的碳排放已造成了严重的全球环境问题,电催化CO2还原是一种利用间歇性过剩电能将CO2转化为有价值的化学物质的有效策略.在多种CO2还原产物中,二碳(C2)产物(如乙烯、乙醇)因其比一碳产物(如甲酸、甲烷、甲醇)具有更高的能量密度而备受关注.Cu是唯一能用电化学方法将CO2转化为多碳产物的单金属催化剂.如何提高Cu基催化剂上CO2还原为C2产物的效率已引起了极大关注.电催化还原CO2生成C2产物有两个重要步骤:一是参与碳碳偶联反应的CO*中间体的量(*代表中间体吸附在基底表面),二是碳碳偶联步骤的能垒.对于Cu单金属催化剂,虽然其表面碳碳偶联步骤的能垒相对较低,但是Cu对CO2的吸附能力和CO2*加氢能力并不高,导致在Cu表面不能生成足量的CO*中间体参与碳碳偶联反应,因而对C2产物的选择性和活性并不理想.与Cu单金属催化剂相反,在Pd单金属催化剂表面,CO*中间体的形成具有超快的反应动力学,但是CO*易在Pd表面中毒且后续碳碳偶联步骤的能垒极高,使其表面不能生成C2产物.为了充分发挥Cu(碳碳偶联步骤能垒较低)和Pd(CO*形成具有超快反应动力学)的双重优势,本文构建了一种紧密的CuPd(100)界面,以调节中间反应能垒,从而提高C2产率.密度泛函理论(DFT)计算表明,CuPd(100)界面增强了CO2的吸附,且降低了CO2*加氢步骤的能垒,从而能够催化生成更多的CO*中间体参与碳碳偶联反应.且CuPd(100)界面上CO2还原为C2产物的电位决定步骤能垒为0.61 eV,低于Cu(100)表面的(0.72 eV).本文采用了一种简便的湿化学法制备了CuPd(100)界面催化剂.X射线衍射和X射线光电子能谱测试以及扩展X射线吸收精细结构光谱结果表明,合成的是相分离的CuPd双金属催化剂,而非CuPd合金催化剂.同时高分辨透射电镜可以观察到清晰的CuPd(100)界面.由此可见,本文成功合成了CuPd(100)界面催化剂.程序升温脱附实验结果表明,CuPd(100)界面对CO2和CO*的吸附比Cu强,结果与理论预测一致.气体传感实验结果表明,CuPd(100)界面CO2*加氢能力比Cu强.为评估CuPd(100)界面催化剂的催化活性,进行了CO2电化学还原实验.结果表明,在0.1 mol/L的KHCO3电解液中,CuPd(100)界面催化剂在–1.4 VRHE下,C2产物的法拉第效率为50.3％ ±1.2％,是同电位下Cu催化剂的(23.6％ ±1.5％)的2.1倍,C2产物的选择性是Cu催化剂的2.4倍,且具有更高的电流密度和更大的电化学活性面积.本文通过调控中间反应能垒以合理设计铜基CO2还原电催化剂提供了参考.     

基于分子筛模板的银/硅铝无定形结构复合材料的合成及光谱性质

利用硅铝无定形结构作为保护层的银纳米颗粒在杀菌和催化领域具有重要应用. 银纳米颗粒的形貌控制是其优异性能的重要保证, 尤其是具有规则结构的银纳米颗粒的合成一直是该领域的难点. 本文以亚稳态结构的硅铝分子筛作为模板, 在室温条件下采用离子交换方法, 通过调整银离子的含量和离子交换时间, 控制银在分子筛中的分布和含量, 在还原剂N(C₂H₅)₃存在下, 通过微波还原反应获得了不同银/硅铝无定形结构比例的复合材料. 透射电子显微镜测试结果表明, 不同比例的前驱体经微波法还原后, 小尺寸的银纳米颗粒可以分布在无定形的硅铝基质中; 当增大银的比例后, 银纳米颗粒则出现项链式结构, 并且由无定形硅铝薄层链接并包裹. 这类结构既具有银纳米颗粒的催化性能, 同时又在硅铝薄层的保护下表现出良好的稳定性, 在杀菌和催化领域具有广泛的应用前景.     

表面预处理对氧化锌薄膜质量的影响

用MOCVD方法在c面蓝宝石衬底上生长ZnO薄膜。生长前衬底表面进行预处理,观察不同表面预处理对ZnO薄膜质量的影响。测量氧化锌的XRD谱,观察表面预处理后对氧化锌薄膜结晶质量的影响。室温下用325nm的He-cd激光器作为激发源测量ZnO薄膜的紫外发光谱,观察表面处理后对ZnO薄膜发光特性的影响。用HL5500 Hall System分别对ZnO薄膜的电学特性进行了测试。得到了ZnO薄膜的电阻率和霍尔迁移率,并得到氧气气氛处理后电阻率变小,霍尔迁移率变大;氮气气氛射频处理后电阻率变大,霍尔迁移率变小的结果。