采用柠檬酸热解法制备了石墨烯量子点(GQDs), 研究了非极性溶剂戊烷, 极性溶剂乙醇、丙酮、乙二醇对GQDs荧光性质的影响。透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)图像表明, 制备的GQDs尺寸分布在2~12 nm(平均尺寸为4.9 nm), 分散均匀, 高度分布在0.5~2 nm。吸收光谱表明, GQDs具有明显的紫外吸收特性, 吸收峰位于259 nm和274 nm。光致发光谱表明, GQDs的发光具有明显的溶剂依赖性。GQDs在极性溶剂乙醇、丙酮、乙二醇中, 发光峰的位置依赖于激发波长, 发射波长在可见光区。而在非极性溶剂戊烷中, GQDs表现出对激发波长不依赖的荧光性能, 且发射波长在近紫外。

采用高温固相法制备Ca2-xSnO4∶xEu3+(x=0, 0.001, 0.005, 0.01, 0.015, 0.02)发光材料, 分别在空气和真空氛围中进行烧结, 研究Eu3+掺杂浓度及基质中氧空位对样品发光性能的影响。随着Eu3+离子浓度的增加, 发射强度呈逐渐增大的趋势, 主发射峰由两个分别位于614 nm和618 nm的峰逐步合为一个位于616 nm的发射峰。在Ca2-xSnO4∶xEu3+样品的激发光谱中, 存在着200～295 nm的Eu3+-O2-电荷迁移带, 随着Eu3+离子浓度的增加, 电荷迁移带的峰位由271 nm红移到286 nm。此外, 在Eu3+离子掺杂浓度相同的情况下, 真空中烧结得到样品的发光强度是空气中烧结得到样品的2倍。这是由于在真空氛围中烧结产生的氧空位增加使得传导电子密度升高, 导致发光强度增加。而且, 氧空位的增加导致电子陷阱的增多, 这使得Ca2-xSnO4∶xEu3+样品的余辉性能得到了很大程度的提高。

采用高温熔融法分别制备了高含量Tb3+单掺和Dy3+/Tb3+共掺的镓硼锗硅酸盐(GBSG)发光玻璃, 并分析了其光谱性能。根据Dy3+和Tb3+掺杂的镓硼锗硅酸盐(GBSG)玻璃的激发和发射光谱、荧光寿命衰减曲线等特性, 探讨了Dy3+与Tb3+之间的能量传递关系。结果表明: 玻璃的发光强度和荧光寿命随着Tb3+、Dy3+含量的增加而减少。与相同摩尔浓度的单掺玻璃相比, 共掺玻璃发光强度的衰减速率先减慢而后加快。Tb3+、Dy3+离子之间的能量传递方式为无辐射共振能量传递和4F9/2+7F6→6H15/2+5D4交叉弛豫效应。

为了进一步提高固态照明中荧光转换光源(PC-LED)的白光发射效率, 探寻激发源与荧光粉搭配对合成白光辐射通量转换效率之间的关系。以YAG荧光粉为对象, 搭配不同光谱宽度的激发源, 采用光谱计算方法研究了合成白光光源中激发源光谱宽度对其辐射通量转换效率的影响, 计算结果通过实验进行了验证。结果表明: 当光谱宽度较小时, 转换效率随光谱宽度的增加而缓慢降低; 当光谱宽度大于18 nm时, 转换效率急剧下降。每种荧光粉都有其理想激发源光谱宽度范围, 在此范围内激发源辐射通量转换效率高且受其光谱宽度影响较弱。

采用水热法制备了Mn2+/Fe3+共掺杂的NaYF4上转换纳米晶, 通过改变掺杂浓度来调控晶相、晶粒尺寸以及上转换荧光发射强度。以Fe3+共掺杂的上转换纳米晶为晶核, 通过改变反应时间来调控SiO2壳厚度, 观察到上转换荧光发射强度在反应4 h的条件下出现最大值。Mn2+/Fe3+共掺杂的上转换纳米晶样品整体上转换荧光强度分别提高到3.7倍和4.5倍, 同时Fe3+共掺样品的红色上转换荧光增强近7倍。基于近红外980 nm激光激发下的稳态光谱研究, 提出Yb3+-过渡族离子和Er3+之间的能量传递以及晶场对称性的改变引起了这种增强效应, 随着过渡族离子掺杂浓度的增加, 过渡族离子之间的交换相互作用导致上转换荧光的猝灭。

为了实现超声探伤和应力发光探伤二者结合, 研究了SrAl2O4∶Eu,Dy(SAOED)/硅橡胶在超声振动下的应力发光性质。薄膜的微观结构表明, SrAl2O4∶Eu, Dy应力发光颗粒被高弹性的硅胶包裹。当超声波作用到薄膜表面时, 超声振动可以促使应力发光颗粒周围的硅橡胶发生各种形变, 从而使被包裹的应力发光颗粒发生有效形变, 产生高效的应力发光。薄膜厚度以及超声频率对SAOED发光薄膜的应力发光有明显的影响。薄膜的超声应力发光强度随着薄膜厚度的增加先增大, 当薄膜的厚度为1 mm时达到最大, 之后随着薄膜厚度的增加而降低。薄膜的超声应力发光强度与超声频率大小成正比, 即使最低频率仅为500 Hz时仍能检测到信号, 说明SrAl2O4∶Eu, Dy/硅橡胶发光薄膜是一种很有应用前途的无损检测传感器。

为了避免高功率光纤激光器中光纤端面出现热效应问题, 依据多点级联结构的耦合器, 对分布式抽运的光纤激光器进行了研究。首先, 介绍了实验室自主研制的级联耦合器。然后, 分析了耦合器插入对光纤激光器的影响。最后, 选用自制的耦合器搭建了分布式抽运的光纤激光器。实验结果表明: 对耦合器插入损耗的研究, 能够促进高功率级联耦合器的实现。在光纤激光器结构中, 975 nm泵浦功率注入1.1 kW时, 1 080 nm激光功率输出为770 W, 光-光转换效率为77%。在主控振荡功率放大结构中, 激光功率输出为635 W, 放大级的光-光转换效率为78%。分布式抽运方式可以使泵浦光多点注入, 避免了热量的集中, 能够获得千瓦级的激光功率输出。

采用发射光谱法, 研究了水电极介质阻挡放电中具有相同对称性的3种不同结构的六边形斑图演化过程的光谱特性。实验结果表明, 随着外加电压的增加, 放电首先形成六边形点阵斑图, 然后是空心六边形斑图, 最后是蜂窝六边形斑图。利用氩原子696.5 nm(2P2→1S5)谱线的展宽、氩原子763.2 nm(2P6→1S5)与772.1 nm(2P2→1S3)两条谱线强度比法和氮分子第二正带系(C3Πu→B3Πg)的发射谱线, 研究上述3种斑图的电子密度、电子激发温度及分子振动温度。结果发现, 随着外加电压的升高, 六边形点阵斑图、空心六边形斑图和蜂窝六边形斑图的电子密度逐渐减小, 而电子激发温度和分子振动温度逐渐增加。等离子体状态的改变直接影响着斑图的自组织。

为研究掺杂石墨烯量子点(GQDs)对聚合物电池的影响, 采用溶剂热法制备了GQDs, 掺杂到聚3-己基噻吩和富勒烯衍生物(P3HT∶PCBM)中作光敏层制备了聚合物太阳能电池。掺杂不同浓度的GQDs后, 聚合物电池的开路电压和填充因子都比未掺杂器件高。GQDs掺杂质量分数为0.15%时, 形成的掺杂薄膜平整、均匀, 填充因子提高了17.42%。GQDs经还原后, 随还原时间的延长, 填充因子FF增大。到45 min时, 电池的FF基本稳定, 从31.57%提高至40.80%, 提高了29.24%。退火后, 获得了最佳的掺杂GQDs的聚合物太阳能电池, 开路电压Voc为0.54 V, 填充因子FF为55.56%, 光电转换效率为0.75%。

通过逐层旋涂的方法, 制备了P3HT(poly(3-hexylthiophene))与PMMA(poly(methylmethacrylate))双层器件, 并与二者的共混溶液制备的器件进行了性能对比。利用扫描电镜(SEM)表征了双层器件的横截面形貌; 利用电流-电压(I-V)以及电流-读取次数(I-t)测试, 测量了两种器件的开关比以及持续时间特性。其中, 双层器件具有更好的开关比, 可达1×103, 同时反复读写测试表明器件性能非常稳定。为了解释电双稳现象产生的机理, 对双层结构器件的电流-电压曲线进行了线性拟合, 利用器件的能级图进行分析, 得出了电荷在器件中的传输过程。研究结果表明, 可以通过电荷俘获释放理论解释P3HT/PMMA双层器件电双稳特性产生的机理。

研究了氯化铯的甲醇溶液作为阴极修饰层, 来提高传统有机聚合物太阳能电池器件性能。通过电容-电压(C-V)测试分析了铝电极和PTB7/PC70BM之间的界面电荷积累情况, 同时测试了紫外光电子能谱(UPS), 对铝的功函数改变作了研究。结果表明, 采用氯化铯的甲醇溶液作阴极修饰层的器件, 其短路电流(Jsc)、开路电压(Voc)、填充因子(FF)都有所提高, 光电转化效率达到6.36%, 与仅用甲醇处理过的器件相比, 光电转化效率提高了11%; 与未经甲醇处理的器件相比, 光电转化效率提高了42.6%。这种一步溶液处理法能够减少电荷积累, 同时降低铝电极的功函数, 利于电子收集, 进而提高器件性能。

以某中等功率LED灯具为例, 设计了塑料散热器的基本构型。采用数值仿真的办法对散热器的性能进行分析, 并根据分析结果进行结构改进与优化。结果表明, 在同样构型下塑料散热器散热性能低于铝合金散热器; 与传统铝合金散热器不同, 当肋片高度达到30 mm后, 塑料散热器的散热能力趋于稳定; 虽然导热塑料的红外发射率较高, 仿真分析表明通过热辐射散出的热能只占总热很小的一部分, 所以塑料散热器的设计应以增加对流换热面积为主, 增加肋片与环境的视角系数是次要考虑因素。改进优化后的塑料散热器达到了和铝合金散热器相近的散热性能, 总质量较铝合金散热器减轻了30%, 验证了塑料散热器在降低产品重量方面的优越性。

用溶胶-凝胶法制得Zn,Cu共掺杂的TiO2∶SnO2凝胶, 旋转法于玻璃基底镀膜, 制备出Zn,Cu共掺杂的TiO2∶SnO2薄膜, 探讨了掺杂比例、煅烧温度对其结构、形貌和性能的影响。采用XRD、FTIR、FESEM、PL等测试技术对薄膜进行表征, 并考察了其对甲基橙的光催化降解性能。结果表明: 600 ℃时, 薄膜粒子的结晶度较高, 粒径小, 分布均匀, 表面平整且无明显裂痕; 紫外-可见光谱(UV-Vis)表明: 该薄膜在可见光区和紫外区都有很强的吸收; 光催化性能测试表明: 与纯相TiO2对比, 该样品对甲基橙的光催化降解率有较大提高, 在最佳掺杂量比为n(Ti)∶n(Sn)∶n(Zn)∶n(Cu)=10∶3∶1∶1时, 光催化降解率最高。

利用射频磁控溅射法在玻璃衬底上沉积SnS薄膜并对其进行快速退火处理, 利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、X射线能量色散谱(EDS)、原子力显微镜(AFM)和紫外-可见-近红外(UV-Vis-NIR)分光光度计研究了不同溅射功率(60~120 W)条件下制备的SnS薄膜的晶体结构、物相组成、化学组分、表面形貌以及有关光学特性。结果表明: 经快速退火的薄膜均已结晶, 提高溅射功率有利于改善薄膜的结晶质量、生长择优取向程度和化学配比, 薄膜的平均颗粒尺寸呈增大趋势; 溅射功率为100 W的薄膜样品的结晶质量和择优取向度高, 薄膜应变最小, 且为纯相SnS薄膜, Sn/S组分的量比为1∶1.09, 吸收系数达105 cm-1量级, 直接禁带宽度为1.54 eV。

为了研究磷酸锌二次掺杂聚吡咯/聚噻吩膜的光电及防腐蚀性能, 采用直接接触氧化技术在磷酸锌溶液中制备出掺杂聚吡咯/聚噻吩, 再用磷酸锌在脱掺杂聚吡咯的基础上制备出性能优良的二次掺杂聚吡咯/聚噻吩膜。采用循环伏安曲线、扫描电镜和动电位极化曲线测试了二次掺杂聚吡咯/聚噻吩/磷酸锌复合材料的微观形貌及光电性能, 并与一次掺杂及未掺杂的聚吡咯/聚噻吩进行了对比。测试结果表明: 不锈钢表面覆盖掺杂的聚吡咯/聚噻吩膜都有较好的光电性能, 以二次掺杂聚吡咯/聚噻吩膜性能为最好。与未掺杂的聚吡咯/聚噻吩高分子膜相比, 二次掺杂聚吡咯膜的腐蚀电位比纯聚苯胺膜提高了约0.989 V, 自腐蚀电流降低了约2个数量级。

为实现飞行器高温部分的红外与激光兼容伪装, 设计了一种基于一维光子晶体的近中红外与1.06 μm和1.54 μm激光兼容隐身材料。基于薄膜的传输矩阵法和异质结构理论, 拓展了光子晶体的禁带宽度, 使之覆盖近中红外波段; 随后, 利用掺杂原理, 在光子晶体周期结构中引入了两种缺陷。结果显示, 在1~5 μm的带隙中出现了波长分别为1.06 μm和1.54 μm的缺陷模, 反射率分别为1.21%和1.79%, 这种具有“光谱挖空”特性的光子晶体可以实现近中红外与1.06 μm和1.54 μm激光兼容隐身。

以拉曼光谱技术结合化学计量学方法实现两类不同成熟度的双孢菇菌盖硬度的建模预测分析。将菌盖直径平均值2~3 cm的样品划为Ⅰ类成熟度, 3~5 cm为Ⅱ类。对两类样品分别取65个进行光谱采集并测量硬度, 分别采用标准正态变量变换、基线校正、一阶导数、二阶导数4种方法预处理, 建立偏最小二乘模型(PLS)。比较模型效果得出最佳预处理方法均为一阶导, 但Ⅰ类建模的预测相关系数(Rp)和均方根误差(RMSEP)分别为0.887和0.444, Ⅱ类的Rp和RMSEP分别为0.896和0.435。结果表明Ⅱ类成熟度蘑菇的硬度预测比Ⅰ类更为准确, 在同等条件下, Ⅱ类蘑菇硬度的变化更可准确预测, 其贮藏保鲜更有规律可循。

为提高复杂环境下红外小目标的检测率, 提出了基于二阶方向导数极大值的红外小目标检测算法。该算法首先对二阶方向导数的性质进行了分析, 对极大值进行阈值翻转操作, 将背景中的平坦成分和边缘成分剔除。接着, 根据小面模型对背景进行预测, 并以预测误差为权值进一步增强小目标区域。以上2个步骤的计算可通过4个卷积实现, 加快了检测速度。最后, 对少量候选小目标计算局部对比度, 降低了虚警率。实验结果表明: 该检测算法在6种复杂背景下平均信杂比增益为78.413 0, 平均背景抑制因子为35.079 6, 具有较强的鲁棒性和较高的检测率。

提出了一种基于多孔硅的表面等离子共振传感模型: 棱镜-金属膜-多孔硅薄膜-待测介质。在该结构中, 多孔硅的折射率会随着样品浓度的变化而变化。利用有限元分析方法, 数值模拟得到该结构的共振光谱, 对模型进行了分析和参数优化。以乙二醇溶液为待测样本, 对提出的传感结构的传感性能进行分析, 得到该传感器对乙二醇的传感灵敏度约为267.85(°)/RIU, 约为Kretschmann棱镜结构灵敏度的2.13倍。

介绍了一种加速老化试验模型对LED模块进行寿命预测。分别采用纳米银焊膏、锡银铜焊料、导电银胶作为芯片粘结材料。控制环境温度和正向电流, 在特定的时间测量光输出。比较了不同粘接材料及环境温度对LED老化过程的影响, 并针对老化过程进行分析推导, 建立老化数学模型, 对其进行寿命预测。试验结果表明, 纳米银焊膏粘接的模块对温度的抗性最好, 纳米银焊膏有潜力在未来固态照明、投影和其他高功率器件领域得到应用。