微波辅助烧结Al掺杂ZnO陶瓷的缺陷和光学性能研究

采用微波辅助烧结法在空气气氛中以1100℃烧结20 min制备出不同Al₂O₃掺杂量（摩尔分数0%～6%）的ZnO陶瓷。通过XRD、SEM、霍尔实验、UV-Vis光谱、Raman光谱、PL光谱的表征,研究了Al₂O₃掺杂量的变化对微波辅助烧结ZnO陶瓷的物相结构、微观组织、电学性能、光学性能的影响。实验结果表明,Al₂O₃掺杂并没有改变ZnO陶瓷的六方纤锌矿结构,随着Al₂O₃掺杂量的增加,在ZnO晶界处逐渐形成ZnAl₂O₄尖晶石相,ZnO晶粒尺寸逐渐减小;微波辅助烧结所制备ZnO陶瓷的室温电阻率和光学带隙随Al₂O₃掺杂量的增加呈先减小后增加的趋势;当Al₂O₃掺杂量为摩尔分数4%时,所制备ZnO陶瓷的综合性能最好,样品的室温电阻率为1783Ω·cm,光学带隙为3.04 eV;随...     

Al掺杂半导体Mg2Si薄膜的制备及光学带隙研究

用磁控溅射方法在Si衬底上制备了Al掺杂Mg2Si薄膜,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和分光光度计研究了掺杂含量对Mg2Si薄膜组分、表面形貌、粗糙度及光学带隙值的影响,XRD结果表明随着Al掺杂量的增加, Mg2Si衍射峰先增强后减弱. SEM及AFM的结果表明随掺杂量的增加,结晶度先增加后降低,晶粒尺寸减小,粗糙度先增加后降低.得到掺杂后薄膜间接跃迁带隙范围为0.423～0.495 eV,直接跃迁带隙范围为0.72～0.748 eV,掺杂前薄膜间接跃迁带隙和直接跃迁带隙分别为0.53 eV、0.833 eV.     

S,N共掺杂TiO2纳米管作为钠离子电池负极的储钠性能

合理的结构设计和单原子掺杂可以明显提高二氧化钛(TiO₂)作为钠离子电池负极的储钠性能。然而单原子掺杂在TiO₂中较低的掺杂质量分数与单一的功能作用阻碍了TiO₂作为钠离子电池负极电化学性能的进一步增强,因此研究了高质量分数掺杂和双原子掺杂对TiO₂储钠性能的影响。通过砂纸打磨对钛箔表面进行预处理除去氧化层,在含有0.56 g的NH₄F、5 mL的H₂O和95 mL的乙二醇(EG)溶液中,在20 min内通过施加阳极氧化电压60 V,在室温环境下对钛箔进行阳极氧化,在其表面生长出TiO₂纳米管阵列;以CH₄N₂S作为N源和S源,使用退火的方式对TiO₂纳米管阵列进行掺杂,得到S, N共掺杂的TiO₂纳米管阵列。实验结果表明,S, N共掺杂TiO₂的质量分数分别为1.53%和4.76%时,显著提高了TiO₂...     

Ag掺杂ZnO/GaN异质结可见光吸收特性的第一性原理

ZnO/GaN异质结带隙宽度较宽,制约了对可见光的吸收。为研究Ag对ZnO/GaN异质结可见光吸收的影响,在(1-100)非极性面上构建GaN/ZnO异质结,并用Ag分别取代不同位置的Zn和Ga原子,采用第一性原理计算Ag掺杂对ZnO/GaN异质结稳定性、电子结构、光学性质和带边位置的影响。研究结果表明：Ag掺杂ZnO/GaN异质结形成能为负值,结构稳定;Ag置换Zn和Ga使带隙宽度由2.93 eV分别减小至2.7 eV和2.3 eV,吸收系数和光电导产生红移,有利于可见光的吸收,Ag掺杂ZnO/GaN异质结具有良好的光催化活性。     

氮化镓光阴极薄膜材料表面光电压谱特性

在蓝宝石基底上外延生长了多层结构氮化镓光阴极薄膜材料并进行表面光电压测试;对比分析了掺杂类型、厚度和掺杂方式对氮化镓材料表面光电压的影响,确定了多层结构氮化镓材料表面光电压产生机理;借助亚带隙激光辅助,针对均匀掺杂和δ-掺杂氮化镓(GaN)光电阴极薄膜材料进行了表面光电压测试;实验数据表明,相较于均匀掺杂,δ-掺杂可以获得更好生长质量,但也提高了在能级(E_v+0.65)eV～(E_v+1.07)eV范围的缺陷态密度。     

基于可调谐二极管激光吸收光谱技术的SO3气体测量参数优化

三氧化硫(SO₃)是大气中二次颗粒物形成的关键前体物,其排放会导致雾霾加剧,形成酸雨。针对燃煤电厂烟气SO₃污染物的排放监测需求,基于可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)对SO₃气体测量的参数优化展开研究。采用波长7.323μm附近的SO₃吸收谱线进行光谱数值仿真,通过优化测量系统压强参数,抑制SO₂和H₂O气体吸收谱线的干扰。考虑到SO₃的化学性质,综合分析H₂O存在时,温度对SO₃光谱吸收率的影响。研究发现在0.06 atm(1 atm=1.01×10⁵ Pa)负压环境和340℃伴热条件下,系统抑制干扰和测量SO₃光谱吸收率效果较好。该参数优化研究结果对于SO₃气体测量仪器开发和工业现场应用具有重要的理论参考意义。     

CH3NH3PbI3和CH3NH3MnI3的电子结构和光学性质研究

采用第一性原理计算,研究了有机金属卤化物钙钛矿CH₃NH₃PbI₃和CH₃NH₃MnI₃的电子结构、磁性和光吸收。CH₃NH₃PbI₃和CH₃NH₃MnI₃都是具有直接带隙半导体,CH₃NH₃MnI₃磁基态为G型反铁磁序(G-AFM)。CH₃NH₃MnI₃在G-AFM状态下的带隙值为1.668 eV;当系统处于FM态时,多数自旋通道的带隙为0.696 eV,少数自旋通道的带隙为2.148 eV。结果表明,具有FM态的CH₃NH₃MnI₃的光激发电子将迅速熔化局域磁序。最后计算了CH₃NH₃PbI₃和CH₃NH₃MnI₃的光学特性,结果表明具有铁磁态的CH₃NH₃MnI₃(FM)表现出较强的红外光吸收。     

氮δ掺杂Cu_2O薄膜的生长及物性研究

采用等离子体增强原子层沉积(PEALD)技术,以NH3为掺杂源,制备了氮δ掺杂Cu_2O薄膜,研究了N掺杂对Cu_2O薄膜表面形貌、光学及电学性质的影响。研究结果表明,N掺杂引起了晶格畸变,Cu_2O薄膜的表面粗糙度增大;掺杂后Cu_2O薄膜的带隙宽度从2.70eV增加到3.20eV,吸收边变得陡峭;掺杂后载流子浓度为6.32×1019 cm~(-3),相比于未掺杂样品(5.77×1018 cm~(-3))的提升了一个数量级。     

基于QCL吸收光谱的SO2,SO3同步测量技术

介绍了基于中红外吸收光谱的高温条件下SO₂和SO₃同步测量技术。在该测量实验系统中,SO₃由SO₂与O₂在钒基催化剂作用下高温反应得到,并且在SO₂催化氧化过程中同步测量SO₂和SO₃的浓度,进而计算得到了该催化氧化反应的转化率随温度（550～1000 K）和压力（3～20 kPa）的变化关系。通过对SO₂和SO₃高温吸收光谱模型的修正,将测量的混合气体的耦合光谱成功解耦,分别得到SO₂和SO₃各自的吸收光谱和气体浓度。同时,在实验系统中还设计有冷却分离装置,将反应后的高温SO₃气体冷却吸收后测量剩余SO₂浓度,并对比验证同步测量得到的SO₂浓度的准确性。实验发现,当温度低于590 K时,无SO₃生成,但SO₂在催化剂...     

湘潭市PM2.5 中二次水溶性无机离子及其 气态前体物的污染特征

2013年12月3日至2014年1月14日, 在湘潭市2个功能区(交通、商业、居民区和工业区) 采样点对大气PM2.5进行了采集, 并同步采集了SO₂、NO₂; 进而利用离子色谱法对PM2.5中二次水溶性无机离子(SO₄²⁻、NO₃⁻ 和 NH₄⁺ ) 的浓度进行测试分析。通过分析不同空气质量级别下硫、氮氧化速率(SOR 和 NOR) , 探讨了PM2.5中硫酸盐和硝酸盐的来源、形成机制和影响因素等。结果表明, 采样期间湘潭市PM2.5及其二次水溶性无机离子(SO₄²⁻、NO₃⁻ 和 NH₄⁺ ) 的质量浓度分别为148.34、56.19 g/m3, 其中 SO₄²⁻、NO₃⁻ 和 NH₄⁺分别占PM2.5 浓度的15.26%、14.06% 和8.57%, 三者累计值占PM2.5质量浓度的37.88%。随着PM2.5 浓度增加, 二次水溶性无机离子及其气态前体物SO₂、NO₂ 的浓度也逐渐增加, 且“重度”污染时SO₄²⁻、NO₃⁻ 和 NH₄⁺ 浓度较“良”时分别上升了1.93、2.41、2.03倍。不同空气质量级别下PM2.5中的SO₄²⁻、NO₃⁻ 主要以NH₄NO₃ 和(NH₄)₂SO₄ 的形式存在, 但在“轻度”和“ 中度”污染时可能存在其它的硫酸盐和硝酸盐。采样期间SOR 和NOR 的平均值分别为0.18和0.17, 不同污染级别下二者均在0.15 以上(大于0.1), 表明湘潭市PM2.5中的硫酸盐和硝酸盐主要是经转化形成的二次污染物。大气PM2.5中NO₃⁻ /SO₄²⁻ 为0.89, 不同空气质量级别下二者比值分别为0.78、0.99、0.82、0.97(均小于1), 表明湘潭市冬季PM2.5污染以燃煤源排放为主。     

低浓度Ge掺杂及Sn、Ge替换CsPbI3的电光学性质

基于第一性原理计算软件Siesta，分析了全无机钙钛矿材料CsBI₃(B=Pb,Sn,Ge)的结构、电学性质和光学性质。首先，基于GGA-PBE和GGA-PBEsol方法获得稳定的材料结构。其次，基于GGA-PBE和GGA-BLYP两种密度泛函方法分析了材料的带隙，并且通过改变材料的晶格常数，模拟材料产生的应变，对比发现材料的带隙随着晶格常数的增加而增加。此外，在超胞CsPbI₃中少量掺杂Ge，发现材料的带隙会缩小0.7%到3.8%。最后，从光吸收系数可以看出，CsPbI₃和CsGeI₃的光吸收系数都接近6×10⁵ cm^-1，但是前者的吸收峰值位于350 nm附近，后者位于410 nm附近，而CsSnI₃的光吸收系数接近4.75×10⁵ cm^-1，吸收峰位于350 nm附近。     

基于氧化锌涂层无芯光纤的氨气传感器研究

为实现大气污染物中氨气(NH₃)的快速、准确测量，本文提出了一种基于氧化锌(ZnO)涂层单模-无芯-单模(SNS)光纤结构的高灵敏度NH₃传感器。该传感器利用的是ZnO膜层吸附NH₃后自身折射率改变，进而导致无芯光纤干涉谱谐振波长发生变化的特性。通过建立NH₃体积分数与谐振波长偏移量的关系，最终实现了NH₃体积分数的测量。本文基于模式传输理论对ZnO涂层SNS传感器的光谱特性进行了仿真，仿真结果显示：当ZnO膜层的折射率从1.929变化至1.889时，60 nm和130 nm ZnO膜厚下SNS传感器的灵敏度分别为11.8 nm/RIU和28.6 nm/RIU。制备了ZnO膜厚分别为60 nm和130 nm的SNS传感器，其在NH₃体积分数为0～42.0×10^-6环境下的灵敏度相差不大，这主要是由ZnO对NH₃的吸附饱和引起的。进一步分析获得60 nm ZnO膜厚下SNS传感器的平均灵敏度为16.87×10     

多步旋涂CsPbBr3薄膜复光学常数的椭偏光谱研究

为了研究多步旋涂法制备的CsPbBr₃薄膜的光学常数，以溴化铅和溴化铯为原料，采用多步旋涂法在硅和FTO衬底上制得CsPbBr₃薄膜。利用光弹调制式椭偏光谱仪对硅衬底上的薄膜进行了椭偏光谱分析，使用Tanguy和Tauc-Lorentz 3组合模型对变角度的椭偏光谱进行参数拟合，得到了薄膜光学常数在1.00 eV～5.00 eV范围内的色散关系，并利用荧光发射光谱、吸收谱验证椭偏拟合结果。结果表明，多步旋涂法制备的CsPbBr₃薄膜的光学常数与其它方法相比具有一定的差异性，其中折射率可能与薄膜表面粗糙度呈负相关；椭偏拟合所得带隙为2.3 eV,验证了荧光光谱、吸收谱的计算结果。该研究为多步旋涂法制备的CsPbBr₃薄膜椭偏光谱拟合分析提供了参考。     

Ag-X(X=F,Cl,Br,I)共掺杂锐钛矿TiO_2的可见光吸收

TiO_2是一种常见的光触媒,但由于带隙较宽制约了其应用。采用第一性原理研究了Ag-X(X=F,Cl,Br,I)共掺杂对锐钛矿TiO_2的结合能、态密度、吸收系数和带边位置的影响。研究结果表明:Ag-X共掺杂锐钛矿TiO_2的结合能分别为-6.43、-5.54、-4.36和-3.97 eV,因此Ag-X都是稳定结构。Ag-X共掺杂对锐钛矿TiO_2的光学性质产生了以下几个方面的影响:首先,锐钛矿TiO_2带隙宽度由3.15 eV分别减小到2.85、2.57和2.21 eV,导致吸收系数产生红移;其次,带隙中杂化出新的能级,有利于可见光的吸收;最后,Ag-X共掺杂后的锐钛矿TiO_2具有良好的光催化活性。     

EBCMOS钝化层表面残气吸附特性

基于密度泛函理论，研究了电子轰击互补金属氧化物半导体(EBCMOS)钝化层表面的残气吸附机制，并分析其电学特性。结果表明，以Al₂O₃钝化层为例，真空腔内残余气体H₂在Al₂O₃不同表面的吸附为物理吸附，在(001)面的吸附距离最大，吸附强度最低，电荷转移最少。对比CO,N₂,CO₂,H₂O等残余气体分子在(001)表面的吸附结果发现，(001)面对残气分子的吸附均为物理吸附，(001)面相比于其他表面，对残余气体分子有更好的抑制作用，所生成钝化层能提高EBCMOS器件电子倍增层的电荷收集效率。研究结果对研制寿命长而稳定的EBCMOS器件具有理论指导意义。     

Bi2O3掺杂Ba0.85Ca0.15(Zr0.1Ti0.88Mn0.02)O3压电陶瓷及微型气泵的制备与性能研究

采用固相法制备了Bi₂O₃掺杂的Ba_0.85Ca_0.15(Zr_0.1Ti_0.88Mn_0.02)O₃压电陶瓷，研究了体系的微观结构，以及Bi₂O₃掺杂量对体系压电性能的影响；将体系最优性能的样品装配成微型气泵，并与日本村田的MZB1001T02微型泵进行了性能对比。研究表明，Bi₂O₃掺杂Ba_0.85Ca_0.15(Zr_0.1Ti_0.88Mn_0.02)O₃的无铅压电陶瓷呈单一的钙钛矿结构，少量的Bi₂O₃掺杂使体系保持了三方-四方相共存的特性。当掺杂量(质量分数)为0.05%时，样品晶粒分布均匀，介电和压电性能最优，即ε^T_33...     

外压调制对Cr-Se共掺杂单层MoS2光电特性的影响

采用基于第一性原理的贋势平面波方法,对比研究了Cr-Se共掺杂单层MoS2未施应变和(0001)面施加应变的光电特性。计算结果表明:未施加应变体系属直接带隙半导体,张应变下体系的带隙值随应变增加而减小,压应变下带隙值随应变增加先增加后减小,在应变为-6%时转化为Γ-M间接带隙半导体,带隙值达到极大值1.595eV;介电函数和折射率随张应变的增加而增加,随压应变增加先减小后增大,在压应变为-6%时达到极小值3.627和1.905;光电导率和能量损失函数随张应变增加而减小,随压应变增加先增加后减小,应变分别为-5%和-2%时达到极大值2.588和9.428。可见,应变能更精细地调制Cr-Se共掺杂单层MoS2的光电特性。     

Na-Bi共掺对Cu2ZnSnS4薄膜性能的影响

Cu₂ZnSnS₄(CZTS)薄膜因其元素储量高、较佳的光学带隙、优异的电学性能等优势而得到广泛关注。以硝酸铋为铋源、乙酸钠为钠源,采用溶胶-凝胶法制备Na-Bi掺杂的CZTS薄膜。研究Na-Bi共掺对CZTS薄膜的物相结构、微观形貌、光学性能以及光电性能的影响。结果表明,制备的薄膜为锌黄锡矿结构。Na和Bi元素的掺入对薄膜的微观形貌影响较大。固定Na的原子数分数为1%,随着Bi元素原子数分数的增加,薄膜的晶粒尺寸先增大后减小,均匀性逐渐提高,光敏性先增大后减小,光学带隙逐渐增大。当Na和Bi原子数分数分别为1%和0.5%时,薄膜的光学带隙为1.42 eV,光敏性最佳为1.17。     

基于NDIR的多组分危险气体在线监测系统设计

在冶金、石化、化工等工业领域生产过程中会产生大量易燃易爆、有毒有害的多组分危险气体(CO、CO₂、SO₂、NO、NH₃等),这些有害气体容易引发事故。而现有的在线测量预警系统不能满足高集成、低干扰、高灵敏的要求。本文针对影响检测结果的微弱信号、光源调制、气体信号交叉干扰、温度控制等因素,设计了相应的电路和算法,并进行了实验验证。实验结果表明,本文提出的基于锁相放大器电路的微弱信号提取技术、基于MOS管驱动电路的PWM波调制技术、基于融合算法的浓度反演模型,能够实现对五种危险气体(CO、CO₂、SO₂、NO、NH₃)的在线监测,检出限达到0.01%,避免了多种气体之间的交叉干扰,适用于工业生产危险气体在线分析及预警系统,具有广阔的应用前景。     

H2/NF3燃烧火焰荧光光谱分析及温度分布测量

为了研究燃烧驱动DF/HF化学激光器燃烧室内H₂/NF₃(或D₂/NF₃)的混合燃烧特性,搭建了小型燃烧室平台。采用火焰荧光光谱法对燃烧室内H₂/NF₃燃烧火焰的形状和温度分布进行了测量和分析,光谱测量结果表明：在紫外可见光谱区域,H₂/NF₃燃烧火焰的自发光主要由N₂(B)、NF(b)、NH(A)等电子激发态分子的辐射跃迁产生,其中N₂(B)和NH(A)是燃烧过程中的关键物质成分,其发光强度可以很好地表征火焰燃烧的剧烈程度,可以用于定量测定燃烧火焰的长度;在近红外光谱区域,H₂/NF₃燃烧火焰自发光的光谱主要由HF(v)振动激发态分子的第一泛频振动转动跃迁谱带组成。利用HF(v=2→v=0)谱带的转动结构强度分布,结合电动平移台,给出了火焰温度沿气流方向的分布情况。考察了气体配比系数(NF₃与H