摘要：针对地外空间水分解反应面临的低制氢效率和微重力环境适应性等关键科学技术问题,采用光合成创新方法优化水分解制氢催化反应和气液分离过程。为解决贵金属基催化剂高成本和难以加工微纳结构电极等问题,设计并制备了一种具有超薄二维网状结构的磷化钴/氢氧化钴(CoPOH)复合催化剂。该复合催化剂在电流密度为10 mA/cm^(2)的条件下过电势仅为12 mV,Tafel斜率仅为61.2 mV/dec,经过1000次循环伏安测试后过电势仅提高26 mV。以上结果表明该复合催化剂能够有效提高产氢速率和能量转化效率,并具有良好的稳定性。此外,利用面投影微立体光刻(PμSL)3D打印技术,模仿水黾腿部的超疏水表面制备了一种具有微米结构的亲气疏水仿生Janus功能界面。该界面能够使不同种类气体沿与重力相反的方向快速穿过,平均时间仅为2.4 ms。基于该界面优异的气液分离特性制备的水分解制氢功能器件,可克服传统制氢反应中气体扩散和多种产物混合带来的分离难题。在微重力环境下,由于氢气难以快速在电极表面脱附和输运,显著影响析氢反应效率;利用本研究制备的功能界面,气体能够沿重力方向快速穿透,为克服地外环境下多相反应界面上气体脱附与分离难题提供了有效的解决方法。通过制备具有优良催化性能的复合催化剂和适应微重力环境的仿生功能界面,研制了地外水分解制氢功能原理器件,不仅为地外原位资源利用提供了理论和试验基础,还为构建地外碳氢氧闭合物质系统中析氢反应装置设计提供了解决方案。

摘要：分子纳米构筑与功能器件研制是极有意义的研究课题。本文总结了利用分子自组装构筑多层异质纳米结构、有机金属卟啉络合物的隧道电子诱导分子发光和轨道媒介分离作用、生物分子DNA的创造设计和微观结构、光电材料的本征性集成与功能器件研制。重点介绍了作者在相关课题研究方面所做的工作和最新研究结果。

摘要：太赫兹(THz)波段是电磁频谱中的一个重要区域,其频率介于微波和红外之间,具有许多独特的特性,例如穿透力强、非电离性、对生物组织无害等。随着太赫兹技术的不断创新和发展,由于传统的太赫兹功能器件面临尺寸大、功耗高以及集成度低等不足,因而针对太赫兹超材料功能器件的研究逐渐成为焦点。太赫兹超材料是一种人工设计结构,具有尺寸小、重量轻、性能可调、响应速度快等优势的复合材料,能够有效地调控太赫兹波的传播和相互作用。

摘要：微纳机器人(MNR)也称微纳马达,是一种可自主运动的微纳功能器件.作为一个全新的交叉研究领域,MNR在生物医学、环境修复和微纳制造等多个领域展现出巨大的应用潜力.MNR通常依赖于非对称的结构设计[1],并通过转化外界的声、光、电、热、磁和化学能等能量来进行自驱动[2~6].这些非对称结构可通过材料定向真空沉积、模板电沉积和原位合成等方法实现.然而,如何根据应用需求进行理性的可设计性定制微纳机器人仍然是一个亟待解决的难题.

摘要：提出一种基于超材料的由上下层格栅金属和中间层聚酰亚胺薄膜组成的太赫兹宽频反射器,可解决现有反射器遇到的反射率与反射带宽无法同时最优的问题。利用时域有限差分法对该反射器的反射性能进行研究和分析,通过优化金属层数、中间层聚酰亚胺薄膜厚度、格栅周期长度及格栅宽度等,确定了可以同时提高反射带宽和反射率的特征尺寸。结果表明:这种反射器在太赫兹频段具有优异的反射性能和较大的反射带宽,在0~4.0 THz工作频段内,其反射率在0.98以上的频段宽度可达2.04 THz。所提结构为太赫兹宽频通信技术的发展提供了一种高性能反射器件的设计方案。

摘要：基于不同大小形状的谐振环对电磁场不同响应的原理,设计了一种由6个嵌套式的方形封闭谐振环结构(CRR)组成的多频带太赫兹滤波器。通过利用时域有限差分法(FDTD)对该滤波器的透射特性进行研究,结果表明:当电磁波正入射或斜入射到谐振环所在平面时,能够出现六频带的滤波性,并且其透射系数对入射角度的变化并不敏感。该设计增加了滤波频带的个数,提高了滤波器对频率的敏感度,为多频带传感器、太赫兹通信技术等领域提供了理论方法。

摘要：利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究单个CO和O2气体分子在多种金属原子修饰的石墨烯表面的吸附作用.结果表明,空位缺陷结构的石墨烯能够显著提高金属原子的稳定性,失去部分电荷的金属原子有助于调控气体分子的吸附特性.对比发现,单个金属Al和Mo原子掺杂的石墨烯体系对O2分子具有极高的灵敏性和选择性.通过不同气体分子的吸附能够调控石墨烯体系的电子结构和磁性.研究结果测试了不同金属原子修饰石墨烯表面的反应活性,为设计新型金属-石墨烯功能器件提供参考.

摘要：近年来,铁磁材料特别是铁磁性微纳材料在太赫兹波段的研究取得了许多具有重要应用前景的成果。介绍了太赫兹辐射在一些铁磁性微纳材料中的产生,以及一些铁磁性材料与太赫兹波相互作用的研究。其中包括:外加磁场和非磁性纳米涂层对于在Co,Ni等铁磁性微粒中传输的太赫兹脉冲衰减和延迟的影响,铁磁流体中的法拉第旋转,太赫兹脉冲磁场与晶体磁矩的相互作用和一些铁磁性薄膜在太赫兹波段的负折射率。此外,还介绍了两种由人工设计的铁磁性材料构成的磁控太赫兹功能器件。最后,对铁磁材料在太赫兹波段的应用前景进行了展望。

摘要：有机/高分子共轭聚合物的结构设计是制备高性能有机半导体的有效策略,但该过程存在着设计合成周期长、制备步骤复杂和产率偏低等问题。为了克服这些问题,近年来人们越来越关注对有机/高分子半导体的掺杂。然而,传统电荷转移掺杂剂(如卤族单质I_(2)、金属氧化物Fe_(3)O_(4)、小分子F4TCNQ等)存在掺杂效率低、溶解度差和掺杂条件苛刻等问题。相比之下,三(五氟苯基)硼烷具有溶解度高、掺杂效率高、广泛适应性等优点。本文结合相关文献综述了三(五氟苯基)硼烷掺杂有机半导体的物理机制,并探讨了掺杂有机半导体的性质;此外,还总结了三(五氟苯基)硼烷掺杂在不同光电功能器件中的应用并明确了今后的研究方向。

摘要：1背景介绍太赫兹量级的声子直接影响固体材料的载流子迁移率、热导率等基本物性,并在结构相变、常规超导、光散射等物理现象中扮演着重要角色。然而,“零自旋”和电中性等特征使得声子难以直接被电磁场操控。在声子系统中定义新的物理自由度可以为复杂物理过程(如电—声子耦合、热输运等)的理解提供新的视角,也为实现物态调控、新型功能器件的设计提供新途径。