响应曲面法优化废弃五倍子药渣制取活性炭的研究

以废弃的五倍子药渣为原料,采用水蒸气法制备活性炭,并利用响应曲面模型探讨各影响因素(活化温度、活化时间、水蒸气流量)的优化。结果表明,利用响应曲面模型确定的最佳水蒸气活化条件为:活化温度950℃、活化时间125min、水蒸气流量2.7mL/min,在此条件下制得的活性炭的碘吸附值达1 003mg/g,活性炭得率为10.10%,碘吸附值达到了《木质味精精制用颗粒活性炭》(GB/T 13803.1—1999)中规定的一级品标准(1 000mg/g);最佳工艺条件下制得的活性炭的比表面积为1 040m2/g,总孔容为0.746mL/g,孔径分布比较集中,以2～50nm的中孔为主,平均孔径为35.38nm;采用水蒸气活化法以废弃五倍子药渣为原料制取活性炭是可行的,这也为药渣的资源利用提供了一个新的方向。

紫茎泽兰同时制备活性炭及高热值燃气实验研究

以紫茎泽兰为原料,通过物理活化同时制得活性炭和高热值燃气。考察了活化温度、时间、CO2流量对多孔碳产品吸附性能和得率的影响。通过响应曲面法得到实验优化工艺条件:活化温度980℃,活化时间130min,CO2流量400mL/min,所制得活性炭碘吸附值和得率分别为1002mg/g,15.79%。制得的多孔碳BET比表面积、孔容和平均孔径分别为1076m2/g、0.63mL/g、2.36nm。在此优化条件下得到高热值燃气,燃气热值达11542.32kJ/m3。

响应曲面法优化小桐子壳基活性炭制备条件的实验研究

采用水蒸气物理法制备小桐子壳基活性炭,通过响应曲面法中模型的优化设计和分析,研究了制备过程中的3个影响因子(活化温度、活化时间以及水蒸气流量)对活性炭碘吸附能力和得率的影响,并通过方差分析(ANOVA)研究了各个实验因子或交互作用对活性炭性能的影响。经过优化所获得的实验条件为:活化温度900℃,活化时间22min,水蒸气流量5.5g/min,获得的活性炭碘值为950mg/g,得率为13%,比表面积为785m2/g。

复合型人才培养背景下模拟电子技术基础课程的教学改革探索

《模拟电子技术基础》为电子信息类专业的必修课程之一。这是一个技术方面的基础课,在教学过程中,培养学生动手能力也很重要。传统的授课型教学注重理论知识,确忽略了对学生操作能力、创新能力的培养。在国家强调培养复合型人才的背景下,本文从"以学生为中心""、以科研项目为指导"和"以理论实践一体化为考核方式"三个方面探讨了该课程的教学改革探索,以期在提高课程的教学质量的同时,提升学生动手实践能力和创新能力,为培养复合型人才打下坚实基础。

Ta_(2)NiSe_(5)/GaN范德华异质结用于具有超高响应性和耐恶劣环境的紫外光电探测器

氮化镓由于其直接带隙、固有的紫外吸收和高击穿电压引起了人们对其在紫外光电探测领域的极大研究兴趣.在本工作中,我们成功地将新型三元硫族化合物Ta_(2)NiSe_(5)与非故意掺杂的GaN堆叠,形成了具有典型I型能带排列的混合维度的Ta_(2)NiSe_(5)/GaN(2D/3D)范德瓦尔斯异质结构.该异质结构表现出优异的紫外探测性能(光开关比为10~7,响应度为1.22×10^(4)A W^(-1)).此外,在365 nm的光照和4 V的偏压下,探测度提高至1.3×10^(16)Jones,并表现出1.22/31.6 ms的快速响应速率.值得注意的是,该器件还具有优异的稳定性、可重复性和抗恶劣环境条件(包括高温和酸性条件)的耐受性.得益于光电探测器的高响应度、探测度和光开关比,我们成功地将该异质结构器件集成到紫外光通信中,证明了Ta_(2)NiSe_(5)/GaN光电探测器在信息传输中有着优异的应用前景.

微波加热再生废弃的净化石油化工废水活性炭

为了对石油化工废水净化处理后的废弃活性炭实现循环利用,提出了在无保护气体和活化气体条件下进行微波加热的方法。主要评估了再生温度和再生时间对再生活性炭的吸附性能和得率的影响。结果表明,在再生温度为600℃,再生时间为15 min时,活性炭的碘吸附能力达到最大值971 mg/g,得率为82.36%。再生活性炭比表面积高达1 028m2/g,总孔体积为1.23 m L/g,平均孔径为4.89 nm。通过废弃活性炭和再生活性炭进行了SEM对比分析,再生活性炭表面杂质减少,孔隙数量明显增多。

混合维度WS_(2)/WSe_(2)/Si单极势垒异质结构用于高性能光电探测

单极势垒异质结构可以选择性地降低暗电流,但不影响光电流,是一种构建高性能光电探测器的有效策略.特别地,具有可调谐能带结构和自钝化表面的二维(2D)材料不仅能满足能带匹配要求,而且避免了界面缺陷和晶格失配,有助于设计单极势垒异质结构.这里,我们展示了一种混合维度WS_(2)/WSe_(2)/p-Si单极势垒异质结光电探测器.其中,2D WS_(2)充当光子吸收体,原子级厚度的WSe_(2)充当单极势垒,3D p-Si充当光生载流子收集器.插入的WSe_(2)不仅减轻了有害的衬底效应,而且形成了高导带势垒,可以过滤掉若干暗电流分量,同时不影响光电流.在隧穿效应和载流子倍增效应的驱动下,该WS_(2)/WSe_(2)/p-Si器件表现出高于10~5的高开/关比、2.39×10^(12)Jones的高探测度和8.47/7.98毫秒的快速上升/衰减时间.这些优点显著优于传统的WS_(2)/p-Si器件,为设计高性能的光电器件开辟了一个新方案.

原位集成光浮栅的多层SnS_(2)/少层MoS_(2)异质结用于高性能光电探测器与光学成像

自单层MoS_(2)光电晶体管问世以来,二维层状材料一直被认为是实现下一代新型光电器件与系统的最引人瞩目的候选材料之一.然而,大多数报道的二维层状材料光电探测器都存在一定的缺点,如响应率低、暗电流大、比探测率低、开关比低、响应速率慢等.在本研究中,通过堆叠由大气压化学气相沉积技术所生长的MoS_(2)和SnS_(2)纳米片,制备出了多层SnS_(2)/少层MoS_(2)范德华异质结.相应的SnS_(2)/MoS_(2)异质结光电探测器展示出了具有竞争力的综合性能:大开关比(171)、高响应率(28.3 A W^(-1)),以及出色的比探测率(1.2×10^(13)Jones).此外,该器件还实现了响应/恢复时间低至1.38 ms/600μs的超快响应速率.其优异的性能与SnS_(2)/MoS_(2)异质结的Ⅱ型能带排列以及原位形成的无缝光浮栅的协同作用相关,这有助于分离光激发的电子-空穴对,并延长非平衡载流子的寿命.得益于出色的光敏性,该SnS_(2)/MoS_(2)器件实现了概念验证的光学成像应用.总体而言,本研究为实现具有优异综合性能的先进光电探测器提供了独特视角.

基于极性可重构WSe_(2)肖特基异质结的非对称逻辑整流器和光电探测器

基于二维材料范德华异质结的自驱动光电探测器是逻辑光电子器件和智能图像传感器的重要组成部分.本文通过机械剥离和干法转移制备了一种底部Au接触的PtSe_(2)/WSe_(2)/Au非对称肖特基光电二极管.栅极可调的Au/WSe_(2)肖特基势垒大小、弱费米钉扎效应、高半金属PtSe_(2)导电率以及良好的PtSe_(2)/WSe_(2)层间耦合效应使得该二极管产生极性可重构现象,可实现栅极可调正负整流行为,且整流比变化范围在10−2到104之间,达到6个量级.我们利用此特性验证了半波逻辑整流器功能.此外,此自驱动器件的最大光响应度达316 mA W^(−1),最大光开关比达105,光电转换效率为4.62%,响应时间仅为830/950μs.光电流微区扫描结果表明,器件的光电流主要分布在Au/WSe_(2)界面边缘,证实该器件为非对称肖特基光电二极管.该器件还实现了高分辨率的可见光单点成像.上述研究结果表明,本工作为制备高性能半波整流器、超快自驱动光电探测器和高分辨图像传感器提供了一种简便有效的策略.

微波法对吸附扑热息痛废水活性炭的再生

通过微波加热的方式对用于扑热息痛废水的吸附的活性炭进行再生处理。考察了再生温度和再生时间两个因素对活性炭吸附性能和得率的影响。在最佳微波再生条件(温度为600℃,微波再生时间为15 min)下结果表明,活性炭在的亚甲基蓝吸附值和得率分别为187.5 mg/g和41.82%。对最佳条件下再生得到的活性炭进行孔结构表征,结果为,比表面积达947.9 m2/g,总孔体积为0.97 m L/g。中孔的比例占到71.18%说明活性炭主要以中孔为主。同时对废活性炭和再生活性炭进行了扫描电镜分析,结果表明,通过微波再生后的活性炭表面杂质明显减少。

自组装制备In2Se3/SnSe2异质结构阵列来抑制暗电流和增强对弱信号的响应

基于层状材料的范德华(vdWs)异质结构在下一代光电器件中显示出巨大潜力.迄今为止,基于堆叠或外延生长技术,已有多种vdWs异质结构被研究.然而,由于vdWs异质结的合成过程复杂,难以大规模集成异质结构器件阵列,对其实际应用造成了极大的限制.本文中,我们通过脉冲激光沉积技术自组装制备了面外垂直In2Se3/SnSe2异质结构的平面光电探测器阵列,利用垂直内建电场来抑制暗电流并分离光生载流子.所构建的器件具有6.3 pA的超低暗电流,8.8×1011Jones的高检测率和超过3×104的高信噪比.这些性能指标不仅比纯In2Se3器件高一个数量级,还展示了探测微弱信号的独特优势.另外,该异质结构光电探测器阵列也可以构建在柔性聚酰亚胺衬底上,制备柔性器件.这些器件同样显示出有效的光电探测能力,即使弯曲200次后,光响应仍保持不变.这些发现为下一代大面积和高集成度光电技术的发展奠定了基础.

混合1D/2D异质结构耦合电子结构工程用于高灵敏度和偏振依赖的光电探测器

随着光电探测器的广泛应用,人们迫切需要高灵敏度、偏振依赖的光电探测技术.在这一领域,二维二硫化钨(2D WS_(2))表现出出色的光学和电子特性,使其成为一种在光电应用领域有吸引力的光敏材料.但是,2D WS_(2)缺乏有效的内建电场和光电导增益机制,阻碍了其在高性能光电探测器中的应用.在此,我们提出了一种包含1D Te和2D WS_(2)的混合异质结构光电探测器.在该器件中,二维WS_(2)在1D Te上产生平面内形态应变,该应变能调节WS_(2)的局部电子结构,并在水平方向上形成II型能带排列.此外,2D WS_(2)和1D Te的垂直异质结引入了光电导增益.这两种效应优化了光致载流子的转移,使得光电探测器具有较高的灵敏度(光响应度为~27.7 A W^(-1),探测度为9.5×10^(12)Jones,上升/衰减时间为19.3/17.6 ms).此外,该器件还获得了各向异性的光电探测特性,其二向色比可达2.1.这种混合的1D/2D异质结构克服了单种材料固有的局限性,实现了新的性能,为构建多功能光电器件开辟了新的途径.

高效钙钛矿太阳能电池中缓冲层界面工程的深入理解:第一性原理研究

近年来钙钛矿太阳能电池的能量转换效率迅速提高.界面工程是进一步改善钙钛矿太阳能电池性能的有前途的途径.本文中,我们进行第一性原理计算,以探索四种候选缓冲材料(MACl,MAI,PbCl2与PbI2)对MAPbI3吸收层与TiO2之间界面电子结构的影响.我们发现MAX(X=Cl,I)作为缓冲层将引入高电子势垒并增强电子-空穴复合.此外,MAX不能很好地钝化表面状态.PbI2的导带最小值远低于MAPbI3吸收层的导带最小值,这极大地限制了吸收层的能带弯曲和太阳能电池的开路电压.另一方面,合适的带边能级位置,与TiO2表面的小的晶格失配以及出色的表面钝化性能使得PbCl2成为钙钛矿太阳能电池吸收层/电子传输层界面工程的有希望的缓冲材料.因此,我们在这项工作中获得的结果可以使人们对具有缓冲层的界面工程的效果有更深入的理解,这有利于改善钙钛矿太阳能电池和相关光电器件的性能.

新型Ru(Ⅱ)配合物的合成及其自组装膜的光电性能

合成了含芘基的新型钌(Ⅱ)配合物Ru-1,用1H-NMR和MS表征了这种配合物的分子结构。TG-DSC测试结果表明,Ru-1在一个较宽的温度范围内具有良好的热稳定性。在HOPG、石墨烯基电极表面组装了钌配合物分子膜,并对其进行了AFM、电化学及紫外可见吸收光谱等光电化学分析。结果表明,自组装膜的生长是均匀的,膜材料具有可逆的氧化还原过程,在0.47 V出现可逆的氧化还原峰。紫外可见吸收光谱表明,这种膜材料在较宽的紫外可见区表现出强且宽的吸收峰。钌配合物对石墨烯、HOPG炭素电极的修饰,使这类炭素电极具有良好的光电性能和稳定性。