采用高温固相法制备了不同Eu2+浓度掺杂的Sr2Si5N8红色荧光粉,并对其晶体结构、形貌、发光和热猝灭性能进行了详细的研究.XRD和SEM测试表明,所合成的样品为纯相Sr2Si5N8结构,具有较高的结晶度.PL光谱数据表明,Eu2+替代Sr2+格位形成两种不同的发光中心.温度特性测试发现,样品的热猝灭性能很大程度上取决于Eu2+浓度.随着Eu2+浓度的增加,样品的热猝灭性能先增强后降低.不同发光中心的荧光强度比和荧光寿命测试结果表明：在较低Eu2+掺杂条件下,Eu2+浓度引起热猝灭性能改变的机制主要归因于Eu2+占据不同Sr2+格位的几率的改变.

采用高温固相法合成了适合近紫外光、蓝光激发的K2ZnSiO4∶Eu3+红色荧光粉,研究了该荧光粉的发光特性.XRD结果显示,所合成的荧光粉主晶相为K2ZnSiO4.样品的激发光谱由O2-→Eu3+电荷迁移带(200~350 nm)和Eu3+离子的特征激发峰(350~500 nm)组成,最强峰位于396 nm,次强峰位于466 nm.在396 nm和466 nm激发下,样品均呈多峰发射,分别由Eu3+离子的5D0→7FJ(J= 0,1,2,3,4)能级跃迁产生,其中619 nm处峰值最大.增加Eu3+离子的掺杂浓度,荧光粉的发光逐渐增强.在实验测定的浓度范围内,未出现浓度猝灭现象.不同Eu3+浓度样品的色坐标均位于色品图红光区,非常接近NTSC标准.

通过异质核诱导,利用溶剂热法在较低温度下合成了具有疏水表面的上转换发光稀土核-壳NaYF4/NaLuF4∶20%Yb,1%Tm纳米粒子,并利用X射线衍射仪、透射电子显微镜、傅里叶变换红外吸收光谱仪以及荧光光谱仪等测试设备对其进行了结构、形貌和上转换光谱的表征.测试结果表明,纳米粒子核为立方相,壳层为六角相.核-壳型纳米粒子的尺寸平均在20 nm以下,分布较为均匀.在980 nm近红外光激发下,核-壳型纳米粒子发射出较强的紫色和紫外荧光,且发光强度明显高于同尺寸立方相NaLuF4∶20%Yb,1%Tm纳米粒子.这表明利用异质核诱导的方法制备的核-壳型纳米粒子在生物医学领域具有更高的应用价值.

利用磁控溅射在重掺硼硅(p+-Si)衬底上分别沉积TiO2薄膜和掺硼的TiO2(TiO2∶B)薄膜,并经过氧气氛下600 ℃热处理,由此形成相应的TiO2/p+-Si和TiO2∶B/p+-Si异质结.与TiO2/p+-Si异质结器件相比,TiO2∶B/p+-Si异质结器件的电致发光有明显的增强.分析认为：TiO2∶B薄膜经过热处理后,B原子进入TiO2晶格的间隙位,引入了额外的氧空位,而氧空位是TiO2/p+-Si异质结器件电致发光的发光中心,所以上述由B掺杂引起的氧空位浓度的增加是TiO2∶B/p+-Si异质结器件电致发光增强的原因.

C60高度的分子对称性使其能带间的电子跃迁被禁止,导致其发光很弱.为了提高C60纳米晶的发光强度,采用挥发C60的芳香烃饱和溶液的方法,一步合成了芳香烃溶剂化的C60纳米晶.实验结果表明,有机溶剂的掺杂在不同程度上增强了C60纳米晶的发光,其原因可能是溶剂的掺杂破坏了C60 的高度的分子对称性.

采用凝胶法分别制备出4.5ZnO-5.5Al2O3-90SiO2(ZAS)以及ZAS∶RE3+ (RE=Eu,Tb,Ce) 透明微晶玻璃.利用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和荧光光谱仪(PL)等测试手段,研究了稀土离子掺杂浓度对ZAS微晶玻璃的结构和发光性能的影响.XRD结果表明,ZAS∶RE3+ (RE=Eu,Tb,Ce)微晶玻璃包含ZnAl2O4晶相和SiO2非晶相,ZnAl2O4平均晶粒尺寸约为30 nm,稀土离子的掺杂没有显著改变原来的ZnAl2O4晶体结构.TEM结果表明,900 ℃时ZnAl2O4从ZAS体系中析出.PL光谱显示,Eu3+ 存在 5D0→7F2跃迁,ZAS∶Eu3+在611 nm 处发出强烈的红色光;由于Tb3+ 的5D4→7F5 跃迁,ZAS∶Tb3+在541 nm 处发出明亮的绿色光;ZAS∶Ce3+ 在381 nm处显示了蓝光发射,对应于Ce3+ 的5d→4f 轨道跃迁.ZAS∶RE3+ (RE=Eu,Tb,Ce)的PL发射光谱存在着浓度猝灭现象,Eu3+、Tb3+ 和Ce3+的最佳单掺杂摩尔分数分别为20%、20%和3%.CIE色度图表明,ZAS∶ RE3+ (RE=Eu,Tb,Ce)的色坐标分别位于红光、绿光和蓝光区域.实验结果表明,ZAS∶ RE3+ (RE=Eu,Tb,Ce) 微晶玻璃是一种良好的可用于全色显示的白光LED材料.

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法在Si衬底上进行了ZnO的成核与薄膜生长研究.ZnO薄膜的形貌和结晶特性由成核和后期生长过程共同决定,初期成核温度决定了其尺寸和密度,进而影响后期ZnO主层的生长行为,但由于高温对后期ZnO纳米柱横向生长的抑制,纳米柱的尺寸并没有因为成核尺寸的增大而变大,因此在560 ℃得到了晶柱尺寸最大、密度最小的ZnO薄膜.最后通过改变成核温度,优化了ZnO外延膜的结晶质量.

以还原氧化石墨烯为前驱体,采用一步水热法成功制备出了近似球状、分散性良好、尺寸均一的石墨烯量子点.通过傅立叶红外光谱(FTIR)、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱等光学手段对样品的结构和光学性能进行了表征,结果显示制备的石墨烯量子点表面含有丰富的含氧官能团,在紫外区有很强的吸收,发射峰强而窄,表现出激发波长不依赖的荧光性能.研究结果表明石墨烯量子点可应用于Mn2+微量探测,石墨烯量子点的荧光强度会随着所加入的Mn2+浓度的增大而降低,在0~400 μmol/L间的校准曲线呈线性相关.

采用液相剥离法剥离MoS2块体材料,通过选择合适的剥离剂、超声时间、超声功率得到含有不同尺寸且分散均匀的MoS2混合纳米薄片悬浮溶液.在360 nm光激发下,这种悬浮液表现出单层MoS2及小尺寸MoS2纳米颗粒的复合发光特征.与微机械剥离得到的单层MoS2的发光特性相比,这种液相法得到的混合纳米薄片在512 nm处的最强发光峰位发生明显蓝移.混合纳米薄片在横向尺度上所产生的量子限制效应可能是导致该峰位蓝移的主要原因.

采用高温固相法合成出La2Mo2O9∶Eu3+,W6+系列红色荧光粉,其结构为立方晶系的β- La2Mo2O9.在395 nm光激发下,样品La1.40Mo2O9∶0.60Eu3+发射出很强的红光,最强发射峰位于616 nm处.适量地掺杂W6+离子可以提高样品的激发和发射强度,在395 nm光激发下,La1.40Mo1.84O9∶0.60Eu3+,0.16W6+荧光粉的Eu3+的5D0→7F2跃迁发射强度最大,是样品La1.40Mo2O9∶0.60Eu3+的1.23倍.最后,将La1.40Eu0.60Mo1.84O9∶0.16W6+荧光粉与~395 nm发射的InGaN芯片一起制作成红光发光二极管(LED),该LED发射出很强的红光.

利用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备SnS薄膜,用X射线衍射(XRD)、能谱仪(EDS)、原子力显微镜(AFM)、场发射扫描电镜(FE-SEM)和紫外-可见-近红外分光光度计(UV-Vis-NIR)分别对所制备的薄膜晶体结构、组分、表面形貌、厚度、反射率和透过率进行表征分析.研究结果表明：薄膜厚度的增加有利于改善薄膜的结晶质量和组分配比,晶粒尺寸和颗粒尺寸随着厚度的增加而变大.样品的折射率在1 500～2 500 nm波长范围内随着薄膜厚度的增加而增大.样品在可见光区域吸收强烈,吸收系数达105 cm-1量级.禁带宽度在薄膜厚度增加到1 042 nm时为1.57 eV,接近于太阳电池材料的的最佳光学带隙(1.5 eV).

制备了基于P3HT∶PCBM复合体异质结有机太阳能电池,通过改变旋涂速度和时间来控制活性混合膜中溶剂的挥发时间,研究了载流子复合损耗与器件加工制造条件以及界面陷阱密度的关系.测试结果表明,活性复合膜溶剂的挥发时间对有机太阳能电池的光电性能有直接影响.溶剂挥发快的器件产生的陷阱辅助复合最为强烈,基于开路电压与光强对数关系的直线的斜率较大,存在的界面陷阱密度也最大.文中建立了制造加工条件、复合损耗机制、界面陷阱密度、器件光电特性之间的数值联系,这对最终提高聚合物太阳能电池性能具有重要的指导意义.

通过改变溶剂退火时的环境压强控制溶剂的蒸发速率,在不同压强下进行加压溶剂退火制备了基于聚-3己基噻吩∶富勒烯衍生物(P3HT∶PCBM)的体异质结聚合物太阳能电池.X射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)以及原子力显微镜(AFM)的测试结果表明,增大溶剂退火的环境气压改善了薄膜的结晶度,增强了有源层的光吸收,提高了P3HT和PCBM的相分离程度,更有利于激子的解离和载流子传输.与在常压下溶剂退火相比,在2.0 MPa压强下对有源层进行溶剂退火的器件的光电转换效率提高了29%,达到了3.69%.

采用水溶性银纳米颗粒附着在反型太阳能电池的电子传输层上,用以提高有机太阳能电池的短路电流.所制备的器件结构为ITO/ZnO/Ag NPs/P3HT(Poly 3-hexylthiophene)∶PC［60］BM/MoO3/Ag.其金属银纳米颗粒的表面等离激元在410 nm处出现了共振吸收峰,半峰全宽约为60 nm.器件的光电流在可见光范围内均有所增加,短路电流相对于标准器件提高了20.2%,光电转化效率相对提高了17.2%.

为了分析微腔有机电致发光器件(MOLED)发光的角度依赖性,根据微腔计算公式,采用传输矩阵法进行了模拟计算,并进行了实验验证.所设计器件的结构为Glass/DBR/ITO(58 nm)/NPB(46 nm)/DPVBi(20 nm)/Alq3(56 nm)/LiF(1 nm )/Al(150 nm).由实验得到的电致发光(EL)谱可以观察到：随着探测角度的加大,发光峰蓝移、强度减小.与模拟得出的不同观测角度下的反射谱进行比较,发现透射峰值与EL峰值相对应.模拟分析发现,这是由于观测角不同,微腔两个反射镜的S和P偏振的反射率及反射相移不同,同时腔内光学厚度发生变化,即微腔长度变化共同作用所导致.

运用传输矩阵法和正交分析法模拟计算出MoO3/Ag/MoO3透明电极的最佳厚度,采用镀膜实验验证模拟计算的准确性,制备了一系列不同MoO3膜厚度和Ag膜厚度的透明电极.然后,制备了一系列顶发射有机电致发光器件：铝/氟化锂(LiF)/三(8-羟基喹啉)铝(Alq3)/N,N′-二苯基-N,N′-(1-萘基)-1,1′-联苯-4,4′-二胺/三氧化钼(MoO3)/银(Ag)/三氧化钼(MoO3),来进一步验证模拟计算运用在器件制备中的准确性.MoO3(10 nm)/Ag(10 nm)/MoO3(25 nm)在532 nm处的透射率达到最大值88.256%,以该透明电极制备的器件与参考器件相比,性能有了明显提高,最大亮度和最大效率分别为20 076 cd/m2和4.03 cd/A,提高了18.5%和56%.器件性能的提高归因于顶发射OLED器件透射率的提高和MoO3对空穴注入能力的提升.

利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法在具有偏角(0°~0.9°)的Si(111)衬底上生长了GaN薄膜.采用高分辨X射线衍射(HRXRD)对Si衬底的偏角进行了精确的测量,利用HRXRD、原子力显微镜(AFM)以及光致发光(PL)对外延薄膜的晶体质量、量子阱中In组分、表面形貌及光学特性进行了研究.结果表明,Si(111)衬底偏角对量子阱中的In组分、 GaN外延膜的表面形貌、晶体质量以及光学性能具有重大影响.为了获得高质量的GaN外延薄膜,衬底偏角必须控制在小于0.5°的范围内.超出该范围,GaN薄膜的晶体质量、表面形貌及光学性能都明显下降.

以3-巯基丙酸(MPA)为稳定剂,采用水相合成法合成了具有优良光学性质的Mn掺杂ZnS量子点.该量子点在室温条件下即可发射较强的磷光信号.将量子点与牛血清蛋白(BSA)偶联后,形成了纳米复合材料.由于BSA对量子点表面缺陷进行了有效修复,量子点发出的磷光明显增强.当加入头孢曲松钠后,头孢曲松钠与BSA的相互作用使量子点的磷光被有效猝灭,该磷光猝灭量(△P)与头孢曲松钠的浓度在一定范围内呈良好的线性关系(R=0.99).量子点与BSA偶联的最佳条件为：pH=7.4,反应温度37 ℃,反应时间40 min,BSA浓度80 mg·L-1,量子点浓度40 mg·L-1.反应形成新的生物纳米复合材料,作为头孢曲松钠的磷光探针,其线性范围为0～30 μmol·L-1,相关系数R=0.99,检出限为0.14 μmol·L-1,相对标准偏差为1.63％.

制备了基于F16CuPc和CuPc的双异质结结构的双极型有机薄膜晶体管.该器件的载流子迁移率是相同工艺制备的F16CuPc和CuPc双层单异质结有机薄膜晶体管器件的4~5倍.同时,该双异质结结构还能调整载流子的阈值电压,减少双层结构对薄膜厚度等工艺条件的苛刻要求.这种双异质结结构为提升双极型有机薄膜晶体管器件的性能提供了一种有效方法.

将荧光碳点引入透明斑马鱼胚胎中,研究了荧光碳点在斑马鱼中的活体成像和对斑马鱼的毒副作用.通过对水中添加荧光碳纳米颗粒,从形态上观察其对于斑马鱼个体发育的生物学效应,实时观察其在斑马鱼体内富集代谢的情况,为荧光碳点及其复合物在生物活体成像方面的研究应用奠定基础.结果表明,荧光碳点对斑马鱼生长发育无明显的毒副作用,不会导致胚胎发育异常(通过观察尾巴弯曲情况、色素深浅、血管发育速度、鱼鳔发育速度来确定对胚胎发育的影响),并且对斑马鱼无明显致死现象.荧光碳点进入斑马鱼体内的时间非常迅速,并且可以在48 h之内经代谢排出体外.