采用自蔓延燃烧法结合高温热处理方法制备了镝离子掺杂浓度不同的七铝酸十二钙(12CaO·7Al2O3∶x%Dy3+, C12A7∶x%Dy3+)X射线荧光粉材料。实验发现, 该系列荧光粉在350 nm激发下, 可观察到位于486 nm和575 nm的两个发光峰, 其分别来源于Dy3+离子的4F9/2→6H15/2和4F9/2→6H13/2跃迁。当镝掺杂摩尔分数为0.3%时, 两个发光峰的发射强度最大。在氮气气氛下, 1 300 ℃热处理C12A7∶x%Dy3+荧光粉后, 与未热处理样品相比, 笼中OH-基团减少, 导致其光激励发光强度显著增大, 并产生了更多的深陷阱。通过使用氮气气氛热处理后的C12A7∶0.3%Dy3+粉末制成的成像板, 以包覆有绝缘层细电线为成像目标, 发现在合适的X射线吸收剂量下(0.54 Gy), 可以实现高质量的X射线成像。以上实验结果表明, 镝掺杂的七铝酸十二钙X射线荧光粉材料在数字化静态X射线图像目标检测技术中有潜在的应用前景。

作为一种新型的荧光探针, 量子点(QD)已经受到越来越多的重视, 制备工艺也显得格外重要。水相中合成的量子点效率低, 油相中的量子点经过转相以后效率也大大衰减。本论文利用再沉淀包覆的方法制备了具有良好的水溶性的掺杂绿光CdSe@ZnS的纳米颗粒G-NPs(534 nm)和掺杂红光CdSe@ZnS的纳米颗粒R-NPs(610 nm), 具有窄的半峰宽(G-NPs ~29 nm, R-NPs ~31 nm), 较小的粒径(45 nm), 并在此基础上通过发射光谱与荧光衰减研究了量子点之间的能量传递现象。该方法保留了量子点原来的性质, 基于其优良的光学性质, 对人类肝细胞肝癌细胞株(HepG2)进行了荧光标记, 从共聚焦成像实验结果看出, 纳米颗粒得到了良好的吞噬效果。

采用化学氧化法制备聚苯胺与还原石墨烯复合材料。复合材料的结构、晶型和电磁参数分别通过X射线衍射仪及HP8722ES型矢量网络分析仪进行表征、测试与分析。结果表明, 同聚苯胺相比, 聚苯胺与还原石墨烯复合材料的介电损耗明显增加。而且在复合材料中, 石墨烯的含量越大, 材料的微波吸收性能越好, 在频率波段(9.5～13.4GHz)反射损耗均小于-10 dB, 并在频率为11.2 GHz时达到最大反射损耗-29.69 dB。聚苯胺与还原石墨烯的复合使得材料的载流子迁移率变大, 吸波特性得到改善。

采用熔融淬冷法制备了新型的Er3+/RE3+(RE3+=Ce3+,Tb3+)掺杂的GeO2-TeO2-Na2O玻璃。测试了样品的差示扫描分析曲线、可见/近红外透过率、拉曼光谱、吸收光谱和1.53 μm发光光谱。研究发现适量的TeO2对GeO2的取代提高了玻璃的热稳定性, 缩短了样品的吸收截止边。拉曼分析表明该系统玻璃有着宽广的红外透过范围。同时研究了980 nm激发下稀土离子(RE3+=Ce3+,Tb3+)的加入对Er3+掺杂的45GeO2-45TeO2-10Na2O玻璃的光谱性能和能量传递的影响。发现随着Ce3+浓度增加大大地提高了1.53 μm的发光强度, CeO2的最佳掺杂摩尔分数为0.1%, 而Tb3+的共掺降低了1.53 μm的发光强度。可见Er3+/Ce3+掺杂的45GeO2-45TeO2-10Na2O玻璃在C波段光纤放大器方面有潜在的应用前景。

为了对存在于石英玻璃中的非桥氧空穴缺陷的特性进行研究, 采用高频等离子体法对掺Yb3+石英玻璃进行了制备。首先介绍了玻璃样品的制备过程, 然后对所制备的掺Yb3+石英玻璃样品的吸收特性、发射特性以及傅里叶变换红外吸收光谱进行了分析。结果表明, 所制备的玻璃样品具有Yb3+离子典型的吸收特性。位于260 nm波长的吸收峰以及200 nm激发波长下产生的位于630 nm波长的发射峰都表明所制备的玻璃样品中存在非桥氧空穴缺陷。并且不同激发波长所产生的发射峰以及红外吸收光谱都说明玻璃样品中的非桥氧空穴缺陷是由≡Si－O↑和≡Si－O↑…H－O－Si≡两类空穴中心构成, Yb3+离子对合作发光与非桥氧空穴缺陷间存在能量转移过程。

以高温固相法成功合成了一系列Eu3+离子激活Ba3WO6红色荧光粉。分别采用X射线衍射(XRD)和荧光光谱(FL)对样品的晶体结构和发光性能进行了表征。结果表明, 样品均具有立方晶系的双钙钛矿结构; Eu3+离子的激发谱由一个宽带(包括Eu3+-O2-和W6+-O2-电荷转移带)和若干个窄峰(4f-4f电子跃迁)组成, 而跃迁5D0→7F1和5D0→7F2则构成了发射谱的主要部分。调整原材料中BaCO3和WO3的量的比, XRD的主衍射峰位发生红移至与标准谱完全吻合, 发光强度有所提升并分析了原因。Eu3+离子的临界摩尔分数为0.05, 临界距离(Rc)为1.263 4 nm。在314 nm或394 nm激发光下, 样品发出红光(λmax=596 nm),色坐标为 (0.618,0.342), 在LED照明、显示等领域具备一定潜力。

在反应温度为200 ℃、反应时间为8 h的温和条件下, 采用水热法合成了近红外到近红外的Mn2+掺杂NaYF4 ∶Yb3+/Tm3+上转换荧光纳米粒子, 再以两亲性聚合物C18PMH-mPEG作为亲水性配体修饰到上转换荧光纳米粒子表面, 得到具有水溶性的上转换荧光纳米粒子。然后在980 nm近红外光源激发下, 测量了上转换荧光纳米粒子的荧光发射光谱, 在(800±10) nm附近, 观察到了较强的单近红外光发射(3H4 →3H6)。对样品进行细胞毒性实验, 结果表明制得的水溶性Mn2+掺杂NaYF4 ∶Yb3+/Tm3+纳米粒子具有良好的生物相容性。并进一步在小鼠体内进行了近红外成像, 表明其在生物成像领域将会具有一定的应用前景。

采用对甲苯磺酸催化合成N1-烷基-1,2,3-三氮唑和N2-烷基-1,2,3-三氮唑。两种产物均有紫外吸收, 但只有N2-烷基-1,2,3-三氮唑有荧光。研究了在N2位和C4位引入不同取代基后化合物的紫外可见吸收光谱和荧光激发发射光谱。结果表明, N2位是甲苯基或C4位是吸电子取代基的荧光强度最高, 荧光量子产率高达79%, 调节C4位取代基可以更好地提升荧光性能(荧光发射波长300~440 nm,Stokes位移49~70 nm)。N2-烷基-1,2,3-三氮唑良好的蓝紫光荧光性能使其具有潜在应用价值。

通过高温固相法合成Sr3LaAxV3-xO12∶Eu3+(A=Mo,W) 荧光粉, 利用MoO2-4和WO2-4取代基质中部分VO3-4, 改变基质组成和结构, 进而影响基质和激活剂Eu3+离子的发光性能。采用 X 射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和荧光分光光度计对所合成样品的物相、形貌、荧光性能及荧光寿命进行表征。研究表明, MoO2-4和WO2-4的部分掺杂对基质发光位置和强度均有影响, 能明显减弱VO3-4的发光, 但对Eu3+离子发光影响不大, 添加电荷补偿剂F-可以加强VO3-4对Eu3+离子的能量传递。通过调整基质VO3-4发光和Eu3+离子发光, 可以得到单一基质的白光荧光粉。初步探讨了阴离子掺杂对Eu3+离子红光发射增强的机理。

以氧化钐和H3PO4 为原材料, 在无模板剂的情况下, 用水热法通过调控pH、时间和温度制备了SmPO4·0.5H2O一维纳米材料, 并提出其可能形成机理。用X射线粉末衍射(XRD)、透射电镜(TEM, HRTEM和SAED)、红外光谱(IR)和能谱(EDS)对产物的物相结构、微观形貌和组成进行了表征。用紫外-可见吸收光谱研究了产物的光学性质。研究结果表明, 实验所制备的产物全部是六方晶系结构, 形貌都为一维纳米线。反应体系的pH值、温度和时间的改变对纳米线的长径比有影响, 但对其相结构基本都没有影响。分析得到最佳水热制备条件为pH=5、温度和时间分别为130 ℃和8 h, 产物的结晶性、分散性和均匀性都达到最好。光学性质研究表明, 该类产物在300~350 nm的紫外区域有吸收宽峰, 是属于基质O2-→P5+、Sm3+的电荷迁移。在350~450 nm处的可见光区域内也有一组吸收峰, 是属于Sm3+的4f内层电子间的f-f跃迁吸收。依据该类吸收峰, 得到禁带宽度在4.67~5.50 eV之间。pH值和温度对产物光学性能均有影响。

对单针电极射流等离子体产生和发展过程中的光信号进行了研究。首先发现等离子体的长度并不是随外加电压升高而增加, 而是和驱动电源的能量在正半周放电脉冲之间的分配有关。通过研究等离子体通道内不同位置的发光信号, 发现正半周期第一次放电脉冲是在针尖电极处产生, 而第二个脉冲是在等离子体通道中部产生, 电子激发温度也是在等离子体中部达到最高。通过分析发现, 空间电荷产生的附加电场对于等离子体的产生和发展有着重大影响。

为了提高太阳能电池的性能, 研究磁性纳米粒子在外加磁场的作用下对聚合物太阳能电池有源层P3HT∶PCBM成膜及太阳能电池性能的影响。 本文采用热分解法制备了磁性Fe3O4纳米粒子, 将不同质量分数的Fe3O4纳米粒子掺入到P3HT∶PCBM溶液中, 旋涂后在外加磁场的作用下自组成膜。通过TEM、XRD对制备的Fe3O4纳米粒子进行表征, 并利用偏光显微镜、原子力显微镜对成膜质量进行探究。结果表明, 采用热分解法制备的Fe3O4纳米粒子直径在10 nm左右, 在外加磁场作用下, Fe3O4纳米粒子对成膜有一定的调控作用。当Fe3O4纳米粒子掺杂质量分数为1%时, 太阳能电池器件的开路电压增加3.77%, 短路电流增加24.93%, 光电转换效率提高7.82%。

采用C-V法, 根据C-2-V曲线和C-3-V曲线, 并结合C-V幂律指数k, 分析了T=25~-195 ℃温度范围内, 温度变化对GaN基蓝光发光二极管pn结类型的影响。实验结果表明: 当T为25 ℃和-50 ℃时, C-2-V呈明显的线性关系, 同时幂律指数k为0.5, 说明该温度范围内的pn结类型为严格的突变结; 而温度降低至-100 ℃时, k值变为0.45, 说明pn结类型开始发生变化; 当温度继续降低至-150 ℃和-195 ℃时, 幂律指数k分别为0.30和0.28, 说明pn结类型已经发生了变化, 变为非突变非缓变结。造成这一现象的原因是低温导致的载流子冻析效应, 以及晶体的缺陷和界面态形成的局域空间电荷区在低温环境下, 影响了pn结原来的空间电荷分布, 并改变了pn结类型。

为了探究生长温度对外延ZnO纳米结构的影响, 得到ZnO纳米结构可控生长的生长温度条件。利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法, 设计并获得了不同生长温度的ZnO外延样品, 并对所有样品进行了表面形貌、光学特性、电学特性表征和结晶质量表征。实验结果表明: 600 ℃生长的ZnO纳米柱横向尺寸最小, 为65 nm左右, 其光学特性也相对较好, 晶体衍射峰的半峰宽最小, 为0.165°, 晶粒尺寸最大, 为47.6 nm; 电学性质相对最优的为640 ℃生长的ZnO样品, 霍尔迁移率高达23.5 cm2/(V·s)。通过结果分析发现, 生长温度能影响外延ZnO的生长模式, 从而影响ZnO的形貌、光学、电学和晶体质量等特性。

采用射频磁控溅射方法在蛋白质基底上成功地制备了ZnO薄膜, 研究了不同靶基距、氩氧比和溅射功率条件对ZnO薄膜性质的影响。结果表明, 较小的靶基距有助于ZnO薄膜的c轴择优取向生长。我们还发现, 沉积于玉米蛋白质基底的ZnO薄膜存在不同程度的张应力, 当Ar/(Ar+O2)为0.7时, ZnO薄膜内的张应力最小。ZnO近带边发光峰有不同程度的红移, 我们认为, 这是由于晶界势垒和氧空位Vo造成的。随着溅射功率的增大, 薄膜生长速率显著加快, 晶粒尺寸增大, ZnO的近带边发光峰位逐渐趋向于理论值。

采用有机/无机复合双层电子传输层(ETL)研制绿色QLEDs, 其中有机ETL采用OLED中常见的 ETL材料, 无机ETL采用ZnO纳米颗粒, 并通过调控有机ETL厚度改变电子注入, 使电子/空穴达到平衡。制备的器件结构为: ITO/PEDOT∶PSS/TFB/QDs/ZnO NPs/TPBI∶Liq/Al, 其中有机电子传输层TPBI∶Liq采用真空蒸镀沉积。与仅采用ZnO电子传输层的器件相比, 可以使器件性能得到大幅提升: 器件的最大电流效率从11.53 cd/A提升到22.77 cd/A, 同时器件的启亮电压、电致发光光谱无明显变化。判断有机ETL的主要作用是抑制了过量电子的注入和传输, 在发光亮度变化不大的情况下, 降低了器件的无效复合(例如俄歇复合)电流, 从而使电流效率明显提升。

势垒硅掺杂对InGaN量子阱中的电场及LED器件的光电性能有着重要的影响。采用6×6 K·P方法计算了不同势垒硅掺杂浓度对量子阱中电场的变化, 研究表明当势垒硅掺杂浓度＞1e18 cm-3时, 阱垒界面处的电场强度会变大, 这主要是由于硅掺杂浓度过高导致量子阱中界面电荷的聚集。进一步发现随着势垒掺杂浓度的升高, 总非辐射复合随之增加, 其中俄歇复合增加, 而肖克莱-霍尔-里德复合随之减少, 这是由于点陷阱的增大形成了缺陷能级。电流电压曲线表明势垒掺杂可有效改善GaN基LED的工作电压, 这归于掺杂浓度的提高改善了载流子的传输特性。当掺杂浓度为1e18 cm-3时, 获得了较高的内量子效率, 这主要是由于适当的势垒掺杂降低了量子阱中界面电荷的损耗。

比较了喷墨印刷和旋涂PEDOT∶PSS薄膜的表面性能, 发现喷涂PEDOT∶PSS薄膜上印有发射层油墨后, 其表面性能有很大差异。在喷墨打印PEDOT∶PSS膜的表面上只发现了大量的和类山状的聚合物颗粒。 进一步的研究表明, 形态的差异源于润湿性的不同。揭示了喷墨打印和旋涂对膜性能的不同影响, 从而在喷墨打印PEDOT∶PSS膜上构建了更精细的结构。

提出一种改进自动编码器方法, 用于利用近红外光谱预测大尺度下土壤有机质含量等级。首先, 提出改进自动编码器算法框架, 将传统的用于重建输出的自动编码器与分类器相结合; 对改进自动编码器中的损失函数进行定义。然后, 将改进自动编码器应用于预测土壤有机质含量等级的近红外光谱分析建模问题中, 使用双层前馈神经网络实现了改进自动编码器的编码器、解码器和分类器。最后, 使用大尺度土壤光谱数据集对模型进行训练, 预测土壤有机质含量等级, 并与主成分回归、支持向量机等方法的效果进行对比。实验结果表明, 基于改进自动编码器的土壤有机质含量等级分类准确率为63.05%, 高于其他方法。利用该模型预测大尺度下土壤有机质含量等级有较好的表现。

针对现有植物灯均匀度差的问题, 通过在R(红)、G(绿)、B(蓝)三色LED芯片上加装导光管和光纤透镜, 实现了高均匀度的出光效果, 通过调节导光管和光纤的尺寸获得了达90%的混色、光谱以及光量子通量密度(PPFD)的均匀性。进一步对光源的热学性能进行表征发现光纤透镜的增加有利于减少光源正面的热量, 并且基于光量子学照明参数对该灯的均匀度进行评价, 并进一步提出有效光能利用率来更加科学的表征光源性能。结果表明, 混色均匀性与PPFD均匀性可达90%, 有效光能利用率可达到43%。进一步将该灯用于鲜切玫瑰花保鲜, 并通过脉冲宽度调制技术(PWM)实现了光谱的动态可调, 通过对玫瑰花鲜重日失重率以及抗氧化物质如黄酮素等物质含量变化的测量, 探究鲜切玫瑰花保鲜的最佳光照条件。实验结果表明, 最有利于鲜切玫瑰保鲜的光质条件和光照周期为R+G、6 h/24 h。

为了在现有的采样条件下, 通过新的压缩采样方式获得计算量小且质量更好的图像, 提出了基于压缩感知与扩展小波树的自适应压缩成像方法。首先将图像投影到分区控制的DMD上, 获得图像在低分辨率下的测量值, 并通过压缩感知重构算法重构出低分辨图像, 接着利用扩展小波树预测重要小波位置, 通过DMD在小波域采样获取图像的细节信息, 最后由小波逆变换恢复高分辨率图像。将该方法与最小化全变分算法(TVAL3)和近来提出的基于扩展小波树的自适应成像算法(EWT-ACS)效果进行对比, 实验结果表明, 以boat图像为例, 在压缩感知采样率为0.75, 整体采样率为10%的无噪声条件下, 该方法相较于TVAL3、EWT-ACS算法信噪比提高了4.63 dB和2.87 dB, 在附加噪声条件下成像效果也较好。该方法能极大地降低压缩感知重建算法的运行时间, 同时减少采样次数, 具有较好的抗噪性。