摘要：在MLA曝光工艺中,曝光点的数量庞大,通过高倍率显微镜配合人工目检来判定曝光质量耗时耗力,造成工艺成本偏高。为了解决这个问题,设计了一种便于检测的圆环形图案并引入深度学习中的目标检测Yolov5模型,一定程度上能够取代人工目检,完成对曝光质量的快速判定。基于上述方法,分析了不同光刻胶厚度之下,线能量密度的最优区间与光刻胶的剖面倾角。并在同等线能量密度下通过圆度判定曝光图案失真情况。在本研究的MLA曝光工艺中,选取光刻胶厚度、激光曝光功率以及加工平台移动速度作为自变量,评价曝光合格率、光刻胶剖面倾角以及曝光圆度等加工质量参数具有重要的工程意义。

摘要：PB相位光栅既具有对入射光偏振方向敏感的独特性质,同时又具有较宽的响应带宽和较高的单级衍射效率.采用基于偏振全息记录的液晶技术,将光敏偶氮染料SD-1旋涂在单面导电的ITO玻璃基板上,曝光后可得到具有偏振周期性旋转图案的取向层.结合FDTD模拟仿真,设计了PB相位光栅制备方案并搭建了实验装置.设计PB相位光栅衍射效率的检测光路,验证其高效的单级衍射.搭建圆偏振光旋向检测光路,验证了PB相位光栅改变入射圆偏振光旋向的特性.

摘要：氨是一种重要的化工原材料,广泛用于肥料、药物、塑料以及其它化工产品的生产.特别是,氨作为一种绿色、新型的替代燃料,正逐渐被视为未来可持续能源体系的重要组成部分之一.近期,研究者们提出了一种新的等离子体电催化合成氨的方法,为氨的生产开辟了新的途径.该方法首先在等离子处理条件下将空气中的氮气和氧气氧化成为氮氧化物;然后,通过电催化还原NOx-(主要为NO_(2)-/NO3-等)合成氨.在该过程中,金属-氮-碳单原子(M-N-C SACs)催化剂因其金属原子利用率高、活性和选择性好等优点而受到广泛关注.然而,由于当前催化剂合成路线的可控性不足,导致金属中心的配位环境复杂,MNx配位数(x=2-5)不明确,阻碍了对催化剂本征活性趋势的深入揭示.为了解决上述问题,研究者们开始关注具有均匀且明确MN_(4)结构的金属酞菁(MPc),并将其作为模型催化剂,用于深入研究电催化硝酸盐还原反应的活性位点和反应机理.本文将六种具有明确MN_(4)结构的金属酞菁催化剂(M=Mn,Fe,Co,Ni,Cu和Zn)负载在卡博特碳黑XC-72R载体上,并探究了不同金属中心的MN_(4)位点对硝酸盐还原合成氨的活性影响.扫描电子显微镜、X射线光电子能谱以及氮气吸脱附等温曲线结果表明,六种不同金属中心的MPc/XC-72R催化剂间的差异仅在于金属中心,从而排除了载体等其他因素的干扰.实验结果显示,金属中心对硝酸盐还原合成氨的活性顺序为:FeN_(4)>CuN_(4)>NiN_(4)>MnN_(4)>CoN_(4)>ZnN_(4).其中,FeN_(4)位点表现出最好的催化活性,在-1.0 V ***时,氨的法拉第效率达到83.3%,产率为2.94 mgNH3 h^(-1)cm^(-2),转化频率(TOF)为4395.2 h^(-1).相比之下,在相同条件下,ZnN_(4)位点上亚硝酸盐的选择性和产率最高,亚硝酸盐的法拉第效率为49.1%,产率达到16.8 mgNO_(2)h^(-1)cm^(-2).此外,FeN_(4)位点的单原子催化剂表现出较好的循环稳定性,在-0.8 V ***的电位下,经过20次循环测试,氨的法拉第效率仍能维持在80%左右.密度泛函理论计算结果表明,FeN_(4)位点对NO_(2)中间体和氢原子具有适宜的吸附能,有利于硝酸盐加氢进一步生成氨.相比之下,NO_(2)在ZnN_(4)位点上吸附很弱,导致NO_(2)容易从催化剂表面脱附至溶液中,形成亚硝酸盐副产物.此外,计算结果还显示,FeN_(4)位点上硝酸还原反应的决速步骤NO*→HNO*的自由能差仅为0.07 eV,进一步证实了FeN_(4)位点在硝酸盐还原合成氨反应中的优异活性.综上,本文系统研究了六种具有明确MN_(4)结构的金属酞菁催化剂在硝酸盐还原合成氨反应中的活性趋势,并探究了不同MN_(4)位点对硝酸盐还原的活性影响.结合密度泛函理论计算,揭示了不同MN_(4)位点对硝酸盐还原反应的机理.为深刻理解硝酸盐还原反应机制,指导设计高效活性位提供了参考.

摘要：近年来,原子制造技术备受关注,已成为各国积极追求的前沿制造技术领域.一代物质科学,一代制造革新,原子制造技术的发展不仅仰赖于深厚的物质科学底蕴,还需要解决高效的原子精准操控与测量、原子尺度结构的物性设计等多个方面的基础科学问题.2023年3月,国家自然科学基金委员会交叉科学部在武汉召开了主题为“原子制造的物质科学基础”的战略研讨会.本文基于会议研讨的相关内容,对原子制造技术的发展背景、概念内涵以及面临的挑战进行了凝练,并提出如何利用该技术推动物质科学的快速发展,同时也就国家自然科学基金委员会对该领域的顶层设计和战略规划提出了政策建议.

摘要：基于杨氏模量的测量原理,设计并搭建了新的实验装置.利用导电线圈对待测钢丝产生应力,采用偏振法测量相应的应变,测得钢丝的杨氏模量为(2.22±0.15)×10^(11)N/m^(2).测量装置小型化、精度高、易操作,并具有力、光、电、磁等多模块的知识整合,可以作为大学物理实验教学中的综合性探究实验.

摘要：基于实验样品结构,利用PICS3D模拟软件,构建了具有同样结构的InGaN基蓝光激光器,并采取了与实验样品一致的内部参数测定方式,结果表明,内部损耗相对误差为3.5%,实现了严格的比对。随后,构建了一系列InGaN基蓝光激光器,通过比较不同In摩尔分数下的光输出功率、载流子分布、光场分布、辐射复合系数和能带曲线等参数,对上波导层中的In摩尔分数进行优化研究。设计得到了光功率更优的两种不同的优化结构,均有效减少了电子泄漏,提高了斜率效率,从而有效提高了光电转化效率,其中渐变In摩尔分数上波导层结构提升效果更为显著。

摘要：基于实验样品,利用PICS3D模拟软件分析电子阻挡层对激光器性能的影响,尤其是对电光转换效率的影响。通过在上波导层和电子阻挡层之间插入一层AlGaN层,调整插入层和原始电子阻挡层的Al原子数分数和厚度,形成复合电子阻挡层,设计了一系列InGaN基紫色激光器,并模拟比较它们的电流-电压特性曲线、发光功率、电光转换效率、能带分布和载流子分布等特性。结果表明,采用插入层的Al原子数分数和厚度分别为0.30和15 nm、原始电子阻挡层的Al原子数分数和厚度为0.24~0.06和5 nm的新复合结构电子阻挡层,可以调整能带结构、抑制电子泄漏、增加空穴注入,从而提高辐射复合率、增大激光器电光转换效率。相较于参考结构,新结构的电光转换效率提升了36.9%。

摘要：为提高紫外激光器的光电性能,降低阈值电流,提出采用Al组分渐变的量子垒层(QBs)以及Al组分渐变的n型波导层(n-WG)优化标准结构——参考实验样品设计的AlGaN基紫外激光器结构,使用PICS3D仿真软件,对3种不同的新结构及标准结构进行构建和数值分析。比较了4种结构的L-I-V特性曲线、能带结构、载流子电流密度分布等性质,结果表明,同时采用Al组分渐变的QBs以及Al组分渐变的n-WG的紫外激光器具有更优异的性能:在800 mA注入电流下光输出功率可达775 mW,与标准结构相比提高了35.7%;阈值电流为62.3 mA,与标准结构相比降低了73.6%。

摘要：高强度是复合材料设计追求的重要目标,自然界中的珍珠层具有优异的力学性能,受其复杂的层次结构的启发,设计了一种石墨烯交错排布增强聚甲基丙烯酸甲酯的纳米复合材料。利用粗粒化分子动力学模拟,系统地研究了拉伸载荷作用下石墨烯的二维几何形状、层数、空间排布对纳米复合材料整体力学性能的影响。结果表明,不同几何形状的石墨烯对复合材料的增强效果有很大的差异,其中,矩形与锯齿形接近,都强于梯形石墨烯;存在最佳的石墨烯层数使复合材料的整体拉伸力学性能最强;减少石墨烯层间距离或增加重叠距离,都可提升其力学性能。总之,现有的研究结果揭示了各个因素的影响规律及微观机制,为设计具有目标性能的纳米复合材料提供了理论指导。

摘要：为了实现高效的微光探测以及满足量子通信的需求,需要研发制备具有高增益、低噪声和高带宽的高性能红外探测器,基于硅衬底材料的锗硅雪崩探测器(Avalanche Photodiode,APD)被认为是有希望实现近红外通信波段高效弱光探测的探测器件。本工作设计研究了一种横向收集结构的锗硅APD,并对其结构参数对电场分布的影响进行了仿真模拟。发现该结构中硅倍增层的掺杂浓度、尺寸等对器件电场分布具有很重要的影响,并且利用能带理论对其进行了解释说明。倍增层掺杂浓度提高后,增强的结效应导致该器件中出现了有趣的双结结构,横向的n+-n-结与纵向的p+-i-p--n-结共同作用于电场分布,并且实现了纵向雪崩与横向载流子收集。在-30dBm1310nm光源正入射下,新设计的横向吸收结构APD经过优化带宽可以达到20GHz;线性响应度0.7A/W;由于采用了键合方法,其暗电流可以下降至10-12A。基本满足近红外通信波段弱光探测的高速、低暗电流、探测能力强等要求。