摘要：石墨烯在未来微电子学领域有极大的应用前景,但是其零带隙的特点阻碍了石墨烯在半导体领域的应用.研究发现,打开室温下可用的石墨烯带隙所需要的石墨烯纳米结构尺度在10 nm以下,这一尺度的纳米结构一方面制备比较困难,另一方面器件可承载的驱动电流较小.因此,如何实现亚10 nm石墨烯纳米结构的有效加工以及如何在有效调控带隙的基础上增大石墨烯器件可承载的驱动电流,还需要进一步的研究.本文首先研究了利用聚甲基丙烯酸甲酯/铬(PMMA/Cr)双层结构工艺,通过刻蚀时间的控制,利用电子束曝光及刻蚀工艺实现了亚10 nm石墨烯纳米结构的可控制备.同时设计并制备了单排孔石墨烯条带结构,该结构打开的带隙远大于相同特征宽度石墨烯纳米带所能打开带隙的大小.该结构在有效打开石墨烯带隙的同时,增加了石墨烯纳米结构可以承载的驱动电流,有利于石墨烯在未来微电子领域的应用.

摘要：压电型声子晶体具有弹性波带隙特性,可用于噪声与振动控制。该文通过在环氧树脂杆上周期地布置含有负电容的压电分流单元,构造了压电声子晶体杆结构。为拓宽带隙,对此结构设计了3种元胞配置,运用传递矩阵法计算其带隙特性,并采用遗传算法对分流电路参数进行优化。理论与仿真结果表明,改变元胞中不同谐振频率的压电分流单元的个数,可以获得多个局域共振带隙,增强带隙可调谐性;运用算法优化可得到带隙调谐时分流电路参数值的最佳匹配,实现多个带隙的合并进而形成宽带,在不改变原有结构的基础上拓宽带隙。

摘要：声子晶体是一种具有声子带隙的周期性结构,通过对其带隙的动态调控设计,进而满足航空航天领域中重大装备对减振降噪性能的特定需求.文章在声子晶体的带隙设计中,引入智能材料,采用拓扑优化方法,开展多功能声子晶体带隙动态调控设计.首先采用有限元方法分析声子晶体的带隙性能,并建立形状记忆合金的温度本构关系模型;其次基于变密度法的拓扑优化方法,在满足特定体分比及强度约束、保证声子晶体单胞之间的连接性约束条件下,以相对带隙最大化为目标函数建立声子晶体带隙设计优化模型;最后根据改进的材料插值模型,分析求解设计灵敏度,采用移动渐进法开展多功能声子晶体带隙结构的拓扑优化设计.优化结果表明:在XY模式下形状记忆合金从马氏体转换到奥氏体带隙拓宽了103.9%,在Z模式下带宽增大了3.75倍.研究结果为声子晶体在复杂环境下实现更为主动带隙调控提供了一种有效的设计方法.

摘要：设计了一种由涂有硬质材料涂层的柱状压电散射体周期性连接在四个环氧树脂薄板上构成的具有大带宽的新型二维压电声子晶体板,并利用有限元方法计算了该声子晶体板的能带结构、传输损失谱和位移矢量场.研究表明:与二组元材料构成的传统声子晶体板相比,新设计的声子晶体板的第一完全带隙频率更低,并且带宽扩大了5倍;通过在压电体表面上施加不同的电边界条件,可以实现多条完全带隙的主动调控;压电效应对能带结构有很大的影响,并且有利于完全带隙的扩大与形成.基于带隙的可调谐性,分析了可切换路径的压电声子晶体板波导,结果表明可以通过改变电边界条件来限制弹性波能量流.

摘要：二维过渡金属碳/氮化物(MXenes)自2011年被首次报道以来,凭借其特殊的二维层状结构、优异的导电性和电化学性能在能源、催化、传感、电磁屏蔽和微波吸收等领域吸引了极大关注。近几年,随着对该材料认识的不断加深,其在光电领域的研究也不断深入。与其它领域不同,光电器件聚焦于延伸MXenes材料半导体性质,通过设计表面官能团、精准控制层数等来打开材料带隙,从而使其从金属性质转变为半导体性质。本文主要围绕MXenes材料的光电性质,介绍其在柔性光电子器件中的应用,系统阐述MXenes材料在透明电子器件、光电探测器、图像传感器、光电晶体管、人工神经视觉网络系统的应用前沿现状与趋势,并展望了MXenes基柔性光电器件面临的挑战以及未来发展前景。

摘要：光学带隙是影响光电材料性能的一个重要参数,决定着光电功能材料的性能和应用.本文设计合成了两种以2-位和4-位取代吡啶封端的噻吩酰亚胺(TPD)衍生物TPD-2-Py和TPD-4-Py.核磁共振谱、吸收光谱和发射光谱分析证明,它们可以通过吡啶环上的氮原子与路易斯酸三(五氟苯基)硼烷(BCF)络合.吸收光谱显示,TPD-2-Py和TPD-4-Py具有类似的吸收,与BCF络合后,它们的吸收光谱都发生了红移.进一步吸收光谱滴定实验发现,TPD-4-Py更易于与BCF配位,且TPD-4-Py与BCF络合物的最大吸收峰比TPD-2-Py与BCF络合物的最大吸收峰红移了20 nm,表明吡啶的取代位置对BCF的配位能力具有重要影响,而且改变吡啶取代位置可以实现对光学带隙的进一步调控.

摘要：压力作为独立于物质温度和组分的热力学参量,为物质科学的研究和创新提供了新的维度,已成为发展新概念、创造新理论及探索新材料的重要源泉。本文主要概述了作者近年来在高压下低维材料的光学特性调控方面所取得的一些进展。通过压力改变激子结合能和卤素八面体的扭曲行为,实现了低维卤化物钙钛矿纳米材料发光从“0”到“1”的突破,提出了压力诱导发光的概念;通过引入压力效应,利用压力对纳米材料表面配体的调控,改变了表面配体与CdSe量子点的相互作用和能级耦合,促进了Hirshfeld电荷转移,从而实现了CdSe量子点的荧光大幅度增强近一个数量级;借助高压手段调控能带结构,成功实现了CdSe/CdS半导体纳米晶由准Ⅱ型核壳结构向Ⅰ型核壳结构的构型转变。上述工作加深了对发光材料在极端压缩条件下构效关系的深入理解和认识,研究成果为设计和制备具有特定功能的低维材料提供了新方法。

摘要：石墨烯由于具有易于调控的电子结构、稳定的化学性能以及超高的载流子迁移率等特性,其在电子器件领域具有广阔的应用前景。然而,石墨烯为零带隙的半金属材料,开关比较小,其在微纳电子器件中的应用因此被限制。因此,打开石墨烯带隙使其具有明显的开关比,同时保持较高的载流子迁移率是石墨烯广泛应用于电子器件领域的重大挑战。研究者们通过化学掺杂、有机分子接枝、物理吸附等方法对石墨烯的带隙进行调控。本文主要以是否破坏石墨烯的晶格结构或化学结构为分类依据,综述了石墨烯带隙打开方法的最新研究进展。