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掺杂栅极结构，同时保持源极区和漏极区不含掺杂剂杂质。用电容和电压相依实验研究载流子容压特性
电容具有通高频阻低频，通交流隔直流的作用，所谓的通交流隔直流是指电容只能让交流电通过，而直流电不能通过。所谓通高频阻低频是指电容对高频交流电的阻碍作用小，而对低频交流电的阻碍作用大，电容对交流电的阻碍作用称为容抗。在容量一定的情况下交流电的频率越低，容抗越大，交流电的频率越高，容抗就越小，所以说电容具有通高频阻低频的作用。当交流电的频率为0时，电容的容抗无穷大，故电容具有通交流隔直流的作用。在频率一定的情况下，电容容量越大，则容抗就越小，电容容量越小则容抗越大。所以低频电路中的耦合电容、旁路电容的容量要比高频电路中选的大。
电容器是一种能储存电荷的容器。它是由两片靠得较近的金属片，中间再隔以绝缘物质而组成的。电容器对直流电阻力无穷大，即电容器具有隔直流作用.电容器对交流电的阻力受交流电频率影响，即相同容量的电容器对不同频率的交流电呈现不同的容抗。为开么会出现这些现象呢？这是因为电容器是依靠它的充放电功能来工作的，电源开关未合上时．电容器的两片金属板和其它普通金属板—样是不带电的。当开关合上时，电容器正极板上的自由电子便被电源所吸引，并推送到负极板上面。由于电容器两极板之间隔有绝缘材料，所以从正极板跑过来的自由电子便在负极板上面堆积起来。正极板便因电子减少而带上正电，负极板便因电子逐渐增加而带上负电。电容器两个极板之间便有了电位差，当这个电位差与电源电压相等时，电容器的充电就停上了。此时若将电源切断，电容器仍能保持充电电压。对已充电的电容器，如果我们用导线将两个极板连接起来，由于两极板间存在的电位差，电子便会通过导线，回到正极板上，直至两极板间的电位差为零。电容器又恢复到不带电的中性状态，导线中也就没电流了。电容器的放电过程：加在电容器两个极板上的交流电频率高，电容器的充放电次数增多；充放电电流也就增强；也就是说，电容器对于频率高的交流电的阻碍作用就减小，即容抗小，反之电容器对频率低的交流电产生的容抗大。对于同一频率的交流电电。电容器的容量越大，容抗就越小，容量越小，容抗就越大。
This paper strain silicon MOS interface characteristics of system, in-depth at the common MOS strain silicon surface in gully device structure and established a bar pressure and trans layer between the minority carriers concentration of models. Based on this model, the paper studies the strain of capacitor voltage characteristic silicon MOS. The results show that the strain Si/relaxation SiGe heterojunction photonic bandgap sent on the electron and the formation of cavity restrictions, at ambient temperature, strain silicon MOS C V curve can run area one or trans area side of "bench" phenomenon, this "bench" phenomenon with strain Si/relaxation SiGe denotation layer of doping concentration the high frequency C strain silicon V experimental results, thoroughly discussed the strain Si/SiO2 system interface charge, points out its characteristics of interface is given, and the influence of the improvements. Finally, based on body silicon MOS high-frequency capacitance measurement method improvement and corrections, measured and calculated the strain Si/SiO2 interface interface state the device physics, was presented based on the strain simi-emperical silicon n - MOSFET trans channel electronic mobility model. The model considers the lattice, from change impurities, surface phonons, interface charge and interfacial rough, etc in gully mobility mechanism on the scattering of influence, and considers the trans electronic shielding effect, finally use of Matlab software are simulated, and the simulation results with experiments with a very good match.
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当光照强度增大到某个特定值时，硅光电池的p-n结产生的光生载流子数达到了最大值，即出现饱和，再增大光照强度，其开路电压不再随之增大
通过实验直接测得的光谱响应为外量子效率，其中计入了电池正表面的反射损失和背面的投射损失。可用辐射热源与液氮系统设计变温IV以及变温QE测试实验；可用调频激光测试IV与QE获得频率响应 最简单的方案是利用二极管设计单向通电电路。
在材料学科上，要求学生掌握坚实宽广的基础理论和系统深入的专门知识，了解材料科学的发展前沿。下文是我为大家搜集整理的有关材料学的论文范文的内容，欢迎大家阅读参考!
论高电化学性能聚苯胺纳米纤维/石墨烯复合材料的合成
石墨烯是一种二维单原子层碳原子SP2杂化形成的新型碳材料，因其非凡的导电性和导热性、极好的机械强度、较大的比表面积等特性，引起了国内外研究者极大的关注.石墨烯已经被探索应用在电子和能源储存器件、传感器、透明导电电极、超分子组装以及纳米复合物[8]等领域中.而rGO因易聚集或堆叠而导致电容量较低(101 F/g)[9]，这限制了其在超级电容器电极材料领域的应用.
另一方面，PANI作为典型的导电高分子之一，由于合成容易，环境稳定性好和导电性能可调等特性备受关注.具有纳米结构的导电材料，由于纳米效应不但能提高材料固有性能，并开创新的应用领域.PANI纳米结构的合成取得了许多的成果.PANI作为超级电容器电极材料因具有高的赝电容，其电容量甚至可高达3 407 F/g[10];然而，当经过多次充放电时PANI链因多次膨胀和收缩而降解导致其电容损失较大.碳材料具有高的导电性能和稳定的电化学性能，为了提高碳材料的电化学电容和PANI电化学性能的稳定性，人们把纳米结构的PANI与碳材料复合以期获得电容较高且稳定的超级电容器电极材料[11].
作为新型碳材料的石墨烯和PANI的复合引起了极大的关注[12].但是用Hummers法合成的GO直接与PANI复合构建PANI/GO复合电极因导电率低而必须还原GO，化学还原剂的加入虽然还原了部分GO而提高了导电性能，但也在一定程度上钝化了PANI [13]，另外排除还原剂又对环境造成一定程度的污染.因而开拓一条简单且环境友好的制备PANI/rGO复合材料作为超级电容器的电极路线仍然是一个难题.
基于以上分析，首先使PANI和GO相互分散和组装，借助水热反应这一绿色环境友好的还原方法制备PANI/rGO复合材料，以期获得高性能的超级电容器电极材料.
1实验部分
原材料
苯胺(AR， 国药集团)，经减压蒸馏后使用;氧化石墨烯(自制);过硫酸铵(APS， AR， 湖南汇虹试剂);草酸(OX， AR， 天津市永大化学试剂);十六烷基三甲基溴化铵(CTAB， AR， 天津市光复精细化工研究所).
的制备
PANIF的制备按我们先前提出的方法 [14]，制备过程如下：把250 mL去离子水加入三口烧瓶后，依次加入 g CTAB， g 草酸以及 mL苯胺，在12 ℃水浴上搅拌8 h;随后，往上述溶液中一次性加入20 mL含苯胺等量的过硫酸铵水溶液，同样条件下使反应保持7 h.所制备的样品用大量去离子水洗涤至滤液为中性，随后30 ℃真空干燥24 h. 的制备
采用Hummers法制备GO，具体过程如下：向干燥的2 000 mL三口烧瓶(冰水浴)中加入10 g天然鳞片石墨(325目)，加入5 g硝酸钠固体，搅拌下加入220 mL浓硫酸，10 min后边搅拌边加入30 g高锰酸钾，在冰水浴下搅拌120 min，再将三口烧瓶移至35 ℃水浴中搅拌180 min，然后向瓶中滴加460 mL去离子水，同时将水浴温度升至95 ℃，保持95 ℃搅拌60 min，再向瓶中快速滴加720 mL去离子水，10 min后加入80 mL双氧水，过10 min后趁热抽滤.将抽干的滤饼转移到烧杯中，加大约800 mL热水及200 mL浓盐酸，趁热抽滤，随后用大量去离子水洗涤直至中性.所得产品边搅拌边超声12 h后5 000 r/min下离心10 min，得氧化石墨烯溶液.
复合材料制备
按照一定比例将含一定量的PANIF液与一定量的 mg/mL 的GO溶液混合，使混合液总体积为30 mL， GO在混合液中的最终浓度为 mg/ mL，磁力搅拌10 min后，将混合液转移到含50 mL聚四氟乙烯内衬的反应釜中进行水热反应，在180 ℃保温3 h;待反应釜自然冷却至室温后取出，用去离子水洗涤产物直至洗液无色后，于60 ℃真空干燥24 h，待用.按照上述步骤制备的PANIF与GO的质量比分别为5，10以及15，相应命名为PAGO5，PAGO10和PAGO15，对应的PANIF质量为75 mg，150 mg和225 mg.
仪器与表征
用日本日立公司S4800场发射扫描电镜(SEM)分析样品的形貌;样品经与KBr混合压片后，用Nicolet 5700傅立叶红外光谱仪进行红外分析;用德国Siemens公司Xray衍射仪进行XRD分析;电化学性能测试使用上海辰华CHI660c电化学工作站.
电极制备和电化学性能测试：将活性物质(PANIF或PANIF/rGO)、乙炔黑以及PTFE按照质量比85∶10∶5混合形成乳液，将其均匀地涂在不锈钢集流体上，在10 MPa压力下压片，之后烘干得工作电极.在电化学性能测试过程中，使用饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极，铂片(Pt)作为对电极，在三电极测试体系中使用1 M H2SO4作为电解液进行电化学测试，电势窗为～.
比电容计算依据充放电曲线，按式(1)[15]计算：
Cs=iΔtΔVm.(1)
式中：i代表电流，A;Δt代表放电时间，s;ΔV代表电势窗，V;m代表活性物质质量，g.
2结果与讨论
形貌表征
图1为PANIF和PAGO10形貌的SEM图.低倍的SEM(图1(a))显示所制备PANIF为大面积的纳米纤维网络;高倍的图1(b)清晰地显现该3D纳米纤维网络结构含许多交联点.PANIF和PAGO10混合液经过水热反应后，从低倍的SEM(图1(c))可以看出，PAGO10复合物具有交联孔状结构;提高观察倍数(图1(d)和图1(e))后可以发现样品中rGO 与PANIF共存;而高倍的图1(d)清晰地显示出了rGO与PANIF紧密结合，且合成的褶皱rGO因层数较少而能观察到其遮盖的PANIF.从图1可知：成功合成了大面积的PANIF以及互相均匀分散的PANIF/rGO复合材料.
分析
图2为PANIF，GO以及PAGO10 3种样品的FTIR图.图2中a曲线在1 581 cm-1，1 500 cm-1，1 305 cm-1，1 144 cm-1，829 cm-1等波数处展现的尖锐峰为PANI的特征峰，它们分别对应醌式结构中C=C双键伸缩振动、苯环中C=C双键伸缩振动、C-N伸缩振动峰、共轭芳环C=N伸缩振动、对位二取代苯的C-H面外弯曲振动.图2中b曲线为GO的红外谱图，在3 390 cm-1， 1 700 cm-1的峰分别对应-COOH中的O-H，C=O键振动，1 550～1 050 cm-1范围内的吸收峰代表COH/ COC中的C-O振动[16]，可以看出，GO中存在大量的含氧官能团.图2中c曲线为PAGO10复合物红外吸收谱图，与GO，PANIF谱图比较， 可以发现PAGO10中的GO特征峰不太明显而PANI的特征峰全部出现，这个结果归结于GO含量少以及GO经水热反应后形成了rGO，另外也表明水热反应对PANI品质无大的影响.
电化学性能分析
图4为样品的CV曲线，其中图4(a)为不同样品在1 mV/s扫描速率下的CV图，可以看出，4个样品均出现明显的氧化还原峰，这归因于PANI掺杂/脱掺杂转变，表明PANIF以及复合物显示出优良的法拉第赝电容特性.图4(b)为PAGO10在不同扫描速率下的CV曲线，由图可知PAGO10电极的比电容随着扫描速率减小而稳步增加，在扫描速率为1 mV/s时，PAGO10电极的比电容为 F/g.
图5为PANI，PAGO5，PAGO10和PAGO15的充放电曲线以及交流阻抗图.图5(a)为电流密度为1 A/g时样品的放电曲线图，由图可知：4种样品均有明显的氧化还原平台，这与前述CV分析中的结果相吻合.根据充放电曲线，借助式(1)，计算了4种样品在不同电流密度下的比电容，结果如图5(b)所示，很明显，相同电流密度下PAGO10比电容最大，当电流密度为1 A/g时，其比电容为517 F/g，这个结果表明PAGO10的电化学性能明显优于PANI/石墨烯微球和3D PANI/石墨烯有序纳米材料(电流密度为 A/g时，比电容分别为 261和495 F/g)[18-19]， 而PANIF比电容最小，仅为378 F/g;且在10 A/g电流密度下PAGO10的比电容仍保持在356 F/g 左右，这表明PAGO10电极具有优异的倍率性能.该复合材料比电容以及倍率性能得到极大提高源于rGO与PANIF两组分间的协同效应.在充放电过程中连接在PANIF间的rGO为电子转移提供了高导电路径;同时，紧密连接在rGO上的PANIF有效阻止水热还原过程中石墨烯的团聚，增加了电极/电解质接触面积，从而提高了PANIF的利用率而使得容量增加. 为了更清晰地了解所制备材料的电子转移特点以及离子扩散路径，对样品进行了交流阻抗测试，图5(c)为4个样品的Nyquist图.从图5(c)可知：在高频区、低频区均分别具有阻抗弧半圆、频响直线.在高频区，电荷转移电阻Rct大小顺序为RPAGO5
值说明rGO的加入提高了电极材料的导电性.在低频区，直线形状反映了样品电化学过程均受扩散控制，并且PAGO5所展现的直线斜率最大，说明其电容行为最接近理想电容，即频响特性最好，这也是源于rGO的加入提高了材料导电性以及复合物的独特微观结构.
氧化还原反应的发生，导致PANIF具有十分高的赝电容，但由于在大电流充放电过程中高分子链重复膨胀和收缩，导致其循环稳定性差而限制了其实际应用.为此，对ANIF和PAGO10进行循环稳定性分析.图6显示，PAGO10在5 A/g电流密度下经过1 000次充放电后，电容保持率为77%，而不含rGO的PANIF电极在2 A/g电流密度下充放电1 000次电容保持率仅为，这个结果表明PANIF循环稳定性较差;另外，rGO的加入形成的PANIF/rGO紧密的连接，降低了PANI链在充放电过程中的膨胀与收缩，使得链段不容易脱落或者断裂，从而PAGO10具有出色的循环稳定性.
3结论
采用自组装的方法，经水热反应，制备了PANIF/rGO复合电极材料.研究发现，rGO与PANIF紧密连接;而且，当PANIF与GO质量比为10∶1时，复合材料展现了最佳的电化学性能，当电流密度为1和10 A/g时，其比电容分别为517， 356 F/g.从上可知：合成的PAGO10具有高的比电容、较好的倍率性能和稳定性能，从而有望作为超级电容器电极材料在实践中应用.
浅谈水泥窑用新型环保耐火材料的研制及应用
1 概述
随着新型干法水泥生产技术在我国的迅速普及，我国水泥工业得到飞速发展，2012年，水泥总产量达亿吨，占世界总产量55%左右。在20世纪六、七十年代，镁铬质耐火材料因具有良好的挂窑皮和抗水泥熟料的化学侵蚀性能，而被广泛应用于新型干法水泥窑的烧成带[1]，并取得了良好的使用效果，但由于镁铬砖在使用过程中砖内的Cr2O3组分与窑气、窑料中的碱、硫等相结合，形成有毒的Cr6+化合物[2]。再加上原燃料中所带入的硫，碱与硫共存时形成另一种水溶性Cr6+有毒性致癌物质：R2(Cr，S)O4。水泥窑在正常运转中，其窑衬中镁铬砖内的一部分Cr6+化合物随着窑气和粉尘外逸，飘落在厂区及周边环境中，造成厂区大气的污染; 另一部分则残留在拆下的废砖中，废弃的残砖一遇到水就会造成地下水的污染;更直接的危害是在水泥窑折砖和检修作业时，窑气和碎砖粉尘中的Cr+6会给现场人员造成毒害，据有关专家论证，Cr6+腐蚀皮肤，使人易患上大骨病，进而致癌。因此，镁铬质耐火材料作为水泥窑内衬会对环境和人类造成长期污染和公害。
发达工业国家在水源、环境和卫生方面有着一系列配套的规范，其中德国对水泥厂预防“铬公害”的规定最普遍，执行也是最严格的，具体内容如表1所示：
我国于1988年4月颁布国家标准GB3838-88，对地面水中Cr6+含量进行明确规定，如表2所示：
这就使得水泥企业在使用镁铬砖做水泥窑内衬投入的环保费用加大，特别是用过镁铬残砖处理费用非常昂贵，因此，水泥窑用耐火材料无铬化是必然的发展趋势。
2 水泥窑烧成带新型环保耐火材料的研制
研制思路
目前，用于水泥回转窑烧成带的无铬环保耐火材料主要有镁白云石砖和镁铝尖晶石砖。镁白云石砖对水泥熟料具有良好的化学相容性和优良的挂窑皮性，但是抗热震性差，抗水化性差;镁铝尖晶石砖具有良好的抗热震性和抗侵蚀性，但是挂窑皮性差[3，4]。镁砖中引入铁铝尖晶石制成的第二代新型环保耐火材料―新型环保耐火材料，结构韧性好，抗碱盐及水泥熟料侵蚀能力强，具有良好的挂窑皮性能，在烧成带能有效延长使用寿命，是目前适合我国国情的新一代水泥窑烧成带用无铬耐火材料。但该产品的关键是铁铝尖晶石原料的合成、加入量、加入方式及有关工艺条件对制品性能的影响。
试验与研究
铁铝尖晶石的合成。铁铝尖晶石是一种自然界少有的矿物，化学分子式为FeAl2O4，其中含和。铁铝尖晶石为立方体结构，二价阳离子占据四面体位置，三价阳离子填充在由氧离子构成的面心立方中。其理论密度为，莫氏硬度为。要形成铁铝尖晶石，必须保证氧化亚铁(FeO或FeOn)是处于其稳定存在的条件下。只有在FeO能稳定存在的区域内，才能保证与Al2O3形成的化合物是FeO? Al2O3尖晶石，而在FeO稳定存在的区域以外的条件下，铁的氧化物与Al2O3作用得到的产物很难说是FeO?Al2O3尖晶石，而可能是含有大量或主要是Fe2O3-Al2O3的固溶体[5]。FeOn- Al2O3的系相图如图1所示：
为了得到高质量的合成铁铝尖晶石，我们特聘请了欧洲知名耐材专家进行专业技术指导，经过大量试验，掌握了烧结合成铁铝尖晶石的关键技术，为生产达到国际水平的新型环保耐火材料打下了良好的基础。在生产中把FeO与Al2O3按一定比例混合均匀后压制成荒坯，在保证“FeO”稳定存在的气氛下，经高温烧成，制得FeO? Al2O3尖晶石含量为97%以上的烧结铁铝尖晶石。产品衍射如图2所示：
原料与制品的性能 ①原料的选择。根据我们的生产经验，结合水泥窑烧成带对耐火材料的要求，我们选用优质镁砂、合成尖晶石为原料，并加入特殊添加剂来强化制品的性能，研制生产出第二代无铬镁尖晶石砖―新型环保耐火材料。所用原料理化指标如表3所示。②制品的性能。将原料破碎成所需的粒度，采用四级配料，经强力混碾、高压成型、高温烧成。产品的显微结构见图3，产品理化指标与国外同类产品对比情况如表4所示。
铁铝尖晶石对制品性能的影响 ①铁铝尖晶石加入量对制品耐压强度的影响。从图4可以看出：随着铁铝尖晶石增加制品的耐压强度呈现出先升后降的趋势，这是由于铁铝尖晶石与镁砂互溶的结果，铁铝尖晶石的加入量在10%时，制品的强度达到最大值。②铁铝尖晶石加入形式对制品抗热震性能的影响。从实验结果表5可以看出：以颗粒形式加入铁铝尖晶石制品的抗热震性比以细粉形式加入铁铝尖晶石制品相对较好。
产品的性能
结构韧性好、热震稳定性优良。新型环保耐火材料在烧成及使用过程中Fe2+离子扩散进入周边的氧化镁基质中，同时部分Mg2+离子扩散进入铁铝尖晶石颗粒，与铁铝尖晶石分解残留的氧化铝反应生成镁铝尖晶石，这一活化效应使制品在烧成或使用过程中，内部形成大量的微裂纹，重要的是铁铝尖晶石的分解过程、Fe2+离子和Mg2+离子的相互扩散在高温下持续进行，使得MgO-FeAl2O4耐
火材料在整个高温使用过程中，可以形成大量的微裂纹，这些微裂纹的存在有利于缓冲热应力、提高制品的结构柔韧性和热震稳定性。
强度高。从制品显微结构可以看出：制品内部铁铝尖晶石与高纯镁砂互溶，结构非常均匀致密，晶粒发育良好，颗粒与基质间通过晶间尖晶石相连接，结合良好，明显的提高了砖的密度和高温强度。
具有良好的粘挂窑皮性能。在使用过程中，制品中的Fe2O3与Al2O3都易与水泥熟料中的CaO反应生成C2F、C4AF等低熔点矿物，该矿物具有一定的粘度，可牢固粘附在新型环保耐火材料的热面，形成稳定的窑皮。我们把新型环保耐火材料和直接结合镁铬砖分别制成40mm×40mm×60mm样块，用90%水泥生料+5%煤粉+5%K2SO4，压制成Φ30×10mm圆饼，把圆饼放在两个样块中间，放入电炉内加热，温度升到1500℃，保温3小时，冷却后测其抗折强度，二者基本相同。由此可见，新型环保耐火材料粘挂窑皮性能优良。
产品的应用
新型环保耐火材料自2012年研制成功投放市场以来，通过河北鹿泉曲寨水泥公司、宁夏瀛海天琛水泥公司、内蒙古哈达图水泥公司、陕西尧柏水泥集团、北方水泥集团、河南锦荣水泥公司、新疆天基水泥公司、安阳湖波水泥公司等二十多家大型水泥企业2500t/d、5000t/d、6500t/d水泥窑烧成带应用，寿命周期均达到12个月以上，受到用户认可。
3 结论
2018年3月6日，Nature背靠背连刊两文，报道了魔角扭曲双层石墨烯的重大发现。其第一作者，正是学界的少年新星曹原。该研究的巨大影响力，令曹原直接被列入Nature当年评选的十大科学人物。本次，NSR邀请到了两位魔角石墨烯领域的顶级专家进行访谈，他们分别是 麻省理工学院的实验物理学家 Pablo Jarillo-Herrero ，以及德克萨斯大学奥斯汀分校的理论物理学家 Allan MacDonald 。其中Jarillo-Herrero正是曹原的导师，他高度评价了曹原的成就，称 “从他身上学到的东西和他从我身上学到的东西一样多” ，而本篇也将围绕魔角扭曲双层石墨烯，来谈谈曹原是如何”扭成的“。
背景介绍
石墨烯是石墨的组成部分，由一个碳原子与周围三个邻近碳原子结合形成，它是含有六边蜂窝网状结构的碳原子单层，厚度等同于一个碳原子。单层石墨烯的存在已被预测几十年，也曾在其他材料表面成功生长，但学界对石墨烯研究兴趣的爆发却是在2004年，因为该年人们才首次发现石墨烯可以通过机械方式从石墨薄片中分离出来（机械剥离法）。
石墨烯经常被描述为一种透明、导电性优良又极其柔韧的神奇材料。但有人感兴趣一些更根本的问题。作为二维导体材料，石墨烯表现出异乎寻常的电子特性、磁特性，在量子限制效应、电子间相互作用等方面有巨大研究价值，在电子元件、设备等领域有着应用前景。2010年的诺贝尔物理学奖被授予给了英国曼彻斯特大学的Andre Geim 和 Konstantin Novoselov两位教授，表彰他们在石墨烯研究领域的杰出贡献。
当两个石墨烯片层足够靠近以发生相互作用时，其奇妙特性会进一步放大。尤其引人注目的是，石墨烯表现出的电子特性可能取决于石墨烯片层的相对角度，即两层蜂窝网状晶格之间的的对齐程度。堆叠在一起的两个蜂窝网状晶格可能会产生一种“超晶格”结构：晶格间在某些特定角度配合后呈现出的规律性更为显著，甚至强于晶格间距所带来的影响。这就是人们所熟知的“莫尔效应”——从远处看两个间隔很近的网格状栅格时就能观察到这种光学现象。
实验 探索 这种“扭曲双层石墨烯(twisted bilayer graphene,TBG)”的电子特性要求能够精确地控制两个石墨烯片层的位置和角度。这些现象现在也被认为普遍存在于其他二维材料中，例如六方氮化硼()片。这些研究开辟了凝聚态物理研究的一方沃土，而某些特定的扭转角度的 “魔角双层石墨烯(magic-angle twisted bilayer graphene, MATBG)” ，其表现出的神奇电子特性则更是引人入胜。
Pablo Jarillo-Herrero的小组率先制造了魔角石墨烯材料
Allan MacDonald是最先理论预测魔角存在的科学家之一
NSR： 是怎样在扭曲双层石墨烯中发现异常电子行为的？这些效应在发现之前是否曾被理论预测过？
PJ-H： 从2007年左右就有许多理论小组开始研究扭曲双层石墨烯。到了2009年底，Eva Andrei的团队报告了使用扫描隧道显微镜(STM)对扭曲双层石墨烯的研究 [G. Li et al., Nat Phys 2010; 6: 109] 。他们观察到数据中的峰值似乎在随着扭转角发生变化，而该峰值被视作是范霍夫奇点(van Hove Singularities)的电子结构所表现的特征（范霍夫奇异峰）。特别是，对于 左右的扭转角，两个范霍夫峰的峰间距接近于零。大约同一时间，另两个小组在极小角度下研究了扭曲双层石墨烯：智利的Eric Suárez Morell团队 [E. S. Morell et al., Phys Rev B 2010; 82: 121407] 和美国Rafi Bistritzer与Allan MacDonald的团队 [R. Bistritzer and A. MacDonald, Proc Natl Acad Sci USA 2011; 108: 12233] 。两个小组都预测了扭曲双层石墨烯在至 的角度存在扁平电子带。Bistritzer和MacDonald创造了“魔角”一词，指费米能级的电子速度变为零时的角度（费米能级是绝对零度下电子所能够占据的最高能级）。
AM： “我对 历史 的理解，超越到学术出版物之外”，这句话来自Eva Andrei的文章。Eva是第一个测量到电子结构神奇变化的人，她发现了意外产生莫尔效应的双层石墨烯片层在STM态密度测量中的特征。Eva告诉我，观察是第一位的，它激发了Antonio Castro-Neto和João Lopes dos Santos的理论。
我对石墨烯莫尔超晶格的兴趣，始于与佐治亚理工学院的 Ed Conrad的一次谈话。他向我展示了一些角分辨光电子能谱数据，我无法参透。当我的博士后Rafi Bistritzer和我着手进行演算时，我们发现计算结果显示：石墨烯电子的速度会在一组离散的扭转角处下降为零。我们把这些角度称之为魔角，最大的魔角约为1 。这对我们来说完全是一个惊喜，我们立即意识到这意味着一个强相互作用电子的前景无限的平台。一段时间后我们注意到，智利的一个研究小组也独立地开启了魔角物理学的一些微光。但我们那 时尚 不清楚，是否有实验者能够在可控扭曲角的条件下建立样本来观察这种物理现象。我的同事Emanuel Tutuc在这个方向上做了很多工作，为Pablo工作的开展提供了部分信息。
NSR： 是什么促使你研究该系统？现在看来，它成为了以可控方式观察电子关联现象的胜地——这一结果是预期之中，还是出人意料？
PJ-H： 最初我研究扭曲双层石墨烯的动机是直觉，凝聚态物理中的这个“新旋钮”，即改变扭曲角极可能带来有趣的物理现象。凝聚态物理学中的系统通常很复杂，在 探索 未知领域时常有意外收获。单就魔角石墨烯而言，我的动机是找到有趣的关联绝缘态。我认为当石墨烯中的费米能级移动到范霍夫奇点时，关联绝缘态可能会展现。[NSR：当费米能量接近这种奇点时，已经观察到新的电子相，例如超导性。] 我们确实发现了绝缘态——但令我们惊讶的是它们是完全不同的类型。绝缘行为发生于每个莫尔晶胞的整数个电子，而非因为范霍夫奇点。这是个巨大惊喜。而更大的惊喜是超导性的发现，这更是无人预料。
AM： 我们最初关于魔角效应理论的发现，并不符合早期实验的预期，因此，我们在发表文章时很不顺利，因为审稿人认为我们肯定错了。 巧的是，那时我正好当选美国科学院院士，我被允许在PNAS发一篇就任文章，评议很宽松。所以我决定，放弃与审稿人的拉锯战，以直接在PNAS上发表了我们的发现。
在那篇论文之后，我试图找到其他可以观察到有趣莫尔超晶格现象的案例。我提出了实现拓扑激子带的可能性 [F. Wu et al., Phys Rev Lett 2017; 118: 147401] 以及许多与光学特性相关的建议。我还提出，与石墨烯结构相比，层状过渡金属二硫属化物 (TMD) 的莫尔系统会产生完全不同的物理特性。莫尔领域的这一部分研究现在也已真正开始付诸实验了。
新 物 理 的 乐 土
NSR： 从绝缘体到超导体再到磁性材料，这些石墨烯系统产生的电子状态似乎十分多样。产生如此多样态的物理学基础是什么，又有哪些关键因素决定了这些性质？
PJ-H： 我们仍在努力全面地了解这些系统。但是您的基本观察是正确的——魔角石墨烯以及现在的其他几个莫尔系统，表现出一组非常丰富的关联行为。起源似乎是因为这些系统都具有狭窄的电子带（意味着电子的动能非常小），因此电子之间的相互作用能起着主导作用。一旦电子之间有很强的相互作用，那么可能的多体基态（例如超导性、相关绝缘体、磁性等）就成为可能。我们能够遍览这些样态，得归功于莫尔系统的高度可调性。
AM： 多层石墨烯中的强相关性和量子霍尔效应中的强相关性之间有很多类比。Eslam Khalaf、Ashvin Vishwanath 和Mike Zaletel 等人的工作阐明了这种联系。根本上它与电子能带的拓扑特性有关。同时，这些系统具有准二维Hubbard模型（强关联电子体系最简单的晶格模型之一）的特征。魔角石墨烯似乎是量子霍尔效应和高温超导性的结合，这是个了不起的系统。
NSR： 你能解释一下魔角效应吗？是什么让石墨烯层在某些取向上表现得“特别”？
PJ-H： 魔角效应是一种“共振”状态。 这种魔角角度促成的电子结构，使得电子穿越石墨烯层是如此的容易，就像为这些电子提供了通往另一石墨烯层的“直达隧道”一般。 用更简单的话说，MATBG中电子多变行为的一个解释是：当电子具有巨大动能（移动得非常快）时，它们几乎“来不及”发生相互作用。但是在MATBG中，电子移动缓慢，因此当它们擦肩而过，会拥有更多机会发生相互作用。
NSR： 该系统中绝缘、超导行为的相互作用似乎与在铜氧化物高温超导电性中观察到的作用情况接近。两者间有近似的物理规律在起作用吗？这些种行为是否会在实际上有助于我们了解此类材料中超导电性的缘起？
PJ-H： MATBG和铜酸盐超导体的相图确实有很多相似之处，但差异也不少，例如，其晶格对称性和电子结构的拓扑性质就非常不同的。此外，铜酸盐中的电子均为简并自旋，而MATBG中的自旋态则更加丰富。所以我们还不清楚对MATBG的了解是否有助于我们了解铜酸盐中超导性的起源。虽然我直觉是会有帮助，但现在断言还为 时尚 早。
AM： 对于这些问题，我们还没有完全自信的答案，但我们正在取得进展。高温超导体和MATBG系统之间有许多相似之处，其中磁序与费米面重构的临界点是最有趣的。在我看来，通过进行新的实验和理论场景测试，我们有可能会进一步增进对MATBG超导性的理解，并且进展也会帮助我们理解高温超导性的产生。通过原位调制电荷载流子密度或其他方式调制系统属性的可能性（例如通过改变栅距、电介质环境和平面磁场等）是 MATBG 的一个重要优势。
NSR： 维度在此发挥的作用是什么？这些行为是否取决于“这是一个准2D系统”的基本事实？这种行为是否与量子霍尔效应等低维量子多体体系的研究有关？
PJ-H： 维度非常重要，出于各种原因。其中部分为：MATBG因其二维几何结构而具有高度的电可调性；电子结构（如电子态密度）取决于维度；相互作用效应也可能强烈依赖于维度（例如电子屏蔽效应在1D、2D 和 3D中是非常不同的）；至于量子霍尔物理，QHE 和 MATBG（以及其他几个相关的莫尔系统）中的电子能带本质上都是拓扑的，这两者之间有着深刻的联系。这就是为什么后者可以表现出有趣的量子霍尔效应，即使零磁场下亦是如此（与标准QHE不同）。
AM： 电子关联在低维度系统中往往更强，并且在更大范围内产生令人惊讶的多电子态，包括分数量子霍尔效应 (FQHE) 系统、MATBG、双层或三层石墨烯。QHE的拓扑图构成了MATBG和FQHE物理之间的联系。这种联系的一个实验证明是MATBG中异常量子霍尔态（即没有磁场的 QHE）的普遍出现。
挑 战 、 应 用 、 机 遇
NSR： 如何通过实验研究这些系统？现在优质单层石墨烯的生产已经常规化了吗？如何控制石墨烯片层的相对方向？
PJ-H： 超高质量单层石墨烯的生产已经非常标准化，如石墨机械剥离法，全世界有数以千计的团队可以做到这一点。棘手的是以精确地控制旋转角度并将两个石墨烯片层堆叠一起，尤其是像魔角 这样的小角度就更加困难。目前全世界只有15个团队可以制造MATBG，但队伍一直在壮大，因为该技术只要有人展示就易于学会。在新冠疫情之前，有很多小组来到MIT了解MATBG，而他们中的许多现在已经复制并扩展了我们的许多成果。
AM： 已经取得的成就令人惊叹，但如果能够开发出更精细地控制扭转角的技术，并使扭转角度分布更加均匀，这将加快该领域的进步。
NSR： 这些系统中还有哪些关键问题有待 探索 ？对你个人而言，现在最渴望研究的是哪方面？
PJ-H： 有待 探索 的关键问题还有许多。也许其中最重要的问题之一是超导性的确切机制和序参量对称性。现在的实验和理论似乎指向一种非常规的超导性起源机制（有些人认为MATBG可能是一个非常特殊的参数状态下的电子-声子介导超导体，尽管并非人人都同意）。我们仍然需要更详细地研究这一点。我个人非常期望发现和研究新的莫尔系统、新的超导体及其关联拓扑行为。对于可以构建的数百个可能莫尔系统，我认为我们几乎只是触及了皮毛。这些系统间的构成、几何性质和复杂状态都不尽相同。
AM： 我认为确定MATBG中超导性的起源机制很重要。我正致力于研究这个问题。一个重要的期待是我们将能够在 MATBG或过渡金属二硫属化物（TMD）莫尔纹中实现分数反常量子霍尔系统（也称为分数陈绝缘体），以展示量子反常霍尔效应。鉴于莫尔超晶格的灵活性，我们将很有可能发现、设计出有利条件。分数量子霍尔（FQH）状态也是拓扑量子计算的可能研究对象之一。
NSR： 对这些系统的 探索 似乎还存在着许多潜在的自由度。比如，现在一些研究兴趣是打算将双层系统扩展到三层，这样我们能够预测或观察到什么？再比如，使用氮化硼等其他二维材料构成的异质双层结构，又会给我们带来什么收获？
AM： 我对找寻可以构建新型莫尔超晶格的其他层状材料非常感兴趣，每项发现都会带来一个物理的新宇宙。在TMD和扭曲石墨烯莫尔系统的存在下，我们拥有了巡游电子铁磁体系的案例——只是磁有序温度相当低。找寻提高有序温度的方法、 探索 其最终极限将非常有趣。由于莫尔超晶格系统可以通过多种方式调制，因此远景相对乐观。 这是制造人造可调谐晶体的全新范例，我们才触及皮毛。我们会见证所发生的一切——这正是科学的魅力所在。
PJ-H： 确实，可能性几乎无穷无尽。就在今年稍早时候，Philip Kim的团队和我团队各自独立在魔角扭曲三层石墨烯 (MATTG) 中发现了超导性。魔角略有不同（约为 ），该数据其实是几年前理论上预测的，所以我们知道该向哪里行动。事实证明，MATTG中的超导性比MATBG中的更令人感兴趣，因为它更强大且可调性更高。而使用异质双层结构确实可以带来很多新东西，在双层石墨烯/氮化硼莫尔系统中发现量子反常霍尔效应 (QAHE) 就是最早的例子之一。
NSR： 更一般地说，MATBG系统体现了过去二十年来学界对强关联电子研究兴趣爆炸式的增长，这催生了一众量子材料发现，例如拓扑绝缘体、马约拉纳零模、外尔半金属等。是什么促使了研究兴趣的爆发？是否有新的理论正在浮现，将物质的量子、电子相态统一起来？又或者，我们其实仍相当程度处于发现和惊异的阶段？
PJ-H： 凝聚态物理学在二十世纪80年代经历了两次革命，分别是：发现整数/分数量子霍尔效应（将拓扑学带入该领域）和发现高温超导性（将强关联系统推到了学科前沿）。从那时起，拓扑研究领域和强关联系统并没有被密切联系在一起，因为领域完全不同。而2000年后，出现三个颠覆性发现：石墨烯和二维晶体材料的发现；理论预测并实验上发现拓扑绝缘体；发现了第二个高温超导体家族，即铁磷化物材料。然而，这些领域在很大程度上仍各自独立。是MATBG将三个研究领域整合在了一起，因为它兼具所有特点。“莫尔量子物质”的话题在所有这些领域引发了热烈讨论。
AM： 在我看来，我们仍处于发现和惊异的阶段，但我非常乐观地认为，这些新型强关联系统将导向对强电子关联物理学更广泛、更深入的认识。
NSR： 这些系统有没有实际应用的可能，尤其是在设备技术方面？
PJ-H： 这总是很难预测。目前而言，能在这些系统中 探索 基础物理的魅力，我的团队乃至整个领域的研究人员都备受激励。而切实来说，作为电可调超导体的MATBG（在工程学上叫做超导场效应晶体管）如果能够被设法大规模制造，其实际应用是很容易想象的。包括超导量子比特、量子光电探测器和低温经典计算等。
AM： 个人而言，我对寻找潜在应用非常感兴趣——或许是光学性质，或许是自旋电子学。与TMD的接口可能在调节自旋-轨道相互作用力的方面派上用场——这对于自旋电子学来说很关键。
魔 角 在 中 国
NSR： 您对中国在这方面的研究有什么印象？
PJ-H： 从理论物理学的角度来看，中国学界对此的研究兴趣很大。在实验工作方面，中国目前只有少数几个具有纳米制造经验的团队（其中最著名的是复旦大学张远波教授的团队）可以生产出高质量的莫尔量子系统，他们正在进行非常出色的研究。鉴于中国科研近来的快速发展，估计未来几年将有更多的实验组开始研究这个主题。
我以前的学生曹原在很多方面而言都是一位非常了不起的科学家。他聪慧、勤奋并且富有创造力和效率。他不仅是我前面提到的两篇发现论文的第一作者，更是该领域的青年领军人物，此后一直在该领域做着杰出贡献。他在非常年轻时就获得了多个奖项，包括麦克米兰奖（授予青年凝聚态物理学家的最负盛名的奖项）和最近的国际萨克勒物理学奖。 能与他合作我觉得是一种幸运。我想，我从他身上学到的东西和他从我身上学到的东西一样多。我相信他将成为他那一代科学家中的领军人才。
AM： 吴冯成 是我小组以前的学生，为TMD莫尔系统做了重要的早期工作，涉及到其光学和电子特性，他也在MATBG 超导研究方面做了贡献。他现在是武汉大学教授，是该领域的领军人才。香港大学的 姚望 是TMD莫尔系统光学特性研究的前沿科学家。量子反常霍尔效应最早是在清华大学的磁性拓扑绝缘体中观察到的。MATBG 提供了第二个例子，以及一些颇为有趣的异同之处。
NSR： 是什么（或谁）给了您关于这项工作的主要灵感？您会给进入该领域的年轻研究人员什么建议？
PJ-H： 我很多同事们都富有创意，他们凝聚态物理实验方法上启发了我的团队。其中包括 Paul McEuen (康奈尔大学）、Andre Geim（曼彻斯特大学)和 Amir Yacoby (哈佛大学)。当然，我在代尔夫特理工大学的博导Leo Kouwenhoven 和我在哈佛的博士后导师 Philip Kim，都对我研究想法的形成产生了很大影响。对于年轻的研究人员，我会说： 勇于冒险并承担风险，追随你的兴趣向前，不要让别人限制了你施展抱负 。
AM： 我这样做已经很长时间了。我非常享受实验带来惊喜的能力。我在材料科学做基础理论的方法，尝试在那些已经在实验上可观察的现象中找到兴奋点。我的直觉很大程度源于——已知的实验结果以及对不同的理论模型在描述自然方面成功与否的反思。对已观察到但仍然神秘的现象，对其加深理论理解同样是十分有趣的。
我会建议年轻研究人员发展出自己的独特方式来思考研究领域的问题。每当遇到不了解的事物时，请打破砂锅问到底，直至洞悉一切。 大多数时候，新见解都只是前人见解的某种细节——但说不准、有时也会变成某种真正的新东西。
本文译自《国家科学评论》(National Science Review) Interview文章 “ A new twist on graphene: an interview with Pablo Jarillo-Herrero and Allan MacDonald ”， 原作者Philip Ball, 知社编译。
原文链接：
这个是模电的问题，说的详细了要几千字，你就明白PN节的工作原理就能知道为什么单向导电了。、
LED的发光过程包括三部分：
1、正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。
2、微小的半导体晶片被封装在洁净的环氧树脂物中，当电子经过该晶片时，带负电的电子移动到带正电的空穴区域并与之复合，电子和空穴消失的同时产生光子。电子和空穴之间的能量（带隙）越大，产生的光子的能量就越高。
3、光子的能量反过来与光的颜色对应，可见光的频谱范围内，蓝色光、紫色光携带的能量最多，桔色光、红色光携带的能量最少。由于不同的材料具有不同的带隙，从而能够发出不同颜色的光。
LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。
LED灯是一块电致发光的半导体材料芯片，用银胶或白胶固化到支架上，然后用银线或金线连接芯片和电路板，四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，最后安装外壳，所以 LED 灯的抗震性能好。
本文由1354589666贡献 ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 LED LED发光原理及特点 LED发光原理及特点 主讲人：张颖 LED照明概念 LED照明概念 LED（ LED（Lighy Emitting Diode），又称发光二极管，它 Diode），又称发光二极管， ），又称发光二极管 们利用固体半导体芯片作为发光材料， 们利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向 电压，半导体中的载流子发生复合， 电压，半导体中的载流子发生复合，放出过剩的能量而 引起光子发射产生可见光。 引起光子发射产生可见光。 Led发光原理 发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片， 在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某 些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时 会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光 能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利 用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称 LED。 当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流 从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜 色的光线，光的强弱与电流有关。电子和空穴之间的能量（带隙） 越大，产生的光子的能量就越高。光子的能量反过来与光的颜色 对应，可见光的频谱范围内，蓝色光、紫色光携带的能量最多， 桔色光、红色光携带的能量最少。由于不同的材料具有不同的带 隙，从而能够发出不同颜色的光。 LED照明光源的主流将是高亮度的白光LED。目前，已 LED照明光源的主流将是高亮度的白光LED。目前， 照明光源的主流将是高亮度的白光LED 商品化的白光LED多是二波长， LED多是二波长 商品化的白光LED多是二波长，即以蓝光单晶片加上 YAG黄色荧光粉混合产生白光 黄色荧光粉混合产生白光。 YAG黄色荧光粉混合产生白光。未来较被看好的是三 波长白光LED 即以无机紫外光晶片加红、 LED， 波长白光LED，即以无机紫外光晶片加红、蓝、绿三 颜色荧光粉混合产生白光，它将取代荧光灯、 颜色荧光粉混合产生白光，它将取代荧光灯、紧凑型 节能荧光灯泡及LED背光源等市场。 LED背光源等市场 节能荧光灯泡及LED背光源等市场。 LED的电源电路 LED所须之电源为直流、低电压，故传统上用以推 动钨丝灯泡或日光灯之电源并不适合直接推动LED灯 具。 而传统的定电压转换器必须经过修改后，才能适用 于推动LED灯具；电路修改需考量定电流输出、能源 转换效率、功率因素(power factor)等，均将考验电子 电路的 设计技术。 常见的两种解决方案( 常见的两种解决方案(一) 低频变压器及半波或全波整流电路 (一) 如图一所示，这种提供LED电源的方式非常简单只 需一个低频变压器，整流器，滤波电容还有一个用 来调整亮度的可变电阻。串联LED的数目主要由变 压器的圈数比所决定。一旦选用圈数比固定之后若 要得到一样的亮度，就很不容易改变LED的数目。 只能够藉由并联的方法增加LED的数目，但这种电 源架构很不容易做到并联的LED有相同的亮度。 优点：电路简单、成本低 缺点：体积大、电压模式，LED亮度会随着供应电 压之变化而有所改变；无法提供定电流输出；突波 电流较大。 常见的两种解决方案( 常见的两种解决方案(二) 低频变压器及半波或全波整流电路 (一) 如图一所示，这种提供LED电源的方式非常简单只 需一个低频变压器，整流器，滤波电容还有一个用 来调整亮度的可变电阻。串联LED的数目主要由变 压器的圈数比所决定。一旦选用圈数比固定之后若 要得到一样的亮度，就很不容易改变LED的数目。 只能够藉由并联的方法增加LED的数目，但这种电 源架构很不容易做到并联的LED有相同的亮度。 优点：电路简单、成本低 缺点：体积大、电压模式，LED亮度会随着供应电 压之变化而有所改变；无法提供定电流输出；突波 电流较大。 最新技术:LED照明之电源 最新技术 切换式定电流供应器(图三) 如图三所示，属于定电流的电源供应器，输出电流可调整非常适合LED 照明的应用。因为没有额外的可变电阻VR，所以电源使用率比前两种方 案高些。在LED的串联使用上非常方便，因为流经LED的电流固定不受 LED数目的影响。对于LED的并联使用仍无法保证并联路径LED的均流 效果。 目前大电流的LED照明电源大都采用前两种解决方案，但相较之下，切 换式定电流供应器的定电流输出模式更为适合，因为无论是在串联或并 联应用上，均可轻易控制每路LED电流，进而达到亮度一致；另外关于 输入电流的谐波失真尽可能低，对于总电流谐波失真(THD)大小及功率 因子值会因采用不同国家标准而有所不同，商品化的产品只要在设计上 符合该申请国家的标准既可，无须做到功率因子近似1，或THD小于10%， 否则在成本上将会提高很多而失去产品竞争力，至于THD规范可参考 IEC1000-3-2 class D，在设计时也要特别注意LED的开路与短路保护。 从过去使用上之不方便，发展出定电流模式之电源，当 作LED照明之电源。可允许LED串、并联之应用，较易 控制流经LED之电流、也就是较易控制LED亮度。 这种电源采用切换式技术所以体积远比前一种方 案小很多。 其中的VR是可变电阻用来调整LED亮度。若采用输出电压可 调变的电源供应器，对于LED的串并联应用会方便很多，目 前可调输出电压的电源价格偏高或是体积会比固定电压模 式的大些。 优点：技术很成熟，易取得；目前大部份LED照明的电源方式，电压负 载，变化稳定性佳。 缺点：切换式电源供应器对于LED之串联或并联，不容易提供固定电源 ，电流负载 (current load ) 变化大；所以无论是LED之串联或并联 应用，流经每一LED之电流不相同，反应到实际应用品上，即LED亮度 亦不易控制，因此解决方案较不利于LED照明电源。 （三）LED光源的基本特征 LED光源的基本特征 LED光源的基本特征 LED光源的基本特征 1、发光效率高 LED经过几十年的技术改良 经过几十年的技术改良， LED经过几十年的技术改良，其发光效率有了较大 的提升。白炽灯、卤钨灯光效为12 24流明 12- 流明／ 的提升。白炽灯、卤钨灯光效为12-24流明／瓦，荧 光灯50～70流明／瓦，钠灯90～140流明／瓦，大部 光灯50～70流明／ 钠灯90～140流明／ 50 流明 90 流明 分的耗电变成热量损耗。LED光效经改良后将达到达 分的耗电变成热量损耗。LED光效经改良后将达到达 50～200流明 流明／ 而且其光的单色性好、光谱窄， 50～200流明／瓦，而且其光的单色性好、光谱窄， 无需过滤可直接发出有色可见光。目前， 无需过滤可直接发出有色可见光。目前，世界各国均 加紧提高LED光效方面的研究， LED光效方面的研究 加紧提高LED光效方面的研究，在不远的将来其发光 效率将有更大的提高。 效率将有更大的提高。 LED光源的基本特征 LED光源的基本特征 2、耗电量少 LED单管功率 单管功率～瓦，采用直流驱 单管功率 ～ 瓦 单管驱动电压～伏，电流 ～18毫安， 毫安， 动，单管驱动电压 ～ 伏 电流15～ 毫安 反应速度快，可在高频操作。同样照明效果的情况下， 反应速度快，可在高频操作。同样照明效果的情况下， 耗电量是白炽灯泡的八分之一，荧光灯管的二分之一、 耗电量是白炽灯泡的八分之一，荧光灯管的二分之一、 运行成本大幅下降。 运行成本大幅下降。 日本估计，如采用光效比荧光灯还要高两倍的 日本估计， LED替代日本一半的白炽灯和荧光灯。每年可节约相 替代日本一半的白炽灯和荧光灯。 替代日本一半的白炽灯和荧光灯 当于60亿升原油 就桥梁护栏灯例， 亿升原油。 当于 亿升原油。就桥梁护栏灯例，同样效果的一支 日光灯40多瓦 而采用LED每支的功率只有 瓦，而 多瓦， 每支的功率只有8瓦 日光灯 多瓦，而采用 每支的功率只有 且可以七彩变化。 且可以七彩变化。 与传统的荧光灯相比，LED照明以高达50,000小 时的使用寿命为特色，而荧光灯只有13,000-18,000 小时，并且具有3倍的灯光一致性，具有一般荧光灯 不能配备的调光及循环能力，更节能。当然，节能是 我们考虑使用LED光源的最主要原因，也许LED光源要 比传统光源昂贵，但是用一年时间的节能收回光源的 投资，从而获得4～9年中每年几倍的节能净收益期。 LED寿命长达10万小时，意味着每天工作8小时， 可以有35年免维护的理论保障。 LED光源的基本特征 LED光源的基本特征 3、使用寿命长 LED光源有人称它为长寿灯 意为永不熄灭的灯。 光源有人称它为长寿灯， LED光源有人称它为长寿灯，意为永不熄灭的灯。 而对LED来说，发光效率能够达到白炽灯的 到10 来说， 而对 来说 发光效率能够达到白炽灯的5到 使用寿命可达到5万到 万小时，也就是5年到 万到10万小时 倍，使用寿命可达到 万到 万小时，也就是 年到 10年的时间，正常情况下正常使用 年无须维修。因 年的时间， 年无须维修。 年的时间 正常情况下正常使用5年无须维修 此免除频繁换灯之苦，其维护成本可大为降低。 此免除频繁换灯之苦，其维护成本可大为降低。 LED光源的基本特征 LED光源的基本特征 4、安全可靠性强 发热量低，没有紫外辐射,无热辐射 冷光源， 无热辐射， 发热量低，没有紫外辐射 无热辐射，冷光源，可 以安全抵摸：能精确控制光型及发光角度，光色柔和， 以安全抵摸：能精确控制光型及发光角度，光色柔和， 无眩光；不含汞、钠元素等可能危害健康的物质。内 无眩光；不含汞、钠元素等可能危害健康的物质。 置微处理系统可以控制发光强度，调整发光方式， 置微处理系统可以控制发光强度，调整发光方式，实 现光与艺术结合。 现光与艺术结合。 LED光源的基本特征 LED光源的基本特征 5、有利于环保 LED为全固体发光体 耐震、耐冲击不易破碎， 为全固体发光体， LED为全固体发光体，耐震、耐冲击不易破碎，废 弃物可回收，没有污染。光源体积小，可以随意组合， 弃物可回收，没有污染。光源体积小，可以随意组合， 易开发成轻便薄短小型照明产品，也便于安装和维护。 易开发成轻便薄短小型照明产品，也便于安装和维护。 6 色彩变化 就是要求所用的光源，可以按照预定设想、在色彩、 就是要求所用的光源， 可以按照预定设想、 在色彩、 在亮度、配置等各方面加以变化， 光源可利用红、 在亮度 、配置等各方面加以变化， LED光源可利用红、 光源可利用红 蓝三基色原理， 绿、蓝三基色原理，在计算机 控制下可以使三种颜色 同时具有256级灰度并任意混合，即可产生256 种颜色， × 256× 256=16777216种颜色， 形成例如水波纹 × 种颜色 式连续变色或定时色彩变化等，形成夜晚色彩绚丽的 式连续变色或定时色彩变化等， 灯光幻影，及各种图形。这种“多色彩、多图案” 灯光幻影，及各种图形。这种“多色彩、多图案”的 变化，正好显现了LED光源的特色。 变化，正好显现了 光源的特色。 光源的特色 7 图案变化 LED光源能已平滑缓慢的进行红、黄、蓝、绿、青、 橙、紫、白七种颜色的过度及变色。接通与切断LED 的时间以微妙计算，可以较方便地制成流水般跑动和 奔放跳动的动态变化。因此是传统光源无法比拟的， 并且变化方式由于受程序控制，所以可以编制无数种 程序形成无数种变化，LED光源构成的跑跳式灯光， 可以让人感到耳目一新，永不单调，心旷神怡，激情 荡漾，可充分体现灯光的动态效果。 8.冷光源 它还提供6500的相关色温，显色指数为 72。该系统能用在超市、便利店、杂货 店等手取式低温待售产品表面，散发通 用质量的灯光，以更大的灯光均匀度、 减少地板上扰人的眩光以及隐藏显示柜 光源等方式，提高产品的可销性。更适 合古建筑物的照明工程中. 9“高新尖”技术 与220V交流电控制的传统光源单调的发光效果 相比，LED光源是低压微电子产品，成功融合了计算 机技术、网络技术，无限遥控技术，嵌入式控制器技 术，所以亦是数字信息化产品。是半导体光电器件的 “高新尖”技术，具有在线编程，无限升级，灵活多 变的特点，为照明、显示、景观一次同时展现。 10. 电压： LED使用低压电源，供电电压在6-24V 之间，根据产品不同而异，所以它是一 个比使用高压电源更安全的电源，特别 适用于公共场所。低压运行，几乎可达 到100%的光输出，调光时低到零输出， 可以组合出成千上万种光色，而发光面 积可以很小，能制作成1平方毫米。 11. 稳定性： 10万小时，光衰为初始的50% 12. 适用性： 由于LED体积很小，每个单元LED小片是 3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形 状的器件，并且适合于易变的环境.发光 体接近点光源（有利于LED的灯具设计） 13.响应时间短 其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯 的响应时间为纳秒级 .所以,LED响应时 间短反应速度快. 白光LED的开发 的开发 白光 对于一般照明而言，人们更需要白色的光源。1998年 发白光的LED开发成功。这种LED是将GaN芯片和钇 铝石榴石（YAG）封装在一起做成。GaN芯片发蓝光 （λp=465nm，Wd=30nm），高温烧结制成的含 Ce3+的YAG 荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光发射， 峰值550nm。蓝光LED基片安装在碗形反射腔中，覆 盖以混有YAG的树脂薄层，约200-500nm。 LED基 片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧 光粉发出的黄光混合，可以得到得白光。现在，对于 InGaN/YAG白色LED，通过改变YAG荧光粉的化学 组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温350010000K的各色白光。（如下图所示） 1
半导体发光器件包括半导体发光二极管（简称LED）、数码管、符号管、米字管及点阵式显示屏（简称矩阵管）等。事实上，数码管、符号管、米字管及矩阵管中的每个发光单元都是一个发光二极管。一、 半导体发光二极管工作原理、特性及应用（一）LED发光原理 发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、 GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示
假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Eg有关，即λ≈1240/Eg（mm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在～之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。
太阳能热发电是指将太阳光聚集并将其转化为工作流体的高，温热能，然后通过常规的热机或其它发电技术将其转换成电能的技术。下面是我整理的太阳能热发电技术论文，希望你能从中得到感悟!
浅谈太阳能热发电技术的应用
摘要：太阳能光伏发电已成为人们摆脱对化石燃料依赖的巨大功臣之一，尤其是化石燃料在提供能量的同时对居住环境带来的温室效应等各种负面影响及化石燃料的逐渐枯竭，世界各国都在研究和探索清洁、环保的可再生能源，如太阳能、风能、水能等。太阳能作为新型清洁能源之一，拥有巨大潜力。尽管太阳能具有很多优点，但太阳能的分散性、不易储存、受环境影响等多方面的不利因素影响着太阳能的开发及利用。经过国内外专家的潜心研究，太阳能技术的开发不断深入，太阳能热发电技术已进入了商业运用阶段。
关键词：太阳能电池;热发电;太阳能发电技术
能源已成为影响经济社会发展的一大主要因素，尤其是煤炭、石油等化石燃料的逐渐枯竭，当今世界已出现了能源争夺之战。局部地区的动乱很多都是由不可再生能源的争夺引发的。面对人们能源需求量的增加而不可再生能源的减少，人们开始转而寻求对可再生能源的开发，如风能、水能、太阳能等。尽管目前太阳能占能源总量的比重不大，但未来的发展潜力不可限量，有专家推测，到2100年来自太阳的能源超过世界能源需求总量的一半以上。
一、太阳能热发电技术概述
太阳能作为一种清洁能源之所以被人们开发利用的时间不长是因为太阳热能的低密度、间歇性、空间分布不断变化等特点，使太阳能的收集和利用比较困难。因此，要想研发太阳能光伏发电技术，必须要找到有效地收集和利用太阳能的方法，也是太阳能热发电技术的关键。因此太阳能光伏发电技术有四个关键技术，即聚光器技术、吸收器技术、跟踪技术和热能存储技术。聚光器技术、吸收器技术主要是研究如何更高效地获取太阳光源，难点在于解决太阳光热能的低密度、分布不断变化等特点;热能存储技术攻克的难点在于如何将收集到的太阳光源存储起来，并减少热量的损失，以备在阴天、下雨、夜间等无太阳光源时提供能量。
尽管太阳能是一种天然的、清洁的、可再生的能源，但由于太阳能所具有的低密度、间歇性、空间分布不断变化等特点，造成其开发利用投入的成本较高，阻碍了人们对太阳热能的开发。但是太阳热能技术一旦前期投入完成(固定投入)，后期将带来可观的经济效益，再加上化石燃料对地区环境带来的负面影响及其本身的不可再生性，促使各国政府转向大力支持太阳热能的开发。太阳能热发电这基础的四方面技术解决的核心在于新型材料的研发。当前太阳能发电技术主要是太阳能光伏(PV)电池技术和聚光太阳能(CSP)技术。我国幅员辽阔，横跨多个纬度，再加上地形地貌的多样，太阳能开发前景广阔，根据2009年的世界太阳能发电关联产品的统计数据显示，我国大陆在结晶硅太阳能电池及结晶硅太阳能电池组件上的产业规模已位居世界第一，占世界总量的一半左右，是重要的太阳能光伏电池生产国。
二、太阳能热发电常见的模式及比较分析
在能源危机的驱动下，各国专家的持续研究下，人们对太阳能的开发已进入了一个新的时期，目前已开发出多种形式的太阳能热发电模式，其中有部分技术较为成熟，已投入商业运行中。太阳能热发电的关键技术之一就是集热器，太阳能热发电模式也可按集热器类型的不同，分为平板型光伏发电系统和聚光型光伏发电系统。
(一)平板型光伏发电系统
平板型光伏发电系统包括太阳能电池板、直流保护与汇集系统、交流保护与开关系统、逆变器、发电量计量、基础结构等几部分。此系统的工作原理是电池板阵列经汇线箱(盒)汇集后直接向直流负荷供电，再经逆变器将汇集后的直流电源转变成符合交流电压、频率的单相或三相交流电，最后汇入用户的电源系统。平板型光伏发电系统主要在大规模并网型电厂使用，在应用中需要考虑直流线路、交流线路、升压站等部分，在发电过程中，为了提高太阳光的利用率，通常采用单轴或双轴追踪系统，加长阳光直射的时间，提高发电量。因追踪系统的原理是根据太阳方位角的旋转产生阴影效应来驱动电池板，所以该系统占地面积较大。总体来看平板式光伏发电系统结构简单、技术含量低、安装施工方便，所需的硅晶体材料的降价，成本呈下降趋势。据估算平板式光伏发电系统每千瓦发电量的综合投资成本约为～4万元。但该系统存在发电效率低、不便运输、不便于维护等缺点。
(二)聚光型光伏发电系统
聚光型光伏发电技术，是最近几年发展起来的大规模光伏发电技术，多用于兆瓦以上规模的并网型太阳能光伏发电厂。聚光型光伏发电技术与平板型光伏发电技术相比，具有更经济、建设周期短、维护方便、占地面积小、对场地平整程度要求不高等优点。聚光型光伏发电系统又可分为槽式聚光热发电系统、塔式聚光热发电系统和碟式斯特林太阳能热发电系统三大类。
1.槽式聚光热发电系统。太阳能发电最早被使用的技术就是槽式聚光技术，其也成为聚光式太阳能技术中最为成熟的技术。槽式太阳能热发电是借助槽形抛物面聚光器将太阳光聚焦反射到接收聚热管上，通过管内热载体将水加热成蒸汽，推动汽轮机发电。因此，槽式热发电的关键技术是太阳热能聚光器、吸收器、跟踪技术及高温热能储存技术。槽式太阳能热发电厂主要包括集热和发电两大部分。其中集热部分不同于传统发电，主要包括：抛物面槽形反光镜、热接受器、单轴追踪控制系统、集热器基础结构几部分。槽式聚光热发电系统是目前使用最早，最成熟也最为经济的发电系统。
2.塔式聚光热发电系统。塔式聚光技术是通过接受器聚焦分布安装在聚光塔周围呈环形排布的定日镜阵反射的太阳光。在接受器内实现热能的转化，进而驱动涡轮机带动发电机发电。西班牙的PS20是目前建设的最大的塔式热发电厂，装机容量为20MW，占地约1 415亩。若场地条件允许，此系统可以搭配传统热电厂，形成循环蒸汽涡轮机发电系统，减少对化石燃料的依赖。
3.碟式斯特林聚光热发电系统。碟式斯特林聚光热发电系统主要由旋转抛物面反射镜、吸热器、跟踪装置和热功转换装置等组成，安装在一个双轴跟踪支撑装置上，实现定项跟踪，连续发电。碟式斯特林聚光热发电系统既保留了塔式系统聚焦比高、规模大的优点，又较好地解决了塔顶吸热器热损大的缺点，安装维护成本较低。但碟式斯特林聚光热发电系统也存在一些明显的缺点，如发电效率低、占地面积大、使用材料多等。
针对三种聚光式热发电系统在规模、运行温度、年容量因子、峰值效率、年净效率、商业化情况及技术开发风险等因素做出的综合比较，从各项指标可以看出，槽式系统目前在商业运行中比较成熟。
三、太阳能热发电技术的应用前景
能源危机加上太阳能资源的多种优势，大量的传统的靠化石燃料获取能源的公司转而进入太阳能发电的开发，尤其是一些资源贫乏的发达国家，如日本等。太阳能的存储是一项关键技术，目前涉猎太阳能电池的企业已形成规模。太阳能电池按材料组成可分为结晶系、薄膜系、多接合系、有机系等，市面常见的是结晶硅型，而薄膜系太阳能电池未来也将有较大的市场。我国作为能源需求大国，在结晶硅太阳能电池和结晶硅太阳能电池组件的生产上成绩显著，总量均占到世界总量的一半左右。在世界各国的努力下，新型复合材料的制成，获取太阳能技术将不断成熟，成本也会降低，大规模的太阳能热电厂会越来越多，当太阳能发电成本降低到一定程度时，将会成为未来电网的主力。
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基于P2N 结的太阳能电池伏安特性的分析与模拟摘 要 通过分析实际P2N 结与理想模型之间的差别,建立了P2N 结二极管及太阳能电池的数学模型;利用Matlab 中的系统仿真模块库建立仿真模型,设置参量,求解模型方程并绘制了图形1 对太阳能电池在一定光照下旁路电阻及串联电阻取不同数值时对其开路电压、短路电流及填充因子的影响做了模拟,并与实际测得的硅太阳能电池伏安特性进行了比较1 模型分析与实验测量的结果表明:等效的旁路电阻和串联电阻分别影响电池的开路电压和短路电流1 仿真结果与实验测量结果一致1关键词 P2N 结;伏安特性;等效电路模型;太阳能电池中图分类号 O475 文献标识码 A0 引言P2N结是许多微电子和光电子器件的核心部分1这些半导体器件的电学特性及光电特性由P2N 结的性质所决定,掌握P2N 结的性质是分析这些器件特性的基础1 半导体导电是通过两种载流子的漂移、扩散及产生与复合实现的[1 ]1 由于P2N 结的非线性特性,其电流电压关系无法通过一个简单的解析模型来确定1 虽然肖克莱方程给出了理想P2N结的电流电压关系,但与实际器件的性质差别很大1在实际器件中,由于表面效应、势垒区载流子的产生及复合、电阻效应等因素的影响,其电流电压特性只在很小的范围内接近理想值1 正向电压增大时, I2V曲线由指数关系转变为线性关系1 反向电压增大时,在一定范围内也是线性关系,反向电压过大还会发生P2N 结的击穿1本文通过一个简单的电路模型模拟了实际的P2N 结,讨论了各实际参量对伏安特性的影响1 并针对太阳能电池在一定光照下其实际参量如旁路电阻和串联电阻对其开路电压、短路电流及填充因子的影响,利用计算机对其伏安特性进行建模分析,以获得接近实际器件的特性11 P2N结的伏安特性分析及等效电路理想P2N 结模型满足小注入、突变耗尽层及玻耳兹曼边界条件,且不考虑耗尽层中载流子的产生和复合作用[2 ]1 其电流电压关系可由肖克莱方程给出,即J = J s expqVk T- 1 (1)式中,V 为P2N 结两端的电压, J 为通过P2N 结的电流密度, J s 为反向饱和电流1 当正向偏压较大时,括号中的指数项远大于1 ,因而第二项可以忽略,电流密度与电压呈指数增加关系1 反向偏压时,当q| V | m k T 时, 指数项趋于0 , 电流不随电压改变,趋于饱和值J s1实验测量发现,肖克莱方程与实际P2N 结的伏安特性偏离较大,主要表现在两个方面:1) 正向电压较小时,理论值比实验值小,正向电压较大时,J2V关系变为线性关系;2) 反向偏压时,反向电流比理论值大许多,反向电流不饱和,随反向偏压的增大略有增加1 这说明理想模型不能真实反映实际器件的特性,需要建立更为完善的P2N 结模型[3 ]1 在实际器件中,载流子的产生、传输和复合会对P2N 结中的空间电荷场产生影响[4 ] ,从而导致P2N 结电流电压特性偏离理想方程1正向偏压时,注入势垒区的载流子有一部分形成复合电流,其大小与exp ( qV/ 2 k T) 成正比, 总电流密度为扩散电流密度与复合电流密度之和1 对于硅,在较低正向偏压下, 复合电流占主要地位, 因而总电流大于理想条件下的电流,正向偏压较高时,复合电流可以忽略具体的去我们论坛看看吧！！