AB(O,N)₃型钙钛矿氮氧化物是一类新型功能陶瓷材料, 具有独特的介电/磁/光催化等性能, 在能源存储与转化领域应用前景广阔, 但传统制备工艺耗时长且产物纯度较低。本研究以尿素为氮源、金属氧化物为前驱体, 采用无压放电等离子烧结设备一步合成了钙钛矿氮氧化物SrTa(O,N)₃陶瓷粉体, 并实现了快速致密化。深入研究了升温速率和合成温度对粉体组成与微观形貌的影响, 并对优化后制备的陶瓷块体进行了介电性能表征。结果表明, 较高的升温速率和适中的合成温度有利于氮化反应的充分进行, 在100 ℃/min和1000 ℃下制得的SrTa(O,N)₃粉体纯度最高, 氧氮化物相含量约97%, 粒径分布区间为100~300 nm, Sr、Ta、O、N 四种元素分布均匀。较优的致密化工艺为烧结温度1300 ℃、升温速率300 ℃/min、保温时间1 min, 经烧结制得的SrTa(O,N)₃陶瓷试片致密度可达94%以上, 且纯度很高, 该材料在300 Hz时的介电常数高达8349, 介电损耗为10^-4量级, 优于文献报道值。本研究制备的SrTa(O,N)₃陶瓷的高介电常数与致密度和纯度的调控密不可分, 这是因为气孔和杂质会降低材料介电常数, 高致密度和高纯度是SrTa(O,N)₃氧氮化物陶瓷获得优异介电性能的关键。

MAX/MAB相是一类非范德华三元层状材料, 具有丰富的元素组成和晶体结构, 兼具陶瓷和金属的物理性质, 在高温、强腐蚀、辐照等极端环境中极具应用潜力。近年来, 由MAX/MAB相衍生的二维(2D)材料(MXene和MBene)在材料物理与材料化学领域引起了广泛兴趣, 已经成为继石墨烯和过渡金属硫族化合物之后最受关注的二维范德华材料。MAX/MAB相材料结构调控不仅对这类非范德华层状材料本征性能产生重要影响, 而且对其衍生的二维范德华材料结构功能特性研究也具有重要价值。本文归纳和总结了MAX/MAB相层状材料在结构调控、理论计算和应用基础研究等方向的最新科研进展, 并展望了该类层状材料未来发展方向。

在自然界中，物体运动无处不在，随着智能汽车、6G移动通信的高速发展，对通信和运动探测传感融合的高集成度通感一体器件的需求日益增加。本文基于氮化镓多量子阱结构发光和探测并存的特点，提出了一种基于蓝宝石衬底外延生长氮化镓多量子阱材料的集成式光电子芯片，该芯片具有灵敏的运动探测功能及可见光通信功能。该光电子芯片发射器向运动的目标物体发射蓝光波段可见光信号，经目标物体运动调制的可见光信号反射回光电子芯片的接收器部分，激发变化的光电流。通过分析接收器的光电流变化，可探测以不同速度旋转的目标物体的运动情况，光电流曲线变化周期与目标物体旋转周期一致。本文还研究了光电子芯片的各项光电指标及可见光通信性能，该芯片可用作可见光通信系统的收发终端，可以处理和传输芯片采集到的运动探测信号。基于氮化镓多量子阱材料的光电子芯片是一种具有实用价值的高集成度通感一体终端器件。

Micro-LED的发展被认为是世界上发展最快的显示技术之一，它在可见光通信应用、大型平板显示、虚拟现实及可穿戴显示、电视和照明、光遗传学和神经界面的光源等各个领域中应用广泛。尽管发展前景光明，但Micro-LED仍面临一些技术问题需要解决，以实现大规模商业化。主要技术问题包括提高长波长LED效率、提高低电流密度下的效率、全色彩方案、巨量转移、缺陷与良率管控、修复技术和成本控制。本文重点阐述了Micro-LED面临的不同挑战及其最佳解决方案。

二次铝灰是电解铝、 铝加工、 铝回收行业产生的危险废物, 不同生产过程排放的二次铝灰具有矿相复杂、 化学组成波动大的特点, 造成现有处置技术对各类二次铝灰的处理效果差异较大, 资源化利用率低。 通过明确典型铝合金生产过程排放二次铝灰中含氮、 含氟物相等毒害组分的赋存形态及分布规律, 判断氟氮物相形成途径, 有利于开发高适性的二次铝灰无害化技术, 实现二次铝灰中毒害组分和有价组分的高效分离, 有效解决其资源化利用难题。 结合化学与仪器分析, 利用X射线衍射、 X射线荧光光谱定量研究了生产过程中不同系列三种铝合金产生的二次铝灰中含氟物相、 含氮物相等物相含量, 采用X射线光电子能谱、 扫描电子显微镜与能谱系统分析氟、 氮元素的结合形态和分布特征。 结果表明, 使用光谱分析方法与化学分析方法对二次铝灰中氮化物、 氟化物的定量检测结果基本相符。 铝-硅、 铝-镁、 铝-镁-硅三种系列铝合金生产过程得到的二次铝灰中含氮物相含量为4.30%~5.48%, 含氮物相均主要以AlN形式存在, 由生产过程中铝熔体与氮气反应生成物进入二次铝灰。 AlN主要分布在体相中, 颗粒形貌呈球端条状或棱块状, 以游离单独颗粒或与含铝物相连生的形式存在; 二次铝灰中含氟物相含量为1.04%~2.29%, 铝-硅系列合金生产过程得到的二次铝灰中含氟物相以NaF, CaF₂, MgF₂和Na₃AlF₆形式存在, 在铝-镁、 铝-镁-硅合金生产得到的二次铝灰中含氟物相以CaF₂, MgF₂和KF形式存在; 含氟物相均作为添加剂在铝产品生产过程中进入二次铝灰, 在二次铝灰生成过程中未发生其他反应生成新相。 三种样品中含氟物相在表面富集, 形貌呈团絮状或不规则块状, 以附着、 包覆大颗粒, 与其他组分连生、 游离单独颗粒的形式存在。 本研究可为二次铝灰中氟、 氮等毒害杂质的脱除提供理论依据及基础支撑。

自激活发光受到了研究人员的广泛关注，其中硼氮化物缺陷发光材料因毒性低、合成简单、结构多样性等优点，具有成为新一代LED用荧光粉的潜力，但是低热稳定性限制了其实际应用。本文采用高温固相一步法，通过部分取代LiSr₄（BN₂）₃（LSBN）中的Sr，合成了一种新的LiSr₂Ca₂（BN₂）₃（LSCBN）发光材料。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和荧光光谱仪对荧光粉的相组成、形貌和光学性质进行了表征。结果表明，所制备的样品LSBN为立方晶系，空间群Im‐3m。在紫外区域有较宽的激发带，发射光谱峰值位于561 nm，半峰宽度（FWHM）约为4 504 cm^-1。LSCBN的发光强度是LSBN的的2倍。解释了LSCBN的发光机理，LSCBN荧光粉中存在替代式缺陷，在光激励下形成发光中心。变温光谱显示，150 ℃时，LSBN的发光强度为初始强度的17%，LSCBN的发光强度为初始强度的57%，超过了已报道的其他硼氮化物荧光粉。这种离子取代的方法能有效调控发光波长和增强荧光强度，改善热稳定性，为硼氮化物缺陷材料发光性能的改善提供了新的思路和应用前景。

垂直腔面发射激光器凭借阈值低、发散角小、调制速率高以及输出光束呈圆斑对称等特点，迅速成为当下半导体激光器的研究热点。氮化镓（GaN）材料是制造紫外到绿光波段光电子器件的理想材料，经过四十余年的研究，蓝光和绿光LED在照明、显示等领域得到广泛应用。技术含量更高的激光器件也已进入了应用的快车道，即将覆盖照明、通信、投影显示、光存储、医疗、微型原子钟及传感器等场景。铝镓氮（AlGaN）是GaN基半导体材料的重要代表之一，其禁带宽度可在3.4 eV（GaN）到6.2 eV（AlN）范围内连续可调，对应波长可覆盖200~365 nm波段，是制造从近紫外波段到深紫外波段紫外垂直腔面发射激光器的理想材料。而铝镓氮（AlGaN）垂直腔面发射激光器经过近20年来的发展，如今已成为半导体激光器的研究热点之一。首先回顾了GaN基垂直腔面发射激光器的发展历史，简要介绍了其在各个波段的主要应用场景；然后介绍蓝光、绿光及紫外垂直腔面发射激光器的研究进展；最后分析了光注入和电注入紫外垂直腔面发射激光器发展过程中的挑战和困难，并介绍了改进和优化的策略。