利用H在ZnO中作为浅施主杂质的特性, 研究了H掺杂对ZnO∶Al透明导电薄膜特性的影响。 通过降低ZnO∶Al中Al的含量并同时引入H掺杂, 解决了透明导电薄膜中高导电性与高透过率之间的矛盾。H的掺杂可以显著降低ZnO基透明导电薄膜的电阻率, 这是由于H一方面作为施主可以提供电子从而提高了自由载流子浓度; 另一方面与ZnO晶界中的O-结合降低了晶界势垒, 提高了载流子迁移率。利用H掺杂,可以在Al掺杂量降低10倍的情况下, 仍然能获得低电阻率(6.3×10-4 Ω·cm)的透明导电薄膜, 同时其近红外波段(1 200 nm)透光率从64%提高到90%。这种具有高导电性和高透光性的透明导电薄膜可以应用于各类薄膜太阳能电池中以提升器件效率。

使用分子束外延方法在c面蓝宝石衬底上生长了系列氮掺杂ZnO薄膜样品。在连续的富锌气氛环境中生长的样品, 由于存在大量的施主缺陷, 呈现n型电导。为了抑制施主缺陷带来的补偿效应, 在生长过程中, 通过周期性补充氧气, 形成周期性的富氧气氛, 缓解了氮掺杂浓度和施主缺陷浓度之间的矛盾。光致发光测量表明, 通过交替生长气氛, 氧空位和锌间隙等缺陷在薄膜中得到了显著抑制。通过交替生长气氛生长的外延薄膜的结晶质量也有所提高。样品显示出重复性较高的p型电导, 载流子浓度可达到1016 cm-3。周期性补氧调节生长气氛的生长方式是一种有效实现p型掺杂ZnO的方法。

利用化学合成方法制备了Ag纳米线和ZnO量子点。对这两种纳米结构的表面形貌、晶体结构和光学性质分别进行了研究。结果表明: Ag纳米线和ZnO量子点均为单晶结构, 平均直径分别为160 nm和5 nm左右。将Ag纳米线混入ZnO量子点可以使其紫外荧光显著增强, 其中位于345 nm和383 nm 的荧光分别增强30倍和12倍。这与Ag纳米线和ZnO量子点混合体系的局域表面等离子体共振耦合吸收峰位相一致, 说明该体系存在两种共振耦合模式。该研究结果为将来开发ZnO基纳米发光器件提供了一条新的途径。

以Eu2O3、NH4H2PO4、BaCl2·2H2O、BaCO3为原料, 用高温固相法制备出Ba₅(PO₄)₃Cl∶Eu²⁺荧光粉。用XRD衍射仪和荧光分光光度计分别测试样品的物相结构和荧光性能。结果表明: 制备得到的Ba5(PO4)3Cl∶Eu2+为单相, 在245~425 nm范围均有较大吸收, 具有最强峰在435 nm的窄带发射。该荧光粉的发光强度受Eu2+浓度的影响较大, 其发光随着Eu2+浓度的增加先增强后减弱。当Eu2+摩尔分数为3％时, 发光强度达到最大。

采用熔融法制备了Tb3+掺杂的Bi2O3-B2O3系统玻璃, 使用激发、发射及拉曼光谱分析了光学碱度与玻璃结构及发光性能的关系, 同时绘制了Tb3+、Bi3+和Bi2+的能级图。研究结果表明: Tb3+掺杂的Bi2O3-B2O3玻璃由［BO3］、［BiO3］、［BO4］及［BiO6］共同组成, 且随着光学碱度由0.63增加到0.93, 玻璃的结构逐渐疏松。高的光学碱度使部分Bi3+变为Bi2+, 发出571 nm(2P3/2(2)→2P1/2)的光, Bi3+→Tb3+的能量降低。在光学碱度及Tb3+、Bi3+和Bi2+离子的共同作用下, 随着光学碱度的提高, 玻璃的发光颜色由黄绿色变为白色。

采用高温熔融法制备了Tb3+单掺硼酸盐、硅酸盐和磷酸盐荧光玻璃和相应的玻璃基质。根据紫外-可见透射光谱计算了Tb3+在不同基质中从7F6 到5D3和 5D4能级的实验振子强度, 解释了不同基质中Tb3+发射光谱的变化原因。结果表明: 因为对称性差, 在磷酸盐玻璃基质中, Tb3+在542 nm和585 nm处的发射峰有劈裂现象。在硼酸盐和硅酸盐基质中, Tb3+ 的5D3能级上的粒子通过交叉弛豫过程被倒空并转移到5D4能级, 故5D3能级发光(413 nm和436 nm)不明显; 在磷酸盐基质中, Tb3+的5D3能级上的粒子数较少, 没有交叉弛豫产生, 故5D3能级发光最强。在3种基质中, Tb3+从5D4能级发射的特征峰489, 542, 585, 620 nm的强度顺序是硼酸盐>硅酸盐>磷酸盐, 与Tb3+在不同基质中从7F6 到 5D4能级的实验振子强度顺序一致。

在N2气氛下, 以Si3N4、SrCO3和Eu2O3为原料, 采用自还原高温固相合成法制备了Sr0.97Si2N2O2∶0.03Eu2+荧光粉。在近紫外光激发下, 该荧光粉发出明亮的黄绿光, 发射峰位于533 nm处。采用XRD分析了不同助熔剂(NH4F, NH4Cl, Li2CO3, H3BO3)条件下的荧光粉晶相发育情况。通过SEM和荧光光谱研究了不同助熔剂对Sr0.97Si2N2O2∶0.03Eu2+晶粒形貌及发光性能的影响。结果表明, 随着助熔剂的添加, 荧光粉团聚现象缓解、结晶度增强、分散性提高, 且不同程度地提高了荧光粉的发光强度, 其中以NH4Cl的添加效果最佳。

采用微乳液法制备了纯相立方和六方晶相NaYF4∶Yb3+,Er3+发光材料, 微乳液体系选择了CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)-正丁醇-正辛烷-水。研究了NaF/Y3+比例、反应温度、反应时间和体系pH值等对相形成的影响, 以及陈化、后续热处理温度和时间对颗粒尺寸和发光性能的影响。结果表明: 在NaF/Y3+比例小于5、体系pH=5～6、反应温度为140 ℃、反应时间为24 h的条件下, 可得到立方相α-NaYF4∶Yb3+,Er3+, 粒径约为200 nm; 在NaF/Y3+比例大于5、体系pH=1~4、反应温度为160 ℃、反应时间为60 h以上的条件下, 可得到六方相β-NaYF4∶Yb3+,Er3+, 粒径约为1 μm。样品在980 nm激光激发下, 在521, 529, 541, 549 nm 处有发光峰, 最强发光峰为541 nm, 表现为明亮的绿色。

首先以CdCl2·2.5H2O、SeO2和NaBH4为反应物, 制备巯基丁二酸稳定的CdSe量子点。然后将有机膨润土与CdSe量子点溶液混合并充分搅拌, 制备负载CdSe量子点的膨润土发光材料, 用荧光光谱、扫描电镜和X射线粉末衍射等分析测试手段对所得材料的光谱性能与微观结构进行表征。光谱分析表明, 量子点膨润土复合材料的发光颜色与量子点溶液非常一致; X射线光电子能谱分析表明, 复合后的材料中含有Cd 和 Se两种元素; 此外, 在量子点膨润土复合材料X射线粉末衍射谱中可见CdSe量子点(111)、(220)及(331)3个晶面的衍射峰, 2θ=4.3°处出现膨润土(001)衍射峰。数据表明, 在制备的CdSe量子点膨润土复合材料中, 量子点和膨润土的结构都没有改变。

通过含乙烯键的三联吡啶单体与甲基丙烯甲酯单体的共聚, 制备了含配体的线性共聚物(P(MMA-co-TPY))。该共聚物继续与环金属铱二氯桥中间体反应, 最终制备出含环金属铱配合物的高分子材料P(MMA-co-TPYIr)。用傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征了材料的结构, 并用紫外-可见光谱仪、荧光光谱仪研究了材料的光物理性能, 最后研究了材料在溶液中的氧气传感性能。结果表明, 环金属铱配合物已共价连接到高分子链上, 固态下为纯红光发射, 波长为638 nm, 量子效率为0.035。该材料表现出了较好的氧气传感性能, 并且在DMF中的效果最好, 纯氮气和纯氧气氛围下的发光强度比为6, 氧气检测限能达到0.34%。

采用水热合成法制备了CaF2∶xYb3+, yEr3+(x=0.1~0.8,y=0.01~0.08)纳米颗粒, 利用X射线粉末衍射仪、透射电子显微镜和F-4600荧光分光光度计表征了样品的物相和形貌尺寸, 并探究了Yb3+和Er3+掺杂浓度对样品的上转换发光性质的影响。结果表明, 所合成的样品为立方相, 球形颗粒, 平均直径为 12 nm, 敏化剂Yb3+的最佳掺杂摩尔分数为20%, 而激活剂Er3+的最佳掺杂摩尔分数为6%。此时, 绿光与红光的强度之比最大。

采用玻璃粉料高温漂浮熔融法制备了0.9%Er2S3(质量分数)∶75%GeS2-15%Ga2S3-10%CsI(摩尔分数)硫系玻璃微球, 并用熔融拉锥法制备了锥腰直径为2.31 μm的石英光纤锥。将其与直径119 μm的硫系微球进行耦合, 在980 nm 激光泵浦下获得了微球中与Er3+:4I13/2→4I15/2跃迁对应的1.54 μm处的荧光光谱。分析了微球和块状玻璃荧光光谱差异的原因, 并用Mie散射理论公式对微球荧光光谱共振峰间隔进行了计算。共振峰间隔实验结果与理论计算误差最小仅为0.05%, 验证了理论分析的正确性。最后, 讨论了微球峰值间隔与泵浦功率的关系, 排除了泵浦功率对共振峰间隔的影响。

采用化学气相法分别在石英舟内表面和单晶硅衬底上制备了ZnO微米片、纳米线、微米四足体以及微米球4种结构, 并制作了相应的气敏传感器。扫描电子显微镜、气敏测试仪等结果显示: 合成的ZnO纳米/微米结构尺寸在200 nm~100 μm之间, 传感器最佳工作电流区间为120~130 mA, 其中微米四足体制备的传感器灵敏度高达127, 展现出优异的气敏特性。在4种结构中, 微米四足体材料内部的VO缺陷含量最高, 结合气敏测试与荧光光谱结果, 我们认为材料内部的VO缺陷含量是影响材料气敏特性的最重要因素。

对商用三极管和MOS场效应晶体管进行了不同环境温度下的总剂量辐照实验, 对比了不同辐照温度对这两种器件辐射效应特性的影响。实验结果表明, 对于同一辐照总剂量, 三极管的基极电流、电流增益和MOS场效应晶体管的阈值电压漂移值都随着辐照温度的不同而存在较大的差异。总剂量为100 krad, 辐照温度分别为25, 70, 100 ℃时, NPN三极管的电流增益倍数分别衰减了71, 89和113, 而NMOS晶体管的阈值电压VT分别减少了3.53, 2.8, 2.82 V。

采用溶液制备法制备了用PVA作为绝缘层、P3HT作为有源层的有机场效应晶体管, 研究了不同浓度PVA栅绝缘层对器件性能的影响。实验结果显示, 以质量分数为8%的PVA溶液制备的栅绝缘层具有最好的性能, 器件的场效应迁移率为0.31 cm2·V-1·s-1, 阈值电压为-6 V。进一步分析了PVA栅绝缘层浓度对器件性能提高的原因, 结果表明,对于制备溶液化的有机场效应晶体管, 选取合适的PVA栅绝缘层浓度非常重要。

利用交流空心针-板放电装置, 在大气压环境中产生了两种不同极性的氩射流等离子体,利用放电产生的等离子体发光信号, 研究了两种等离子的形貌和放电的发展速度。利用高速相机拍摄了两次放电的形貌, 发现正半周放电长度约为0.8 cm, 负半周放电长度约为1.6 cm。然后利用两个光电倍增管配合, 分别测量了正负半周放电的发展速度, 正半周放电发展速度为(3.1±0.2)×106 cm/s, 负半周放电发展速度为(2.2±0.1)×107 cm/s, 而且两次放电的发展方向相同。通过对电子激发温度空间分布的分析, 发现电场是影响等离子发展速度的重要因素。

针对载流子在面式-三(2-苯基吡啶基-N,C2′)铱(Ⅲ) (Ir(ppy)3)上的聚集会对器件性能产生不良影响, 在发光层中分别掺入4% 的双(2-(4,6-二氟苯基)吡啶基-N,C2′)铱(Ⅲ) (吡啶-2-羧基)配合物 (FIrpic) 和4% 的4,4′,4″-三(咔唑-9-基)三苯胺 (TCTA), 器件的性能有明显的提高, 最高电流效率分别达到51 cd/A和43.1 cd/A, 提高约79%和50%, 我们将器件效率的提高归因于TCTA和FIrpic可以使聚集在Ir(ppy)3界面的空穴向主体材料4,4′-二(咔唑-9-基)联苯 (CBP) 转移, 进而可减弱对激子的猝灭作用。

石墨烯具有独特的电学性能、优异的机械延展性和良好的化学稳定性, 是制备高性能导电薄膜的理想材料, 但是当前石墨烯的高电阻率限制了它的实际应用。本文采用喷涂方法制备了石墨烯/聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸) (PEDOT∶PSS)复合导电薄膜, 对复合薄膜的表面形貌与光电性能进行了研究。PEDOT∶PSS的引入不仅降低了石墨烯薄膜的表面电阻, 同时还平滑了薄膜表面。在此基础上, 成功制备了柔性黄光有机电致发光器件, 器件在12 V时达到效率最大值0.9 cd/A。器件在曲率半径为10 mm时弯曲了100次后, 发光亮度并无明显变化。该复合薄膜可实际应用于柔性有机电致发光显示器件。

采用平面波展开法模拟二维光子晶体在E极化和H极化下的能带结构, 研究Ge基二维正方晶格光子晶体的填充比以及晶格排列结构对最大禁带宽度的影响。结果表明: 在空气背景材料中填充Ge柱的介质柱结构中, 可产生TE、TM带隙, 且各方向完全带隙出现在r/a=0.19~0.47范围内, 最大完全帯隙禁带宽度可以达到0.064(归一化频率); 在选取Ge为背景材料的空气孔型结构中, 同样可产生TE、TM带隙, 且各方向完全带隙出现在r/a=0.46~0.49范围内, 最大完全帯隙禁带宽度可以达到0.051(归一化频率)。同时, 不论在介质柱型还是空气孔型结构中, 带隙宽度都随着r/a的增大呈先增大后减小的趋势。

在光纤纤芯中掺入适量GeO2有利于增加纤芯非线性折射率, 提高光纤的非线性系数。利用有限元法设计了一种带宽为1.45 μm的宽反常色散掺杂光子晶体光纤, 其光纤可以利用低泵浦功率产生任意波长的光孤子。分析结果显示, 当脉冲脉宽TFWHM取300 fs时, 产生基阶光孤子需要的最高平均泵浦功率为0.001 695 W, 而产生五阶光孤子需要的最高平均泵浦功率仅0.042 38 W。

为了抑制数码相机拍摄LED显示屏时图像中存在的莫尔条纹现象, 对莫尔条纹产生的机理及其特性进行了理论分析。提出了利用多层散射膜抑制高密度LED显示屏莫尔条纹的方法。利用光学模拟程序对莫尔条纹抑制装置进行了仿真验证, 对其中的关键参数进行了优化。利用优化后的莫尔条纹抑制结果在P2.5 mm 高密度LED显示样箱上进行了实验验证。实验观察结果与理论分析吻合, 该装置可大幅度降低莫尔条纹的对比度, 证明了方法的有效性。

基于辣根过氧化物酶( HRP) 催化 H2O2-Luminol系统, 对一种新型酚类衍生物 4-(1,2,4-三氮唑-1-基)苯酚对化学发光的增强作用进行了研究。用HRP标记急性心肌梗死标志物心肌肌钙蛋白Ⅰ(cTnⅠ)单克隆抗体, 通过cTnⅠ的双抗体夹心免疫反应, 建立了简单、灵敏和快速检测人血清中的cTnⅠ含量的增强型酶发光免疫分析方法。实验结果表明, cTnⅠ在1.2 ～ 24 ng/mL浓度范围内与增强型发光强度具有良好的线性关系(R=0.99), 变异系数(n= 8) 为 4.7%。最后, 使用该方法对人血清样品中的cTnⅠ含量进行测定, 测试结果具有较好的稳定性和精度, 能够满足临床检测要求。