A low-dimensional crystal growth model on an isotropic and quasi-free sustained substrate

A new crystal growth theoretical model is established for the low-dimensional nanocrystals on an isotropic and quasifree sustained substrate. The driven mechanism of the model is based on the competitive growth among the preferential growth directions of the crystals possessing anisotropic crystal structures, such as the hexagonal close-packed and wurtzite structures. The calculation results are in good agreement with the experimental findings in the growth process of the lowdimensional Zn nanocrystals on silicone oil surfaces. Our model shows a growth mechanism of various low-dimensional crystals on/in the isotropic substrates.

二维局域共振周期格栅结构的低频振动带隙特性研究

为了解决周期格栅结构在低频领域的振动问题,基于局域共振机理,本文设计了一种新型复合二维周期格栅结构,结合有限元方法对结构的带隙机理及低频共振带隙特性进行了分析和研究,并在此基础上对结构进行优化设计。分析发现,仅对包覆层结构进行优化,便可大幅降低带隙的起始频率。带隙的位置由对应局域共振模态的固有频率决定,通过改变结构的材料和尺寸参数可以将带隙调节到满足实际工程应用的范围。数值仿真结果与试验测试结果一致,该结构可在40~90 Hz的低频范围打开宽度50 Hz的完全带隙,最大振动衰减达到36 dB。这种结构设计为周期格栅结构获得低频、超低频带隙提供了一种有效的方法,具有潜在的应用前景。

一维声子晶体在防止低频噪声中的应用

应用集中质量法研究了集中质量数n、晶格常数a、组分比t、弹性模量E及密度ρ等因素对一维声子晶体带隙的影响。结果表明,带隙起始频率及带宽随a增加而减小,随t增加而快速增大(当t>1);带隙起始频率随两种材料E差值与ρ差值增加而减小,而带隙截止频率却不变;带隙精度则随n增加而增大。据此设计出一种能屏蔽约59～557Hz范围内低频噪声的复合结构声子晶体。

低维原子/分子晶体材料的可控生长、物性调控和原理性应用

本文介绍了高鸿钧课题组在物理所20年来的部分代表性工作.研究的主要方向为低维纳米功能材料的分子束外延可控制备、生长机制、物性调控及其在未来信息技术中的原理性应用.从材料的可控制备入手,结合第一性原理的理论计算,阐明材料生长机制和结构与物性的关系,进而实现物性调控和原理性应用.主要内容有:1)纳米尺度"海马"分形结构的形成及其生长机制;2)STM分辨率的提高及最高分辨Si(111)-7×7原子图像的获得;3)固体表面上功能分子的吸附、组装及其机制;4)稳定、重复、可逆的纳米尺度电导转变与超高密度信息存储;5)固体表面上单分子自旋态的量子调控及其原理性应用;6)原子尺度上朗德g因子的空间分辨及其空间分布不均匀性的发现;7)晶圆尺寸、高质量、单晶石墨烯的制备及原位硅插层绝缘化;8)几种新型二维原子晶体材料的可控构筑及其物性调控;9)"自然图案化"的新型二维原子晶体材料及其功能化.这些工作为低维量子结构的构造、物性调控及其原理性应用奠定了基础.

基于(E)⁃N,N⁃二甲基⁃4⁃(2⁃(吡啶⁃4⁃基)乙烯基)苯胺的锌/镉有机-无机杂化金属卤化物的结构和发光性质

以(E)‑N,N‑二甲基‑4‑(2‑(吡啶‑4‑基)乙烯基)苯胺(EDPVA)为有机源,以金属卤化物ZnX2和CdX2为无机源,用相应的浓酸HX(X=Cl、Br)提供酸性介质,通过溶剂缓慢挥发法得到了4个离子型单核有机-无机杂化金属卤化物(H_(2)EDPVA)[ZnCl_(4)](1)、(H_(2)EDPVA)[ZnBr_(4)](2)、(H_(2)EDPVA)[CdCl_(4)](3)和(H_(2)EDPVA)[CdBr_(4)](4)。X射线单晶衍射分析表明,交替排列的刚性有机阳离子(H_(2)EDPVA)^(2+)和稍微扭曲的四面体形无机阴离子[MX_(4)]^(2-)(M=Zn、Cd;X=Cl、Br)之间存在静电作用和氢键。发光性质研究表明,化合物1~4的蓝色磷光峰分别位于459、446、440和434 nm,斯托克斯位移分别为79、72、61和55 nm,半峰宽分别为100、88、87和100 nm,发光寿命τ分别为0.47、8.38、18.38和11.62μs。发光机理分析表明:化合物1~4的磷光发射是有机阳离子和无机阴离子协同作用的结果。

GaSe及相关晶体的历史、现状与未来:具有特异非线性光学特性的层状材料(英文)

概述了高度各向异性的,尤其是无掺杂和掺杂的层状半导体GaSe和相关晶体InSe、GaS和GaSe-GaS（固溶液）的结构特性、光学特性和非线性光学特性的实验研究结果,同时概述了由共焦拉曼和光致发光显微镜研究得到的结果和由声波降解法和激光消融技术得到的GaSe纳米粒的光学性质。重点讨论了-εGaSe的性质,指出其具有最大的光学二阶非线性系数χ,并可结晶成4种不同的多型体（ε,γ,β,δ）,且每个晶胞有以不同数目和排列方式的层状结构。研究认为,在红外和太赫兹光谱波段,GaSe可以被看作是最有应用前景的非线性晶体之一。已发表的1700多篇关于材料物理性质的论文也指出,在THz波段,GaSe是一种具有特异非线性光学特性的材料。通过共焦拉曼显微镜的实验研究,讨论了晶体的域结构和非线性光学性质。除了探讨这些材料最重要的物理性质,还进一步研究了在主边缘附近的光吸收,在红外和太赫兹波段的光致发光、非线性光学性质以及它们的纳米物理性质,这些研究对理解二维晶体结构和其物理性质之间的联系是必要的。由于GaSe及GaSe型晶体具有包含？Se-Ga-Ga-Se-共价键的单一四层结构,因而它们的纳米粒表现出一些特殊的性质。一些GaSe型晶体（InSe,GaTe）的带隙宽度在1.21.5 eV之间,这使得它们及其纳米粒很适合用作光伏材料。

基于二维声子晶体的低频振动带隙特性研究

采用有限元算法计算了二维声子晶体的带隙分布,系统的分析低频范围内该声子晶体模型的结构和内核材料参数对带隙的调控规律。研究表明:低频范围内内核材料的材料密度越大,带隙越大;晶格常数为20 mm、内核半径为9 mm时出现第2、第3带隙,总带隙宽度翻倍,半径过大则相邻晶格间相互作用增强,导致带隙急剧减小甚至不存在;可调节晶格常数的大小来选择工作频率范围和带隙宽度;带隙与内核材料泊松比及弹性模量无关。为实现低频减振降噪实际工作过程中对不同频率要求的控制提供依据。

钙钛矿及类钙钛矿热致变色单晶材料的研究进展

随着人们对智能光伏玻璃、智能温度传感器等智能光电器件的需求增加,卤化物钙钛矿热致变色材料逐渐走进大众视野,由于钙钛矿材料的颜色可随温度发生快速响应,且该循环可逆,其在智能变色半导体器件中的应用相关研究已获得了广泛的关注。本文从钙钛矿单晶材料出发,首先介绍了钙钛矿及类钙钛矿单晶材料的几种常用液相制备方法。随后分别重点介绍了三维卤化物钙钛矿、低维类钙钛矿等几类单晶材料的热致变色现象,包括不同类型的材料因结构不同,而表现出两种不同的热变色机理:以低维类钙钛矿材料为代表的结构相变和以双钙钛矿材料为代表的晶格膨胀。对比了不同单晶材料热致变色性能的优劣,如是否具有可逆性等,同时介绍了其在多功能应用领域的发展潜力。最后对钙钛矿热致变色材料目前面临的挑战和未来的发展进行了展望。

红外低辐射膜的设计、制备与表征

为了降低红外探测技术对军事目标生存能力的威胁,研制了红外低辐射膜。设计并制备了基于一维光子晶体结构的红外低辐射膜,通过结构参数优化,改善了其红外波段反射性能,并降低了薄膜总厚度。采用红外椭偏仪测试了原材料Ge膜和ZnS膜的厚度和折射率,将测试结果带入设计结构,制备了8~12μm发射率分别为0.045、0.097、0.174和0.346的红外低辐射膜。研究结果表明,通过结构优化,可制备出不同发射率的红外低辐射膜,满足武器装备不同辐射背景下的红外隐身要求。

低维度碳纳米填料诱导聚合物结晶

低维度纳米填料(LDCN)具有优异的物理机械性能。研究发现LDCN与聚合物复合,可显著提高复合材料的力学性能或者增加功能,并且LDCN可诱导多种聚合物结晶。LDCN不仅可作为异相成核剂,提高聚合物的结晶温度和结晶速率,而且可诱导聚合物形成特殊的晶体形貌。研究LDCN对聚合物结晶的影响,进而调控聚合物的结晶度和晶体形态,以改善复合材料的多方面性能,具有理论研究和实际应用意义。本文从结晶动力学和结晶形貌两方面综述了LDCN诱导聚合物结晶的研究现状,并阐述了其诱导结晶机理。

铝基体三维四元声子晶体的低频带隙研究

采用三维集中质量法计算简单立方声子晶体结构,通过ANSYS软件进行建模及网格划分,并导入Matlab软件进行数值计算,得到以铝为基体的三维四元声子晶体能带图.通过单一改变各组元的密度,考察对应变化对第一带隙的影响.结果表明:此结构在低频率段内存在一定宽度的带隙,且材料密度改变对第一带隙的带隙位置和宽度产生较大影响;改变某些材料密度,可以设计在一定频率段带隙的减振体结构,从而抑制带隙频率范围内的有害振动,达到减振效果.

中红外完全带隙Si反蛋白石光子晶体的制备与光学性能研究

通过溶剂蒸发对流自组装法制备SiO2胶体晶体,采用低压化学气相沉积法填充Si,制备得到Si反蛋白石(opal)三维光子晶体.采用扫描电子显微镜对Si反opal的显微形貌进行表征,采用平面波展开法理论模拟Si反opal的光子带隙,采用傅里叶变换红外光谱仪测试其光学性能.研究结果表明:Si在SiO2微球空隙内填充致密均匀,显微红外光谱测试的光子带隙反射峰位置及带宽与理论计算基本符合.变角度反射光谱测试表明,Si反opal沿不同角度入射时在中心波长3319nm处均存在明显的反射峰,证明其具有完全光子带隙,带隙位于中红外大气窗口区域.

多级复合半导体纳米材料的制备

金属氧化物、Ⅲ-Ⅴ、Ⅱ-Ⅵ等半导体纳米材料由于其独特的功能性质已广泛应用于光学、电子、太阳能转化、催化等领域,是当今先进材料领域的研究前沿与热点。随着科技的发展,人们对材料的高效、多功能要求已成为必然,对半导体材料发展要求亦如此。多组分复合、多层次结构协同是实现半导体纳米材料多功能化与高效化的有效途径。构筑多级结构组合纳米半导体,不但可以调控其能带结构而提高半导体材料的光电与催化性能,而且由于多级低维纳米结构聚集时形成的空间位阻效应可以有效克服纳米晶"易团聚"难题。本文提出多级结构组合纳米晶的概念、分类,结合近年来该领域的研究实践,较系统地综述了多级复合半导体纳米结构制备的最新研究进展。首先简要介绍了多级复合半导体纳米材料的概念与典型结构;其次对典型多级复合半导体纳米材料的制备方法进行了重点评述,分别综述了液相法、气相法以及最新发展起来的静电纺丝等方法在多级结构半导体复合纳米材料制备中的应用实践。再其次,对以具有半导体特性的石墨烯及其功能化衍生物为基体的新型多级复合半导体纳米材料的制备做了综述。最后对半导体/半导体多级结构复合纳米材料的发展方向做了展望。

有机低维单晶生长炉的设计

对区域熔融法生长有机低维单晶的炉体结构做了新的设计和实验，同时成功地生长出有机材料ＡＢＰ纤维和薄膜两种形态的低维单晶。