无机纳米颗粒及界面层协同改善倍增型近红外有机光电探测器性能

近红外有机光电探测器具有低成本、可溶液旋涂、生物兼容性好和柔性可穿戴等优势,在生物传感、医学成像、柔性可穿戴电子器件等领域有广泛的应用前景。倍增型有机光电探测器相比于二极管型有机光电探测器,因其具有更高的外量子效率(EQE>100%)和灵敏度而备受关注。该类器件利用电极附近被载流子陷阱捕获的一种载流子能辅助另一种极性相反的载流子从外电路隧穿注入到活性层中,实现光电倍增,但陷阱的数量在一定程度上会影响器件性能的进一步提升。本文通过在活性层中掺入无机ZnO纳米颗粒来增加电子陷阱数量,使得器件在反向偏压保持暗电流密度的前提下,亮电流密度得到提高。通过优化,发现当ZnO纳米颗粒掺杂比例为5%时性能最优,在850 nm LED照射、-15 V偏压下,与未掺杂ZnO纳米颗粒器件相比,亮电流密度提升了7.4倍。在此基础上,本文协同Al_(2)O_(3)界面修饰层,进一步改善器件性能。结果表明,Al_(2)O_(3)界面修饰层的插入可改善器件的阳极界面接触特性,使得器件在正向和反向偏压下都能够实现光响应。Al_(2)O_(3)修饰后的器件在15 V偏压、全光谱范围内,EQE最高可达10^(5)%,R最高达10^(4) A/W。本工作为高灵敏度有机光电探测器的发展提供了新的思路和方法。

聚乙烯亚胺包覆氧化锌电子传输材料的制备及其对有机光伏电池空气和紫外稳定性的增强效应

活性层与电极之间的界面层材料对有机太阳能电池(OSCs)至关重要,它直接影响器件的性能和稳定运行。作为一种广泛应用的电子传输材料,氧化锌(ZnO)纳米颗粒(NPs)较高的表面缺陷态易在表面吸附水氧,严重影响OSCs的效率和稳定性。因此,本文设计了一种既能钝化表面缺陷又能调节能级的聚乙烯亚胺(PEI)包覆ZnO NPs的协同策略,采用水热法成功合成了ZnO@PEI NPs,并将其作为电子传输层(ETL)应用于基于PM6∶BO-4Cl∶PC61BM的OSCs中。结果表明,使用ZnO@PEINPs作为ETL制备的光伏器件的光电转换效率(PCE)略有下降,但由于包覆的PEI钝化了ZnO表面缺陷,ZnO@PEI NPs器件展现出更好的空气和紫外稳定性。本研究提出了一个构建多功能、高稳定性ETL的有效策略,为实现高稳定OSCs提供了一条适用的新途径。

高对比度有机刺激响应发光材料研究进展(综述)

【目的】信息技术的不断发展对经济、政治、文化和军事等领域产生了深远影响,信息安全问题也变得愈发突出。将信息深度隐藏是提高信息安全的重要途径之一,开发具有信息深度隐藏功能的材料是研究的热点之一。刺激响应发光材料能够对机械力、光、温度、pH值等外部刺激产生响应性荧光信号,而具备信号开关转换功能、高对比度以及高信噪比的发光启亮型材料在信息深度隐藏领域展现出明显的优势和巨大的应用潜力。【方法】按照从分子结构改变到聚集态结构转变的顺序,总结了近五年不同类型的刺激响应发光启亮型材料,并对该材料体系进行了系统归纳。【结论】从发光机制、动力学调控、多相态转换等角度,总结了高性能刺激响应发光材料仍存在的问题,并提出了解决思路,旨在为新型高性能刺激响应发光材料的设计、制备和应用提供可借鉴的理论和实践经验。

碱处理对废旧涤纶织物/汉麻秆复合材料性能影响研究

为解决汉麻秆粉末与疏水性聚合物基体间界面相容性差的问题,以8%(质量分数)NaOH溶液为改性剂对汉麻秆进行碱处理,再制备废旧涤纶织物/汉麻秆复合材料。通过力学性能测试,结合扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热(DSC)等技术手段,对复合材料性能进行研究。结果表明:对汉麻秆进行碱处理后,汉麻秆粉末表面被刻蚀,粗糙度增加,非纤维素成分溶解,与基体之间的结合力增大。相较未经碱处理制备的废旧涤纶织物/汉麻秆复合材料,碱处理制备的复合材料弯曲强度提升了25.0%,内结合强度提升了29.7%;玻璃化转变温度和结晶温度分别由71.2℃和216.5℃上升至79.1℃和220.7℃,界面相容性得以改善;结晶度减小。

一种新型红光有机电致发光材料的合成与性能

采用Suzuki耦合反应合成了一种新型的线性双偶极小分子红光有机电致发光材料,即2,7-二噻吩基-9-芴酮(2,7-di(2-thienyl)fluoren-9-one,DTFO),对其结构及电子性能进行了模拟计算,通过各种测试方法表征了其化学结构,并对其光物理性能、热稳定性及成膜性进行了详细表征。实验结果表明,DTFO为线性近平面交替共轭结构;在光致发光谱中,溶液中DTFO发射的峰值波长为616 nm,固态DTFO为618 nm;电致发光光谱显示其发光为峰值波长为570 nm的红光发射。此外,DTFO还具有优良的热稳定性和成膜性。

重油残渣基新型碳功能材料的研究进展

综述了以重油残渣为原料,采用化学气相沉积法、共炭化法和微波等离子体法可控制备气相生长碳纤维、碳微球、内包铁洋葱状富勒烯、纳米碳管、内包金属碳微米颗粒及定向碳纳米薄膜等各种高附加值碳材料;采用等离子体氧化法、酸处理法、化学还原法等方法对气相生长碳纤维和碳微球进行表面修饰,在产物表面引入含氧官能团,解决了可溶性碳材料的制备问题;在碳微球表面引入Pt纳米颗粒,使重油残渣基新型碳材料在表面修饰和功能化后可望成为性能优异的吸附和催化材料。

Mg-Li合金界面结构及合金化效应的第一性原理研究

利用第一性原理中的DFT理论,研究了Mg/Li界面的能量和电子结构,讨论了替位型掺杂的元素Zn、Al、Si、Ca在Mg/Li界面处的作用。结果表明,合金化元素Zn、Si、Al替换界面处Li原子后,均可提高Mg/Li界面的结合能力,使得界面更加稳定。同时,研究了Mg/Li界面体系的总能量、界面面积、电荷密度以及应力-应变曲线,表明了Zn、Si、Al可改善Mg/Li界面的结合能力,它们由强到弱为:Zn,Si,Al。另外还探讨了合金化元素的强化机理。

凹凸界面结构对磷光材料器件性能影响的研究

以有机电致磷光器件ITO/NPB/CBP+Ir(ppy)3/Li F/Al为研究对象,在该器件中,CBP(4,4'-N,N'-二咔唑联苯)为主体材料,Ir(ppy)3(三(2-苯基吡啶)铱)为磷光掺杂剂,NPB为空穴传输层。然后在参考器件的NPB/CBP+Ir(ppy)3界面处构建了凹凸结构,制备了一系列凹凸发光层的磷光器件。通过电流密度-电压-亮度曲线、电流效率-电压曲线考察了不同凹凸发光层磷光器件的电致发光性能,并分析了这些器件的界面电荷俘获以及注入电荷动力学。研究结果发现,当凸起个数为3个时,器件的最大电流效率为22 cd/A,与传统结构器件相比提高了26%。电流效率的提高主要归结于以下两个原因:一方面,凹凸结构拓宽了载流子复合界面的面积,从而减弱了三线态激子-三线态激子的淬灭;另一方面,凹凸结构有利于减弱器件的光波导效应,增强器件内部的光耦合输出效率。

球差矫正电子显微镜在新型二维晶体材料研究中的应用

近年来，以石墨烯为代表的新型二维晶体材料由于其独特的微观结构和新颖的物理化学性能得到了诸多领域研究者的广泛关注。重点介绍了低加速电压下原子分辨率的原子序数衬度成像（Z衬度像）在二维晶体材料微观结构表征中的应用。装备有球差矫正器的新型电子显微镜在低加速电压下（60kV）的分辨率可以达到-0．1nm，避免了对B，C，N和O等轻元素原子的Knock—Oil损伤。通过原子分辨率的电子能量损失谱分析验证了Z衬度像在二维晶体观测中的可靠性。利用球差矫正电子显微成像技术可在二维晶体中快速准确地判断掺杂原子的种类，可以研究二维晶体材料中原子尺度的界面和缺陷结构。球差矫正电子显微学在新型二维晶体材料研究中的最新进展将对晶体结构学、材料科学、物理学等产生重大影响。

新型炭功能材料在抗菌敷料中的应用研究进展

微/纳米炭功能材料(如活性炭纤维、纳米碳管、石墨烯、碳点和炭气凝胶)具有原料来源广泛、制备成本低以及生物相容性、物理化学性能和机械性能优异等优点,可以作为抗菌材料和载体赋予伤口敷料强大的杀菌活性,有望提高伤口的治疗效果。本文综述了基于微/纳米炭材料的高度创新抗菌剂和抗菌敷料,为治疗感染伤口开辟了新的途径,并提出了目前所存在的问题和解决对策,展望了未来碳基抗菌敷料的研究前景。

一种新型宽发射材料的合成及其光电性能研究

以2-噻吩甲醛、苯胺及方酸为原料合成了一种新型含噻吩基方酸菁衍生物的宽发射有机电致发光材料——1,3-二(苯基噻吩氨基)方酸(SQ),通过核磁共振、红外光谱和元素分析确定其分子结构。并研究了其光物理性能。研究发现,SQ薄膜的发射光谱位于517nm,半峰宽105nm。将其作为发射材料首次制备了结构为ITO/MoO3(3nm)/NPB(20nm)/SQ(15nm)/TPBi(27nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)的发光器件,得到了峰位在520nm,半峰宽为132nm的宽发射光谱。利用其宽发射特性,进一步设计白光器件,其结构为ITO/MoO3(3nm)/CBP(23nm)/TPBi∶SQ(5%,15nm)/TPBi(27nm)/LiF(1nm)/Al(100nm),此器件启亮电压为5V,最大亮度为124cd/m^2(at 13V),最大电流效率为0.12cd/A,CIE为(0.30,0.33)。结果表明,通过在TPBi主体材料中掺杂SQ,利用主客体材料之间发生能量不完全传递,可实现色饱和度好的白光发射。

激光照明用荧光材料的研究进展

半导体激光器具有亮度高、传输距离远等优点,特别适用于特殊照明领域(如激光车灯、投影显示等)。简述激光照明的实现方式以及目前存在的主要问题,重点综述稀土、半导体、碳点3种荧光材料在激光照明中的研究进展。稀土作为目前最常用的激光照明用荧光材料,主要有稀土荧光粉、荧光陶瓷、荧光玻璃3种形式,具有光热稳定性高等优点,但资源不可再生和价格昂贵等限制了其进一步应用;半导体荧光材料主要有以CdSe和ZnS为代表的第二代半导体量子点材料、以SiC和AlN为代表的第三代半导体材料和钙钛矿材料,第二代半导体量子点材料和第三代半导体材料具有发光效率高、性能稳定等优点,但受限于成本和工艺,钙钛矿材料具有带隙可调、可获得稳定的自发辐射等优点,但含有毒性元素且对环境的高度敏感性导致其稳定性较差;碳点荧光材料具有发光波长可调、低毒性等优点,主要有光转换材料和增益介质2种形式,但目前在激光下的热稳定性欠缺。最后,对未来激光照明用荧光材料的发展前景进行展望。

壳聚糖基生物可降解食品包装材料的研究进展

食品包装是确保食品安全的重要方式。壳聚糖因具有来源广泛、生物相容性、生物可降解性、抗菌性和易于成膜等优点,成为当前食品包装材料领域的研究热点。其丰富的活性表面基团可以通过多种物理和化学方法进行修饰,为此,综述了壳聚糖与不同物质复合形成食品包装薄膜的研究进展,并简要介绍了几种常用的包装薄膜的制备方法,为进一步的研究提供有意义的指导和借鉴。最后对壳聚糖基食品包装薄膜研究的发展前景进行了展望。

材料界面原子、电子结构的设计与表征

材料的变形与相变、晶体生长、电荷分离传输、催化反应等过程均涉及到材料中的界面问题,并且紧密依赖于界面附近的原子和电子结构。因此,可以通过调控材料的界面原子、电子结构来赋予材料特殊的新功能。介绍了材料界面研究的最新进展,枚举了研究者如何获得固-固材料界面的原子结构,在光催化和太阳能电池中如何利用界面分离和电荷传输及电子全息技术定量分析二维电子气,以及在材料生长和催化过程中的固-液和固-气界面演化。这些研究结果展示了人们对界面原子、电子结构前所未有的认知,这些科学而直观的构效关系对于启发研究者设计和构筑更加精细、高效的界面结构提出了新思路。

以二苯并吩嗪为核心的聚集诱导发红光材料制备及表征

有机红光材料在全色显示、生物成像及荧光探针等方面有着重要的应用前景。本文以电子受体二苯并吩嗪为核,在其3,6位引入给电子基二苯胺衍生物,在其11,12位引入拉电子基吡啶,设计并合成了一种具有给-受体结构的化合物DBPAP。通过元素分析、核磁共振波谱和质谱对化合物的化学结构进行了表征与确认。荧光发射光谱表征发现,DBPAP在四氢呋喃和水的混合溶剂中随不良溶剂水含量增加呈现出典型的聚集诱导发光现象。基于其在固态下的有效红光发射,将DBPAP掺杂到PMMA中制备了红光LED器件。在3.8 V工作电压下,器件的最大发射波长为644 nm,CIE坐标为(0.58,0.35),最大亮度为1 616 cd·m^(-2)。该工作为发展新型固态有机红光材料提供了重要思路。

基于PtOEP分子温度探针对OLED结温的判定及实验研究

使用正性光敏聚酰亚胺(PSPI)和光刻技术制备了一系列不同图案化的有机发光二极管(OLED)器件,以铂八乙基卟啉(PtOEP)作为分子温度探针探究不同图案化OLED所产生的热效应,并进一步研究不同热效应对OLED器件的影响。结果表明,像素尺寸在500μm以下时,器件工作中产生的热效应与像素尺寸呈正相关,且与线宽和总开口面积无关;而像素尺寸达到500μm以上时,器件中产生的热效应没有进一步增长。其中5μm孔径的像素在室温10 mA/cm^(2)电流密度下工作时,器件的温度为303.29 K,而相同条件下像素尺寸为2000μm时,器件温度可高达314.65 K;当环境温度升至323.15 K时,器件所产生的热效应呈现相同的趋势。具有不同热效应器件的外量子效率曲线表明,器件温度的升高导致外量子效率降低,其原因是温度升高导致载流子迁移速率加快,但同时也使三线态激子之间及激子与极化子之间的碰撞概率升高,从而加剧激子猝灭,导致效率下降。

表/界面双重修饰提高钙钛矿太阳能电池性能

采用二维/三维(2D/3D)钙钛矿结构已被证明是提高钙钛矿太阳能电池综合性能的有效策略,但该策略通常要求表面2D修饰层厚度极薄致使其不能连续覆盖3D钙钛矿层,而未覆盖/修饰的3D钙钛矿表/界面则可能因仍然存在大量缺陷而影响器件性能。基于此,研发了一种简单有效的环己甲胺氢碘酸盐(CMI)+苯乙基碘化铵(PEAI)表/界面双重修饰策略,即利用PEAI修饰由CMI构建的2D/3D钙钛矿结构来实现更为充分的缺陷钝化和界面修饰。结果表明,CMI+PEAI双重修饰钙钛矿薄膜的表面粗糙度和缺陷态密度明显低于未处理和单一CMI表界面修饰的钙钛矿薄膜,分别降至11.3 nm和2.29×10^(15)cm^(-3),且该双重修饰方法将钙钛矿薄膜的光生载流子寿命提高至45.1 ns,并有效促进了钙钛矿/空穴传输界面处的电荷提取,最终使太阳能电池的性能参数得到明显提升。CMI+PEAI双重修饰太阳能电池的平均能量转化效率为20.12%±0.35%,明显优于未处理器件(16.79%±0.57%)及单一CMI表/界面修饰器件(18.81%±0.34%),同时也展现出了最佳稳定性。该研究提供了一种更为充分、有效的钙钛矿表界面修饰/钝化策略,有助于进一步提高钙钛矿太阳能电池的综合性能。

基于低维材料的神经形态器件研究进展

大数据和物联网时代的到来使得传统冯·诺依曼架构的计算机在数据处理过程中面临极大的挑战,存算分离的架构从根本上限制着计算机的计算速度和能效,迫切地需要开发一种新的计算范式来应对当前面临的问题和挑战。近年来,神经形态计算以高度的并行处理、极低功耗和存算一体的特征受到广泛关注。其中,具有独特物理机制的新型神经形态器件是构建神经形态芯片的基本底层单元。在构建神经形态器件的众多候选电子材料中,低维材料相比传统三维材料具有优异的物理特性和电学特性,并且弱的层间范德华力使其易于堆叠,有利于异质整合集成。本文详述了基于低维材料的人工突触器件和人工神经元器件的研究进展,总结了不同类型神经形态器件的工作机制、性能指标和技术优势。在此基础上,介绍了低维材料的神经形态器件在视觉、听觉、运动控制和规模集成芯片等领域的应用,并对神经形态器件未来发展趋势进行了展望。

用于检测苯胺的新型铜席夫碱络合物设计及应用研究

以4-甲酰基三苯胺、2-肼基苯并噻唑和硝酸铜为原料,通过醛胺缩合及金属螯合反应合成了一种铜络合物探针T-Cu,并将其用于苯胺检测。结果表明,苯胺加入后探针溶液颜色由红色转变为黄色,可实现对苯胺的“裸眼”比色型识别。该方法具有较高的灵敏度,检测限低至0.368μmol/L;同时,检测过程不易受常见苯系物、金属阳离子、阴离子及其他小分子的干扰,表现出优异的特异性。该探针在实际水样中具有优异的苯胺识别效果,在环境检测领域具有广阔的应用前景。

壳聚糖基吸附材料去除水中有机染料的研究进展

壳聚糖是一种丰富的天然生物多糖,具有无毒、生物相容性好、生物可降解等众多优异性能。由于壳聚糖分子结构上的氨基、羟基等可作为吸附位点,因此它成为了吸附领域的研究热点。综述了近些年来壳聚糖基吸附材料的改性及其在染料吸附方面的研究进展,指出壳聚糖基吸附材料吸附有机染料的主要机理为:静电吸引、络合作用、氢键作用、π-π相互作用和物理吸附作用。基于目前的研究现状,指出壳聚糖基吸附材料在该领域研究中应着重考虑再生性、选择性和分离性。