最新刊期
      2021 年 第 42 卷 第 11 期

        封面文章

      • 冯秋菊,解金珠,董增杰,高冲,梁硕,刘玮,梁红伟
        2021, 42(11): 1653-1660. DOI: 10.37188/CJL.20210291
        摘要：β-Ga2O3是一种新兴的超宽带隙半导体材料，由于具有4.9 eV的带隙、较高的击穿电场(8 MV/cm)及较高的热稳定性和化学稳定性等优良特性，使其成为一种很有前途的半导体材料，在高功率电子器件、气体探测器和日盲紫外(UV)光电探测器等领域有着较为广阔的应用前景。本文采用化学气相沉积法(CVD)生长出大尺寸的厘米级磷掺杂β-Ga2O3微米线，并对微米线的表面形貌、晶体结构和成分进行了研究，发现微米线的长度可达0.6~1 cm，直径约为40 μm。基于生长出的磷掺杂β-Ga2O3微米线制作了单根磷掺杂微米线的日盲紫外探测器，研究表明未掺杂和磷掺杂β-Ga2O3微米线对254 nm紫外光都具有良好的响应，其中磷含量为2.3%微米线制作的器件，其光电探测性能最好。该磷含量微米线器件在光功率550 μW/cm2时，其光电流为3.1 μA，暗电流为1.56 nA，光暗电流比约为2×103，上升和下降时间分别为47 ms和31 ms。当光功率为100 μW/cm2时，器件的光响应度和外量子效率最大，分别为6.57 A/W和3213%。此外，还对器件的紫外探测机理进行了研究。  
        关键词：化学气相沉积;磷掺杂;β-Ga2O3微米线;紫外探测器   
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        发布时间：2021-11-23

        特邀综述

      • 杨洁男,闻学敏,魏钦华,刘冬冬,成双良,吴云涛,秦来顺
        2021, 42(11): 1661-1672. DOI: 10.37188/CJL.20210270
        摘要：近年来，以雪崩二极管和硅光电倍增管为代表的高探测效率、长波敏感的硅基光探测器件技术得到快速发展，这使得具有红光-近红外发光特性的闪烁晶体材料逐渐受到关注。本文综述了红光-近红外发光金属卤化物闪烁晶体的发展历程，重点介绍了基于Eu2+-Sm2+能量传递的新型红光-近红外发光卤化物晶体的发光机理、闪烁性能和实现高效红光-近红外闪烁发光的材料选择原则，并从材料制备和探测器应用的角度分析了红光-近红外发光闪烁晶体发展所面临的问题。  
        关键词：红光-近红外发光;闪烁晶体;光电转换器件;金属卤化物;核辐射探测   
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        发布时间：2021-11-23
      • 赵皎印,索浩,李磊朋,郭崇峰
        2021, 42(11): 1673-1685. DOI: 10.37188/CJL.20210265
        摘要：稀土掺杂上转换发光材料的荧光强度通常会随着温度上升而呈现明显的热猝灭现象，这对其在温度传感、防伪、显示等方面的应用产生了极大的障碍。最近，研究人员在实验中发现了上转换发光强度随温度升高而增强的特殊现象，并开展了大量工作揭示其内在机理以及可能影响热增强效应的因素。上转换热增强效应的机理探究和优化对于未来开发新型的稀土上转换发光材料提供了新颖的思路，也为稀土上转换发光材料的应用研究奠定了基础。本文对荧光热增强型稀土掺杂上转换发光材料的最新研究进展进行了简单总结和梳理，主要介绍了荧光热增强效应的内在机理以及潜在应用，并展望了未来研究中所面临的机遇和挑战。  
        关键词：稀土发光材料;荧光热增强;上转换发光;纳米材料   
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        发布时间：2021-11-23

        材料合成及性能

      • 冯凯,冯琳,李国辉,温荣,冀婷,薛林,樊晓鹏,崔艳霞
        2021, 42(11): 1686-1700. DOI: 10.37188/CJL.20210252
        摘要：传统半导体材料随着器件尺寸的减小，会出现热效应、尺寸效应等现象，导致器件性能下降甚至失效。为了解决这些问题，研究者们寻求新的材料来代替传统半导体材料。黑磷作为一种p型二维材料，不但具有直接带隙，而且具有高载流子迁移率，得到了广泛研究。本综述介绍了黑磷的几种常见制备方法，如机械剥离法、液相剥离法等，总结了黑磷在太阳电池、光电探测器、场效应晶体管领域的应用现状。最后，对黑磷未来的发展进行了展望。  
        关键词：二维材料;黑磷;太阳电池;光电探测器;场效应晶体管   
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        发布时间：2021-11-23
      • 何晓雄,周浩,何青泉,潘军
        2021, 42(11): 1701-1721. DOI: 10.37188/CJL.20210223
        摘要：铅卤化物钙钛矿纳米晶具有高光致发光量子产率、窄发光半峰宽、可调带隙、高载流子迁移率等优异的光电性能，使其在太阳能电池、发光二极管、激光发射和X射线成像等光电领域均有巨大的应用前景。然而，由于铅卤化物钙钛矿离子化合物的本征特性，其在水分、光照和温度等环境条件下易发生相变或分解而影响其稳定性。稳定性问题已成为限制钙钛矿纳米晶材料商业化应用的最大障碍。近年来，研究人员报道了多种稳定钙钛矿纳米晶的方法，取得了显著成果。本文介绍了钙钛矿结构及其不稳定性的原因，详细概括了利用高分子、无机物、多孔材料，异质结等多种表面包覆策略来稳定卤化物钙钛矿纳米晶的研究进展，并展望了表面包覆的进一步设计思路。  
        关键词：钙钛矿;纳米晶;表面包覆;稳定性;复合材料   
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        发布时间：2021-11-23
      • 何睿夫,周非凡,屈军乐,宋军,周炫
        2021, 42(11): 1722-1738. DOI: 10.37188/CJL.20210208
        摘要：有机钙钛矿太阳能电池(OPSCs)的能量转换效率卓越，可以媲美单晶硅太阳能电池。但是，由于有机钙钛矿材料对水和空气十分敏感，因而当前面临着器件稳定性方面的挑战。金属有机框架(MOFs)与其衍生材料具有开放式孔道结构和非常大的比表面积，可以添加剂的形式用于电子、空穴传输层和混合钙钛矿-MOF光吸收层，或作为界面修饰层有效钝化钙钛矿吸收层的缺陷，并显著提升其能量转换效率及器件稳定性。本文介绍了MOFs的相关知识与MOFs结合OPSCs的研究现状，重点综述了近五年来MOFs在OPSCs中的应用与进展。  
        关键词：光伏技术;金属有机框架材料;钙钛矿太阳能电池   
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        发布时间：2021-11-23
      • 牛慧丹,孔苏苏,杨少延,刘祥林,魏鸿源,姚威振,李辉杰,陈庆庆,汪连山,王占国
        2021, 42(11): 1739-1747. DOI: 10.37188/CJL.20210287
        摘要：氮化铝(AlN)是一种重要的超宽禁带半导体材料. 本文研究了采用氢化物气相外延(HVPE)方法生长氮化铝的表面形貌演化和生长机理. AlN的制备过程是氮化处理后以700~1 100 ℃的不同温度生长，得到四组不同温度下的表面形貌. 结果表明，生长温度对AlN的生长形貌和生长模式具有重要的影响. AlN的生长形貌体现在纳米尺度和微米尺度的形貌差异，该结果归因于受生长温度主导的Al原子的表面迁移能力和位错演化. 另外，在900 ℃生长温度下得到具有倒金字塔结构的V坑形貌. V坑面为{10-11}半极性面，并遵循三维(3D)生长模式. 这种具有半极性面微观形貌的AlN可作为模板进行半极性紫外LED器件结构或其他Ⅲ族氮化物外延生长，在光电子器件和电子器件研制方面具有广阔的应用前景.  
        关键词：超宽禁带半导体材料;氮化铝;氢化物气相外延;生长温度;表面形貌   
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        发布时间：2021-11-23
      • 周啸宇,张晶,赵风周,楚新波,贺顺立,周福旺,严汝阳,薛晓娥,任志超,郑琪颖,张立春
        2021, 42(11): 1748-1755. DOI: 10.37188/CJL.20210225
        摘要：采用高压脉冲激光沉积技术和溶液旋涂法在p-GaN衬底上先后制备了ZnO纳米线和CsPbI3纳米结构，通过X射线衍射、扫描电子显微镜和光致发光研究了样品的结构、形貌和光学性能。利用该结构制备的发光二极管在正向电压下表现出较强的宽波段可见光发射，电致发光光谱由440 nm的蓝光、500~650 nm的黄绿光和705 nm的红光组成。实验发现，随着注入电流的增大，器件的电致发光颜色从接近白光逐渐变蓝，并且随着CsPbI3旋涂转速的降低，器件的发光颜色也从蓝光逐渐变为黄光。最后，利用能带模型详细讨论了复合结构的电致发光机理，解释了器件发光光谱随注入电流和旋涂转速变化的原因。这种CsPbI3/ZnO纳米复合结构可以实现光谱色坐标从蓝光到白光的调节，为单芯片白光发射器件的制备提供了方案。  
        关键词：ZnO纳米线;CsPbI3;电致发光;白光LED   
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        发布时间：2021-11-23
      • 时秋峰,王磊,郭海洁,黄平,崔彩娥,黄艳
        2021, 42(11): 1756-1762. DOI: 10.37188/CJL.20210281
        摘要：Pr3+4f5d具有大的辐射跃迁速率，是高效快响应闪烁体材料较有前景的发光中心离子。本文采用高温固相法制备了Pr3+掺杂Ba3La(PO4)3(BLP)光转换材料，对其物相、真空紫外发光性质、X射线激发发光性质、发光衰减特性和发光热稳定性进行了表征。结果表明，BLP∶Pr3+具有高效的Pr3+4f5d宽带发光，发光寿命为~15 ns，且具有较好的发光热稳定性。在基质172 nm激发下，存在基质到Pr3+4f5d的能量传递，而在X射线激发下可能受表面缺陷影响未发现明显的Pr3+4f5d发光。本文研究结果表明，BLP∶Pr3+在作为真空紫外到UV-C光转换材料方面具有潜在的应用价值。本研究对于设计新型快响应闪烁体具有一定的指导意义。  
        关键词：真空紫外光;Pr3+4f5d;能量传递;衰减曲线;基质发光   
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        发布时间：2021-11-23
      • 蒙铭周,张瑞,法信蒙,杨江华,欧俊
        2021, 42(11): 1763-1773. DOI: 10.37188/CJL.20210227
        摘要：采用溶剂热法制备了一系列不同Ce3+含量的Yb3+/Tm3+/Ce3+共掺NaYF4纳米粒子。样品在980 nm激光激发下，可以观察到强烈的上转换蓝色荧光。探究了不同Ce3+含量对发光强度的影响，发现在Ce3+含量从0%增加到0.5%的过程中，紫外到可见的上转换发光随着Ce3+浓度的增加先增强后减弱，在0.2%时荧光达到最强，比不掺Ce3+时荧光增强高达5倍左右，其中475 nm的蓝光更是增强了6倍。此外，对其机理进行了深入细致的探究，一方面，掺杂Ce3+后，Tm3+中的(3F3,3H4)与Ce3+中的(2F7/2,2F5/2)发生交叉弛豫，有效地防止了电子跃迁回到基态，以致整体荧光明显增强；另一方面，当掺入Ce3+后，形成的(Yb3+- Yb3+- Ce3+)Trimers把能量传递给1G4能级，发出475 nm的蓝光，导致蓝光很强。将其应用于荧光强度比测温，绝对灵敏度高达0.035 0 K-1。  
        关键词：Ce3+掺杂;上转换发光;强蓝光;(Yb3+- Yb3+- Ce3+)Trimers;荧光强度比测温   
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        发布时间：2021-11-23
      • 周琼,孟宪国,许英朝,刘春辉,吴盼盼,王明明,林翔宇
        2021, 42(11): 1774-1780. DOI: 10.37188/CJL.20210255
        摘要：通过还原气氛下的高温固相反应制备了Sr1.994-xSiO4∶0.006Eu2+,xDy3+(x=0.001~0.006)荧光粉。利用X射线衍射仪(XRD)和荧光分光光度计分析了Sr1.994-xSiO4∶0.006Eu2+,xDy3+荧光粉的晶体结构和发光性能，通过光致发光(PL)谱和光激励发光(PSL)谱表明所有的发光中心都来源于Eu2+离子。在320 nm和365 nm激发下，可以观察到以470 nm为中心的蓝光发射和530 nm为中心的绿光发射。热释光测试证明，Sr1.994-xSiO4∶0.006Eu2+,xDy3+材料的俘获陷阱深，室温下受热扰动影响小，在800 nm红外光激发下，被俘获的电子释放，在发光中心中与空穴复合发光。在254 nm紫外线照射0.5 h后，用980 nm红外激光器照射，可以观察到绿色的光激励发光，结果表明Sr1.994-xSiO4∶0.006Eu2+,xDy3+具有光存储特性。  
        关键词：高温固相法;Sr2SiO4;光致发光;光激励发光;光存储   
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        发布时间：2021-11-23
      • 张晓琳,马思阳,卢春兰
        2021, 42(11): 1781-1786. DOI: 10.37188/CJL.20210246
        摘要：将光性能优异的红光材料稀土铕配合物引入到蓝光材料香豆素衍生物中开发了一种新型的单分子白光材料CRP4-Eu，由于稀土铕主要依赖于2-噻吩甲酰三氟丙酮(简称TTA)的能量转移发光，斯托克位移可达274 nm，其吸收光谱和蓝光发射的香豆素衍生物的荧光发射光谱几乎没有交集，使得红光和蓝光能够同时释放，最终实现白光。考察了激发波长和单分子材料浓度对发光颜色的影响，发现CRP4-Eu在浓度为30 μmol·L-1、激发波长为392 nm时，其CIE(Commission Internationale de L'Eclairage)坐标值为(0.33,0.35)，接近于纯白光(0.33,0.33)。这为进一步开发单分子白色有机发光材料提供了基础。  
        关键词：白光材料;香豆素;稀土铕配合物;单分子白光   
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        发布时间：2021-11-23
      • 赵琼琼,袁伟,杜鹃,马国宏,冷雨欣
        2021, 42(11): 1787-1794. DOI: 10.37188/CJL.20210262
        摘要：利用超快泵浦探测技术，研究了近红外飞秒强激光脉冲作用下，金膜中的超快电子动力学过程。研究发现，800 nm飞秒激光激发后，金膜的瞬态反射率存在一个下降过程。通过对金膜的瞬态反射率光谱进行分析和模拟，发现主要是自由电子弛豫和带间双光子跃迁这两种电子动力学过程综合作用的结果。利用双温模型，模拟了800 nm飞秒激光作用下金膜的温度弛豫和瞬态反射率变化过程，理论计算结果与实验结果符合良好。  
        关键词：泵浦探测技术;近红外飞秒激光;金膜;超快电子动力学;瞬态反射率   
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        发布时间：2021-11-23

        器件制备及器件物理

      • 严一栋,钱敏,谢海芬,牟海川
        2021, 42(11): 1795-1803. DOI: 10.37188/CJL.20210217
        摘要：采用(E)-4-二腈亚甲基-2-叔丁基-6-(1,1,7,7-四甲基久洛尼定乙烯基)吡喃(4-(Dicyanomethylene)-2-tert-butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidin-4-yl-vinyl)-4H-pyran,DCJTB)分散到PMMA中作为色转换膜(CCL)，分别结合纯蓝光和蓝绿光器件为激发光源制备得到了白光有机发光器件(WOLED)。研究结果表明，使用发光层结构为mCP∶Firpic(10 nm)/ mCP(1 nm)/mCP∶4CzIPN(1.5 nm)的蓝绿光器件作为激发光源时，制备得到的WOLED性能明显优于使用纯蓝光进行激发的WOLED性能，其最大电流效率(CE) 为15.44 cd/A、显色指数(CRI) 77、色坐标(0.320 6,0.369 5)、色转换效率(CCE) 52%。为了进一步展宽电致发光(EL)光谱并提高CRI，将DCJTB和无机荧光粉Sr2Si5N8∶Eu2+按一定比例混合后分散到PMMA中，制备得到复合CCL并将其以不同的速率旋涂到蓝绿光器件背面。结果表明，掺入Sr2Si5N8∶Eu2+后白光OLED的CRI获得明显改善，这是由于通过对CCL厚度的调控，使得掺杂后CCL的红光峰逐渐红移从而引起EL光谱更进一步地展宽；并且当旋涂速率为750 r/min时，获得的WOLED具备最佳的CCL厚度及EL性能，其最大CE、CRI、色坐标、CCE分别达到11.29 cd/A、82、(0.320 6,0.369 5)和34%。  
        关键词：有机发光器件;高质量白光;复合色转换膜   
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        发布时间：2021-11-23
      • 姚中辉,陈红梅,张子旸
        2021, 42(11): 1804-1809. DOI: 10.37188/CJL.20210263
        摘要：基于双倾斜刻蚀沟槽结构成功实现了无需二次外延生长的单纵模Fabry-Pérot(F-P)激光器。分析了F-P谐振腔中存在刻蚀沟槽的谐振条件，沟槽的倾斜有利于获得稳定的单纵模输出。为了进一步研究斜槽宽度对器件输出性能的影响，在保持沟槽倾斜角为4°的前提下，制备了不同斜槽宽度的激光器器件，测试发现，当斜槽的刻蚀宽度为1.5 μm时器件的单模输出性能最佳。该器件在70 mA连续电流注入下展现出了高达40 dB的边模抑制比，并且在不同的电流注入下均保持稳定的单纵模输出。在25~70 ℃的测试范围内，有斜槽时光谱红移速率仅为0.12 nm/℃，远小于无斜槽时0.6 nm/℃的红移速率，进一步证实了斜槽的引入可以有效地实现稳定的单纵模输出，展示出了在光通信应用的潜力。  
        关键词：F-P激光器;刻蚀槽;单纵模;光通信   
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        发布时间：2021-11-23

        发光学应用及交叉前沿

      • 罗凡,郑东滨,阳志强,邓赟
        2021, 42(11): 1810-1817. DOI: 10.37188/CJL.20210211
        摘要：半胱氨酸(Cysteine,Cys)作为生物体内一种重要的含巯基氨基酸，与细胞代谢、氧化还原稳态密切相关，然而过量的半胱氨酸可能会导致类风湿性关节炎、阿尔兹海默病等。因此，开发一种能选择性识别半胱氨酸的荧光探针具有重要的研究意义。本文设计合成了一种以姜黄素-二氟硼为基本骨架，2-氯-5-硝基苯甲酰基为识别位点的荧光探针分子1，并将其用于半胱氨酸的识别。结果表明，探针能高选择性识别Cys，荧光强度与Cys浓度在10~70 μmol·L-1范围内呈良好的线性关系，检出限为2.9 μmol·L-1。同时，Cys的加入会引起探针溶液颜色肉眼可见的显著变化，由黄色变为无色。此外，该探针能模拟检测水样中添加的半胱氨酸，在自来水、河水样品中的半胱氨酸的回收率为98%~109%。  
        关键词：半胱氨酸;姜黄素衍生物;荧光探针;选择性识别   
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        发布时间：2021-11-23
      • 钱玟,何利,潘无双,陈燕华,王惠,刘书亮,陈姝娟,刘爱平
        2021, 42(11): 1818-1827. DOI: 10.37188/CJL.20210260
        摘要：以猪骨和乙二胺为碳源和氮源，通过一步水热法合成了氮掺杂碳量子点(N-CQDs)，并优化其制备条件。通过透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射图(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和X射线光电子能谱(XPS)技术，研究了N-CQDs的结构和光学性质及元素组成。所制备的N-CQDs具有较高的量子产率(26.4%)，平均粒径为2.34 nm，在365 nm紫外光照射下呈现出明亮的蓝色荧光。研究发现Co2+对N-CQDs有良好的猝灭作用，从而建立了一种快速检测Co2+的新方法。N-CQDs荧光猝灭强度与Co2+浓度在0~15 μg/mL和30~80 μg/mL呈良好的线性关系，检出限为20 μg/L，加标回收率为97.26%~109.14%,RSD<3.24%，能够应用于实际水样中Co2+含量的测定。  
        关键词：氮掺杂碳量子点;猪骨;荧光检测;Co2+   
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        发布时间：2021-11-23
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