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用于远程气体探测的双波长中红外激光器(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第1期61卷 153-160页

作者：吕新杰杨彬姚红权汪小涵吴悔卜令兵祝世宁南京大学固体微结构物理国家重点实验室江苏南京210093 南京大学现代工程与应用科学学院江苏南京210023 南京大学物理学院江苏南京210093 南京大学人工微结构科学与技术协同创新中心江苏南京210093 南京信息工程大学大气物理学院江苏南京210044

为了实现远程气体探测,基于由超晶格材料构成的光参量振荡器,研制了一台双波长输出的中红外激光器。该光参量振荡器通过种子注入的方式,实现了纳秒级窄线宽的中红外脉冲激光输出,重复频率为500 Hz,单脉冲能量超过1 mJ,并能够对准2.6~4.0... 详细信息

为了实现远程气体探测,基于由超晶格材料构成的光参量振荡器,研制了一台双波长输出的中红外激光器。该光参量振荡器通过种子注入的方式,实现了纳秒级窄线宽的中红外脉冲激光输出,重复频率为500 Hz,单脉冲能量超过1 mJ,并能够对准2.6~4.0μm波长范围内的NO、NO_(2)和SO_(2)的吸收峰。通过气体动态排放实验,在远程气体探测实验中对该激光器进行了验证。

关键词：光参量窄线宽光谱中红外激光器

中国光学十大进展：基于超构透镜阵列的新型成像器件

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激光与光电子学进展 2024年

作者：陈绩叶欣吴悦祝世宁李涛南京大学现代工程与应用科学学院南京大学固体微结构全国重点实验室南京大学物理学院东南大学信息科学与工程学院东南大学移动通信全国重点实验室东南大学移动通信与安全前沿科学中心

透镜阵列是由多个透镜按照一定的方式排布而成的多功能光学元件。与单个透镜相比，其可以采集更多的光场信息，具有高速运动探测、三维光场成像、并行信息处理等功能。近年来研究人员将人工微结构材料——超构表面制备成超构透镜阵列，... 详细信息

透镜阵列是由多个透镜按照一定的方式排布而成的多功能光学元件。与单个透镜相比，其可以采集更多的光场信息，具有高速运动探测、三维光场成像、并行信息处理等功能。近年来研究人员将人工微结构材料——超构表面制备成超构透镜阵列，不仅具有传统微透镜阵列的功能，更具有灵活设计、超轻超薄等优势，在光学器件和系统的微型化、智能化、集成化方面具有重要的应用潜力。本文将首先介绍透镜阵列的工作原理，其次将介绍近年来超构透镜阵列在成像和信息技术领域的成功应用，并最终展望超构透镜阵列技术未来的发展。

关键词：超构表面超构透镜阵列光学器件先进成像

水滑石超级电容器电极材料层间距调控研究进展

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硅酸盐学报 2024年第6期52卷 2162-2174页

作者：王晓亮高靖淞宋晓琦张一波潘奎王宏伟郭力歌李盼盼刘忆黄传辉杨绍斌辽宁工程技术大学材料科学与工程学院辽宁省地矿工程特种材料专业技术创新中心辽宁省矿物高值化与储能材料重点实验室辽宁阜新123000 徐州工程学院机电工程学院江苏徐州221111

水滑石具有二维层状结构和高理论比电容,在超级电容器电极材料领域崭露头角。通过调控层间距,提高水滑石层间电化学活性位点利用率,降低离子传输阻力,成为水滑石等二维电极材料常用而有效的结构调控方法。近年来,水滑石层间距调控和电... 详细信息

水滑石具有二维层状结构和高理论比电容,在超级电容器电极材料领域崭露头角。通过调控层间距,提高水滑石层间电化学活性位点利用率,降低离子传输阻力,成为水滑石等二维电极材料常用而有效的结构调控方法。近年来,水滑石层间距调控和电容性能研究报道迅速增加,但至今关于水滑石层间距调控提升电容性能的综述文章依然很少。因此,本文对水滑石的结构和储能机理进行了介绍,系统对比评述了离子交换法和一步合成方法调控层间距的优缺点,深入对比并总结了客体插层、金属阳离子配比调控、插层及水滑石载量调控等方法对水滑石层间距、成分、结构和电容性能的影响研究的进展情况,梳理出了调控层间距提升电容性能的常用方法和电容性能提升的内在机制,为推进水滑石电极材料的深入研究和应用发挥重要作用。

关键词：水滑石超级电容器电极材料层间距调控电容性能

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V掺杂优化H和HO吸附促进NiO纳米片电催化析氢

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科学通报 2024年

作者：皮明雨蒲子怡周荣秀李睿杨洁黄业雄李帅錡李泓霖张丁可重庆师范大学物理与电子工程学院光电功能材料与激光技术重庆市重点实验室南京大学现代工程与应用科学学院

在碳达峰、碳中和大背景下,电解水制氢是解决能源短缺和环境污染的有效途径.NiO作为一种极具潜力的水分解析氢反应（HER）电催化剂,受到研究者的广泛关注.然而,由于低电导率以及H和H2O在其表面的吸附强度不合适,NiO在碱性介质中仍然表... 详细信息

在碳达峰、碳中和大背景下,电解水制氢是解决能源短缺和环境污染的有效途径.NiO作为一种极具潜力的水分解析氢反应（HER）电催化剂,受到研究者的广泛关注.然而,由于低电导率以及H和H2O在其表面的吸附强度不合适,NiO在碱性介质中仍然表现出缓慢的HER动力学.本文设计并成功制备一种三维自支撑的V掺杂NiO纳米片阵列（V-NiO NSs）用于碱性HER.实验结果表明,V掺杂能有效地提升NiO的电催化析氢活性,且展示出良好的稳定性.本研究体系中,V:Ni摩尔比为10%的V掺杂NiO（V-NiO-10%）样品表现出最佳的催化性能.实验测试结合密度泛函理论（DFT）计算表明,V掺杂优化了NiO的电子结构,有效改善其电荷输运性能,同时增加了其电化学活性面积另外通过优化催化剂d带中心抑制质子过度结合,并且通过增强H2O吸附减小了水解离及HER决速步能量势垒,在多方面协同作用下,显著提升了NiO电催化析氢性能.

关键词： NiO V掺杂电子结构调控电催化碱性析氢

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轴流涡轮长叶片级变工况特性研究综述

机械工程学报 2024年第8期60卷 271-290页

作者：黄功瑞朱阳历熊军王星李文陈海生中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049 江苏大学能源与动力工程学院镇江212013 国家能源大规模物理储能技术(毕节)研发中心毕节551712 中国科学院南京未来能源系统研究院南京211135

为满足高效、高负荷、高可靠性大流量轴流涡轮的应用需求,涡轮叶片的长度和展弦比设计日益增大。相较于较短的叶片,长叶片沿径向的叶型以及气流参数分布的变化幅度更大,因此其设计要求更高。受涡轮负荷需求、环境条件等因素变化的影响,... 详细信息

为满足高效、高负荷、高可靠性大流量轴流涡轮的应用需求,涡轮叶片的长度和展弦比设计日益增大。相较于较短的叶片,长叶片沿径向的叶型以及气流参数分布的变化幅度更大,因此其设计要求更高。受涡轮负荷需求、环境条件等因素变化的影响,长叶片往往变工况运行,其级内三维流场结构复杂,各项性能恶化,容易导致叶片的安全性及使用寿命下降。为方便学者后续进一步研究长叶片级在变工况运行时的气动、传热与结构强度特点,探索拓宽长叶片级高效、稳定运行范围的方法,梳理了该领域近年来的研究成果。首先介绍长叶片的气动与结构设计特点,再分析与总结变工况时长叶片级的气动特性、传热与强度特性,并简述排气装置对末级长叶片内部流场的影响,最后分析目前仍存在的不足,展望轴流涡轮长叶片级在控制变工况不利影响方面与优化设计方面的未来发展趋势。

关键词：轴流涡轮长叶片级变工况

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基于GaSe/Ga_(2)O_(3)异质结的自供电日盲紫外光电探测器

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物理学报 2024年第11期73卷 360-367页

作者：宿冉奚昭颖李山张嘉汉姜明明刘增唐为华南京邮电大学集成电路科学与工程学院(产教融合学院) 氧化镓半导体创新中心(IC-GAO)南京210023 内蒙古大学电子信息工程学院呼和浩特010021 南京大学电子科学与工程学院南京210093 南京航空航天大学物理学院空天信息材料与物理工信部重点实验室南京211106

氧化镓(Ga_(2)O_(3))作为超宽禁带半导体在深紫外探测领域有极其重要的应用价值.它能与GaSe形成典型的Ⅱ型异质结构,促进载流子分离与传输,进而实现高性能的自供电探测.本文利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术在蓝宝石衬底上生长... 详细信息

氧化镓(Ga_(2)O_(3))作为超宽禁带半导体在深紫外探测领域有极其重要的应用价值.它能与GaSe形成典型的Ⅱ型异质结构,促进载流子分离与传输,进而实现高性能的自供电探测.本文利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术在蓝宝石衬底上生长了Ga_(2)O_(3)薄膜,并采用布里奇曼技术在氧化镓薄膜上生长了GaSe薄膜,构建了GaSe/β-Ga_(2)O_(3)异质结光电探测器,分析其中涉及的光物理与界面物理问题.该探测器对深紫外光有很好的响应性能,在8 V的电压下器件的暗电流仅为1.83 pA,254 nm光照下的光电流达到了6.5 nA,且UV-C/可见光(254 nm/600 nm)的抑制比约为354,即使在很小的光照强度下,响应度和探测度也达到了1.49 mA/W和6.65×10^(11)Jones.同时,由于结界面上的空间电荷区形成的光伏效应,该探测器在零偏压下表现出自供电性能,开路电压为0.2 V.此外,探测器有很好的灵敏度,无论是在电压恒定的条件下用不同光强的光照射探测器,还是在光强恒定条件下改变电压,器件都能快速响应.

关键词：光电探测器氧化镓硒化镓自供电

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固体电解质界面层锂合金相的高通量筛选与界面离子输运研究

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物理化学学报 2024年第3期40卷 50-59页

作者：窦智段慧宇林奕希夏颖慧郑明波许真铭南京航空航天大学材料科学与技术学院江苏省高效电化学储能技术重点实验室南京210016

固体电解质界面层(SEI)对锂离子电池的电化学性能有着重要影响,理想的SEI层应同时具备良好的电子绝缘性、较高的离子电导率,以及一定的界面机械强度来承受锂沉积/剥离行为所伴随的体积变化和抑制锂枝晶形成。构筑LiF基人工SEI层已被证... 详细信息

固体电解质界面层(SEI)对锂离子电池的电化学性能有着重要影响,理想的SEI层应同时具备良好的电子绝缘性、较高的离子电导率,以及一定的界面机械强度来承受锂沉积/剥离行为所伴随的体积变化和抑制锂枝晶形成。构筑LiF基人工SEI层已被证明是保护固态锂离子电池负极界面的有效策略。本工作通过材料数据库挖掘技术、高通量第一性原理计算和从头算分子动力学模拟对若干锂合金进行相图计算、扩散能垒计算,以评估其热力学稳定性和锂离子扩散能力,最终筛选出27种可用于LiF基人工SEI层锂离子导电相的锂合金材料。同时,对若干锂合金的晶体结构-扩散性质进行构效关系分析发现,锂合金晶体结构类型对锂离子扩散能力的影响比其元素组分更加显著,即I43d和Fm3m族群结构的锂合金具备非常优异的锂离子输运性能,而Pm3m和F43m族群结构的锂合金扩散通道狭窄,锂离子输运性能差。此外,本计算工作发现锂离子在LiF晶体中扩散迁移是极其困难的,而在LiF晶界和LiF/LiM合金界面迁移扩散阻力极小,藉此获得人工SEI界面层中锂离子输运的物理图像。

关键词：固态电池人工SEI界面锂合金第一性原理计算界面离子扩散

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光热材料在太阳能海水脱盐中应用的研究进展

无机化学学报 2024年第6期40卷 1033-1064页

作者：景欣欣王伟铎莫何苏谈朋陈志刚吴正颖孙林兵苏州科技大学材料科学与工程学院江苏省环境功能材料重点实验室苏州215009 苏州科技大学化学与生命科学学院苏州215009 南京工业大学化工学院南京211816

用于海水脱盐的太阳能界面蒸发装置因其绿色环保、简单高效以及适用范围广等优点,受到了广泛关注。与传统的体积式蒸发装置不同,太阳能界面蒸发装置将太阳光的收集和蒸汽的产生锁定在空气-水的界面,无需从底部加热整体水来产生蒸汽,极... 详细信息

用于海水脱盐的太阳能界面蒸发装置因其绿色环保、简单高效以及适用范围广等优点,受到了广泛关注。与传统的体积式蒸发装置不同,太阳能界面蒸发装置将太阳光的收集和蒸汽的产生锁定在空气-水的界面,无需从底部加热整体水来产生蒸汽,极大提高了能源利用效率。本文详细介绍了太阳能界面水蒸发装置的重要组成部分——光热材料的光热转换机理、材料种类以及材料的性能;探讨了高效海水净化太阳能蒸发装置的设计策略(增强光吸收、充足水供应、耐盐排盐等)。在此基础上,总结了基于界面蒸发中的太阳能蒸发装置的研究进展,展望了新型太阳能蒸发装置在海水净化领域的发展前景。

关键词：太阳能光热材料界面蒸发高效蒸发策略海水净化

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基于有机光电突触晶体管的储池计算网络

中国科学：化学 2024年第4期54卷 645-653页

作者：杜晓松顾健晖彭立超孙金瑞姜赛李昀常州大学微电子与控制工程学院常州213164 南京微结构国家实验室人工微结构科学与技术协同创新中心南京大学电子科学与工程学院南京210093

随着人工智能技术的快速发展,兼具高能效智能感知和计算的光电神经形态受到了广泛的关注.为了增强神经形态器件对不同应用场景的普适性,构建突触塑性能够灵活可调制的神经形态器件和电路至关重要.本文设计了一种基于非对称电极结构的有... 详细信息

随着人工智能技术的快速发展,兼具高能效智能感知和计算的光电神经形态受到了广泛的关注.为了增强神经形态器件对不同应用场景的普适性,构建突触塑性能够灵活可调制的神经形态器件和电路至关重要.本文设计了一种基于非对称电极结构的有机突触晶体管,并利用液相制备的大面积有机超薄半导体作为光感知和计算材料.该光电突触晶体管表现出典型的光刺激后突触电流(excitatory postsynaptic potential,EPSC)、双脉冲易化(paired-pulse facilitation,PPF)和脉冲强度依赖塑性(spike-amplitude-dependent plasticity,SADP),可以实现高能效的图像降噪预处理.为了进一步满足储池计算对于突触塑性可调性和网络非线性的要求,我们制备有机n型晶体管,设计了一个基于p型和n型晶体管的突触模拟电路.该突触电路可实现从短程塑性(short-term synaptic plasticity,STP)到长程塑性(long-term synaptic plasticity,LTP)的高度可调性,以及可配置的双脉冲易化特性,显著增强了突触晶体管的电流非线性度.基于有机突触模拟电路,我们构建了降噪预处理融合的储池计算系统,该储池神经网络对于去噪后的MNIST手写数据集表现出85%的识别准确率.此工作表明,有机光电突触晶体管有效的降噪功能和突触模拟电路的灵活调制能力对实现多模态、多尺度、高准确率和低功耗神经网络具有重要的意义.

关键词：有机突触晶体管突触模拟电路高可调性 PPF 光电多模态储池计算