随着新精神活性物质在全世界范围内的蔓延, 在查缉现场对疑似新精神活性物质样品进行快速定性分析是一线缉毒工作人员的迫切需求。 卡西酮类物质属于卡西酮的衍生物, 是新精神活性物质中的第二大类别。 采用便携式拉曼光谱仪分析了70种卡西酮类化合物的拉曼光谱图, 系统总结了卡西酮类物质的拉曼光谱特征, 这些特征将有助于对未知卡西酮类物质的识别。 所有卡西酮类化合物在(1 597±19)和(1 676±16) cm-1处均存在由于苯环CC键和CO键伸缩振动产生的高强度拉曼峰, 该特征可用于卡西酮类物质的识别。 苯环上单取代和1,3-二取代卡西酮类化合物在992~1 000 cm-1处存在由苯环上C—H面内变形振动引起的最强拉曼峰。 3,4-亚甲二氧基取代卡西酮类化合物在(712±9)、 (809±5)、 (1 250±16)、 (1 355±9)、 (1 444±12)、 (1 597±19)和(1 676±16) cm-1有高强度拉曼峰, 且(1 597±19) cm-1位置的峰为肩峰。 通过对70种卡西酮类化合物的拉曼光谱逐一相互比对, 考察了拉曼光谱对于各种位置异构体和结构类似物的区分度。 结果表明, 拉曼光谱对绝大多数卡西酮类物质具有较高的区分度, 特别是对苯环上甲基、 卤素、 甲氧基不同位置取代的位置异构体区分显著, 这也是拉曼光谱对比于气质联用法和液质联用法的显著优势。 拉曼光谱对于部分烷基取代基不同的结构类似物区分度较弱, 但通过特征峰也能实现区分。 采用拉曼光谱法对实际案件缴获样品进行了分析, 除部分样品存在荧光干扰无法识别外, 其他样品的拉曼分析结果与气质联用法分析结果高度一致, 证明了方法的可靠性和适用性。 便携式拉曼光谱仪具有操作简单、 测样速度快、 可进行非接触式测样等优点, 可用于新精神活性物质现场快速筛查分析。

为探究不同铟(In)组分InxGa1-xN势垒对绿光激光二极管光电性能的影响，本文采用SiLENSe(simulator of light emitters based on nitride semiconductors)仿真软件对一系列具有不同In组分InxGa1-xN势垒的激光二极管进行研究，结果发现InxGa1-xN势垒中In组分最佳值为3%，此时结构的斜率效率最高，内部光学损耗最低，光学限制因子最大，性能最优。在具有In0.03Ga0.97N势垒的多量子阱结构基础上，设计了一种组分阶梯(composition step-graded， CSG)InGaN势垒多量子阱结构，提高了激光二极管的斜率效率和电光转换效率，增加了光场限制能力。仿真结果表明，当注入电流为120 mA时，具有CSG InGaN势垒的多量子阱结构，电光转换效率从17.7%提高至19.9%，斜率效率从1.09 mW/mA增加到1.14 mW/mA，光学限制因子从1.58%增加到1.62%。本文的研究为制备高功率GaN基绿光激光二极管提供了理论指导和数据支撑。

本文设计了GaAs基1 060 nm高性能激光二极管的有源区结构, 通过在有源区中引入锑化物的应变补偿结构GaAsP/InGaAs/GaAsSb/InGaAsSb/GaAsP, 改变了有源区的能带结构, 解决了禁带宽度对发光波长的限制, 将弱Ⅱ型的量子阱能带结构变为Ⅰ型, 增大了电子空穴的波函数重叠, 提高了激光二极管跃迁概率和辐射复合概率及内量子效率, 降低了非辐射复合, 有效增强了器件输出功率和电光转换效率。同时, 设计了非对称异质双窄波导结构, p侧采用导带差大、价带差小的AlGaAs作为内、外波导层, 有利于价带空穴注入有源区且对导带中的电子形成良好的限制。n侧采用导带差小、价带差大的GaInAsP作为内、外波导层, 有利于导带电子的注入且对价带中的空穴形成更高的势垒。电子注入势垒和空穴注入势垒分别由原先的218、172 meV降低到148、155 meV, 提高了激光二极管的载流子注入效率; 电子泄漏势垒和空穴泄漏势垒分别由252、287 meV上升到289、310 meV, 增强了载流子限制能力。最后获得的激光二极管的输出功率和电光转换效率分别达到了6.27 W和85.39%, 为制备高性能GaAs基1 060 nm激光二极管提供了理论指导和数据支撑。

将表面沉积有金纳米颗粒的GaN薄膜在H2与N2的混合气氛下进行高温退火, 成功制备了多孔GaN薄膜。多孔GaN薄膜的表面形貌可通过退火温度、退火时间及金沉积时间等参数进行调控。利用高分辨X射线衍射(HRXRD)和拉曼光谱表征了不同GaN结构的晶体质量, 与平面GaN薄膜相比, 多孔GaN薄膜的位错密度和残余应力均有所降低, 在退火温度为1 000 ℃时其位错密度最小, 应力的释放程度较大。采用光致发光(PL)光谱表征了其光学性质, 与平面GaN薄膜相比, 多孔GaN薄膜的发光强度显著提高, 这可归因于多孔结构的孔隙率增大, 有效增加了光的散射能力。此外, 通过电化学工作站测试了不同GaN结构的光电流密度, 结果表明, 具有更大比表面积的多孔GaN薄膜在作为工作电极时, 光电流密度是平面GaN薄膜的2.67倍。本文通过高温刻蚀手段成功制备了多孔GaN薄膜, 为GaN外延层晶体质量与光学性能的提升及在光电催化等领域中的应用提供了一定的理论指导。

我国于2021年7月将合成大麻素类物质整类列入管制, 在一线查缉现场对疑似合成大麻素样品进行快速定性分析是办案民警的迫切需求。 研究系统考察了拉曼光谱对合成大麻素的整体区分能力, 比较了四款手持式拉曼光谱仪分析实际缴获样品时的结果差异, 探讨了制约拉曼光谱在一线查缉现场广泛应用的原因。 ProTT-EZRaman-A7便携式拉曼光谱仪的整体性能介于台式拉曼和手持式拉曼之间, 选用该仪器采集了90种合成大麻素对照品的拉曼光谱, 并利用兼容性强的KnowItAll软件建立了90种合成大麻素通用拉曼光谱库。 分析90种合成大麻素的拉曼光谱, 结果表明, 当不存在荧光干扰时, 拉曼光谱可以区分所有合成大麻素物质, 但对部分结构相差一个甲基、 卤素原子等的结构类似物区分度欠佳。 不同款拉曼光谱仪的性能差异大, 为考察其原因, 本研究选用了四款手持式拉曼光谱仪分别对120份实际缴获合成大麻素样品进行了测定, 随后使用KnowItAll软件并选用包含90种合成大麻素的通用拉曼光谱库对每张光谱图进行谱库检索。 四款手持式拉曼光谱仪的正确匹配率分别为71.7%, 68.3%, 46.7%和24.2%。 抗荧光干扰能力和分辨率的不同是造成不同拉曼光谱仪匹配结果差异的主要原因。 便携式拉曼光谱仪具有操作简单、 测样速度快, 可用于一线查缉站点快速检测的优点, 但考虑到实际缴获样品的纯度未知且可能存在荧光干扰, 不同拉曼光谱仪的抗荧光干扰能力、 分辨率及谱库完备程度均不同, 因此现阶段拉曼光谱的测试结果只能作为定性初筛使用。 该研究内容为法庭科学实验室和一线办案民警正确理解和应用拉曼光谱测试结果提供了指导。

通过InGaN/GaN单量子阱模型研究了极化强度随晶面取向的变化，结果显示半极性（101¯1）面量子阱中的极化电场反转导致其能带向上弯曲，电子波函数靠近n侧，这有望抑制电子泄漏。对（101¯1）面InGaN/GaN多量子阱蓝光发光二极管（LED）外延结构的模拟表明半极性（101¯1）面提高了量子垒的有效阻挡势垒，抑制了电子泄漏。此外，（101¯1）面极大地降低了空穴注入势垒，实现了载流子的均衡分布，降低了俄歇复合概率，最终在电流密度为300 A/cm²时，与（0001）面42%的效率骤降相比，（101¯1）面GaN基LED的效率骤降低至9%，发光强度提高48%。（101¯1）面InGaN量子阱的静电场反转特性是其具有优异光电性能的一个重要原因。

p型4H-SiC是制备高功率电力电子器件的理想衬底材料，但由于工艺技术的制约，国内尚无能力生产高质量、大尺寸、低电阻的p型4H-SiC单晶衬底。本文使用物理气相传输(PVT)法制备了直径为4英寸(1英寸=2.54 cm)Al掺杂的p型4H-SiC单晶衬底。通过KOH腐蚀表征样品位错密度，使用高分辨X射线衍射(HRXRD)表征其晶体质量，利用拉曼光谱扫描确定其晶型，采用非接触式电阻测试仪测试其电阻率。结果表明，衬底整体位错密度较低，结晶质量良好，晶型稳定且衬底全片电阻率小于0.5 Ω·cm。通过第一性原理平面波超软赝势方法对本征4H-SiC及Al元素掺杂后样品的体系进行能带结构、电子态密度的计算。结果表明Al掺杂后样品禁带宽度减小，费米能级穿过价带，体现出p型半导体的特征。研究结果为大规模生产高质量、低电阻的p型4H-SiC衬底提供思路。