一种Y型延迟荧光分子及其蓝光和绿光OLED应用

以噻吨酮作为受体、3,6-(二咔唑基)三咔唑作为给体设计合成了一种具有延迟荧光特性的Y型分子(TX-TCz)。模拟计算表明化合物HOMO和LUMO能级完全分离且在苯环上存在较小的重叠,有助于获得小的S1和T1的能级差ΔEST。随着溶剂极性的增加,化合物发射峰发生明显的红移且由于电荷转移态和局域激发态的共存产生了双峰发射。在纯膜中TX-TCz的发射峰位于513 nm,量子产率为11.5%。基于低温下荧光和磷光发射峰,计算得到化合物的ΔEST为0.03 eV,并且检测到µs级的寿命,说明化合物具有延迟荧光发射。与此同时,化合物展示了良好的热稳定性能和电化学性能,有助于制备高性能OLED器件。其在掺杂浓度为5%(wt)的器件中展示了良好的蓝光性能,发射峰位于463 nm,最大外量子效率为1.53%;在非掺杂器件中展示了良好的绿光发射(522 nm),最大外量子效率达到1.81%。

黏土矿物-微生物相互作用机理以及在环境领域中的应用

黏土矿物与微生物在自然环境中广泛共存。二者之间的相互作用影响着环境中的能量流动与元素循环。黏土矿物能够给微生物提供物理或化学保护,提高微生物对外界胁迫和干扰的抵抗能力。黏土矿物同时还能给微生物提供营养元素,促进其新陈代谢过程。黏土矿物中的结构铁是微生物铁氧化还原循环的重要电子供/受体。在氧化还原的环境中,多种铁还原/铁氧化细菌可以通过还原氧化黏土矿物中的结构Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ),进而获得能量进行生长。在氧化还原过程中,微生物也可以通过溶解、转化、沉淀等作用改变黏土矿物的晶格结构及物相,或是产生新的次生矿物。黏土矿物-微生物相互作用在碳、氮、硅、磷等重要生命元素的地球化学循环中扮演着重要角色。黏土矿物可以通过吸附有机碳,降低有机碳的生物可利用性,减缓其矿化速率。在氧化还原波动的环境中,黏土矿物还可以通过活化分子氧,产生强氧化性自由基氧化降解有机质,提高其生物可利用性。黏土矿物还会吸附生物胞外酶,影响胞外酶降解有机质的效率。微生物通过耦合黏土矿物中铁氧化与硝酸盐还原,铁还原与氨氧化等过程影响氮循环。黏土矿物对磷的吸附以及风化过程中硅的释放影响着微生物的代谢活性。黏土矿物-微生物相互作用在重金属固化稳定、有机污染物降解、杀死病原菌等方面也有广泛的应用。

无机纳米颗粒及界面层协同改善倍增型近红外有机光电探测器性能

近红外有机光电探测器具有低成本、可溶液旋涂、生物兼容性好和柔性可穿戴等优势,在生物传感、医学成像、柔性可穿戴电子器件等领域有广泛的应用前景。倍增型有机光电探测器相比于二极管型有机光电探测器,因其具有更高的外量子效率(EQE>100%)和灵敏度而备受关注。该类器件利用电极附近被载流子陷阱捕获的一种载流子能辅助另一种极性相反的载流子从外电路隧穿注入到活性层中,实现光电倍增,但陷阱的数量在一定程度上会影响器件性能的进一步提升。本文通过在活性层中掺入无机ZnO纳米颗粒来增加电子陷阱数量,使得器件在反向偏压保持暗电流密度的前提下,亮电流密度得到提高。通过优化,发现当ZnO纳米颗粒掺杂比例为5%时性能最优,在850 nm LED照射、-15 V偏压下,与未掺杂ZnO纳米颗粒器件相比,亮电流密度提升了7.4倍。在此基础上,本文协同Al_(2)O_(3)界面修饰层,进一步改善器件性能。结果表明,Al_(2)O_(3)界面修饰层的插入可改善器件的阳极界面接触特性,使得器件在正向和反向偏压下都能够实现光响应。Al_(2)O_(3)修饰后的器件在15 V偏压、全光谱范围内,EQE最高可达10^(5)%,R最高达10^(4) A/W。本工作为高灵敏度有机光电探测器的发展提供了新的思路和方法。

低维InP材料的表征和生长机理研究

磷化铟作为一种重要的Ⅲ-Ⅴ半导体材料,由于其独特的光学和电学特性,近年来备受关注。大量的研究表明,它在光电子、催化、医学等领域具有潜在的应用前景。但目前在低维InP纳米材料的可控制备和大规模合成研究中还存在一些问题有待解决。针对上述问题,采用化学气相沉积法(CVD)在Si/SiO_(2)衬底上成功地制备了大量高质量的InP纳米线,并用原位生长法在多晶InP衬底上生长了大量的InP纳米柱。利用扫描电子显微镜(SEM)观察所制备的纳米材料的形貌,纳米线表面光滑,直径在30~65 nm之间,纳米线组成的薄膜厚度约为35μm;纳米柱直径分布为550~850 nm,纳米柱组成的薄膜厚度约为12μm。利用能量色散谱(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)分析了所制备的纳米材料的成分为InP。用拉曼光谱法测定了纳米材料的化学结构,并做了进一步的分析。透射电子显微镜(TEM)用于观察纳米材料的微观结构。研究发现,本研究制备的纳米线具有很高的结晶度,沿着[111]方向生长。使用选区电子衍射(SAED)分析纳米线晶体特性时发现了清晰的衍射点,表明其为单晶结构。使用光致发光光谱仪(PL)分析其发光特性,并进一步分析。最后,我们讨论了纳米线和纳米柱的形成机制,纳米线的生长遵循气-液-固(VLS)机制,纳米柱的生长遵循固-液-固(SLS)机制。这些研究为控制InP纳米材料的制备和大规模生产提供了更多可能性。

多孔n-GaN/p-Zn_(x)Cu_(1-x)S异质结的制备及紫外探测性能研究

本文首先采用紫外光辅助电化学刻蚀(UV-EC)方法制备出了孔隙密度为1.51×10^(10)cm^(-2)、平均孔径为38 nm的多孔n-GaN薄膜;随后在其上通过水浴法沉积了一系列Zn_(x)Cu_(1-x)S复合薄膜,x为0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0,形成的多孔n-GaN/p-Zn_(x)Cu_(1-x)S异质结带隙在2.34~3.51 eV调控;最后基于这些异质结构建出p-n结型紫外探测器。I-V曲线结果表明这些探测器均具有良好的整流特性,特别是n-GaN/p-Zn_(0.4)Cu_(0.6)S探测器性能最优。在暗态下,I_(+3 V)/I_(-3 V)约为1.78×10^(5);在偏压为-3 V、光功率密度为432μW/cm^(2)(365 nm)的条件下,光暗电流比超过10^(3),上升/下降时间为0.09/39.8 ms,响应度(R)为0.352 A/W,外量子效率(EQE)为119.6%,探测率(D^(*))为3.21×10^(12)Jones。I-t曲线结果表明,多孔n-GaN/p-Zn_(x)Cu_(1-x)S异质结紫外探测器在连续开-关光循环过程中拥有稳定的光电流响应。该研究为制备异质结紫外探测器提供了一定的理论指导和实验数据。

微纳级GaN基VCSEL中周期反射结构与电子阻挡层的设置作用分析

氮化镓(GaN)基微纳米结构生长技术的成熟为微纳级GaN基垂直腔面发射激光器(VCSEL)的制备提供了新的途径。本文设计了基于GaN基轴向异质结微纳米柱的微纳级VCSEL结构,采用Al_(0.8)Ga_(0.2)N/In_(0.2)Ga_(0.8)N应变补偿结构作为上下分布式布拉格反射镜(DBR),其中Al_(0.8)Ga_(0.2)N层的Al组分远高于传统结构中的电子阻挡层(EBL),能够更好地起到电子阻挡的作用。本文使用商用软件PICS3D构建了电子阻挡层处于不同位置的VCSEL数理模型,并进行数值模拟计算,探索和分析物理机理,解释了不同位置EBL对空穴注入效率的影响。结果表明,采用Al_(0.8)Ga_(0.2)N与In_(0.2)Ga_(0.8)N组成的应变补偿DBR可以更好地提高空穴注入效率,优化器件光电性能。

青海湖湖底沉积物中的有机质

盐湖沉积环境是烃源岩发育的重要地质环境。对青海湖沉积物中有机质、族组分及饱和烃进行测试分析发现,湖体底部水体和浅层沉积物处于弱氧化环境,沉积物中总有机碳含量较高,有机质具陆源高等植物和湖内低等菌藻类复合来源。热演化程度极低的青海湖湖底沉积物中碳数分布、主峰碳、碳优势指数(CPI)、姥鲛烷/植烷(Pr/Ph)等参数与我国典型咸化湖环境成熟烃源岩及其生成的原油中相应参数的对比,提供了一套未成熟有机质基本参数的参考值,有利于正确利用这些参数分析有机质的成熟度。

广西渔船北部湾通航环境危险度模糊评价

为了更好地了解广西渔船通航环境安全问题,选取北部湾为研究水域,在识别广西渔船通航环境危险源识别的基础上,构建了综合评价指标体系,采用层次分析法计算指标权重,采用模糊统计法得到了评价指标的隶属度,基于隶属度原理对广西渔船北部湾航行通航环境危险度进行了量化综合评价。综合评价结果是广西渔船北部湾通航环境危险度较高。

杀菌黏土矿物的研究进展与前景展望

黏土矿物具有特殊的层状结构与吸附性强、表面活性高、层间可交换阳离子丰富等理化特征,已被广泛应用于工业材料制造及环境修复等领域。而在医学领域,传统抗生素的滥用导致细菌的耐药性不断增强与全球流行,引发医学界对于现存抗生素有效性的担忧,开发新型杀菌药物迫在眉睫。尽管历史上已有黏土矿物缓解伤口脓肿、治疗消化不良及关节炎等病症的记载,现代分析技术的进步才使得研究者能够对黏土矿物及其杀菌机理进一步研究,从而深入挖掘其作为抗菌药物的潜在医学价值。近年来,国内外研究学者先后报道了黏土矿物自身广谱的杀菌能力,并指出其杀菌活性与矿物溶出的金属离子、其片层结构中赋存的活性铁、黏土表面带电性以及产生的活性氧基团(reactive oxygen species,ROS)等相关。另一方面,黏土矿物作为药物分子载体,可以增强杀菌药物的物理性能与杀菌活性,被广泛用于制备复合杀菌材料。本文综合近年来国内外研究团队对医药黏土的杀菌能力、过程与机理研究,探讨常见黏土矿物具备杀菌活性的必要条件与共性特征,简述黏土矿物作为有效载体所制备的杀菌材料,指明当前医药黏土矿物研发过程中存在的问题,为今后医药黏土研发提供些许建议。

GaAs基980 nm高功率半导体激光器的研究进展

GaAs基980 nm半导体激光器在材料加工、通信和医疗等领域有着重要应用。应变量子阱结构的出现提高了GaAs基半导体激光器的转换效率、输出功率和可靠性。本文综述了高功率GaAs基量子阱激光器历史发展,介绍了高功率半导体激光器的外延结构、芯片结构和封装结构设计,重点阐述了影响高功率GaAs基量子阱激光器光电性能、散热和实际应用的问题。针对以上问题讨论了相应解决方案及研究成果,并指出了各个方案的不足之处和改进方向。最后,总结了高功率半导体激光器的发展现状,对高功率半导体激光器发展方向进行了展望。

封装对聚合物太阳能电池性能和稳定性的影响

为了提高有机光伏器件的寿命,通常采用封装技术来限制太阳能电池在水氧中的暴露程度。尽管聚合物太阳能电池(organic solar cells,OSCs)封装领域的相关研究已取得系列进展,但文献中很少研究封装过程带来的损伤。以经典的聚-3已基噻吩为给体,[6,6]-苯基-C_(61)-丁酸甲酯为受体,通过将哌嗪作为第三组分提高器件稳定性,以氧化锌(ZnO)和三氧化钼(MoO_(3))为传输层材料制备倒置结构OSCs,系统考察大规模卷对卷器件封装中常用的紫外线(ultraviolet,UV)固化粘合剂对器件光电转化效率和稳定性的影响。结果表明,随着辐照时间的延长,UV胶封装器件的性能(开路电压、短路电流密度、填充因子和光电转化效率)呈持续下降趋势,更换MoO_(3)/Al电极后老化器件性能恢复,证实MoO_(3)/Al界面破坏是器件性能衰减的重要原因。激光束诱导电流成像显示UV胶封装出现由边缘向中心的失效过程。据此,提出如下的降解机理:UV胶中的光引发剂在紫外光照射下会产生强的质子酸,产生的质子酸与MoO_(3)发生反应,阻碍了空穴的有效传输,最终使得器件效率大幅度下降。此外,还开发出一种有效的OSCs器件用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物膜封装工艺。本研究指出了UV胶固化粘合剂封装工艺的问题,同时也为提高聚合物太阳能电池的稳定性提供了新策略。

n波导层铟组分对GaN基绿光激光二极管光电性能的影响

高功率GaN基激光二极管外延结构理论仿真对提高GaN基激光二极管的光电性能具有重要的指导意义。设计了一种n侧双波导结构的绿光激光二极管外延结构,讨论了激光器外延结构中n-In_(x)Ga_(1-x)N波导层中铟组分对其光电性能的影响,揭示了n-In_(x)Ga_(1-x)N波导层对激光二极管光电性能的影响机制。通过调控n-In_(x)Ga_(1-x)N波导层中铟组分,调控外延层中的光场分布,使光场发生了偏移。结果表明,当n侧In_(x)Ga_(1-x)N波导层中铟组分最佳值为0.07时,将光子损耗降低了0.2 cm^(-1),阈值电流由193.49 mA降低到115.98 mA,此外,器件的光子损耗最少,阈值电流最小,工作电压最低,从而提高了激光二极管的输出功率和电光转换效率。因此,当绿光激光二极管的注入电流密度为6 kA/cm^(2)时,功率输出达234.95 mW。n侧双波导结构设计为制备高功率绿光激光二极管提供了理论指导和数据支撑。

表面结构化PET/PA6共混纤维的制备及性能研究

以聚己内酰胺(PA 6)为分散相,与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)共混熔融纺丝,在2400 m/min的纺丝速度下制备PET/PA 6共混纤维,对共混纤维的表面结构和性能进行了表征。结果表明:由于分散相与基体间界面分离,在共混纤维表面构建了微/纳米级沟槽结构,实现了纤维表面结构化;随着PA 6含量和拉伸倍数的增加,PET/PA 6共混纤维的表面沟槽的平均宽度和数量增加,可显著提高其织物的润湿性能;当PA 6质量分数为20%、拉伸倍数为3.5时,PET/PA 6共混纤维表面形成的沟槽宽度约为0.11μm,断裂强度为2.03 cN/dtex,断裂伸长率为14.0%,动态摩擦系数为0.26,其织物的芯吸高度高于纯PET织物。

垒层温度对InGaN量子点/量子阱复合结构内量子效率的影响

使用金属有机化学气相沉积(metal organic chemical vapor deposition,MOCVD)方法生长了三个具有不同垒层温度的InGaN/GaN量子阱。由于高密度V型坑的形成,完整的量子阱结构被破坏,转变成了InGaN量子点(quantum dots,QDs)/量子阱(quantum well,QW)复合结构。通过变功率光致发光谱和变温光致发光谱,分析了在不同的垒层温度下量子限制斯塔克效应(quantum confined Stark effect,QCSE)、非辐射复合中心密度和载流子局域化效应的变化。结果表明:在较低的垒层温度下,QCSE较弱,因为在较低的温度下,V型坑的深度较深,应力释放较明显,残余应变较低;非辐射复合中心密度也随着温度的升高而逐渐增大;样品的内量子效率(internal quantum efficiency,IQE)随着垒层生长温度的升高而降低。QCSE的增强和非辐射复合中心密度的增大是垒层生长温度升高时内量子效率下降的主要因素。

多孔GaN薄膜的制备与光学性能研究

将表面沉积有金纳米颗粒的GaN薄膜在H 2与N 2的混合气氛下进行高温退火,成功制备了多孔GaN薄膜。多孔GaN薄膜的表面形貌可通过退火温度、退火时间及金沉积时间等参数进行调控。利用高分辨X射线衍射(HRXRD)和拉曼光谱表征了不同GaN结构的晶体质量,与平面GaN薄膜相比,多孔GaN薄膜的位错密度和残余应力均有所降低,在退火温度为1000℃时其位错密度最小,应力的释放程度较大。采用光致发光(PL)光谱表征了其光学性质,与平面GaN薄膜相比,多孔GaN薄膜的发光强度显著提高,这可归因于多孔结构的孔隙率增大,有效增加了光的散射能力。此外,通过电化学工作站测试了不同GaN结构的光电流密度,结果表明,具有更大比表面积的多孔GaN薄膜在作为工作电极时,光电流密度是平面GaN薄膜的2.67倍。本文通过高温刻蚀手段成功制备了多孔GaN薄膜,为GaN外延层晶体质量与光学性能的提升及在光电催化等领域中的应用提供了一定的理论指导。

p型4H-SiC单晶衬底表征及第一性原理计算

p型4H-SiC是制备高功率电力电子器件的理想衬底材料,但由于工艺技术的制约,国内尚无能力生产高质量、大尺寸、低电阻的p型4H-SiC单晶衬底。本文使用物理气相传输(PVT)法制备了直径为4英寸(1英寸=2.54 cm)Al掺杂的p型4H-SiC单晶衬底。通过KOH腐蚀表征样品位错密度,使用高分辨X射线衍射(HRXRD)表征其晶体质量,利用拉曼光谱扫描确定其晶型,采用非接触式电阻测试仪测试其电阻率。结果表明,衬底整体位错密度较低,结晶质量良好,晶型稳定且衬底全片电阻率小于0.5Ω·cm。通过第一性原理平面波超软赝势方法对本征4H-SiC及Al元素掺杂后样品的体系进行能带结构、电子态密度的计算。结果表明Al掺杂后样品禁带宽度减小,费米能级穿过价带,体现出p型半导体的特征。研究结果为大规模生产高质量、低电阻的p型4H-SiC衬底提供思路。

AlGaN/GaN纳米异质结构中的二维电子气密度研究

本文设计了纳米线核壳AlGaN/GaN异质结构,研究了势垒层厚度、Al组分、掺杂浓度对平面和纳米线异质结构中二维电子气(2DEG)浓度的影响规律。结果表明,随着势垒层厚度的逐渐增大,两种结构中2DEG浓度增速逐渐减缓,当达到40 nm后,由于表面态电子完全发射,2DEG浓度逐渐稳定不变。随着Al组分的增加,极化效应逐渐增强,使得两种结构在异质界面处的2DEG浓度都逐渐增加。当掺杂浓度逐渐提高时,两者在异质界面处电势差增大,势阱加深,束缚电子能力加强,最终导致2DEG浓度逐渐增加,当掺杂浓度增加到2.0×10^(18)cm^(-3)后,2DEG面密度达到最大值。与平面结构相比,纳米线结构可以实现更高的Al组分,在高Al组分之下,2DEG面密度最高可达5.13×10^(13)cm^(-2),相比于平面结构有较大的提高。

组分阶梯InGaN势垒对绿光激光二极管光电性能的影响

为探究不同铟(In)组分In_(x)Ga_(1-x)N势垒对绿光激光二极管光电性能的影响,本文采用SiLENSe(simulator of light emitters based on nitride semiconductors)仿真软件对一系列具有不同In组分In_(x)Ga_(1-x)N势垒的激光二极管进行研究,结果发现In_(x)Ga_(1-x)N势垒中In组分最佳值为3%,此时结构的斜率效率最高,内部光学损耗最低,光学限制因子最大,性能最优。在具有In_(0.03)Ga_(0.97_N势垒的多量子阱结构基础上,设计了一种组分阶梯(composition step-graded,CSG)InGaN势垒多量子阱结构,提高了激光二极管的斜率效率和电光转换效率,增加了光场限制能力。仿真结果表明,当注入电流为120 mA时,具有CSG InGaN势垒的多量子阱结构,电光转换效率从17.7%提高至19.9%,斜率效率从1.09 mW/mA增加到1.14 mW/mA,光学限制因子从1.58%增加到1.62%。本文的研究为制备高功率GaN基绿光激光二极管提供了理论指导和数据支撑。

GaAs基大功率半导体激光器的研究进展

经半个多世纪的发展,半导体激光器的理论和实践都取得巨大成果。近年来,GaAs基大功率半导体激光器凭其优势,在众多领域得到广泛应用。但是GaAs基大功率半导体激光器仍面临着功率不足、发热量大及光束质量差的问题。光电性能差是限制其应用的关键问题,如何进一步提高激光器的光电性能是半导体激光器面临的挑战。输出功率、电光转换效率、光束质量、寿命和可靠性是衡量半导体激光器性能最重要的参数。电光转换效率直接影响器件的输出功率,转换效率低产生的热量更多,导致器件工作温度升高,使得器件的稳定性变差,严重影响器件的寿命和可靠性。近年来,随着GaAs基大功率半导体激光器外延生长技术的提高、器件结构设计的理论水平提高以及封装技术的提升,激光器的输出功率和电光转换效率均得到了大幅提高。从2007年到2017年,边发射激光器的单管输出功率已由14.7 W提高至33 W,而光抽运面发射器件在2018年单管输出功率高达72 W。2020年单管器件的电光转换效率已高达74.6%。随着高效冷却技术的发展,半导体激光器的寿命已达百万小时以上。本文主要介绍了GaAs基半导体激光器近年来的发展状况,综述了外延结构、输出功率、电光转换效率、光束质量、寿命和可靠性等方面的发展现状,探讨了影响输出功率的各种因素及目前的解决方法,展望了半导体激光器未来的发展趋势。

AlGaInN/InGaN应变补偿DBR结构设计

设计了中心波长为520 nm的AlGaInN/InGaN应变补偿分布布拉格反射镜(DBR)结构,通过调节组分参数实现应变补偿,使DBR整体应变为0,采用传输矩阵法,计算了Al_(0.7)Ga_(0.3-x)In x N/InGaN DBR、Al_(0.8)Ga_(0.2-x)In x N/InGaN DBR、Al_(0.9)Ga_(0.1-x)In x N/InGaN DBR的反射光谱。通过对DBR结构参数进行对比,优化了其结构和反射性能。首先对比高低折射率层生长顺序,发现对于Al_(0.8)Ga_(0.14)In_(0.06)N/In_(0.123)Ga_(0.877)N DBR,先生长高折射率层时,反射率高达99.61%,而先生长低折射率层时,反射率仅为97.73%;然后对比奇数层DBR和偶数层DBR,发现两者的反射谱几乎重合,没有显著区别;通过研究DBR对数对反射率的影响,发现对数在20~30对时,反射率随着对数的增加明显上升,30~40对时反射率增长缓慢;最后研究了材料组分对反射谱的影响,发现Al组分高的DBR折射率差大,反射性能更优,而相同Al组分的AlGaInN中In含量越低反射率越高。考虑到DBR制备过程中可能出现的厚度和组分偏差,模拟了厚度和组分出现偏差时反射谱的变化,发现高低折射率层厚度每增加或减少1 nm,反射谱红移或蓝移4~5 nm;而组分的偏差使高反射带带宽和中心波长处反射率发生明显变化。本文的研究为AlGaInN/InGaN DBR的设计和制备提供了一定的理论参考。