ZnO基稀磁半导体的制备与性质研究

本论文利用溶胶一凝胶法和水热法制备了不同离子（Eu~3＋，Sm~3＋，Mn~2＋，Fe~3＋，Co~2＋，Ni~2＋）作为磁性杂质的ZnO基稀磁半导体，并系统地研究了材料的薄膜、粉末和纳米结构的结晶特性、结构形态和光、电、磁性质。溶胶一凝胶法制备的薄膜的晶体为c轴取向生长的六方纤维锌矿结构。薄膜的取向生长受烧结气氛、烧结温度和掺杂离子浓度的影响，其中烧结气氛是影响薄膜取向生长的最直接、最显著因素。随着烧结气氛中氧含量的减小，薄膜的沿c轴生长的趋势加强。此外，烧结温度的提高也增强薄膜沿c轴生长的趋势，但掺杂离子浓度的增加却抑制薄膜的c轴取向生长特性。通过薄膜表面形态的研究发现，在空气中烧结的薄膜由立方晶粒构成，而在真空中烧结的样品则由不规则的片状晶粒组成。组成薄膜的多晶颗粒粒径小于10Onm，15层薄膜的膜厚为357-366nm。掺杂离子在薄膜中均匀分布，成膜过程不改变掺杂离子（Eu3+，Sm3＋，Mn2+，Fe3＋，Co2＋，Ni2＋）和基质离子（Zn2+和O2-）的价态。 不同Eu3+掺杂浓度的ZnO薄膜样品的吸收光谱的吸收边出现在363nm和368nm之间，对应半导体材料的禁带宽度Eg=3.42～3.40ev。由于Eu3＋改变了薄膜的表面性质，Zn1-xEux（0.005≤x≤0.15）薄膜在可见光区出现了一系列干涉带。Zn1-xTMxO薄膜的吸收光谱的吸收边位置出现在356nm-369nm，对应半导体的禁带宽度为3.34-3.46eV，在可见光区发现了Co2＋的电子的d-d跃迁引起的吸收带。随着掺杂浓度的增加，薄膜的透光率逐渐减小。Zn1-xCoxO薄膜在近紫外与可见光区的透光率都在60％以上，Zn1-xEuxO薄膜的透光率则高达90％。在Zn1-xEuxO薄膜的激发发射光谱中，以613nm作为监控波长，激发光谱除了检测到Eu3＋的7F→5D能级的吸收跃迁外，还检测到最大值位于378nm附近的ZnO的吸收带。以394nm为激发波长，发射光谱检测到Eu3+的5D0→7FJ（J＝1，2，3，4）跃迁。以zno的带隙能量378nm作为激发波长进行激发，检测到Eu3+的5D0→7F2跃迁，说明基质zno和E矿十之间存在能量交换。薄膜磁性测试在4-400K温度范围内进行，发现在此温度范围内Zn0.9Eu0.1O薄膜表现居里一外斯顺磁性；在低温区，存在磁性增强现象。zno．gCoo．IO薄膜在23oK以下表现为铁磁性，200K的M-H曲线显示薄膜的剩磁（Br）约为0．21em侧g，矫顽力（Hc）约为327Oe。但Zn0.9Mn0.1O，Zn0.9Ni0.1O，Zn0.9Co0.1O薄膜的磁性测试则显示在80K以上三种薄膜均表现为顺磁性。Zn0.9Eu0.1O薄膜的电阻呈现典型的半导体性质，在ZT的磁场下，薄膜在110K获得最大14.53％的磁阻率。Zn1-xTMxO薄膜的电阻也表现典型的半导体特性，实验研究了薄膜在不同掺杂离子浓度、外加磁场以及温度条件下的磁阻性质。粉末样品中磁性离子的掺杂浓度均小于薄膜样品。Co，Fe，Ni，Mn掺杂的Zn1-xTMxO粉末在80以上均为顺磁性。在Co2＋掺杂的粉末样品中没有发现类似于薄膜样品的铁磁性，说明DMS的磁性与制备条件关系密切。实验证明了利用sol-gel方法，Zno：TM稀磁半导体能够有效地组装在MCM-41和AAO的孔道内。ZnO:TM材料组装进在MCM-41孔道后，不改变孔道的六方结构但使孔径变小。随着组装次数的增加，MCM-41的孔径和孔容累进减小。组装在AAo模板孔道内的材料呈单分散纳米颗粒状态，颗粒粒径小于loonm。组装材料的磁性测试显示：组装在MCM-41内的Zn0.9Co0.1O材料在80K-30OK呈现超顺磁性。而Mn，Fe，Ni掺杂的Zno在此温度范围内表现顺磁性。组装在AAO内的ZnO:TM(TM=Mn，Fe，Co，Ni）材料在SOK-30OK温度范围内都呈现顺磁性。在水热法合成ZnO:A（A＝Bu，Sm，co）纳米粒子的过程中，发现反应温度、压力、时间和溶液浓度等因素只影响Znl．xCoxO纳米粒子的的产量，而溶液的酸度却影响产物的形貌。控制溶液的酸度，可以控制产物的形貌从粒状向棒状转变。当溶液的PH＝5时，在甲醇：水体系中可以水热合成规则的棒状ZnO：RE（RE=Eu，Sm）纳米晶。所得到的Zn0.98Co0.02O纳米晶在80K呈超顺磁行为，而ZnO：RE（RE＝Eu，Sm）纳米晶在80K则表现较弱的顺磁性。 实验通过控制水热条件，制备了一种新型结构的柠檬酸锌晶体。由于利用了水热反应的非平衡合成条件，所得到的晶体的层状结构不同于目前已知的所有柠檬酸配合物的离散型分子结构。单晶衍射结果表明：化合物是一个由八面体和一个非对称单元交替相连构成的二维层状结构。

THE ADSORPTION OF O2 ON FESI SURFACES

The initial adsorption stages and the interaction of oxygen on FeSi surfaces have been studied as a function of exposure and annealing temperature using a variety of techniques including HREELS, AES, LEED, XPS and UPS. O2 was found to adsorb dissociatively on the FeSi surfaces at room temperature. The whole adsorption process can be divided into four stages. Heating promotes the oxidation of Si, and a thin SiO2 overlayer is formed on the surface when annealed at 450-degrees-C, while all FeOx species are reduced. Models for adsorbed atomic O on the FeSi(100) surface exposed to different oxygen exposures have been put forward to account for the observed experimental results.

模拟退火与遗传算法结合的数字FIR滤波器硬件进化算法

为提高数字FIR滤波器进化硬件的寻优性能,将模拟退火与遗传算法结合的新型算法作为其进化算法.该算法是在对进化硬件种群进行遗传算法操作之后,从种群中选择适当的个体进行模拟退火操作,退火的温度随着遗传算法进化代数的增加而逐步降低,直至达到优化目标.为满足算法处理能力的要求,硬件系统采用平台式FPGA的可编程SoC结构.仿真实验结果表明

利用医用质谱仪测定经皮血气CO2的渗透速率

利用质谱分析仪测定成人皮肤释放出的微量CO_(2)气体, 研究流过皮肤表皮的CO_(2)渗透率。对六名健康男性受试者的前臂曲侧面皮肤测定的CO_(2)气体渗透率平均值为3.78±0.45×10~(-4)m l/min cm~(2)。CO_(2)释放的强度取决于在身体不同的测试部位, 而且还受到呼吸深度的影响。图5表1参9

O2在FeSi（100）表面的初始吸附研究

于2010-11-23批量导入

氧合血红蛋白Fe-O2键合态ab initio研究

于2010-11-23批量导入

长白山阔叶红松林CO2收支特征

植被-大气间CO2交换研究对准确评价陆地生态系统碳收支有重要意义。本研究以我国北方典型的植被类型—长白山阔叶红松林为研究对象，以国际公认的涡度相关技术为主要手段，结合微气象观测和生物学实验，探讨了森林碳交换过程与机制，建立了CO2通量观测数据的质量评价与控制体系。主要结论： （1）长白山阔叶红松林湍流通量贡献区主要集中在0.01~2Hz频率范围内，在弱湍流条件下存在通量低估现象。经过质量控制，CO2通量数据能够反映阔叶红松林与大气间CO2交换的真实过程； （2）森林生态系统CO2通量变化范围为-1.5~1.0 mg CO2•m-2•s-1，白天主要受光合有效辐射PAR的影响，但高的空气饱和水汽压差VPD对植被光合有一定的抑制作用，夜间CO2通量主要受温度的控制； （3）5cm温度是控制土壤碳排放的主导因素，由于雨热同季，因此干旱胁迫现象并不明显。土壤呼吸Q10变化范围为3.88~4.67，其值大小与温度区间有关； （4）2003~2005年森林GPP分别为1441、1312和1502gC•m-2，NEE分别为-188、-157和-186gC•m-2，森林碳收支的年际差异是由水热条件引起。叶片和群落高的弱光利用率和较强的光合吸收能力是其作为有200多年林龄的温带原始林，仍保持较高固碳能力的重要原因之一； （5）2003~2005年生态系统碳排放量分别为1252、1155和1326gC•m-2，土壤呼吸约占生态系统呼吸排放的80%； （6）长白山阔叶红松林具有较高的碳代谢能力，但由于光合吸收和呼吸释放都很活跃，森林总体表现为一稳定、适度的碳汇。这与其温带成熟原始林在碳循环领域的生态功能相一致。

银杏、油松对CO2和O3浓度升高的生理响应

随着工业化和城市化的迅速发展，高浓度CO2和高浓度O3对植物影响的研究受到了广泛的重视，但二者交互作用对城市树木的生理及碳氧平衡的影响尚不清楚。银杏（Ginkgo biloba）、油松（Pinus tabulaeformis）是沈阳市城市森林的两种重要树种，对大气环境变化的响应具有代表性。本文采用开顶箱法研究了在高浓度CO2（700 μmol•mol-1）、O3（80 nmol•mol-1）及其复合作用条件下城市银杏、油松生长、光合、蒸腾以及呼吸作用的日动态、季节动态变化，揭示了银杏、油松光合对高浓度CO2、O3的适应机制及其本身环境效应的变化规律，为研究城市森林对全球变化的响应与反馈提供了重要基础。 得出的主要结果如下： 1. 短期（0-30 d）高浓度CO2处理提高了银杏、油松叶片/针叶细胞间CO2浓度、羧化效率和表观量子效率，从而提高了银杏、油松的净光合速率。 2. 一个生长季(100 d)高浓度CO2处理促进了银杏、油松叶片/针叶的生长，提高了细胞渗透调节物质含量，增强了银杏、油松抵御逆境胁迫的潜能。银杏、油松日变化曲线趋向单峰曲线，缓解了中午的光抑制现象；固碳释氧量提高了近1倍，有助于减缓全球变化的速度。 银杏、油松的气孔导度和羧化效率的降低是发生光合适应的重要原因。 3. 高浓度O3处理可导致两树种的生理伤害，银杏叶片表现为褐斑型伤害，油松则为水锈型，叶片生长受到抑制。同时两树种可溶性蛋白、可溶性糖含量降低，电导率升高。 两树种叶绿素含量降低，净光合速率下降。银杏光合速率的降低前期表现为气孔限制，后期转为非气孔限制为主。油松光合速率下降则是两种限制因素共同作用的结果,难分主次，表明油松的气孔调节能力弱于银杏，更易受到O3的伤害。造成实验处理后期银杏、油松光合速率下降的非气孔因素是表观量子效率和羧化效率的降低。 高浓度O3处理使银杏、油松的光抑制现象加强，固碳释氧、降温增湿能力降低，且油松降低幅度大于银杏。 4. 高浓度CO2和O3复合处理提高了银杏油松的叶绿素含量，减轻了高浓度O3对叶片/针叶的伤害，促进了叶的生长。 与对照相比，复合处理提高了银杏、油松的净光合速率，降低了气孔导度和蒸腾速率，从而使水分利用效率和含水量得到提高。表观量子效率和羧化效率的提高是光合速率大幅度上升的重要因素；呼吸速率的提高则是后期光合速率增幅减小的重要原因。复合处理前期CO2主要是通过气孔调节来缓解O3对树木的伤害，高浓度CO2处理对光合作用的促进作用大于高浓度O3处理的抑制作用。 高浓度CO2和O3复合处理的银杏、油松的光呼吸速率、可溶性蛋白、可溶性糖的含量增加，电导率降低，提高了银杏、油松的抗逆性，这是高浓度CO2缓解O3胁迫对树木伤害的一个原因。复合处理同样缓解了银杏、油松光抑制现象，提高了固碳释氧量，但银杏降温增湿能力降低。

杉木人工林凋落物对土壤碳平衡的影响

土壤碳循环过程是目前全球碳源碳汇研究的核心，目前对土壤碳循环过程和机制的研究还十分缺乏。杉木人工林约占我国人工林面积的1/4，由于近几十年经营管理措施不当，土壤有机碳的下降已经成为不争的事实，极大地影响了杉木人工林生产力的可持续发展。本研究通过对杉木人工林土壤有机碳来源、分解和释放动态的区分量化，结合13C标记示踪试验，开展了杉木凋落物分解对土壤有机碳平衡影响的研究，为土壤碳平衡和转化机理及杉木人工林的可持续经营提供了可靠的理论依据。通过系统的研究，得出以下结论： ⑴估算了典型杉木人工林土壤碳的周转状况，研究发现典型杉木人工林土壤碳更新较慢。土壤碳年输入量、形成量、转化量、输出量和贮存量分别为2.79 t hm-2、1.58 t hm-2、2.04 t hm-2、4.57 t hm-2、113.21 t hm-2。其中在土壤碳年排放量中矿质土层呼吸、根呼吸、凋落物层呼吸碳分别占土壤碳总排放量的50.6%、26.0%、23.1%。 ⑵计算了凋落物分解对土壤碳平衡的贡献。不同器官凋落物在土壤中的矿化释放碳量和进入土壤碳库量均随着凋落物易分解性的增大而增大，并且各器官凋落物分解以CO2-C释放最多，以微生物量碳存在的量次之，以可溶性碳存在的量最少。年均温16.5 ℃条件下培养100天，分别来自于叶、枝、细根、粗根有机碳的13.81%、9.26%、5.74%、4.62%被矿化释放，占总CO2-C释放量的比例分别为43.7%、37.2%、31.9%、29.0%。同时不同器官凋落物依次有3.05%、3.26%、2.24%、1.84%存在于土壤微生物碳库，占总微生物量碳的比例分别为12.9%、14.3%、10.5%、8.8%；不同器官凋落物依次有0.62%、0.62%、0.31%、0.24%存在于可溶性有机碳库，占总可溶性有机碳的比例分别为3.99%、4.10%、2.13%、1.73%。 ⑶不同器官凋落物进入土壤对土壤碳排放的激发效应不同，叶、枝、细根、粗根加入土壤产生了正激发效应，激发率依次为6.6%、7.0%、2.2%、2.8%。并且土壤风干－湿润过程影响了凋落物在土壤中的分解和转化过程。土壤风干－湿润使起始矿化底物库增大，培养初期凋落物分解速率上升，同时土壤原有机碳矿化速率降低，微生物对凋落物碳的利用以及凋落物对可溶性有机碳的贡献下降。 ⑷凋落物碳在不同轻组密度组分中的分布不同，但各器官凋落物间无明显差异，均为中等密度自由轻组最多，其次为最小密度自由轻组，最少为闭蓄轻组。室外培养224天，结果表明叶、枝、细根、粗根凋落物在各密度组分中的分配情况为：<1.0 g cm-3自由轻组中16.5~19.1%，1.0~1.8 g cm-3自由轻组中56.8~65.2%，闭蓄轻组中残留5.7~6.9%，其余的9.9～21.0%被矿化损失。研究还表明，凋落物粉碎添加方式能改变其在土壤组分中的分布比例，倾向于向较重的密度组分中分布而被保护起来利于有机碳的积累。