准二维钙钛矿中结晶调控与低阈值微纳激光器

准二维(Q-2D)钙钛矿由于大的激子结合能和量子限域作用,是一种可以应用于光电器件构筑的有前途的材料。然而,Q-2D钙钛矿是具有丰富晶界和界面的多相结构,在能量传递过程中导致非辐射损耗。本工作通过操纵不同n相的结晶动力学过程,实现了Q-2D钙钛矿中更高效的能量传递。通过在Q-2D钙钛矿前驱体中引入钠离子来实现对Q-2D钙钛矿成核和生长过程的操控。研究表明,钠离子的掺入促进高n相的成核,使不同n相在空间上更均匀地分布,寿命的表征证实该操作促进了能量的转移。得益于这种高效的能量传递过程,与普通薄膜体系的光放大阈值(23.3μJ·cm^(-2))相比,掺杂薄膜的光放大阈值降低至14.3μJ·cm^(-2)。该研究提供了一种有效的优化Q-2D钙钛矿光子学性能的新方法,从而进一步拓宽Q-2D钙钛矿的光子学应用范围。

超疏水Ti-MOF涂覆PET复合滤料用于细颗粒物高效去除

为有效捕集工业烟气中的细颗粒物,克服滤袋在高湿环境下的结露和糊袋现象,实现烟气超低排放的目标,在室温下将氟化NH_(2)-MIL-125(Ti-MOF)喷涂在PET纤维表面快速牢固组装,在复合滤料纤维表面形成低表面能的微/纳粗糙结构,构筑了一种超疏水复合过滤材料(SH-T@PET),其水接触角(WCA)高达(152.5±1.8),水流失角(WSA)为(5.7±1.7),具有优异的疏水稳定性.此外,由于SH-T@PET纤维表面Ti-MOF活性单元的极性官能团(-NH_(2))、高ζ电位和大空隙结构等多重作用,其对PM0.3去除效率(RE为(96.53±0.65)%)得到很大程度的提升.在Ti-MOF低负载率(2.1%)下,SH-T@PET的微观孔隙结构几乎没有改变,过滤压降(ΔP,50Pa)没有急剧增加,品质因子(QF为0.0672Pa-1)比原始PET滤料约有12.79%的提升.同时,SH-T@PET复合滤料还具有良好的热稳定性和机械稳定性.

(0001)面氧化锌单晶微纳米尺度划痕特性实验研究

目的对(0001)面ZnO单晶微纳米尺度划痕特性进行实验研究,为ZnO单晶器件性能提升及ZnO单晶精密加工工艺优化等提供必要的科学依据。方法采用Berkovich金刚石压头棱向前和面向前2种划痕方式,在不同划痕速度下对(0001)面ZnO单晶进行了纳米划痕实验,分析了划痕速度和划痕方式对其微纳米尺度划痕特性的影响。结果当划痕速度从2μm/s增加到100μm/s时,棱向前划痕方式下的深度从352.9 nm降到了326.9 nm,面向前划痕方式下的深度从352.7 nm降到了289.9 nm;棱向前划痕方式下的切向力从4.15 mN降到了3.93 mN,面向前划痕方式下的切向力从5.12 mN降到了4.45 mN;棱向前划痕方式下的摩擦因数从0.21降到了0.19,面向前划痕方式下的摩擦因数从0.25降到了0.2;棱向前划痕方式下的残余划痕深度从162.2 nm降到了138.4 nm,面向前划痕方式下的残余划痕深度从148.3 nm降到了129.9 nm;棱向前划痕方式下的残余划痕两侧塑性堆积高度从23 nm降到了17 nm,面向前划痕方式下的残余划痕两侧塑性堆积高度从18nm降到了11nm。结论随划痕速度的增加,(0001)面Zn O单晶的划痕深度、切向力、摩擦因数、残余划痕深度及划痕两侧塑性堆积高度均在下降。在相同划痕速度下,棱向前划痕方式下的划痕深度、残余划痕深度及划痕两侧塑性堆积高度都比面向前划痕方式下的要大,而棱向前划痕方式下的切向力和摩擦因数都比面向前划痕方式下的要小。

新型红外隐身结构材料研究综述

随着军用光电技术的快速发展,隐身技术在现代作战体系中的作用日趋重要,其中,隐身材料对于提高隐身性能至关重要。本文针对红外隐身材料,重点从单波段的红外隐身、多波段兼容的红外隐身、动态的红外隐身三方面综述了国内外红外隐身材料的研究进展,就微纳结构大面积柔性加工方法进行了深入分析。归纳了当前红外隐身材料存在的主要问题,并展望了未来发展趋势。未来,红外隐身材料将向着高强度、大面积、柔性化、智能化的新型结构和材料方向进一步发展,实现高性能的隐身功能。

自由电子入射路径对光子晶体辐射的影响

电子掠过周期金属结构会激发Smith-Purcell辐射。微纳加工工艺的发展推动了具有复杂结构的微纳金属人工材料的加工,因此人们开始聚焦于电子激发微纳周期结构所出现的辐射现象。本文研究了运动线电子束团激发金属光子晶体所激发辐射的特点和规律,重点讨论了如何利用自由电子去激发金属光子晶体结构,从而取得最大的辐射强度。

微纳CL⁃20颗粒悬浮型炸药油墨的3D微喷打印成型及性能

为了解决六硝基六氮杂异伍兹烷(CL‑20)基全液型炸药油墨微喷成型的主体炸药转晶和成型效率低等问题,以聚乙烯醇(PVA)的水溶液为胶体悬浮液,以微纳CL‑20颗粒为悬浮颗粒,设计并配制了与3D微喷打印相兼容的悬浮型炸药油墨,并采用3D微喷技术对炸药油墨进行打印成型。通过密度计、激光共聚焦显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪对成型样品的性能进行表征,并测试了样品的撞击感度、摩擦感度和爆速,在此基础上研究了微纳CL‑20颗粒含量与微型传爆药性能之间的关系。结果表明:随着炸药油墨中微纳CL‑20颗粒含量的增大,墨滴成型后“咖啡环”现象逐渐明显,药线单层沉积厚度增加,打印成型效率增大,但孔隙率则逐渐增大。主体炸药CL‑20在3D微喷打印过程中没有晶型的转变,仍为ε型。当成型样品中微纳CL‑20颗粒的含量与黏结剂的比例为9∶1时,样品的实测密度为1.638 g·cm^(-3)(86.19%TMD),弹性模量为5.43 GPa;其撞击感度、摩擦感度和爆速分别为4 J、240 N和7689 m·s^(-1),展现了较好的安全性能及微尺度传爆能力。

纳米晶体中稀土离子的发光性质及其变化机理研究

近年来,纳米晶体中稀土离子发光性质的研究越来越受到人们的广泛关注,这是因为纳米稀土发光材料在发光、高清显示、光电子纳米器件、生物荧光标记、激光和闪烁体等众多领域有着重要的应用前景。本项目采用软化学合成方法如水热法、溶胶-凝胶法等,通过合成工艺的调控,设计并合成出一系列不同颗粒尺寸、分散均匀、形貌可控的稀土离子掺杂氧化物(氟化物)微/纳米晶体,利用激发、发射、漫反射以及高分辨激光光谱等光谱分析手段对其发光性质进行研究,弄清影响发光行为的本质原因。同时,结合光谱实验数据,利用密度泛函理论和复杂晶体化学键介电理论方法进行理论计算,成功解释了光谱变化规律和不同稀土离子间能量传递机理,为相关稀土光谱研究奠定了理论和实验基础。

纤维素微纳晶体制备复合超滤膜材料的研究

为改善普通聚砜超滤膜水通量低、亲水性差、不耐污染的缺点,该文以纤维素浆粕为原料,通过超声波辅助酸催化水解的方式制得纤维素微纳晶体,并对其性能进行表征;将所得产品和聚砜共混,采用浸没沉淀相转化工艺制备超滤膜材料,测定超滤膜的水通量、截留率、平均孔径、孔隙率、抗张强度等性能。结果表明:随着纤维素微纳晶体用量的增加,超滤膜的水通量逐渐增大;当纤维素添加量与聚砜质量分数达30%时,超滤膜水通量可达234.2L/(m2.h),牛血清蛋白溶液截留率为93.4%。纤维素微纳晶体的加入提高了膜的水通量,明显改善了聚砜超滤膜的性能。此外,通过红外及原子力显微镜对复合超滤膜进行了表征。

立方体和八面体微/纳米氧化亚铜对大型水蚤(Daphnia magna)的氧化胁迫和生理损伤

为了实现特定的功能和应用,越来越多不同结构特性的纳米材料逐渐被人们精确合成。一些研究指出纳米材料的物理化学特性能够显著影响纳米材料对水生生物的毒性作用,但是对于不同特性的纳米氧化亚铜的毒性研究依然比较缺乏。本研究制备了2种不同形貌和结构的微/纳米氧化亚铜(micro/nano-Cu_2O)晶体,通过对大型水蚤(Daphnia magna)进行72 h的急性暴露实验,测定了大型水蚤体内还原型谷胱甘肽(GSH)的含量以及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和钠/钾腺苷三磷酸酶(Na+/K+-ATPase)的活性变化。结果表明在2种不同特性的微/纳米氧化亚铜暴露体系中,大型水蚤体内Cu的积累量差别不大,但是不同结构的micro/nano-Cu_2O对大型水蚤抗氧化酶活性和钠/钾腺苷三磷酸酶活性影响存在差别。与立方体相比,八面体micro/nano-Cu_2O能够暴露更多的{111}面,并且其原子排列使其具有较高的表面能量,因此更容易在大型水蚤肠道内诱导产生活性氧(ROS)及溶出更多Cu2+,对大型水蚤产生更强的氧化胁迫和膜损伤。

微纳纤维素晶体改性聚乙烯醇膜材料的研究

制备了二元酸交联的聚乙烯醇(PVA)渗透汽化膜,再用微纳纤维素晶体改性最优交联膜。考察了交联剂种类和交联度对膜渗透汽化分离性能和溶胀性能的影响,以及微纳纤维素晶体对膜渗透汽化性能的影响,并对膜进行FT-IR和XRD表征。结果表明,丁二酸交联膜综合性能优于草酸交联膜,当交联度为4%时丁二酸交联膜性能最优,分离因子从8提高到27,而渗透通量下降;当微纳纤维素晶体的加入质量分数为3%时,膜的渗透通量从350 g/(m2.h)提高到619 g/(m2.h),分离因子基本保持不变。表征结果表明,微纳纤维素晶体和PVA分子链之间为氢键缔合作用,微纳纤维素晶体的加入提高了膜的结晶度且在膜内保持原有的结构特性。

晶型和形貌对NaDyF_4在1.06μm激光吸收能力的影响

采用水热法,以油酸和EDTA-2Na为络合剂,合成了NaDyF4微纳米晶。利用X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见分光光度计(UVPC)对产物的晶型结构、形貌和漫反射吸收光谱进行了表征,讨论了晶型和形貌变化以及不同长径比等对产物在1.06μm波长附近光谱吸收性能的影响。结果表明,在1.05～1.15μm波长范围内,六方相较立方相NaDyF4的吸收峰位置蓝移了0.008μm至1.078μm附近,随着产物的形貌由短棒状变成六棱柱状和管状,Dy3+的特征吸收峰相继发生蓝移。六方相,管状,长径比较大的产物吸收性能较好。

氧化亚铜微纳米晶体形貌控制合成的研究进展

结合近些年国内外最新研究进展,按照球形、多面体、等级结构的顺序论述了不同形貌氧化亚铜晶体的合成方法。逐一介绍了不同形貌氧化亚铜的性质及其在不同领域的应用。其中,等级结构的氧化亚铜性能特殊,具有广阔的应用前景,将成为今后研究的热点。

激光全息光刻技术在微纳光子结构制备中的应用进展

微纳光子结构研究随着光子学、半导体物理学及微加工技术的发展而逐渐蓬勃开展,并在其结构、理论、制备技术等方面取得了系列进展。受限于目前的微加工技术水平,要成功制备大尺度、高质量的光子材料仍然存在着一定挑战。激光全息光刻技术作为一种简便快捷的微结构制作技术已经发展成为一种经济快速制作大面积微纳超材料及光子晶体模板的重要手段。介绍了激光全息光刻技术的原理,详细阐述了该技术在制作三维面心立方、木堆积结构、金刚石结构光子晶体以及光学周期类准晶、手性超材料、周期性缺陷结构等微纳光子结构中的应用研究进展。激光全息光刻技术成功制作微纳光子结构为光子材料在更多领域的广泛应用提供了基础和方法。

三种典型炸药晶体微塑性与撞击感度的相关性

为了研究单质炸药晶体微观性能对混合炸药宏观力学行为和撞击感度的影响,研究了梯恩梯(TNT)、黑索今(RDX)与奥克托今(HMX)三种常用炸药晶体的微塑性表征方法,并将炸药晶体的微塑性与单质炸药撞击感度进行了相关性分析。采用纳米压痕技术对三种常用炸药晶体进行了微弹性与微塑性的测试与计算,提出了以塑性能量与压痕总能量之比(ηP)量化炸药晶体微塑性的计算方法。结果表明:与压入深度计算的微塑性(δh)相比,本研究获得的炸药晶体微塑性ηP与粉末态单质炸药的撞击感度(P)达到95.8%的线性相关。本研究提出的炸药晶体微塑性量化方法将炸药晶体微塑性与其撞击感度建立起高度线性关系,为评价炸药安全等级提供了一种微观表征方法。

聚砜-纤维素复合超滤膜材料的制备与表征

以聚砜为原材料,通过向铸膜液中混入纤维素微纳晶体,采用浸没沉淀相转化工艺制备了纤维素填充聚砜基复合超滤膜材料。通过正交试验分析了各因素对产品性能的影响并得出了制备复合超滤膜的最优条件:当聚砜质量分数为18%,添加剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP K30)为0.3%,纤维素微纳晶体加入量为聚砜质量的15%,空气中溶剂蒸发时间为10 s,然后在凝胶浴水中凝胶成形。并测定复合超滤膜的水通量、截留率、平均孔径、孔隙率、强度等一系列性能,膜的水通量为152.72 L/(m2.h),截留率为93.98%,孔隙率为63.22%,平均孔径为46.03 nm,膜具有良好的综合性能。

微纳米尺度单晶锗表面切削加工特性

利用纳米压痕仪和原子力显微镜对微纳米尺度下单晶锗表面在不同刻划速度和载荷下的切削特性进行试验研究。结果表明,在定载荷的条件下,刻划速度越大,沟槽两侧切屑堆积体积越大,沟槽的深度也逐渐增大。切削力随着刻划速度的增加而增加,同时还发现,刻划速度越大,切削力越趋于稳定,波动越小。在较低载荷刻划下,单晶锗表面划痕细小,深度较浅且不明显。随着载荷的逐渐增大,划痕宽度及深度也逐渐增大。沟槽两侧及探针前端有明显的切屑堆积,切削力及切削深度随载荷增大而增大,但并非呈线性增长。

微晶白云母负载纳米TiO_2及其光催化性能研究

以微晶白云母为载体,钛酸丁酯为钛源,采用溶胶-凝胶法合成制备微晶白云母负载纳米TiO2光催化剂,然后用X射线衍射,扫描电镜等对微晶白云母负载TiO2光催化剂进行表征。再以微晶白云母负载纳米TiO2光催化剂对亚甲基蓝进行了光催化降解研究,特别针对有无紫外光照射条件下微晶白云母、纳米TiO2、微晶白云母/纳米TiO2等在亚甲基蓝溶液中的行为进行研究,结果表明:所制备的微晶白云母负载TiO2光催化剂对亚甲基蓝具有较好的光催化降解能力,1250目微晶白云母负载TiO2在紫外光照射下光催化反应4h,其降解率可达99%以上。

微纳米尺度单晶铜各向异性表面切削特性实验研究

利用纳米压痕仪和原子力显微镜对微纳米尺度下单晶铜各向异性表面在不同载荷和刻划速度下的切削特性进行实验研究。结果表明:单晶铜各晶面表面在较低载荷下,划痕细小且不明显。随着载荷的逐渐增大,划痕深度和宽度逐渐变大,并形成明显的沟槽,在沟槽的两侧出现明显的侧流现象,探针前方出现切屑堆积,尤其单晶铜Cu(100)切屑堆积较明显;单晶铜Cu(100)在刻划速度为10μm/s、50μm/s时,切削力无明显变化规律,其余两晶向都是在同等载荷下,刻划速度越大,切削力越大。随着刻划速度的增大,切削力趋于稳定;载荷越大,切削力越大,其相应摩擦系数也增大。

微纳米尺度单晶硅各向异性表面的切削特性

利用纳米压痕仪和原子力显微镜,分别对单晶硅Si(100)、Si(110)、Si(111)三种晶面取向的表面进行微纳米尺度下的切削性能进行了实验研究。实验结果表明:在定载荷下,刻划速度的大小对单晶硅Si(100)、Si(110)晶面取向的切削力、摩擦系数的大小影响较小,但对单晶硅Si(111)晶体取向影响较大;在较低载荷下,单晶硅各晶面取向表面划痕细小,深度较浅且不明显,切削力大小无明显变化规律。随着载荷的逐渐增大,划痕宽度及深度也逐渐增大,切削力也相应增大,但并非呈线性增长。当载荷增大到一定值后,单晶硅各表面发生严重的塑性变形,变形积累一定程度后,沟槽两侧及探针前端形成明显的切屑堆积。

钼酸镉滴定-沉淀法制备及其光催化降解性能

以醋酸镉和钼酸钠为主要原料,通过自制的滴定-沉淀装置和方法在室温下制备了钼酸镉微/纳晶体。产物经X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等表征,结果表明,沉淀陈化环境会影响到钼酸镉晶体产物的尺寸和形貌。光催化降解实验结果表明:钼酸镉晶体在紫外光照下对罗丹明B染料有较好的降解作用,钼酸镉晶体颗粒尺寸越小,降解效果越好。