关键词： 纳米C-S-H-PCE   水泥砂浆   加速机理   水化进程   微结构  

摘要： 在国家大力推广装配式建筑以及抢修加固工程等特殊需求形势下,一种高效的纳米复合材料应运而生----纳米C-S-H-PCE。纳米C-S-H-PCE作为一种新型纳米复合材料能够有效的提升水泥的早期水化性能,提高混凝土构件的生产效率,提高了装配式建筑的施工进度,也能加快抢修工程的进度使其能够快速恢复。纳米C-S-H-PCE作为一种纳米改性材料对水泥浆体早期的水化行为以及微结构的演变都有直接影响,从而影响水泥浆体的工作性、力学性能以及耐久性能。所以,探究纳米C-S-H-PCE对早期水泥的水化历程调控、微结构演变及性能具有重要意义。本文从不同角度探究纳米C-S-H-PCE对水泥早期水化行为的影响,分析了纳米C-S-H-PCE对水泥水化的作用机理,并对水泥浆体的水化产物及微结构进行表征,最终探明了纳米C-S-H-PCE对水泥浆体早期水化及微结构演变的影响。试验成果如下:（1）纳米C-S-H-PCE加速了水泥的水化进程通过凝结时间、电导率、pH试验以及胶砂强度等试验研究了纳米C-S-H-PCE对水泥水化进程的影响,结论得出:随着纳米C-S-H-PCE的增加,水泥浆体的凝结时间显著降低;电导率随着纳米C-S-H-PCE的增加逐渐上升,离子溶出加快;化学结合水含量随着纳米C-S-H-PCE的增加而增加,纳米C-S-H-PCE提升了水泥浆体的水化程度。通过胶砂强度试验探究了纳米C-S-H-PCE对水泥砂浆抗压强度的影响规律,结果表明:纳米C-S-H-PCE的加入显著增加了水泥砂浆的抗压强度。上述试验均证明了纳米C-S-H-PCE对水泥浆体的水化进程具有一定的加速作用。（2）纳米C-S-H-PCE加速了水泥水化产物的生成和微结构的形成通过热重和X-射线衍射试验探究了纳米C-S-H-PCE对水泥水化产物氢氧化钙（CH）的影响,研究表明:纳米C-S-H-PCE加快了 CH的生成,其含量随纳米C-S-H-PCE掺量的增加而增加。通过红外光谱和固体核磁试验研究了纳米C-S-H-PCE对水化产物C-S-H凝胶聚合度的影响。红外光谱试验证明:随着纳米C-S-H-PCE掺量的增大,Si-O键的伸缩振动峰峰值向高波偏移,峰强度和峰面积也明显变大,纳米C-S-H-PCE加快了硅氧四面体向更高形态发生聚合;固体核磁试验证明了纳米C-S-H-PCE的加入促使C-S-H凝胶的直链平均长度增加,C-S-H凝胶中硅氧四面体的聚合度显著提升。上述试验均表明了纳米C-S-H-PCE的加入促进了水化产物C-S-H凝胶的生成,其含量随纳米C-S-H-PCE掺量的增大而增大。通过超声波试验研究了水泥砂浆超声波波速的变化规律,结果表明:水泥砂浆的超声波波速随着纳米C-S-H-PCE的增大而增大,说明了纳米C-S-H-PCE使得水泥砂浆的密实度增大;通过压汞试验证明了水泥浆体的最可几孔径以及累积孔体积随着纳米C-S-H-PCE掺量的增大而不断减小,证实了纳米C-S-H-PCE促进了水泥浆体的水化进程;通过BET试验证明了随着纳米C-S-H-PCE的加入,水泥浆体内不断出现凝胶孔,最可几孔径不断往小孔偏移,比表面积不断增大,说明了水化产物C-S-H凝胶的生成量不断增多。SEM观察到掺入纳米C-S-H-PCE的水泥浆体内部水化产物明显多于水泥净浆,水化产物变多,内部结构更加密实。以上试验证实了随着纳米C-S-H-PCE的掺加,水泥浆体内部不断致密,水化产物生成量增多,水化进程加快。（3）纳米C-S-H-PCE加速了掺加矿物掺合料的水泥水化进程和微结构的形成通过凝结时间、电导率、以及化学结合水等试验研究了纳米C-S-H-PCE对水泥水化过程的影响,结果表明:随着纳米C-S-H-PCE的增加,水泥浆体的凝结时间降低;电导率随着纳米C-S-H-PCE的增加逐渐上升,水泥颗粒离子溶出加快;化学结合水含量随着纳米C-S-H-PCE的增加而增加,纳米C-S-H-PCE提升了水泥浆体的水化程度。通过水泥胶砂强度试验研究了纳米C-S-H-PCE对水泥砂浆强度的影响规律,结果表明:纳米C-S-H-PCE的加入显著增加了水泥砂浆的抗压强度。以上试验证明了纳米C-S-H-PCE对水泥浆体的水化具有一定的加速作用。通过FTIR（红外光谱）试验研究了纳米C-S-H-PCE对水化产物C-S-H凝胶聚合度的影响。试验证明:随着纳米C-S-H-PCE掺量的增大,Si-O键的伸缩振动峰峰值向高波数偏移,峰强度和峰面积明显变大,纳米C-S-H-PCE加快了硅氧四面体的聚合;通过超声波检测试验研究了水泥砂浆超声波波速的变化规律,结果表明:水泥砂浆的超声波波速随纳米C-S-H-PCE掺量的增大而增大,说明了纳米C-S-H-PCE使得水泥砂浆的密实度增大;压汞试验证明了水泥浆体的最可几孔径及累积孔体积随纳米C-S-H-PCE掺量的增加而

关键词： 侵蚀性离子传输抑制剂   分子动力学   去质子化羧基亲水基团   水化产物微观结构   传输性能  

摘要： 在严酷的海洋环境中,氯离子等侵蚀性离子侵入钢筋表面,诱发钢筋腐蚀与混凝土劣化,最终导致服役的钢筋混凝土结构设施失效破坏。因此,延缓侵蚀性离子在混凝土中的传输速率对提高钢筋混凝土结构耐久性至关重要,研发适用于钢筋混凝土体系的高效可控的侵蚀离子传输抑制技术,已成为混凝土耐久性领域研究热点。侵蚀性离子传输抑制剂是一类双亲性的聚合物,可以调控水泥混凝土的水分与离子的输运性能,也是提升混凝土耐久性的创新方法。本文将侵蚀性离子传输抑制剂的设计深入到微、纳观层次,利用分子动力学构建了氯离子在水泥基材料孔道中输运的模型,并研究了双亲聚合物的侵蚀离子抑制机理,建立起分子构型与抑制效率的关联关系,提出优化的分子结构构型。在此基础上,合成水化硅酸钙凝胶(C-S-H)与抑制剂的复合材料,综合利用现代测试技术表征C-S-H与抑制剂的微观结构与相互作用机理。最终,将抑制剂掺杂到水泥浆体中,综合评价对水泥浆体的力学性能、亲疏水、孔结构与传输性能的改性效果。本文取得主要成果如下:(1)基于分子动力学技术揭示了侵蚀离子传输抑制剂的纳观作用机理,建立了抑制剂分子结构与离子传输性能的关联关系,提出了基于双亲聚合物的羧基数目的抑制剂优化方法。分子模拟的研究表明抑制剂中的去质子化羧基中的氧原子(Op)和基体中的钙离子(Ca)可发生强键合作用,使得抑制剂分子可以牢牢吸附在C-S-H表面,而疏水基团起到“憎水刷”的效果,阻碍侵蚀离子与水分子的渗入。抑制剂聚合物分子中含氧去质子化羧基亲水基团的数目决定着侵蚀离子抑制剂的阻水效果。随着去质子化羧基数目的增多,抑制剂阻水效果提升,聚合物中包含2个去质子化羧基时,抑制效果最佳。但是,包含更多亲水基团个数的聚合物未持续提升侵蚀抑制效果,其原因是亲水基团数目增多后,抑制剂分子更倾向于与水分子相互作用并游离于溶液中,抑制剂与C-S-H界面锚固作用弱化,从而无法发挥足够的阻水效果。综合考虑抑制效率和多亲水基团开发成本,当去质子化羧基个数为2时,抑制剂的性价比最高。(2)基于最优分子构型,设计了侵蚀离子传输抑制剂(TIA401),并合成了C-S-H凝胶与抑制剂的复合材料(C-S-H/T),综合采用SEM、XRD、TG、XPS等测试手段系统探究了抑制剂对合成C-S-H化学组成、微观结构与形貌特征的影响机制。通过XRD、TG、XRF测试表明所合成的水化产物C-S-H为纯度超过96%的C-S-H(I)。抑制剂引入后的C-S-H/T相较无掺杂的C-S-H凝胶的水化产物堆积与聚集程度更致密,C-S-H层间距的[002]晶面间距变小,层间距缩小,结晶程度提高。同时,TIA401的引入会影响水化产物的反应过程与物相组成,C-S-H凝胶中的钙离子与抑制剂亲水基团结合,促进了钙离子溶解,并进一步诱导氢氧化钙晶体的生成。(3)将TIA401抑制剂掺入水泥净浆,研究了0%到10%掺量TIA401抑制剂情况下,水泥净浆的宏观力学性能与传输性能,并通过微观试验研究深入分析了TIA401对水泥净浆的作用机理。研究发现水泥净浆的吸水率随着抑制剂掺量的提高而显著降低,相比较于未掺杂试样,28天龄期水泥净浆的初期吸水率最高可降低92.1%,饱和吸水率最高可降低83.6%。与此同时,在显著提升水泥净浆的抗渗透性的前提下,抑制剂的掺入并不显著改变水泥净浆的强度,28天抗压强度波动范围在7Mpa以内。水与水泥净浆的内部接触角随掺量逐渐增大到82.6°,掺量达到6%以后不再发生明显的变化。微观形貌的测试研究发现,抑制剂掺量较低的情况下浆体微观形貌无明显改变。随着抑制剂掺量提高,凝胶浆体趋于致密,但过量的抑制剂掺杂会导致浆体表面致密程度降低。通过热重定量分析水化产物含量,研究发现抑制剂的掺入可以促进氢氧化钙的生成,使得浆体中C-S-H的钙硅比降低。最后通过BET方法对抑制剂改性浆体的孔结构进行表征,发现抑制剂中疏水部分有引气效果,使水泥净浆引入更小的孔,降低水泥浆体的平均孔径,在抑制剂的掺量为6%时,平均孔径达到最低,为46.127(?),当掺量比较大时,浆体的孔容和平均孔径都增大,综合考虑性能和结构,6%为最佳的抑制剂掺量。本文通过分子模拟、微观表征与宏观的试验的方法,综合研究了侵蚀性离子传输抑制剂的构效关系、微观作用机理,并评估了改性水泥基材料的抑制效果。研究成果对于严酷海洋环境下高耐久的钢筋混凝土材料设计有指导作用。

关键词： CO2激光   熔石英材料   微结构加工   激光参数动态变化  

摘要： 在熔石英上加工特定微结构可应用于激光核聚变装置的终端光学元件组中,实现激光光束的调制功能。目前应用于熔石英微结构加工的技术主要有磁流变抛光、大气等离子体、气囊抛光、数控化学抛光等,这些加工技术都存在加工效率较低的问题。激光加工作为一种高效加工方式,逐步应用于各种微结构加工领域中,具有广阔的应用前景。但是熔石英材料对紫外或红外波长的超短脉冲激光吸收率很低,对于波长为1064nm的激光几乎处于透射状态,因此对于飞秒、皮秒、纳秒等超短脉冲激光需要利用辅助介质辅助激光吸收,提高熔石英对这些激光的吸收率。研究表明,熔石英材料对CO2激光吸收率高达85%,因此CO2激光相比于超短脉冲激光能将大部分能量集中于材料表面,减少能量损失。相比于超短脉冲激光,CO2激光加工熔石英材料效率非常高,必将成为熔石英材料的一种主流加工方式。 目前CO2激光技术的加工方式比较繁琐,在单次加工的过程中保持参数固定,加工一定深度材料时需要进行多次激光扫描,尤其是加工具有深度梯度的的材料如曲面结构,需要多次规划扫描轨迹进行多次扫描,显著增加了加工时间。针对这个问题,本文从CO2激光能量调控方面考虑,进行了相关研究,设计搭建了CO2激光装置,并开发了软件实现能量调控功能,最后基于能量调控方式完成了微结构的加工。在能量调控方式下,在单次加工中激光参数可以动态变化,实现不同位置不同深度的加工,可仅在一次加工中完成曲面结构。本文主要研究内容如下: （1）设计及搭建了CO2激光装置。从加工方案的设计、光路系统及元件设计、电气系统及冷却系统设计完成了整个CO2激光装置的搭建工作,并测试了系统性能,得到的聚焦光斑大小为102.4μm;针对元件本身及设备搭建过程中产生的加工畸变进行了校正,并总结了校正方法。 （2）完成了激光装置上位机控制软件的开发工作。使用Visual Studio 2019软件利用微软基础类库（Microsoft Foundation Class,MFC）完成了激光器的开关及参数控制功能、运动平台的控制与监测功能、振镜的控制及参数设置功能、加工轨迹的绘制功能、设备的链接与监测功能、文件传输功能等,并进行轨迹加工实验,验证了上位机控制软件控制性能良好。 （3）基于激光装置进行了激光参数分析及参数优选工艺实验,开发了CO2激光能量调控的控制算法。研究了熔石英材料在CO2激光下的去除特性,采用单因素实验法研究了扫描速度、扫描间距、脉冲宽度、峰值功率等参数与加工深度和材料表面粗糙度的关系,并分析了粗糙度变化的原因,以粗糙度较小为目标确定了较为合适的加工参数,即扫描速度为30mm/s、扫描间距为20μm、峰值功率为50W,在此参数下研究了脉冲宽度与加工深度的关系,以脉冲宽度为变量进行CO2激光的能量调控;使用仿真软件设计了在曲面中具有代表性的正弦结构,提出了直线分段加工和采用定时器加工两种调控CO2激光能量的方式,成功加工出了正弦结构,实际结构的峰谷值与预期设计差距在2μm以内,误差在10%以内,满足预期加工要求。分析误差产生的原因,主要是由于曲线拟合误差及加工中如热效应等其他因素综合造成的。

关键词： 表面等离子体共振   等离子体纳微结构   等离子体共振纳米化学   胶体刻蚀   手性超材料  

摘要： 近年来,可见光驱动的光化学技术因其在解决全球能源危机中表现出的巨大潜力而获得了人们的广泛关注。其中,等离子体纳微结构,由于具备可见光范围内广泛可调的光学性质,在光化学领域中获得了广泛应用。在可见光的激发下,贵金属等离子体纳微结构会发生表面等离子体共振现象,与该过程相伴而生的热效应、场效应以及高能载流子等有价值的物理效应可以作用于化学反应过程,进而实现对反应的催化和空间限域作用,这一领域被称为等离子体共振纳米化学。然而,该研究领域如今仍处于发展阶段,大部分研究仍集中于利用共振模式相对简单的孤立等离子体纳微结构进行催化机理和应用方向的探索。其背后的主要原因之一是传统纳微结构制备技术在成本和制备面积上的限制。胶体刻蚀,作为一种新兴的纳米制备技术,可以低成本且高效地实现多种纳微结构的大面积制备。而基于胶体刻蚀技术构筑的等离子体共振膜具有丰富可调的结构形貌和共振杂化方式,是等离子体共振纳米化学的理想载体,有望为该领域带来新的机遇和更多可能。基于以上背景,在本论文中,我们基于聚合物胶体刻蚀技术制备了多种大面积等离子体纳微结构阵列(膜),并将其应用于等离子体共振纳米化学的研究中,旨在探究等离子体共振纳米化学的反应机理并拓宽其应用领域。在第二章工作中,我们利用胶体刻蚀技术制备了“刺猬状”分级纳米锥结构阵列,并将其应用于等离子体共振纳米化学过程的原位SERS研究中。银纳米锥被设计在三维的聚苯乙烯微球阵列上,形成了分级纳米锥结构阵列。该结构在激光照射的区域内可以形成高密度的等离子体热点。基于纳米锥阵列的尖端增强效应以及对光在三维空间内的有效利用,分级纳米锥结构表现出较强的表面增强拉曼散射(SERS)效应和等离子体催化性能。进一步结合其超灵敏检测性质和催化性能,该结构实现了对等离子体共振诱导催化降解过程的原位SERS研究。本章工作不仅观察了亚甲基蓝分子的分解过程,还揭示了反应的详细机制。因此,基于分级纳米锥阵列的双功能特性,该结构在SERS和原位SERS研究中具有巨大的应用潜力。在第三章工作中,我们利用表面等离子体共振效应限域的纳米化学反应精准诱导等离子体纳米粒子定位生长,建立了一种可大面积构筑多尺度有序纳米粒子组装体的新型原位化学图案化技术。以金纳米孔阵列作为等离子体共振纳米化学的载体,银纳米粒子完全遵循其最强等离子体场区域进行生长,形成了结构形貌可控的银纳米粒子组装体阵列。结合传统光刻技术控制反应位点,可以准确地获得从宏观到亚微米尺度的多尺度图案。区域特异性生成的银纳米粒子组装体可作为优异的SERS基底实现分析物的定量检测和拉曼成像功能,进而被应用于多级信息加密中。同时,该图案化技术展示出良好的普适性,可实现金纳米粒子组装体阵列和聚吡咯纳米盘阵列的构筑,并可被应用在柔性及弯曲基底上实现图案化过程。总体来说,这章工作提出了一种低成本、高通量且简单易行的原位化学图案化技术,该技术可成为新一代防伪标识、传感器和柔性电子器件制备过程中的理想选择。在第四章工作中,我们制备了两种新型手性等离子体超材料,并将其引入等离子体共振纳米化学的研究中。通过结合胶体刻蚀与掠射角沉积技术,我们同时制备了具有手性旋光性质的手性中空纳米火山阵列以及手性中空纳米球壳结构。二者的手性均源于不对称的电荷振荡和电场分布,且手性响应可以通过调整微结构的形貌实现调控。同时,两种结构所提供的手性等离子体空腔在手性传感方面表现出了重要的应用价值。此外,手性纳米火山阵列薄膜可从原有基底上脱离,通过进一步的转移操作,制备成柔性手性材料,而手性中空纳米球壳结构可以通过水凝胶集成,形成可重构的柔性手性材料,这为二者的实际应用奠定了基础。进一步,我们利用同一圆偏振光对不同手性中空纳米火山阵列催化的降解反应进行研究,可以发现在基于圆偏振光的催化反应中,反应速率对手性超材料的旋向具有选择性。本章工作为手性超材料的研究提供了两种新型手性等离子体结构,其在手性传感以及实现等离子体共振纳米化学的可控性上具有应用潜力。

关键词： MnBi   掺杂   Ce   La   磁性能  

摘要： 鉴于重稀土元素价格偏高及供应等问题,选择一种优良的低稀土或无稀土永磁材料具有重要意义。无稀土永磁材料MnBi在150 K-550 K温度内具有正的矫顽力温度系数,在诸多非稀土永磁材料中,展现出良好的应用潜力。然而因MnBi体系中存在包晶反应等问题,高纯MnBi材料较难制备,且纯MnBi永磁材料磁性能偏低,而元素掺杂法被广泛应用于改善永磁材料的磁性能,近年来Ce和La原料价格走低,MnBi原料价格升高,在MnBi材料中掺杂Ce和La元素具有实际意义。本文在控制变量的思路下,在优化纯MnBi材料磁性能基础上,研究Ce和La元素对MnBi材料磁化行为、工作环境及微结构的影响。本文由以下部分组成:1.本文研究了熔体快淬、热处理等工艺对MnBi永磁材料的磁性能影响,发现热处理温度为563 K,热处理时长为12 h时,磁性能最佳,粉末Mr数值为27·65 A·m2·kg-1,Hcj数值为341.13 kA·m-1;铜辊线速度为30 m/s,热处理温度为563 K,热处理时长为2.0 h时,薄带磁性能最佳,Hcj数值为423.05 kA.m-1,Mr数值为24.75 A·m2·kg-1,相比于粉末,薄带综合性能更佳,且薄带工艺时长远低于粉末,因而选定薄带作为后续实验研究对象。2.本文研究了 La元素掺杂对MnBi永磁材料磁性能的影响。Mn49Bi48La3和Mn48Bi48La4薄带DSC结果表明适量La元素可略微降低MnBi材料中α相形成难度(2 K-3 K);Mn52Bi48热处理薄带样品室温(BH)max为17.84 kJ/m3,Mn50Bi48La2室温(BH)max 为薄带 27.06 kJ/m3,约为 Mn52Bi48 回火薄带的 1.5 倍,这表明适量La元素可提高其磁性能;XRD精修结果表明Mn50Bi48La2薄带中α相质量分数为88.98%,Mn52Bi48薄带则为80.44%,这表明掺杂适量La元素可提高α相纯度。3.本文研究了 Ce元素掺杂对MnBi永磁材料磁性能及微结构的影响。Mn50Bi48Ce2薄带室温(BH)max为18.23 kJ/m3,约为Mn52Bi48薄带的4倍,Mn50Bi48Ce2薄带中α相质量分数为75.60%,约为Mn52Bi48薄带的4.27倍,这表明适量的Ce元素在提纯MnBi的同时,会优化其磁性能;SEM结果表明Ce元素可极大增加Mn和Bi元素接触面积,有助于α相形成,TEM结果表明Ce元素进入α相晶格,可能导致磁各向异性增强;回复曲线结果表明Mn50Bi48Ce2薄带交换耦合作用强于Mn52Bi48薄带,且其磁损耗远低于Mn52Bi48薄带。

关键词： CsPbCl3钙钛矿量子点   掺杂   包覆   稳定性   白光LED  

摘要： 全无机卤化铅钙钛矿量子点具有成本低、色纯度高(窄PL发射)、可调谐发射光谱以及高光致发光量子产率(PLQY)等优异光学特性,被认为是未来数十年最有前途的光电材料,在发光二极管(LED)、光电探测器、太阳能电池等领域具有广阔的应用前景。基于白光LED应用领域而言,三原色(红、绿、蓝)需要良好的颜色纯度和亮度,然而卤化铅钙钛矿中含有的有毒元素Pb,会对人体和环境造成伤害,因此,如何减少或取代重金属铅是现在科学家面临的一个挑战。此外,由于卤化铅钙钛矿量子点固有的离子键性质和有机封端配体的影响,钙钛矿量子点在水分、空气和极性的环境下会快速降解,极大地降低了它的稳定性,这也成为了制约其在产业化应用过程的一大因素。为解决上述缺点,在绿色CsPbBr钙钛矿量子点的稳定性取得了许多成就,然而量子点在红色色域方面的进展不如绿色量子点,对溴系进行重掺杂以期获得其他色域的发光也容易造成过多深能级缺陷降低发光效率,同时碘系钙钛矿材料稳定性过低,因此本文选取CsPbCl钙钛矿量子点为研究对象,据报道其Pb位掺杂冗余度较高,且通常情况下CsPbCl钙钛矿量子点的PLQY低于15%。因此,本论文针对CsPbCl钙钛矿量子点存在的几个问题展开研究,成果如下:(1)通过对CsPbCl钙钛矿量子点的合成条件进行优化,探究热注入反应温度对CsPbCl钙钛矿量子点合成形貌的影响,优化得到CsPbCl钙钛矿量子点的合适热注入温度为200℃。在此基础上,应用了Mn掺杂策略。Mn的掺杂可以降低有毒元素Pb的含量,然后提高一定的钙钛矿量子点的稳定性。增加Mn的掺杂含量,本征激发峰的持续时间明显改善;在较高的掺杂含量下,通过Mn的d-d跃迁引入了较宽的红色发射,拓宽了CsPbCl钙钛矿量子点的发射光谱范围,提升了光学性质,使得名义成分为CsPbMn Cl钙钛矿量子点的整体PLQY增加到54.32%。(2)以提高CsPbMn Cl量子点的环境稳定性为目标,为了进一步防止氧气和水的渗透,通过氨丙基三乙氧基硅烷的水解合成了具有物理包覆壳的CsPbMn Cl@Si O纳米复合结构材料。通过数小时内加速模拟老化试验和对PL光谱的考察表明,包覆后的钙钛矿量子点相对峰强度维持在初始强度的74%,峰位的偏移也受到抑制。最后,将纳米复合结构材料制成白光发光器件(WLED),在商用In Ga N芯片的照射下,该器件表现出良好的色彩协调性,CIE颜色坐标为(0.31,0.35)。因此,这种纳米复合结构的CsPbMn Cl@Si O钙钛矿量子点在具有优异光学性能的前提下,同时提高了对水分和有害极性溶剂的稳定性,因此,这种包覆方法可以为照明和显示领域的未来应用铺平道路。(3)钙钛矿量子点中的高密度缺陷和陷阱导致了非辐射复合,降低了光致发光量子产率。因而,在以上实验的基础上,为了进一步降低CsPbMn Cl量子点中的铅元素含量和提高它的光致发光量子产率,使用Zn作为掺杂元素合成了离子共掺杂的名义成分为CsPbMn Zn Cl钙钛矿量子点,通过该实验研究了Zn掺杂对CsPbMn Cl钙钛矿量子点荧光性能的影响。结果表明Zn的掺杂增强了Mn的发射峰强度,抑制了CsPbMn Cl钙钛矿量子点表面的高密度缺陷和陷阱,将共掺杂量子点的荧光量子效率从50.13%最高提升至70.31%,并且通过控制掺杂Zn的含量得出最佳的掺杂比例为Zn:Pb=2:1,这将较大的拓展了CsPbCl钙钛矿量子点在未来商业的应用前景。

关键词： 微结构   透射电子显微镜   ACr3As3   Bi4.2K0.8Fe2O9+δ   Fe1+yTexSe1-x  

摘要： 功能材料的微结构,如原子占位、晶体缺陷、结构不均匀性、相分离等与其物理性能紧密关联。材料的微结构表征对其物理机制理解有着重要的指导意义。透射电子显微镜高的空间分辨率及优异的综合结构表征能力使其在功能材料微结构研究中具有显著优势。本论文主要通过电子显微技术对几种典型超导及多铁材料的微结构进行系统表征与研究,探索微结构与物理性能之间的关系。主要包括以下几部分内容:一,ACrAs(A=K,Rb)单晶是以ACrAs单晶为前驱体通过化学离子脱嵌法脱去一个A离子获得的。通过扫描和透射电子显微镜对ACrAs的微结构进行系统表征,发现在ACrAs样品中,沿[001]带轴方向都可以观察到样品普遍存在两种结构相,即纳米尺度ACrAs结晶区域和树枝状非晶区域,分析认为非晶区域的形成与离子脱嵌引起的ACrAs晶胞体积减少及CrAs链的相对扭转有关。EDS元素成分面扫描结果显示A和Cr均匀分布在整块ACrAs晶体中,树枝状非晶区域内As元素的含量明显偏低。我们进一步分析了KCrAs样品中残留的KCrAs母相以及缺少一个K离子但仍保持类KCrAs中CrAs链相对构型的“过渡结构”。推测出KCrAs单晶通过离子脱嵌生成KCrAs的过程:KCrAs优先脱出一个通道内K离子,此时,相邻的CrAs链相对构型几乎不变,之后,随着K离子的进一步脱出,剩余K离子重排,CrAs链逐渐扭转。K离子脱嵌引起的局域应力是引发CrAs链相对构型转换的关键因素。结合原子级分辨率的高角环形暗场像对共存区域中CrAs链的扭转角度进行定量测量,发现KCrAs相与KCrAs相之间的过渡区域通常为1～2个CrAs链。二,室温多铁材料BiKFeO是由岩盐层和钙钛矿层沿c方向交替堆叠而成,位于两个钙钛矿层之间的介电岩盐层,可以调控钙钛矿层的晶格畸变以及相应的物理性能。通过透射电子显微镜对BiKFeO中的调制结构进行了系统表征。BiKFeO纳米带沿[100]、[001]、[010]以及[110]带轴的选区电子衍射花样表明BiKFeO纳米带中存在调制结构,调制矢量q*=0.25b*+c*。利用[100]带轴的高角环形暗场像对调制结构进行深入分析,通过周期函数拟合该调制结构沿c方向和b方向的位移参数,结果显示调制波沿c方向形成横波,沿b方向形成纵波。对于横波来说,近邻的4个Bi原子层相位一致,并且外围两个Bi原子层的调制波振幅与中间两个Bi原子层振幅差异较小,位移方向关于中间两个Bi原子层间的镜面对称;对于纵波来说,4个Bi原子层相位一致,但是外围两个Bi原子层的调制波振幅小于中间两个Bi原子层。通过原子级EDS元素成分面扫描得到Bi、Fe、K元素的原子占位,进一步明确BiKFeO晶胞中K离子主要位于两层Fe离子之间,并不是随机占据钙钛矿层中Bi离子的位置。三,在FeTe和FeTeSe超导体系中,间隙Fe2的含量对其物理性能影响显著。通过透射电子显微镜对FeTe和FeTeSe样品的微结构进行了系统表征,发现间隙Fe2在FeTe样品中有无序和局域有序两种典型存在模式;间隙Fe2的有序分布可在局域形成调制矢量q=1/8(3,0,4)的超结构相。在FeTeSe样品中间隙Fe2的含量明显低于FeTe,且没有观察到间隙Fe2的有序超结构,推测该微结构特性与其高的超导转变温度相关联。利用高角环形暗场像定量提取Te(Se)层原子柱的强度信息,对FeTeSe样品中Se的掺杂位置进行了分析,结果表明FeTeSe在微区内存在化学组分不均匀,且Se在FeTeSe样品中随机分布,不存在有序取代。

关键词： 热二极管   微结构吸液芯   液体单向流动   单向传热  

摘要： 热管作为一种具有高效传热的元件被广泛应用于电子器件散热领域。而随着电子产品的快速发展,传统热管的功能已不能满足现有电子产品的传热需求。传统热管传热方向为双向性,即热量从高温端传递到低温端。因此,当冷凝端温度高于蒸发端时,热量会反向传递,即从原来的冷凝端传递到原来的蒸发段处。最终导致外界热量传递到发热元件（芯片或CPU）处,对发热元件造成损害。为了解决上述问题,本文提出一种可控制液体单向流动的微结构吸液芯,并基于该微结构吸液芯设计一种热二极管,该热二极管具有单向传热的特性。液体在微结构吸液芯正反方向流动时受到大小不同的阻力。当热二极管正向传热时,液体从冷凝段流向蒸发段时受到的阻力较小,热管内部可实现相变循环。当热二极管反向传热时,液体流动方向改变且此时受到的阻力较大,使液体回流受阻,使蒸发段逐渐变成干涸状态,热二极管内部相变循环中断,最终导致不能传热。根据设计方案,制造并测试了热二极管。测试结果表明,本文提出的热二极管在合适的参数下,正反两个方向传热热阻最大比值为4倍。本文把一种控制液体单向流动的微结构吸液芯应用于热管设计中,提出了一种能实现单向传热的热二极管,为单向传热散热元件研究提供一种新思路。主要研究内容包括:（1）提出了一种可控制液体单向流动的微结构吸液芯,并以该微结构吸液芯为核心,设计并制造了一种可以在水平及垂直方向实现单向传热的热二极管。（2）通过COMSOL Multiphysics仿真软件对不同参数下的微结构吸液芯进行数值模拟,根据仿真结果对微结构吸液芯进行参数优化。并利用紫外光激光扫描技术在硅片表面加工微结构吸液芯。（3）根据设计方案制作热二极管,并搭建测试平台,对热二极管进行性能测试。研究热二极管在不同充液率、不同加热功率、不同倾斜角度等条件下的传热性能以及单向传热特性。