氧化锌(ZnO)是一种历史悠久的材料，由于其微观结构非中心对称，最初被预测可以应用于压电和非线性光学领域，又因为它在室温下具有宽的禁带和高的激子束缚能，是一类重要的第三代宽禁带半导体材料，在半导体领域受到了广泛关注。然而，在实际应用中，ZnO在上述各个领域都遇到了一些瓶颈问题：在压电领域，原本被认为是绝缘的ZnO出现了意外的导电性；在非线性光学领域，ZnO的折射率差很小，难以获得好的相位匹配；在半导体领域，难以同时获得高载流子浓度、高迁移率、高热稳定性的p型ZnO。本文主要针对以上ZnO的应用前景及相关瓶颈问题进行了总结，并提出了适用于离子型化合物半导体的载流子调控普适性理论，即：载流子类型完全由材料的精细化学组分完整表达式来决定。这一规则将原本被认为是无关的材料精细化学组分完整表达式和载流子类型两个概念联系起来，在认识上具有很大的突破，并形成了材料科学研究的新范式。该范式成功指导了高绝缘和高热稳定性的n型ZnO单晶以及高迁移率掺Al∶ZnO薄膜的生长，并为高载流子浓度、高迁移率、高热稳定性p型ZnO的制备提供了新思路。近来，除了上述应用领域外，ZnO还被发现在超快闪烁体和中红外(MIR)透明导电窗口领域具有较大的应用贡献，并推测这些领域很可能领先于ZnO原本受到重视的研究领域而取得真正的应用进展。

双掺Nd,Ce∶YAG晶体相比传统的Nd∶YAG具有输出能量高、激光振荡阈值低的优点。近几年高能效固体激光器的发展对大尺寸、高质量Nd,Ce∶YAG晶体的需求越来越大。采用提拉法生长大尺寸Nd,Ce∶YAG时，极易出现包裹物和开裂缺陷。本文通过理论与实践相结合的方式分析了晶体在生长过程中产生缺陷的原因，并提出了解决办法，成功生长出直径50 mm等径长150 mm的高质量Nd,Ce∶YAG单晶。本研究可为批量化生长大尺寸Nd,Ce∶YAG晶体的质量改进提供方向和指导。

本文报道了在自动控制直径条件下大尺寸YVO4晶体的提拉法生长研究。利用改进的上称重法生长大尺寸YVO4晶体，在提拉法单晶生长过程中，晶体扩肩部分采用斜率积分模式，转肩部分采用斜率积分过渡到直径积分模式，等径部分采用直径积分模式，应用这种分段控制方式成功地实现了YVO4晶体的自动化生长。采用4台50型自动化生长炉对YVO4晶体自动化生长工艺进行了长达一年的可靠性验证，预设技术目标为晶体直径大于40 mm，等径部分长度大于30 mm，B级晶体质量达 80%以上，采用自动控制方法生长晶体毛坯共计138个，晶体直径达标率为99.3%，等径部分长度达标率为53.6%，晶体生长良品率为88.4%。本文还讨论了影响晶体等径部分长度达标率的若干工艺因素。

使用籽晶法通过调整降温速率生长出高质量4-N,N-二甲胺基-4′-N′-甲基-氮杂芪对甲苯磺酸盐(DAST)晶体，研究了降温速率对DAST晶体结晶质量、光学特性及太赫兹输出特性的影响。通过核磁共振分析表征了合成原料的结构和纯度。使用X射线衍射仪对生长晶体的(001)面进行X射线摇摆曲线测试，测试结果表明在降温速率为0.1 ℃/d条件下获得的晶体质量最佳，其摇摆曲线半高宽(FWHM)为57.6″。此条件下生长的晶体在780~1 576 nm波长范围内光透过率达65%。使用差频法从DAST晶体中产生了0.1~20 THz范围内的宽频可调谐太赫兹波，在18.8 THz处得到太赫兹波最大输出能量为0.477 μJ/脉冲，对应的能量转换效率达5.31×10-5。

随着信息技术的迅速发展，对声表面波器件的要求也进一步提高。为寻找性能更加优异的声表面波器件基底材料，本文利用分波解法对室温下［001］c及［011］c极化弛豫铁电0.24PIN-0.47PMN-0.29PT单晶的声表面波性能进行研究。利用［001］c及［011］c极化弛豫铁电0.24PIN-0.47PMN-0.29PT单晶的弹性、压电及介电性能参数，通过求解克里斯托弗方程计算了晶体声表面波相速度、机电耦合系数及能流角随传播角度的变换关系。结果表明，沿［011］c方向极化的0.24PIN-0.47PMN-0.29PT单晶声表面波性能要优于沿［001］c极化的单晶。［011］c极化0.24PIN-0.47PMN-0.29PT单晶的声表面波机电耦合系数显著高于沿［001］c极化单晶。同时沿［011］c极化0.24PIN-0.47PMN-0.29PT单晶的声表面波能流角的最大值也明显小于［001］c极化单晶。因此，沿［011］c方向极化的0.24PIN-0.47PMN-0.29PT单晶兼具优异的声表面波性能及温度稳定性，更适合于实际应用。

采用基于广义梯度近似的第一性原理方法，研究了纯ZnO、S单掺、La单掺和S-La共掺ZnO的能带结构、态密度和光学性质。S单掺ZnO后，价带和导带同时向低能量转移，导致带隙减小。La单掺ZnO后在导带底产生杂质能级使得带隙减小。S-La共掺ZnO导致La的局部化减弱，表明La形成的施主能级由于S的3p态的影响变得更浅，从而减小了带隙。和纯ZnO相比，掺杂后的ZnO吸收系数和反射系数都减小，导致透射能力增强，为ZnO作为透明导电氧化物应用于太阳能电池提供了潜在的理论依据。

采用第一性原理计算方法，对本征Mn4Si7以及P和As掺杂的Mn4Si7的电子结构和光学性质进行计算解析。计算结果表明本征Mn4Si7是带隙值为0.810 eV的间接带隙半导体材料，P掺杂Mn4Si7的带隙值增大为0.839 eV，As掺杂Mn4Si7的带隙值减小为0.752 eV。掺杂使得Mn4Si7的能带结构和态密度向低能方向移动，同时使得介电函数的实数部分在低能区明显增大，虚数部分几乎全部区域增加且8 eV以后趋向于零。此外掺杂还增加了高能区的消光系数、吸收系数、反射系数以及光电导率，明显改善了Mn4Si7的光学性质。

采用第一性原理杂化泛函HSE06方法对Fe掺杂α-Bi2O3的电子结构和光学性质进行了计算研究。结果表明，Fe掺杂α-Bi2O3体系有较小的结构变形，本征α-Bi2O3的禁带宽度为2.69 eV，Fe掺杂使α-Bi2O3的禁带宽度减小(约为2.34 eV)。对其光学性质研究得出Fe掺杂扩展了α-Bi2O3对可见光的吸收范围，即发生了红移，从而为Fe掺杂α-Bi2O3在光催化领域中的应用提供了理论依据。

量子点的性质主要由其密度及尺寸参数控制，而原子在衬底上的成核运动又决定了量子点的密度、直径、高度等参数，因此研究原子的扩散成核过程对自组装制备量子点具有重要意义。本文通过分子束外延生长技术研究了GaAs(001)表面金属铝液滴的成核过程，发现衬底温度和金属铝沉积速率的变化直接影响了液滴的尺寸、密度以及形状等特征。根据经典成核理论分析GaAs(001)表面金属铝液滴空间分布与几何结构的演化规律，推导得出表面金属铝液滴密度与衬底温度、金属铝沉积速率的关系方程。在此基础上，进一步计算得出液滴形成过程中未成核态、临界成核态、成核态三种亚稳态所包含的最小原子数分别为1个、2个、5个。

本文研究了N型掺杂ZnSe/BeTe/ZnSe Ⅱ型量子阱空间间接发光谱的外加电场依赖性。实验结果表明，其发光谱只显示了一个线性偏振度较低的发光峰。这是由于掺杂电子屏蔽了Ⅱ型量子阱中的内秉电场，并使得两个ZnSe阱层具有相同的势。同时该发光谱具有反玻耳兹曼(inverse-Boltzmann)分布，并且线型和线性偏振度在整个栅极电压变化范围内没有显示明显改变。然而，其光谱积分强度却显著地依赖栅极电压的极性变化：在正栅极电压范围内(7~0 V)其光谱积分强度几乎是一个常数，但随着负栅极电压的增加(-1~-7 V)，其光谱积分强度却显著降低。这些行为显示了该样品的空间间接发光谱具有负的带电激子的特征。这个常数的光谱积分强度被解释为掺杂层对外加电场的屏蔽，而这个显著降低的光谱积分强度则被归因于外加电场对掺杂电子的排斥(致使激光激发区域内的电子浓度降低)，从而导致了负带电激子数量的减少。此外，本文也初步探讨了该空间间接带电激子的可能构成模型。

作为宽禁带半导体材料的一员，结构稳定的β-Ga2O3具有比SiC和GaN更宽的禁带宽度和更高的巴利加优值，近年来受到科研人员的广泛关注。本文采用射频(RF)磁控溅射法在C面蓝宝石衬底上生长β-Ga2O3薄膜，探究溅射过程中衬底加热温度的影响。溅射完成后通过高温退火处理提升薄膜质量，研究衬底加热温度和后退火温度对氧化镓薄膜晶体结构和表面形貌的影响。利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)等测试手段对β-Ga2O3薄膜晶体结构、表面形貌等进行分析表征。实验结果表明，随着衬底加热温度的升高，β-Ga2O3薄膜表面粗糙度逐渐降低，薄膜晶体质量得到显著提升；在氧气气氛中进行后退火，合适的后退火温度有利于氧化镓薄膜重新结晶、增大晶粒尺寸，能够有效修复薄膜的表面态和点缺陷，对于改善薄膜晶体质量有明显优势。

采用密度泛函理论平面波赝势法研究了氢杂质位于氢终止金刚石薄膜亚表面层中三种不同位点处时金刚石的结构变化，以及氢原子在三种金刚石薄膜表面上的吸附难易程度，并对表面活化反应进行了过渡态搜索以探究化学气相沉积(CVD)过程中金刚石薄膜亚表面层氢杂质对表面活化的影响。对比计算结果发现：生长过程中，亚表面层的氢杂质使其附近的金刚石结构产生了畸变，同时金刚石表面结构会对畸变程度产生影响。氢原子在含有氢杂质的三种金刚石薄膜上的吸附能与理想金刚石薄膜差异很小，但发生萃取反应产生活性位点的能垒比理想金刚石薄膜更低，这与亚表面层中的氢杂质使金刚石薄膜具有P型半导体特征这一现象有关。这一结果说明富氢反应气氛有利于活性位点的产生并以更高速率进行生长。

采用化学水浴沉积法在不同氨水用量下制备了Cu(In,Ga)Se2太阳能电池的缓冲层CdS薄膜，根据化学平衡动力学计算出混合溶液中反应粒子的初始浓度、pH值和离子积，利用台阶仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、量子效率测试仪(EQE)和IV测试仪对制备样品的薄膜厚度、表面形貌、晶体结构、量子效率和光电转换效率进行了表征和分析。结果表明：提高氨水用量可以抑制同质反应，促进异质反应，使CdS薄膜晶体结构从立方相向六方相转变，晶粒形状从柳絮状向颗粒状转变，晶粒尺寸逐渐增大，粒径分布更加均匀，薄膜表面更加平整，制备电池的EQE、Voc、Jsc、FF、Rs等电学参数得到优化，光电转换效率从7.64%提高到13.60%。

以石墨烯和自制TiO2粉末为原料，通过两步水热法联合真空抽滤法制备还原氧化石墨烯/TiO2纳米线(rGO/TiO2 NWs)复合膜。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱对rGO/TiO2 NWs复合膜的形貌、结构进行表征。研究结果表明，还原氧化石墨烯和TiO2 NWs成功地复合在一起，复合材料中TiO2 NWs分散性较好。Cu2+吸附实验结果表明，复合材料中TiO2 NWs所占比例、pH值是影响Cu2+吸附效果的重要因素，研究复合材料对Cu2+的吸附效果应该在pH值为6.0的近中性环境。其中TiO2 NWs含量为50%时，复合膜对Cu2+的吸附量最高，达到rGO薄膜的4倍。复合薄膜有较好的吸附稳定性，重复使用5次后，吸附率是原吸附量的91%。

采用共沉淀法合成了Ce3+掺杂的Lu3Ga5O12(LuGG∶Ce)纳米荧光粉，采用Rietveld结构精修的方法确定了其结构参数。用扫描电子显微镜(SEM)测定了所合成纳米荧光粉的形貌。在365 nm激发光激发下，观测到的发射光谱呈非对称宽带，中心波长为438 nm。通过高斯拟合得到该发射谱带包含中心波长分别为426 nm和470 nm的两个发射峰。LuGG∶Ce的发光色度坐标为(0.176 9, 0.180 3)，对应为蓝光发射。结果表明，LuGG∶Ce适用于通过紫外光(UV)激发实现蓝光发射，在紫外光(UV)激发白光LED领域具有潜在的应用前景。

以5-磺基水杨酸和咪唑衍生物为配体合成了单核、双核结构的三元混配Cu(Ⅱ)配合物：［Cu(H2biim)(Hssal)(H2O)2］·H2O(1)和{［Cu(MeHbiim)(Hssal)(H2O)］·0.5H2O}2(2)(H3ssal=5-磺基水杨酸，H2biim=2,2’-联咪唑，MeHbiim=N-甲基-2,2’-联咪唑)，并利用元素分析、红外光谱、紫外-可见光谱、X-射线单晶衍射及热重分析等技术手段对其结构进行了表征。单晶结构解析表明配合物1属于单斜晶系，P21／C 空间群，Cu(Ⅱ)离子与1个5-磺基水杨酸根、2个水分子以及1个联咪唑分子形成五配位四角锥构型的单核配合物结构。配合物2属于正交晶系，P2(1)2(1)2(1)空间群，双核Cu(II)离子分别处于五配位四角锥和四配位平面四边形的几何构型的配位环境中，与配合物1不同，5-磺基水杨酸采取μ2双-单齿配位模式。荧光光谱分析表明配合物2具有较强的荧光性。

标题化合物是一个重要的精细化工中间体，可用于制备嘧啶类、吡唑类等产品。本文利用红外光谱(IR)、质谱(MS)、核磁共振氢谱(1H NMR)、核磁共振碳谱(13C NMR)和X-射线单晶衍射对此化合物进行了表征，并在B3LYP/6-311G(d, p)模式下使用密度泛函理论(DFT)计算了此化合物的最稳定晶体结构以及最高占有分子轨道(HOMO)和最低占有分子轨道(LUMO)能量。结果表明，通过DFT优化的分子结构与X-射线单晶衍射确定的晶体结构基本一致，该化合物属于单斜方P2(1)/n空间群，晶胞参数为：a=1.563 9(10) nm, b=0.778 6(4) nm, c=1.838 2(10) nm，Z=4, ρc＝1.345 g·cm-3,R=0.047 7，Rw=0.138 7。

室温下，以N-乙基吡啶碘盐(Epy)I和四水溴化锰(MnBr2·4H2O)为原料合成了一种零维发光材料［(Epy)2］［MnBr2I2］。对该配合物进行元素含量分析、红外光谱、单晶X射线衍射、粉末X射线衍射、紫外可见吸收光谱、光致发光光谱及X射线激发发射光谱等测试。单晶X射线衍射结果表明：配合物为单斜晶系，C2/c空间群，中心离子Mn(Ⅱ)为四面体构型，晶胞参数为a=2.825 5(6) nm，b=0.839 71(17) nm，c=1.836 0(4) nm。在332 nm紫外光激发下，配合物发出528 nm的绿光，对应于四面体Mn(Ⅱ)配合物的4T1(G)→6A1特征辐射跃迁，荧光寿命为58.85 μs，荧光量子产率为58.29%。X射线激发光谱表明配合物发光强度较高，具有X射线荧光性能。

依据触发电压VS、触发电流IS、维持电流IH及触发电压、维持电流高低温变化率指标要求，利用Silvaco-TCAD半导体器件仿真软件完成了双向低触发电压横向晶闸管(SCR)放电管的设计。详细分析了对触发特性产生显著影响的结构参数(N-衬底区、寄生PNP晶体管P-集电区、寄生NPN晶体管P-基区、N+阴极区、N+触发区、寄生PNP晶体管P-集电区与寄生NPN晶体管P-基区间距、寄生NPN晶体管表面基区宽度)对器件输出I-V特性及抗瞬态电流烧毁能力的影响。根据设计得到的器件结构参数，绘制版图、制定双向低触发电压横向SCR放电管工艺方案并进行试制。通过实际流片，对关键的设计及工艺进行攻关，研制出样片触发电压VS、触发电流IS、维持电流IH及触发电压、维持电流高低温变化率完全满足电参数指标要求。

单晶炉是一种在以高纯氩气为主的惰性气体环境中，用石墨热场加热，将多晶硅材料加以熔化，用直拉法生长单晶硅的设备,在太阳能单晶硅拉制的过程中，如何提高拉晶的速度和质量以及降低设备的能耗一直是单晶硅厂家永恒的追求。本文从机械结构的角度分析了坩埚上升在单晶炉拉晶过程中所造成的拉晶速度下降和额外能耗问题，在此问题的基础上提出了一种加热器随坩埚在拉晶过程中上升的单晶炉结构优化方法，并通过有限元仿真对单晶炉优化前后晶体和熔体的热场以及拉晶过程中加热器功率进行分析。结果表明，改进后的单晶炉不仅可以提高拉晶过程的稳定性和拉晶速度,从而进一步提高单晶炉的拉晶质量和产量，而且还能有效降低单晶炉拉晶的能耗。

采用化学气相沉积(CVD)技术，通过CH4裂解法制备了碳纳米管(CNTs)。使用旋转圆盘处理机(SDP)自组装技术，将纳米Pt和纳米Au电沉积在CNTs上对其进行修饰。随后，通过将铂粒子电化学沉积在CNTs修饰的玻碳电极(GCE)上以及利用静电效应将葡萄糖氧化酶固定在金电极上，制备了CNTs-Pt/GCE和CNTs-Au修饰电极。最后，使用循环伏安法(CV)研究了葡萄糖在CNTs-Au和甲醛在CNTs-Pt/GCE上的电化学性能。结果表明，由于纳米金粒子与CNTs可以有效地增加电极的比表面积提高其电子转移速率，因此，CNTs-Au生物传感器具有良好的重复性、稳定性和快速的葡萄糖检测响应，可用于临床血清葡萄糖浓度的检测。另外，由于Pt的高度分散和CNTs与Pt的协同作用增强了电极表面的活性位点，使得CNTs-Pt/GCE在甲醛的检测过程中展现出了较高的灵敏度和良好的重现性。

本文探究了多个影响因素对大豆脲酶诱导碳酸钙沉淀(SICP)的影响，以优选出主要影响因素并提供其最佳范围。首先分析了脲酶浓度和温度对脲酶活性的影响；之后通过正交实验设计，进行25种工况的SICP水溶液实验，研究不同因素组合下Ca2+利用率的变化规律；最后借助扫描电子显微镜观测不同工况下生成碳酸钙的形态。结果表明：低温有利于脲酶的保存及活性发挥，5 ℃时脲酶活性能保持21 d以上；同一温度下，脲酶浓度越大，脲酶初始活性越高，脲酶完全失活所需时间越短。pH值、脲酶与胶结液体积比是影响Ca2+利用率的主要因素。为达到较高的Ca2+利用率，脲酶和胶结液最佳体积比为1，氯化钙与尿素最佳浓度比为1.5，Ca2+最佳浓度为1 mol/L。当脲酶浓度较低时生成的六面体状碳酸钙较多；随着脲酶浓度的增大，所沉淀的碳酸钙向球形转变。大豆中富含的天冬氨酸是控制碳酸钙形态的重要因素。

GaAs基980 nm半导体激光器在材料加工、通信和医疗等领域有着重要应用。应变量子阱结构的出现提高了GaAs基半导体激光器的转换效率、输出功率和可靠性。本文综述了高功率GaAs基量子阱激光器历史发展，介绍了高功率半导体激光器的外延结构、芯片结构和封装结构设计，重点阐述了影响高功率GaAs基量子阱激光器光电性能、散热和实际应用的问题。针对以上问题讨论了相应解决方案及研究成果，并指出了各个方案的不足之处和改进方向。最后，总结了高功率半导体激光器的发展现状，对高功率半导体激光器发展方向进行了展望。

立方砷化硼(BAs)为间接带隙、闪锌矿结构的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料。理论分析预测BAs具有仅次于金刚石的超高热导率，在电子器件散热领域表现出广阔应用前景，成为当前的研究热点。近年来立方BAs单晶材料的制备取得突破性进展，采用化学气相传输法(CVT)合成了毫米尺寸的高质量单晶，室温下热导率高达1 300 W·m-1·K-1。本文介绍了BAs单晶的性质和生长方法，综述了材料研究进展，阐述了晶体生长面临的技术挑战，并对发展前景进行了展望。

二氧化硅(SiO2)气凝胶是一种拥有三维骨架网络结构的纳米多孔材料，具有高孔隙率、低密度和低热导率等许多独特的性能。但是由于二氧化硅气凝胶本身的脆性及高温稳定性差等原因，限制了其大规模应用。二氧化硅气凝胶的热力学性能与其内部的三维骨架和孔结构紧密相关，掌握二氧化硅气凝胶内部微结构演化规律与宏观性能的关联，是改善其热力学性能的前提。分子动力学模拟可以从原子层面分析和探索气凝胶的结构并预测其热力学性能。本文对分子动力学模拟下二氧化硅气凝胶势函数、多孔结构建模、结构表征、力学性能和热性能方面进行了详细总结,有助于从原子层面解释二氧化硅气凝胶结构与性能之间的关系，为从成分和结构方面设计气凝胶提供一种理论指导方法。