多晶有机薄膜半导体因兼具高载流子迁移率和低成本溶液加工优势而备受关注,但其电学性能对环境湿度高度敏感,严重制约了器件的长期稳定运行。针对这一关键科学问题,本研究系统研究了环境水分对基于有机半导体小分子/聚苯乙烯共混多晶薄膜有机场效应晶体管(OFET)电学性能的影响。研究结果表明,环境水分在器件中发挥着双重作用机制:一方面,水分子聚集于晶界及半导体/介电层界面,作为缺陷源引入额外陷阱态,导致载流子迁移率逐渐下降并引发阈值电压的正向漂移;另一方面,水的高介电常数所引起的极化效应可增强沟道载流子调制能力,从而暂时提升电流响应。然而,该极化过程本质上具有动态特性,最终导致器件参数的显著波动和长期电学不稳定性。为抑制水分诱导的不利影响,我们引入分子掺杂剂作为结构调控与界面稳定手段。尽管1%掺杂剂的引入导致晶粒尺寸减小并略微牺牲了器件的初始性能,但其有效钝化了晶界缺陷,显著抑制了水分相关的陷阱形成,从而大幅提升了器件在空气环境下的长期稳定性,使迁移率与阈值电压在长时间暴露后仍保持良好稳定。本研究揭示了环境水分在多晶OFET器件中同时充当“陷阱诱导源”和“极化介质”的本质作用机制,并提出了一种简便而有效的分子掺杂策略,为实现高性能且环境稳定的多晶OFET提供了新的设计思路。

表面增强拉曼光谱(SERS)技术因其高灵敏度和独特的分子“指纹”识别能力,在痕量分析领域具有重要应用价值。然而,传统SERS基底存在成本高、生物相容性差以及信号重复性不佳等问题。而π共轭有机小分子凭借其可设计的电子结构、高结晶度和优异的电荷转移特性,为开发新型SERS基底提供了突破性方案。本文系统综述了π共轭有机小分子在SERS技术中的研究进展与应用。通过分子工程调控共轭体系的能级和取代基,可显著提高化学增强效应。通过进一步构建有机/二维材料复合体系,实现了电磁增强与化学增强的协同效应,大幅提高了信号稳定性和检测灵敏度。同时该类材料在环境监测中展现出重要应用价值,成功实现了对微纳塑料、抗生素及细菌相互作用的高灵敏度、高选择性、无荧光干扰检测。π共轭有机小分子SERS基底为发展低成本、生物相容性分析平台开辟了新途径。相关研究有望通过深化构效关系理解、优化设计,进一步推动SERS技术在单分子科学及复杂环境实时监测中的实用化进程。

GeTe合金作为中温区极具潜力的热电材料,因其优异的热电性能而备受关注。本研究采用真空熔炼结合热压烧结工艺,成功制备出Ge_0.8-xMn_0.1Pb_0.1Bi_xTe系列合金。结果表明,Bi元素的引入显著降低了合金的载流子浓度,进而增加了塞贝克系数。随着Bi掺杂浓度的增加,合金的晶体结构由菱面体相逐渐转变为立方相。同时,Bi的引入加剧了GeTe合金内部的晶格畸变,增强了声子散射,降低了晶格热导率,且由于电阻率的升高,电子热导率显著降低。在773 K时,Ge_0.78Mn_0.1Pb_0.1Bi_0.02Te合金的热导率降低至1.34 W/(m·K)。最终,该合金在中低温下的热电优值得到提高,同时在高温区保持了较高的热电优值,从而获得了高达0.80的平均热电优值。

钙钛矿钽铌酸钾K(Ta_1-xNb_x)O₃(KTN)铁电单晶在过去几十年中得到了广泛研究,这得益于其大压电常数、高相变温度以及无毒的化学成分等优势。随着对生长过程的深入探索,研究人员采用顶部籽晶熔体法生长的单晶质量得到改善,尺寸不断增大。近期研究报道了四方相KTN单晶压电常数达到505 pC/N、机电耦合系数达到0.75。在15 kV/cm的电场下实现了0.32%的大单极应变。本文系统综述了压电KTN基单晶的研究进展,涵盖其生长工艺,提高机电性能手段如离子掺杂和工程畴等领域。文中探讨了高质量单晶生长和提高其机电性能的关键技术路径,并指出当前研究存在的挑战,同时对未来发展前景作出展望。

铁电光电人工突触作为一种新兴的智能器件,凭借其超快读写速度、超低能耗等优点,被视为构建神经形态视觉系统的理想候选器件。本文系统综述了铁电光电人工突触器件的最新研究进展。首先阐述了光电导型和光伏型两类器件的工作机制及其对基本突触功能的模拟;重点综述了铁电光电人工突触器件在神经形态视觉系统中的应用,具体包括生物视觉系统的学习与记忆功能模拟、图像信息预处理与识别、动态视觉信息的监测及处理以及多模态交互系统中的应用;最后从材料制备、器件工艺以及系统架构等方面总结了该类器件发展面临的主要挑战,并对其未来发展前景进行了展望。本综述为本领域的学者提供结构化的知识框架,也对推动新型低功耗智能视觉硬件的发展有重要参考价值与方向指引。

氨作为重要的化工原料,其传统合成工艺——哈伯-博施工艺存在高能耗、高排放等问题,因此开发绿色、高效的电催化合成氨技术具有重要意义。针对单一Cu₂O催化剂反应动力学迟滞以及电子转移速率较慢的问题,本文通过无模板化学沉淀法合成了26面体Cu₂O,并利用光还原法引入Ag颗粒负载于Cu₂O表面,降低催化剂阻抗,促进界面电荷传输,并增强了对*NO₂、*NH₂OH等反应中间体向NH₃转化的本征催化活性,抑制析氢反应和副产物生成,从而系统提升了电催化硝酸盐还原合成氨性能。电化学测试表明,Ag-Cu₂O在硝酸盐还原反应中表现出优异的催化性能,其氨法拉第效率最高达88%,优于Au-Cu₂O和纯Cu₂O,且副产物亚硝酸盐和竞争产物氢气生成量较少。该催化剂能够适应不同浓度${\mathrm{N}\mathrm{O}}_{3}^{-}$溶液,为宽浓度范围硝酸盐废水处理提供帮助。本研究为设计高性能、高稳定性的硝酸盐还原电催化剂提供了新思路,对推动电催化技术在废水处理和绿色合成氨领域的应用具有参考价值。

为实现对太阳光全光谱的高效利用并提升钨酸钴(CoWO₄)的光催化性能,本研究采用静电纺丝技术制备了稀土(Ce³⁺、Eu³⁺、Yb³⁺、La³⁺)掺杂的一维CoWO₄纳米材料,系统研究了其结构、形貌、光催化及光热杀菌性能。X射线衍射(XRD)分析表明,所有样品均保持钨铁矿单斜晶系结构,稀土掺杂引起晶格畸变。扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)结果显示,掺杂后纳米管表面粗糙度增加并形成多孔结构,这为反应提供了更多活性位点。光催化性能测试显示,7% Ce- CoWO₄在可见光下140 min内对环丙沙星(CIP)的降解率达90.54%,在近红外光下7 h内降解率为81.84%。光电化学测试表明,稀土掺杂有效降低了电荷转移电阻并增强了光电流响应。在光热性能方面,5% Yb-CoWO₄在近红外光照射下使液体体系在360 s内升温至65 ℃,表现出优异的光热转换能力。抗菌实验结果表明,稀土掺杂样品在近红外光照射下对大肠杆菌具有显著的光热杀菌效果。本研究为开发具有全光谱响应能力的高效多功能光催化材料提供了新思路。

黄长石结构化合物,其通式为ABC₃O₇(其中A为碱土金属Ca²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺;B为三价稀土离子RE³⁺;C为三价主族元素Ga³⁺或Al³⁺),是一类重要的无机功能材料。该类材料以其稳定的晶体结构、可调的组分、优良的物理化学稳定性以及为激活离子提供的多样化晶格位点,在发光材料领域展现出巨大的潜力。本文系统综述了近年来离子掺杂黄长石结构ABC₃O₇基质发光材料的研究进展。重点阐述了其典型的黄长石晶体结构特征,详细归纳了以Eu³⁺、Tb³⁺、Dy³⁺、Mn²⁺、Cr³⁺等为代表的激活离子在该类基质中的发光特性、格位占据行为以及浓度猝灭效应。深入探讨了Bi³⁺等敏化剂与激活离子之间的能量传递机理,并总结了通过离子共掺杂实现发光颜色调控和性能优化的策略。最后,对该领域当前面临的挑战和未来的研究方向进行了展望,旨在为设计高性能新型黄长石结构发光材料提供理论依据和实践指导。

铅基卤化物钙钛矿纳米晶因其卓越的光电特性而备受关注。然而,铅基钙钛矿较小的斯托克斯位移会引发严重的自吸收效应,显著制约了其发光效率与应用。同时,铅元素具有生物毒性且对人体健康会产生不可逆的危害。为此,本文采用热注射法制备了无铅钙钛矿Cs₃Cu₂X₅(X=Cl, Br, I) 纳米晶,并系统表征了其物相组成与微观形貌。荧光光谱和变温荧光寿命等光学表征结果表明,Cs₃Cu₂X₅纳米晶的高荧光量子产率与大斯托克斯位移源自于其自陷激子发光(STEs)机制。为进一步提升其应用潜力,我们采用SiO₂对Cs₃Cu₂X₅纳米晶进行表面包覆,提升了其在水相环境中的分散性与生物相容性。最后,以大肠杆菌为模型菌株,结合浊度分析和平板涂布实验,评估了Cs₃Cu₂X₅@SiO₂核壳纳米晶的光照抗菌性能。本研究揭示了Cs₃Cu₂X₅纳米晶优异发光性能的物理起源并展示了其在生物医学领域作为高效、安全光功能材料的应用潜力。

针对高氮奥氏体不锈钢焊接过程中组织稳定性与力学性能匹配问题,采用非熔化极惰性气体钨极保护焊TIG自熔对接焊工艺,在焊接速度和保护气体条件保持恒定的前提下,以焊接电流为主要变量,系统研究其对焊接接头组织分区特征、Cr₂N氮化物析出行为及力学性能演化规律的影响。结果表明,焊接接头均形成焊缝区、粗晶热影响区和细晶热影响区的典型组织结构,焊接电流显著影响各区域的晶粒特征与组织均匀性。X射线衍射分析显示,在160~200 A条件下焊缝中可检测到Cr₂N析出,而当焊接电流提高至220 A及以上时,Cr₂N衍射峰明显减弱直至消失。结合焊接热循环特征分析认为,较高焊接电流通过改变焊缝区域在Cr₂N析出敏感温区的有效停留时间,对氮化物析出过程形成动力学抑制。力学性能测试结果表明,焊接接头的抗拉强度和冲击韧性随焊接电流变化呈现先降低、后升高再降低的非单调规律,其中在220 A条件下接头获得较优的强韧性匹配。研究表明,焊接电流通过调控Cr₂N析出行为及组织梯度特征,对高氮奥氏体不锈钢焊接接头的组织稳定性与力学性能具有关键影响。

氧化铟锡(ITO)靶材是制备透明导电薄膜的关键材料,其成型质量直接影响最终性能。传统成型方法在制备高密度、大尺寸坯体时易出现裂纹、密度不均等问题。凝胶注模成型技术因具有高固含量浆料原位固化、坯体强度高、结构均匀等优势,适用于高性能ITO靶材的制备。然而,甲基丙烯酰胺(MAM)体系在干燥过程中易发生开裂。为此,本研究系统探讨了单体/交联剂配比、浆料固含量与凝胶化温度对坯体成型质量的影响。结果表明,当单体质量分数1%、单体/交联剂比例为20、固体质量分数为80%、凝胶化温度为55~65 ℃时,可获得结构均匀、无裂纹的ITO靶材坯体。本研究为高性能ITO靶材的凝胶注模成型提供了可靠的工艺优化方案。