采用水热法制备NaGdF4∶Yb3+, Er3+及Na(Y,Gd)F4∶Yb3+,Er3+, 通过改变温度、时间、pH、柠檬酸三钠浓度比、氟源浓度比及掺杂Y3+浓度来调节颗粒的尺寸及研究其对发光强度的影响。通过XRD、FE-SEM、PL测试对样品进行表征分析。当溶液呈强酸性时, 形成的是纯GdF3相; pH提高后, GdF3转变为β-NaGdF4相。柠檬酸三钠含量的增加会抑制颗粒尺寸的生长从而降低发光强度。氟源含量的增加会使颗粒沿(001)面生长, 发光强度也增大。而随着掺杂Y3+含量的增加, 颗粒尺寸增大, 发光强度呈现先下降后升高的趋势。

在超过相变临界厚度的立方相Mg0.29Zn0.71O薄膜上制备了Au插指电极MSM结构探测器件, 30 V偏压下的峰值响应度可达27.9 A/W(268 nm), 对应的外量子效率为12900%。分析认为原位生长在立方相MgZnO薄膜上的极薄的结构相变层引入了高密度的界面态, 在立方相薄膜表面电极接触中起到了降低势垒、减小耗尽层宽度、增强电极注入电子的能力的作用, 使得器件形成高的光导增益。

基于含时密度泛函理论, 研究了氮掺杂石墨烯纳米结构的等离激元特性。吡啶型氮掺杂不影响石墨烯纳米结构的等离激元激发特性, 而取代型氮掺杂主要基于石墨烯纳米结构对称性的改变和体系中电子密度的增加来影响石墨烯纳米结构的等离激元共振。相对于纯六角石墨烯纳米结构, 在低能共振区, 取代型氮掺杂六角石墨烯纳米结构的等离激元共振能量发生了红移。相对于纯矩形石墨烯纳米结构, 在低能共振区, 取代型氮掺杂矩形石墨烯纳米结构沿扶手椅型边界方向激发时, 其等离激元共振能量发生了蓝移; 沿Z字型边界激发时, 其主要的等离激元共振模式受掺杂氮的影响较小。

以介孔二氧化硅MCM-41为硅源, 采用低温水热反应与后续煅烧相结合的方法合成Sr2-xZnSi2O7∶xEu3+红色荧光粉。实验结果表明, 150 ℃水热处理16 h后的反应产物含Sr2ZnSi2O7相, 经后续950 ℃煅烧3 h得到Sr2ZnSi2O7纯相。在392 nm近紫外光的有效激发下, Sr2-xZnSi2O7∶xEu3+荧光粉显示Eu3+离子的特征跃迁发射, 以615 nm的5D0→7F2跃迁发射峰为最强。适量Eu3+的掺杂对Sr2ZnSi2O7相结构几乎没有影响, 当Eu3+离子的掺杂量x=0.10时, 荧光粉发光强度最大。

采用高温固相法合成了稀土离子Pr3+、Sm3+、Tb3+、Dy3+、Tm3+掺杂的正交相CaZrO3荧光粉。利用X射线粉末衍射(XRD)对样品的结构进行表征, 并通过荧光光谱对其发光性质进行了研究。在适当近紫外或蓝光激发下, CaZrO3∶Pr3+产生很强的绿光发射, CaZrO3∶Sm3+可发射550~700 nm的红橙光, Tm3+在CaZrO3中可获得良好的蓝光发射。研究结果表明, 通过改变CaZrO3中的掺杂离子可实现其发光颜色的调控, 稀土离子掺杂CaZrO3荧光粉是很有潜力的新型发光材料。

通过控制PO3-4/Tb3+的量比, 在低温水热条件下合成了不同形貌的TbPO4·nH2O纳米晶体。采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)及光致发光光谱(PL)等分析手段对所制备的样品进行了表征。研究了溶液中PO3-4/Tb3+比值变化对产物晶型结构、形貌、晶粒尺寸及发光性能的影响, 给出了TbPO4·nH2O纳米粉体的生长机理。实验发现, 当PO3-4/Tb3+比值达到60∶1时, 产物在过量的磷酸根体系中生长成直径为100～200 nm的TbPO4·nH2O茧状微球, 且产物的发光强度最大。PO3-4/Tb3+比值对TbPO4·nH2O形貌和发光性能有重要影响。

研究一种易实现的低温合成TiO2薄膜电极的方法。实验采用氨水、盐酸和去离子水分别作为无机粘结剂、无水乙醇作为分散剂来合成TiO2浆料, 重点研究了粘结剂/分散剂质量比对薄膜制备的影响。采用合成的TiO2电极进行全固态染料敏化太阳能电池的组装。综合浆料粘稠度测试、薄膜形貌表征以及电池时域/频域光电测试等结果, 分析了宏观光伏特性与微观载流子输运机制。最终得到最佳的无机粘结剂/分散剂质量比, 相应电池的光电转换效率达到1.45%。

利用飞秒激光烧蚀方法合成了Y2O3∶Pr3+,Yb3+纳米颗粒并对其上转换发光性质进行了研究。对合成产物的形貌分析显示, 在一定的激光烧蚀功率密度下, 即可制备出小尺寸的纳米颗粒, 提高激光功率密度可以得到更高的纳米颗粒产量, 所获得的纳米颗粒尺寸小于50 nm。荧光测试结果表明, Y2O3∶Pr3+,Yb3+纳米颗粒具有510 nm为中心的上转换发光带, 上转换发光随纳米颗粒数量的增加而增强。

利用球磨法制备了Na源及其比例不同的Tm3+/Yb3+掺杂的NaGdF4发光粉, 并对部分样品高温处理。讨论了Na源及其比例的不同和高温对样品上转换发光的影响。结果表明在所选比例中, 当各离子的量比n(RE)∶n(Na)∶n(F)=1∶1∶4时, 样品在高温处理前后的上转换发光均为最强。高温处理改变了上转换荧光发射的比例, 可见光区的发射强度有大幅增加。 XRD测试结果表明, Tm3+和Yb3+掺入到了NaGdF4的晶格内, 高温处理改变了部分样品的结晶度和相态, 从而导致可见光的发射强度大幅增加。HRTEM图像显示样品中有α相与β相NaGdF4共存。对上转换发光和顺磁性质之间相互影响的研究结果表明, 980 nm红外激光的激发对样品的顺磁性基本没有影响, 而变化磁场的存在对上转换发光有负面的影响。

以荧光材料BePP2结合量子阱作为蓝光发射层, 磷光材料GIrl和R-4B掺入到混合双极性主体材料CBP∶Bphen中分别作为绿、红发光层并且在红绿发光层中引入间隔层TPBI, 组合得到发白光的混合型有机发光器件。其中量子阱是以BePP2作为势阱、TCTA为势垒。结果表明: 当势垒层数为2时, 器件的最大发光亮度和电流效率分别为21 682.5 cd/m2和23.73 cd/A; 当电压从7 V增加到14 V时, 色坐标从(0.345,0.350)变化到(0.340,0.342)。与无量子阱结构的参考器件相比, 势垒层数为2的器件的最大功率效率为8.07 lm/W, 色坐标变化相对最小为±(0.005,0.008), 还有一个高的显色指数83。

介绍了一种简单的光退火提高倒置型聚合物太阳电池效率的方法。通过采用易于溶液加工的Cs2CO3作为电子传输层, 在光退火15 min之后, 器件的光电转换效率达到了8.35%, 其中短路电流密度为15.8 mA/cm2, 开路电压为0.76 V, 填充因子为69.5%。该填充因子是目前基于PTB7聚合物太阳电池的最高填充因子。X射线光电子能谱结果显示, Cs2CO3在光退火的过程中转变为了Cs2O与CO2。为了验证该机制, 采用不同辐照时间的Cs2CO3作为电子传输层, 所得到的光伏器件的效率几乎与光退火时相同。此外, 通过真空热蒸发Cs2CO3作为电子传输层, 也几乎得到了和光退火条件下同样的光电转换效率。上述结论证明光退火是一种非常有效的、简单的提高聚合太阳电池效率的方法。

采用双层银膜夹入有机物薄膜形成的复合阳极结构, 结合具有高透射率的银锗银复合阴极制备了单向发射的半透明红光有机电致发光器件。由于共振隧穿效应使得复合电极对不同波段可见光具有选择性透过的特点, 制备的器件表现出单向发射特征。在相同偏压下, 器件在非发射方向的亮度始终在发射方向的3%以下。器件在9.5 V电压下达到最大亮度, 在发射方向和非发射方向上的亮度分别为15 550 cd/m2和387 cd/m2。在7.5 V电压下, 器件达到其最高电流效率7.01 cd/A。在该偏压下, 其发射与非发射方向亮度分别为4 968 cd/m2和151.7 cd/m2。器件光谱的稳定性很好, 随着电压的增加, 没有发生明显的变化。此外, 随着视角的变化, 器件的光谱也无明显的角度特性。当视角从0°增加到60°时, 其色坐标仅改变(－0.002, 0.001), 这是由于银锗银复合阴极具有较高的透射率和低的反射率。

应用ZEMAX光学设计软件对基于min-bar的半导体激光光纤耦合模块进行仿真模拟, 采用22只输出功率为60 W的mini-bar半导体激光器组成两列空间叠阵作为耦合光源, 通过准直、合束、聚焦等方法高效耦合进入芯径400 μm、数值孔径0.22的光纤, 输出功率可达1 200 W, 光纤耦合效率大于92%。

采用射频磁控溅射方法在n型硅片上制备了底栅顶结构的铟镓锌氧-薄膜晶体管(IGZO-TFT)。分别采用Au、Cu、Al 3种金属材料作为电极, 研究不同电极材料对IGZO薄膜晶体管性能的影响。器件的输出特性和转移特性测试结果表明: 以Au为电极的IGZO-TFT具有最佳的性能, 其饱和输出电流达到17.9 μA, 开关比达到1.4×106。基于功函数比较分析了3种电极的接触特性, 根据TLM(Transmission line model)理论推算得出Au电极具有三者中最小的接触电阻。

研究了有机薄膜晶体管(OTFT)驱动顶发射有机发光二极管(OLED)的集成制备技术。通过减小栅绝缘层的厚度, 达到降低OTFT工作电压的目的。OLED采用标准的绿光器件, 利用超薄的Al薄膜作为半透明阴极实现顶发射功能。实现了低电压工作的OTFT与顶发射OLED的集成, 其中OTFT的阈值电压为2.0 V, 饱和场效应迁移率为0.40 cm2·V－1·s－1。基于实验数据, 对集成像素的电特性进行了计算分析, 在－5~－10 V的栅电压调控下, 像素亮度能在50~250 cd/m2的范围内实现线性灰度调控。

采用自制的碲酸盐微结构光纤作为非线性介质, 利用实验室自己搭建的1 560 nm飞秒光纤激光器作为泵浦源, 研究了泵浦功率、光纤长度、非线性系数和群速度色散对超连续谱展宽的影响, 并通过优化碲酸盐微结构光纤的结构获得了覆盖1 300~2 200 nm的全光纤超连续光源。

设计了一套用于导弹精确制导的激光及可见双模导引头, 采用RC复杂化设计双路共用主、次镜和多次光路折转的形式来减小结构体积。激光光路设计焦距为300 mm、视场为0.6°, 用于激光引导后最终目标的确认; 可见光光路焦距为100 mm、视场为3°, 用于较大区域内初始目标的搜索。设计过程采用计算机软件进行优化分析, 总质量控制在600 g以内, 在满足体积小、质量轻的同时确保了热稳定性和结构可靠性。环境试验结果表明, 可见光路的光学传递函数优于0.3@50 lp/mm, 满足最终使用要求。

利用针-板介质阻挡放电装置, 在4 mm长的气隙中产生了大气压氩气射流等离子体。利用电学方法实现了对放电电流和电荷量的同时测量, 并且对放电脉冲数和放电功率进行了研究; 利用发射光谱法对放电等离子体进行了空间分辨测量, 并根据ArⅠ 696.54 nm的Stark展宽计算了等离子体的电子密度。结果发现: 随着外加电压的增加, 每个周期内的放电脉冲数增加, 放电功率也增加。随着针头距离的增加, 电子密度由2.94×1015 cm-3逐渐减小到2.28×1015 cm-3。实验结果表明: 电场强度对放电脉冲数和电子密度的空间分布起重要作用。

为解决LED集成芯片光源的散热问题, 提出一种整体式热管散热器, 并在不同的热源功率、充液率、倾角下进行了自然对流散热实验研究。结果表明: 散热器的热管最佳充液率为30%。热功率较小时, 0°～50°倾角对热管传热影响不大; 倾角达到75°时, 各功率下的热管传热及散热器热阻都明显恶化。散热器启动时间约为30 min, 且几乎不受功率大小影响; 但75°倾角下, 需要更多时间达到稳定。相比于常见的平行板和太阳花翅片散热器, 采用整体式热管散热器散热的芯片结温可得到更有效控制。

提出了基于光学传输矩阵的提取太赫兹时域光谱光学参数的理论方法。相比于传统的提取主脉冲方法, 该方法在未来可以推广用以分析主脉冲与次脉冲无法分辨的太赫兹时域光谱。利用该方法得到了蓝宝石(α-Al2O3)样品在0.3~1.0 太赫兹频段的复折射率。通过与利用提取主脉冲方法得到的复折射率的结果比较, 验证了基于光学传输矩阵的理论分析方法的可靠性和精确性。所提出的方法为今后主次脉冲无法分辨的太赫兹时域光谱的准确分析提供了坚实的理论基础。