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全无机CsPbBr3钙钛矿材料因其本征稳定性好、成本低廉从而在光伏领域展现出巨大的应用潜力, 但目前CsPbBr3太阳能电池的光电转换效率仍远低于其他体系的钙钛矿太阳能电池. 本文以无空穴传输层结构的碳基CsPbBr3全无机钙钛矿电池作为研究对象, 以多步旋涂法为基础, 通过在PbBr2(DMF)溶液中添加2-苯乙胺溴盐(PEABr)来调控CsPbBr3薄膜的结晶质量, 降低薄膜缺陷态密度, 钝化晶粒间界, 并对其中的关键工艺参数包括CsBr的用量(旋涂次数)、旋涂PbBr2薄膜时的衬底预热温度以及退火温度进行了优化. 最终在大气环境下获得了兼具稳定和高效的无空穴传输层结构的碳基CsPbBr3太阳能电池, 器件的光电转换效率达到8.25%, 并在无封装条件下保存1500 h仍可保持90%以上的效率, 对于进一步拓展CsPbBr3钙钛矿电池的优化设计思路具有重要意义.
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辐射制冷是一种通过光谱调控来实现降温的新型制冷技术, 相比于传统的主动制冷技术, 如吸收式制冷、压缩制冷等, 具有独特的优势, 在环境保护和能源利用方面具有重要意义. 本文首先从辐射制冷的基本原理出发, 介绍了自然界中生物所具有的辐射降温特性. 不同生物通过其材料、微观结构、行为等实现辐射制冷调控, 为人类探究新型辐射制冷材料和器件带来了启发. 本文也归纳了生物的辐射制冷机制, 总结了生物结构的优化方法, 并介绍了当前仿生辐射制冷的研究进展, 对仿生辐射制冷的研究方向、应用前景和材料制备方法进行了展望. 高功率、智能化的辐射制冷材料和器件是未来仿生辐射制冷的重要发展方向, 先进微纳加工技术的融入将使仿生辐射制冷在未来具有更广阔的市场和应用.
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传统高分子聚合物是良好的电绝缘体和热绝缘体. 高分子聚合物具备质量轻、耐腐蚀、可加工、可穿戴、电绝缘、低成本等优异特性. 高分子聚合物被广泛应用于各种器件. 由于高分子材料的热导率比较低(0.1—0.5 W·m–1·K–1), 热管理(散热)面临严峻的挑战. 理论及实验工作表明, 先进高分子材料可以具有比传统传热材料(金属和陶瓷)更高热导率. Fermi-Pasta-Ulam (FPU)理论结果发现低维度原子链具有非常高的热导率. 广泛使用的聚乙烯热绝缘体可以被转变为热导体: 拉伸聚乙烯纳米纤维的热导率大约为104 W·m–1·K–1, 拉伸的聚乙烯薄膜热导率大约为62 W·m–1·K–1. 首先, 本文通过理论和实验结果总结导热高分子材料的传热机理研究进展, 并讨论了导热高分子聚合物的制备策略; 然后, 讨论了在传热机制及宏量制备方面, 高分子聚合物研究领域所面临的新挑战; 最后, 对导热高分子的热管理应用前景进行了展望. 例如, 导热高分子聚合物在耐腐蚀散热片、低成本太阳能热水收集器、可穿戴智能冷却服饰、电子绝缘却高导热的电子封装材料等领域具有不可替代的热管理应用前景.
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半金属铋(Bi)的表面合金具有的Rashba效应, 和其具体结构性质有重要关联. 本文结合扫描隧道显微镜(STM)和密度泛函理论(DFT), 系统地研究了Bi原子在Ag(111)和Au(111)上的不同初始生长行为. 在室温Ag(111)上, 连续的Ag2Bi合金薄膜会优先在Ag台阶边缘形成; 在570 K Ag(111)上, 随着覆盖度增加到0.33 分子层(ML), Bi优先取代配位数低的台阶边原子并从单原子随机分布转变为长程有序的Ag2Bi合金相; 随着覆盖度增加, Ag2Bi通过退合金过程转变成$ p\times \sqrt{3} $ 结构的Bi膜. Bi在室温和570 K的Au(111)上的生长行为一致: 在覆盖度低于0.40 ML时, Bi会优先吸附在配位为5的Au原子上, 并以单原子和团簇的形式分别分散在Au(111)的密堆积区域和鱼骨纹重构的拐角处; 随着覆盖度增加到0.60 ML, 无序的Bi会逐渐转变成长程有序的($ \sqrt{37}\times \sqrt{37} $ )相; Bi的吸附会导致Au(111)表面应力逐步释放. Bi在Ag(111)和Au(111)上的不同生长行为表明, Bi原子与衬底之间的相互作用起着关键作用.
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为了实现激光约束核聚变(ICF)的自持聚变目标, 对靶壳内氘氚冰的质量提出了极其苛刻的要求, 冰层内表面和靶壳的同心度要求大于99.9%, 冰层内表面均方根粗糙度(RMS)优于1 μm. 高质量的冷冻氘氚靶建立在靶壳内高质量氘氚冰层的前提之上. 单晶是冰层的最好形态, 在靶壳内获得氘氚冰籽晶是基础条件. 本文通过采用逐渐降低升温速率的台阶控温方法, 开展了充气微管内保留籽晶的研究, 揭示了充气微管内保留籽晶的形核机理, 实验结果表明, 利用充气管口可保留稳定、单一的籽晶, 在相同的过冷度下, 当氘氚籽晶c轴方向与充气管轴向平行时, 生长速度较c轴垂直于充气管轴向时的速度慢约1—2个量级, 为获得高质量的籽晶从而形成高质量的氘氚冰提供了参考和支撑.
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与传统条纹相机加速和偏转电子束的方法相比, 太赫兹强场的加速梯度和扫描偏转梯度有明显优势, 具备实现飞秒级超高时间分辨的能力. 本文基于这一新技术设计了一款基于太赫兹场操控电子束的超小型高时间分辨探测器. 从理论上分析了加速区的时间弥散与电子脉冲发射时刻以及初始时间弥散的关系, 并讨论了空间电荷效应对时间弥散的影响; 设计并优化了加速区和偏转区的太赫兹脉冲耦合增强装置, 太赫兹脉冲电场在该装置中的增强系数最高可达9.39. 最终通过计算和分析本探测器的时间弥散, 得到了时间分辨率优于50 fs的结果.
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量子中继是长距离纠缠分发的关键组成部分, 而基于原子系综存储的读出效率是量子中继能否实用化的一个重要指标. 本文利用冷原子系综中的自发拉曼散射过程产生Duan-Lukin-Cirac-Zoller量子记忆, 在原子系综周围搭建环形腔, 增强光与原子相互作用, 从而提高读出效率, 然而, 腔内原子的能级分裂使量子记忆的读出效率降低. 本文研究了读出效率随读光相对于原子共振线失谐量的变化关系. 结果显示: 当读光的失谐量为80 MHz时, 本质读出效率为45%, 这时腔对读出效率的增强倍数为1.68倍.
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具有优良磁热性能的材料是磁制冷技术应用的关键. 本文设计制备出了一种非晶态四元Gd45Ni30Al15Co10合金条带, 系统地研究了该合金的磁热性能. Co的引入增加了合金的非晶态热稳定性, 扩大了过冷液相区宽度. Gd45Ni30Al15Co10非晶态合金条带的居里温度和有效磁矩分别为80 K和7.21μB, 在10 K温度下饱和磁化强度达到173 A·m2·kg–1, 矫顽力为0.8 kA·m–1, 具有优异的软磁性能. 在5 T的外加磁场下, Gd45Ni30Al15Co10非晶态合金的磁熵变峰值和相对制冷能力分别高达10.2 J·kg–1·K–1和918 J·kg–1. 该合金具有典型的二级磁相变特征, 可以在较宽的温度范围内实现磁制冷, 且Gd原子含量低于50%, 成本较低, 表明该合金是一种理想的磁制冷材料.
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利用非平衡格林函数方法研究了多孔石墨烯纳米带的热输运性质. 结果表明, 由于纳米孔洞的存在, 多孔石墨烯纳米带的热导远低于石墨烯纳米带的热导. 室温下, 锯齿型多孔石墨烯纳米带的热导仅为相同尺寸锯齿型石墨烯纳米带热导的12%. 这是由于多孔石墨烯纳米带中的纳米孔洞导致的声子局域化引起的. 另外, 多孔石墨烯纳米带的热导具有显著的各向异性特征. 相同尺寸下, 扶手椅型多孔石墨烯纳米带的热导是锯齿型多孔石墨烯纳米带的2倍左右. 这是因为锯齿型方向上声子局域比扶手椅型方向上更加强烈, 甚至部分频率的声子被完全局域导致的.
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等离激元纳腔可有效调控稀土掺杂纳米晶的上转换发光特性, 其不仅能增强上转换发光强度, 还可实现上转换发光光谱的调节. 然而, 目前利用纳腔进行上转化发光光谱调节的研究主要基于系综实验. 相比系综实验, 单颗粒实验由于可对同一颗上转换纳米晶进行对比研究, 因而能够排除系综样品非均匀性对实验的影响. 本文基于原子力显微镜原位纳米操纵技术将单颗粒Yb3+/Tm3+共掺杂纳米晶与由单根金纳米棒构成的等离激元纳腔进行耦合, 实验上对比了同一颗纳米晶与金纳米棒耦合前后上转换发光的光谱、发光寿命和激发功率依赖特性的变化. 实验结果与理论上通过结合电磁仿真和速率方程模拟得到的结果相符. 研究结果表明, 等离激元纳腔调控纳米晶上转换发光光谱是激发场增强效应、Purcell效应和辐射效率变化三方面效应共同作用的结果.
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