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烷基侧链依赖的小分子自组装及其在高性能有机和钙钛矿太阳能电池中的应用
摘要: 有机半导体的分子自组装行为主要受结构设计、成膜工艺及器件构型影响,是实现高性能有机光伏(OPVs)和钙钛矿太阳能电池(PvSCs)的关键因素之一。本研究通过烷基侧链工程新合成并开发了强自组装特性的小分子材料。将噻吩基团上的"H"替换为"C6H13"后,SM2分子呈现出高度有序的面朝上取向排列。得益于这种促进电荷载流子动力学(包括增强电荷转移/传输及抑制复合)的自组装优势,基于SM2的OPVs和PvSCs器件性能较未引入己基侧链的SM1器件显著提升。当采用SM2作为小分子给体及空穴传输层(HTL)时,基于富勒烯的OPV器件和平面型PvSC分别实现了创纪录的9.38%和20.56%光电转换效率,而基于SM1的对应器件效率仅为8.70%和15.37%。值得注意的是,未掺杂SM2空穴传输层的平面PvSC不仅保持相当效率,其耐热湿稳定性更优于掺杂型spiro-OMeTAD器件。这些结果表明:具有高度有序自组装特性的SM2分子,有望成为未来高性能有机及无机-有机杂化电子器件的重要有机半导体材料。
关键词: 小分子、有机光伏、烷基侧链、自组装、钙钛矿太阳能电池
更新于2025-09-23 15:19:57
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自组装纳米结构氧化锡薄膜于气-液界面用于选择性硫化氢检测
摘要: 金属氧化物薄膜生长的简单、低成本且可扩展的策略对于气体传感领域的潜在应用至关重要。本文报道了一种通过一步无表面活性剂水热反应制备独立式氧化物薄膜的通用方法,其中氧化物薄膜在气-液界面形成。以SnO?和PdO为模型体系,我们制备出横向尺寸达厘米级、厚度为数十纳米的薄膜。通过透射电子显微镜(TEM)研究了薄膜生长机制,提出溶液主体中形成的金属氧化物颗粒迁移至界面并聚集形成连续多晶薄膜。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)分析了薄膜结构、形貌与厚度。研究发现通过调节前驱体浓度可实现厚度调控,进而影响光学与气体传感性能。薄层SnO?薄膜(30nm)在150°C下对6ppm H?S展现出25,000%的超灵敏响应(R),实验最低检测限达25ppb(R=19.3%)。该纳米结构薄膜对H?S的选择性显著优于其他干扰气体,响应强度高出约两个数量级。此外,这些薄膜在高温环境下具有优异稳定性。
关键词: 气-液界面,气体传感,二氧化锡,金属氧化物,自组装
更新于2025-09-23 15:19:57
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乙炔基螺旋烯寡聚物伪对映体混合物形成杂双螺旋及其自组装凝胶中的序列自催化反应
摘要: 1:1比例的假对映体乙炔基螺旋烯(P)-五聚体与(M)-四聚体在甲苯中形成异源双螺旋及其自组装凝胶。等温条件下的动力学分析显示其随温度变化呈现复杂的非线性特征。60°C时观察到S型动力学曲线,经自组装凝胶引晶后消失,表明存在异源双螺旋催化无规卷曲形成异源双螺旋的自催化反应I。20°C时出现阶梯式双相动力学,引晶后同样消失,该现象可通过两种S型动力学反应解释:即自催化反应II促使异源双螺旋形成自组装凝胶I,以及自催化反应III形成自组装凝胶II。在90至5°C间进行的定速变温实验显示出与不同速率连续自催化反应相关的非S型热滞后效应。
关键词: 阶梯式双相动力学、螺旋烯寡聚体、自组装、异源双螺旋、顺序自催化反应
更新于2025-09-23 15:19:57
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色氨酸自组装与锌(II)配位纳米粒子的合成、表征及荧光研究
摘要: 肽类/氨基酸具有生物可降解性和生物相容性,在过去几十年中被广泛用作生物工程和医学应用的理想生物材料。然而,当它们作为生物诊断和靶向药物监测的光学成像探针时,有时会表现出非常有限的内在光学特性。在此,我们合成了新型色氨酸自组装锌(II)配位纳米颗粒(TZFNPs),将色氨酸的固有荧光发射峰从紫外区(270 nm)红移至可见光区(470 nm)。此外,当与荧光试剂4-氯-7-硝基苯并呋咱(NBD-Cl)配位后,TZFNPs的荧光信号不仅在体外直接增强,在细胞环境中也得到进一步提升。我们还研究了这些TZFNPs转入U2OS和HeLa细胞系内后的荧光信号。这些荧光纳米颗粒具有固有荧光特性,适用于生物成像。我们希望它们能为医学科学从诊断到临床试验的进一步应用开辟新途径。
关键词: 色氨酸、纳米粒子、胰蛋白胨、荧光、自组装、光学成像
更新于2025-09-23 15:19:57
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铜纳米粒子阵列介导的III-V/Si集成:在串联太阳能电池中的应用
摘要: III-V族材料与晶体硅(c-Si)的集成是设计高性能光电器件(包括太阳能电池)的一条有前景的途径。我们此前利用独特的半导体键合技术(称为"智能堆叠")报道了高效III-V/Si叠层电池。传统智能堆叠电池中,钯纳米粒子(NP)阵列常被用作III-V与c-Si之间的键合介质;但从经济角度考虑,使用其他低成本金属更为理想。因此,本研究聚焦铜的可能性。我们采用聚苯乙烯-嵌段-聚2-乙烯基吡啶(PS-b-P2VP)基嵌段共聚物制备铜纳米粒子阵列:通过预载Cu2?离子的自组装PS-b-P2VP胶束起始,获得了理想的铜纳米粒子阵列。当将GaAs子电池堆叠在去除自然氧化层的c-Si子电池上形成的铜纳米粒子阵列上时,确认了良好的键合特性(低电阻界面)。采用InGaP/GaAs顶部子电池和c-Si底部子电池构成的三结结构,已实现高达25.9%的转换效率。通过热循环和湿热测试验证了铜纳米粒子阵列介导的智能堆叠电池的长期可靠性。因此,我们成功证实不仅钯,铜也能用于实现高效智能堆叠电池。
关键词: III-V族化合物、铜、嵌段共聚物、太阳能电池、串联结构、纳米粒子、硅、自组装
更新于2025-09-23 15:19:57
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金@银纳米棒水平阵列:自组装制备及原位监测等离子体催化反应的表面增强拉曼散射
摘要: 我们通过简便的湿化学法成功合成了银包金纳米棒(Au@Ag NRs)。Au@Ag NRs在水溶液中的催化性能远优于金纳米棒(Au NRs)。为获得高催化活性,我们在硅片上通过蒸发自组装了单层Au@Ag NR阵列,并以4-硝基硫酚的还原反应探究其催化活性?;诠簿劢估晕⒕迪低常ü槐砻嬖銮坷馄准嗖獠⒓朔从?。本研究为提升贵金属纳米颗粒的催化性能提供了一种简单快速的方法。
关键词: 原位监测、自组装、金@银纳米棒、等离子体催化反应、表面增强拉曼散射
更新于2025-09-23 15:19:57
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具有形态无序和表面粗糙度的自组装等离子体超材料的光学响应鲁棒性
摘要: 自下而上制备金属化生物模板纳米结构以形成特定等离子体纳米谐振器,有望成为实现大规模光学超材料的方法。然而与自上而下方法不同,自组装纳米谐振器的随机生长易产生显著无序和表面粗糙度,这自然引出一个重要问题:结构缺陷对其谐振特性的稳健性影响如何?本研究开发了聚集-随机球体模型来模拟金属化DNA折纸组装的成核生长过程,从而获得具有实验观测到的真实形态无序和表面粗糙度的超原子。以经典开口环谐振器(SRR)结构为例,研究了不同粗糙度水平下超原子的谐振特性,揭示出光学响应对形态无序具有强耐受性。研究发现:即使引入剧烈粗糙度,SRR仍能呈现预期谐振(尽管相比理想光滑结构会出现线宽展宽),仅当导致SRR严重断裂的极端无序状态才会使谐振响应消失。该成果为自下而上制备多功能超材料及超器件展现了光明前景。
关键词: 自组装、DNA折纸术、超材料、超表面、表面粗糙度、形态无序
更新于2025-09-23 15:19:57
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操控与探测电隔离自组装分子结构中过剩电子的分布
摘要: 利用单个电荷及其相互作用进行计算已被提出作为未来纳米电子学的概念。在电隔离的原子尺度结构中控制和探测电荷转移是推动其实验实现的基础。我们在此可控地注入单个多余电子,并研究其在非导电基底上自组装结构中的分布。这种自组装确保了原子尺度的结构有序性。根据分子组装的电荷状态,通过原子力显微镜解析了分子间电子跃迁和特定电子分布,阐明了隧道耦合结构中的电荷转移路径。利用电荷间的相互作用,我们以单分子精度实现了对自组装结构中特定电荷分布的控制,为基于分子纳米结构的数据处理平台设计铺平了道路。
关键词: 自组装、原子力显微镜、耗散、单电子充电
更新于2025-09-23 15:19:57
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含三硅氧烷的量子点纳米流体在疏水表面的超铺展与干燥
摘要: 纳米流体在工业众多领域展现出应用前景。然而,对于纳米流体(尤其是含表面活性剂的纳米流体)在干燥和铺展过程中的润湿行为及沉积形成机制,目前仍认知不足。本文通过实验研究了基于量子点的纳米流体在六甲基二硅氮烷、聚苯乙烯和聚丙烯涂覆的疏水表面上的蒸发动力学,以及纳米胶体悬浮液中的蒸发驱动自组装现象。此外,我们首次尝试解析含超铺展表面活性剂的纳米流体润湿动力学。研究发现:与纯液体不同,不含表面活性剂的量子点纳米流体干燥过程并非经历三个而是四个蒸发模式——当接触角减小而三相接触线被纳米晶体钉扎时会出现额外的钉扎模式。与既往研究结论相反,向水性表面活性剂溶液中添加纳米颗?;岬贾缕陶顾俾氏陆挡⑿纬伤乜Х然?。在所有受试表面上,无论是否存在量子点纳米颗粒均会发生超铺展现象。尽管所有基底上都会形成咖啡环,但其形态各异:六甲基二硅氮烷和聚苯乙烯涂覆表面上会形成包含结状结构的环状沉积。
关键词: 自组装、超铺展、量子点、润湿动力学、蒸发、纳米流体
更新于2025-09-23 15:19:57
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半导体纳米片自组装堆叠中的长程能量转移
摘要: 荧光发射体如离子、染料分子或半导体纳米颗粒广泛应用于光电器件中,通常以密集堆积层的形式存在。由于近距离粒子间相互作用(如福斯特共振能量转移,FRET),其发光特性与孤立状态时可能截然不同。理解这些相互作用对减轻FRET相关损耗至关重要,还可能催生新的能量转移策略。虽然已有多种体系证实了相邻荧光团间通过FRET跳跃实现激子迁移的现象,但通常局限于数十纳米距离且仅涉及少数发射体。本研究通过成像自组装的CdSe纳米片(胶体量子阱)线性链,展示了跨越500纳米距离的激子迁移——相当于在90个纳米片间进行FRET跳跃。将扩散方程模型与实验数据对比后,我们测得(1.5皮秒)^-1的FRET速率,该速率远超所有衰减机制,因此可预期将产生显著的FRET介导集体光物理效应。
关键词: 纳米片层、激子转移、自组装、荧光显微镜、荧光共振能量转移
更新于2025-09-23 15:19:57