稀土元素Er、Yb和Y掺杂ZrO_(2)的第一性原理研究

氧化锆具有声子能量低,介电常数高和带隙较宽等优良特性,并且立方相的氧化锆(cZrO_(2))透光率高,适合作为上转换发光材料的基质.采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波赝势法研究了稀土元素Er、Yb和Y掺杂cZrO_(2)的电子结构和光学性质.计算结果显示,掺入Y元素后,cZrO_(2)转变为直接带隙材料,继续掺入Er和Yb原子后,费米能级移动到价带内,带隙显著减小.Y和Er混掺后,增强了cZrO_(2)在近红外波段的吸收能力.继续掺入Yb后,cZrO_(2)对近红外波段的吸收能力有了进一步地增加.

B位掺杂提升CsSnI_(3)钙钛矿结构和电荷稳定性的第一性原理研究

全无机CsSnI_(3)钙钛矿拥有理想的带隙宽度(1.3 eV),光电转化效率理论峰值达到33%.目前CsSnI_(3)太阳能电池的发展受制于的CsSnI_(3)的结构不稳定性和Sn^(2+)易被氧化为Sn^(4+)的问题.研究基于第一性原理,详细探讨了一系列金属元素对CsSnI_(3)进行B位掺杂改性的方案,旨在提升CsSnI_(3)结构稳定性,并抑制CsSnI_(3)中Sn^(2+)被氧化为Sn^(4+)的问题.计算结果表明,在CsSnI_(3)钙钛矿B位掺杂三价金属Sb、Bi能够阻碍CsSnI_(3)相变生成Cs_(2)SnI_6,并且抑制Sn^(2+)的氧化;尤其在晶格中存在锡空位缺陷时,Sb、Bi掺杂对于Sn^(4+)形成的抑制效果更为显著.同时,低浓度的Sb、Bi掺杂不会改变CsSnI_(3)的直接带隙特性,且带隙宽度变化较小,因此能够在维持CsSnI_(3)优良光电活性的基础上进一步提高结构和电荷的稳定性.研究结果为实现高效且稳定的CsSnI_(3)钙钛矿太阳能电池提供了重要的理论指导.

二维TiS_(2)/TiO_(2)杂化纳米片储钠性质的第一性原理研究

二维TiS_(2)是一种具有较大应用前景的钠离子电池负极材料.然而,二维TiS_(2)负极材料钠离子扩散动力学性能不佳大大限制了其在钠离子电池领域的大规模应用.本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,探究了二维TiO_(2)/TiS_(2)杂化单层上钠原子吸附和扩散的热力学和动力学性质.研究结果表明,二维TiO_(2)/TiS_(2)杂化单层结构具有较高的动力学和热力学稳定性.此外,钠原子倾向于吸附在二维TiO_(2)/TiS_(2)杂化单层硫-硫-氧穴位(S-S-O)的顶部,沿穴位-钛顶位-穴位方向(H_(CC)^(1)-T_(T)-H_(CC)^(1′))具有较低的扩散能垒(0.19 eV).与纯相二维TiS_(2)单层相比,钠原子更容易在二维TiO_(2)/TiS_(2)杂化单层上迁移.本文通过对钠原子在二维TiO_(2)/TiS_(2)杂化单层上的结构稳定性、优选吸附位点和扩散路径的全面研究,揭示了二维TiO_(2)/TiS_(2)杂化单层的结构性质和钠输运特性,为设计高性能的钛基钠离子电池负极材料提供了理论支撑.

FeCoRE磁交换常数第一性原理计算和居里温度提高机制研究

信息通讯和军事电子技术发展对磁性材料的高温磁性提出了越来越高的要求,研究高温环境下高效稳定工作的磁性材料具有重要意义.本文结合第一性原理和蒙特卡洛方法,研究了Fe、Co比例和稀土元素(Gd、Tb、Dy)掺杂对合金FeCo晶体结构、磁交换常数和高温磁性的影响.结果表明随着Co含量增加,合金晶体结构从体心立方向简单和面心立方转变,当Co含量为50%时,Fe-Co键长最短,最近邻磁交换常数从18.05 meV增加到30.03 meV,使FeCo的居里温度提高到1580 K,相比于Fe的居里温度增幅达到60%.将稀土元素掺入FeCo体系后,发现3.125%含量Er、Dy、Tb的掺杂对合金FeCo居里温度分别有60K、45K和20K的提高,电子构型重构导致强的稀土元素与Fe和Co之间的交换作用是居里温度提升的主要原因.

渗透氢对BCC金属裂纹扩展行为的影响

在氢环境下,氢原子会吸附在金属材料表面.随着时间推移,氢原子会渗透进入金属内部占据空隙位置.氢原子的聚集会导致应力集中,最终进一步影响材料的力学行为.本文通过分子动力学方法研究氢在裂纹尖端行为的力学响应.研究结果表明,裂纹尖端吸附的氢降低了原子间的键合力,导致局部应力集中所需的临界外加载荷减小;使得材料在较低的断裂强度条件下发生破坏,并在很大程度上促进了裂纹的扩展.模拟观察到在外加载荷下吸附氢在裂纹尖端的渗透过程,氢原子会聚集在高应力区域,造成材料塑性降低.另外,渗透进材料的氢原子数目会随着计算时间的增加达到一个最大临界值.当施加应变增大,裂纹尖端渗透氢原子数最大临界值和达到临界值的时间会增加.

理论探索二维X_(2)UO_(4)(X=K,Rb,Cs)的力学特征、电子结构和声子输运特征

本文用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了三种建议的二维材料X_(2)UO_(4)(X=K,Rb,Cs)的稳定性、弹性、电子结构和声子振动特性.计算结果显示,三种材料同时具备较好的热力学、动力学和机械稳定性.电子结构表明,三种材料属于宽禁带间接半导体,其计算能隙分别是3.90、3.79和3.42 eV,并且在300 K时有着71.31-174.23 cm^(2)/Vs的电子迁移率.声子输运特性表明,三种材料的声子色散均没有虚频出现,声学模和低频光学模呈现强烈耦合,且有着低频率low-lying声子,这使得材料具备很强的声子非谐效应、低声子群速度和强声子散射率,从而表现出很低晶格热导率,在300 K温度下时仅为0.16-0.19 W/mK.这些特性表明,二维X_(2)UO_(4)(X=K,Rb,Cs)在纳米电子和热电器件领域具备应用潜力.

水下声学超表面异常折射方向调控研究

针对波束调控的问题,本文提出了一种控制波前相位的声学超表面。本文依据广义斯奈尔定律,利用不同声速的均匀介质构建了水中多频声学超表面模型,给出声学超表面产生异常声折射的基本原理,验证了声学超表面在多个频点下可以实现异常声折射现象,揭示了频率以及声波入射角对声学超表面异常折射现象的影响规律,制备了声学超表面实物在水箱中对理论结果进行验证。结果表明:在入射波频率为基频的整数倍时,超表面模型可以实现折射角相同的异常折射现象,并且入射角在一定范围内可以实现负折射现象。实验测量了水中钢板和超表面的折射情况,相较于均匀介质,在不同入射角度下设计的超表面均可以实现异常折射,并且测量值与理论值吻合较好。

NaYSiO_(4)∶Ce^(3+)蓝色荧光粉的发光性质及其在白光发光二极管上的应用

采用高温固相法合成了NaYSiO_(4)∶xCe^(3+)(0.01≤x≤0.05)系列蓝色荧光粉。NaYSiO_(4)∶xCe^(3+)荧光粉在250~360 nm之间的宽带吸收能与紫外LED芯片很好地匹配。NaYSiO_(4)∶xCe^(3+)荧光粉中存在多个Ce^(3+)离子荧光中心,且在紫外光激发下表现出峰值波长位于414 nm附近的宽带蓝光发射。NaYSiO_(4)∶0.02Ce^(3+)荧光粉在300~350 nm紫外光激发下量子效率在25%以上。NaYSiO_(4)∶0.02Ce^(3+)荧光粉表现出优良的化学稳定性,在水中浸泡14 d后荧光强度和量子效率几乎不变。将NaYSiO_(4)∶0.02Ce^(3+)蓝色荧光粉、商用(Sr,Ba)_2SiO_(4)∶Eu^(2+)绿色荧光粉和商用(Ca,Sr)AlSiN_(3)∶Eu^(2+)红色荧光粉涂覆于310 nm紫外LED芯片上制备得到了显色指数高达95的LED器件。当驱动电流从50 mA逐渐增大到300 mA时,制备的LED器件表现出稳定的暖白光发射,其色坐标几乎不变。上述结果说明,本研究报道的NaYSiO_(4)∶0.02Ce^(3+)蓝色荧光粉在紫外LED芯片驱动的白光发光二极管照明上有着潜在应用价值。

基于卷积神经网络的重度抑郁症患者大脑年龄评估

大脑年龄已成为神经退行性疾病诊断和机理研究的重要分析对象.重度抑郁症是否会增加患者的大脑年龄,尚未得到一致的结论,且该方向的研究在中国人口内开展较少.本文使用从中国25家医院收集的REST-meta-MDD数据集,构建基于高分辨率T1-加权3D大脑结构磁共振图像的卷积神经网络模型,用于预测患者的大脑年龄,计算与实际年龄的差异.最终结果的平均绝对误差和相关系数为3.16和0.93,与健康组对比,重度抑郁症患者的平均大脑年龄增加了3.94年,进一步确认了重度抑郁症会加速大脑衰老,且患病程度与患者的性别、年龄和受教育程度相关.对比传统机器学习算法,该模型取得结果的平均绝对误差更小,相关系数更高.

A位取代和缺陷钝化实现钙钛矿薄膜的低阈值红光放大自发辐射

作为发红光的光学增益介质,CsPbI_(2)Br钙钛矿材料具有良好的热稳定性和合适的光学带隙,引起了研究者的广泛关注。然而,溶液法制备的CsPbI2Br薄膜在高湿度环境下易发生相变,同时薄膜存在大量缺陷,阻碍了其性能提升。鉴于此,采用部分FA^(+)(CH_(4)N_(2)^(+))进行A位取代以提高钙钛矿薄膜的相稳定性,然后利用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)对钙钛矿薄膜进行表面钝化。得益于FA^(+)阳离子带来的薄膜形貌的改善和PMMA良好缺陷钝化效果,实现了Cs_(0.7)FA_(0.3)PbI_(2)Br钙钛矿薄膜的低阈值红光放大自发辐射(ASE),其发射波长为689 nm,纳秒激光激发下的阈值为15μJ/cm^(2)。同时,该薄膜具有良好的疏水性和光稳定性,在大气湿度环境下(RH为(40±10)%),采用3000μJ/cm^(2)脉冲激光持续照射120 min,其ASE强度仍能维持其初始值的93%。这项工作为实现低阈值高稳定的红光ASE和激光提供了参考。

氢氟酸处理InP/GaP/ZnS量子点的光学性能及其发光二极管应用

采用氢氟酸(HF)原位注入法制备了InP/GaP/ZnS量子点。通过紫外/可见/近红外光谱、光致发光光谱、透射电镜、球差校正透射电镜、X射线衍射、X射线光电子能谱等测试手段分析了HF对InP量子点的发光性能影响。实验结果表明,HF刻蚀减少了量子点表面氧化缺陷状态,有效控制了InP核表面的氧化,并且原子配体形式的F-钝化了量子点表面的悬挂键,显著提升了量子点的光学性能。HF处理的InP/GaP/ZnS量子点具有最佳的发光性能,PLQY高达96%。此外,用HF处理InP/GaP/ZnS量子点制备的发光二极管,其发光的电流效率为6.63 cd/A,最佳外量子效率(EQE)为3.83%。

Zn_(3)(VO_(4))_(2):xDy^(3+)黄色荧光粉的制备与性能

以氧化锌和五氧化二钒为原料,氧化镝为掺杂离子,利用高温固相法合成了一系列的掺杂稀土镝的钒酸锌黄色荧光粉。对其光学性能进行了研究,结果表明,所制备的粉体都保持了矾酸锌的结构,并且荧光粉的发射光是VO_(4)^(3+)基团和Dy所致。当激发波长为350 nm时,其发射峰是位于510~595 nm的宽带状光谱,主峰位于563 nm处。研究了合成温度和Dy掺杂浓度对发光性能的影响,结果表明,当合成温度为800℃和Dy掺杂摩尔分数为6%时,Dy^(3+)能很好地进入到矾酸锌的晶格中,减小了荧光材料光学带隙,增强了光的吸收性能。暗室环境下封装后的荧光粉LED芯片具有良好的黄色发光性能。

甲脒铅溴钙钛矿纳米晶的瞬态吸收与温度依赖光致发光

甲脒铅溴钙钛矿纳米晶(FAPbBr_(3) NCs)因其在光电应用中的卓越性能而受到广泛关注。使用铵作为配体对钙钛矿纳米晶进行有效表面钝化被证明是提高器件性能的有效方法。本文使用配体辅助再沉淀技术制备了两种不同胺配体(长链油胺和短链己胺)的FAPbBr_(3) NCs,通过瞬态吸收光谱和时间分辨光致发光研究它们的激发态载流子动力学。结果显示,油胺配体的NCs具有更长的载流子寿命与较慢的载流子弛豫动力学,表明长链油胺能有效钝化表面缺陷,促进辐射复合。通过稳态光致发光光谱实验研究了FAPbBr_(3) NCs的温度依赖性,结果表明随着温度升高,激子-声子耦合增强,线宽和发射峰的光子能量增加,确定了长链油胺配体FAPbBr_(3) NCs中的激子结合能约为62.9 meV及纵向光学声子能量约为30.5 meV。研究结果证实了胺配体在调控FAPbBr_(3) NCs光学性能方面的作用,为高性能光电器件的设计提供了重要的指导意义。

钬离子掺杂氟氧钇亚微米晶的荧光量子化表征与温度传感特性研究

采用水热合成法和高温煅烧法相结合制备了Ho^(3+)/Yb^(3+)共掺杂三方晶系的YOF亚微米晶体,该晶体具有较强的量子产率和良好的灵敏度。在977 nm激光泵浦下对晶体颗粒的上转换发光性能进行表征,利用荧光光谱测试系统绘制出样品的光谱功率分布。计算了光量子数分布和量子产率等绝对荧光参量。展示了在303~433 K温度范围内的荧光上转换发光性能并计算了灵敏度。测试结果表明,在977 nm激光激发下泵浦功率密度为73 m W/mm~2时,总光通量达到3.35 mlm,Ho^(3+)的绿光和红光的量子产率分别为2.97×10^(-5)和1.40×10^(-5),较高的量子产率确保了足够的荧光强度来实现温度反馈。在303 K时有最大相对灵敏度为0.437%K^(-1),当温度升至433 K时相对灵敏度仍能保持在0.331%K^(-1)。因此Ho^(3+)/Yb^(3+)共掺杂YOF亚微米晶体作为一种高效发光和高温度灵敏度材料为温度传感领域提供了一种潜在的选择。

基于邻苯二甲酰亚胺受体热活化延迟荧光发射体的异构体效应

设计合成了3-CzAIAd和3-DPFCzAIAd两种新型热活化延迟荧光(TADF)发射体,并与其异构体4-CzAIAd和4-DPFCzAIAd进行了对比研究。咔唑单元的取代位置显著影响着发射体的光物理性质和发光器件性能。同4号位取代的化合物相比,在3号位取代的相应的发射体表现出较高的三线态能级、较小的Δ_(EST)和荧光量子效率以及相对红移的发光光谱。基于3-DPFCzAIAd的器件展现出20.8%的最大外量子效率、57.1 cd·A^(-1)的最大电流效率和长达260 h的半寿命@500 cd·m^(-2),而4-DPFCzAIAd对应的发光器件虽然表现出28.2%的最大外量子效率,但半寿命@500 cd·m^(-2)缩短为178 h,效率滚降更大,达到77%。

Sprott-D不确定分数阶混沌系统的自适应滑模同步

基于非线性混沌系统滑模方法,根据分数阶稳定性理论和同步控制方法研究Sprott-D不确定分数阶系统的滑模控制与同步,并用MATLAB仿真程序对结果进行验证.结果表明,在一定的假设下,Sprott-D不确定分数阶混沌系统对应的主从系统可取得自适应滑模同步.

基于蒽核深蓝光材料的合成及电致发光性能

以蒽作为三线态‐三线态湮灭(TTA)型蓝光材料的基元,通过在蒽的9和10位分别引入弱给电子基团二苯并噻吩和弱吸电子基团苯氰,设计合成了两个给体‐受体型深蓝光TTA材料4‐(10‐(二苯并[b,d]噻吩‐4‐基)蒽‐9‐基)苯腈(2)和4‐(10‐(二苯并[b,d]噻吩‐2‐基)蒽‐9‐基)苯腈(3),并对它们的热稳定性、电化学性质、光物理性质及电致发光性质进行了系统表征。在纯膜状态下,两个化合物的光致发光峰分别位于445 nm和451 nm处,光致发光量子产率分别为40.2%和57.9%。基于化合物2和3的非掺杂器件的电致发光峰分别位于448 nm和458 nm处,实现了深蓝光发射。两个器件获得了较好的发光效率,其最大电流效率分别为4.2 cd·A^(-1)和6.9 cd·A^(-1),最大功率效率分别为2.3 lm·W^(-1)和3.6 lm·W^(-1),最大外量子效率分别为3.8%和5.6%。即使在1 000 cd·m^(-2)亮度下,两个器件的外量子效率依然保持在3.7%和5.4%,表现出极低的效率滚降。

基于低场核磁共振的预包装即食牛肉保质期预测模型研究

目的:开展预包装即食牛肉保质期快速、准确和无损的预测方法研究,对于保障产品货架期安全具有重要意义。方法:以预包装即食牛肉为分析对象,采集样品低场核磁H质子的T2弛豫时间,建立即食牛肉水分含量定量分析模型,结合样品感官接受性等建立预包装即食牛肉保质期预测模型。结果:预包装即食牛肉低场核磁谱图横向弛豫时间可较好地反映出随着贮存时间的延长航天即食牛肉的品质变化。建立了即食牛肉含水量预测模型,模型的预测误差小于4%;建模集相关系数(r)为0.9405,校正标准差(RMSECV)为34.5,相对分析误差(RPD)为3.1,对10个分别贮存一定时间但未参与建模的样本分别进行距离货架期终点的预测,预测结果与实测值的的相关性达0.99,预测结果的误差范围为0.7%~9.9%,RMSEP为13.6,预测模型的精确度满足货架期预测的精度要求。结论:低场核磁共振技术在预包装即食牛肉产品保质期预测方面具有应用潜力。

负焓合金化设计获得高强韧材料

高熵合金是近年来发展的一种新型合金体系,具有较大的晶格畸变特征,展示出了高强度、高硬度、高耐磨性等力学特性。高熵合金通常呈现出高熵驱动的理想随机固溶体结构。因此,类似于传统金属及合金材料,缺乏调控位错等塑性变形载体的能力,高熵合金的强度与韧性之间依旧存在倒置矛盾关系。根据Gibbs自由能理论,混合焓是调控材料显微结构与力学性能的另一个抓手,其完全独立于混合熵并且与其相互竞争。然而,利用混合焓调控材料微观结构及力学性能在国际领域基本属于空白。课题组通过对系列高熵合金研究结果的梳理与总结,并结合对材料热力学与电子显微学的认识,阐明了混合焓对材料显微结构与力学性能的影响机制。本文综述了课题组针对材料混合焓-微观结构-力学性能相关性的研究工作,揭示了负混合焓是局部化学有序及成分波动等异质结构形成的本质原因,阐明了负焓合金的强韧化机理,探索了负焓强韧化合金设计路线,建立了混合焓、显微结构与力学性能的内在联系。负焓合金化设计理念不仅为高强韧合金设计提供了范例、更有助于发展先进结构材料新体系,同时也为传统材料的合金化设计提供数据支撑和理论支持。

稀土离子掺杂NaGdF_(4)下转换发光材料的制备及发光性能研究

选择NaGdF_(4)作为基质材料,以Er^(3+)、Yb^(3+)为掺杂元素,采用水热法制备出了Er^(3+)/Yb^(3+)掺杂的NaGdF_(4)下转换发光材料,通过XRD、SEM、发射光谱、荧光衰减分析等对其进行了表征。结果表明,Er^(3+)/Yb^(3+)的掺杂没有改变NaGdF_(4)的晶格结构,未生成新的产物,样品具有较好的纯度,平均粒径尺寸在50~60 nm之间。以380 nm激发光照射样品,发射光谱出现了699,662,563和554 nm的发射峰,分别对应着Er^(3+)离子的^(4)I_(9/2)→^(4)I_(15/2)、^(4)F_(9/2)→^(4)I_(15/2)、^(4)S_(3/2)→^(4)I_(15/2)和^(2)H_(11/2)→^(4)I_(15/2)能级跃迁。随着Yb^(3+)掺杂浓度的增加,近红外光区的发光强度呈先上升后下降趋势,CIE色坐标表明样品的颜色由黄绿光区逐渐向蓝紫光区转变,当n(Er^(3+))∶n(Yb^(3+))=2∶2时,NaGdF_(4)发光材料在可见光区域的发射光谱强度最高。能量传递效率和量子效率随Yb^(3+)浓度的增加而不断增大,当Yb^(3+)的浓度达到6%(摩尔分数)时,样品寿命最低为7.70μs,该掺杂浓度下的NaGdF_(4)具有最高的能量传递效率和量子效率,分别为81.19%和181.19%。