采用高温溶剂热法合成了下转换发光材料NaYF4∶Eu3+ 和NaYF4∶Eu3+,Tb3+ , 采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、激发(PLE)谱和光致发光(PL)谱对材料的物相结构、形貌特征和发光性质进行了表征和研究, 并分析了其发光原理。结果表明：所合成的NaYF4∶Eu3+ 和NaYF4∶Eu3+,Tb3+ 为纯六方相晶体, 尺寸在100 nm左右; 改变Eu3+ 和Tb3+ 的掺杂浓度后晶格结构没有发生明显变化, 说明Eu3+ 和Tb3+ 取代的是Y3+的晶格位置; 在394 nm光的激发下, 检测到Eu3+ 在5D0→7F1 和5D0→7F2跃迁处的特征发射光, 并且可见光强度随着Eu3+ 离子掺杂浓度的变化而变化。另外Tb3+ 离子浓度对NaYF4∶Eu3+ 晶体结构产生了一定的影响, 说明掺杂Tb3+ 离子改变了Eu3+ 离子所处的配位环境, 导致红色发光带增强, 而这主要源于电偶极子跃迁的贡献。

利用高温热解法合成了小尺寸、粒径均匀分布的NaYF4∶18%Yb,0.5%Tm纳米晶, 并通过配体交换的方法实现了纳米晶油溶性向水溶性的转变。通过X射线衍射仪、透射电子显微镜和荧光光谱仪对修饰前后的纳米晶进行了结构、形貌和光学性质的表征。实验结果表明：所合成的样品是纯六角相NaYF4(β-NaYF4), 且粒径均匀分布在35 nm左右。在980 nm近红外光激发下, 修饰前后的纳米晶具有强的紫外上转换发射特性, 其Tm3+离子的五光子上转换发光强度强于四光子和三光子上转换发光强度。鉴于这种特殊的光学性质以及小的尺寸, 所合成的水溶性纳米晶在生物医学领域显示出潜在的应用价值。

实验研究了晶相对下转换的影响。Tb3+ -Er3+ 耦合对将一个紫外光子(Tb3+ 的7F6→5L1)294 nm 剪裁成800 nm (Er3+ 的4I9/2→4I15/2) 和467 nm (Tb3+ 的5D4→7F6) 两个都能被GaAs 太阳能电池吸收的低能光子。采用水热法制备了NaYF4六角相微晶和立方相纳米晶粒子, 六角相由于具有热力学稳定性和有序的排列结构而更有利于量子剪裁过程的发生, 相反在立方相结构中没有发现量子剪裁现象。分别采用294 nm 和355 nm波长的光对六角相NaYF4进行激发, 从发射光谱可以看出, 下转换的实现是通过一个交叉弛豫过程完成的。实验结果表明, 与熔融法相比, 用水热法制备的NaYF4 的量子产率明显降低。

采用沉淀法制备了Ce3+∶BaF2纳米粉体, 研究了反应顺序和F-浓度对沉淀法制备Ce3+∶BaF2粉体的影响, 采用XRD、SEM、TEM、ICP等手段对粉体进行了分析。结果表明：采用阴离子滴入阳离子的反应顺序, 在较高F-浓度下制备的粉体保持了单一物相,粉体中稀土离子含量接近于初始掺入量。采用热压法于900 ℃温度同时在模具上施加30 MPa压力的条件下制备了Ce3+∶BaF2多晶透明陶瓷, 陶瓷断面SEM结果显示, 晶粒内存在闭气孔, 陶瓷表面腐蚀后晶界完整清晰。X射线发光谱测试结果显示, Ce3+的掺杂摩尔分数为0.1%时, 陶瓷样品的发光强度最大, 此时Ce3+的掺杂量小于单晶中发光最强时的掺杂量。

设计开发了一种新的双极性蓝色磷光主体材料, 将其搭配Firpic应用于简单器件结构, 通过调整器件中载流子传输层的厚度得到了比较满意的结果：最大电流效率40 cd/A, 最大亮度19 691 cd/m2, 最大流明效率12 lm/W。这一结果说明所开发的主体材料能够很好的平衡载流子的注入与传输能力, 具有适宜的三线态能量和良好的热稳定性, 是一种优良的蓝色磷光主体材料。

通过溶胶-凝胶法制备了纯相的Na2WO4∶Sb3+荧光粉, 通过X射线衍射表征了其晶体结构, 使用紫外-可见分光光度计研究了样品的发光性质。结果表明, 用250~320 nm范围的紫外光激发时, Na2WO4∶Sb3+荧光粉可在410~550 nm范围内给出较强的光发射。其最佳激发波长为280 nm, 最强发射峰在470 nm处。Na2WO4∶Sb3+荧光粉的最佳制备温度为800 ℃, Sb3+的最佳掺杂摩尔分数为0.01。对Na2WO4∶Sb3+荧光粉的发光机理也进行了初步探究。

利用水合肼作缓释型碱源和络合剂, 采用水热法合成了Zn2SnO4立方多面体。XRD物相分析表明, 产物为结晶良好的立方反尖晶石结构Zn2SnO4。FESEM和TEM形貌分析表明, 该Zn2SnO4微晶为边长100～400 nm左右的立方体, 其光致发光光谱是蓝-绿光发射带(中心590 nm处), 在400 ℃空气气氛下退火1 h后, 蓝-绿光发射带的强度显著降低。这主要是因为退火处理提高了晶体质量, 降低了氧空位浓度, 从而降低了可见光发射带的强度。

基于密度泛函理论的平面波超软赝势法, 计算了Zn1-xCdxS三元混晶的电子结构和光学性质。计算结果表明, Cd进入ZnS晶格后, 禁带宽度变窄, 硫空位(VS)缺陷能级随x值增大逐渐向费米能级移动, 在紫外和可见波段的吸收截止波长随着x值增大逐渐红移。采用共沉淀法制备了Zn1-xCdxS三元混晶, XRD图谱表明形成了Zn1-xCdxS合金相, 吸收光谱显示了与理论计算相符的能带和吸收截止边的移动规律, 荧光光谱显示与VS相关的发射峰随x增大逐渐红移, 与计算得到的VS缺陷能级的移动规律相同。

采用高温固相法, 以CaCO3 (A.R)、BaCO3 (A.R)、H3BO3 (A.R)和Eu2O3 (99.99%)为原料制备了Ba2Ca(BO3)2∶Eu2+绿色发光材料, 测量了材料的晶体结构、发光特性及色坐标等。Ba2Ca(BO3)2∶Eu2+材料的激发光谱覆盖200～500 nm的紫外-可见光区。在400 nm近紫外光激发下, 材料的发射光谱为一主峰位于537 nm的非对称宽谱, 对应于Eu2+的4f65d1→4f7特征跃迁。研究发现, 随Eu2+掺杂浓度的增大, Ba2Ca-(BO3)2∶Eu2+材料的发射强度呈现先增大、后减小的变化趋势, 最大发射强度对应的Eu2+掺杂摩尔分数为2%。造成发射强度下降的原因为浓度猝灭, 其机理为电偶极-电偶极相互作用。依据晶格常数及实验光谱数据, 得出临界距离Rc分别为2.64 nm和2.11 nm。随Eu2+掺杂浓度的增大, Ba2Ca(BO3)2∶Eu2+材料的色坐标变化微小。计算得到Ba2Ca(BO3)2∶2%Eu2+的转换效率约为72%。

本文采用水相合成方法制备了ZnS∶Cu量子点并进行了ZnS壳层修饰, 研究了壳层厚度对ZnS∶Cu量子点光学性质的影响, 采用TEM、XRD、PL、PLE和UV-Vis等测试方法对其进行了表征。实验结果表明, 合成的ZnS∶Cu/ZnS量子点为立方闪锌矿, 尺寸分布均匀呈球形, 分散性良好, 经过壳层修饰平均粒径由2 nm增加到3.2 nm。随着ZnS壳与ZnS核量的比的增加, 量子点的PLE激发峰位置和UV-Vis吸收谱线出现红移, 也说明了量子点的尺寸增大, 证明ZnS在ZnS∶Cu量子点的表面生长, 形成了核壳结构的ZnS∶Cu/ZnS量子点。随着壳层增厚, 量子点与铜离子发光中心相关的发射峰强度先增大后减小, 当壳核比ns/nc=2.5时, 发光强度达到最大。

采用射频磁控溅射法, 在石英玻璃衬底上制备出了性能良好的H掺杂AZO透明导电薄膜, 通过XRD、Hall、UV-Vis等测试手段, 研究了氩气气氛中退火温度对薄膜电学热稳定性的影响。实验结果显示, 随着退火温度的升高, 薄膜中载流子的浓度和迁移率下降。分析认为, 这与薄膜中氢的逸出密切相关。

将磁化等离子体填充到一维光子晶体的缺陷层, 构成了一种新颖可调谐的滤波器。讨论了TM波情况下滤波器的滤波特性, 并推导了TM波下磁化等离子体传输矩阵。通过改进的传输矩阵方法分析得到：在不改变光子晶体结构的情况下, 通过改变等离子体频率和外磁场可以实现滤波通道在光子禁带内较大带宽范围的移动, 同时禁带中滤波通道出现的数目也能被等离子频率与外磁场的大小控制。

采用化学溶液沉积法在石英衬底上制备了Bi3.15Eu0.85Ti3O12 (BEuT) 铁电薄膜, 研究了 BEuT薄膜的结构和光学性能。XRD结果表明, 不同温度退火的BEuT皆形成铋层状钙钛矿型结构, 其晶粒尺寸随着退火温度的升高而增大, 与SEM观察结果一致。对BEuT薄膜的拉曼光谱研究表明, Eu3+主要取代钙钛矿层中的Bi3+位。光学透过率曲线显示, 在大于500 nm的波段, 各BEuT薄膜的透过率均比较高, 其禁带宽度约为 3.69 eV。BEuT薄膜的发光随着退火温度的升高而增强, 这可归因于其结晶状况的改善。

用一种低成本的方法制备出了树形结构Si/ZnO纳米线阵列。首先在室温条件下用金属辅助化学腐蚀法在Si(100)衬底上制备了Si纳米线阵列, Si纳米线的直径尺寸及分布都很均匀, 通过改变腐蚀时间, 能够得到高度不同的Si纳米线阵列。利用磁控溅射在Si纳米线表面制备一层ZnO薄膜, 然后利用水热法在Si纳米线阵列上生长了ZnO纳米线。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和光致发光(PL)测试对样品进行了表征。通过这种方法制备的Si/ZnO复合结构在太阳能电池、光催化等领域有潜在应用价值。

通过水热法在溅射了一层金的Si片上生长了ZnO纳米棒。实验观察到ZnO纳米棒的室温光致发光谱中出现了强的紫外发射峰, 同时还伴随有弱的缺陷相关的发射, 这表明通过该种方法生长的ZnO纳米棒晶体质量较好。同时, 通过光泵浦也观察到了ZnO纳米棒中的激光发射。当激发光功率密度超过阈值, 且进一步增加时则出现多个发射峰, 其积分强度随着激发功率密度的增大呈非线性增长, 进一步表明存在受激发射。利用金属层作为反射镜可以进一步降低损耗, 从而达到降低阈值的目的。

采用热扩散方法, 对AlN薄膜进行了Si掺杂。利用电子能量散射谱(EDS)以及高温变温电导对薄膜进行了分析。EDS测试结果表明：在1 250 ℃的温度下, 氮化硅(SiNx)作为Si的扩散源, 可以实现对AlN薄膜的Si热扩散掺杂。高温电流-电压(I-V)测试表明：在460 ℃测试温度下, AlN薄膜在热扩散掺杂以后, 其电导从1.9×10-3 S·m-1增加到2.1×10-2 S·m-1。高温变温电导测试表明：氮空位(V3+N)和Si在AlN中的激活能为1.03 eV和0.45 eV。

对1 060 nm高功率垂直腔面发射激光器的有源区进行了理论计算和设计。对比了GaAsP、GaAs和AlGaAs三种不同材料的垒层所组成的高应变InGaAs量子阱的性能。为了确定有源区阱层和垒层的参数, 考虑了自热效应对功率的影响, 使得模型更加精确可靠。发现所设计的In0.28Ga0.72As量子阱的阱宽和阱数的最佳值分别为9 nm和3个, 输出功率可以达到瓦级。另外, 对比了三种不同垒层的温度特性, 结果显示, 使用GaAsP垒层的器件在高温下具有更高的功率和更好的温度稳定性。最后, 利用MOCVD生长了InGaAs/GaAsP量子阱并测试了其PL谱, 实验数据与理论结果符合得很好。

采用直流等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法在(100)单晶硅片表面生长富硅氮化硅薄膜, 研究了不同的退火温度对氮化硅薄膜发光性质和结构的影响。研究发现, 随着退火温度的升高, 氮化硅薄膜的发光强度逐渐减弱, 发光是由缺陷能级引起的, 在900 ℃时荧光基本消失。XPS测试表明, 在N2氛围900 ℃下退火, 氮化硅薄膜中未有硅相析出, 故未表现出硅量子点的发光。FTIR测试也为PL结论提供了一定的证据。

研究了p型InN的光电导效应。利用分子束外延技术(MBE)法生长出高质量的InN薄膜, 在此基础上利用Mg掺杂获得了p-InN。原位反射高能电子衍射(RHEED)表明样品在生长过程中保持二维生长模式, 原子力显微镜(AFM)测试结果显示台阶流的生长模式。实验发现, p型InN的光电导灵敏度随温度的升高而降低。其主要原因是当温度升高时, 光生载流子浓度降低和样品背景浓度升高共同造成的。

以丹磺酰胺为荧光基团设计合成了新型Zn2+荧光探针DW1(5-(二甲基氨基)-N-(4-(2-(2-喹啉亚甲基)甲酰肼基)苯基)萘-1-磺酰胺)。通过紫外光谱、荧光光谱及电喷雾质谱研究了DW1对Zn2+的选择性识别作用。结果表明, DW1与Zn2+结合后荧光显著增强, 荧光发射光谱由545 nm蓝移至515 nm, 量子产率达到0.32, 且对Zn2+具有较高的选择性, 受常见离子的干扰较小。光谱滴定和ESI-MS谱表明DW1与Zn2+以1∶1的化学计量数形成配合物, 平衡常数K=1.75×104(mol/L)-1。

碱性介质中, ZnSe量子点能够增强鲁米诺-铁氰化钾体系的化学发光, 己烯雌酚对该体系的化学发光有很强的抑制作用, 据此建立了测定己烯雌酚的新方法, 并对可能的反应机理进行了探讨。结果表明, 在优化实验条件下, 己烯雌酚在6.0×10-9～4.0×10-5 mol／L的浓度范围内与发光强度呈良好的线性关系, 检出限为2.0×10-9 mol/L(信噪比S／N=3)。对于浓度为4.0×10-6 mol／L的己烯雌酚, 测定11次的相对标准偏差为1.4％。将该体系用于牛奶中己烯雌酚的测定, 回收率为94.47％～107.61％。