用化学共沉淀法一次煅烧工艺制备Ce, Pr∶GAGG粉体, 利用XRD、SEM、荧光光谱仪等对样品表面形貌及发光性能进行表征, 研究煅烧温度、沉淀剂引入草酸根对粉体发光性能的影响。结果表明, 前驱体经950 ℃煅烧3 h后全部转变为GAGG相, Pr3+、Ce3+共掺未改变基质的物相结构; 沉淀剂引入草酸铵后, 粉体发射光谱积分强度由333 573 a.u上升至420 894 a.u, 沉淀剂引入草酸根能提高粉体的发光性能。荧光寿命测试表明, 在Ce∶GAGG中掺入Pr3+可使Ce3+的荧光寿命降低, 衰减时间为35.43 ns。

采用水热与溶剂热结合的方法, 在乙二醇-正己醇体系中, 通过调节KF与RE(RE=La, Yb, Er)的量比、反应温度和反应时间实现了由LaF3(六角相)到KLaF4(立方相、六角相)晶型的控制合成。借助透射电子显微镜(TEM)和X射线粉末衍射(XRD)对样品的结构和微观形貌进行表征。结果表明, 当KF/RE比例为2.25时, 制备的样品为片状的六角相LaF3纳米颗粒; 当KF/RE比例为3.00时, 得到具有近似球形的立方相KLaF4纳米颗粒; 当KF/RE比例为4.25时, 得到了六角相(KLaF4)1.5纳米颗粒。上转换发射光谱显示: 所有的样品在近红外光(980 nm)激发下, 均有3个明显的发射峰, 在522 nm、544 nm处分别对应于Er3+的4S3/2, 2H11/2→4I15/2能级跃迁, 655 nm处属于Er3+的4F9/2→4I15/2能级跃迁。

亚微米尺寸的金刚石粉末对超精细研磨抛光而言是非常理想的磨料, 但高品质亚微米尺寸金刚石粉末的合成与制备到目前为止仍面临着许多的困难和挑战。在避免使用金属触媒的情况下, 以萘为前驱体在11 GPa压强、1 700 ℃的温度条件下成功合成了高品质亚微米尺寸的金刚石粉末。所合成的金刚石粉末具有比较高的相纯度, 金刚石晶粒普遍都是晶体形态发育良好且相互独立彼此分散的自形晶。晶粒粒度的频率分布属于正偏态分布, 相应的平均值、中数及众数分别为158.1,221.5,262.5 nm。对数正态分布拟合中, 晶粒粒度的期望值和标准偏差分别为(243.3±4.2) nm和(122.3±5.4) nm。将近96%的晶粒都分布在亚微米尺寸范围内。本工作将为高品质亚微米尺寸金刚石粉末的合成与制备提供有效途径。

采用高温固相法制备了Na8.33La1.67(SiO4)6O2∶Eu3+红色发光材料, 利用X射线衍射仪测定其晶体结构, 利用Hitachi F4600表征其发光光谱。在紫外光激发下, 样品Na8.33La1.67(SiO4)6O2∶Eu3+呈多峰发射, 分别对应于Eu3+的5D0-7Fj(j=0,1,2,3,4)能级跃迁, 主峰是位于615 nm的5D0-7F2跃迁发射。研究了Eu3+掺杂浓度对材料发光性质的影响, 改变Eu3+掺杂浓度, 样品的发射强度随之改变, Na8.33La1.67(SiO4)6O2∶Eu3+材料的Eu3+浓度为15%时, 发光强度最大。讨论了浓度猝灭的机理, 理论计算表明引起Eu3+离子能量弥散的主要原因是离子间交换相互作用。

采用旋涂法在玻璃基底上制备SnO2薄膜, 通过原子力显微镜(AFM)、X射线反射(XRR)、傅氏转换红外线光谱仪(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见分光光度计、四探针、开尔文探针系统对薄膜的表面形貌、结构及光学特性、电学特性进行分析, 探讨了退火温度对薄膜质量的影响及作用机制。研究发现: 随着退火温度升高, 薄膜厚度和有机成分杂质减小, 薄膜密度递增, 但薄膜表面粗糙度有所上升; 当退火温度升高至500 ℃时, 薄膜结构由非晶转变为结晶, 其主要晶面为氧化锡的(110)、(101)和(211)晶面。旋涂法制备的氧化锡薄膜在可见光区域的平均透光率在90%以上, 随着退火温度上升, 薄膜在400~800 nm波段的透光率先减小后增大, 薄膜的带隙宽度分别为3.840 eV(沉积态薄膜)、3.792 eV(100 ℃)、3.690 eV(300 ℃)和3.768 eV(500 ℃); 薄膜的电导率也随着退火温度升高而增加, 在500 ℃时电导率高达916 S/m; 薄膜的功函数先增大后减小, 分别为(4.61±0.005) eV(沉积态薄膜)、(4.64±0.005) eV(100 ℃)、(4.82±0.025) eV(300 ℃)、(4.78±0.065) eV(500 ℃)。

由于1.55 μm波段广泛应用于通信领域, 为了探索不同生长温度对InN量子点的形貌影响, 并且实现自组装InN量子点在1.55 μm通信波段的发光, 对InN量子点的液滴外延及物性进行了相关研究。首先利用射频等离子体辅助分子束外延(PA-MBE)技术在GaN模板上, 采用液滴外延方法在3种温度下生长了InN量子点结构。生长过程中靠反射高能电子衍射(RHEED)对样品进行原位监控。原子力显微镜(AFM)表征结果表明随着生长温度升高, 量子点尺寸变大, 密度减小。在生长温度350 ℃和400 ℃下, 观测到了量子点; 当温度高于450 ℃时, 未观测到InN量子点。当生长温度为400 ℃时, 量子点形貌最好, 密度为6×108/cm2,对400 ℃下生长的InN量子点进行了变温PL测试, 成功得到InN量子点在1.55 μm波段附近的光致发光, 并且随着测试温度的升高, 量子点的发光峰位发生了先红移后蓝移最后又红移的S型曲线变化, 这种量子点有望在未来应用于量子通信领域。

采用水热法制备了二氧化钛纳米管-石墨烯的复合光催化剂。利用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜和拉曼光谱仪对复合材料进行了表征与分析, 并对其光催化性能进行了测试。结果显示, 同纯二氧化钛纳米管相比, 二氧化钛纳米管-石墨烯的光催化性能较高。石墨烯与二氧化钛纳米管复合, 充当电子受体, 载流子迁移率得到提高, 从而提升了光催化性能。

“智能窗”大规模推广顺应可持续发展潮流, 三氧化钨(WO3)是生产“智能窗”的一种重要电致变色材料, 但调控WO3薄膜电致变色性能机制仍待进一步研究。采用旋涂法制备WO3薄膜, 重点研究了溶液浓度和旋涂次数对调控WO3薄膜电致变色性能的影响。通过表面轮廓仪测量薄膜厚度, X射线衍射(XRD)测量薄膜结晶情况, 原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)分析薄膜表面形貌, 光谱仪测量薄膜初始态、着色态和褪色态的透射率。实验结果表明, 随着溶液浓度增加(0.2~1.0 mol/L), 薄膜厚度从9.7 nm增加到33.3 nm,透射率调制能力从0%提升到37.0%; 多次旋涂薄膜厚度线性增长, 线性拟合优度(R2)达0.98, 5次旋涂后透射率调制能力达51.3%。改变溶液浓度和旋涂次数都是调控薄膜透射率调制能力的有效手段, 精准调控薄膜透射率调制能力对设计不同应用场景的电致变色器件具有重大意义。

采用高温固相反应法合成了Zn2GeO4∶xMn2+系列绿色长余辉磷光粉。XRD分析结果表明, 掺锰磷光粉的主要衍射峰位与锗酸锌晶体标准卡基本一致, 但略有红移。SEM照片显示, 相对于Zn2GeO4基质平均粒径而言, 掺锰磷光粉的颗粒尺寸均增大。在325 nm紫外光激发下, Zn2GeO4∶Mn2+发射出强的530 nm绿光, 优化掺锰离子浓度为0.5%。同时发现Zn2GeO4∶0.2Mn2+磷光粉暗场条件下的余辉时间超过180 min, 详细讨论了Zn2GeO4∶Mn2+长余辉发光的内在机理。

为了提高976 nm宽条形高功率半导体激光器的光束质量, 基于严格的二阶矩理论搭建了一套适用于高功率半导体激光器的光束质量检测装置。利用该装置测量了实验室研制的976 nm宽条形高功率半导体激光器在1～10 A工作电流下的束腰位置、束腰尺寸和远场发散角。实验结果表明, 随着电流从1 A增加到10 A, 快轴方向束宽及远场发散角由于反导引效应有微小增加, 但由于垂直方向较强的折射率导引机制使得光束参数变化很小, 光束质量因子M2仅从1.32增加到1.48, 光束质量基本不变。慢轴方向由于反导引效应及热透镜效应而导致高阶模式激射, 使得束宽及远场发散角随工作电流增加逐渐增大, 光束质量因子M2从5.44增加到11.76, 光束质量逐渐变差。傍轴光束定义及非傍轴光束定义下的光束质量因子测试结果表明, 在快轴方向, 两者差别较大, 不能使用傍轴光束定义近似计算; 在慢轴方向, 两者近似相等, 可以使用傍轴光束定义近似计算。

为了优化铜铟镓硒薄膜太阳能电池的前电极, 提高铜铟镓硒薄膜太阳能电池的效率, 提出了一种可应用于铜铟镓硒薄膜太阳能电池的AZO/图案化Ag薄膜/AZO结构的前电极, 中间层的Ag薄膜与电池顶层的金属栅线具有完全相同的图案和尺寸, 并且位于金属栅线的正下方, 这种新型结构可以提高电池前电极的电学性能, 但对电池来说不会带来额外的光学损失。对比了新型前电极结构与几种传统前电极的电学和光学性能, 并且制备了相应的电池进行了性能对比。实验结果表明, 新型的前电极结构可以提高铜铟镓硒薄膜太阳能电池的短路电流, 相对传统AZO电极,电池效率从13.83%提高到14.53%。本结构可以明显提高电池效率。

通过溶液法制备了新型有源层钨锌锡氧化物(WZTO)薄膜晶体管(TFT), 研究了不同退火温度对WZTO薄膜和TFT器件性能的影响。XRD结果表明即使退火温度达到500 ℃, WZTO薄膜仍为非晶态结构。W掺杂显著降低了薄膜表面粗糙度, 其粗糙度均从0.9 nm降低到0.5 nm以下; 但不影响薄膜可见光透过率, 其透过率均大于85%。同时XPS分析证实随退火温度升高, WZTO薄膜中对应氧空位的峰增加。制备的WZTO器件阈值电压由8.04 V 降至3.48 V, 载流子迁移率随着退火温度的升高而增大, 开关电流比达到107。

利用吸收光谱、傅里叶变换红外光谱和循环伏安等表征技术, 分析了利用四丁基碘化铵(TBAI)和1,2-乙二硫醇(EDT)配体钝化处理的PbS胶体量子点的光学性质、表面化学及其能级结构, 并在此基础上分别以PbS-TBAI薄膜、PbS-EDT薄膜和PbS-TBAI/PbS-EDT薄膜作为有源层制备了PbS胶体量子点/ZnO纳米粒子异质结太阳能电池, 以比较研究表面配体和器件结构对器件光伏性能及其稳定性的影响。结果表明, TBAI和EDT均能与PbS胶体量子点表面原有的油酸配体实现良好置换, 但是配体置换之后量子点表面均残留少量油酸分子; PbS-TBAI薄膜的导带底为-5.12 eV, 价带顶为-3.86 eV, 而PbS-EDT薄膜的导带底为-4.99 eV, 价带顶为-3.74 eV, 后者相对前者出现了明显的能带上移; PbS-TBAI/PbS-EDT双配体器件的光伏性能最优, 能量转化效率达到4.43%; 随着空气暴露时间的增加, PbS-TBAI/PbS-EDT双配体器件和PbS-TBAI单配体器件表现出相似的性能变化趋势, 于3 d后达到最优光伏性能, 而PbS-EDT单配体器件的空气稳定性差, 3 d后的能量转换效率下降至初始效率的1/4。本工作的研究结果将不仅有助于加深对PbS胶体量子点电池性能变化规律的认识, 而且有望促进该类电池制备技术的进一步优化。

针对基于无机材料的光电探测器需要借助滤光器或棱镜耦合实现窄带响应, 提出了一种通过有机材料制备窄带光电探测器并提高吸收峰值和降低半高全宽的方法和结构。该器件由分布布拉格反射器和有机光电二极管构成。有机光电二极管的顶电极和底电极之间构成光学微腔。采用传输矩阵法, 详细分析了分布布拉格反射器的中心波长、有机光电二极管透明顶电极和光敏感层的厚度对有机光电探测器吸收性能的影响。研究结果表明, Tamm等离激元共振波长接近光敏感层的光学带隙时, 可获得半高全宽小于20 nm的窄带响应, 并且吸收峰值在70%以上。基于PTB7∶PC71BM和PTB7-Th∶IEICO-4F的有机光电探测器分别可用于探测红光和近红外光。该研究从基本物理机制出发, 结合材料和器件结构可将有机光电探测器的响应窗口从可见光拓展至近红外光。

为了提高半导体激光器的封装质量和效率, 引入管式炉利用夹具进行批量封装。由于封装质量的好坏直接影响半导体激光器的输出特性和使用寿命, 利用MOCVD生长808 nm芯片, 重点分析了管式炉温度和封装时间对半导体激光器巴条双面金锡封装质量的影响。利用X射线检测、结电压、光电特性参数和smile效应测试手段, 确定了管式炉封装半导体激光器巴条的最优封装条件, 为以后的产业化提供了指导意义。

柔性有机发光二极管(FOLED)具有机械柔韧性好、低功耗、驱动电压低、高色域、宽视角、响应速度快等优点, 在柔性显示、柔性照明、可穿戴设备等方面显示了广阔的应用前景。虽然柔性OLED研究与应用已经有了很大程度的进展, 但要实现产业化, 稳定性、效率及其电极等方面都需要进一步完善。本文介绍了柔性衬底与导电电极的制备及处理方法, 并对柔性OLED的发展趋势进行了展望。

针对市场上三款常见的不同材质的手机屏幕(LED背光LCD、OLED、SUPER AMOLED), 在黑暗中、屏幕距离瞳孔15 cm处4种不同色温的条件下, 研究不同手机对青少年生理节律和蓝光危害的影响。在充分考虑年龄、人眼受光面积、透射率的情况下, 改进传统计算蓝光危害因子的公式, 并计算节律因子和蓝光危害因子。结果表明, 不管何种手机, 节律因子和蓝光危害因子都随色温升高而增大, 并且均呈现出良好的线性关系。在7 425~9 201 K色温下, 节律因子由大到小依次为: OLED＞SUPER AMOLED＞LED背光LCD; 而蓝光危害因子由大到小依次为: LED背光LCD＞SUPER AMOLED＞OLED, 由此可以根据不同需求, 选择相对更健康合适的手机。

为解决脉冲电场测试系统中的供电问题, 设计了一套激光光纤供电系统, 该系统由激光器、多模光纤及光电池构成。重点研究了激光器与光纤的耦合问题, 设计了透镜系统对激光器输出光束进行准直和压缩。通过MOCVD法研制了GaAs光电池, 并制作了椭球形“光伏眼”来提高光电转换效率。仿真和实验表明: 采用透镜耦合时, 激光器与光纤的耦合效率可达80%以上, 远远高于直接耦合时的16%, 改进后的“光伏眼”耦合效率相比直接耦合时提高了54.5%, 激光供电系统的转化效率在40%以上。该系统的研制为解决脉冲电场的供电问题提供了一种方案。

设计了一种分别填充水、酒精和苯炔等边三角形空气孔纤芯、包层空气孔排列为正六边形结构、以环烯烃共聚物作为基底材料的光子晶体光纤, 利用有限元法模拟了0.3～1.5 THz频带内的液体传感特性。结果表明, 设计的光子晶体光纤的灵敏度系数很高, 当纤芯空气孔直径d1=2.4 μm、包层空气填充比为0.3时, 苯炔在频率0.3 THz的相对灵敏性系数最高为37.63%, 在1.5 THz, 限制损耗的数量级可以降至10-7。