一维GaN纳米材料制备及其光电器件研究进展

一维GaN纳米材料相对于薄膜材料在光电器件应用方面具有诸多优势,本文主要论述一维GaN纳米材料的主要制备方法及其光电器件应用的研究进展。首先分别介绍采用MOCVD、MBE、CVD及模板法制备一维GaN纳米材料,重点论述GaN纳米材料的结构与形貌调控。其次介绍一维GaN纳米材料分别应用于主要光电器件包括LED、太阳能电池、激光器及光探测器的研究动态,讨论纳米材料性能、结构以及制备技术对其器件性能的影响。最后对一维GaN纳米材料的发展与应用前景进行展望。

以BAlq为主体的高效高色纯度的红色有机电致磷光器件

以铱配合物红色磷光体Ir(piq)2(acac)为掺杂剂,制备了基于BAlq材料的红色电致磷光器件,其结构为ITO/NPB(30nm)/Ir(piq)2(acac)∶BAlq(25nm)/BCP(13nm)/Alq3(35nm)/LiF(1nm)/Al(1000nm),当掺杂浓度为8%的时候,器件发光的色坐标为(x=0.67,y=0.32),基本满足了全色显示对红色发光的要求。在电压为16V时,器件达到最高亮度9380cd/m2。在电流密度为5.45mA/cm2时,外量子效率达到最大5.7%。由于磷光体Ir(piq)2(acac)的磷光寿命较短,所以器件在高电流密度下,仍然保持较高的外量子效率。电流密度为100mA/cm2时,外量子效率仍然维持在4.7%。进一步研究表明在器件中短程的Dexter能量传递以及红光染料对空穴的直接捕获两种机制同时存在。

白光二极管用Ba_3MgSi_2O_8基质发光材料的溶胶雾化-微波烧成与光谱性质

分别采用溶胶雾化-微波烧成工艺和高温固相法制备了用于白光发光二极管的Ba3MgSi2O8∶Eu,Mn,Al荧光粉。溶胶雾化-微波烧成两步法制备的样品物相纯度和结晶度都比较高,具有中心位置437,500,608nm的三色发射带。在375nm紫外光激发下,发光的色坐标为x=0.3253,y=0.2134,相关色温7391K,可得到预期的白光发射。其中蓝、绿两个发射带分别来自于Ba3MgSi2O8和Ba2SiO4晶格中Ba2+格位的替位原子Eu2+的5d-4f跃迁,红光发射带源于Ba3MgSi2O8中Mn2+的4T-6A跃迁发射。红光的激发谱与蓝光的激发谱几乎重合,可以确定在Ba3MgSi2O8∶Eu,Mn,Al发光过程中存在着从蓝光发射中心到红光发射中心的能量传递。但是,与通常的共振能量传递模型不同,蓝光发射谱与红光激发谱之间并没有明显的光谱重叠。相比之下,高温固相法样品没有观察到红光发射,这一方面是由于生成的Ba2SiO4中杂相较多,激发光很大一部分被Ba2SiO4晶格中的Eu2+绿光发光中心吸收,传递到Mn2+红光发光中心的能量减少;另一方面与固相法中Mn2+在Ba3MgSi2O8晶格中掺杂困难有关。

零维、一维和二维ZnO纳米材料的应用研究进展

氧化锌宽禁带半导体不仅具有优异光电性质,而且包含丰富的零维、一维和二维纳米结构。本文主要从零维、一维和二维氧化锌纳米结构的角度出发,分别论述其在光催化器件、气体探测器、太阳能电池、光探测器、发光二极管、激光器、压电转换器件和阻变存储器应用领域的研究进展,并横向对照3种维度氧化锌纳米材料在不同器件领域的应用情况,分析总结不同维度各自物理特性优势发挥的应用器件,最后对氧化锌纳米材料应用面临的难实现p型掺杂等问题进行了展望。

零维、一维、二维无机纳米材料催化还原CO2研究进展

CO_2是温室气体的主要成分,但也是可被利用的潜在碳能源。主要介绍了近年来丰富的纳米材料包含零维、一维、二维无机纳米材料催化还原CO_2的研究现状。综述了不同课题组采用零维、一维、二维纳米结构进行催化还原CO_2,从材料结构、催化性能以及基本反应机理等方面进行分析和评述,分析总结不同维度的纳米材料各自的优势。最后对CO_2催化还原研究的发展方向和应用前景进行了展望。

PbS量子点电致发光器件中的光子晶体结构设计

将PbS量子点电致发光器件的发光层引入二维光子晶体结构,利用光子晶体的光子带隙效应提高器件的发光效率。采用平面波展开法计算了以空气为背景,由圆形或方形介质柱所构成的不同晶格排列的光子晶格的能带图,获得光子晶体结构参数对完全带隙的影响规律。结果显示:采用方形介质柱以蜂窝方式排列的光子晶体在填充率f=0.283时具有较宽的完全带隙△ω=0.134 6(2πc/a)。利用有限元法模拟了晶格常数a=476 nm,方形介质柱边长l=167 nm时,波长为1 124 nm的光在该光子晶体中传播的光场分布图。计算得到具有该光子晶体结构的PbS量子点电致发光器件的发光效率可达57.9%。

基于ZnS量子点与聚合物混合层的有机双稳态器件的记忆特性及其载流子传输机制(英文)

用ZnS量子点与poly-4-vinyl-phenol(PVP)复合,通过简单的旋涂法制备了结构为ITO/ZnS∶PVP/Al的一次写入多次读取(WORM)的有机双稳态器件。器件起始状态为OFF态,通过正向电压的作用,器件由OFF态转变为ON态,并且在正向或反向电压的作用下,器件始终保持在ON态,表现出良好的一次写入多次读取的存储特性。与不含ZnS量子点的器件相比,含有ZnS量子点的器件表现出明显的双稳态特性,其电流开关比达到104,这说明ZnS量子点在器件中起到存储介质的作用。通过对器件电流-电压(I-V)特性的测试,详细讨论了器件的双稳态特性以及载流子传输机制,并且用不同的传导理论模型分析了器件在ON态和OFF态的电流传导机制。器件I-t曲线表明器件在大气环境中具有良好的永久保持特性。

碱金属原子的光激发与光电离

本文研究了碱金属原子在三步激光脉冲作用下的光激发和光电离过程的动力学特性,重点关注和比较了锂和铯原子的异同.针对多种激发模式,本文不但建立了其原子布居数在各个跃迁态的速率方程组,还给出了各相关态的光激发和光电离过程的解析解.通过精心设计并选择了特殊情况,显著简化了解析解的数学表达式,从而凸显和讨论了其物理内涵.通过自行编程,系统地计算和观察了各种激发模式对锂原子的光激发和光电离过程的可能影响,研究和讨论了电离率随激光参数的变化规律.在相同激发模式下,比较和分析了采用两种不同激发路径所导致的各态原子布居率的变化,凸显了改变原子参数所产生的作用.探讨了锂和铯原子在类似的激发条件下在电离率方面的差别.最后,基于本文的研究结果,本文指出了优化电离率的多种途径.

利用光电离技术研究奇宇称的Sm原子光谱

采用一台频率可扫描的染料激光器将Sm原子从4f66s2 7FJ(J=1,2)态分别激发到具有不同电子组态的若干原子态上,然后利用光电离技术对处于上述状态的Sm原子进行高灵敏探测.通过波长固定在355 nm的紫外激光器,我们对一系列具有4f66s6p或者4f55d6s2电子组态的原子状态进行了精密的光谱测量.本实验研究不但确定了这些态的能级位置,还给出了它们的相对光谱强度.通过理论方法对光谱数据详细的分析,我们不但确认了文献中Sm原子的部分奇宇称能级的位置和光谱标识,还同时给出了许多新的跃迁及其光谱特性.

锡铅混合钙钛矿太阳能电池垂直组分梯度的溶剂工程调控

带隙1.1~1.4 eV的锡铅混合卤化物钙钛矿是单结太阳能电池光电转换效率(PCE)接近Shockley-Queisser(S-Q)理论效率极限值的理想材料。钙钛矿薄膜垂直方向上的化学组分梯度会通过影响能带结构影响载流子的传输和分离,因此对锡铅混合钙钛矿薄膜的结晶过程进行控制十分重要。本研究发现使用不同剂量的反溶剂制备锡铅混合钙钛矿会形成不同的垂直组分梯度,并且随反溶剂用量增大薄膜表面铅含量增加。调整溶剂组分可以控制锡铅混合钙钛矿的垂直组分梯度,增大溶剂中V(DMSO):V(DMF)可以形成底部富铅而表面富锡的垂直组分梯度。当铅基前驱液溶剂中V(DMSO):V(DMF)最优化为1:2时,相比于1:4的对照组,器件在标准光照条件下的开路电压从0.725 V提高到0.769 V,短路电流密度从30.95 mA·cm^(-2)提高到31.65 mA·cm^(-2),PCE从16.22%提升到接近18%。利用SCAPS软件数值模拟进一步证明了垂直组分梯度的必要性,当钙钛矿薄膜底部富铅、顶部富锡时,载流子在空穴传输层界面区域的复合有所减少,因而电池性能得到提升。

利用阴极修饰层提高有机光伏电池的性能及稳定性

分别制备了以苯甲酸锂、碳酸铯和聚氧化乙烯为阴极修饰层的基于P3HT∶PCBM体系的本体异质结有机光伏电池。比较了3种阴极修饰层对器件性能及稳定性的影响。结果表明:选择合适的阴极修饰层材料是提高光电转换效率、延长电池使用寿命的可行性途径之一。纯无机阴极修饰层不能有效地阻挡氧气和水进入活性层,对于减缓器件的性能衰退效果不如有机阴极修饰层材料。有机聚合物材料可以减小漏电流的产生,开路电压和填充因子都得到很大提高,有利于提高器件的性能及稳定性。合成可溶液加工的具有极性基团的共轭聚合物材料是未来阴极修饰层的发展方向。

高分子网络凝胶法制备ZnO超细粉体及其光学性能

采用高分子网络凝胶法制备球形ZnO超细粉体。通过聚乙烯醇（PVA）亚浓溶液交联网络的空间位阻作用，经过烧结，获得了具有球形形貌的粒径为1—3μm的ZnO粉体颗粒。利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）分析了不同PVA浓度以及退火温度对产物形貌、结构的影响，发现在PVA溶液浓度为5％，并且经500℃热处理所形成的ZnO球形颗粒最为均匀规整。研究了球形ZnO粉体的光致发光性能，室温下经325nm波长激发，观察到两个中心波长分别位于407，468nm的微弱的荧光发射带，在合适温度下，在385nm处还出现了较强的紫外峰。PL光谱表明，退火温度对ZnO的光致发光影响较大，随着退火温度升高，由于表面缺陷和结晶性能发生变化，407nm处发射峰逐渐减弱消失，而紫外发光先增强后减弱，经500℃热处理样品的紫外发光性能达到最佳。

射频等离子体聚合多层复合薄膜的制备及性能

采用等离子体聚合方法,分别以甲基丙烯酸甲酯、正硅酸乙酯和甲基丙烯酸三氟乙酯为原料制备了3种聚合物薄膜,并利用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、紫外可见光谱(UV-vis)和接触角(ContactAngle)等方法研究了不同条件下所得的聚合物薄膜的表面形貌、表面粗糙度、光学透明性及疏水性等性能.研究结果表明:聚甲基丙烯酸甲酯薄膜具有最好的可见光透过率和最佳的表面粗糙度(RMS).聚正硅酸乙酯薄膜的表面粗糙度随射频功率变化不大.聚甲基丙烯酸三氟乙酯薄膜在低功率下有较低的表面粗糙度,但随着入射功率的增加,等离子体刻蚀作用使得表面粗糙度增加.SEM照片表明聚甲基丙烯酸甲酯薄膜表面平坦致密无针孔.静态接触角测试结果表明三种聚合物薄膜都有较好的疏水性能,以聚甲基丙烯酸三氟乙酯薄膜的疏水性能最佳.利用等离子连续聚合的方法制备了聚甲基丙烯酸甲酯薄膜/聚正硅酸乙酯/聚甲基丙烯酸三氟乙酯3层复合薄膜,并对复合膜的性能进行了表征.

水下跨接管用纤维素基MEG凝胶的制备与性能

以纤维素为稠化剂,有机铝为交联剂,乙二醇(MEG)为防冻液,采用酸降解法制备了水下跨接管用纤维素基MEG凝胶并优选了凝胶的制备工艺。研究了MEG凝胶的表观形貌、流变性、稳定性、抗冻性、抗压性等性能。结果表明:当稠化剂为1 wt%,交联剂为4 wt%,MEG含量为40 wt%时凝胶性能最佳。该凝胶在模拟海水和MEG中可以稳定存在6天以上;在-20℃低温条件下冷冻24 h,凝胶不会冻结仍具有很好的弹性和挂壁效果;在12 MPa的压力下形变量为8.3%,可以承受较高的海底压力。

水下跨接管用瓜胶基MEG凝胶的制备及性能

跨接管MEG凝胶封堵技术是深海油气作业的核心技术.为了获得高性能的水下跨接管MEG凝胶,考察了不同含量有机硼交联剂的瓜胶基MEG凝胶的挑挂性、触变性和稳定性,根据实验结果优化了MEG凝胶配方.耐温性和耐盐性试验结果表明制备的MEG凝胶具有良好的耐温和耐盐性能.研究结果为MEG凝胶的实际工程应用奠定了基础.

水下跨接管MEG凝胶的制备及性能

研究了适用于水下跨接管的MEG凝胶配方体系,考察了影响凝胶性能的反应条件以及MEG凝胶的粘温特性、海水及MEG稳定性、抗冻性性能.结果表明:通过调节MEG凝胶体系的pH值可以实现MEG凝胶的粘度调控.在30~80℃范围内MEG凝胶的表观粘度保持不变说明此凝胶具有良好的耐温性能.凝胶在海水及纯MEG溶液中可以稳定存在30天.抗冻试验表明凝胶最低的冰点可低于-24℃.产品性能能够满足南海流花系列水下项目MEG凝胶现场灌注及管道安装运输的需要.

海管封堵用聚乙烯醇弹性体的制备及性能

以甘油为增塑剂对PVA进行增塑改性制备PVA弹性体,采用TGA、DSC、XRD等对弹性体的热性能、分子间氢键相互作用以及结晶性进行研究。结果表明,PVA弹性体水溶性良好,30℃溶解3 h后样品溶解率达到90%;甘油与PVA间的氢键作用,使得PVA弹性体熔点和结晶性下降。相关力学测试结果表明,该材料以弹性为主,最大拉伸强度可达57.0 MPa,断裂伸长率达83.6%。

插入电荷控制层对蓝色OLED发光性能的提高

用蓝色有机荧光材料N6,N6,N12,N12-tetrap-tolylchrysene-6,12-diamine(DNCA)作为发光层,在发光层中间以及发光层与电子传输层之间插入2-methyl-9,10-di(2-napthyl)anthracene(MADN)和9,10-di(2-naphthyl)anthracene(ADN)作为电荷控制层,制备了结构为ITO/NPB(40 nm)/DNCA(15 nm)/MADN(3nm)/DNCA(15 nm)/ADN(3 nm)/Bphen(30 nm)/LiF(0.8 nm)/Al(120 nm)的蓝色有机电致发光器件(OLED)。该器件的最大电流效率和最大亮度分别为5.6 cd/A和23 310 cd/m2。与传统的单发光层器件相比,最大电流效率和最大亮度分别提高了70%和87%。器件发光性能的提高可归结于两个电荷控制层在整个器件中的协同作用。第一电荷控制层MADN的作用主要是将发光层区域分成两个部分,从而扩大了激子在发光层中的复合区域;第二电荷控制层ADN可以有效地将空穴限制在发光层中,避免了激子在电子传输层中形成的无辐射跃迁从而提高了器件的发光性能。

利用Cs基衍生物作为n型掺杂剂改善蓝色有机发光二极管的效率(英文)

利用两种Cs基衍生物碳酸铯(Cs2CO3)和醋酸铯(CH3COOCs)作为n型掺杂剂掺入到一种新型的电子传输材料2,9-二(2-萘基)-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉(NBPhen)中来提高有机发光二极管(OLEDs)的效率.实验结果表明:器件的驱动电压明显降低,并且优化后得到的Cs基n型掺杂器件(ITO/β-NPB/CBP:5%(w)N-BDAVBi/NBPhen/NBPhen:Cs2CO3(or CH3COOCs)/Al)呈现出较好的电致发光性能,在14 V时电流密度分别为551.80和527.88 mA·cm-2,对应的亮度分别达到39750和39820 cd·m-2,电流效率在亮度为10000 cd·m-2时分别为14.60 cd·A-1(Cs2CO3掺杂)和14.40 cd·A-1(CH3COOCs掺杂),这些参数明显优于传统器件的发光性能(ITO/β-NPB/CBP:5%(w)N-BDAVBi/NBPhen/Cs2CO3/Al,其在14 V时电流密度为312.39 mA·cm-2,对应的亮度为25190 cd·m-2;电流效率在亮度为10000 cd·m-2时为9.45 cd·A-1.此外,基于有机半导体掺杂原理和器件的能级结构对n型掺杂器件效率提高的原因进行了分析.

在电子传输层中添加PVK提高钙钛矿太阳能电池的性能（英文）

为了探究PVK对倒置平面异质结钙钛矿太阳能电池电子传输层的影响,向电子传输层PCBM中添加了一种富电子的聚乙烯基咔唑(PVK)。采用原子力显微镜、PL光谱对薄膜进行了表征。实验结果表明:少量PVK的添加提高了覆盖在钙钛矿薄膜上PCBM层的平整度。当PVK的添加质量分数为4%时得到最佳器件效率,相比于纯PCBM作为电子传输层的器件,器件效率由(5.11±0.14)%提升到(9.08±0.46)%。当PVK的添加质量分数大于4%时,粗糙度又趋于变大。PL光谱显示,少量PVK的加入使钙钛矿/电子传输层薄膜的PL强度降低,并使PL峰蓝移。研究表明:向PCBM中掺杂适量PVK能够改善钙钛矿/电子传输层/Al的界面接触,减少漏电流,并能够减少钙钛矿表面陷阱和晶界缺陷,减少电荷复合,从而提高了器件性能。