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[博士论文] 赛得
材料科学与工程;材料物理与化学 东南大学 2017(学位年度)
摘要:本文设计并研究了一系列含有金刚烷中心单元的新型盘状液晶(DLC),其四个桥头位置用不同数目(1-4)的3,4,5-三(十二烷氧基)苯基氨基甲酰基部分或完全修饰,并且详细研究了结构与性质的关系。通过核磁共振氢谱(1H-NMR),核磁共振碳谱(13C-NMR),红外光谱(IR),紫外和可见光谱(UV-Vis),偏光显微镜(POM),差示扫描量热法(DSC)和X射线衍射(XRD)对盘状液晶的结构和液晶行为进行了表征。研究发现液晶相的对称性和热稳定性和金刚烷衍生物的结构有很大的关系。对于1-金刚烷羧酸衍生物ADLC1没有观察到液晶相,而对于ADLC2观察到两种不同的液晶相,ADLC2是在两个对称桥头位置用两个3,4,5-三(十二烷氧基)苯基氨基甲酰基官能化的1,3-二取代衍生物。在较低的温度下,ADLC2从矩形柱状相转换成具有热稳定性的方形柱状相。类似地,桥头三取代的金刚烷分子ADLC3观察到六方柱状相。有趣的是,完全桥头官能化的1,3,5,7-四取代金刚烷化合物ADLC4则失去了液晶性。
  庚嗪环是石墨碳氮化物(g-CN)的基本结构和功能单元,并具有半导体的π共轭平面对称性。分子自组装是驱动π-共轭有机分子的电子行为的主要因素之一。为了增强半导电性,庚嗪的活性位点用2,3,5-三(十二烷氧基)苯胺修饰以获得有序的柱状堆叠。发现了一种新型的具有六方柱状形的以庚嗪为中心的室温盘状液晶(HDLC)。通过核磁共振氢谱(1H-NMR),核磁共振碳谱(13C-NMR),红外光谱(IR),偏光显微镜(POM),差示扫描量热法(DSC)和X射线衍射(XRD)对HDLC的分子结构和液晶行为进行了表征。通过紫外-可见/荧光光谱和循环伏安法分别研究了HDLC的光物理和电化学性质。室温下,从循环伏安曲线中估算的HDLC能带间隙为1.63eV,比以前报道的庚嗪衍生物带隙窄得多。能带降低可能是因为特殊的HDLC柱状堆叠。作为电荷传输的柱状液晶,具有这种窄能带隙的HDLC可以运用在有机电子学中。
[博士论文] 王德龙
生物医学工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:等离激元光学(plasmonics)是近几年兴起的纳米光子学的热门研究方向,它可以通过金属微纳结构将光与物质相互作用控制在纳米尺度,具有很高的空间分辨率和能量转换效率,在信息、能源和生物医学等领域具展现了广泛的应用前景。作为等离激元光学的一个重要分支,本论文研究的等离激元光学晶体,是一类周期性金属纳米结构,与非周期性结构相比,该结构具有更好的制备可重复性和均一性。在生物检测应用中其等离激元增强可以较好的设计和控制利用,因此等离激元光学晶体作为生物传感元件受到越来越广泛的青睐。此外,入射光与等离激元光学晶体金属表面自由电子相互作用,可以用于显示、太阳能电池、光学存储等领域。本论文研究了纳米粒子自组装与金属镀膜技术结合的等离激元光学晶体制备方法,探索了其在微生物检测和等离激元光学显示方面的应用。本论文主要工作如下:
  1.提出了一种过滤自组装和无电解电镀相结合的等离激元光学晶体制备方法。该方法首先在尼龙微孔滤膜上过滤自组装制备纳米粒子的三维有序结构,然后在该结构表面进行无电解电镀金属层,得到等离激元光学晶体,该方法具有制备成本低、简单易行的优点。由于该方法制备的等离激元晶体具有多孔结构,可以作为滤膜用于生物检测与分析。FDTD仿真计算表明,晶体的电场增强热点分布均与且与位于过滤结构的空隙内,有利于与待测物的相互作用,其拉曼散射增强因子达到107数量级。
  2.探索了上述方法制备的等离激元光学晶体滤膜在微生物检测方面的应用。对产电细菌的SERS检测结果显示,该滤膜可以通过“过滤-检测”方法,仅用微量样品就可以区分地杆菌属和希瓦氏菌属两种不同的产电菌属,还可以区分地杆菌的野生型和菌毛突变型。同时,对链霉菌孢子的SERS检测表明,与传统的革兰氏染色方法和镀银尼龙滤膜基底相比,该方法可以快速有效的检测细菌孢子,从而区分用于区分常用抗生素那西肽的生产方式。对于0.005g/mL的那西肽样品,检测用量只需5μL,用时只需5min。
  3.提出了一种低成本的、稳定的、表面普适性好的有序微纳结构自组装和转印方法。该方法首先对待转印基底进行聚多巴胺修饰,然后将液-气界面自组装单层纳米粒子转印至表面,完成对表面的有序微纳结构修饰。该方法利用聚多巴胺的粘性解决了微纳结构转印的不稳定性问题。研究结果表明这种方法具有很好的普适性,可以用于平面、曲面、刚性、柔性、有机、无机表面等多种表面的微纳结构修饰,具有广泛的应用前景。通过这种方法转印的有序微纳结构,还可以通过电镀、蒸镀等多种方式修饰金属层,从而可以将表面转化为等离激元光学晶体表面,用于生物检测、显示以及能源等领域。该制备方法可以实现大面积转印,因此为等离激元晶体的广泛应用奠定了基础。
  4.基于自组装结构转印,本论文还探究了等离激元光学晶体图案化制备方法及其在显示方面的应用。研究结果表明,通过模板辅助转印,本论文实现了在刚性和柔性表面的等离激元光学晶体图案化稳定修饰。对图案的光学性质分析表明,等离激元晶体显示的颜色具有角度依赖性,但是与胶体光子晶体结构色相比,在垂直入射情况下仍然有较为亮丽的颜色,其颜色显示范围更为宽广。在此基础上,通过基底的响应性设计,可以将该显示用于传感检测。
[硕士论文] 张健
光学 宁波大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,随着中红外固体激光器在教育、通信和医学等领域得到了广泛应用,固体激光材料成为了科研工作者们研究的焦点。作为中红外激光的主要产生物质激光晶体的市场需求越来越大,而且要求也越来越高。为了得到大尺度、高质量和高激光性能的激光晶体,科研工作者们做了大量科学研究。本文主要研究了1.06μm近红外波段稀土掺杂氟化钇钠激光晶体,使用坩埚下降法成功生长出了Nd3+掺杂NaYF4单晶体和Nd3+/Er3+共掺NaYF4单晶体,研究了Nd3+在近红外波段的发光性能,以及Nd3+与Er3+离子之间的能量传递。从晶体的XRD结构、荧光吸收性能、荧光发射性能、荧光寿命衰减等多方面分析材料的光学性能。
  文章主要有六章,本文的第一章主要介绍了现阶段市场存在的主要激光材料,以及它们主要的应用领域与发展情况,分析了激光材料在1.06μm处发光的研究情况,详细介绍了氟化钇钠激晶体的优良特性。本文的第二章详细介绍了氟化钇钠单晶体的备流程和表征手段。
  第三章主要分析了Nd3+单掺NaYF4单晶体的光学特性。通过对晶体的XRD结构测试,说明了稀土离子掺杂NaYF4晶体,并没有改变NaYF4晶体的立方相结构;通过吸收光谱,得到了最大吸收峰的位置,并计算了最大吸收系数和最大吸收截面;通过用800 nm激光激发得到的发射光谱,分析了三个发射峰的产生情况;最后分析了荧光寿命衰减情况。
  第四章和第五章分别介绍了Nd3+/Er3+双掺NaYF4单晶体在递增与等比例情况下的光学特性。主要从中红外光谱性能和能量传递等方面分析了激光晶体的发光特性。在Er3+浓度固定时,随着Nd3+浓度递增,吸收在各处是递减的,而发射光谱在不同波段则呈现了不同情况;在Nd3+:Er3+的比例固定时,随着Nd3+浓度的增大,吸收光谱在各波段都是递增的,而发射光谱则随着Nd3+浓度增大递减。
  本文的第六章是结论部分。对实验研究成果做出了详细的分析,并提出了现阶段研究工作存在一些问题。
[硕士论文] 张建文
材料工程 长安大学 2017(学位年度)
摘要:Cd1-xMnxTe(CMT)晶体属于II-VI族三元化合物半导体材料,被称为第二代稀释磁性半导体材料,上世纪80年代末,人们开始研究Cd1-xMnxTe材料,由于其顺磁Mn2+离子的存在,使得Cd2-的p态电子与其s态电子发生相互交换作用,即一种Mn磁距之间的短程反铁磁性耦合。常温下这种短程反铁磁性耦合可以产生多种特性,可以用来制作磁场调节器、光隔离器、电光开关、半导体激光器件以及太阳能电池等。近年来,人们开始深入探究Cd1-xMnxTe直接带隙宽禁带的特性,从而开拓出Cd1-xMnxTe半导体材料新的应用领域。例如Cd1-xMnxTe晶体中掺杂Al和Sn之后,常用于能谱探测器。Cd1-xMnxTe晶体中掺杂In之后,常用于高分辨率的谱仪处理系统之中。Cd1-xMnxTe晶体中掺杂Ga之后,被用于光存储器中等。1999年,科研人员发现Cd1-xMnxTe材料可用于室温核辐射探测器中,因为在零磁场环境下, Cd1-xMnxTe与Cd1-xZnxTe化合物半导体具有相似的性能。目前Cd1-xMnxTe材料被广泛应用于红外探测器、X射线、γ射线探测器等。与Cd1-xZnxTe材料具有相似的晶体结构和能带结构,并且Cd1-xMnxTe在某些方面的性能优于Cd1-xZnxTe。比如,大的禁带宽度、高的平均原子序数、高的晶格完整性等。因此,在X/γ核辐射射线探测器方面Cd1-xMnxTe有望取代Cd1-xZnxTe成为最有前景的核辐射探测器材料。
  高电阻率是制备核辐射探测器的关键指标之一,采用传统晶体生长方法生长的Cd1-xMnxTe晶体难以达到高质量的半绝缘态,这是因为在高温生长环境下,相比其它两组分,Cd具有最大的平衡蒸气压,Cd组元的蒸发使得生长的晶体偏离化学计量比,生成大量点缺陷,降低了Cd1-xMnxTe晶体的电阻率,因此,可以通过掺杂引入施主杂质对形成的Cd空位进行补偿的方法来降低缺陷,提高电阻率。西北工业大学张继军等人采用垂直布里奇曼法制备了掺In的Cd1-xMnxTe晶体,其电阻率提高到108~109Ω·cm。本文通过掺杂钒(V)的方法, V的掺杂浓度为1×1017cm-3,晶体生长方法为Te溶液垂直布里奇曼法。来提高Cd1-xMnxTe晶体的电阻率。
  本文通过设计合理的掺杂浓度和优化生长工艺参数,采用富Te布里奇曼法生长出了?30mm×90mm的Cd0.9Mn0.1Te:V单晶体。分别对晶体的结晶质量、缺陷、光电性能等方面进行了评价。(1)结晶质量评价:X射线粉末衍射表明V的掺杂并未影响晶体的晶格结构,晶体结晶质量高。采用电子探针微区分析方法(EPMA)表面Mn在晶体轴向方向上的分布相对均匀,(2)缺陷研究:红外显微分析(IRMA) 结果表面Te夹杂相的形貌主要有四边形和六边形,晶锭头部、中部、尾部的Te夹杂相的密度(单位:Density/cm-2)分别为5.1×104、1.4×103、6.0×105,说明晶锭中间部位的结晶质量较好;透射电镜(TEM)分析过程中也发现了Te相,研究结果确定了基体和Te相的取向关系为:CMT[111]//Te[001];扫描电镜发现了孪晶的存在,通过研究孪晶与Te夹杂相之间的关系,表明Te夹杂相富集于孪晶周围并成线性排列。(3)光电性能表征:霍尔效应(HALL)测试结果表明Cd0.9Mn0.1Te:V晶体为P型导电类型;电流-电压(I-V)测试结果表明晶锭的头部、中部、尾部的电阻率(单位:Ω·cm)依次为1.446x1010、4.123x1010、2.012x1010,这说明V的掺杂有效地提高了晶体的电阻率,并且中部的结晶质量最好;分别对晶锭头部、中部、尾部进行了红外透测试,结果表明晶锭的红外透过率高达63%,几乎接近理论值。最后对晶体进行了光致发光(PL)光谱测试。分析结果表明(D0,X)为施主束缚激子峰,激子束缚能为12.11meV,从尖锐的峰形和半峰宽可知晶锭中缺陷含量较低,证明V的掺杂对提高晶体的质量起到了积极的作用。
[硕士论文] 涂超
凝聚态物理 四川师范大学 2017(学位年度)
摘要:3d1离子是重要的过渡金属离子,比如掺杂V4+离子的晶体是一类具有激光特性和非线性光学特性的晶体,因而对于掺杂材料性质的研究就显得非常有意义。前人研究发现掺杂材料的性质与杂质中心的缺陷结构密切相关,并且光谱和电子顺磁共振谱对杂质缺陷畸变有灵敏的依赖关系,因此,可以通过光谱和电子顺磁共振谱研究杂质离子在晶体中的光学和磁学性质与缺陷的关系。近年来,人们主要考虑晶体场(CF)机制并基于分子轨道理论和自旋哈密顿理论的方法,在处理掺杂金属离子的EPR参量和光谱性能方面取得了很大的进展。对于本文中研究的掺杂V4+离子价态比较高,电荷转移(CT)跃迁能相对较小,我们需要考虑CT机制对EPR参量的定量贡献。本文创新工作如下:
  (1)本文突破CF机制的限制,我们考虑了CT机制对EPR参量的贡献,推导出了3d1离子的高阶微扰公式。我们进一步完善了理论公式,并且还建立了对应参量之间的定量关系。
  (2)根据理论公式,解释了KZnClSO4·3H2O∶VO2+晶体中掺V4+离子的g因子和超精细结构常数A,并获得了V4+中心缺陷结构的信息。
  (3)结合光谱数据研究了V4+杂质在ZnKPO4.6H2O∶VO2+晶体六配位八面体中的EPR参量,理论研究和实验结果一致,并且发现CT机制对g因子和A值的贡献与CF机制的三阶微扰项也有相同数量级的贡献。
  (4)通过数据分析说明CT机制对EPR参量的影响不能被忽略,这在理论上,对g因子和A值的理解有指导意义。
[硕士论文] 王丹丹
材料工程 长安大学 2017(学位年度)
摘要:结晶形式为六方AlB2型的Eu2PdSi3新型稀土化合物由于稀土元素Eu与过渡族金属原子间复杂的相互作用,展示出近藤效应(Kondo effect)、巨磁阻效应(GMR)等物理特性,在磁盘存储方面具有广阔的应用前景。然而由于Eu元素的熔点较低、蒸汽压较高(熔点1090 K下为144 Pa;沸点1870 K),在高温环境下(>1600 K)容易挥发,时间越长元素的挥发性越强。在制备Eu2PdSi3晶体时,晶体成分容易偏离化学计量比,晶体的完整性也很难控制。因此,本研究采用光辐射悬浮区熔法,应用型号为URN-2-ZM的光悬浮区熔设备,在高压循环 Ar气的生长环境下,采用调整给料棒成分的方法来弥补挥发元素的损失,成功制备出了大块的Eu2PdSi3单晶;并采用相场法模拟了晶粒竞争生长的过程,研究了影响晶粒竞争淘汰结果的各项因素。主要研究结果如下:
  1.采用标准化学计量配比制备给料棒,制备出的Eu2PdSi3晶体为胞状晶,经EPMA测得其具体成分为(35.6±0.5) at%Eu,(14.0±0.5) at%Pd,以及(50.4±0.5) at%Si。这主要是由于Eu的挥发使熔区成分发生改变,从而导致了胞状组织的产生;
  2.调整给料棒的成分为Eu35Pd15Si50,在3 MPa循环Ar气环境下成功生长出大块的Eu2PdSi3晶体,经EPMA测得成分为(36.7±0.5) at%Eu,(14.8±0.5) at%Pd,以及(48.5±0.5) at%Si。研究发现3 MPa循环Ar气的环境气氛,并不能完全抑制Eu在高温下的挥发,在生长室的石英玻璃上依然能看到Eu的挥发沉淀;
  3.在10 MPa高压Ar气、给料棒成分为Eu35Pd15Si50的条件下采用高压悬浮区熔设备(SFZ)尝试制备了Eu2PdSi3晶体,研究发现Eu的挥发性得到了有效抑制。
  4.建立了一个包含相场、取向场、浓度场多场耦合的晶粒竞争生长的相场模型,通过数值模拟将晶粒的形核和长大过程引入模拟之中,并对数据进行可视化处理模拟晶粒竞争生长过程。
  5.应用相场法模拟了液相成分等于定比化合物时晶粒在不同取向角度、不同界面能以及不同抽拉速度下的竞争淘汰过程。结果表明,晶粒取向角度不同,结晶界面前沿的过冷度和三相点形貌均不同,从而产生不同的淘汰结果;固固界面能越大,二面角度数越小,这说明界面能可通过影响晶界凹槽处的二面角度数来影响三相点形态,进而影响竞争淘汰结果;不同的抽拉速度下晶粒的竞争生长机制不同。当抽拉速度较低(v=10-30um/s)时,非择优取向晶粒尖端更大的过冷度使其生长较快;当抽拉速度较快(v=60-200um/s)时,液/固生长界面的平界面被破坏,择优取向晶粒的尖端运动更快,优先占据了生长空间,最终在竞争生长中获胜。
  6.应用相场法模拟了液相成分不等于定比化合物时晶粒的溶质场和取向场。结果表明,有溶质再分配时,晶粒竞争淘汰结果与晶粒的取向角度无太大关联,择优取向晶粒生长更快,非择优取向晶粒被淘汰。
[博士论文] 赵彦武
化学 山西师范大学 2017(学位年度)
摘要:金属有机骨架材料(MOFs)具有多孔、结构和性质可调控性等特点,使其在光、电、磁、传感与分离、催化、气体吸附、药物传输等领域具有潜在的应用价值。本文根据晶体学工程原理,以金属有机骨架材料功能为导向,重点研究了MOFs在光学和手性传感领域的应用,其中选用了镧系金属与合适的有机羧酸配体以及具有d10电子组态的过渡金属与合理设计的含有羧基和氮的手性杂化配体通过水热法或溶剂热法合成了一系列的配合物,主要分析了其结构,对其荧光或圆二色性进行了表征,并进一步探索了其应用。本研究主要内容包括:
  ⑴根据发光镧系金属有机骨架材料(LnMOFs)的原理以及构筑该类材料的一些原则,我们结合理论计算,选取了合适的有机配体,设计和构筑了一系列多色的LnMOFs材料。根据三基色原理,将发蓝光的配体、发红光的 Eu3+和发绿光的 Tb3+构筑在同一MOFs中,经过调节激发波长,获得了两种发白光的近紫外单相 MOFs材料:Eu0.045Tb0.955CPOMBA(λex=365 nm)和 La0.6Eu0.1Tb0.3CPOMBA(λex=380 nm),通过研究其晶体形貌、热稳定性、热猝灭性质、荧光性质、量子产率以及荧光寿命等,我们发现它们完全具备UV LED用荧光粉的条件,将其创造性地应用在UV LED上。我们用Eu0.045Tb0.955CPOMBA作为荧光粉手工制作了一系列大功率(1W)UV WLEDs,其中激发波长为365 nm的紫外白光LED灯珠,它的相关色温较低,达到5733K,显色指数较高,Ra达到73.4,色坐标是(0.3264,0.3427),这和市场上销售的蓝光芯片和YAG:Ce3+黄光荧光粉制备的白光LED是可比较的。
  ⑵为了开发出适合在UV WLED上应用的更加高效的白光MOFs材料,在第1部分工作基础上,我们做了改进,选取了量子产率较高的 LnMOFs(LnBTPCA)。根据三基色原理,将镧系金属离子掺杂入同一个 LnMOFs中,获得了完全不同于文献报道的激发波长为380 nm的白光掺杂材料Eu0.025Tb0.975(BTPCA)。我们特别改进了实验方法,获得了粒径均匀的(8-15μm)且适合应用在LED上的晶体,经过研究其晶体形貌、热稳定性、热猝灭效应、荧光性质、量子产率以及荧光寿命等,发现该材料适合应用在LED上,用该白光材料手工制作了380 nm的n-UV WLEDs,其色坐标为(0.3281,0.3316),色温为5609 K,显色指数为78.9,在不同的驱动电流下其流明值为28-35 lm。
  ⑶食品与人类的健康、生命息息相关。对食品添加剂中具有性质不同的手性对映体的检测是至关重要的,目前对于食品添加剂的传统探测方法表现了费用较高、耗时较长等缺陷,而光学传感器已成为研究的主流。MOFs在手性传感领域表现出了优异的性能,促使我们开发了手性MOFs荧光传感器,并用来探测和识别性质不同的食品添加剂中的手性对映体。选择廉价易得的(1R,2R)-环己二甲酸作为原料设计了手性有机配体,其立体构型类似于螺旋桨的叶片,该配体和吡啶辅助配体,共同构筑的 HMOF-2展示了比配体更强的荧光,且具有菱形状的二维螺旋管结构,其管道沿c轴方向较窄,只有3.567?,然而沿a轴方向管道则较宽,能达到13.152?,这种特殊的结构对进入管道内的分子有一定的选择性。HMOF-2作为荧光传感器可选择性地传感手性α-羟基羧酸有机小分子,对于体积较大的扁桃酸分子使HMOF-2的荧光猝灭率低、识别能力较差,而对酒石酸、乳酸等体积较小的分子则猝灭率较大,且对 D-和 L-酒石酸识别体现为KD/KL能达到1.884:1,而对D-和L-乳酸的识别体现为KD/KL能达到1:1.313,这些值是较高的,特别是对D-和L-乳酸的识别能力在已报道的荧光传感器中是最高的。
  ⑷生命体的生物和化学活动取决于其基本手性构筑单元(氨基酸等)的立体化学,对食品和有机体中不同构型氨基酸的手性识别和传感在分析营养成分和诊断疾病方面具有特别重要的意义。考虑到圆二色谱能快速、直观地展示分子的立体构型(这要优于那些传统的色谱法、毛细管电泳法识别氨基酸对映体),我们开发了一个能快速、高效以及对映选择性地识别氨基酸的新策略,通过一个类似于DNA结构的纯手性MOFs(拥有内在的CD信号)和D/L-氨基酸进行作用。运用合理设计的手性配体和Zn盐构筑了HMOF-3,它具有类似于 DNA的右手双螺旋二维结构。HMOF-3乳状液显示了强的圆二色信号,通过氨基酸的诱导可引起CD强度信号有规律的变化,它能快速、方便、灵敏地识别微量的未修饰的氨基酸。最为显著的是3?10-8 mol的L-天冬氨酸和4?10-8 mol的D-天冬氨酸能完全猝灭HMOF-3水相乳状液的CD信号,对天冬氨酸的检测限为13.31 ppm。在所有被探测的8对氨基酸中,其中有关对映体识别能力最高的是D-和L-脯氨酸,其识别效率分别为22.9%和65.7%。这是首次将圆二色谱引入MOFs的传感领域,开创了MOFs传感领域的先河,拓宽了MOFs的应用。
[硕士论文] 韩荣梅
高分子材料工程 南昌航空大学 2017(学位年度)
摘要:侧链型液晶高分子(SCLCPs)是一类研究比较早的功能性材料,其兼具液晶的各向异性和聚合物的综合性能。长期以来,侧链型液晶高分子的设计一般依据的是F-R“柔性去耦合”原理,主链和侧链有一段柔性间隔基,减弱主链对侧链液晶基元排列的干扰。与F-R“柔性去耦合”原理不同,本论文设计合成一系列不同侧链液晶基元和主链的甲壳型聚合物,并进行性能表征。论文主要包括以下四个部分:
  1.文献报道聚[乙烯基对苯二甲酸二(对丁氧基苯)酯](PBPCS)纤维成形的研究,发现PBPCS纤维是一种全新的分子水平温度响应的形状记忆材料。在此基础之上,本论文设计合成一系列不同液晶基元和不同长度柔性端基,基于乙烯基对苯二甲酸结构的甲壳型高分子,即聚乙烯基对苯二甲酸(4’-烷氧基苯/联苯)酯(PnPCS和 PnbiPCS,n=0,1,4,10,16)。聚合物合成过程中对中间体的产率进行优化,单体和聚合物的化学结构通过1H NMR进行表征,并对此类聚合物的热稳定性和相变行为进行初步探索。研究发现此类聚合物均具有良好的热稳定性,并且其具有较高的玻璃化转变温度。
  2.在聚合物PnPCS和PnbiPCS基础之上,改变侧链液晶基元的对称性以及液晶基元中苯环的数量,以腰接形式直接连接到聚合物主链上,形成以2-乙烯基苯甲酸为刚性核结构无柔性间隔基的侧链型液晶高分子{PVB(Ph/biPh/terPh)-Cn, n=4,10},研究侧链液晶基元的不对称性对单体和聚合物的热稳定性以及相变行为的影响,单体和聚合物的化学结构通过1H NMR进行表征。从单个苯液晶基元到联苯液晶基元,再到三联苯液晶基元,逐步增强液晶基元的刚性。通过TGA曲线分析表明,所有聚合物都具有良好的热稳定性。聚合物 PVBterPh-C4和PVBterPh-C10的玻璃化转变温度明显高于其他聚合物。
  3.通过分子设计,在溴化亚铜(CuBr)/N,N,N',N,'N''-五甲基二亚乙基三胺(PMDETA)催化下,成功合成了一系列刚柔嵌段共聚物,刚性链段为 PBPCS、PbiPCS、PVBPh-C4和PVBbiPh-C4等甲壳型聚合物,柔性链段为聚己内酯(PCL)。单体和聚合物的化学结构通过1H NMR进行表征。通过TGA曲线研究表明,由于加入了柔性链段,使得整个聚合物分子链段的规整性被破坏,减弱了分子间的有序堆积,因而致使热稳定性下降。从DSC曲线分析可知,柔性链段和刚性链段均有熔点和玻璃化转变,这些热转变的存在,说明了四种刚柔嵌段共聚物存在微相分离结构。
  4.通过分子设计,采用Stille偶联反应成功合成了,两种以含有给电子基和吸电子基的三联苯为侧链,聚噻吩为主链的甲壳型共轭液晶高分子P1和P2。单体和聚合物的化学结构通过1H NMR进行表征。通过TGA曲线研究表明,发现甲壳型聚合物P1和P2具有良好的热稳定性,5%热失重温度高达316℃和262℃。两种聚合物的玻璃化转变温度都较低,分别为54℃和16.6℃。甲壳型聚合物P1和P2分子内的推、吸效应有助于提高紫外-可见吸收,其紫外-可见吸收范围为425 nm-650 nm。两种聚合物薄膜紫外的吸收边缘都在654 nm,通过经验公式计算其光学带隙为1.90 eV。因此,甲壳型聚合物P1和P2是一种潜在的聚合物太阳能电池给体材料。
[硕士论文] 何楠
分析化学 西北师范大学 2017(学位年度)
摘要:金属有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks, MOFs)是一类新型的多孔材料。它具有丰富的孔道、巨大的比表面积、不饱和的金属配位点以及可调的结构。因此,MOFs在气体的分离、储存、催化与传感等方面表现出诱人的潜力。近年来随着研究的不断深入,MOFs材料也得到了极大的发展,特别是在传感领域。其中可视化传感是一种简便、快速、选择性好且极具应用前景的方法。
  本研究主要内容包括:⑴采用溶剂热法合成了ZIF-67。运用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)等技术对ZIF-67进行了表征。选择以ZIF-67为受体,并引入邻苯二酚紫(PV)作为一种光学信号指示剂,基于指示剂置换法构建了一个快速、灵敏的H2PO4-的可视化传感平台。与此同时,通过SEM发现在指示剂置换过程中,伴随着光学信号的转换,形貌结构也发生了规则的转变。基于以上研究,完成了在水相中对H2PO4-的检测并实现了抑制逻辑门的构建与试纸化应用。⑵通过溶剂热法制备了ZIF-8,并运用SEM、XRD、FT-IR等技术对ZIF-8进行表征。选用有机指示剂1,2-萘醌-4-磺酸钠(NQS)与高比表面积的ZIF-8的复合材料(NQS/ZIF-8),构建了一个简单、灵敏的可视化检测肌氨酸的平台,检测限达到了1.03?M。此外,利用电化学方法对此传感平台的机理进行了研究,这也将为可视化检测肌氨酸提供重要的参考。⑶利用有机小分子2-甲基咪唑与钴离子(Co2+)之间的特殊的配位作用,构建了一个简单、快速的可视化检测钴离子的平台,检测限达到了8.04?M。这为钴离子的实际检测提供重要的参考。
[硕士论文] 徐婷
凝聚态物理 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:在光学光路中,光波经过光学器件时由于器件表面的反射作用而发生部分光反向传播,干扰了有源器件的性能,因此为了降低反向传输光造成的影响,在光学器件中构建全光二极管必不可少。由于光子晶体中光子的快速运动可以被有效地控制,而利用光子代替电子传输大容量信息已成为科技发展的现实要求,因此可以用光子晶体来设计微纳尺度下的全光二极管,使得光波可以单向高效传输。
  基于磁光子晶体的全光二极管虽然满足了光波传输高透射对比度的要求,但需要引入外加磁场来产生旋光效应,不利于全光集成。而利用非线性材料构建光子晶体光二极管,能实现较高的正向透射率和透射比,但是这种方法需要很高的光强以产生足够大的光学非线性效应。利用光子晶体的方向能带失配也能实现光波的单向传输,但是由于光子晶体的散射效应,正向透射率和对比度都还太低,不能满足光通信和光信息处理的需求。以上这三种方法都不利于集成光路的应用。
  我们发现将全反射界面应用到光子晶体异质结构中,可以使得反向入射光在界面发生全反射,从而降低反向透射率,因此在本文中,基于全反射异质界面,通过构建光子晶体异质结构来拓宽光波的单向传输范围,提高其透射对比度,并对其能带结构和等频图展开分析,研究内容和成果如下:
  1)选用全反射异质界面,观察了光波传输的透射谱及电场图,发现正向入射光波在界面处存在反射,且透射光由于折射会偏离原入射方向输出;而反向入射时光波在界面处由于全反射效应几乎零透射,但此结构正向透射率很低。为提高正向透射率,在界面左侧构建二维介质柱型光子晶体PC1以减少界面反射,提高了界面透射;在界面右侧构建二维介质柱型光子晶体 PC2,利用其准直效应将光波准直到与原入射光方向平行,从而提高光波的正向透射率,得到了单向传输性能较好的光子晶体异质结构。
  2)在二维光子晶体结构中,偏振态不同的光波传输效果也不同。由于高折射率柱子周期排列在低折射率介质中便于 TM偏振态光波控制;低折射率柱子周期排列在高折射率介质中便于TE偏振态光波控制。为了得到性能较好的偏振无关光波单向传输,我们将两种四角晶格光子晶体PC1和PC2结合组成新的光子晶体异质结构,基于全反射界面和光子晶体自准直效应,通过对其结构周期和光波输出波导宽度进行优化,得到了 TM模式下,在1423.81nm-1920nm波段范围内近500nm宽的高性能光波单向传输,最高正向透射率可达0.87,光通信波段中心1550nm处正向透射率可达0.834,透射对比度近乎为1。TE模式下,在1447.94nm-2000nm波长范围内近550nm宽的光波单向传输,最高正向透射率可达0.754,光通信波段中心1550nm处正向透射率可达0.678,透射对比度近乎为1。实现了偏振无关的光通信1550nm波段透射对比度近乎为1的高性能光波单向传输,但 TE模式下1550nm的正向透射率还不够高,其单向性能还有待提高。
  3)而在光子晶体结构中,介质中打空气孔便于TE偏振态光波控制,因此为了提高TE模式的传输性能,我们设计了基于全反射界面和自准直效应的二维空气孔型四角晶格光子晶体异质结构,并对空气孔半径、异质界面与相邻空气孔之间距离和输出波导宽度对光波单向传输性能的影响进行了分析,优化后得到的光子晶体异质结构可实现0.75的正向透射率,透射对比度近乎为1,正向透射带宽约260nm,单向传输带宽为600nm,使得TE模式下光通信波段1550nm附近的光波单向传输效果得到了极大地提升。
[硕士论文] 马立辉
光学工程 北京交通大学 2017(学位年度)
摘要:光子晶体因可以实现对入射电磁波有效的操控而被广泛的应用于生物化学传感等方面,但由于光子晶体本身的局限性,并不能实现对微弱信号的精准操控,而金属等离子激元是一种表面波,可以实现对特定入射频率的电磁波强度的放大,利用金属等离子激元的这种效应,制备了一种新型的纳米微结构,这种微结构即具有光子晶体的特性又能激发金属等离子激元,可以实现对微弱信号精准的操控,称这种特殊的纳米微结构为金属等离子激元晶体。相比于一维和二维的金属等离子激元晶体,三维的结构有着更加优异的光学性能,金属银可以在300-1200nm的波长下都可激发强烈的等离子激元效应,因此研究中以采用水凝胶辅助解离三维连续银纳米结构去制备三维非连续银等离子激元晶体,并采用电磁仿真与实验光谱测试去分析其光学性能。具体如下:
  (1)三维银等离子激元晶体的制备。以胶体晶体为模板,水凝胶为基,采用恒压电化学抛光,设置抛光参数为6V,0.02s,抛光30-80圈后将三维连续的银纳米微结构解离,通过扫描电子显微镜表征的表面与截面图,确定得到了三维非连续银等离子激元晶体;研究表明抛光电流与银等离子激元晶体被解离的程度存在内在的联系,因此可以通过抛光电流的变化去判断解离的进程,实现了抛光解离过程的可控。
  (2)三维银等离子激元晶体光学性能的研究。对于晶体光学性能的研究,采用电磁模拟仿真和实验光谱仪测试去得到银等离子激元晶体的透射、反射光谱,并研究了各个参数改变对晶体的光谱的影响,为之后的应用做好理论基础。研究结果显示:当模板粒径从220nm变化至380nm时,反射光谱中由纳米银颗粒阵列衍射共振形成的波峰从500nm红移至900nm,且呈现线性规律性的变化;仿真了模板粒径为394nm的晶体在不同抛光度下的光谱,当抛光度为从0%变化至21.8%时,反射光谱从没有明显的反射峰到有突出的反射峰,透射率从0%变化至80%以上,因此非连续结构的三维结构呈现出更加优异的光学性能;同一模板粒径,同一抛光度下,当晶体内部填充水凝胶的折劓率每增加0.1,晶体光谱的反射峰位红移60nm,晶体对内部填充物的折射率响应非常灵敏;仿真了不同模板层数的银等离子激元晶体的光谱响应情况,结果显示当模板层数由4层变化至6层时,因法布里珀罗干涉形成的峰呈现规律的移动;通过电磁仿真得到的能带图与场强分布图以及光谱随不同模板粒径和抛光度的变化情况,确定了布拉格晶体衍射和法布里珀罗干涉等效应在光谱上表现。
  (3)pH响应传感器的研究。首先在银等离子激元晶体中填充pH敏感型水凝胶,这种水凝胶在不同pH值下会呈现出不同的溶胀程度,水凝胶的溶胀会改变晶体原有的结构,在其光谱上也会有响应。实验中当滴加的pH值由8变化至12时,晶体的反射峰位由490nm移动到了590nm。
[硕士论文] 徐青松
电磁场与微波技术 江苏大学 2017(学位年度)
摘要:磁光效应与磁性光子晶体的结合是光子晶体研究领域一个新的热点。磁性光子晶体在外磁场的作用下,磁导率为张量形式并且非对角元素为虚数,系统的时间反演对称性发生破缺,从而实现电磁波的单向传输。另外这些元素会随着外加偏置磁场强度的变化而变化,进而使得光子晶体的能带结构发生改变,实现可调谐的特性。本论文针对磁性光子晶体的特点,利用基于磁性光子晶体的传输矩阵法,对一维磁性光子晶体的传输属性进行了研究,并设计出不同功能的光子器件。
  本文首先设计了四种周期性结构的一维光子晶体,利用空气层作为缺陷,分别计算其透射谱,通过比较验证了只有当系统的时间反演对称性和空间反演对称性同时破缺时,才可实现非互易传输,并且这种对称性破缺程度越高,透射谱的分离度越大。紧接着在此基础上继续研究了缺陷层厚度和入射角度对非互易传输的影响,发现通过调节缺陷层厚度和入射角度,非互易传输会形成高透射率和大消光比,该结构可以被用作光学隔离器等非互易器件。另外,在此基础上本文提出了一种新的机制实现单向传输,一维磁性光子晶体的透射率可以通过传输矩阵的方法计算,仿真可以采用有限元的方法。通过两个非平行磁性光子晶体的串联,正向透射谱可以被裁剪成一个单峰,反向透射谱形成一个宽的禁带,一个完整的单向传输就发生在宽的禁带背景内,这是本文一个创新点。
  随后本文提出了一种由负介电常数材料和磁性材料(YIG)周期性排列组成的磁微腔系统,通过耦合腔谐振器的光子隧穿效应设计了一个多通道滤波器,利用紧束缚模型和传输矩阵方法,分析其传输机制并研究其传输特性。通过微腔的耦合,单个谐振模式分裂成一些离散的单峰,从而形成多通道滤波。同时我们也分析了入射角度和负介电常数材料薄膜的厚度对滤波特性的影响,研究发现合适的结构参数能使滤波器性能达到最优。结合磁性材料的可调谐特性,我们进一步改变外加偏置磁场的强度,发现随着外加偏置磁场的强度变化,滤波通道会出现移动,从而实现通过改变磁场强度控制滤波器通道位置的功能。
[硕士论文] 刘辉阳
光电子材料与器件 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,随着通信技术的发展,人们对通信的要求越来越高,在光通信系统中,光信号的顺利传输已经成为了研究的焦点。光在从一端向另一端传输的过程中,如果发生散射或反射,影响输入端的信号,就会对整个传输效果产生影响,因此有必要研究光在光路中的单向传输问题。
  目前实现光波单向传输的方式有很多种,研究中采用较多的主要有利用法拉第磁光效应、在光子晶体结构中添加非线性材料、引入缺陷打破结构的空间或时间反演对称性等方法。但是这些方法在实际应用过程中都存在一定的缺陷,利用法拉第磁光效应时需要在结构外添加磁场以实现旋光;结构中添加非线性材料时,对入射光功率的要求较高,很难实现;打破结构空间或时间反演对称性的方法实现的光波正向透射率较低,单向传输效果不够好。在后来的研究中,研究人员又通过具有不同能带特性(一侧禁带,另一侧导带)的异质结构之间的能带失配来实现光波的单向传输。但是这种方法不仅对结构中光子晶体的能带有要求,还必须调整界面处的晶格排布,才可能实现单向传输。而通常情况下准确的晶格排布较难寻找,因此该方法的使用受到限制。
  本文设计了具有全反射倾斜界面的异质结构,只要结构的材料合适、界面的倾斜角度合适,就可以实现光波在TE模式、TM模式下的单向传输。在此异质结构基础上分别添加光子晶体波导,使光波沿着光子晶体波导进行传输,从而减少光在均匀介质中的反射和散射,提高光波单向传输效率。
  主要研究内容和结果如下:
  1.用二氧化硅(SiO2)和锗(Ge)设计了一种可以实现光波单向传输的基础异质结构,该结构实现全反射的入射角临界角为20.47°,在满足全反射条件下选择界面与水平方向的夹角为60°。该基础异质结构在双偏振模式光在波长1000~2000nm波长范围内透射对比度接近于1,TE偏振模式光正向透射率达到0.66,TM偏振模式光正向透射率达到0.74。
  2. TE模式下,在基础结构左侧SiO2背景中添加光子晶体波导,其中光子晶体具有完全禁带,介质柱为 Ge,得到异质结构一。该结构实现了在1000~2000nm波长范围内正向透射率基本高于0.7,透射对比度接近于1的单向传输。在异质结构一右侧Ge背景中也添加光子晶体波导,其中光子晶体具有完全光子禁带,介质柱为 SiO2,得到异质结构二。该结构正向透射率在完全禁带的波长范围内进一步提高,但是反向透射率也相应有所增加,导致透射对比度降低。分别改变TE模式下异质结构二左、右两侧背景下光子晶体波导的宽度d1E和d2E,对单向传输特性进行分析。当d1E增大时,反向透射率会逐渐升高,影响单向传输效果。当d2E增大时,正向透射率逐渐增大,反向透射率降低明显,透射对比度逐渐升高并趋于平稳。
  3. TM模式下,在基础结构左侧SiO2背景中添加光子晶体波导一,其中光子晶体具有方向带隙,介质柱为Ge,得到异质结构零;将其中的光子晶体替换为具有完全禁带的光子晶体,即添加光子晶体波导二,得到异质结构一;在异质结构一右侧Ge背景中也添加光子晶体波导二,其中光子晶体具有完全带隙,介质柱为 SiO2,得到异质结构二。分别分析这三种结构的光波单向传输特性,正向透射率逐渐升高,异质结构二中正向透射率在1480~1680nm波长范围内基本高于0.9。分别改变TM模式下异质结构二左、右两侧光子晶体波导宽度d1M和d2M,对单向传输特性进行分析。当d1M逐渐增加时,正向透射率会逐渐下降;当 d2M逐渐增大时,正向透射率增大并更加平稳。
  4.在 TE、 TM模式下分别选用新材料组成可以实现全反射的结构,并添加光子晶体波导,对其单向传输特性进行研究。TE模式下,利用空气(Air)和二氧化硅(SiO2)作为背景,在两个背景中分别放置不同参数的Ge介质柱,形成光子晶体波导。调整左侧接收波导的位置,实现了在波长1392~1723nm范围内正向透射率接近于0.98,透射对比度高于0.9的单向传输。TM模式下,利用砷化镓(GaAs)和锗(Ge)作为背景,在两侧背景材料上打空气孔形成三角晶格光子晶体波导,通过调整左侧接收波导的位置,实现了1000~2000nm波长范围内正向透射率基本高于0.95,透射对比度高于0.82的光波单向传输。
[硕士论文] 李勇
应用化学 北京交通大学 2017(学位年度)
摘要:本文利用廉价易得的原料氢醌(对苯二酚)和聚合甲醛为原料,通过对原料进行醇羟基的选择性保护、酚羟基的酯化、以及THP基团的脱保护和利用酰氯的酰化等一系列反应,最终合成一系列目标产物侧链聚丙烯酸酯类液晶单体。
  1.以廉价易得的材料氢醌(对苯二酚)和聚合甲醛为原料,PEG(聚乙二醇)作为溶剂的同时也作为催化剂,合成了2.5-二羟基苯甲醇,通过对反应时间以及溶剂种类的探究确定最佳反应条件,简化操作。最高产率达到48.27%。
  2.DHP(2,3-二氢吡喃)与2.5-二羟基苯甲醇结构中的醇羟基利用催化剂反应,形成四氢吡喃醚(THP),对醇羟基起到保护作用,合成液晶中间体2,5-二羟基苯甲四氢呋喃醚,实验通过对不同催化剂如氯化铵、嘧啶盐酸盐、蒙脱土、磷酸铝、对甲苯磺酸、Amberlyst H-15催化剂、对甲苯磺酸吡啶嗡盐等进行尝试,发现对甲苯磺酸毗啶鎓盐效果最好,产物产率达到40.8%。
  3.采用对甲氧基苯甲酸、对乙氧基苯甲酸、对丁氧基苯甲酸和2,5-二羟基苯甲四氢呋喃醚完成酯化,合成相应的目标产物2,5-(2-羰基-2(4-烷氧基-苯基))-苯甲四氢呋喃醚,产率均达到40%以上。
  4.对2,5-(2-羰基-2(4-烷氧基-苯基))-苯甲四氢呋喃醚(烷氧基包括甲氧基、乙氧基、丁氧基)进行脱保护处理,去掉THP保护基团,方便后续酯化。
  5.将合成的2,5-(2-羰基-2(4-烷氧基-苯基))-苯甲醇(烷氧基包括甲氧基、乙氧基、丁氧基)与酰氯进行合成反应,生成最终目标产物侧链液晶聚合物单体2,5-(4-烷氧基苯甲酰氧基)苄丙烯酸及肉桂酸酯(烷氧基包括:甲氧基、乙氧基、丁氧基)。
  本实验的创新点在于采用THP基团对醇羟基进行选择性保护,并且利用廉价易得的催化剂五水硫酸铜对THP基团进行脱保护处理,反映条件温和,同时采用不同的酰氯与合成的醇进行反应,得到多种丙烯酸酯类液晶单体。同时可以利用合成的目标分子,变换其分子结构中的末端基或者改变部分骨架结构来探索设计合成一系列新型的酯类液晶,增加液晶分子的种类。
[硕士论文] 杨瑞琳
凝聚态物理 广西大学 2017(学位年度)
摘要:由于晶界的预熔化可以改变多晶材料的宏观性能,所以引起了科学家的重视。然而晶界却是只有几个原子层厚的,从而使得在现有的实验条件下,很难观察到这些较微观的现象,所以研究者们决定使用功能强大的计算机模拟软件技术,以此弥补这种由于样品尺寸而引起的实验缺点。对于性能提高的材料,为了开发预测该材料的功能特性,以及为了该材料的预熔和熔解的现象,很有必要建立一种从微观尺度出发的数值模拟技术。本文采用三维晶体相场方法,研究温度在固-液共存区域下小角度对称倾侧晶界,预熔及熔解状态下应力作用的位错运动过程以及现象,探索位错运动的机理,研究位错熔解半径与温度的关系,主要成果如下:
  1.制备样品到达一定温度时,△B=0.0250,位错出现明显熔解现象,并且随着温度△B的升高,位错向外熔解的区域不断扩大,熔解半径不断增大,说明体系在接近熔点温度时晶界处的位错首先诱发晶界出现预熔化现象,当熔解趋于稳定后在应力作用下,同一水平直线上的一组位错对相互靠近,最终湮灭变为一个完整晶界;当温度△B更高时,△B>0.0250,位错出现更加明显的熔解,并且随着温度△B的升高,位错向外熔解的区域也不断扩大,熔解半径也不断增大,由此可以得到,体系的温度决定了位错的熔解程度,体系温度越高,就越容易发生熔解现象。但是,熔解现象不仅是在熔点处发生的,而是在低于熔点时就在晶体的缺陷处产生了预熔,当熔解趋于稳定后在应力作用下,同一水平直线上的一组位错对相互靠近,最终连通。
  2、对样品施加X轴单向应力时,位错对彼此靠近,相互吸引,最终连通,位错对由升温稳定后的圆形逐渐被X轴压缩变为扁圆形;相反对样品施加Y轴单向应力时,位错对由升温稳定后的圆形逐渐被Y轴拉伸变为扁圆形,但位错对并不相互吸引。但是这两种作用方式的自由能曲线趋势相同,证明其运动机理相同。
  3、对样品施加剪切应力后,位错对在X轴方向做滑移运动,在Y轴方向攀移做攀移运动,对错对依旧是相互吸引彼此靠近。由模拟结果可以得出越靠近原子层中心截面图中位错对越多,其熔解区域也越小,熔解半径也越小,熔解发生的越剧烈,对错位最终连通;越远离原子层中心位错对越少,位错对相互吸引靠近,其熔解区域也越大,熔解半径也越大。
  本研究采用了三维晶体相场法模拟研究了位错在应力作用下的预熔及熔解行为,得到的理论研究结构与实验相符合,对改变多晶材料的宏观性能等有重要指导意义。
[硕士论文] 黄世叶
凝聚态物理 广西大学 2017(学位年度)
摘要:真实材料的微观演化行为一直是人们所感兴趣的研究方向,特别是纳观尺度下的缺陷运动情况。受制于设备的限制,一直以来,人们只能通过实验得到的图案,结合一些数据结果,来推测材料的行为。但是当研究的材料结构或材料所属的环境很复杂时,这时候就需要采用计算机模拟实验。晶体相场(PFC,Phase-Field-Crystal)法是一种可以模拟晶体纳米尺度结构的研究方法,通过确定研究对象的密度场和最小化自由能函数,结合相应的动力学方程,即可模拟纳米尺度下晶体材料的演化过程。目前已发展成为一种成熟的模拟纳米材料的研究手段,与传统的相场方法相比,晶体相场方法能够胜任描述原子尺度结构和大的扩散时间尺度的研究。
  工程使用的金属材料一般是多晶体。材料加工过程中,多晶体会受到各种作用,如挤压,腐蚀,高温等,这直接影响到材料内部微结构的变化。所以多晶体的塑性变形研究一直受到人们的广泛关注。鉴于此,本文将采用PFC法研究纯物质多晶材料内部在单、双方向应力和动、静态载荷的作用下晶界演化过程,探究晶界上位错运动、位错反应与温度,应力应变速率大小、方向和应力形式的关系,研究晶界运动的演化过程,分析内部畸变能的变化情况,揭示纳米多晶材料受应力作用的微观机理。得到如下结论:
  1、采用PFC法模拟多晶体塑性变形,观察到晶粒旋转、晶粒吞并、大小角晶界迁移等现象。晶粒旋转主要发生在取向差较小的两晶粒之间,而晶粒吞并现象发生在大晶粒与小晶粒之间。
  2、温度的改变使得晶界出现不同程度的预熔化。低温下的晶粒旋转困难,位错容易滑移进入晶粒内部,补偿了晶粒取向的差异。而温度较高时,晶界迁移速度更快,更容易出现晶粒吞并现象。
  3、应力方向的改变使得晶粒生长方向也随之改变,晶粒生长倾向于向垂直于压力轴的方向发展,而晶界倾向于平行或者垂直于压力轴的方向发展。
  4、增加了应变速率后,晶界迁移与位错运动的速率变快。静态双轴应力作用下,多晶体材料在前期发生剧烈变化,出现位错的发射与分解。对比动态双轴应力作用下样品的演化,静态双轴应力在前期能形成更高的位错密度。
[硕士论文] 陈乐
化学 山西师范大学 2017(学位年度)
摘要:本文介绍了一种固相生长晶体的方法,包括直接固相法和间接固相法。该方法建立在化肥造粒的基础上。主要使用团粒法造粒工艺,以腐植酸、蘑菇渣为原料,以石膏作粘结剂,加入其它所需的原料,在溶剂辅助的作用下,研磨并成粒。经过一段时间的放置,晶体在颗粒表面长出。其中,腐植酸、蘑菇渣为晶体生长提供环境,石膏作为粘结剂将物料紧密团聚在一起,溶剂的挥发促进了晶体在固相中的生长,研磨过程辅助了固相中的物料之间发生物理或化学反应。
  首先,以腐植酸、蘑菇渣、磷酸二氢钠、尿素、石膏为原料制得的化肥颗粒中,经过放置生长出了无色针状的尿素晶体,晶胞参数为a=5.6427?;b=5.6427?,c=4.7168?,α=90°,β=90°,γ=90°,分析了晶体在其中形成的原因,同时讨论了水量和颗粒大小对晶体生长情况的影响。发现腐植酸、蘑菇渣作为生长环境,疏松多孔,为晶体生长提供了通道,而溶剂的挥发为晶体生长提供了牵引力,这些因素共同促进了晶体的生长。此外,当水量适当时,化肥颗粒的硬度较大,形状较规则,生长出的晶体也较长。颗粒直径在4-5 mm左右时,晶体生长的较好。
  其次,通过间接固相生长方法,以腐植酸、石膏、氟化铵、尿素为原料,在化肥造粒基础上生长得到了硫酸铵晶体,其晶胞参数为a=7.7814?;b=5.9936?,c=10.6484?,α=90°,β=90°,γ=90°,并分析了硫酸铵晶体在固相中生成的原因及晶体的生长情况。发现硫酸铵晶体的形成是由于原料中的硫酸钙和氟化铵发生了化学反应,生成了氟化钙和硫酸铵。腐植酸的疏松结构和硫酸钙的坚固的棒状结构共同组成了蜂窝状的通道结构,供晶体在其中生长。造粒的过程中,物料之间互相挤压产生的机械压力,成为晶体生长的驱动力。此外,在样品袋中下层的固相环境较为稳定,水分蒸发缓慢,因而得到的晶体的质量较上层固相中的好。
  最后,在不直接提供尿素和氯化铵的情况下,以腐植酸、硫氰酸铵、硫酸铵、尿素、氯化钾、磷酸一铵、石膏为原料,通过间接法固相生长,得到了针状的尿素氯化铵晶体,其晶胞参数为a=7.9177?;b=17.1305?,c=8.0557?,α=90°,β=90°, γ=90°,并对其性质进行了测定。由硫酸铵、硫氰酸铵等提供铵根离子,氯化钾提供氯离子,与尿素分子作用共同形成了尿素氯化铵分子。发现当原料中硫氰酸铵与尿素的物质的量比为1:5时,可以生长出尿素氯化铵单晶。
  总之,在团粒法造粒工艺的基础上通过直接及间接固相生长得到了尿素晶体、硫酸铵晶体和尿素氯化铵晶体。分别探讨了加入不同原料后晶体在其中形成的原因、过程以及部分条件对晶体生长情况的影响,分析了腐植酸、硫酸钙在晶体生长中的重要性。通过对固相生长机理的探讨,有利于进一步结合固相晶体生长技术生长其它晶体,同时完善该方法的理论体系。
[硕士论文] 崔东庆
材料物理与化学 汕头大学 2017(学位年度)
摘要:金属诱导非晶硅晶化是一种具有潜力的多晶硅薄膜制备方法。纳米尺寸下的金属/非晶硅薄膜系统的晶化现象,涉及到薄膜界面的扩散以及薄膜体系中界面发生的相变。对于无硅化物生成的共晶系金属诱导非晶硅晶化体系,已通过界面热力学计算薄膜体系的界面自由能,并利用不同体系下自由能的变化,定量分析了该体系的相变机制。本文针对可形成硅化物的金属铜(镍)诱导非晶硅晶化机制进行研究,通过改变Cu/Si、Ni/Si双层薄膜系统的制备参数和退火条件来研究系统的晶化现象,利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和磁控溅射制备了纳米尺寸下的Cu/Si、Ni/Si双层薄膜系列样品。利用常规退火法和高真空快速退火法对样品进行退火处理,利用拉曼、XRD和透射电子显微镜等对样品进行表征分析。实验研究了退火温度、金属硅化物、薄膜层序、金属层厚度、退火时间以及非晶硅的沉积温度等方面对金属诱导晶化的影响,同时利用界面热力学理论解释其晶化机制。
  利用常规退火法对样品进行热处理发现,当温度在550℃时,非晶硅会发生晶化。退火过程中,系统先生成稳定的金属硅化物,当温度达到一定时非晶硅才会发生晶化。利用透射电子显微镜可以观察到金属/非晶硅双层薄膜系统中,原有的金属层已经被多晶硅替代,而金属则掺杂在多晶硅层中。同时在镍硅系统中观察到了金属镍或者镍的硅化物向非晶硅层中扩散。而界面热力学计算得到的晶体硅在界面或者晶界中成核的临界厚度,解释了非晶硅在Cu/a-Si和Ni/a-Si薄膜体系中的成核位置以及金属诱导非晶硅晶化的机制。
  利用高真空快速退火法对Cu/Si和Ni/Si系列样品进行热处理发现,高真空快速退火法可以明显的降低系统的晶化温度和缩短晶化所需时间。在Cu/Si和Ni/Si系列样品中,250℃退火1h样品即可发生晶化,在350℃下退火10min样品即可发生晶化。实验数据表明:在Cu/Si系统中,衬底温度低时,系统的结晶温度低,结晶效果好;金属层越厚时,金属硅化物的相越明显,生成的晶体硅尺寸也越大。在Ni/Si系统中,非晶硅的沉积温度对样品的晶化效果影响并不显著;当金属层厚度增加时,晶体硅的尺寸先降低后增加。辉光放电发射光谱仪对样品的层结构进行深度剖析可以得出金属/非晶硅的互扩散速率随着退火温度升高而提高。在铜硅系统中,铜原子向非晶硅层中均匀的扩散。在镍硅系统中,当退火温度在250℃时,原有的镍层被硅和镍混合占据,当退火温度继续升高时,出现镍硅的层交换现象。
[硕士论文] 易为
信息与通信工程 湖南大学 2017(学位年度)
摘要:非线性光学效应对于超短脉冲产生、超快光开关以及激光频率转换和全光信号处理等现代光学应用至关重要。然而,常规光学材料的非线性系数不仅响应慢而且非常小。为了能够对这些应用的性能进行更好地改善和拓展,非线性光学研究领域的学者们一直梦想拥有一种新型非线性介质——在具有超大非线性系数的同时也有极快的响应速度。光子晶体、超材料等人工复合电磁媒质的出现,为学者们的梦想成真提供了可能的技术途径。
  人工电磁媒质是一种具有天然材料所没有的电磁特性的人工微结构材料,在过去的20年里一直是科研人员研究的热点领域。相对于超材料而言,光子晶体不含金属成分,因而具损耗更低。本文以二维光子晶体中的三阶非线性效应为研究对象,探索光子晶体中自散焦效应和非线性效应的调控机理。具体而言,本文综述了光子晶体调控非线性效应的研究背景、意义、国内外发展现状以及相关理论,所涉及的主要工作以及创新点如下:
  第一,根据自相位调制导致的频谱展宽,建立了基于时域有限差分法的人工微结构等效非线性折射率系数提取方法。利用时域有限差分法仿真啁啾脉冲在非线性人工微结构中的传输,通过匹配出射脉冲频谱与理论计算频谱得到人工微结构的等效非线性折射率系数。
  第二,从光子晶体等效非线性折射率系数的角度论证了场局域效应和慢光效应是调控光子晶体非线性效应的物理本源。在二维光子晶体第一导带,我们首先从原胞内的电场空间平均引入场局域因子修正了光子晶体的等效介电常数。其次,引入慢光增强因子最终得到光子晶体的等效非线性折射率系数的理论表达式。最后,我们利用时域有限差分法仿真提取该光子晶体的等效非线性折射率系数,发现其与理论计算结果吻合得较好。
  第三,仿真验证了负折射率光子晶体中的可控自聚焦效应。我们首先在自聚焦非线性介质二硫化碳中插入硅棒构成二维光子晶体。其次,利用时域有限差分法仿真提取其在第二导带即负折射率频带的等效非线性折射率系数,发现该系数为正数。最后,我们利用时域有限差分法仿真高斯光束在该非线性光子晶体中的传输,发现会聚高斯光束在光子晶体中发生自散焦现象,而发散高斯光束则在光子晶体中会聚,但焦斑比入射发散高斯光束的束腰大。
[硕士论文] 李晓蕾
机械制造及其自动化 宁波大学 2017(学位年度)
摘要:声子晶体是一种周期性排列结构的复合材料。当弹性波在声子晶体中传播时,由于其结构上周期性的排列,存在一定频率范围的弹性波将会被阻碍而不能在其中传播,这个不能传播的弹性波的频率范围就叫做声子晶体的带隙。一般来说,当构成声子晶体的材料和声子晶体的拓扑结构确定了之后,声子晶体的带隙也就随之确定了。面对目前复杂的工程应用环境,声子晶体带隙的确定性已不能满足工程实际需求,所以探究带隙可调控的声子晶体便成了我们需要完成的任务。磁流变液是一类性质可控的智能材料,被认为是最具发展潜力的智能材料之一。当没有外加磁场时,磁流变液以液态存在,而施加磁场以后,磁流变液迅速变成类固态,且这个转变是可逆的。这种现象反映在材料参数上则是磁流变液模量和粘度的改变。
  基于以上论述,本文提出了一类将磁流变液作为组成材料的声子晶体。由于磁流变液的模量可以由磁场来调控,这样利用磁流变液作为媒介就可以通过磁场来调节声子晶体的带隙。为了获得声子晶体在不同磁场下的带隙,我们首先用实验的方法测得了磁流变液随磁场变化的剪切储能模量和耗能模量图。其次,使用磁流变液构造了完美周期声子晶体模型和带有缺陷的声子晶体模型,实验中使用LMS仪器测得了其在不同磁通密度下的振动传输图谱,同时运用 COMSOL仿真软件对实验的声子晶体加以建模并计算了带隙。最后,将实验得到的带隙范围和理论结果进行了对比,分析了产生误差的原因,并总结了磁场改变对带隙范围的影响规律。
  主要结论有:磁流变液的剪切储能模量和耗能模量随着磁通密度的增加而逐渐变大,直至磁流变液达到磁饱和状态;随着磁通密度的增大,磁流变液调控的一维声子晶体,二维声子晶体板的带隙出现了带隙所在频率变大,带隙宽度变宽的现象;以完美周期结构的铝/水声子晶体为比较对象,随着含有周期缺陷的数目的增加,以磁流变液作为缺陷的一维声子晶体梁出现了阻碍声子晶体中波的传播的现象;对于含有三个周期缺陷的声子晶体梁,随着磁通密度的增大,带隙所在频率变大,带隙宽度变宽,这和磁流变液调控完美周期声子晶体的带隙的规律有较好的一致性。
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