- 杨江浩;黄欣帅;蓝陈慧;魏钦华;秦来顺;
随着长波敏感硅基光电探测器的发展，近红外闪烁晶体逐渐成为研究热点，其中Sm~(2+)掺杂的Eu~(2+)基卤化物晶体表现出优异的近红外发光性能。本文利用布里奇曼法成功制备了尺寸达到厘米级别的Cs_4EuI_6∶Sm近红外闪烁晶体，通过XRD、XPS和ICP-OES等手段研究了晶体的组分和结构。结果表明，Sm~(2+)成功掺入Cs_4EuI_6基质，且对基质的晶体结构无明显影响。在紫外和X射线的激发下，晶体主要呈现两个发光中心(Eu~(2+)和Sm~(2+)),发光峰位于450和840 nm左右，分别对应于Eu~(2+)和Sm~(2+)的5d→4f的跃迁发光，紫外激发下的Eu~(2+)和Sm~(2+)的荧光衰减寿命均处于微秒级别。结果表明，随着Sm~(2+)掺杂浓度的增加，发光波长由蓝光逐渐变为近红外光。同时系统研究了不同Sm~(2+)浓度掺杂对晶体发光性能、Eu~(2+)-Sm~(2+)能量传递及荧光寿命的影响，实验结果表明，改变Sm~(2+)掺杂浓度可以调控晶体的发光性能。
2024年04期 v.53;No.306 627-633页 [查看摘要][在线阅读][下载 675K] - 陈哲明;丁雨憧;邹少红;龙勇;石自彬;马晋毅;
5G移动通信的发展对声表面波滤波器提出了高频、小型化、集成化的要求。相较于传统压电体单晶材料，采用硅基压电单晶薄膜材料制备的声表面波滤波器具有高频、低插入损耗、高温稳定性等优势，是高性能声表面波器件发展的核心基础材料。Smart-Cut~(TM)是制备硅基压电单晶薄膜材料的主要方法，键合工艺是其中的核心工序，键合质量决定了硅基压电单晶薄膜晶圆材料的质量，并影响器件性能。本文通过低温直接键合工艺，对等离子活化、兆声清洗、预键合、键合加固四道工序展开优化，最终实现了键合强度高达1.84 J/m~2、键合面积超过99.9%的高质量硅基钽酸锂异质晶圆键合。
2024年04期 v.53;No.306 634-640页 [查看摘要][在线阅读][下载 335K] - 曹聪;刘江高;范叶霞;李振兴;周振奇;马启司;牛佳佳;
碲锌镉晶体被广泛用作红外探测器碲镉汞薄膜的外延衬底和制造室温核辐射探测器。在晶体生长过程中，界面形状与热量传输状态密切相关。本文结合数值模拟技术控制碲锌镉晶体生长过程中温度场分布，设计了垂直布里奇曼法和垂直温度梯度凝固法微凸固液界面的晶体生长程序，并根据实际晶体生长实验，分析了晶体生长方法差异与碲锌镉晶体单晶率之间的关系。通过光致发光谱进行成分测试获得了碲锌镉晶体等径段纵截面中Zn值分布谱图，以研究固液界面温度场分布与晶体Zn值宏观偏析之间的关系。结果表明，在晶体生长过程中固液界面两侧温场梯度分布对界面的形状选择和稳定性有重要影响，更大的固相侧温度梯度有助于实现稳定的凸界面晶体生长，从而提高晶体成晶率。
2024年04期 v.53;No.306 641-648页 [查看摘要][在线阅读][下载 804K] - 李玉强;杨健;王帅;郑基源;赵炎;周恒为;刘玉学;
获得具有良好热稳定性和发光性能的非接触式光学温度传感材料是目前的研究热点之一，本工作通过高温固相法制备了Er~(3+)/Yb~(3+)共掺CaGdAlO_4∶Er_x,Yb_(0.10)(x=0.006、0.008、0.010、0.012、0.014)荧光粉，尺寸大小分布在0.6～4.2μm。在980 nm激光激发下，该荧光粉在500～700 nm发射谱由两个发射带组成，528和550 nm处两个较强的绿光发射带，归属于Er~(3+)的~2H_(11/2)→~4I_(15/2)、~4S_(3/2)→~4I_(15/2)能级跃迁，663 nm处较弱的红光发射带，归属于Er~(3+)的~4F_(9/2)→~4I_(15/2)能级跃迁。上转换发光强度最大组分为CaGdAlO_4∶Er_(0.010),Yb_(0.10)。300～573 K变温发射谱表明，基于荧光强度比FIR_(528/550)参数，温度传感绝对灵敏度S_A从44.4×10~(-4) K~(-1)(@300 K)先增大到52.0×10~(-4) K~(-1)(@445 K)随后减小到49.0×10~(-4) K~(-1)(@573 K)。相对灵敏度S_R则从0.95×10~(-2) K~(-1)(@300 K)单调减小到0.27×10~(-2) K~(-1)(@573 K)。冷热循环实验表明该材料的热重复性优于98%。结果表明，CaGdAlO_4∶Er_(0.010),Yb_(0.10)荧光粉在光学温度传感领域具有潜在的应用前景。
2024年04期 v.53;No.306 649-655页 [查看摘要][在线阅读][下载 541K] - 吴礼海;于普良;钟敏;
本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，优化了三元层状氮化物M_2AlN (M=Ti, Zr)的几何结构，研究了高压下三元层状氮化物M_2AlN (M=Ti, Zr)的结构、力学、电子及光学性质。结构和力学性质研究表明，Ti_2AlN的压缩性优于Zr_2AlN,弹性常数证实了高压下的力学稳定性。延展性和弹性各向异性随着压力的增加而增强，Zr_2AlN对压力更加敏感。电子性质研究表明，两种三元层状氮化物均表现为金属性，共价性随着压力的增加而增强。Ti_2AlN和Zr_2AlN的多晶体和不同轴上的静态介电函数ε_1(0)以及静态折射率n(0)表明光学性质存在较低的各向异性，两种三层状氮化物都表现出较强的光吸收能力和反射率。本文的理论研究阐述了高压下三元层状氮化物Ti_2AlN和Zr_2AlN的相关性质，为今后的实验研究提供了比较可靠的理论依据。
2024年04期 v.53;No.306 656-668页 [查看摘要][在线阅读][下载 1249K] - 鲍爱达;马永强;郭鑫;
本文设计了一种GaSe/ZnS范德瓦耳斯异质结构(vdWH),并用第一性原理计算系统地分析了该异质结构的几何、电子、输运性质。通过结合能、声子谱、从头算分子动力学(AIMD)模拟验证了所构建GaSe/ZnS范德瓦耳斯异质结构的稳定性。详细计算了GaSe/ZnS vdWH界面性质中的平面平均电子密度差和平均静电势。结果表明，GaSe/ZnS vdWH是一种直接带隙为2.19 eV,载流子迁移率较高的异质结构。其中，沿x方向的电子迁移率可达1 394.63 cm~2·V~(-1)·s~(-1),而沿y方向的电子迁移率可达1 913.18 cm~2·V~(-1)·s~(-1),性能优异，有望应用于电子纳米器件。
2024年04期 v.53;No.306 669-675页 [查看摘要][在线阅读][下载 595K] - 徐中辉;许晟源;刘川川;刘国港;
光电探测器在工业制造和军事国防等各领域用途广泛。近年来，研究者在寻找一种兼具极化灵敏度高与光响应强的特点的光电探测器。在可见光范围内，SnS是一种制作具有各向异性光电探测器的半导体材料。本文基于第一性原理，采用非平衡态格林函数(NEGF)与密度泛函理论(DFT)结合的方法对单层SnS两个器件方向(Armchair和Zigzag)的光电性质进行理论计算。研究发现，在零偏压下，两个方向的光电流数值均较小，通过加偏压的方法可以获得稳定的光电流。计算了小偏压0.1～1.0 V(间隔0.1 V)、线性偏振光照射下最大光响应随光子能量的变化，发现单层SnS在光子能量为2.4与3.2 V时最大光响应数值较大且十分稳定，并结合能带图和态密度图分析了光响应产生的微观机制。本文通过计算消光比，发现单层SnS具有极强的偏振灵敏度。最后，通过施加双轴应变的方法，器件的不对称性显著增加，极大增强器件在零偏压下的光电流，其中压缩应力数值为-6%时对光电流的提升十分明显。希望以上结果能为单层SnS设计用于光电探测器提供理论参考。
2024年04期 v.53;No.306 676-683页 [查看摘要][在线阅读][下载 804K] - 康杰;丁紫阳;王晓燕;李连荣;孙为云;焦璨;宋月鹏;
以氢氟酸、硝酸及分析纯硫酸组成的混合液为腐蚀剂，通过化学腐蚀法制备碳化硅量子点。对腐蚀混合液进行超声空化破碎，而后将其置于浓度梯度溶剂中进行高速离心层析裁剪，获得光学性能优异且粒径尺寸可控的碳化硅量子点。本文研究了腐蚀进程中碳化硅量子点微观形貌的演变过程，对SiC量子点的微观结构及发射光谱进行检测分析后，以发射光谱为纽带，建立量子点尺寸、光谱、颜色的关联机制。结果表明，超重力系数设定a=1 000、离心时间120 min条件下，距液面位移0、30、60 mm处量子点平均直径约为2、5、7 nm,单一波长激发下随着碳化硅量子点直径由2→5→7 nm的变化，其光致发光相对强度峰值出现由417→435→445 nm的红移，而且发光颜色也相应呈现蓝绿色→绿色→黄绿色的变化规律；进一步研究发现，三种尺寸量子点发射光谱的半峰全宽随取液深度的增加而呈现81→97→106 nm增加的现象，初步分析这是由高速离心层析裁剪后靠近上层液面量子点粒径分布均匀性高于远离上层液面所致。
2024年04期 v.53;No.306 684-691页 [查看摘要][在线阅读][下载 572K] - 李波;王霏宇;沈红;毛逢银;李勇辉;
在水热法条件下，4-羟基间苯二甲酸(H_2HPHA)和锌离子分别与1,2二(吡啶-4-基)乙烯(dpee)及4,4′-联吡啶(4,4′-bpy)反应得到了2个三维的配位聚合物[Zn(HPHA)(dpee)·(DMA)_2]_n(配合物1)和[Zn(HPHA)_2(4,4′-bpy)_2·DMA]_n(配合物2)。用X射线单晶衍射测定了配合物的晶体结构，结果显示：配合物1属于单斜晶系，C2空间群，每个不对称单元由一个锌离子，一个4-羟基间苯二甲酸配体及一个1,2-二(吡啶-4-基)乙烯组成；配合物2属于单斜晶系，P12/c1空间群，每个不对称单元由两个锌离子，两个4-羟基间苯二甲酸配体及两个4,4′-联吡啶配体组成。荧光光谱分析结果表明：配合物1的最强激发峰和发射峰在分别在251和397 nm,配合物2的最强激发峰和发射峰分别在415和513 nm。热重分析表明两个配合物在室温下稳定。
2024年04期 v.53;No.306 692-700页 [查看摘要][在线阅读][下载 641K] - 邱诗铭;闫冠杰;李春流;王胜杰;
本文以碱式碳酸铜、碱式碳酸锌和浓氨水为原料，采用蒸氨法合成绿铜锌矿。通过XRD、TGA、SEM-Mapping、FT-IR等表征手段，研究工艺条件对绿铜锌矿晶体结构的影响规律。实验表明，铜浓度为120 g/L,铜锌摩尔比分别为3∶2、1∶1、2∶3时，沉淀产物中的晶体由绿铜锌矿与孔雀石组成，且孔雀石数量随铜锌摩尔比的降低而减少。当铜锌摩尔比为2∶3,铜浓度由120 g/L降低至80 g/L时，孔雀石晶体的数量进一步减少。在铜锌摩尔比为2∶3,铜浓度为80 g/L的条件下，沉淀得到单一物相的绿铜锌矿晶体，为蒸氨法控制合成绿铜锌矿提供了数据支撑。
2024年04期 v.53;No.306 701-706页 [查看摘要][在线阅读][下载 652K] - 王建省;孔存辉;曾雄丰;赵英娜;
SrTiO_3因合适的能带结构和稳定的物化特性，在光电化学阴极保护领域有很大的应用潜力，但是对太阳光的利用率低和光生电子-空穴对复合率高等问题限制了其进一步发展。基于此，利用阴离子(F)掺杂对SrTiO_3改性，以得到高效、稳定光电转换性能的SrTiO_3光阳极材料。通过溶剂热法制备了不同F掺杂浓度的SrTiO_3光阳极材料，UV-Vis DRS和PL测试结果表明，F掺杂提高了SrTiO_3对太阳光的利用率和光生电子-空穴对的分离能力。光电化学阴极保护测试结果表明：光照条件下，当F掺杂量为2.0%(原子数分数)时，F-2.0%-SrTiO_3与304不锈钢偶联后其光电流密度达到3.7μA/cm~2,使304不锈钢的开路电位负移至-0.42 V,在模拟海水中为304不锈钢提供有效保护。
2024年04期 v.53;No.306 707-713页 [查看摘要][在线阅读][下载 523K] - 曹宇鹏;张汉杰;黄继庆;郭伟;公绪滨;方涛;
通过水热法制备了一种新型磷酸二氢铝镓(GAHPO)金属无机骨架结构，并通过单晶XRD、粉末XRD、红外，以及TG-DSC等分析手段对其进行充分表征。单晶XRD解析表明，该晶体属于三方晶系、Rc3空间群。Al(Ga)O_6八面体与PO_4四面体结构交替连接形成一维链状金属骨架，并由氢键堆叠成三维金属无机骨架结构。TG-DSC分析显示，GAHPO热稳定性良好，初始分解温度达到240℃。相比磷酸铝，Ga~(3+)的引入使磷酸铝晶格畸变，削弱了Al—O的强度，增大了Al—O键长，使更多酸性位点暴露，从而提高GAHPO的催化活性。实验结果表明，反应温度在60℃,催化剂用量为10%时，GAHPO催化乙醛缩合制备丁醇醛具有良好的转化率(47%)和优异的选择性(>99%)。酸/碱中和催化剂、NH_3-TPD,以及大位阻基团取代乙醛反应位点的实验验证了GAHPO的催化乙醛缩合的反应机理。本工作为新型铝基无机骨架结构及其催化应用提供了可行途径。
2024年04期 v.53;No.306 714-720页 [查看摘要][在线阅读][下载 482K] - 王晨星
;刘禹松
;胡泳池
;胡家俊
;赵钰淳
;宋旭辉
;宋衍滟
;
为了探究碳化温度对CF/Pd催化剂电催化氧化甲醇性能的影响，本文采用静电纺丝-热处理碳化-浸渍法制备了一系列CF/Pd催化剂，碳化温度分别设定为800、1 000和1 200℃,并对所得CF/Pd催化剂样品进行了微观形貌表征、成分分析及电化学测试。研究发现，800℃时，PAN/CA纤维已完全碳化，但随着碳化温度的升高，CF/Pd催化剂的纤维化程度逐渐降低，黏结现象逐渐明显，电催化氧化甲醇性能呈现先增加后降低的趋势。当碳化温度为1 000℃时，CF/Pd催化剂的电催化氧化甲醇性能最佳，其催化活性是商用Pd/C催化剂的5.4倍，稳定性是商用Pd/C催化剂的16.2倍。
2024年04期 v.53;No.306 721-729页 [查看摘要][在线阅读][下载 697K] - 王耀东;李晓东;杨朋辉;张慧东;刘秀英;于景新;
采用分子力学方法，从理论上设计了五种具有lta拓扑结构的高价态硼磷共价有机骨架(BP-COFs)材料。研究结果表明五种材料均具备有利于储氢应用的结构特性，如低密度(0.52～1.17 g·cm~(-3))、大比表面积(1 274.12～4 033.95 m~2·g~(-1))和高孔隙率(0.55%～0.78%)等。使用巨正则蒙特卡罗(GCMC)方法预测298和77 K温度下五种材料对氢气分子的物理吸附性能，并分析了材料结构与氢吸附性能之间的构效关系，结果表明五种BP-COFs材料具有较强的氢气吸附能力。尤其是在77 K时，BP-COF-10和BP-COF-11在储氢性能方面的表现最为优异，BP-COF-10具有最高的体积储氢量52.86 g·L~(-1),BP-COF-11具有最高的质量储氢量9.90%,而且随着压强的增加，BP-COF-11的质量储氢量仍然保持较好的上升趋势，这表明本文所设计材料具有优异的储氢应用潜力。本研究将为实验上开发新型高性能储氢材料提供一定的理论参考。
2024年04期 v.53;No.306 730-738页 [查看摘要][在线阅读][下载 1043K]