采用高温固相法在1 150 ℃下经二次煅烧合成了双钙钛矿型的红色荧光粉Sr2ZnTeO6∶xEu3+(x=0.05-0.40), 并进行了相组成、发光性质和热稳定性的研究。结果表明, 所合成的Sr2ZnTeO6与Sr2ZnWO6具有相同的结构, 掺杂离子的加入没有改变相结构。样品的激发光谱由电荷迁移带和Eu3+离子的特征激发峰组成, 主激发峰位于464 nm(7F0→5L6)。样品的发射光谱位于614 nm(5D0→7F2)。Sr2ZnTeO6∶xEu3+荧光粉的发光强度随着Eu3+离子的掺杂, 先增大后减小, 在x≥0.25时, 发生浓度猝灭现象。通过变温荧光发现它具有非常好的热稳定性。由于荧光粉的最佳激发位于464 nm, 因而可以用于蓝光激发下的白光LED的红色荧光粉。

采用高温固相法制备了颜色可调的NaTaOGeO4∶Tb3+,Mn2+荧光粉, 并研究了其发光特性以及能量传递机理。在244 nm激发下, NaTaOGeO4∶Tb3+的发射光谱的发射峰分别位于380, 413, 436, 492, 544 nm, 分别属于Tb3+的5D3→7FJ和5D4→7FJ(J=6, 5, 4)能级跃迁, 为蓝光和绿光发射。在280 nm波长激发下, 在492 nm和544 nm处有较强的发射峰, 分别属于Tb3+的5D4→7F6、5D4→7F5能级跃迁, 为绿光发射。在248 nm波长激发下, NaTaOGeO4∶Mn2+的发射光谱由位于576 nm处的宽带组成, 属于Mn2+的4T1→6A1能级跃迁。当在NaTaOGeO4∶Tb3+荧光粉中共掺杂Mn2+时, 可以同时观察到Mn2+和Tb3+的发射峰, 通过改变浓度掺杂比, 可以得到颜色可调控的荧光粉。

为了提高壳聚糖的水溶性及其止血方面的性能, 将壳聚糖(CS)进行羧甲基化改性, 并引入具有抗菌作用的Ag+和TiO2, 制备出羧甲基壳聚糖复合止血材料。首先, 在壳聚糖中引入羧甲基, 制得羧甲基壳聚糖(CMCS), 之后向其中引入Ag+和TiO2, 分别制备出Ag+-CMCS、TiO2-CMCS和Ag+ -TiO2-CMCS复合材料。然后, 采用 FTIR、XRD、SEM等手段对复合材料的结构进行表征。最后, 对复合物的凝血、止血性能进行了测试。实验结果表明: 改性后的羧甲基壳聚糖的IR图谱在3 423 cm-1和1 380 cm-1处出现了羧甲基壳聚糖钠盐的特征吸收峰。改性后的羧甲基壳聚糖在XRD图谱中表现出了金属晶态。CMCS的粒径为14.8 nm左右, Ag+粒径为143.5 nm左右, 纳米TiO2的粒径为267.2 nm左右, 且三者分散的很均匀。Ag+-TiO2-CMCS的凝血、止血效果要优于Ag+-CMCS和TiO2-CMCS, 同时Ag+-CMCS和TiO2-CMCS的凝血、止血效果要优于CMCS。

采用溶胶凝胶-燃烧法合成了系列不同掺杂浓度Y3+和Gd3+的LaBO3∶Eu3+发光粉, 对其结构、形貌和发光性能进行了表征。XRD研究结果表明: 发光粉的结构与基质掺杂离子的种类和掺杂浓度有关系。荧光光谱结果表明: 适量比例Y3+和Gd3+离子掺杂将提高LaBO3∶Eu3+发光粉的发光强度。Y3+和Gd3+离子最佳掺杂摩尔分数分别为1.5%和12.5%。 5D0→7F2与5D0→7F1跃迁发射的相对强度比值说明: 掺杂改变LaBO3∶Eu3+中Eu3+局域环境的对称性。发光性能改变主要受晶体结构、掺杂离子电负性影响。Gd3+离子掺杂更有利于发光粉结构稳定性和发光性能的改善。

采用高温固相法合成了BaSi2O2N2∶Eu2+蓝绿色荧光粉, 在440~460 nm蓝光激发下, 该荧光粉发射峰值波长488 nm的蓝绿色光。通过共掺杂微量Mg2+和Ge4+离子, BaSi2O2N2∶Eu2+蓝绿色荧光粉的热猝灭性能显著提升。在蓝光芯片激发下, 使用BaSi2O2N2∶Eu2+蓝绿色荧光粉搭配Y3(Al,Ga)5O12∶Ce3+黄绿色荧光粉以及CaAlSiN3∶Eu2+红色荧光粉, 可以封装色温6 500 K、显色指数Ra达到96.5、所有特殊显色指数R1~R15都大于90的全光谱白光LED。通过封装老化测试, Mg2+和Ge4+离子掺杂的BaSi2O2N2∶Eu2+蓝绿色荧光粉较未掺杂的荧光粉老化性能提升近1倍。

采用高温固相法合成SrAl2O4∶Eu,Ho应力发光材料。XRD结果表明, 所合成的样品较纯, 掺杂离子并未改变基质材料的基体结构。将 SrAl2O4∶Eu,Ho(SAOEH)应力发光粉末与树脂混合制备复合应力发光薄膜。光谱结果表明, 薄膜的发光随着厚度的增加而增强; 薄膜的SEM结果表明, SAOEH粉体颗粒均匀分散在树脂中。将应力发光薄膜应用于钢板焊缝处背面, 应力测试结果表明薄膜应力发光先增强后减弱。当薄膜厚度为0.9 mm时, 应力发光最强, 且在焊缝处可得到较高的响应值。此外, 在循环测试的过程中, 应力发光薄膜可对焊板断裂实现实时响应, 结合CCD相机可实现钢板焊缝检测的可视化, 并对缺陷定位。

利用简单的水热法制备了立方相KY3F10∶15%Yb3+,0.5%Tm3+,0.2%Ho3+上转换纳米晶。在980 nm激发下, 获得接近等能白的上转换发光。上转换机理分析表明, 蓝、绿、红光发射分别源自Yb3+到Tm3+和Ho3+的能量传递。更重要的是, 该上转换白光显示了良好的色稳定性。当泵浦功率由688 mW增加到1 688 mW, 色差仅为0.027 5。其原因在于, 一方面三基色发光的功率关系比较接近; 另一方面蓝光的功率关系随泵浦功率的增加逐渐减小, 而绿、红光的功率关系保持不变。蓝光的饱和现象可能与激光辐射所引起的热效应有关。

采用高温熔融法制备了Ce3+/Tb3+/Sm3+掺杂的CaO-B2O3-SiO2(CBS)发光玻璃。通过傅利叶红外光谱仪、荧光光谱仪表征了该系列发光玻璃的微观结构和发光性质, 并对Ce3+到Tb3+、Ce3+到Sm3+之间的能量传递机制进行了研究。结果表明, 在339, 378, 407 nm激发下, 单掺Ce3+、Tb3+和Sm3+的CBS玻璃分别发射紫蓝光、绿光和红光, 恰好符合混合合成白光的条件。Ce3+/Tb3+和Ce3+/Sm3+双掺CBS玻璃的发射光谱以及Ce3+衰减寿命的变化证实了Ce3+→Tb3+和Ce3+→Sm3+之间存在能量传递, 随Tb3+和Sm3+浓度增加, Ce3+的寿命减小, 且传递效率由5.4%和5.7%分别增加至24.0%和27.1%。调节3种稀土离子的掺杂浓度并选择合适的激发波长, 实现了发光颜色可调, 并最终获得白光发射。

以乙二醇和丙三醇为碳源, 用一元醇(异丙醇和乙醇)为对比, 通过溶剂热法制备得到碳点。通过傅里叶红外光谱、紫外-可见吸收光谱和激发光谱对所制得的碳点进行表征和分析, 探讨了不同碳源对碳点的表面官能团、荧光性能等的影响, 从而分析其荧光的发光机理。结果表明: 乙二醇与丙三醇制备的碳点含有CC键和CO键, 均在365 nm光激发后在450 nm处有荧光峰; 而一元醇是由C—OH基团中的孤对电子产生荧光, 碳源分子中羟基含量对碳点的荧光性能有很大影响, 羟基含量越高, 越容易形成双键结构。

用B4C为硼源, 利用CVD系统在N2-H2等离子体中合成了掺杂BNx纳米棒, 接着在掺杂BNx纳米棒表面用CH4生长了石墨烯纳米片, 制备出掺杂BNx-石墨烯三维纳米复合材料。一系列表征结果说明合成的纳米复合材料由C和O共掺杂的BNx纳米棒和石墨烯纳米片组成, 其形成与碳氢基团的转换和掺杂BNx纳米棒的形变在石墨烯纳米片中产生的应力有关。室温发光性能表明石墨烯纳米片对掺杂BNx纳米棒的紫外光和绿光有明显的猝灭作用, 起源于掺杂BNx-石墨烯界面上的电荷转移和电子散射。

利用有机相法合成Nd3+掺杂CdSe纳米晶(CdSe∶Nd), 通过X射线粉末衍射(XRD)、透射电镜 (TEM)、紫外吸收光光谱及荧光光谱表征, 证明Nd3+已经成功掺入到CdSe的晶格中。与纯CdSe纳米晶相比, CdSe∶Nd纳米晶的结构仍为立方晶型, 且形貌近似球形, 均匀分散, 粒径约为2～4 nm。紫外吸收峰和荧光发射峰都发生红移, 而且掺杂后的CdSe∶Nd纳米晶量子产率也提高, 这可能是由于掺杂Nd3+引入了新的杂质能级, 带隙减小。为了实现CdSe∶Nd纳米晶的可加工性和功能性, 通过微乳法合成SiO2 壳包覆的CdSe∶Nd纳米球(CdSe∶Nd@SiO2 纳米球), CdSe∶Nd@SiO2 纳米球呈均匀球形, 直径约为100～115 nm, 并且包壳后的CdSe∶Nd@SiO2 纳米球发射峰(581 nm)与CdSe∶Nd纳米晶(598 nm)相比, 发光强度提高且发射峰蓝移, 蓝移约为17 nm, 可能是因为SiO2 壳可以减少纳米晶表面的非辐射跃迁以及改善表面缺陷导致的。

通过MOCVD方法在蓝宝石衬底上生长GaN薄膜, 利用离子注入方法将Eu3+离子注入到GaN基质中。X射线衍射结果表明: 经过退火处理后, 修复了部分离子注入所导致的晶格损伤。利用阴极荧光光谱可得到GaN∶Eu3+材料在623 nm处有很强的红光发射, 该发射峰来源于Eu3+离子的内部4f能级跃迁。另外, Eu3+离子注入会在样品中引入电荷转移态, 产生408 nm附近的发光。退火处理有助于获得更强的电荷转移态发光和Eu离子特征发光。GaN基质的黄光峰与Eu离子之间存在能量交换, 将能量传递给Eu离子, 促进Eu离子发光。

室温下采用射频磁控溅射氧化锌(ZnO)粉末靶、银(Ag)靶, 在玻璃衬底上制备ZnO/Ag/ZnO透明导电薄膜。首先, ZnO厚度为30 nm时, 改变Ag厚度制备3层透明导电薄膜, 研究Ag层厚度及膜层间配比对光电性能的影响; 其次, 按ZnO∶Ag厚度比为30∶11比例制备不同厚度的3层透明导电薄膜, 研究多层厚度对薄膜光电性能的影响。结果表明: Ag厚度为8 nm及11 nm的ZnO/Ag/ZnO表面相对平整, 结晶程度较好, 在可见光范围内最高透过率达到90%及86%, 并且方块电阻为6 Ω/□及3.20 Ω/□, 具有优良的光电性; 当按配比制备ZnO/Ag/ZnO 3层膜时, 增加ZnO厚度对Ag层的增透作用反而减弱, 同时增加Ag层厚度也会降低3层薄膜的整体光学性。

随着单管半导体激光器光纤耦合技术的不断发展, 为了进一步提高多单管半导体激光器的输出功率, 本文采用曲面空间排列方式对多个单管半导体激光器进行合束研究, 使更多数量的单管半导体激光器耦合进入同一光纤中, 获得更高的输出功率。文中利用ZEMAX光学设计软件进行仿真模拟, 将34只波长为975 nm、输出功率为10 W的单管半导体激光器合束聚焦后耦合进芯径200 μm、数值孔径0.22的光纤中, 获得耦合效率91.76%、输出功率312.03 W的激光系统。实验中, 将17只单管半导体激光器耦合进芯径200 μm、数值孔径0.22的光纤中, 在10.5 A的驱动电流下, 输出功率为100.5 W, 系统耦合效率为68.46%。

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术在Si(111)衬底上外延GaN薄膜, 对高温AlN(HT-AlN)缓冲层在小范围内低生长压力(6.7～16.6 kPa)条件下对GaN薄膜特性的影响进行了研究。研究结果表明GaN外延层的表面形貌、结构和光学性质对HT-AlN缓冲层的生长压力有很强的的依赖关系。增加HT-AlN缓冲层的生长压力, GaN薄膜的光学和形貌特性均有明显改善, 当HT-AlN缓冲层的生长压力为13.3 kPa时, 得到无裂纹的GaN薄膜, 其(002)和(102)面的X射线衍射峰值半高宽分别为735 arcsec和778 arcsec,由拉曼光谱计算得到的张应力为0.437 GPa, 原子力显微镜(AFM)观测到表面粗糙度为1.57 nm。

采用N, N′-二正辛烷基-3, 4, 9, 10-苝四甲酰二亚胺(PTCDI-C8)对钙钛矿电池电子传输层(PCBM)进行界面修饰以减少PCBM与Al电极之间的漏电流, 提高阴极的电子收集效率。通过调节PTCDI-C8薄膜的厚度优化界面接触和电子传输性能。实验结果表明: 当PTCDI-C8薄膜的厚度为20 nm时得到的器件性能最优。光电转换效率(PCE)由5.26%提高到了8.65%, 开路电压(Voc)为0.92 V, 短路电流(Jsc)为15.68 mA/cm2, 填充因子(FF)为60%。PTCDI-C8能够有效阻挡空穴向阴极传输, 同时PTCDI-C8具有较高的电子迁移率以及较高的稳定性, 在增加电子传输的同时, 可减少环境对PCBM的侵蚀, 提高了器件的稳定性。

隔离槽的制作是实现阵列芯片单元独立的有效方法。本文采用感应耦合等离子体干法刻蚀(ICP)和具有高刻蚀比的SiO2与光刻胶混合掩膜在GaN基微尺寸LED上制备了3种深度的隔离槽和6种不同的芯片尺寸结构。通过电致发光(EL)和电容计表征不同刻蚀深度对LED芯片电学性能和电容大小的影响。实验结果表明, 小尺寸的芯片有着更高的电流承受密度和更小的电容值, 隔离槽刻蚀深度的增加能降低电容和电阻, 从而使RC时间常数得到降低。有源层直径为 120 μm的芯片从仅有Mesa刻蚀到完全刻蚀到蓝宝石衬底, 其RC调制带宽从155 MHz增大到176 MHz。减小芯片尺寸和完全刻蚀到蓝宝石衬底能有效减小芯片RC常数。这些工作将有助于GaN基LED的未来设计和制造, 以提高高频可见光通信的调制带宽和光功率。

设计制作了梳状电极染料掺杂胆甾相液晶激光器件, 研究了外加电压下的激光辐射谱。器件的下基板ITO电极刻蚀成梳状条形电极, 电极宽度约2 mm, 相邻电极间距分别约为1, 3, 5 mm。上基板无ITO电极。上下基板取向膜平行摩擦取向处理, 使胆甾相液晶平面态排列。以532 nm的Nd∶YAG 激光器作为泵浦光源, 测量器件激光辐射谱。改变外加电压0～100 V, 3个区域均出现了多模输出。在1 mm电极间距区域, 可获得633.65～621.52 nm(12 nm)和683.15～664.35 nm(18 nm)的可调谐波长范围; 在电极间距3, 5 mm区域, 辐射激光波长变化微小。在外加电压作用下, 液晶分子均匀的螺旋周期排列受到扰动, 液晶分子层螺旋轴倾斜, 各个液晶畴的螺旋轴取向不一致, 使有效螺距值缩短并有所浮动, 引起出射激光波长蓝移和多模输出。利用光子态密度理论数值模拟了激光辐射谱。当有效螺距为倾斜角的函数时, 随着倾斜角增大出射激光波长蓝移。

对葡萄酒酒精度偏最小二乘(Partial least squares,PLS)回归模型进行优化研究。使用近红外光谱仪采集葡萄酒样本的光谱数据, 用于建立酒精度定量模型, 实现在线快速检测。通过蒙特卡罗无信息变量消除(Monte Carlo uninformative variable elimination, MC-UVE)和遗传算法(Genetic algorithm, GA)进行变量选择, 基于被选择的变量分别进行PLS和因子分析(Factor analysis,FA), 建立回归模型。结果表明, MC-UVE-GA-FAR模型预测集相关系数(R2)为0.946, 预测均方根误差(Root mean square error of prediction, RMSEP)为0.215, 效果优于MC-UVE-GA-PLS模型。与基于全范围光谱所建PLS回归模型相比, 模型效果有所提升, 而且模型所选变量个数仅为6, 极大地简化了模型。MC-UVE和GA算法与FA分析结合可以实现模型的优化。

设计合成了两种化合物4-氨基4-(4-甲氧基苯基)-3-丁烯-2-酮(1b)和4-氨基-4-(1,3-亚甲二氧基苯基-5-基)-3-丁烯-2-酮 (2b), 测试了其在不同甲醛含量下的紫外吸收光谱及单光子荧光光谱。当含有100 μmol/L和5 μmol/L的甲醛时, 化合物1b和2b的紫外吸收峰强度分别达到其最大值。在单光子荧光方面, 化合物1b的荧光发射峰位置在384 nm, 与紫外吸收峰相比红移50 nm。化合物2b的荧光发射峰呈现出双峰形状, 其发射峰位置分别在384 nm及411 nm左右。当加入15 μmol/L的甲醛时, 化合物2b的411 nm处的荧光发射峰明显增强, 两峰的重叠程度降低, 可作为检测甲醛的特征变化。以上数据表明, 化合物1b和2b不仅能够对微量甲醛产生响应, 也可作为一种理想平台为更进一步拓宽化合物1b和2b在监测生物体系中甲醛荧光生物成像上的应用奠定理论基础。

提出一种新型的荧光及表面增强拉曼散射(SERS)双模式光学纳米探针。首先, 通过再沉淀-包覆法合成二氧化硅包覆香豆素6的纳米颗粒, 再在二氧化硅表面静电吸附多聚赖氨酸分子形成包覆层, 随后通过原位还原的方法在多聚赖氨酸壳层复合银纳米颗粒, 最后在银纳米颗粒表面吸附拉曼分子即形成双模式纳米探针。该探针通过二氧化硅包覆的荧光分子产生荧光信号, 以多聚赖氨酸表面的银纳米颗粒作为SERS增强基底, 利用拉曼分子获得SERS信号, 实现了荧光及SERS 双模式成像。荧光与表面增强拉曼散射相结合的双模式分析技术可同时发挥二者的优点, 提高成像的分辨率和灵敏度, 在生物医学领域具有重要的应用价值。