关键词： 石墨烯功能化   锌纳米片   环氧复合涂层   防腐性能  

摘要： 石墨烯超高的比表面积、优异的不可渗透性能、优良的导电性能为完善涂层性能提供了新的机遇,然而加入涂层中以后,石墨烯易团聚,高比表面积的优势无法发挥,较高的化学惰性以及优异的导电性能导致石墨烯与金属基材形成电偶加速金属腐蚀,严重影响了石墨烯在防腐领域的应用,急需对石墨烯进行相应的功能化处理以使其在涂层中充分发挥其积极作用。与石墨烯涂层相比,在涂层中添加锌粉填料将可使涂层保护金属的方式由“被动防腐”变为“主动防腐”,锌粉与金属基材形成电偶,为金属基材提供阴极保护作用。为提高涂层防腐性能,拟通过胺基改性石墨烯及鳞片状锌粉的协同作用,增强涂层阴极保护性能与屏蔽性能。主要研究内容和结果如下: （1）通过对石墨烯胺基改性得到了分散性能优异的石墨烯,并开发了一种更为简便的涂层制备方法。选取涂层原料之一的固化剂与氧化石墨烯（GO）表面的环氧基团反应实现了石墨烯的胺基改性,并使石墨烯始终处于分散液态,通过FT-IR、XPS等对其结构形貌进行表征。实现了石墨烯表面胺基（rGO-NH2）的调控。结果表明:随着GO还原程度的不断加深,得到的rGO-NH2中胺基含量减少,碳原子晶格完整度提高且片层厚度稍有减少。以rGO-NH2作为填料所制备得到的石墨烯环氧复合涂层经过交流阻抗测试、极化曲线测试及盐雾腐蚀实验结果证明,复合涂层低频（0.01 Hz）阻抗模值比纯环氧涂层高了至少4个数量级,具有更低的腐蚀电流密度,具有更高的屏蔽性能,且对石墨烯的胺基调控有效抑制了石墨烯的腐蚀促进活性。 （2）为使石墨烯增强涂层整体的导电性能并抑制其腐蚀促进活性,使用不同含量的3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）实现石墨烯的有机硅功能化（rGO-A）。对rGO-A进行结构形貌表征结果表明:随着APTES添加量的增加,石墨烯枝接更高含量的Si、N并表现出了一定的铺展性能,腐蚀促进活性受到一定程度的抑制,有效提高石墨烯在环氧涂层中的分散性能并提高涂层整体的导电性能。将锌纳米片掺杂石墨烯作为涂层填料,通过改变石墨烯含量,实现石墨烯对涂层屏蔽性能的增强与对涂层中锌-锌导电网络的强化,制备了鳞片状锌粉含量为35%、rGO-A-0.75含量为0.3%、rGO-NH2-60含量为0.1%的石墨烯环氧富锌涂层,与未添加石墨烯的环氧富锌涂层相比,屏蔽性能高出1.5个数量级且阴极保护性能提高了50%以上。

关键词： 石墨烯   油水分离   还原氧化石墨烯   棉纤维   三聚氰胺海绵  

摘要： 目前,石油泄漏事故频发,含油废水产生的污染日益严重,这些都对人类健康和生态环境造成了一定的威胁,因此对含油废水的处理迫在眉睫。石墨烯,是一种以sp2杂化形式紧密排列成蜂窝状结构的单层二维晶体,具有非常大的比表面积、优异的力学性能、天然亲油疏水性和热稳定性。与石墨烯相比,氧化石墨烯（GO）具有易改性、生产成本低等特点,还具备大规模生产的潜力;此外,GO还具有羟基、羧基、羰基和环氧基等含氧官能团,使其具有亲水性。还原氧化石墨烯（r GO）作为氧化石墨烯的还原产物,具有与石墨烯相似的物理和化学性质,尤其是保留了石墨烯亲油疏水的特性。由于石墨烯基多孔复合结构具有超润湿性和多孔结构,故可以将其作为油水分离材料。针对目前油水分离材料实际应用往往受到高投入、工艺复杂和有毒化学品的影响。因此,需要找到一种低成本、绿色、简便的方法进行油水分离。为此,本论文探索石墨烯基多孔材料的制备及其油水分离性能,具体工作如下:采用氧化石墨烯-乙醇悬浮液将棉花简单浸泡,然后风干,制备了一种新型氧化石墨烯连接的棉纤维（GOCCF）膜;通过将氧化石墨烯纳米片附着在三聚氰胺海绵（MS）上,分别制备了超亲水/水下超疏油氧化石墨烯包覆的三聚氰胺海绵（GO@MS）和超疏水/超亲油还原氧化石墨烯包覆的三聚氰胺海绵（r GO@MS）。分别研究了这几种材料的形貌、结构、润湿性以及对多种油水混合物的分离性能、化学稳定性和可循环性。得到以下结论:粗糙表面和氧化石墨烯纳米片上亲水极性基团的协同作用赋予了GOCCF膜超亲水性和水下超疏油性。因此,该膜可应用于油水分离,在重力驱动下对各种油类具有较高的分离效率。GOCCF膜还具有优异的防污性能和可循环利用性,在30次循环分离过程中,GOCCF膜保持了99.8%以上的高分离效率和约95000 L m-2 h-1的超高通量。这些结果均表明,GOCCF膜或将是一种有潜在应用价值的油水分离材料。为了不考虑油水密度关系,实现重油/水和轻油/水混合物的连续分离,并可通过吸收和过滤过程实现油水分离,制备出的GO@MS和r GO@MS,具备如下特征:一、两种材料均可在酸性、碱性、盐水和热水等恶劣环境中保持其原有的润湿性;二、GO@MS和r GO@MS分别表现出优良的选择性吸收水和油的能力,具有高达72.3-136.5 g g-1的吸收容量及良好的可循环利用性;三、压缩后的GO@MS和r GO@MS可通过重力过滤法分离油水混合物,具有99%左右的较高分离效率和1.62×10～5 L m-2 h-1以上的超高渗透通量。在此基础上,构建了由压缩后的GO@MS和r GO@MS组成的双向分离装置,可实现不同密度的油水混合物高效连续分离。

关键词： 多孔陶瓷   低温制备   造孔剂   石墨烯  

摘要： 多孔SiC陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀性、机械强度高等特点,可在高温、高压等恶劣条件下运行。但由于其烧结温度高,制造成本较高,本研究旨在低温制备多孔SiC陶瓷材料。以SiC（40 nm）和SiC（1μm）为主要原料,采用Al2O3-Y2O3-SiO2三元体系作为烧结助剂。研究了造孔剂类型、烧结助剂含量、颗粒级配和石墨烯纳米片（GNPs）等因素对多孔SiC陶瓷材料结构和性能的影响。本文主要研究内容如下:1.研究造孔剂对多孔SiC陶瓷结构和性能的影响。分别以淀粉、鳞片石墨和石墨烯片为造孔剂,固定添加剂量为10 wt%。对试样进行孔隙率、物相成分、结构和力学性能等表征,其中以淀粉为造孔剂制备的多孔SiC陶瓷孔隙率低,孔径大且分布广泛,孔结构间连通性好,机械强度高;以GNPs为造孔剂时,制备的多孔SiC陶瓷具有孔隙率高、孔径小、分布窄、孔结构间连通性好,并且观察到裂纹桥接、拉拔、裂纹偏转等增韧机制。2.研究烧结助剂对多孔SiC陶瓷形貌和性能的影响。分别添加7 wt%、14wt%和21 wt%的烧结助剂,对试样进行孔径分布、物相成分、形貌和力学性能等表征,其中7 wt%和14 wt%烧结助剂的样品孔径呈单峰分布,添加21 wt%烧结助剂的样品孔径呈双峰分布。添加14 wt%和21 wt%烧结助剂的样品中Y2Si2O7和YAG的二次晶相含量较高,同时还能观察到残余的Al2O3晶相。当烧结助剂总掺量为14 wt%时,烧结多孔SiC陶瓷样品的孔隙率为52.69%,抗弯强度可达21.34 MPa,综合性能最佳。3.研究颗粒级配对多孔SiC陶瓷形貌和性能的影响。分别添加0 wt%、15wt%、30 wt%、50 wt%、70 wt%、100 wt%的纳米SiC细粉,对试样进行孔隙率、孔径分布、形貌和力学性能等表征,随着纳米SiC细粉含量增加,样品的抗弯强度呈先增大后减小的趋势。当纳米SiC细颗粒添加量为15 wt%和30wt%时,烧结样品中粗SiC颗粒周围有许多细SiC颗粒,导致孔径变小,小孔径增多,孔径分布变宽。当添加50 wt%和70 wt%的SiC细颗粒时,粗SiC颗粒被细SiC颗粒覆盖,断口表面仅发现少量粗颗粒。大孔径完全被小孔径取代,裂缝表面平整。当SiC细颗粒添加量为100 wt%时,孔隙大小分布均匀,存在许多闭合孔隙。4.研究GNPs掺入量对多孔SiC陶瓷结构和性能的影响。分别添加0 wt%、0.5 wt%、1 wt%、1.5 wt%和2 wt%的GNPs,对试样进行物相成分、形貌和力学性能等表征,当GNPs含量为1 wt%时,多孔SiC陶瓷的抗弯强度达到了23.16 MPa,比未添加GNPs的样品的抗弯强度增加了16.21%,当样品中的GNPs增加到1.5 wt%时,多孔SiC陶瓷材料的抗弯强度明显降低,当GNPs含量进一步增加至2 wt%时,多孔SiC陶瓷材料的抗弯强度仅有轻微下降,GNPs均匀地分散在样品中,并在多个SiC晶粒的晶界处紧密附着在SiC晶粒上,有效地抑制了裂纹的扩展,提高了多孔SiC陶瓷的抗弯强度。

关键词： 透明导电薄膜   石墨烯薄膜   导电性能   界面修饰   电学稳定性  

摘要： 化学气相沉积法（CVD）制备的石墨烯薄膜具有优异的导电能力和高透过率,在取代氧化铟锡（ITO）方面具有巨大的应用潜力。CVD石墨烯薄膜通常生长在金属基底上,将石墨烯薄膜转移到目标基底后才能在不同的电子器件中得到应用,但是,转移后石墨烯薄膜导电能力达不到透明导电薄膜的要求,需要改进。石墨烯薄膜的修饰是提高其导电性能的常用方法,包括盐酸（HCl）和金纳米颗粒（Au NPs）等在内的修饰材料,能够使石墨烯薄膜的导电能力虽然获得巨大提升。然而,目前使用这些修饰材料的石墨烯电学稳定性很差,在许多条件下受限。因此,本文在石墨烯薄膜的转移过程中,通过对石墨烯薄膜与基底之间HCl、Au NPs的界面修饰,制备了同时具有高导电能力和优异电学稳定性的界面修饰石墨烯薄膜。主要研究内容如下: （1）首先,使用CVD法在铜基底上制备了高质量的石墨烯薄膜,转移到硅片（Si O2/Si）基底后具有857Ω/sq的方块电阻和2.1%的差异系数,同时具有97.28%的透过率。对放置在空气中的石墨烯薄膜进行长期监测,其方块电阻在一定范围内发生轻微波动,将样品在350℃退火1 h后,石墨烯薄膜的方块电阻从840Ω/sq增大到897Ω/sq,仅增大6.8%,说明CVD法制备的石墨烯薄膜具有良好的电学稳定性。 （2）然后,改进了传统HCl修饰石墨烯制备工艺,在Si O2/Si基底上制备了具有高导电性能的HCl界面修饰石墨烯薄膜。通过改变HCl浓度和漂洗时间,探究了不同条件下制备HCl界面修饰石墨烯薄膜的电学性能,特别地,当HCl浓度为12 mol/L,漂洗时间为30 s时,HCl界面修饰石墨烯薄膜的方块电阻获得了最大的降低幅度,从872Ω/sq下降到了335Ω/sq,下降幅度为61%。随后对比了传统及本方案HCl修饰石墨烯薄膜的电学稳定性,HCl表面修饰石墨烯薄膜在空气中放置72 h后,其方块电阻恢复到修饰前水平,100℃退火10 min后,样品的方块电阻增大幅度超过100%。而HCl界面修饰石墨烯薄膜在空气中放置72天后,方块电阻仅从398Ω/sq增加到491Ω/sq,在200℃退火1 h后,方块电阻从415Ω/sq增加到656Ω/sq。可以说明界面修饰石墨烯薄膜电学稳定性获得巨大提升。 （3）最后,制备了Au NPs界面修饰石墨烯薄膜,该样品的方块电阻与修饰前相比,下降了65%。同时,研究了样品在空气中长时间放置和高温退火对样品电学性能的影响。在空气中放置一年后,方块电阻从274Ω/sq增加到330Ω/sq,增大幅度为7.8%。在350℃退火1 h后,方块电阻从305Ω/sq增加到384Ω/sq,增大幅度为9.1%。同样条件下,Au NPs表面修饰石墨烯薄膜的方块电阻分别增大了83%和40%,其电学稳定获得巨大的提升。

关键词： 石墨烯纳米带   横向异质结   自旋分离   自旋极化  

摘要： 如何有效调控自旋输运是自旋电子学中的一个重要课题。锯齿型石墨烯纳米带(ZGNRs)因其具有奇特的电学和磁学性质,成为制备自旋电子学器件的理想候选材料之一。目前,通过外加电场调控或非对称化学修饰等手段,可在ZGNRs中获得完全自旋极化电流。但上述两类方法存在所需电场太高难以实现以及不可控的掺杂浓度等问题。如何在ZGNRs中获得稳定的高度自旋极化,仍是当前该领域的研究热点。最近研究发现,由石墨烯和h-BN纳米带组成的复合纳米结构具有独特的物理性质和输运特性。本文采用密度泛函理论结合非平衡格林函数方法,以锯齿型h-BN/石墨烯横向异质结为研究对象,理论研究了异质结界面对ZGNRs自旋输运性质的调控作用,主要工作如下: 1.基于锯齿型h-BN/石墨烯单边复合异质结构设计了自旋过滤器件。该异质结具有B-C和N-C两种界面构型。在铁磁构型下,两种异构器件均能实现完全自旋极化输运(极化率100%)。这是由于异质结构界面的自发极化,进而产生的极化场作用于窄ZGNR,使其自旋极化边沿态朝相反的方向移动,诱导了半金属性。同时,计算结果表明,在该异构器件中,自旋极化方向高度依赖于h-BN和石墨烯复合的界面构型,而自旋极化率仅取决于复合纳米带中窄ZGNR带宽。该机制有效克服了传统外加电场或者原子掺杂等手段在ZGNRs中获得自旋极化输运的困难。 2.基于锯齿型h-BN/石墨烯双边复合异质结构设计了自旋分离器。在上述器件基础上,探究了B-C和N-C界面共同作用下,h-BN/石墨烯异构器件的量子输运特性。研究发现,具有双界面的异构器件不仅表现出单一界面异构器件所具有的100%自旋极化输运特性,还能同时获得两股自旋取向不同的完全自旋极化电流,自旋向上和自旋向下的电流分别从两个相互独立的通道流出,从而实现自旋分离。这源于B-C和N-C界面极化效应形成的方向相反的极化场,同时作用于被h-BN纳米带隔开两侧窄n-ZGNRs,使其具有不同自旋极性的半金属丰度。该方案是具有鲁棒性的,在异质界面处存在空位缺陷或紊乱情况下,也可以实现稳定的自旋分离。同时,在锯齿型硅烯纳米带中,通过嵌入锯齿型铝磷纳米带构建双边异构器件,同样实现了自旋分离效应,说明本文所阐述的自旋分离器设计理念不局限于锯齿型石墨烯纳米带,也适用于其他具有相似几何结构和电子结构的类石墨烯材料中。这些发现为未来二维自旋电子器件应用提供了一个有效的自旋调控手段。

关键词： InGaN   光电探测器   石墨烯   Cs3Cu2I5   表界面调控  

摘要： 可见光通信（Visible light communication,VLC）技术由于频谱资源丰富、保密性强及绿色节能等特点,在电磁敏感区通信、水下通信及车间通信等领域引起了广泛的关注,被认为是6G空天地一体化通信网络中重要的组成部分。光电探测器作为接收模块,是VLC系统的关键核心,其性能决定VLC系统的传输速率和可靠性。因此,适用于VLC系统的光电探测器受到了研究者的广泛关注。InGaN基光电探测器由于工作波段连续可调,避免了VLC系统中滤光片的使用,从而提高VLC系统的集成度和可靠性,在VLC领域展现出巨大的应用前景。石墨烯作为一种新型的二维材料,具有良好的导电性、透光性和高载流子传输能力,在光电器件领域被广泛应用。将InGaN和石墨烯两者结合制备InGaN/石墨烯异质结光电探测器,有望充分发挥InGaN和石墨烯各自的优势,实现器件性能的提升。虽然InGaN低维材料（如纳米柱与量子点）与石墨烯异质结光电探测器有了一定进展,但依然面临如下问题:（1）如何抑制InGaN表面由于In偏析、团簇等问题导致InGaN/石墨烯高密度界面态,降低器件的暗电流;（2）如何增强InGaN/石墨烯内建电场强度,提升器件的响应度;（3）针对多波长探测场景如何调控器件的探测波段。针对上述问题,为了获得高性能InGaN/石墨烯异质结光电探测器,本论文按照“InGaN/石墨烯异质界面调控”→“InGaN/石墨烯异质结能带调控”→“InGaN/石墨烯异质结电荷收集区调控”的研究思路展开,取得的主要成果如下:1、构建InGaN/Al2O3/石墨烯Metal-Insulator-Semiconductor（MIS）结构,调控InGaN/石墨烯异质界面,实现了低暗电流异质结光电探测器制备。针对InGaN薄膜表面高密度表面态导致InGaN/石墨烯异质结光电探测器暗电流大的问题,以Al2O3层调控InGaN/石墨烯异质界面特性。研究表明,引入合适厚度的Al2O3层后InGaN与石墨烯之间的势垒高度增加,来自石墨烯的电子被高势垒阻挡降低暗电流;InGaN薄膜中空穴以隧穿方式通过Al2O3层,器件的光电流基本保持不变。最终制备的器件暗电流降低两个数量级、光电流提升一个数量级。器件的响应度达到20.54 A/W@-3 V、响应时间为24.6/44.3μs@-3 V。2、构筑InGaN/石墨烯/氧化石墨烯量子点异质结构,调控InGaN/石墨烯能带结构,实现高响应度光电探测器制备。针对InGaN/石墨烯内建电场弱的问题,引入氧化石墨烯量子点对石墨烯费米能级进行调控;氧化石墨烯量子点的引入导致石墨烯中电子流向氧化石墨烯量子点,石墨烯费米能级下降,InGaN/石墨烯的内建电场增加,从而更快、更有效地分离光生载流子产生更大的光电流。引入氧化石墨烯量子点后,所制备的器件响应度峰值从20.54 A/W增加到了323.64 A/W,增加了约1515%。器件响应时间为40/100μs。3、设计InGaN/石墨烯/Cs3Cu2I5异质结构,调控器件电荷收集区,实现波长选择性光电探测器的制备。针对InGaN/石墨烯异质结光电探测器探测波段单一的问题,基于电荷窄化收集效应引入Cs3Cu2I5层对异质结电荷收集区进行调控,厚Cs3Cu2I5层的引入导致器件在短波下产生的光生载流子分布在远离异质界面的Cs3Cu2I5层,而长波产生的光生载流子分布在InGaN中。通过调节器件反向偏压实现电荷收集区的改变,对短波下产生的光生载流子进行选择性收集,使器件具有蓝光单波段探测和紫外/蓝光多波段探测能力。此外,研究表明Cs3Cu2I5薄膜与InGaN/石墨烯衬底间弱相互作用力与低吸附原子扩散势垒减少了Cs3Cu2I5的成核位点数量,从而提高了Cs3Cu2I5薄膜晶体质量。所制备光电探测器在430 nm处响应度和探测率分别达到最大值0.57 A/W@-2 V和3.09×1010Jones@-2 V,器件响应上升/下降时间为240.2/256.5μs。综上,本论文通过对InGaN/石墨烯异质结的界面、能带及电荷收集区进行调控,最终获得了低暗电流、高响应度和具有波长选择性探测的光电探测器,优异的性能使其在光电探测领域显示出巨大的应用潜力。本论文的研究对于InGaN/石墨烯异质结光电探测器的的构建及性能调控具有一定的指导意义。

关键词： 超级电容器   微撞击流反应器   钴铝水滑石   石墨烯   镍钴铝水滑石  

摘要： 近年来,超级电容器凭借其优异的能量及功率密度、卓越的循环稳定性能和对生态友好的特性而在储能领域受到了极大的关注。为了充分发挥超级电容器作为储能器件的潜力,科研工作者将许多研究都聚焦于改善其电极材料的电化学性能上。钴铝水滑石（Co Al-LDH）由于具有多种氧化还原态,独特的层状结构能提供丰富的电化学活性位点、环境友好性而被认为是用于制备高性能超级电容器中最有前景的电极材料之一。然而许多通过传统共沉淀法以及水热法制备的钴铝水滑石基材料都发生了明显的团聚现象,这无疑会对其电化学性能造成不利的影响。本文利用微撞击流反应器（MISR）在强化微观混合方面的诸多优势,通过MISR共沉淀法并结合水热法成功制备了形貌较为规整、电化学性能较为良好的钴铝水滑石及其复合材料。主要结论如下:（1）利用MISR共沉淀法制备了Co Al-LDH材料并确定了其最佳工艺条件:进料流量为120 m L min-1、钴铝摩尔比为2:1、陈化时间为5 h、碳酸钠添加量为8.20 wt%。在最佳工艺条件下,Co Al-LDH电极材料在电流密度为1 A g-1时,表现出618.2 F g-1的初始比电容值,并且在循环充放电2000圈后,其容量保持率可达89.2%。而在相同工艺和测试条件下通过传统搅拌槽反应器（STR）制备的Co Al-LDH材料的初始比电容值和循环稳定性分别仅为563.6 F g-1和50.8%。（2）在MISR共沉淀法制备钴铝水滑石的最佳工艺条件的基础上,通过MISR将Co Al-LDH材料均匀负载在氧化石墨烯（GO）上,之后通过水热法将GO还原,成功制得Co Al-LDH/r GO复合材料。在水热温度为140℃、水热时间为6 h、GO添加量为0.77 wt%的条件下,所制得的Co Al-LDH/r GO复合电极材料电化学性能最佳。在此条件下,复合电极材料在电流密度为1 A g-1时,表现出998.2 F g-1的初始比电容值,并且经过5000圈的循环充放电后,其容量保持率可达97.9%。随后将Co Al-LDH/r GO作为正极材料,活性炭作为负极材料组装了Co Al-LDH/r GO//AC不对称超级电容器器件（ASC）,并在0.5 A g-1的电流密度下考察了其电化学性能,ASC器件表现出了36.3 F g-1的初始比电容值并且经过5000圈的循环充放电后,其容量保持率可达91.5%。（3）以MISR共沉淀法制备Co Al-LDH材料的最佳工艺条件为基础,通过MISR将镍元素掺杂进Co Al-LDH材料中,制备了Ni Co Al-LDH材料并明确了最佳镍钴铝摩尔为0.667:1.333:1。在最佳镍钴铝摩尔比的条件下,Ni Co Al-LDH材料在电流密度为1 A g-1时,表现出1229.1 F g-1的比电容值,循环充放电1000圈后,电容保持率为97.0%。

关键词： 等离子体纳米激光器   分布式反馈   放大自发辐射   CsPbBr3量子点   石墨烯   Fe3O4@Ag纳米颗粒  

摘要： 激光器作为集成光子器件的关键元件,在数据通信设备、医学诊断、传感器以及光谱工具中具有潜在的应用。相对于有机半导体材料而言,无机钙钛矿材料因带隙可调、高载流子迁移率及低的俄歇复合等优异的光电特性,已成为激光领域中最有潜力的光学增益材料之一,有望实现低阈值激光器,促进电泵浦激光器发展。本论文基于无机CsPbBr3材料及其器件的激射性能展开研究,具体内容如下:(1)设计了 一种在可见光区的基于半导体-石墨烯-绝缘体-金属(Semiconductor-Graphene-Insulator-Metal,SGIM)结构的新型钙钛矿等离子体纳米激光器,其中石墨烯放置在无机CsPbBr3纳米线和沉积有二氧化硅(Silicon Dioxide,SiO2)的半圆形银脊基底之间。基于有限元方法,通过研究不同石墨烯厚度和CsPbBr3纳米线半径对混合等离子体波导的模式特性和传输特性的影响,得到混合等离子体波导的最佳结构参数。该器件可以在可见光区域实现0.72 μm-1的低增益阈值。同时探究了表面等离子体激元模式以及钙钛矿引导模式的空间分布。与金或铜脊基底相比,基于银脊基底的等离子体波导表现出较强的激射强度以及较小的传播损耗和较大的传播距离,这有利于产生较低的增益阈值。(2)采用了一种简便和低成本的合成方案,在室温空气中制备由溴化铅(PbBr2)和四正辛基溴化铵(TOAB)配体修饰的CsPbBr3量子点(Quantum Dots,QDs)。所制备的CsPbBr3 QDs表现出达至96.6%的光致发光量子产率(Photoluminescence Quantum Yield,PLQY)和低至 12.6 μJ/cm2 的放大自发辐射(Amplified Spontaneous Emission,ASE)阈值,这归因于修饰配体与量子点更牢固地结合。掺杂PMMA的CsPbBr3 QDs展现出了稳定的ASE强度,放置一周后激射强度仍可以保持在初始值的97%。同时,基于分布式反馈(Distributed Feedback,DFB)谐振腔掺入 PMMA 的 CsPbBr3 QDs 实现了增强的ASE特性,其泵浦阈值低至3.6 μJ/cm2,此数值为不含PMMA的(PbBr2+TOAB)处理的 CsPbBr3 QDs 的 28.6%。(3)研究了一种具有可调谐随机激光特性的新型磁可控随机激光器。通过将兼具磁性和等离子体特性的Fe3O4@Ag纳米颗粒(Nanoparticles,NPs)引入液体增益介质环境,随机激光泵浦阈值为7.2 μJ/cm2,是纯增益介质溶液阈值的66.1%。进一步利用外部磁场控制Fe3O4@Ag NPs的颗粒运动,有效调节了随机激光的激射特性。

关键词： 柔性传感器   石墨烯   KH550   环境适应性   飞机结构健康监测  

摘要： 随着我国航空技术和装备的发展,航空传感器的需求量不断增加。目前所用的航空传感器存在柔性差、灵敏性低等缺点,柔性传感器具备优异的导电性能,能够与被监测结构的规则或不规则表面完全贴合,有望取代光纤光栅和应变片等成为新一代航空传感器来进行飞机结构健康监测。此外,大量的航空传感器通常工作在高空、海洋等复杂恶劣的环境,要求航空传感器具备良好的环境适应性。因此,有必要开发一种具备柔性、高灵敏性和良好环境适应性的航空传感器。本文设计了一种石墨烯/PDMS柔性传感器的制备方法,研究了石墨烯/PDMS柔性传感器的传感性能和环境适应性,并探索了其在飞机结构健康监测方面的应用潜力。本文通过KH550功能化改性石墨烯,改善了石墨烯在PDMS基体中的分散性,从而提高了石墨烯/PDMS柔性传感器的性能。在所制备的柔性传感器中,MGE/PDMS柔性传感器具有较大的传感范围(48%)、高灵敏性(在20%-40%应变区间,GF为152)和良好的线性度(>90%),响应时间仅为0.12 s,具有弯曲变形响应和检测微小变形的能力,在10000次循环加载-卸载测试中输出稳定,表现出可靠的稳定性和重复性。经过16天的盐雾测试和20天的湿热测试,MGE/PDMS柔性传感器的灵敏性没有大幅降低,线性度仍大于90%,在10000次循环加载-卸载测试中表现良好,具有良好的环境适应性。在模拟飞机服役过程中可能会遇到的冲击情况的敲击试验中,柔性传感器阵列展现出良好的信号响应和冲击定位能力。以上研究表明,本文所制备的航空用石墨烯/PDMS柔性传感器具有良好的传感性能,可以在盐雾和湿热等恶劣环境中正常工作,能够实现对外界冲击载荷的损伤定位和识别,在航空领域有着广阔的应用前景。