便携式紫外-可见光谱仪设计及关键技术研究

随着紫外光谱探测技术的广泛应用,低成本便携式紫外-可见光谱仪成为该领域的研究热点。本文首先依据交叉型Czerny-Turner结构设计了便携式紫外光谱仪光路结构。其次,针对性研究了紫外光谱仪的关键器件:紫外探测器和闪耀光栅。利用Lumogen荧光材料和蒸镀成膜法制作镀膜紫外增强CCD,并分析了荧光薄膜在CCD表面的位置对分辨率的影响;从理论上分析了闪耀光栅对于紫外波段的多级衍射效率的影响,确定了紫外光谱仪对于闪耀光栅的选择。最后,研制的便携式紫外-可见光谱仪样机的性能测试结果表明,200 nm^900 nm波段、25μm狭缝宽度、600lp/mm、300 nm闪耀光栅配置下分辨率整体小于1.5 nm,200 nm^300 nm紫外波段的光谱响应度提高到20%,实现了便携式紫外-可见光谱仪的设计要求。

基于多传感器融合技术的微型空气质量监测系统优化设计(英文)

针对国家环境空气质量监测站(NAAQMS)由于体积大、成本高而不利于大面积广泛布点的问题,研制了一种微型空气质量监测系统,用于监测大气中CO、NO_(2)、O_(3)、SO_(2)、PM_(2.5)和PM_(10)的浓度。该系统分别采用电化学气体传感器和光学粒子计数器来测量气体污染物和颗粒物浓度。考虑到传感器在测量污染物浓度时容易受到大气温湿度的影响,基于多传感器融合技术通过温湿度补偿算法对测量结果进行了修正,并与NAAQMS发布的数据进行了比较,分析表明二者具有很强的相关性。与NAAQMS的数据相比,本系统10天监测数据的相关系数优于0.7;通过算法校正后,某些污染物(如PM_(2.5))的相关系数甚至可以提高到0.9。新设计的空气质量监测系统具有鲁棒性强、体积小的特点,适用于环境空气污染物的长期大面积分布式网络监测。

共混诱导制备圆偏振光突触晶体管

集成圆偏振光(CPL)识别及记忆学习功能的光子人工突触(PAS)器件对高级神经形态视觉系统具有重要价值。本文通过简单的共混策略及器件多层结构设计,制备了可见光范围内的CPL突触晶体管器件。实验证明,通过手性小分子(4-[[4-(己氧基)苯甲酰基]氧基]-1,1’-[1,1’-联萘]-2,2’-二酯)苯甲酸(S6N)或(R)-(9CI)-4-(己氧基)-[1,1’-联萘]-2,2’-二(氧羰基-4,1-亚苯基)苯甲酸(R6N)与聚(9,9-二辛基芴-2,7-二基)(PFO)共混制备的薄膜经过手性诱导和退火后具有强烈的手性光学活性。以该共混膜为手性层、联噻吩-氮杂异靛蓝-含氮苯并二呋喃二酮给体-受体共轭聚合物(C13P3.75)为电荷传输层,制备的双层光电晶体管能够在405 nm CPL照射下进行多种生物突触行为的模拟。成功模拟了兴奋性突触后电流(EPSC)、双脉冲易化(PPF)及短期记忆(STM)到长期记忆(LTM)的转变。实验结果表明,制备的有机场效应晶体管(OFET)器件具有优异的CPL区分能力,对405 nm CPL的光电流不对称因子达到了-0.492。

光交联制备可拉伸有机半导体材料

有机半导体材料因具备良好的溶液加工性以及优异的电荷传输性能,在柔性器件中展现出广阔的应用前景。本文介绍了一种制备可拉伸半导体材料的方法。该方法利用二苯甲酮光引发将3,6-二噻吩-2-基-2,5-二氢吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮基共轭聚合物(4Si)与聚二甲基硅氧烷进行光交联,研究了聚合物薄膜交联前后的电学性能和机械性能变化。结果显示,与未交联的4Si以及共混薄膜相比,交联薄膜的电学性能略微下降,但是机械性能得到了提升,起始裂纹应变由30%增加到50%。在100%的应变下,交联薄膜在平行应变方向上的迁移率为0.36 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1),是初始迁移率的1.44倍。

一种OLED显示参数温度自适应设计

本文介绍了一种便携式AMOLED显示屏的显示参数温度自适应设计方案。OLED是主动发光器件,在环境温度变化时发光材料像素间随温度变化表现出不同的发光特性,从而使得画面的参数如对比度、色坐标等发生变化。方案采用信号补偿方式进行自适应校正,环境温度特征点作为负反馈输入,显示参数值作为采样点,通过最小二乘拟合算法建立显示参数随着环境温度变化的数学模型,最后在软件中补偿显示参数的温漂误差。针对用户菜单中断和温度校正功能冲突的问题,设置了温度扫描阈值。测试结果显示,该方案能够很好解决显示参数的温度自适应问题。

2-己基癸酸改性的全溶液制备的CsPbBr_(3)量子点发光二极管

钙钛矿量子点发光二极管是极具发展潜力的新型显示技术。全无机CsPbX3(X=Cl,Br,I)钙钛矿量子点具有优异的光电性能,然而合成CsPbX3量子点时往往需要油酸(OA)和油胺(OAm)等配体的参与,这些配体和量子点之间的动态结合方式使其极易从量子点表面脱落,进而引发量子点的不稳定性现象。此外,油酸油胺的绝缘特性会阻碍发光二极管中载流子的传输并恶化器件性能。鉴于此,本文以CsPbBr_(3)量子点为研究对象,采用短链配体2-己基癸酸(DA)部分取代长链OA配体,系统探究了不同DA/OA摩尔比对CsPbBr_(3)量子点光学性能的影响。结果表明,经DA修饰的CsPbBr_(3)量子点表现出高达88.64%的光致发光量子产率。随后,将优化后的CsPbBr_(3)量子点应用到全溶液制备的发光二极管中,器件的最高亮度和最大外量子效率分别从9 cd·m^(-2)和0.04%提升至155 cd·m^(-2)和0.14%。接着,通过优化钙钛矿发光层和空穴传输层之间的能级匹配,进一步将器件的亮度和外量子效率提升至436 cd·m^(-2)和0.20%。

基于UWB的智能跟随车导航定位算法研究

针对目前市场上现有智能跟随车定位精度不足,提出一种基于UWB信号的定位算法。在智能跟随车的上方安置两个固定基站,手持标签到两个基站的距离数据经过卡尔曼滤波算法的处理,利用三角函数进行计算,得出标签到两个基站中点的距离和偏移角度,将距离和角度数据传送给电机控制模块,通过PID控制算法调节PWM值,从而控制电机的转速和转向。实验表明,该方法能够实现标签定位的距离误差小于9 cm,角度误差小于10°,使智能跟随车的定位更为精准。

TBA配体修饰CsPbBr3量子点制备及热稳定性研究

在热注入法制备全无机钙钛矿CsPbBr3量子点的过程中,增加使用短链的噻吩-3-硼酸,与长链烷基链配体一起形成量子点表面钝化层,被证明是提高量子点稳定性的有效方法。由于噻吩-3-硼酸中S原子与量子点表面Pb之间有更强的范德瓦尔斯力,可以在全无机钙钛矿量子点表面形成更加稳定的钝化层,从而有效抑制高温环境下CsPbBr3量子点表面缺陷的产生,以及由此引起的非辐射跃迁过程。对比实验表明,在120℃加热70 min的条件下,基于常规的长链配体的CsPbBr3量子点,其荧光强度大幅衰减到初始值的11%,同时PLQY从50.7%下降到4.5%。基于噻吩-3-硼酸配体表面修饰的CsPbBr3量子点,在相同热处理条件下荧光强度衰减到初始值的51%,相应的PLQY从66.7%下降到32.7%。红外光谱证明该新型配体的加入实现了更稳定的量子点表面钝化,从而有效提高了量子点材料的荧光量子效率和热稳定性。

GOSs-稀土配合物紫外增强材料的光谱分析与稳定性研究

氧化石墨烯薄片(GOSs)作为一种新型的二维片状材料,具有较高的比表面积、丰富的表面含氧官能团以及良好的光热稳定性。而稀土配合物通过无机稀土元素与有机配体的结合表现出优异的荧光特性。为了将两类材料具有的物化特性结合起来应用于紫外光谱探测领域。选取了合适的有机配体啉菲罗啉(1,10-邻二氮杂菲,phen)、2’2-联嘧啶(bpm)作为桥联分子,把氧化石墨烯(GOSs)与稀土配合物通过氢键自组装作用进行复合,制备了高效稳定可调的GOSs-稀土配合物复合荧光材料GOSs-Eu(BA)3phen和GOSs-Eu(TTA)3bpm,并且制备了相应的聚乙烯醇(PVA)共混紫外增强薄膜,对其光谱特性与稳定性进行了深入的研究。采用红外光谱、扫描电镜和金相显微镜等方法,对紫外增强材料进行了性能表征。采用吸收光谱,荧光光谱等方法,对紫外增强薄膜进行了性能表征。此外,通过热重测试(TGA)表征了GOSs氢键复合前后紫外增强材料的热稳定性,通过荧光强度-紫外光照次数表征了GOSs氢键复合前后紫外增强薄膜的光稳定性。红外光谱分析发现,进行配位前后有机配体的特征峰产生了频移,表明稀土配合物中Eu 3+与配体之间存在着明显的配位作用。在进行复合之后,桥联配体的特征峰也产生了偏移,表明GOSs与稀土配合物通过桥联分子的氢键作用进行了进行复合。吸收光谱与荧光光谱测定结果表明增强薄膜吸收峰在200~400 nm,荧光主峰在612 nm左右,为Eu 3+特征红色荧光峰,且不同配体可以实现不同范围的吸收产生差异化的荧光表现。扫描电镜和金相显微镜清晰地展示了稀土配合物复合前后的微观形貌,即颗粒状稀土配合物附着在石墨烯薄片上。光稳定性测试表明经过GOSs氢键复合之后,Eu(BA)3phen和Eu(TTA)3bpm稀土配合物荧光材料在进行25次荧光强度测试后光漂白程度分别下降了4.26%和6.41%,提高了其光稳定性。热重测试也表明在经过GOSs氢键复合之后,稀土配合物的热稳定性有了很大提高。总之,得益于GOSs和稀土配合物的特性结合,所制备的紫外增强材料表现出优异的荧光特性与稳定性,必将在紫外探测方面有着广阔的应用前景。

基于手性聚噻吩嵌段共聚物的圆偏振光探测器

手性有机半导体由于具有光谱可调和易于加工的优点,在小型化和集成化的圆偏振光检测中具有广泛的应用前景。本文通过控制手性异腈(PPI)的加入合成了聚(3-己基噻吩-嵌段-聚(苯基异氰))(P3HT80和P3HT80-PPI(L)30)。实验结果证明了两种半导体聚合物被成功合成。测试了两种半导体聚合物的光学特性,发现嵌段聚合物P3HT80-PPI(L)30具有手性光学活性。制备了基于有机场效应晶体管的圆偏振光探测器,研究器件对于450 nm的圆偏振光旋向的区分性能。实验结果表明,手性异腈(PPI)的加入虽然降低了P3HT80的电学性能,但引入了手性光学活性,使基于P3HT80-PPI(L)30制备的器件能够区分圆偏振光的旋向,并且在450 nm的光电流不对称因子gres达到了0.083。

喷墨打印C8-BTBT薄膜中的衬底效应及其OTFT器件

以喷墨打印制备的共轭有机小分子2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩(C8-BTBT)作为有机薄膜晶体管(OTFT)的有源层,分别采用紫外臭氧处理、旋涂聚(4-乙烯基苯酚)(PVP)薄膜、自组装苯乙基三氯硅烷(PETS)单分子层和苯基三氯硅烷(PTS)单分子层四种衬底修饰方法,分析有机小分子薄膜生长过程中的衬底效应,及其对OTFT器件性能的影响。其中PVP或PETS修饰衬底具有疏水及低表面粗糙度的特性,在其上喷墨打印沉积的C8-BTBT单线条薄膜具有均匀性好、覆盖率高且有序堆积的结晶形貌,基于这种高质量薄膜制备的OTFT器件性能最优,饱和场效应迁移率达到1 cm2·V-1·s-1左右,开关比超过106。结果表明,对打印衬底进行疏水性处理及降低表面粗糙度是制备高性能共轭小分子OTFT器件的有效途径。

非对称结构诱导取向生长的有机半导体薄膜

采用非对称立体结构,利用其表面在微米尺度范围上存在的表面曲率变化及其各向异性的梯度特征,作用于喷墨打印在结构上方的TIPS-并五苯前驱体溶液表面,形成不对称的液体表面张力分布,从而驱动有机半导体发生取向生长。基于这种非对称立体结构制备了有机薄膜晶体管(OTFT)阵列,其平均迁移率提升了近40%,同时迁移率的变异系数由68%减小到39%。

席夫碱修饰的α-氰基二苯乙烯荧光液晶材料的合成与发光性质

为获得高效的发光液晶材料,将席夫碱结构单元引入α-氰基二苯乙烯体系,合成了(Z)-2-(4-((E)-4-丁氧基-2-羟基苯乙烯氨基)苯基)-3-(4-丁氧基苯基)丙烯腈(BHPA)。通过紫外-可见吸收光谱和荧光光谱,研究其聚集诱导发光增强(AIEE)性质;利用热重分析(TGA)、差示量热扫描(DSC)、偏光显微镜(POM)研究其热力学性质和液晶性质。结果表明,BHPA是具有AIEE特性的发光液晶材料,取向的BHPA膜具有发光各向异性,其线偏振度约为0.41。

便携式机动车超细颗粒物粒径谱仪研制

精确测量机动车排放尾气中的超细颗粒物粒径分布,对于大气污染和人体健康风险评估意义重大。基于之前研发的单极性荷电器、平板差分电迁移分析仪(PDMA)和法拉第杯静电计(FCE)等模块,研制了一款便携式超细颗粒物粒径谱仪,可实时监测机动车排放尾气中20~500 nm的超细颗粒物粒径分布。开展了自研粒径谱仪的标定实验,结果表明该粒径谱仪所测得的粒径峰值与TSI 3081A/3082筛选出的40 nm和100 nm的单粒径颗粒物相差±5%以内,同时所测得数浓度与毕加索(Pegasor)颗粒物数浓度监测仪(PPS-M)测得的数浓度相差±10%。进而针对不同型号机动车进行了外场实验,实验结果表明汽油和柴油机动车排放尾气中的颗粒物数浓度主要集中在小于40 nm的粒径范围。此外在与商业仪器的比对实验中,自研粒径谱仪测得峰值的中值粒径为20 nm,商业化的静电低压撞击器(ELPI)测得峰值的中值粒径为17 nm,二者相差15%,表明二者具有良好的一致性。

聚合物钝化钙钛矿量子点的红光放大自发辐射性能

全无机CsPbX_(3)(X=Cl、Br、I)钙钛矿量子点具有优异的发光性能,是一种极具应用潜力的新型显示材料及激光增益介质。本文制备了发光峰位于640 nm的CsPbBr_(1.2)I_(1.8)红光量子点,在该量子点薄膜表面分别涂覆聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚甲基丙烯酸异丁酯(PIBMA)、聚苯乙烯(PS)3种带不同功能基团的聚合物,制备了CsPbBr_(1.2)I_(1.8)/PMMA、CsPbBr_(1.2)I_(1.8)/PIBMA、CsPbBr_(1.2)I_(1.8)/PS复合薄膜,研究它们的放大自发辐射性能。结果表明,聚合物钝化一方面提升了量子点的水稳定性,另一方面,PMMA和PIBMA中的C=O钝化了量子点表面未配位的Pb^(2+),增强了量子点薄膜的光致发光强度。进一步的,在532 nm的纳秒激光泵浦下,CsPbBr_(1.2)I_(1.8)/PIBMA薄膜放大自发辐射阈值可低至81μJ·cm^(-2),稳定性也得到提升,展现了作为新型增益介质的潜力。

倒置QLED器件中氧化锌电子传输层的镁掺杂效应

基于2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩(C8-BTBT)与无机钙钛矿CsPbBr3 量子点构成复合发光层,采用倒置QLED器件结构(ITO/ZnO/EML/CBP/MoO3/Al),研究了氧化锌电子传输层的镁离子掺杂工艺对发光层荧光量子效率及界面稳定性的影响规律和机制。镁离子掺杂可以在一定范围内线性调控电子传输层的光学带隙,同时有效改善薄膜的表面形貌,从而提高与发光层之间的界面质量。实验发现,相对于未掺杂的ZnO薄膜,Mg0.09Zn0.91O薄膜的表面粗糙度和表面能显著下降,光学带隙则提高了0.2 eV,相应的以电子漂移为主的电导率显著下降。进一步通过调控复合发光层中的主客体比例,可以调节空穴注入比,改善载流子传输的平衡性。采用Mg0.09Zn0.91O薄膜作为电子传输层的主客体复合发光层具有更高的荧光量子效率和PL荧光寿命。研究为开发相应的倒置结构电致发光器件提供了坚实的实验依据。

基于三组分共轭聚合物的高灵敏度有机晶体管二氧化氮传感器

研究了基于联噻吩-氮杂异靛蓝-双(2-氧代二氢-7-氮杂吲哚-3-亚基)苯并二呋喃二酮的三组分给体-受体共轭聚合物(BTNIDNBIBDF-50)薄膜对二氧化氮气体传感特性。通过控制半导体浓度调控半导体薄膜表面形貌,研究其对二氧化氮气体灵敏度的影响。聚合物半导体BTNIDNBIBDF-50的浓度为2 mg/mL时对NO_(2)气体表现出最优的传感性能,对体积分数为10×10^(-6) NO_(2)气体的灵敏度为121.44%。实验结果表明:三组分共轭聚合物BTNIDNBIBDF-50呈现双极型半导体特性,降低聚合物半导体浓度会使薄膜表面出现明显的孔洞结构,提高传感器对NO_(2)气体的灵敏度。但过多的孔洞又会使气体解吸附速率的变化大于吸附速率变化,导致传感器灵敏度降低。

具有叠层超薄膜结构的高性能有机晶体管氨气传感器

研究了基于给-受体共轭聚合物双(2-氧代二氢吲哚-3-亚基)-苯并二呋喃-二酮和联噻吩(PBIBDF-BT)超薄膜叠层晶体管的电学性能及氨气传感特性。使用相分离方法以及转移-刻蚀步骤制备了不同堆叠层数的PBIBDF-BT超薄膜。系统地研究了PBIBDF-BT超薄膜堆叠层数与器件性能的关系。实验结果表明,单层PBIBDF-BT超薄膜器件对氨气具有良好的传感性能,电学性能较差。超薄膜叠层能够有效提高传感器的电学性能,随着超薄膜叠层数量的增加,器件迁移率不断上升;超薄膜层数增加为3层及更多时迁移率上升趋势变缓,迁移率最大值为0.58 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1)。超薄膜叠层器件氨气传感性能在层数为2层后呈现下降趋势。通过PBIBDF-BT超薄膜叠层方法,制备出在1.0×10^(-5)氨气环境下,迁移率为0.23 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1)、源漏电流变化百分比为90.7%、性能良好的OFET氨气传感器。

聚合度与交联对碘系PVA偏光膜湿热稳定性的影响

利用流延法制备聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol,PVA)偏光膜,通过正交实验确定碘化和交联时间,得到了不同聚合度以及交联与未交联的碘系PVA偏光膜。通过UV-Vis对湿热老化前后PVA偏光膜进行透过率测试和偏振度计算;利用Raman和XRD表征了不同聚合度偏光膜的化学形态和晶体结构;通过FT-IR分析湿热老化前后偏光膜的分子结构,系统探究了聚合度与交联对偏光膜光学性能及其耐老化的影响。研究结果表明,随着聚合度的增加,PVA膜对碘离子的吸附能力变强,偏光膜中I5-比重增加,其耐湿热老化性变好。从偏光膜的偏振度变化来看,聚合度越大其光学性能越好,老化失效率越低。在相同聚合度下,交联大幅提高了偏光膜的抗水解和耐湿热老化性能。高湿环境促进了偏光膜的解取向和交联结构中硼酯键的水解,导致膜结构和碘离子定向排列结构的破坏。碘离子流失是偏光膜失效的主要原因。