采用有机化学合成法, 利用正三辛基膦(TOP)辅助的快速注入生长方法, 改进传统的制备工艺, 实现了CdSe/CdS厚壳层核壳(8.6 ML)量子点复合材料的合成制备, 并对所合成的核、核壳量子点及其复合材料的晶格结构、形貌特点与发光性质进行了XRD、TEM、SEM、UV-Vis、PL表征和红光补偿效果测试。测试结果表明, CdSe核具有立方纤锌矿晶格结构; CdSe/CdS量子点复合材料直径为45～75 μm, 呈菱形规则形貌, 且颗粒分散性良好。采用该方法, 可以提高量子产率, 产率由4%(CdSe核)升至48%(CdSe/CdS核壳量子点); 可以增强激子态发光能力, CdSe/CdS核壳量子点复合材料的荧光强度约为CdSe核的13倍。将该材料与YAG∶Ce3+黄色荧光粉组合应用, 获得了高光效(148.29 lm/W)、高显色指数(Ra为90.1, R9为97.0)的白光发光二级管, 表明按照上述方法获得的CdSe/CdS核壳量子点复合材料在白光发光二极管中深红光波段具有较好的补偿效果。

利用磁控溅射技术在低温250 ℃下制备Eu掺杂SiCxOy薄膜, 研究薄膜的Eu3+发光激发机制。实验结果表明, 薄膜的发光谱由来自基体材料的蓝光和来自Eu3+的红光组成; 随着薄膜中Eu含量由0.19%增加到2.27%, 其红光强度增加3倍左右, 而蓝光逐渐减弱。Raman光谱及荧光瞬态谱分析表明, 其蓝光由中立氧空位缺陷发光中心引起。结合薄膜的Eu3+激发光谱分析, SiCxOy∶Eu薄膜的红光增强源于薄膜中Eu3+离子浓度的增加和/或基体材料的中立氧空位缺陷发光中心与Eu3+离子的能量转移。

利用生物质热解副产物焦油为碳前驱体, 采用反相微乳液法和P2O5碳化法制备了荧光碳量子点。反相微乳液法制备的碳量子点为规则球状结构, 粒径均一, 平均粒度为4.3 nm, 晶面间距为0.25 nm, 对应于石墨碳的(100)晶面; P2O5碳化法制备的碳量子点为蜂窝状结构, 平均粒径为6.8 nm, 晶面间距为0.33 nm, 对应于石墨碳的(002)晶面。两种方法制备的碳量子点均具备石墨结构特征, 碳量子点荧光产率分别为85.3%和24.3%。

为实现光合细菌(PSB)产氢过程的光分频利用, 用六硼化镧(LaB6)和壳聚糖制备了光热转换发光发热生物材料, 研究了不同LaB6纳米颗粒的生物材料在可见光下的吸光特性和光热转换特性。研究发现: 该生物材料能较好地透过510～650 nm波长的光为PSB产氢供给光能, 而其他波段的光用于激发LaB6粒子产热为PSB提供热能。LaB6纳米颗粒的吸光度及光热转换能力受颗粒尺寸影响显著, 当生物材料中LaB6颗粒平均水力直径为295 nm时, 12 min内的温升速率为0.41 ℃/min, 是载玻片的5.4倍。

为了解决现有的基于量子点荧光共振能量转移体系的生物毒性问题, 选用无毒的ZnS∶Cu量子点与罗丹明B构建新型荧光共振能量转移体系。通过共沉淀法成功制备了形貌均一的ZnS∶Cu纳米晶量子点。在此基础上, 测试了不同掺杂浓度的ZnS∶Cu量子点及罗丹明B的荧光光谱。然后, 通过对ZnS∶Cu量子点的表面修饰构建了以ZnS∶Cu量子点为供体、罗丹明B为受体的荧光共振能量转移体系。实验结果表明: ZnS∶2%Cu量子点的发光光谱与罗丹明B的吸收光谱在481 nm处有较大重合, 说明构建荧光共振能量转移的最佳铜掺杂摩尔分数为2%。通过计算发现以ZnS∶2%Cu量子点为供体、罗丹明B为受体的荧光共振能量转移体系的能量转移效率为25.8%。进一步实验结果表明, 罗丹明B浓度也能够影响能量转移。

采用化学气相沉积(CVD)方法在SiO2/Si衬底生长了ZnO纳米线阵列, 纳米线长约为15 μm, 直径为100~500 nm。通过改变溅射沉积时间(0~150 s), 在ZnO纳米线表面包覆了不同厚度的Pd薄膜。在Ar气氛中, 经800 ℃高温退火后, 制备出Pd颗粒表面修饰的ZnO纳米线阵列并对其进行了气敏测试。对于乙醇而言, 所有传感器最佳工作温度均为280 ℃。溅射时间的增加(3~10 s)导致ZnO纳米线表面Pd纳米颗粒数量及尺寸增加, 传感器响应值由2.0增至3.6。过长的溅射时间 (30~150 s)将导致Pd颗粒尺寸急剧增大甚至形成连续膜, 传感器响应度显著降低。所有传感器对H2均表现出相对较好的选择性, 传感器具有较好的响应-恢复特性和稳定性。最后, 探讨了Pd颗粒表面修饰对ZnO纳米线阵列气敏传感器气敏特性的影响机制。

适配体以其合成、修饰、固定等方面的优势, 在生物分子识别领域有广泛的应用。基于表面等离子共振的传感技术具有非标记、无需前处理、实时监测等优点。适配体与表面等离子共振相结合研制的生物传感器在生物传感领域具有重要的应用价值, 本文综述了基于适配体-表面等离子共振的生物传感技术及应用。

利用原子力显微镜研究了二氧化硅衬底上红荧烯薄膜的生长及稳定性。在较低沉积速率下, 较低衬底温度时, 红荧烯分子有充足的扩散时间, 利于薄膜的横向生长, 形成连续性、均匀性较好的薄膜。快速蒸镀及较高衬底温度使红荧烯薄膜转变为纵向生长模式, 形成团粒状岛。横向生长的红荧烯薄膜在退火和空气中表现为亚稳特性, 随着退火温度的升高和空气中放置时间的延长, 红荧烯分子会自发地进行质量传输, 发生纵向转移, 转变为团粒状岛。获得了二氧化硅界面上红荧烯薄膜的生长及亚稳定机制模型。研究结果证明红荧烯分子与二氧化硅界面之间的作用力小于红荧烯分子间的作用力。

InGaAsN/GaAs量子阱中进行铍(Be)元素重掺杂能显著提高其光学性质, 并且发光波长发生了红移。X射线衍射摇摆曲线清楚地证实了铍掺杂抑制了InGaAsN(Be)/GaAs量子阱在退火过程中的应力释放。对比退火前, 退火后的没有进行铍掺杂的量子阱样品的量子阱的X射线摇摆曲线衍射峰明显向GaAs衬底峰偏移; 而对于掺铍的量子阱样品而言, 这样的偏移要小很多。

采用快速热退火对ZnO薄膜进行后处理, 制作了ITO/ZnO/PTB7∶PC71BM/MoO3/Ag结构的倒置聚合物太阳能电池, 器件能量转换效率达到了8.1%, 与传统热退火工艺相比提高了11.26%。通过原子力显微镜、扫描电子显微镜、X光衍射谱、透射光谱和荧光谱对不同退火条件下制备的ZnO薄膜进行表征和分析。结果表明, 经快速热退火处理的ZnO薄膜具有良好的c轴取向结晶特性、较大的晶粒尺寸和表面粗糙度,有效地降低了器件的串联电阻Rs, 增大了器件的短路电流Jsc和填充因子FF。

制备了结构为ITO/MoO3(30 nm)/NPB(40 nm)/TCTA(10 nm)/CBP∶R-4B(8%)(30 nm)/电子传输层(40 nm)/LiF(1 nm)/Al(150 nm)的器件, 其中R-4B为红色磷光染料, 电子传输层分别采用Alq3、Bphen∶Alq3(x%)和Bphen, 对3种不同电子传输层器件的发光性能进行了研究。结果表明: Bphen∶Alq3(x%)作为电子传输层的器件与Alq3或Bphen作为电子传输层的器件相比, 亮度提高了约3.5倍, 电流效率提高了1.1～2.5倍, 效率滚降变得平缓。采用Bphen∶Alq3作为电子传输层, 不仅减小了电子在LUMO能级传输时的跳跃传输距离, 而且在一定程度上抑制了Bphen的结晶, 使器件的电子传输能力和效率滚降性能得到改善。

为研究基于混合量子点的QLED结构与性能, 利用红光量子点以及绿光量子点两种材料制备了橙光QLED器件, 并对其性能进行了表征。实验制备的器件结构为ITO/PEDOT∶PSS/poly-TPD/混合QDs/ZnO/Al, 其中发光层采用了3种混合量子点的混合结构方案。方案一先旋涂红光量子点层, 后旋涂绿光量子点层; 方案二先旋涂绿光量子点层, 后旋涂红光量子点层; 方案三将红光、绿光量子点1∶1混合后制备为发光层。实验结果表明: 方案一制备的器件电流密度最大, 发光亮度最低, 且只有红光谱; 方案二制备的器件具有最小的电流密度, 同时具有红、绿光谱, 在8 V电压下, 电流效率约为4.69 cd/A; 方案三制备的器件同时具有红、绿光谱, 电流密度与发光特性介于方案一与方案二之间。实测数据与理论分析是一致的, 方案二制备的器件存在双能量陷阱, 能够将注入的空穴以及电子同时限制在红光量子点层内。通过调节各功能层厚度使得载流子注入平衡, 可进一步增大发光电流, 提高器件效率。

基于受激布里渊散射三波耦合方程组, 应用小信号分析, 研究了高非线性光纤的信号光脉冲提前及形变。结果表明, 光纤中信号光脉冲的时间提前量在一定范围内随着输入信号光功率和传输距离的增长而近似线性增长, 同时脉冲压缩程度加强; 在相同条件下, 非线性光纤比普通单模光纤的时间提前量更大, 在50 m长的高非线性光纤中, 信号光能量在50 mW时实现了203 ns的时间提前量和较小的脉冲形变。高非线性光纤的快光提前效率显著提高, 脉冲形变显著减小。研究结果对快光的实现和应用具有参考意义。

为了实现长周期光栅透射谱测量模式的远距离监测, 设计了单端面镀反射膜的测量装置系统, 对单端面镀银膜长周期光栅的传感原理做了分析,并从实验的角度分别对单端面镀银膜模式系统和直接透射模式系统的长周期光栅在不同折射率的环境介质中的响应进行了研究, 比较了它们的异同。首先, 采用2×2单模光纤耦合器分别连接光谱分析仪、光源、长周期光栅。然后, 在包含长周期光栅的光纤的另一个端面制备反射银膜。最后, 通过测量一系列不同折射率的环境介质, 比较了直接透射模式与单端面镀银膜模式下的长周期光栅的响应光谱。实验结果表明: 采用波长解调表达时, 对于同一种环境介质, 两种模式下长周期光栅的响应光谱的谐振波长基本相同; 采用功率/峰值解调表达时, 随着甘油浓度从水变为80%的甘油溶液, 直接透射模式下的光损耗从-6.05 dB变为-9.22 dB, 单端面镀银膜模式下的光损耗从-8.03 dB变为-11.33 dB。与直接透射模式相比, 单端面镀银膜的长周期光栅光谱中的相对光损耗明显增加, 谐振峰更尖锐, 更有利于谐振波长和谐振峰光损耗值的识别。本研究设计的单端面镀银膜的长周期光栅测量系统不仅保留了长周期光栅透射谱的感应模式, 而且使长周期光栅在对环境介质的测量中操作更加灵活方便, 尤其是在远距离、恶劣环境或深层液体的折射率测量中具有独特的优势。

为满足高精度太阳光谱辐照度绝对测量的需求, 研制了太阳光谱辐照度绝对测量系统及其定标单色仪。介绍了太阳光谱辐照度绝对测量的现状, 并着重介绍了太阳定标单色仪和积分球太阳光谱仪的设计方案, 以及高精度辐射定标传递链路。设计用于太阳光谱辐照度绝对测量的太阳定标单色仪和积分球太阳光谱仪, 通过低温绝对辐射计和太阳定标单色仪实现绝对定标, 使积分球太阳光谱仪测量数据可溯源至国际基本单位(SI)。结果表明: 太阳定标单色仪的光谱范围覆盖300～2 400 nm, 光谱分辨率为3～10 nm, 输出单色太阳光功率的不确定度为0.2%～0.5%; 积分球太阳光谱仪的光谱范围覆盖300～2 500 nm, 光谱分辨率为1～8 nm, 太阳光谱辐照度绝对测量精度最高可达0.5%。用低温绝对辐射计和太阳定标单色仪绝对定标积分球太阳光谱仪, 可以实现高精度太阳光谱辐照度的绝对测量。

利用荧光分光光度计对处于常温、压力范围为0.1~60 MPa、浓度为10-6 mol·L-1的蒽的三维荧光光谱及浓度比为1∶1的蒽-芴、蒽-萘、蒽-菲、蒽-苊、蒽-荧蒽的三维荧光光谱进行了测定, 并通过分析不同压力下蒽的荧光峰位置和峰强度的变化来探讨压力对荧光光谱的影响。结果显示, 随着压力升高, 蒽的荧光峰并未发生漂移, 但是荧光强度发生了显著变化。峰位置为250/382 nm的荧光峰在60 MPa时荧光强度达到最大值, 相较于常压下, 荧光强度增加了13.6%。其他多环芳烃的加入会改变蒽的高压荧光特性, 当蒽中加入了萘, 峰位置为250/382 nm的荧光峰强度在10 MPa时达到最大值, 相较于常压下, 荧光强度增加了9.35%。

为得到简便地识别Cu2+的传感器, 设计合成了氧化偶氮苯双席夫碱化合物。采用紫外吸收光谱法研究了化合物对Cu2+的配合作用及对As3+、Mo6+、Mn2+、Zn2+、Fe3+、Pb2+、Al3+、Hg2+、Ni2+、Pt4+、Mg2+、Be2+、Sr2+、Cs+、Os4+、Cd2+、Se4+、Cr6+、Co2+、Rb+、Ba2+、V6+、Ca2+等23种金属离子的干扰作用。采用等摩尔的连续变化法(Job-plot), 研究了化合物与Cu2+形成配合物的配比。用红外光谱法研究了配合机理。同时研究了在EDTA存在时, 化合物对Cu2+的“off-on”性质。结果表明, 合成的化合物具有大共轭体系, 结构新颖且稳定。化合物可以克服23种金属离子的干扰, 对Cu2+的选择性很高。化合物与Cu2+形成1∶1型强发光配合物, 可以达到比色(裸眼)识别。在1.32~13.0 μmol·L－1范围内,化合物紫外光谱吸光度值与Cu2+浓度呈现良好的线性关系, 线性范围宽, 最低检出限为2.6×10-7 mol·L－1。在EDTA存在时, 该配合物释放出Cu2+, 表现出对Cu2+的“off-on”模式, 红外光谱法研究明确了化合物与Cu2+的结合位点。研究结果表明, 所合成的氧化偶氮苯双席夫碱化合物可以对Cu2+实现简便易行的比色(裸眼)识别。

提出一种基于单色LED补偿白光LED技术, 模拟日光在可见光范围内的光谱。实际调研了大功率单色LED现状, 采用光子在二维空间内联合态密度函数作为单色LED的光谱辐射模型, 建立LED模拟仿真数据库。通过求解超定方程组的非负最小二乘解, 优化选择不同峰值波长以及半高宽的单色LED与白光LED组合, 实现对目标光谱的匹配及太阳光谱的再现。对比研究了白光LED补偿技术和纯单色LED组装技术, 并分析了不同种类LED组合对太阳光谱的模拟情况。结果表明, 白光LED补偿技术拟合太阳光谱相关指数达到90.74%, 优于纯单色LED组装技术。并且当单色LED种类减少时, 白光LED补偿技术相比纯单色LED组装技术可以实现更好的模拟效果。该方法对实现基于LED类日光照明具有较好的指导意义。

采用水热法制备了白光LED用NaGd0.95-x(WO4)2∶0.05Eu3+,xBi3+(x=0, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08)和NaGd0.95-y(WO4)2∶0.05Eu3+,ySm3+(y=0, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04)系列红色荧光粉, 通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜及荧光分光光度计等表征手段分析了样品的物相结构、颗粒形貌以及发光性质。结果表明: 少量离子掺杂对NaGd(WO4)2的晶体结构影响较小, 样品均为四方晶系、白钨矿结构的纯相; 颗粒形貌呈四方盘状, 且粒度均匀, 分散性良好, Bi3+或Sm3+的引入使颗粒尺寸由原来的4 μm分别增加至5 μm和6 μm。该系列荧光粉均可被近紫外光(394 nm)有效激发, 其最强发射峰位于614 nm处, 归属于Eu3+的5D0→7F2电偶极跃迁。掺杂适量的Bi3+或Sm3+可有效提高NaGd0.95(WO4)2∶0.05Eu3+荧光粉的发光强度和红光的色纯度, 其中Sm3+的引入对其影响更为明显。

采用固相反应法合成了Eu3+离子激活的Ca1.9Eu0.1NaMg2-xZnx(VO4)3(0≤x≤1), 并研究了其发光和热猝灭性能。经粉末X射线衍射确认, 反应产物由目标相和微量杂质相EuVO4构成。在355 nm激发下, 样品中均能同时观察到来自［VO4］3-基团和Eu3+离子的特征发光。研究结果表明: 随着x值的增加, 上述两种发光的强度均先增加后降低; 而它们的最强激发峰位置由347 nm逐渐地红移至356 nm, Stokes位移也逐渐地减小。这种现象应归因于Zn3d轨道和O2p轨道间很强的轨道杂化效应, 这种效应随着x值的增加而逐渐增强。此外, Eu3+离子荧光发射强度最大值对应的x值与自激活荧光的不同。当x=1.0时, 两者的相对强度差别最大。经荧光热猝灭测试确认, 上述现象是由样品中的自激活荧光表现出比Eu3+离子荧光更严重的荧光热猝灭造成的。因而, 在紫外光激发下, 样品发出荧光的颜色具有温度敏感性。