利用纳米硅粉对碱渣-矿渣固化淤泥抗硫酸镁侵蚀性能进行改良, 对MgSO4溶液浸泡后的固化淤泥试样开展无侧限抗压强度、核磁共振和X射线衍射试验, 研究硅粉掺量、养护龄期、浸泡时间对固化淤泥强度的影响规律及其微观机理。研究表明: 在标准养护条件下, 当硅粉掺量为3%(质量分数)时固化淤泥试样的孔隙体积最小, 无侧限抗压强度最大, 生成水化铝酸钙等产物。在MgSO4侵蚀环境下, 标准养护7 d试样具有很好的抗侵蚀能力, 当硅粉掺量为3%(质量分数)时固化淤泥抗MgSO4侵蚀能力最好, 无侧限抗压强度随浸泡时间的增加而增大; 标准养护28和60 d时, 固化淤泥抗MgSO4侵蚀能力减弱。建立了固化淤泥无侧限抗压强度与硅粉掺量及浸泡时间的关系式, 预测了最危险条件和最低强度。适量的纳米硅粉可增加固化淤泥中水化速度和程度, 减少钙矾石的生成量及其不利影响, 达到提高碱渣固化淤泥抗MgSO4侵蚀性能的目的。

采用射频(RF）等离子体增强化学气相沉积系统制备了硅/二氧化硅多层膜样品，在异质结限制性晶化作用下得到了尺寸均匀的磷/硼共掺杂纳米硅。通过拉曼光谱(Raman)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)研究了磷/硼共掺杂纳米硅/二氧化硅多层膜的微观结构和杂质的分布特点。低温电子顺磁共振(EPR)结果表明，磷、硼杂质可以改变纳米硅的表面化学结构并充分钝化表面处的非辐射复合缺陷。Hall效应测试发现磷和硼杂质可替位式地掺入到纳米硅的内部，且磷杂质具有更高的掺杂效率；通过改变磷硼杂质的掺杂比例可以调控纳米硅的导电类型和载流子浓度。在小尺寸磷/硼共掺杂纳米硅中获得了1 200 nm处满足光通信波段的近红外发光，并通过调控磷的掺杂浓度实现了近红外发光的增强。通过时间分辨荧光光谱测试，结合EPR结果探讨了磷掺杂对纳米硅内部辐射复合和非辐射复合过程的调控使1 200 nm发光增强的物理机制。

为了研究硅量子点薄膜在太阳电池中的应用, 本文采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术, 低温制备了镶嵌有纳米晶硅(nc-Si)的纳米硅氧多层(nc-SiOx/a-SiOx)薄膜样品。TEM图显示, 通过调整nc-SiOx层的厚度, 实现了薄膜多层结构的低温调控。利用拉曼散射光谱(Raman)、紫外可见透射光谱以及稳/瞬态光致发光(PL)谱等检测手段对薄膜的微观结构、能带特征以及发光特性进行了分析。光吸收谱分析表明, nc-Si粒子尺寸及其a-SiOx边界层共同影响薄膜的光学带隙。稳/瞬态PL谱分析表明, 多层结构发光表现为一个固定于1.19 eV附近的发光峰和一个随nc-SiOx层厚度增加而发生红移的发光峰, 其中固定发光峰归因于非晶SiOx网络中缺陷发光, 发光衰减寿命约在4.6 μs, 峰位可调的发光峰为nc-Si量子限制效应-缺陷态复合发光, 对应两个发光衰减过程, 其中慢发光衰减寿命随nc-SiOx层厚度增加由9.9 μs增加到16.5 μs, 快发光衰减过程基本保持不变。低温PL谱的温度依赖特性进一步表明, 薄膜样品的发光主要表现为nc-Si的量子限制效应发光。

为了研究硅异质结太阳电池中纳米硅氧薄膜的光电特性, 采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术制备了一系列不同晶态比例的nc-SiOx∶H薄膜, 利用拉曼散射光谱(Raman)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外可见透射光谱以及稳/瞬态光致发光谱等检测手段分别对薄膜的微观结构、键合配置, 能带特征以及发光特性进行了表征。薄膜结构特征分析显示, 随着氧掺入量的增加, 薄膜由微晶向非晶转化, 光学带隙逐渐增加, 而处在相变区(晶化度约为10%, nc-Si尺寸约为3 nm)的薄膜具有较高的中程有序度、较小的结构因子和较为致密的微观结构。薄膜稳/瞬态光致发光结果显示, 一定量的氧掺入可以钝化缺陷、增强发光, 而相变区薄膜的发光强度最大, 表明较小尺寸的nc-Si具有较强的量子限制效应, nc-Si的量子限制效应发光是主要的载流子复合机制。

采用对靶磁控溅射法在单晶硅衬底上沉积镶嵌有纳米硅的氮化硅薄膜, 然后在形成气体FG(10%H2, 90%N2)气氛中进行450 ℃常规热退火50 min。 通过荧光光谱仪测得的稳态/瞬态光致发光(PL)谱研究了镶嵌有纳米硅的氮化硅（SiNx）薄膜样品光致发光特性。 结果表明, 样品的发光过程可以归因于纳米硅的量子限制效应发光和与缺陷相关的发光。 随着激发光能量的增加, PL谱峰位发生蓝移, 表明较小粒度的纳米硅发光比例增加; 温度的降低会抑制非辐射复合过程, 提高辐射复合几率, 因此发光寿命延长, 发光强度呈指数增加; 随着探测波长的减小, 样品的发光寿命则明显缩短, 表明纳米硅的量子限制效应发光对温度有很强的依赖性。

用脉冲激光制备纳米硅的过程中，在Purcell腔中会形成等离子体晶格结构，这是等离子体激元与光子相互作用的结果，其形成的等离子体晶格与Wigner晶体结构很相似。利用光致发光光谱研究局域态发光特征从而去控制纳米硅结构的发光，在氧气或氮气环境下制备纳米硅样品，由于表面键合作用形成电子局域态会产生几个特征发光峰，分别位于560、600 和700 nm 附近。在氧气环境下用激光照射硅晶片形成硅量子点，可以观察到样品的拉曼光谱随着测量温度的增加而产生频谱移动，这个过程伴随着声子能量的变化。温度较高时，光致发光峰强度下降，同时发射频谱变宽。在77 K 时，可以观察到光致发光峰的红移，这表明局域态发光在纳米硅发光的激活起着重要作用。在带隙中产生的局域态取决于表面键合的情况，表面键合可以激活硅量子点而增强发光。在硅薄膜上掺入稀土金属镱会形成电子局域态发光，可将电致发光的波长调控进入光通讯窗口。

采用双槽电化学腐蚀法制备了纳米多孔硅，主要研究了腐蚀时间和腐蚀电流对重掺杂p型（100）硅衬底上制备的多孔硅层有效光学厚度的影响,采用U4100光谱仪、场发射扫描电子显微镜(FESEM)技术对所制备的多孔硅光子晶体的结构和有效光学厚度进行了分析表征。研究结果表明，通过合理地选择腐蚀时间和腐蚀电流,可以比较精确地制备特定有效光学厚度的多孔硅薄膜，此方法可广泛应用于纳米多孔硅光子晶体的制备中。

综合考虑纳米硅结构薄膜的特殊性质，如量子限制效应、光学带隙和光跃迁振子强度对纳米硅粒径的依赖特性以及光学带隙和光辐射的温度依赖特性等，给出了一个解析表达式来分析具有一定粒径分布的纳米硅结构薄膜的光致发光（PL）强度分布，其中选取了两种纳米硅的粒径分布，即高斯分布和对数正态分布。结果表明，随着平均粒径和粒径分布偏差的减小，纳米硅薄膜的PL谱峰蓝移。随着环境温度的升高，纳米硅结构薄膜的PL谱峰红移且相对发光强度减弱。纳米硅结构薄膜光辐射拟合的结果与实验数据的比较分析表明，该模型能够很好地解释纳米硅结构薄膜在不同温度下的PL特性。

为了制备纳米硅薄膜，采用脉冲激光沉积系统, 保持靶材和衬底间距不变，在不同激光能量条件下,得到一系列纳米Si薄膜。利用喇曼散射光谱和X射线衍射谱对晶粒尺寸进行了计算和分析，取得了几组数据。结果表明，改变脉冲激光能量时，纳米Si晶粒平均尺寸均随能量的增强先增大后减小；在单脉冲能量为300mJ时制备的纳米Si晶粒平均尺寸最大，为8.58nm。这一结果对纳米硅薄膜制备的研究有积极意义。