报道了Sm2+离子的上转换发光。在实验上证明了变价镧系离子同样可以作为上转换材料的发光中心。在近红外光的激发下, 复合BaFCl0.5Br0.5∶1%Sm2+-CaF2∶1%Yb3+化合物发出红色上转换发光。上转换发射光谱中位于631, 644, 665, 689, 704, 729 nm的特征发射分别来自于样品中Sm2+的5Di(i=0,1)→7Fj(j=0,1,2)特征跃迁。根据动力学分析及光子数拟合的结果, 我们将二价Sm离子的上转换过程归因于合作能量传递, 即: 两个同时被激发的Yb3+离子合作将能量传递给一个Sm2+离子。

利用湿化学方法制备合成ZnO量子点, 通过改变合成条件(反应时间、反应物浓度、反应温度)对量子点的尺寸及发光性能进行调控。利用透射电子显微镜、吸收光谱、荧光光谱等表征手段, 探讨了合成条件对ZnO量子点光学性质的影响, 并优化出适用于构建白光LED器件的最佳合成条件。研究结果表明, 在反应温度为20 ℃、反应时间为3 h、前驱体Zn(OAc)2和LiOH反应浓度比为2∶1时获得的ZnO量子点较为稳定, 并在紫外光激发下发出明亮的黄绿色光。在此基础上, 以该ZnO量子点为有源层、p-GaN∶Mg基片为空穴注入层、非晶Al2O3薄膜为电子阻挡层构造了p-i-n型异质结LED, 在正向注入电流为5 mA时, 获得了来自于器件的白光发射, 其色坐标为(0.28,0.30), 色温为9 424 K。

采用高温固相法在1 300 ℃合成了A0.98Nb2O6∶Eu0.02(A=Ca,Sr,Ba)荧光粉。X射线衍射(XRD)的结果表明烧结后得到的产物为纯相。利用稳态荧光光谱(PL)和漫反射光谱(DRS)对A0.98Nb2O6∶Eu0.02(A=Ca,Sr,Ba)的发光性质进行了研究。结果表明A0.98Nb2O6∶Eu0.02(A=Ca,Sr,Ba)荧光粉可以发射Eu3+的特征红光, 光强度按CaNb2O6>SrNb2O6>BaNb2O6从大到小排列。激发光谱中可以观察到Eu3+离子的电荷转移跃迁(CT)和f-f跃迁吸收。其中CT吸收峰因基质阳离子半径的增大而发生了较大程度的红移, 从270 nm红移到了330 nm。

采用溶胶凝胶法制备了Y4Zr3O12∶Eu3+纳米荧光粉, 分别采用XRD、TEM和荧光光谱仪对样品的结构、形貌和发光性能进行了表征, 探讨了烧结温度和Eu3+掺杂浓度对荧光粉发光性能的影响。结果表明, 样品可以被394 nm和467 nm的激发光有效激发。样品的最佳烧结温度和Eu3+离子的最佳掺杂摩尔分数分别为1 400 ℃和18%。浓度猝灭主要归因于电偶极-电偶极相互作用。

以壳聚糖、柠檬酸、N-(2-羟乙基)乙二胺为原料, 通过水热法合成了壳聚糖基聚合点(P(CS-g-CA)Ds)荧光材料, 发现柠檬酸的接枝可明显提高壳聚糖聚合物点的量子产率。对P(CS-g-CA)Ds进行了红外光谱、紫外光谱、光电子能谱、透射电镜、热分解性能及光致发光光谱表征, 测试了不同pH值下的荧光强度。结果表明, P(CS-g-CA)Ds在pH=4～12范围内有良好的稳定性。通过测试紫外老化前后宣纸的羰基指数和乙烯基指数研究了P(CS-g-CA)Ds在宣纸中的应用, 结果表明其具有良好的抗紫外老化性能。

采用高温固相反应法制备了Sr1-xCaxSi2O2N2∶Eu2+系列荧光粉, 研究Y3+离子掺入对荧光粉发光性能的影响。对于SrSi2O2N2∶Eu2+, Y3+离子掺入主要起到稳定Eu2+价态的作用, 避免Eu2+氧化为Eu3+, 从而提高SrSi2O2N2∶Eu2+的发光性能。对于CaSi2O2N2∶Eu2+, Y3+离子掺入除了稳定Eu2+价态作用外, 还能有效减小Eu2+取代Ca2+后晶格膨胀引起的应力, 提高Eu2+在晶格中的溶解度。Sr1-xCaxSi2O2N2∶Eu2+(x=0,0.15,0.3,0.6,0.75,0.95)系列荧光粉中随着Ca含量的增加, 共掺Y3+离子对样品发光强度的提高程度也随之增加(20%~80%)。

通过改进的热注射法制备了铯铅溴量子点材料。制得的量子点属于立方相结构, 形貌是纳米立方体形状, 尺寸均匀, 边长约为10 nm, 分散良好, 在空气中可稳定2个月以上。铯铅溴量子点有较宽的激发光谱和强烈的绿光发射峰, 荧光呈双指数过程衰减, 平均寿命为纳秒量级。所得的量子点胶体可以通过滴制或旋涂的方法制成均匀的薄膜, 在太阳能电池、光电探测器、LED和激光等半导体光电领域都有潜在的应用。

利用三步三色孤立实激发技术(ICE), 系统地研究了铕原子4f76p3/2 nd自电离态的光谱, 同时首次研究了激光偏振对复杂原子的光谱的影响。为了研究铕原子4f76p3/2 nd自电离态的光谱, 首先设计并采用了不同的激发路径, 分别将原子布居到同一高激发能域并探测它们在该能域的自电离光谱。通过比较这些光谱的异同并结合上述激发路径所对应的跃迁选择定则, 便可唯一地确定这些高激发态的总角动量。为了研究激光偏振对铕原子的影响, 设计并使用了两种偏振组合: 三步激光都是垂直(πππ), 三步激光都是平行(σσσ)(激光偏振方向相对于探测器垂直或平行)。为了得到有偏振影响的光谱, 分别使3部激光器处于同一偏振, 依次对铕原子进行激发, 激发路径与终态同上。通过对同一路径不同偏振下的光谱的比较, 发现仅能确定极少数的高激发态的总角动量, 同时在光谱中一些峰独立于另一偏振光谱存在。

采用水热法成功制备了Yb3+,Ho3+,Tm3+三掺的多晶KLa(MoO4)2荧光粉。在980 nm激光激发下, KLa(MoO4)2∶Yb3+,Ho3+,Tm3+发出裸眼可见的明亮白光, 这其中包括Tm3+离子发出的蓝光(～475 nm)、Ho3+离子发出的绿光(～540 nm)和红光(～651 nm)。根据色度坐标系计算得出的坐标点可以看出, 随着Ho3+/Tm3+掺杂浓度之比的增加, KLa(MoO4)2∶Yb3+,Ho3+,Tm3+所发出的白光呈现从冷白光到暖白光的变化。最后详细讨论了KLa(MoO4)2∶Yb3+,Ho3+,Tm3+荧光粉可能的发光机制。

稀土Eu元素因其优良的光学特性常被作为激活离子广泛应用于无机发光材料中。激活离子的发光性质由自身的价态决定, 同时受基质晶体结构影响。不同价态的Eu离子呈现不同的光学特性, 当二者共存时有可能得到单一基质的白光。本文主要综述近几年Eu3+-Eu2+共存于铝酸盐、磷酸盐、硅酸盐及硼酸盐基质中的荧光性能、Eu3+的还原条件及还原机理。

黑硅是一种能大幅提高器件光电转换效率的新型电子材料, 微纳混合结构黑硅是一种比普通黑硅材料更高效的新型黑硅材料, 如何制备出大面积、形貌特征好、表面洁净度高的黑硅材料是制备高效的黑硅太阳能电池的前提。首先, 利用湿法腐蚀方法, 通过设计合适的反应固体装置和良好的工艺控制手段, 在金字塔硅表面制备了大面积的微纳混合结构黑硅; 然后, 对其制备的关键工艺技术进行了研究讨论。实验结果表明, 该方法制备的微纳混合结构黑硅具有形貌特征好、表面洁净度高和低表面反射率等特征。有效去除表面银沉积物后, 该黑硅在300～1 100 nm范围内的加权平均反射率低至4.06%。该制备工艺方法适用于大面积高效微纳混合结构黑硅的规模制备, 在高效黑硅太阳能电池领域具有重要的应用价值。

柔性LED是近年来照明及显示领域研究的热点之一。本文提出了一种新的基于有机硅胶(PDMS)制备的兼具超弹性和柔性的荧光薄膜, 它不仅在-50~230 ℃这一较宽的温度范围内展现了良好的热稳定性, 还保持了原料荧光粉的光学性能。所制备的透明PDMS基质膜和相应的荧光膜具有完全的柔性和超弹性, 其最大伸长率分别高达400%与275%。此外, 采用所制掺YAG荧光膜和普通商用1 W蓝光芯片简单封装的白光LED灯珠满足日常白光照明的应用要求, 呈现出约6 925 K的平均色温, 约71的平均显色指数, 115.7 lm/W左右的平均发光效率。最后, 基于所提出荧光膜成膜工艺而制备的三色3×3柔性阵列显示, 可以轻易被拉伸、卷曲和折叠,显示了它在柔性照明及显示器件方面具有应用价值和潜力。

研究了吡啶作为添加剂对一步法制备甲胺铅碘钙钛矿太阳能电池光电性能的影响。利用SEM、AFM、XRD、UV-Vis、PL等手段研究了不同吡啶掺杂浓度对制备的CH3NH3PbI3薄膜的表面形貌、结晶度和光学性能的影响。研究结果表明: 少量的吡啶掺杂可以提高钙钛矿薄膜的覆盖率及降低薄膜的表面粗糙度。当在CH3NH3PbI3前驱体溶液中添加体积分数为1%的吡啶时, 制备的钙钛矿太阳能电池的能量转换效率达到7.33%, 而未加吡啶的对比器件效率仅为1.01%。进一步添加吡啶会导致钙钛矿材料的降解。

采用分子束外延技术(MBE)在GaAs衬底上外延生长高In组分(>40%)InGaNAs/GaAs量子阱材料, 工作波长覆盖1.3~1.55 μm光纤通信波段。利用室温光致发光(PL)光谱研究了N原子并入的生长机制和InGaNAs/GaAs量子阱的生长特性。结果表明: N组分增加会引入大量非辐射复合中心; 随着生长温度从480 ℃升高到580 ℃, N摩尔分数从2%迅速下降到0.2%; N并入组分几乎不受In组分和As压的影响, 黏附系数接近1; 生长温度在410 ℃、Ⅴ/Ⅲ束流比在25左右时, In0.4Ga0.6N0.01As0.99/GaAs量子阱PL发光强度最大, 缺陷和位错最少; 高生长速率可以获得较短的表面迁移长度和较好的晶体质量。

垂直腔面发射激光器(VCSEL)已成为短距离数据通信传输系统的首选光源。热限制是VCSEL器件调制带宽进一步增加的一个主要的制约因素。本文基于有限元分析的方法对影响980 nm-VCSEL器件有源区温度的参数, 如驱动电流、氧化孔径尺寸、氧化层材料等做了比较分析, 还数值分析了二元系GaAs/AlAs材料DBR用于高速低能耗VCSEL器件的优势, 为绿色光子器件设计提供优化思路。

有机场效应晶体管(Organic field effect transistor, OFET)的非线性特性是指其输出特性曲线在较低的漏极电压下出现类似于二极管的电压电流特性曲线, 这种现象在有机场效应晶体管的实验研究中极为常见。 Simonetti等通过引入随栅极电压变化的迁移率提出了模型并成功解释了这一现象, 但实验中从器件转移特性得出的迁移率通常与栅极电压无关。本文通过引入常数迁移率对该模型进行改进, 运用改进的模型研究了影响OFET非线性特性的主要因素, 并对如何更加准确地获得器件参数进行了探究。

为了提高顶入射有机薄膜太阳能电池(TOSCs)的光吸收效率, 我们将周期性矩形光栅结构引入到TOSCs中, 分析了具有光栅结构的空气/Ag1/有源层/Ag2/空气(IMIMI)结构理想模型中复合表面等离子激元(SPPs)与微腔模式的耦合机制。通过调节光栅周期和有源层厚度, 实现了复合SPPs、微腔模式以及有机材料本征吸收3个区域的重合。由于复合SPPs与微腔模式的反交叉耦合作用形成了表面等离子体-微腔激元, 其局域场增强作用有效地提高了有源层的光吸收效率, 提高了近19%。

为了优化镁铟锡氧薄膜晶体管(MITO-TFT)的性能, 采用磁控溅射法制备MITO-TFT并分别研究了退火温度和退火气氛(O2流量)对器件性能的影响。实验结果表明, O2流量为400 cm3/min、退火温度为750 ℃的MITO薄膜为非晶态, 且其对应薄膜晶体管有最佳性能, 其饱和迁移率为12.66 cm2/(V·s), 阈值电压为0.8 V, 开关比达到107。适当的退火处理可以有效减少缺陷与界面态密度, 并提高器件性能。

为得到构成白光LED光谱的主要单色光对中国传统淡彩绘画色彩的影响规律, 确定不同波长单色光对绘画色彩的量化损伤程度, 进而根据研究结果得到最低损伤白光LED的光谱功率分布, 以构成白光LED光谱的4种主要单色光作为实验光源, 分组照射中国传统淡彩绘画模型试件。在每个照射周期后, 对试件的色彩参数进行检测, 根据检测数据绘制主波长、兴奋纯度、亮度3个参数随总曝光量积累的衰变曲线, 基于曲线分析得到各种淡彩绘画颜料在光照下的色彩衰变规律, 并根据实验数据计算得到4种单色光对绘画色彩主波长的影响关系为482 nm∶510 nm∶583 nm∶650 nm=8 147∶9 067∶9 772∶9 121; 对兴奋纯度的影响关系为482 nm∶510 nm∶583 nm∶650 nm=89 446∶85 250∶76 895∶69 229; 对亮度的影响关系为482 nm∶510 nm∶583 nm∶650 nm=137∶238∶190∶177。

为定量分析水泥中的铜(Cu)元素, 根据激光诱导击穿光谱分析方法(LlBS)的特点, 建立了激光诱导击穿光谱分析系统。采用标准加入法为定标方法, 制备了5个不同含铜量的水泥样品。根据LIBS谱图, 以213.598 nm和219.958 nm作为分析线。 应用Savitzky-Golary卷积平滑方法对光谱数据进行了预处理, 比较了Guass、Lorentz和Voigt拟合方法对光谱曲线的拟合效果。对测量结果采用一元线性拟合建立了相应的定标曲线, 213.598 nm和219.958 nm定标曲线的校正决定系数分别为0.994 8和0.986 4, 平均相对误差分别为3.20%和5.78%。实验结果表明: 213.598 nm作为分析线的准确度优于219.958 nm分析线, 该方法能够满足水泥中Cu元素定量分析的要求。