关键词： 二维材料量子点   液相色谱   固定相   混合模式  

摘要： 目的:由二维材料石墨烯（graphene,G）及类石墨烯材料制备的量子点是一种特殊的零维材料,仍保持特有的块状二维晶格且具备优异的物理化学性质,可将其作为色谱固定相的功能材料,用于开发新型多功能液相色谱填料。目前关于二维材料量子点色谱固定相的报道还比较少,因此,寻找合适的二维材料量子点并探究其作为色谱固定相的可行性具有重要意义。本实验通过制备二硫化钼量子点（MoS2 QDs）嵌入C18型键合硅胶（Sil-MoS2-C18）和聚（N-异丙烯基丙烯酰胺）(PNIPAAm)修饰石墨烯量子点型键合硅胶（Sil-GQDs-PNIPAAm）两种色谱填料,考察其色谱性能并讨论保留机制。方法:（1）首先,采用超声波和溶剂热相结合的方法合成MoS2 QDs,然后采用紫外和荧光光谱、透射电子显微镜（TEM）对其荧光性质、量子点形貌及粒径分布进行表征。然后将合成成功的MoS2 QDs和十八硫醇,基于“硫醇化学”机理,制备Sil-MoS2-C18色谱固定相材料,再结合傅立叶变换红外光谱法（FT-IR）、元素分析法（EA）、热重分析法（TGA）、比表面积以及孔隙度分析法（BET）、X射线光电子能谱分析法（XPS）对合成材料进行表征。Sil-MoS2-C18色谱固定相能够实现烷基苯类、多环芳烃类、核苷碱基类、苯胺类和黄酮类化合物的分离,具有反相（RPLC）、亲水（HILIC）和阳离子交换（CEX）三种保留机制。此外,还将制备的混合模式色谱柱与传统商品化的C18柱比较,探究MoS2 QDs对反相色谱性能的影响。此外,通过变换流动相的比例以及调节甲酸铵缓冲盐的p H研究其与目标分析物保留时间的变化规律,以此来讨论所制备色谱柱的保留机制。（2）首先利用优化后的Hummer方法制备氧化石墨烯（GO）,再采用自上而下法将其切割成石墨烯量子点（GQDs）,结合GQDs紫外和荧光光谱、TEM的表征结果,分析量子点的物理化学性质。然后参考已报道的文献方法合成可逆加成-断裂链转移剂2-（十二烷基硫代）硫代丙酸（DMP）,利用核磁共振氢谱（1H NMR）对化学结构进行确证。本次实验主要是通过酰胺化反应和可逆加成-断裂链转移聚合反应（RAFT）制备聚（N-异丙基丙烯酰胺）修饰（PNIPAAm）的石墨烯量子点型硅胶色谱固定相（Sil-GQDs-PNIPAAm）。通过扫描电子显微镜（SEM）、EA、FT-IR和TGA对该材料的表面形貌、元素组成、官能团结构以及热稳定性进行表征,证明固定相材料的成功制备。经过对疏水性烷基苯和多环芳烃类、苯胺类和联苯类化合物、亲水性核苷碱基类、水溶性维生素类和氨基酸类、中性化合物苯酚类的分离,发现该Sil-GQDs-PNIPAAm色谱柱具有RPLC/HILIC双重保留机制,并与Sil-GQDs、商品化的C18和氨基色谱柱进行对比。此外,还通过变化流动相比例和Tanaka试验进一步探究新型液相色谱固定相的分离机制。最后在简单的色谱条件下,该多功能色谱固定相能对中药板蓝根颗粒中苷类有效成分进行分离分析。结果:（1）所制备的MoS2 QDs在近紫外区有一明显的吸收峰,荧光光谱显示在435 nm和504 nm处分别有最大激发和发射峰,该结果与文献报道一致;从TEM图选择100个粒子计算得到MoS2 QDs的平均粒径约为3.85 nm,且可以观察到该量子点在高分辨视野下仍具有良好的晶格性能;根据EA的结果,功能化后的硅胶C、S、H元素含量增加,经计算MoS2QDs和十八硫醇的键合量分别为0.06和0.16μmol/m2;结合FT-IR谱图,2935 cm-1处C-H键的伸缩振动峰和669 cm-1处S-C键的伸缩振动峰的出现,成为硅胶基质成功功能化的有力证据,且最终固定相材料的重量损失相较于裸硅胶达10%。此外,XPS测试表明合成的Sil-MoS2-C18固定相材料上含有Mo-S键以及C-S键,从拟合峰强度的变化也可以看出硅胶的功能化修饰是成功的;BET测试结果中,比表面积大小的变化也可以证明MoS2 QDs和十八硫醇成功与硅胶键合。该固定相成功分离了疏水性、亲水性和离子型化合物,证明其具有RPLC/HILIC/CEX三重保留机制。（2）从FT-IR图谱中看到,GQDs在3153、1614、1392、1118 cm-1处有明显的伸缩振动峰,表明该量子点的结构中有羟基、羧基等含氧官能团,并且紫外和荧光性质与文献报道一致;根据TEM结果,合成的量子点形状呈圆形,且分布均匀,平均粒径为2.97 nm。对于最终的固定相材料Sil-GQDs-PNIPAAm的FT-IR图谱上出现了的酰胺基、甲基及亚甲基特征峰;基于N和S元素的EA结果,可计算出氨基化试剂APTES、RAFT链转移剂DMP和NIPAAm的键合密度分别为4.04、0.74和1.71μmol/m2;Sil-AP

关键词： Ti3C2TxMXene量子点   复合材料   光电化学传感   高灵敏分析  

摘要： 近年来，为了检测与环境污染、疾病诊断等相关的小分子和生物大分子，人们已经开发出了多种类型的传感器，包括电化学传感器、光电化学（Photoelectrochemical，PEC）传感器、荧光传感器、比色传感器等。其中，PEC传感器由于其操作简单、背景信号低和灵敏度高等优点，引起了人们的广泛关注。作为光信号和电化学信号之间的转换元件，半导体材料是构建PEC传感器的关键。因此，选择具有合适的带隙供可见光激发的半导体作为光电极材料是至关重要的。　　最近，一种新型的二维层状过渡金属碳/氮化物（MXene）被发现，并且展现出较好的电化学性能。其中，Ti3C2Tx是使用最广泛的MXene之一，其具有许多优良的性质，包括导电性、机械性能、巨大的比表面积，特别是与其他纳米材料的相容性等。因此，利用Ti3C2Tx与其他半导体制备复合材料实现信号放大，对PEC传感器的灵敏度的提升具有十分重要的意义。在本文中，利用Ti3C2Tx与碘氧化铋（BiOI）和磷酸铜（Cu3(PO4)2，CuPi）等半导体制备了一系列复合材料，并且由这些复合材料构建的PEC传感器展现了较高的灵敏度、较低的检测限和较好的稳定性。本文的主要工作如下：　　（1）制备了具有肖特基结的BiOI/Ti3C2Tx复合材料，并将其作为光电活性材料构建了PEC传感平台，实现了对L-半胱氨酸的超灵敏检测。由于肖特基结的存在促进了电子转移，BiOI/Ti3C2Tx复合材料表现出优异的光电化学性能。我们利用Bi-S键的相互作用将L-半胱氨酸固定于电极表面，由于L-半胱氨酸的空间位阻作用阻碍了电子转移，导致光电流强度降低。因此该策略以光电流降低作为信号实现了L-半胱氨酸的超灵敏检测。　　（2）我们通过水热法制备了具有n型半导体性质的Ti3C2Tx量子点（Ti3C2Txquantumdot，TQD），并将其与CuPi复合用于构建PEC传感平台实现对卡那霉素的定量检测。CuPi是一种p型半导体性质的、具有片层花状结构的半导体，具有丰富的结合位点。n型半导体TQD和p型半导体CuPi实现了较好的能级匹配，促进了光生电子和空穴的分离，导致光电流强度增加。该传感器表现出较宽的检测范围和较低的检测限。　　（3）将CuPi/TQD复合材料作为光电活性材料，以壳聚糖作为交联剂，提出了一种新的检测碱性磷酸酶的PEC传感平台。我们引入了一种反应底物-抗坏血酸磷酸盐，它可以与碱性磷酸酶反应生成抗坏血酸，抗坏血酸作为牺牲试剂实现了光电信号的放大。该策略通过光电流强度的变化实现了较宽范围内碱性磷酸酶的灵敏检测。

关键词： 黑磷量子点   复合材料   石墨烯   制备   医学生物材料   精细磷化工  

摘要： 介绍近年来黑磷量子点复合材料制备方法和应用。特别介绍黑磷量子点与石墨烯复合材料的制备,黑磷复合材料在纳米光电子学(如光学器件、传感器)、储能、半导体、催化、污染治理以及生物医学(如癌症治疗、光动力治疗药物、靶向治疗药物、超快激光等方面)等领域具有很好的应用前景。

关键词： 抗菌纳米材料   碳量子点   硫化银   壳聚糖   耐药细菌  

摘要： 细菌对传统抗生素产生耐药性,而且在全球迅速扩散,给人类生命健康带来巨大威胁,对新的可替代抗菌剂的需求愈发迫切。纳米科学的快速发展为抗菌治疗提供了潜在的替代方法。与传统的抗生素相比,由于纳米材料具有较强的膜渗透性,以及多种抗菌作用的潜力,因此不易引起细菌耐药性。但是单一纳米材料的抗菌性能并不理想,如基于金属的纳米材料具有良好的抗菌性能,却由于细胞毒性限制了其使用;碳基纳米材料具有良好的生物相容性,但抗菌性能却并不理想。将不同的纳米材料进行复合,制备具有优良的抗菌性能,低细胞毒性的纳米复合材料是解决这一问题的关键。本论文基于碳量子点(CQDs)和硫化银(AgS),制备了CQDs/AgS/CS复合抗菌材料、CS/AgS/CQDs抗菌水凝胶和g-CN/CQDs/AgS光催化抗菌材料,并测试了它们的抗菌性能。主要研究内容和结果如下:(1)以丙酮为碳源,在碱性条件下发生羟醛缩合反应,自下而上合成碳量子点。通过FTIR、AFM、TEM、XRD等分析了碳量子点的组成和微观形貌。用硫化钠和硝酸银制备了硫化银纳米颗粒,最终在壳聚糖(CS)基底上面通过原位生长法复合硫化银和碳量子点制备了CQDs/AgS/CS复合材料。通过一系列表征分析了复合材料的组成和微观结构,并用稀释涂布平板法测试了其抗菌性能,发现其对大肠杆菌,金黄色葡萄球菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌具有良好的抗菌性能。分析了其抗菌机理,发现复合材料破坏了细菌膜,并进一步使细菌内部细胞质受损,导致细菌死亡。(2)以壳聚糖为主要原料,通过和聚乙烯吡咯烷酮交联,在酸性条件下制备了壳聚糖水凝胶。进一步在壳聚糖水凝胶中负载硫化银纳米颗粒和碳量子点,制备了CS/AgS/CQDs水凝胶复合膜。通过FTIR、TGA、SEM、XPS等表征方法分析了水凝胶的组成和微观形貌。并对水凝胶的吸水性能,体外降解性能,接触角做了测试。结果证明,水凝胶具有良好的溶胀性和亲水性。以大肠杆菌和金黄色葡萄球菌分别代表革兰氏阴性菌和阳性菌,以耐甲氧西林金黄色葡萄球菌代表耐药菌对水凝胶做了抗菌活性实验,发现水凝胶对三类细菌均有良好的抗菌性能。所制备的水凝胶有希望用作伤口敷料,避免细菌造成的伤口感染。(3)通过对三聚氰胺进行简单的热处理生成了g-CN,并用原位生长法将硫化银和碳量子点负载到g-CN上面,制备了g-CN/CQDs/AgS光催化抗菌材料。由于AgS的导带位置低于g-CN的导带位置,g-CN导带的光生电子可以向AgS转移,导致光生载流子的有效分离,可以解决g-CN光生电子-空穴易于复合的问题。此外,由于CQDs具有优良导电性,可以为电子转移提供路径,从而促进了电荷载体的快速传输和有效分离。通过一系列表征测试了g-CN/CQDs/AgS的组成和微观形貌,通过光电流响应和电化学阻抗进一步分析g-CN/CQDs/AgS复合材料中的光生载流子转移和复合现象。并在4 h光照条件下测试了其光催化抗菌性能,结果显示,对于普通致病菌和耐药菌都具有良好的抗菌性能。

关键词： Cs4PbBr6量子点微晶玻璃负极材料   SnF2掺杂Cs4PbBr6量子点微晶玻璃负极材料   Cs4PbBr6量子点微晶玻璃复合石墨负极材料  

摘要： 高性价比、高容量的负极材料是影响锂离子电池产业化的关键因素之一。本论文采用玻璃制备工艺合成了Cs4PbBr6量子点微晶玻璃（GCs）电极材料;并对其进行氟化锡掺杂和石墨复合,通过微观结构和电化学测试等,阐明了Cs4PbBr6量子点微晶玻璃电化学性能优化规律。1.本论文采用熔融法将GeO2-B2O3-Pb O-Cs2CO3-PbBr-Na Br混合制备得到GCs。GCs自上而下呈现明显的棕色、黄色和透明三层,分别定义为LⅠ,LⅡ,LⅢ;LⅠ占比5%,LⅡ占比10%,LⅢ占比85%。微观结构表征结果显示:Cs4PbBr6量子点分散在玻璃相表面;从底层LⅢ至顶层LⅠ,玻璃相逐渐减少而Cs4PbBr6量子点逐渐增加。电化学测试结果显示:LⅢ在电流密度为0.5 A·g-1时,500次循环后的充电/放电比容量为490 m Ah·g-1/495 m Ah·g-1,远高于同等条件下LⅡ(278 m Ah·g-1/279 m Ah·g-1)和LⅠ层(52m Ah·g-1/55 m Ah·g-1);充放电机理显示:GCs LⅠ在充放电过程中与电解液Li PF6反应生成Cs PF6立方结构和铅合金,但Cs PF6立方结构不稳定,在充放电过程中结构逐渐坍塌。但是,GCs LⅢ充放电循环后表面仍然分散大量Cs PF6立方结构。显然,玻璃基相中网络结构的[BOg]和[GeOd]有利于稳定Cs PF6立方结构。进一步比较LⅠ,LⅡ和LⅢ的Cs4PbBr6量子点微观结构和充放电性能;[BOg]和[GeOd]的网络结构也具有较好的储锂性能。显然,Cs4PbBr6量子点微晶玻璃的[BOg]和[GeOd]是改善其电化学性能的关键。2.本论文采用5 wt%SnF2掺杂GeO2-B2O3-Pb O-Cs2CO3-PbBr-Na Br制备SnF2-GCs量子点微晶玻璃。SnF2-GCs量子点微晶玻璃自上而下呈现明显的绿色、黑色两层,分别定义为FLⅠ(Cs4Pb（1-x）SnxBr6量子点为主),FLⅡ（玻璃相为主）;FLⅠ占比5%,FLⅡ占比95%。显然,SnF2促进Cs4PbBr6量子点在玻璃相富集。微观表征结果显示:SnF2-GCs中Sn部分取代了Pb的格位,形成了稳定的Cs4Pb（1-x）SnxBr6。电化学测试结果显示:FLⅡ在0.5 A·g-1电流密度下、350次循环后的充/放电比容量为741 m Ah·g-1/743.2 m Ah·g-1,在5 A·g-1的电流密度下、500次循环后的充放电比容量为269.7 m Ah·g-1/270.5 m Ah·g-1,远高于GCs LⅢ层。另外,FLⅠ在5 A·g-1的电流密度下、1000次循环后的充放电比容量为168 m Ah·g-1/167 m Ah·g-1,远高于GCs LⅠ层。显然,Cs4Pb（1-x）SnxBr6在玻璃相富集,是提高Cs4Pb（1-x）SnxBr6充放电循环性能的关键。3.本论文通过机械球磨法将GCs LⅠ层与石墨复合,获得了GCs LⅠ/G复合材料（即GCs LⅠ/G）。电化学性能测试结果显示:35 wt%GCs LⅠ/65 wt%G复合材料在电流密度为0.5 A·g-1、1000次循环后的充/放电比容量为157.2m Ah·g-1/152.6 m Ah·g-1,高于同条件下的10 wt%GCs LⅠ/90 wt%G复合材料(82.5 m Ah·g-1/80.3 m Ah·g-1)和75 wt%GCs LⅠ/25 wt%G复合材料(63.3m Ah·g-1/64.3 m Ah·g-1)。微观结构表征结果显示:GCs LⅠ均匀分散在石墨表面。石墨为GCs LⅠ量子点提供导电介质,有利于增强GCs LⅠ/G复合材料的导电性;而且石墨能够为Cs4PbBr6量子点提供一定的保护作用,有利于增强GCs LⅠ/G复合材料的循环性能。

关键词： 二维电子系统   非局域电阻   邻近几何结构   粘性流体   量子输运  

摘要： 分子束外延生长的GaAs/AlGaAs异质结具有很高的二维电子迁移率且基于精细的微纳加工技术制备的电子器件在低温和强磁场条件下展现出丰富有趣的物理现象。通常，在实验上测量Shubnikov-deHass振荡和量子霍尔效应对样品进行输运表征。　　近来，二维电子系统中电子流体的输运行为备受关注。许多理论工作已经揭示了不同条件下电子流体的输运行为，而这些理论预测却较少得到实验的直接证明。过去开展的实验工作大都集中于研究石墨烯的Dirac流体，对二维电子系统中流体性质研究相对较少，实验规律尚不清晰。因此，探明二维电子系统中流体的输运行为十分重要。　　本文使用电子束曝光技术在高迁移率的GaAs/AlGaAs异质结样品上制备从亚微米到微米量级的多电极小尺寸HallBar器件。通过施加一个垂直于样品表面的磁场，在T=1.5K下测量邻近几何结构的非局域输运行为。实验结果表明:　　第一，在弱磁场下出现绝对负磁电阻Rxx，该负磁电阻的最小值为Rmin,xx。Rmin,xx与HallBar邻近电极间距L成正比，Rmin,xx对应的磁场绝对值|Bmin,xx|与L成反比。根据实验数据推断负磁电阻出现在L≤5μm范围内。　　第二，二维电子系统中纵向电阻Rxx的急剧下降源于电子的粘性流动，Rmin,xx取决于邻近电极间距L，其位置取决于外加电流和垂直磁场。负磁电阻产生的原因是电子液体的粘性引起切向流动的涡旋导致电流回流。　　第三，在亚微米级小尺寸器件中，Rmin，xx出现在回旋半径RC≈L处。在微米级大尺寸器件中，高阶电阻极小值Rmin，n在2(n+1/2)RC≈L(n=0～14)处持续存在。　　弱磁场中负磁电阻的出现清晰的展示了高迁移率二维电子系统中粘性电子的流体行为。因此上述结果揭示了基于GaAa/AlGaAs异质结制备的多电极小尺寸HallBar器件中邻近几何区域的输运特征。

关键词： 全无机钙钛矿量子点   羟基磷酸锶   纳米复合材料   热稳定性   光谱调控  

摘要： 全无机卤化铅铯钙钛矿(CsPbX,X=Cl,Br和I)量子点(PQDs)凭借优异的光学性能和带隙可调、光吸收系数强、缺陷容忍率高和非辐射复合率低等特性在照明和显示领域具有巨大的潜力和发展前景。然而,尽管PQDs的发展非常迅速,但是水、光、热等外界因素容易促使PQDs发生聚集和降解,导致荧光猝灭,这极大地限制了其实际应用。显然,PQDs的稳定性和光致发光性能问题仍然是这种材料面临的关键挑战。根据上述问题,本文选用羟基磷灰石作为基质,通过室温合成法、热注射法和高温煅烧法与PQDs复合,制备了不同类型的纳米复合材料,并对其物相、结构、形貌、发光性能等进行了详细研究。研究内容主要分为三部分:把具有介孔结构和缺陷发光特性的羟基磷酸锶Sr(PO)OH(SrHAp)作为无机基质材料对CsPbBrPQDs表面进行修饰。采用简单的室温合成方法,首次制备了一系列新型CsPbBr@SrHAp纳米复合物,不仅增强了CsPbBrPQDs的绿光发射,而且通过调节CsPbBr与SrHAp的相对含量,实现了CsPbBr@SrHAp纳米复合物从蓝光到青光最终向绿光发射的发光颜色可调。同时,与SrHAp基质复合后CsPbBrPQDs在纳米复合物中的热稳定性得到了显著提高。此外,将CsPbBr@SrHAp纳米复合物与365nm紫外发光二极管(LED)芯片相结合制备的LED器件能够发出明亮的绿光,这表明CsPbBr@SrHAp纳米复合物在照明和显示等领域具有潜在应用前景。利用一锅热注射法将CsPbBrI PQDs原位生长在带有负电荷表面的SrHAp纳米棒上从而制备了CsPbBrI@SrHAp纳米复合材料。通过密度泛函理论(DFT)计算证明了CsPbBrI PQDs和SrHAp之间存在静电相互作用机理。SrHAp基质的加入不仅极大提高了CsPbBrI PQDs的热稳定性,而且提高了CsPbBrI PQDs的发射强度。更重要的是,通过改变SrHAp的加入量和激发波长,实现了CsPbBrI@SrHAp纳米复合材料从蓝光到白光最终向黄光发射的发光颜色可调性能。因此,我们获得了优良色坐标(x,y)和在暖白光区的CCT[(0.328,0.340),5698 K]的CsPbBrI@SrHAp单一基质白光发射荧光粉,其非常接近日常使用的纯白光。将CsPbBrI@SrHAp纳米复合材料涂覆到365 nm紫外LED芯片上,所制备的白光LED(WLED)器件可以发出明亮的白光,这表明CsPbBrI@SrHAp单一基质白光荧光粉可以作为WLEDs的潜在候选材料。为了提高CsPbBr PQDs的实用性,采用了绿色、简单的高温(500-800C)煅烧合成法,将CsPbBr PQDs原位包裹在SrHAp中。探究了不同煅烧温度和不同复合比例对CsPbBr@SrHAp复合材料的物相和荧光性能的影响,确定了最佳煅烧温度和最佳复合比例。将CsPbBr@SrHAp复合材料在室温环境中存储30天后,CsPbBrPQDs仍能保持原有荧光强度的87%,合成了室温稳定存储的CsPbBr PQDs,最终实现了CsPbBrPQDs的固态制备与存储。为CsPbBr PQDs的绿色合成和高存储稳定性的基础研究提供了一定的借鉴。

关键词： 超快瞬态吸收   量子点薄膜   激子漂白峰位移   热激活隧穿  

摘要： 近年来，铅系量子点（如PbX，X=S，Se，Te）薄膜光物理性质的研究表明该材料在下一代柔性光电器件中存在潜在应用价值。理解量子点薄膜中载流子输运机制对于发展此类器件至关重要。利用超快瞬态吸收光谱技术，对PbS量子点薄膜中由于载流子输运导致的激子峰位移做了系统性深入研究。结果发现在高带隙激发条件下，激子漂白峰随延迟时间发生红移。进一步通过分析光谱位移速率和幅值与温度的依赖关系，基于热激活隧穿输运模型揭示了PbS量子点薄膜中载流子输运机制。

关键词： 密度泛函理论   非平衡格林函数   量子输运   电子器件  

摘要： 低维纳米材料由于具有显著的量子限域效应,相较于体相材料表现出诸多新颖的特性。经过多年的发展,纳米材料研究已经取得了长足的进展,在很多领域都得到了广泛应用。但目前在纳米材料的研究和探索中仍然存在着一些亟需解决的问题,很多纳米材料的性能仍然难以满足人们对高性能材料的需求。研究者一方面对现有的材料体系不断地进行修饰和改性,另一方面也不断探索发现新材料并进一步研究材料的性能。在实验技术不断进步的同时,理论模拟也逐渐成为纳米材料研究的一种重要手段。随着理论模拟方法的不断完善,理论计算可以在原子尺度上很好地揭示纳米材料性能和设计新颖纳米材料。本文通过密度泛函理论(DFT)计算并结合非平衡格林函数(NEGF)方法系统地研究了几种新型低维纳米材料的电子结构和输运性质。探索通过应变、掺杂、构建异质结等手段来调控材料的性质,探究外界因素对材料性能产生的影响,合理分析外界条件引起变化的原因,在此基础上拓展材料的应用范围。本文的主要内容如下:(1)探究了含有线缺陷的二维硼烯作为气体传感器的传感性能。研究表明含氮气体分子可以强烈吸附在硼烯线缺陷处,并和线缺陷硼烯产生明显的电子转移。进一步研究了硼烯线缺陷吸附气体前后的I-V特性,通过电流变化来显示敏感度,在很小的偏压下,吸附NO,NO,NH后分别显示出剧烈的电流变化。相应的电流变化表明了优异的灵敏性和选择性。透射谱和局域态密度的分析揭示了电流变化的原因,吸附气体分子后态密度的变化导致了传输的改变。该研究揭示了线缺陷硼烯在未来气体传感领域的应用前景。(2)研究了呈现半金属特性的VBr纳米线的自旋输运性质。探究不同长度下的VBr纳米线的自旋滤波效率(SFE)。在一定的偏压下,固定长度的VBr具有100%的自旋滤波效率。进一步通过外界调控的方法,探究材料输运性质的改变。通过对VBr施加应变和过渡金属掺杂。VBr在拉伸应变下完美的SFE的偏压窗口会扩大,而在压缩应变下会变得更窄。对于掺杂特定过渡金属的VBr纳米线,理想的SFE的偏压范围在低掺杂浓度下会显著扩大。在拉伸应变下或通过一定的掺杂可以提高VBr的半金属性,该研究为调节一维磁性纳米线的半金属行为和进一步设计高性能自旋电子器件提供了有希望的方法。

关键词： 多量子阱结构   PIN结构   NIN结构   光致荧光光谱   泵浦-探测技术  

摘要： 传统的经典理论认为,半导体多量子阱结构中存在很强的量子限制效应,可以有效地对载流子进行捕获和限制,因此多量子阱结构被广泛的应用于制备电光转换器件,如发光二极管、激光器等;但是,多量子阱结构对于光激发下直接跃迁产生的载流子的强限制作用,限制了多量子阱结构在光电转换领域的应用。然而最近的实验研究发现,PIN结构(多量子阱结构被置于PN结中,以下统称为PIN结构)中的光生载流子存在强烈的逃逸现象。不论是在共振激发还是非共振激发的情况下,都有开路电压和短路电流的存在,实验上观测到了短路情况下的光致荧光峰具有80%以上的衰减,说明光生载流子可以有效地逃逸出多量子阱结构。对于作为对照的NIN结构(多量子阱结构被置于两个N区之间,以下统称为NIN结构)而言,无论是开路还是短路情况,甚至在施加了外加电压的情况下,都没有发现光致荧光峰明显降低的情况。为了进一步研究光生载流子在PIN结构中的输运和转移情况,本文采用基于泵浦-探测(Pump-Probe)技术的超快时间分辨光谱技术,对载流子的逃逸现象进行直接地观察。在共振激发的情况下进行泵浦,通过对比PIN结构、NIN结构在开路和短路情况下的光生载流子的动力学行为,得出了PIN结构中的光生载流子优先进行逃逸进入外电路,而不是进行复合的结论。而NIN结构中的光生载流子在开路和短路情况下的动力学行为基本一致。接下来,通过改变PIN结构中Ⅰ区(多量子阱区)的厚度,其光生载流子逃逸所需的路程(时间)不同。发现Ⅰ区的厚度越大,光生载流子的寿命越大,但是均小于NIN结构中的光生载流子寿命。这说明了PIN结构中的光生载流子优先进行逃逸,而不是复合。为了深入了解PIN结构和NIN结构本身的差异,以及光生载流子的输运情况的差异,本文对PIN结构和NIN结构的能带结构,内部电场强度以及光生载流子的分布情况进行了分析,得到了以下结论:PIN结构中的能带为单一方向倾斜,且内建场是均匀分布的,NIN结构中的能带为双向倾斜,内建场为非均匀分布,即使在施加的外电场之后,NIN结构的能带图和内建场与PIN结构相比仍存在很大的差别,且NIN结构相对于空穴而言,存在着一个很大的势垒,使得空穴不能逃逸出NIN结构,因此其光致荧光峰不会发生明显的衰减现象。针对这个现象,本文接下来继续对PIP型多量子阱结构(多量子阱结构被置于两个P区中间,以下统称为PIP结构)进行模拟,发现在PIP结构中,存在一个相对于电子而言很大的势垒,使得电子不能逃逸出PIP结构,因此其光致荧光峰也不会发生明显的衰减现象,相关的光致荧光实验也证实了这一结论。在模拟分析的过程中发现,尽管在NIN结构和PIN结构中存在着本质上的区别,但是在施加外电场之后,NIN结构中的某些区域与PIN结构存在着很高的相似度,这表明在施加外电场之后的NIN结构中的某些区域中的载流子也可能会进行逃逸。针对这一问题,本论文继续研究了NIN结构中存在两种类型量子阱的情况。实验表明,在施加不同方向外电场的情况下,NIN结构的光致荧光峰会发生转移现象,这表明NIN结构中的光生载流子在Ⅰ区内部会发生微弱的转移现象。本论文的研究工作有利于更好的认识和了解多量子阱结构中的光生载流子的输运行为,有利于设计新型的光电转换器件。