关键词： 北京大学   博士后   材料科学   招聘启事   量子  

摘要： 北京大学量子材料科学中心(ICQM,http://***/)是直属于北京大学的一个新型教学与科研机构.成立于2010年1月.中心依托北京大学深厚的学术积累和多学科优势.打造一个适合于凝聚态物理和材料科学基础研究的开放型学术平台.中心致力于创造良好的学术研究环境.通过广泛的国际/国内,校际/校内合作.吸引一批

关键词： 量子热输运   碳纳米管   非平衡格林函数方法   声子   形变  

摘要： 随着集成电路功率密度日渐增加，对散热的要求也越来越高。拥有超高室温热导率的碳纳米管因此成为了未来电子器件散热部件的理想候选者。另一方面，热电器件要求在不降低电导率的同时抑制声子的输运。而对材料热导的精确控制也在许多应用中成为必需。在原子层次上对材料热输运性质的深入了解成为了当今一项迫切的任务。本文采用声子非平衡格林函数方法，从声子输运的角度系统研究了实际应用中常见的结构形变对碳纳米管热导的影响。 在径向压缩的碳纳米管中，我们发现两种声子通过声子势垒的典型行为，并给出了其透射率随势垒长度变化的解析形式解。对声子如何通过声子势垒的了解会帮助我们根据材料声子色散关系的特点来选择材料，进而调控材料之间的热耦合。体系的电导性质由费米面处电子的透射率决定，但是由于声子的玻色统计性质，所有被激发的声子对体系的热导都有贡献。我们发现这种加权叠加导致热导和单个模式的声子行为有质上的差别，使得电导和热导对外界扰动的响应不同。这种响应差异是提高材料热电品质因子(ZT系数)的关键。 纳米体系中，热流的傅立叶定律不再成立，体系的热输运能力不仅和材料有关，更和体系的几何形态密切相关。我们发现，形变对热导的影响有着强各向异性。相比轴向应变，径向应变基本不降低纳米管热导。热导在整个弹性形变区域对径向压缩的响应都是线性的。纳米管特有的空心结构维持了碳–碳键长与键角，因此对于大多数能量通道的声子，径向压缩只是一个微扰。而在轴向应变的碳纳米管中，声子主要在界面处被散射。虽然轴向压缩部分的导热能力加强了，但轴向压缩造成的低频区域声子模式的软化导致热极和形变区域的模式失配比轴向拉伸情况时更严重，因此轴向压缩和轴向拉伸对热导有着非对称的影响。 应变梯度使纳米管中的声子态密度展宽，并且低频区域声子模式没有明显模式软化，导致在低频频域中声子透射率谱更接近轴向拉伸体系的透射率谱。这点和ZnO微米线中的电子性质类似：整体电子能带的性质和拉伸部分相近。当曲率较小时，多数低频声子的振动模式在形变区域基本不变，令它们在传输过程中得以保持振动模式。因此即使形变破坏了体系的平移对称性，布洛赫定理不再成立，这些声子仍是近弹道输运的。我们的结果很好地解释了纳米管声子波导的实验现象。

关键词： 量子点   中空结构   掺杂型   形成机理   光学性质   苏丹类物质  

摘要： 近年来,纳米材料由于特殊的性质备受科研工作者的关注。作为纳米材料之一的量子点纳米材料(quantum dots, QDs),具有激发谱带宽、发射谱带窄、发射波长可调节并且抗光漂白能力强的优点,已成为纳米材料领域的研究热点。量子点纳米材料的合成、表征及应用在生物、医学、光学等领域引起了越来越广泛的关注。建立合成性质稳定、形貌均一、生物兼容性好的量子点纳米材料的新方法是纳米科学研究的重要方向之一。中空结构量子点纳米材料,既具有中空结构的结构特征,又具有量子点的光学性质,相比于传统量子点纳米材料这类材料量子限域效更加明显、光催化能力更强,因此其应用前景也更为优越。掺杂型量子点在材料的结构、形貌和光学性质等方面也都表现出优越的性质,并且掺杂型量子点可以改善未掺杂型量子点两方面的缺陷,一是降低了自猝灭现象的发生,二是提高了纳米材料对热、光化学的稳定性,因此掺杂型量子点很广泛的被应用于解决实际问题。 苏丹类物质包括苏丹Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ,是一类具有偶氮结构的化工染料,被广泛用作衣服的染料、石油和溶剂的添加剂。苏丹类物质在降解过程中会产生具有毒性的苯胺和萘酚,经毒理学研究表明,均可以伤害肝细胞,导致肝脏疾病。苏丹类物质属于非天然色素,但由于其染色鲜艳、不易褪色,曾被非法作为食品添加剂使用。我国以及欧盟已严令禁止在食品中添加苏丹类物质,但一些不法商贩为谋取暴利仍将苏丹类物质作为增色剂应用在食品中。因此,建立一种简捷实用的测定苏丹类染料的分析方法,具有十分重要的意义。 鉴于此,本学位论文在已有工作的基础上,通过一步法在水相中合成了不同形貌的CdSe量子点纳米材料,以及在有机相中合成了Mn-ZnS量子点并将其用于检测食品中的苏丹类物质。论文主要分为以下三章： 第一章：简要综述了量子点纳米材料的性质及制备方法、中空结构量子点纳米材料的特性及合成方法,同时简单介绍了量子点纳米材料在化学生物分析中的一些应用。 第二章：在水相中通过一步法合成了形貌可控的柠檬酸稳定的CdSe QDs,仅通过改变实验条件如溶液pH值、硼氢化钠和柠檬酸钠用量、Cd与Se摩尔比就可以得到颗粒状或具有中空结构的CdSe量子点纳米材料。探讨了中空结构与颗粒状量子点纳米材料的形成原理,并研究了不同形貌纳米材料的光学性质。此方法的突出优点有：(1)以Na2Se03作为Se源,避免了不稳定Se源的合成；(2)所有操作均在敞开体系中进行,无需惰性气体保护；(3)以柠檬酸为稳定剂,它廉价、无毒害作用且广泛存在于自然界中；(4)所有实验都在水相中进行,减少了对环境的污染；(5)通过改变实验参数就可以控制纳米材料的形貌和尺寸。 第三章：在有机相环己烷中合成了油酸稳定的Mn-ZnS量子点纳米材料,通过改变Mn与Zn的摩尔比得到了不同荧光强度的纳米材料。将Mn与Zn的摩尔比为1/80时合成的Mn-ZnS量子点用于检测苏丹Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ,检测限分别为24.6、32.7、2.1和3.2ng/mL。苏丹类物质的紫外-可见吸收光谱在200-600nm范围内,与Mn-ZnS量子点纳米材料的激发和发射光谱有部分的重叠,构成了内过滤效应体系,因此苏丹类物质可以猝灭Mn-ZnS量子点的荧光。该方法已用于辣椒酱、鸡蛋、火腿肠和番茄酱中苏丹Ⅰ的检测,加标回收率为93.0-107.0%,相对标准偏差均小于2.8%(n=3)。结果表明,该方法具有较好的选择性和较高的灵敏度,可用于食品中苏丹类物质的检测。此方法的主要优点是操作简单、无需复杂的样品前处理、选择性好、干扰物质比较少。

关键词： 量子点   磁性材料   石墨烯   复合材料   吸附   光催化  

摘要： 随着纳米材料的发展，各种新型纳米材料和制备手段不断涌现，材料的性能不断提高。复合纳米材料由于其优良的综合性能，特别是其性能的可设计性使得其具有强大的应用潜力。量子点、磁性材料和石墨烯是近年来纳米材料发展中的重中之重。量子点作为新兴的荧光纳米材料，具有高量子产率、抗光漂白能力、宽吸收、窄发射等优异的光学性能和光学量子尺寸效应，使得其在光学检测、追踪和分析科学等领域中发挥重要的作用。磁性纳米材料具有超顺磁性、易于分离与丰富的表面功能化等性质，使其在构建复合材料上得到广泛的应用。石墨烯是一种由单层碳原子紧密排列成的二维蜂窝状晶格结构的纳米材料，由于它具有特殊的纳米结构以及优异的性能，基于石墨烯的复合材料也已经在诸多领域显示出了巨大的应用潜能。本论文主要以量子点为研究对象，结合三类纳米材料的特点，制备了磁性荧光量子点和石墨烯量子点复合材料，并对其构造的机理、光学性能以及应用能力进行的全面的研究，主要工作内容如下： （1）水溶性CdTe的合成和性能研究。用巯基丙酸（MPA）作为修饰稳定剂，通过NaBH4对Na2TeO3的还原作用产生Te源，水溶液中与Cd2+在加热回流的条件下一锅法合成MPA-CdTe量子点，并利用扫描电镜、XRD以及红外对其表征。通过改变Cd/Te摩尔比例得到荧光性能最强的CdTe量子点，通过控制回流反应时间得到颜色从浅黄到深红（荧光发射峰从484nm到615nm）的不同粒径的CdTe量子点。利用EDTA溶液与Cd2+的络合作用对量子点的表面进行蚀刻，讨论蚀刻过程中量子点表明结构的变化以及荧光性能的变化。结果表明通过EDTA的蚀刻，在量子点表面形成了Cd2+的空腔，表面的缺陷使得荧光淬灭，而继续加入Cd2+后，新加入的Cd2+能够迅速补位空腔，使得荧光恢复。 （2）利用溶胶凝胶作用在Fe3O4表面包裹一层SiO2，在带巯基的硅烷化试剂的作用下形成Fe3O4@SiO2-SH，然后通过-SH将磁性材料与CdTe量子点结合，形成磁性荧光纳米材料。所制得样品通过SEM，UV-Vis以及PL进行表征，得到粒径为200nm左右具有荧光性能的复合粒子。由于EDTA对于量子点的蚀刻作用，我们同样将磁性荧光纳米材料通过EDTA的处理，从SEM上看到处理后的材料表面变得粗糙，原因是在复合材料的表面形成Cd2+的离子空腔，将蚀刻后的材料用于水样中Cd2+的吸附，结果表明蚀刻前后的材料对于Cd2+的吸附容量分别达到了8.03mg/g和17.57mg/g。蚀刻后材料的吸附动力学表明其有较好的吸附速率，其吸附过程符合Langmuir模型和伪二阶动力学模型。 （3）采用经典的Hummers法制备了氧化石墨，通过超声剥离，得到氧化石墨烯。以DMF为溶剂，氧化石墨烯作为支撑材料，醋酸锌为前驱体，通过不同硫源（硫化钠和硫脲）作为还原剂在反应过程中将氧化石墨烯还原成石墨烯，并且与Zn粒子结合成ZnS量子点负载在石墨烯上，形成石墨烯/ZnS复合材料。通过SEM、FI-TR、XRD、UV-Vis以及PL对其进行结构和光学性能的表征，研究了复合材料作为光催化剂在模拟紫外光的条件下对罗丹明B水溶液的降解能力，结果表面G-ZnS相对于纯ZnS的光降解率有明显的提高，最佳投料比得到产物的光降解率可达到46.83%。

关键词： 磁性纳米探针   电致化学发光   量子点   介孔氧化硅  

摘要： 本论文是基于电致化学发光原理以及生物免疫探针构建的一系列高灵敏，高选择性，高发光效率的电致化学发光免疫传感器。通过构建的电致化学发光免疫传感器实现了对不同目标物质(甲基对硫磷，甲胎蛋白，HIV抗体)的高灵敏检测分析。甲基对硫磷电致化学发光传感器的构建是基于对甲基对硫磷分子具有强的选择吸附性能的纳米氧化锆修饰到电极表面对溶液中痕量目标分子进行富集，通过电致化学发光分析方法对其进行检测。甲胎蛋白与HIV抗体检测的免疫传感器则是通过磁性纳米捕获探针，量子点标记抗体的信号标签在试管中形成免疫夹心复合物，使用外加磁场对其进行分离进而修饰到电极表面所构成的电致化学发光免疫传感器。通过试管免疫形成夹心免疫复合物，并且使用磁性分离技术进行免疫复合物的分离极大的简化了免疫传感器的制备过程，节约了传感器的制备时间，降低了使用成本，并且提高了检测灵敏度，在医学临床检测上有望于实践应用。 本论文主要从以下几个方面开展研究工作： 1.基于氧化锆修饰电极电致化学发光增强法检测甲基对硫磷 基于氧化锆对甲基对硫磷具有强的吸附作用，并且甲基对硫磷能够增强鲁米诺电致化学发光信号构建了甲基对硫磷电致化学发光传感器。首先将氧化锆修饰到电极表面，制备而成ZrO2/GC修饰电极，然后将此修饰电极ZrO2/GC在底液中进行背景扫描作为背景信号;然后在一定浓度的甲基对硫磷溶液中进行吸附后获得增强的ECL信号。优化条件包括pH值、吸附时间、鲁米诺溶液浓度和光电倍增管(PMT)的电压等，甲基对硫磷的浓度检测线性范围为3.8×10-11.8×10-6mol L-1，检测限为1.27×10-11mol L-1(S/N=3)。这项工作将为有机磷农药残留提供快速、简便和高灵敏度的检测方法。 2.基于磁性纳米粒子固定甲胎蛋白抗体修饰电极的电致化学发光免疫传感器 利用纳米金包被的磁性捕获探针(Fe3O4-Au)和量子点信号标签(CdS-Au)分别用于甲胎蛋白(AFP)一抗(Ab1)的固定和抗原的捕获与二抗(Ab2)的标记，通过抗原抗体之间的相互作用构建而成一种新型的高灵敏的夹心免疫电致化学发光传感器。该传感器是核-壳结构的Fe3O4-Au作为磁性捕获探针，用于Ab1的固定并捕获溶液中的AFP抗原，组装型的量子点颗粒CdS-Au用于Ab2的固定，三者之间经过免疫夹心反应，然后通过磁性分离得到Fe3O4-Au/Ab1/AFP/Ab2/CdS-Au磁性可控的夹心免疫复合物，最后修饰到电极表面，该电致化学发光免疫传感器对AFP的检测范围为0.0005.0ng mL1，检出限为0.2pgmL1。该免疫传感器的特点在于磁性探针极大的简化了免疫复合物组装过程中产物的分离步骤;而纳米金组装的信号标签在保持了量子点的电致化学发光效率的同时，纳米金对生物抗体良好的兼容性以及对电致化学发光信号有明显的放大作用，从而能显著降低检测下限;该免疫传感器与文献报道相比灵敏度有明显提高并有望应用于临床的实际应用。 3.基于介孔材料负载量子点构建的电致化学发光免疫传感器以及对HIV抗体的检测 通过功能化的介孔氧化硅负载CdTe量子点并表面包被纳米金的介孔复合材料作为信号标签，构建了一种高灵敏，快速检测的电致化学发光免疫传感器。该量子点复合材料CdTe-mSiO2-Au是将CdTe量子点负载于介孔氧化硅中，然后修饰巯基，通过静电之间的相互作用组装一层纳米金颗粒，再通过纳米金对抗原的固定，形成信号标签(CdTe-mSiO2-Au/HIV)。该传感器是使用Dynalbeads磁珠固定的抗抗体(Fe3O4/anti-IgG/Ab)作为捕获探针用于捕获HIV抗体然后和CdTe-mSiO2-Au/HIV经过生物免疫反应，通过磁性可控分离得到Fe3O4/anti-IgG/Ab/HIV/CdTe-mSiO2-Au夹心免疫复合物，然后修饰到电极表面，对HIV抗体的进行检测。介孔氧化硅巨大的比表面积与孔容积可以增大CdTe量子点的负载量，因此从根本上极大的提高电致化学发光信号的强度。该免疫传感器对HIV的检测范围是从HIV稀释比例为1:1500:50，检出限为1:1500，介孔材料的应用提高了量子点的负载能力，从而实现信号扩增，大大的提高了检测灵敏度，与传统的检测方法相比较明显的降低了2个数量级。。

关键词： 平行双量子点   电子关联   主方程方法   负微分电导   负磁阻  

摘要： 从理论上研究了平行双量子点系统的磁输运性质.基于广义主方程方法,计算了通过此系统的电流、微分电导和隧穿磁阻,计算结果表明:电子自旋关联效应可以促发一个很大的隧穿磁阻,而电子库伦关联效应可以导致负隧穿磁阻和负微分电导的出现,对相关的基本物理问题进行了讨论.

关键词： 原位本体聚合   CdSe-ZnS   PMMA   纳米复合材料  

摘要： 为了得到易于加工成型、且具有稳定发光性能的半导体纳米晶体材料,采用原位本体聚合的方法制备了聚甲基丙烯酸甲酯/硒化镉-硫化锌核壳量子点(PMMA/CdSe-ZnS)纳米复合材料,并对其进行了傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)、透射电镜(TEM)、热重分析(TGA)和光致发光光谱的测试.研究结果表明:经原位本体聚合能成功制备透明PMMA/CdSe-ZnS纳米复合材料,硒化镉-硫化锌核壳量子点(CdSe-ZnS)在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基体中分散性好,粒径均一,且能长时间稳定发光,发光波长出现了少量的红移.另外,量子点的加入对聚合物的热性能有一定的改善.

关键词： 量子级联激光器   仿真   输运特性   非局域化输运模型  

摘要： 基于一种非局域化的输运模型,对不同结构不同温度下的中红外量子级联激光器的输运特性进行了仿真。在这个模型中,利用量子隧穿、微带隧穿以及热载流子输运等长程载流子输运模型,对传统的扩散-漂移方程进行了矫正.并将基于上述集成模型的计算结果和实验结果进行了比较,通过拟合参数的合理设置,计算结果和实验结果得到了很好的吻合.

关键词： In0.53Ga0.47As PV detector   Material parameters   Quantum efficiency  

摘要： In this paper, the dependence of quantum efficiency on the direction of incident light, carrier concentrations, surface recombination velocities and material thicknesses for In0.53Ga0.47As photovoltaic detector has been analyzed. When light injected from p-side, the p-region surface recombination velocity, its carrier concentration and thickness have significant impact to the quantum efficiency. The n-region material parameters have slight impact on quantum efficiency. The surface recombination velocity and its thickness influence is primarily for low carrier concentration (n<10(17)cm(-3)). When light injected from n-side, the n-region surface recombination velocity affects quantum efficiency when n<10(17)cm(-3);the influence of thickness on quantum efficiency is primarily when n<10(16)cm(-3)

关键词： 太阳能电池   稀土红外量子剪裁  

摘要： 稀土红外量子剪裁为目前国内外的研究热点,它对于提高太阳能电池的效率从而减低太阳能发电的造价很有意义。论文综述了稀土红外量子剪裁的研究意义,在总结了太阳能电池发电和损耗的原理的基础上,分析了稀土红外量子剪裁提高太阳能电池效率的具体途径。同时综述了单掺Er3+材料的稀土红外量子剪裁发光现象:光激发2 H11/2能级有很强的4I 13/2→4I 15/2红外量子剪裁发光,速率很大的{2 H11/2→4I 9/2,4I 15/2→4I 13/2}交叉能量传递为导致光激发2 H11/2能级有高量子剪裁效率的主要原因。