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可见光辐照下石墨烯透明电极导电性能变化研究

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可见光辐照下石墨烯透明电极导电性能变化研究

作者：曹雪颖重庆大学

学位级别：硕士

透明电极是一种兼备高导电及可见光波段高透明特性的新型光电材料,在触控面板、平面显示、光伏电池等产业领域具备巨大的市场需求。石墨烯具有良好的导电性、透光性、柔韧性、稳定性等显著优势,是理想的透明薄膜电极材料。透明电极主要... 详细信息

透明电极是一种兼备高导电及可见光波段高透明特性的新型光电材料,在触控面板、平面显示、光伏电池等产业领域具备巨大的市场需求。石墨烯具有良好的导电性、透光性、柔韧性、稳定性等显著优势,是理想的透明薄膜电极材料。透明电极主要在可见光范围工作,石墨烯薄膜作为透明电极应用时,将长期在可见光辐照状态下工作,而一些实验现象表明石墨烯在光辐照下会产生明显电学性能变化,对其能否在长期应用时保持性能稳定蒙上阴影。因此,非常有必要对石墨烯可见光辐照下的电学性能进行系统深入研究。本文全面分析了样品参数、环境气氛和辐照条件对可见光辐照下石墨烯透明电极导电性能的影响,并从光热效应和光致吸附/解吸附作用出发,分析了光致电导变化产生的主要机理和影响因素及程度。具体内容包括:将CVD法制得的铜基石墨烯转移至PET、SiO2和玻璃基底上,并对部分样品掺杂AuCl3处理,再图形化获得样品。设计了石墨烯辐照实验系统,实现在真空和大气两种不同环境氛围中,光功率密度可调的红绿蓝三种可见光对不同参数的石墨烯样品进行辐照,并高精度实时测量石墨烯光辐照下电阻的变化。进一步围绕光源波长和功率密度、基底材料、掺杂、环境氛围影响石墨烯导电性能变化因素进行了可见光周期辐照响应和长期辐照稳定性的实验探究。结果表明:在周期光照下:(1)SiO2和玻璃基石墨烯在光照时电阻增大,停止光照电阻降低;(2)可见光中蓝光对石墨烯导电性能变化影响最大,绿光次之,红光最小;(3)SiO2基石墨烯导电性能受可见光辐照影响最大,玻璃基次之,PET基影响最小;(4)掺杂后PET和玻璃基石墨烯光照电学稳定性下降,SiO2基稳定性增提高;(5)真空环境中石墨烯光照电学稳定性更强;(6)光功率密度与石墨烯导电性能变化程度没有显著的单调关系。在长期光照下:(1)石墨烯受可见光长期辐照,电阻先迅速变化,再缓慢变化,最终趋于平稳;(2)玻璃基石墨烯长期光照电学稳定性受可见光辐照影响最大,SiO2基次之,PET基影响最小;(3)掺杂后石墨烯长期光照电学稳定性提高;(4)大气环境中石墨烯长期光照电学稳定性更强。论文对石墨烯光致电阻变化现象进行理论分析。通过将暗态环境下石墨烯薄膜电阻变化同温度的关系与基底温升范围进行对比,排除了光热效应的影响。单独分析光致吸附/脱附作用的影响:光照作用,引起石墨烯表面力场改变,使得材料表面吸附或脱附表面附近的环境分子、微粒以及基底分子,使载流子浓度发生变化,进而改变石墨烯的电导率。辐照光源波长和功率、掺杂、环境氛围、基底材料、辐照时长都会对光致吸附/脱附作用产生不同程度的影响,使载流子浓度发生不同的程度的改变,从而使石墨烯的电导率发生不同程度的变化。掺杂AuCl3的SiO2基石墨烯导电稳定性受短时周期光照影响最小。掺杂AuCl3的PET基石墨烯导电稳定性受长时光照影响最小。

关键词：石墨烯透明电极导电性能可见光辐照掺杂

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展陈照明光源光谱对光敏文物的辐照损伤研究

光谱学与光谱分析 2019年第5期39卷 1610-1617页

作者：罗云刘显明张军李毅东周伟陈伟民重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室重庆400044 中国四联仪器仪表集团有限公司重庆400700

展陈照明中的光辐照会对光敏文物材料造成褪色、老化等辐照损伤,尤其对字画、染色丝绸、彩绘陶器等颜色非常丰富的光敏性文物损伤巨大,不利文物安全。国内外展陈照明标准为减少对文物的辐照损伤,严格控制照明标准水平,如光敏文物的照度... 详细信息

展陈照明中的光辐照会对光敏文物材料造成褪色、老化等辐照损伤,尤其对字画、染色丝绸、彩绘陶器等颜色非常丰富的光敏性文物损伤巨大,不利文物安全。国内外展陈照明标准为减少对文物的辐照损伤,严格控制照明标准水平,如光敏文物的照度仅50lx,不利于观众更加细致的欣赏这类文物。随着半导体固态光源Light emitting diode (LED)技术的发展,其光谱中不含对文物损伤最大的紫外和红外波段,与传统光源相比具有天然优势,能够实现在相同照度条件下对文物产生更小的伤害。并使得在不增加对文物损伤的前提下,提高照明环境亮度从而改善照明环境水平成为可能。然而,即使仅有可见光光谱,可见光光子能量仍会对材料造成不可逆的损伤。而LED光源光谱多样,甚至有较大差异,在LED光源大规模进入文物展陈照明领域时,如何科学指导博物馆文物照明光源的研发与应用,是改善文物展陈照明环境的关键问题。该研究对常见光敏文物材料进行可见光连续辐照下表面颜色属性变化的测量研究,通过制备常用的国画颜料和植物染料样品(国画颜料主要有硃磦、赭石、三青、花青、胭脂、炭黑、曙红、酞青蓝;植物染料主要有茜草、黄檗、栀子、靛蓝、槐米、苏木、紫草),利用不同波长单色光和不同色温复合光的LED作为光源,对样品进行大剂量连续辐照实验。辐照过程中,定期测量材料表面颜色的色度学参数L~*, a~*, b~*,以CIE 1976 L~*a~*b~*均匀色空间色差计算方法,求算出不同光谱的LED光源辐照后样品的色差变化。再分别从辐射度学和光度学出发,对比分析具有不同光谱的LED光源对国画颜料和植物染料的长期辐照影响。实验结果表明:不论从辐射度学还是光度学角度分析,相同辐照剂量或曝光量照射后,单色光中短波长的蓝光辐照导致样品的色差最大,绿光次之,红光最小;而在复合光中,高色温LED光源由于蓝光占比较大,对样品的辐照影响明显高于低色温LED光源;目前利用光照度对博物馆照明环境进行评价时,由于蓝光对应的人眼视见函数数值较低,与辐射照度评价相比,蓝光辐照对文物的影响会被进一步低估;相同光照条件下,植物染料的老化程度总体高于国画颜料;黄色系的植物染料(黄檗、槐米)和红色系的国画颜料(硃砂、曙红)在光照过程中更易老化。因此,博物馆展陈照明的LED光源应严格控制蓝光成分,采用低色温的光源更有助于对文物的保护。在今后制定文物展陈照明标准时,应对光源的蓝光占比进行限制。此外,对于黄色系、红色系等光敏文物进行照明时,相应的展陈照明标准应更为严格。该研究对于LED光源在博物馆照明更加合理的研发与应用,以及未来博物馆展陈照明标准改进及照明条件改善具有重要指导意义。

关键词：文物照明国画颜料植物染料发光二级管辐照损伤可见光辐照

光辐照和磁场调控下的掺镍HfO2薄膜电荷存储特性

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光辐照和磁场调控下的掺镍HfO2薄膜电荷存储特性

作者：张婷西南大学

学位级别：硕士

为进一步提高存储密度,基于金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOS-FETS)结构的新一代Flash存储器沟道长度已经缩短到低于10 nm。栅极氧化层的持续减薄导致器件漏电流急聚增大。在高介电常数的氧化层中嵌入彼此分离的金属纳米微粒为存储... 详细信息

为进一步提高存储密度,基于金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOS-FETS)结构的新一代Flash存储器沟道长度已经缩短到低于10 nm。栅极氧化层的持续减薄导致器件漏电流急聚增大。在高介电常数的氧化层中嵌入彼此分离的金属纳米微粒为存储节点的纳米浮栅式非易失性存储器(NFG-NVM)结构有效地解决了器件漏电流过大的问题。进入二十一世纪,随着人类生产生活范围的扩展,存储器稳定性对外界环境依赖性的研究越来越重要。除环境温度和湿度外,光辐照和强磁场是常见的两种外界影响。近十几年来,陆续有研究报道可见光辐照对有机NFG-NVM器件电荷存储特性的增益作用,以及可见光辐照对MOS光电探测器电容-电压特性的影响。2017年,有研究报道了以Si为电荷传输材料,胶量子点为光吸收体的新型光伏场效应管(FET),翻开了光辐照调控的无机NFG-NVM器件电荷存储特性研究的新篇章。本文选用具有高介电常数和较好光透射率的绝缘氧化物HfO为存储器的隧穿层和控制层材料,选用具有较高功函数的磁性金属Ni纳米微粒作为存储节点。利用磁控溅射的方式,在n-Si(100)衬底上沉积制备了掺镍HfO薄膜的MOS电容器结构。微结构观测和化学成分分析表明,非晶HfO薄膜与Si衬底之间生成了HfSi非晶界面层;Ni原子以非晶团聚的形式镶嵌在HfO薄膜基体中。电学性能测试显示,最优化条件制备的掺镍HfO薄膜具有.46V的电荷存储窗口。可见光辐照激发Si衬底产生更多光生电子-空穴对,在外加电场的作用下,光生载流子隧穿过HfO薄膜存储进入多余的Ni存储节点,从而使得器件的电荷存储总量增加,存储窗口变大。对比实验研究表明,可见光辐照对器件电荷存储特性的增益作用与光源的强度有关,而与光源的波长无关。在最优化的光辐照条件下,器件存储窗口宽度从3.45V增大到6.12V,电荷存储密度增加了近三倍;而且,在不间断的光辐照下,器件有效读/写次数超过10,电荷存储保持时间>10s,显示出优异的器件稳定性,显示出其在新一代光电存储器件方面的应用前景。另一方面,在外加磁场作用下,器件存储窗口宽度随磁场的增强而有所减小,但器件的饱和电容值却随着磁场的增加而明显增大,初步显示出磁场对掺镍HfO薄膜电荷存储特性的调制作用。综上所述,可见光辐照和磁场对掺镍HfO薄膜的电荷存储特性具有明显的增益和调制作用,使得掺镍HfO薄膜可应用于新一代光电/电磁非易失性存储器的开发研究。

关键词：可见光辐照磁场掺镍HfO2薄膜电荷存储特性

半导体CdS悬浮体系中可见光催化产氢同时生成氦-3（英文）

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分子催化 2017年第4期37卷 299-304页

作者：吕功煊甄文龙中国科学院兰州化学物理研究所羰基合成与选择氧化国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

我们报道了在可见光照射下,半导体硫化镉(CdS)悬浮体系在催化分解水制氢同时会伴随着少量氦-3和氦-4产生.结果表明,在温和条件下自水中的质子通过低能核反应(LENR)产生氦-3和氦-4的是可能的.

关键词：光催化产氢生成氦-3和氦-4 CdS半导体悬浮体系可见光辐照

不同光谱LED光源辐照对染色丝绸文物的表面色差变化影响研究

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灯与照明 2018年第3期42卷 48-53页

作者：罗云周伟张军李毅东刘显明重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室重庆400044 中国四联仪器仪表集团有限公司重庆400700

LED光源光谱只含有可见光成分,相比传统光源能够减少光照对文物的损伤,是目前博物馆展陈照明光源最佳产品。但对于一些光敏文物,长期可见光辐照同样会对其产生不可逆的影响。文章以染色丝绸这一类典型光敏文物为研究对象,通过制作不同... 详细信息

LED光源光谱只含有可见光成分,相比传统光源能够减少光照对文物的损伤,是目前博物馆展陈照明光源最佳产品。但对于一些光敏文物,长期可见光辐照同样会对其产生不可逆的影响。文章以染色丝绸这一类典型光敏文物为研究对象,通过制作不同颜色的常见植物染料染色丝绸样品,设计模拟照明展览实验系统,利用不同光谱LED光源对样品进行高强度连续光照并测量样品表面色彩属性,计算样品的色差变化以分析不同光谱LED光源长期光照对丝绸文物的影响。结果表明,单色光对染色丝绸老化的影响随波长递增而减弱,高色温对文物的影响强于低色温,不同光谱的LED对黄檗和槐米的老化影响均最大。本研究对更合理地设计丝绸类博物馆LED光源及改善未来博物馆照明环境均有重要指导意义。

关键词：文物照明国画颜料植物染料辐照损伤可见光辐照

溴染料敏化担载Pt石墨烯催化可见光制氢、氘和氦（英文）

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分子催化 2017年第2期37卷 101-104页

作者：吕功煊田彬中国科学院兰州化学物理研究所羰基合成与选择氧化国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

~3He是理想的核聚变燃料,但是地球上~3He的储量十分有限,大约只有500 kg.我们报道了在可见光光照条件下,溴染料敏化担载Pt石墨烯催化水还原为氢气过程中伴生少量氘和氦的实验现象.结果表明在温和条件下自水中的质子生产氘和氦的是可能的.

关键词：光催化还原质子生成氘和氦可见光辐照

不同光谱光源辐照对染色丝绸文物的表面色差变化影响研究

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光源与照明 2018年第4期 36-39页

作者：罗云周伟张军李毅东刘显明重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室重庆400044 中国四联仪器仪表集团有限公司

LED光源光谱只含有可见光成分,相比传统光源能够减少光照对文物的损伤,是目前博物馆展陈照明光源最佳产品。但对于一些光敏文物,长期可见光辐照同样会对其产生不可逆的影响。文章以染色丝绸这一类典型光敏文物为研究对象,通过制作不同颜色的常见植物染料染色丝绸样品,设计模拟照明展览实验系统,利用不同光谱LED光源对样品进行高强度连续光照并测量样品表面色彩属性,计算样品的色差变化以分析不同光谱LED光源长期光照对丝绸文物的影响。结果表明:单色光对染色丝绸老化的影响按波长递增,影响递减;高色温对文物的影响强于低色温;不同光谱的LED对黄檗和槐米的老化影响均较大。本研究对更合理地将LED光源应用于丝绸类的博物馆照明以及未来博物馆照明环境的改善均有重要指导意义。

关键词：文物照明国画颜料植物染料 LED辐照损伤可见光辐照

可见光驱动的光催化产氢同时诱导低能核反应嬗变钾为钙（英文）

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分子催化 2017年第5期37卷 401-410页

作者：吕功煊张文妍中国科学院兰州化学物理研究所羰基合成与选择氧化国家重点实验室甘肃兰州730000

报道了曙红、氯铂酸钾、氧化石墨烯和三乙醇胺混合物悬浮体系在可见光照射条件下将钾嬗变为钙的现象.在大于440 nm光照的条件下,反应体系可以产生大量的氢气,同时体系中的部分钾原子转变为钙元子.在反应过程中,悬浮混合物中的钙元素浓... 详细信息

报道了曙红、氯铂酸钾、氧化石墨烯和三乙醇胺混合物悬浮体系在可见光照射条件下将钾嬗变为钙的现象.在大于440 nm光照的条件下,反应体系可以产生大量的氢气,同时体系中的部分钾原子转变为钙元子.在反应过程中,悬浮混合物中的钙元素浓度持续增加,同时伴随发生质子的还原为氢和部分质子反应为氦3和氦4的反应.分析表明,在自然界的某种环境和条件下,钙有可能通过在温和条件下的低能核反应(LENR)经历钾的嬗变生成,这个过程可能与光催化产氢过程中生成的负氢有关.

关键词：光催化产氢质子还原钾嬗变为钙低能核反应可见光辐照

Ti3C2衍生氮掺杂TiO2@C复合催化剂的制备及光芬顿降解水中有机污染物的性能研究

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Ti3C2衍生氮掺杂TiO2@C复合催化剂的制备及光芬顿降解水中有机污...

作者：钟瑞兰州大学

学位级别：硕士

光芬顿技术是利用光照增强芬顿反应(Fenton)活性的方法,在传统的Fenton体系中引入光催化材料,可利用芬顿反应和光催化反应的协同效应去除水中有机污染物。二氧化钛(TiO)虽然被誉为最有前途的环境友好型光催化剂,但依旧存在光照利用率低... 详细信息

光芬顿技术是利用光照增强芬顿反应(Fenton)活性的方法,在传统的Fenton体系中引入光催化材料,可利用芬顿反应和光催化反应的协同效应去除水中有机污染物。二氧化钛(TiO)虽然被誉为最有前途的环境友好型光催化剂,但依旧存在光照利用率低、量子效率低等缺点。基于此,本论文以二维层状过渡金属碳化物TiC为碳骨架和均匀钛源,采用高温煅烧法引入氮掺杂和碳材料以制备改性的TiO光催化剂;其次,采用多种物理和化学表征方法研究制得的光催化剂的形貌、结构和光催化性能;最后,探究不同条件下光芬顿体系的催化降解性能。主要内容如下:1.氮掺杂TiO@C@FeO的制备及光芬顿体系的降解性能研究通过溶剂热法合成可利用磁选技术分离的N-TiO@C@FeO复合催化剂,利用各种表征手段证明了二维层状复合催化剂是N掺杂的碳基复合材料上N掺杂TiO和FeO的杂化物。N-TiO@C@FeO作为一种优秀的复合催化剂,大大提高均相光芬顿体系中HO的分解效率,同时显著减少HO和Fe的投加量,降低运行成本。以罗丹明B(Rh B)和孔雀石绿(MG)为有机染料研究模型,在优化条件下,当可见光存在时,300 s内Rh B的降解效率为96.5%,远高于传统Fenton的降解效率(43.5%),且经10个循环后,催化剂仍保持稳定的结构和性能,降解效率保持在90%以上;同等条件下,Fenton试剂仅为Rh B体系的1/4时,600 s内即可完全降解MG(99.7%)。选取盐酸四环素(TC)和盐酸土霉素(OTC)为药品和个人护理产品(PPCPs)研究模型,在最优条件下,60 min内TC降解效率达90.0%(同条件下传统Fenton的TC降解效率仅为14.7%),OTC降解效率为86.8%。综上所述,本论文构建的光芬顿体系可高效地降解处理水中的染料和PPCPs。2.氮掺杂TiO@C气凝胶的制备及光芬顿体系的降解性能研究通过乙二胺(EDA)辅助自组装制备催化活性更好的N-TiO@C气凝胶复合催化剂,其具有稳定的三维结构和较大的比表面积。N掺杂TiO@C气凝胶显著提高了均相光芬顿体系中HO的分解效率,并大大减少了Fenton试剂的用量。选取OTC为PPCPs研究模型,在最优条件下,60 min内OTC降解效率为90.2%。此外,选取Rh B为有机染料研究模型,在最佳条件下,可见光照射时,Rh B降解效率在20 s内即可达96.2%,600 s内几乎完全降解(99.6%),经过5个循环后,催化剂仍保持稳定的降解性能,去除率保持在95%以上。实验结果证明光芬顿体系降解Rh B的活性物种包括·O、·OH和h。

关键词： Ti3C2 氮掺杂TiO2@C 光芬顿可见光辐照有机污染物