导读:本文包含了铁磁性机理论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:铁磁性材料,磁表征,表面形态,体电流
铁磁性机理论文文献综述
刘世伟[1]（2019）在《基于磁表征的铁磁性材料表面形态检测机理及其应用》一文中研究指出作为机械加工与制造中最常用的材料之一,铁磁性材料以其优越的机械物理性质成为保证加工零部件及制造装备服役性能的重要环节。面向国家智能制造及检测关键技术重大需求,开展基于磁表征的表面形态检测不仅有助于推动高精铁磁性零件表面加工质量的进一步提升,对机械、物理以及信息学科等基础理论的发展也具有重要意义。首先从铁磁性材料表面形态磁滋生源头着手,揭示了铁磁性材料表面标准缺陷形态的静态漏磁场生成机制,证实了缺陷磁泄漏区附近磁空穴的存在以及磁场负值旁瓣分布特性;首次发现了铁磁性材料电磁行为中磁传感分量(?)B_(other)实际上由二次漏磁场(?)B_(mfl)以及“体电流”扰动量(?)构成;针对现有国际标准中缺陷检测样件的缺失,提出了凸起形表面形态标准样件的增补及修订意见。其次,在磁生成机制研究基础上开展了基于检测信号的磁表征机制研究,揭示了铁磁性材料凹-凸型表面形态磁表征规律;提出了一种基于非接触式直接感应的铁磁性材料表面轮廓识别新方法,解决了高精铁磁性零件表面轮廓形态在线检测与识别难题。进一步地,针对磁表征机制中传统方法信号传感精度低的问题,提出基于“点-线”式磁表征场局部增强技术的铁磁性材料表面微缺陷近距离磁传感与检测新方法;针对铁磁性材料表面形态长距离传感及检测难题,提出基于主动式探测磁源与磁相互作用的磁传感与检测方法,实现了表面形态的大距离传感及检测信号增强,揭示了R2磁源永磁体相对磁导率及矫顽力参数对传感特性的影响规律。在上述研究基础上得到铁磁性材料表面形态传感及检测信号,提出基于多重磁表征检测信号特征值的表面形态评价新方法,建立了典型软磁材料和硬磁材料表面几何轮廓参数及检测信息定量化评价模型,首次发现并揭示了基于磁空穴区和局部磁增强区的硬磁材料表面轮廓磁分布规律。最后,针对铁磁性材料介观尺度表面微轮廓形态,提出一种基于磁聚焦原理的检测传感器,揭示了传感器主要结构及物理参数对磁聚焦效应影响规律,验证了新型磁聚焦传感器相较于常规磁轭式漏磁检测传感器的高精及高检测信噪比特性;开发了基于磁表征的铁磁性材料表面形态检测仪器/仪表设备的软/硬件系统,并在实际工程中得到现场应用。(本文来源于《华中科技大学》期刊2019-05-01）
杨柳[2]（2017）在《有机半导体中激发铁磁性的机理研究》一文中研究指出过去四十年来,有机半导体作为重要的电磁光功能材料已取得了长足的发展。与无机半导体器件相比,有机半导体器件具有价格低、易制备、柔性等优点,因而具有十分广阔的应用前景。有机发光二极管、有机太阳能电池、有机自旋阀、有机热电器件等均已被研制出来。有机发光二极管技术可能是有机半导体领域发展最成熟的器件平台,一大批柔性、透明、超薄的显示器已经被推出市场。通过有机电致磷光器件、热激发延迟荧光和采用开壳层有机分子等方法,有机发光二极管的内量子效率在理论上可以达到100%。有机太阳能电池可以将光能转化为电能,而通过使用不同的材料及结构,有机太阳能电池的光电转换效率正不断提高。巨磁电阻效应的发现引发了"大容量、小型化"的硬盘革命,相比于无机材料,有机材料中自旋-轨道耦合相互作用更弱,电子自旋弛豫时间更长,更适合作为自旋输运材料,而有机自旋阀的一项重要挑战是提高室温下的磁电阻。有机热电器件能够实现热能和电能之间的直接转换,目前人们正通过多种方式,比如低维化、纳米化和有机-无机复合等方式来提高有机热电器件的热电品质因数。热效应是影响这些有机功能器件的一个非常重要的因素。如果器件在运行过程中形成的焦耳热得不到有效的散发,即使器件并没有在高偏压下长时间运行,过高的温度还是会引起器件性能的大幅降低。温度相关的光致发光是有机材料研究中的基本课题,这对于人们了解有机半导体材料的性质具有重要作用。2003年,Guha等研究了温度对多种共轭聚合物光致发光过程的影响,他们发现随着温度的升高,光致发光的跃迁能出现蓝移的现象。类似的,2006年,Kong等发现随着温度的升高,poly-[2-methoxy-5-(2-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylene-vinylene](MEH-PPV)的光致发光谱的强度减小,且峰值的位置蓝移。最近,与温度有关的自旋和电荷输运引起了人们的广泛关注,由于有机半导体具有合适的能隙、强的电声耦合相互作用和弱的自旋轨道耦合相互作用等,使它们为研究和发展自旋电子器件和热电器件提供了新的可能性。2010年,Jin等采用长度尺度方法在实验上测量了聚苯胺薄膜的电导率及热导率。实验结果表明,随着薄膜的厚度从20纳米增加到1000纳米,热导率和电导率的增幅分别为500%和200%。2012年,Zhang等在涂有多壁碳纳米管的多孔聚苯胺中测到了 0.01的热电品质因数。最近,Golsanamlou等研究了聚噻吩分子结的自旋热电性质,发现随着分子长度的增加,自旋热电品质因数也是增加的。虽然在技术上人们更多地关注电子学和有机电子学中的有机材料,但是室温下有机共轭聚合物和有机小分子晶体中的电荷传输机制目前尚未有统一的结论。比如,聚合物中的电荷是局域的极化子或双极化子是普遍认同的观点,但是大量实验发现,当温度在100-300K时,分子晶体中电荷的迁移率随着温度的增加是降低的,这说明材料中电荷的输运是带输运,或者说电荷并不是局域的。类似的,一些光谱实验也表明材料中不会形成局域的极化子。这些结果说明与无机半导体相比,有机半导体对于温度的反应更为敏感。综合以上分析,温度对有机半导体的光致发光、电导率、热导率、热电品质因数和自旋输运等诸多性质都有非常重要的影响,但是各种理论和实验报道并不能给出统一的结论,这可能就是物理的迷人之处。所以,温度对有机半导体的影响,特别是室温下有机半导体的性质值得更加深入的研究和探索。最近,室温下有机太阳能电池中的激发铁磁性现象丰富了人们对于有机半导体的认识。相比传统的无机太阳能电池,有机太阳能电池以其成本低、可降解、轻薄等优势引起了人们的广泛关注。为了提高有机太阳能电池的效率,人们采取了多种方法。1994年,Yu等首次制备了 MEH-PPV和C60混合的异质结型太阳能电池,给体和受体共混的结构大大提高了载流子的收集率,所以太阳能电池的光电转换效率也得以提高,达到了 5.5%。考虑产业化的要求,使用具有不同光谱吸收范围的活性材料制备串联光伏器件是进一步提高光电转化效率的有效策略之一。2007年,Kim等基于poly-3(hexylthiophene)(P3HT)和富勒烯衍生物,在有机层和A1电极之间添加遮蔽层Ti02制备了串联有机太阳能电池,提高了太阳光的利用率,使光电转换效率达到了 6.5%。2013年,You等利用窄带隙、高迁移率的聚合物合成了串联的有机太阳能电池,实现了 10.6%的光电转换效率,使有机太阳能电池的光电转换效率首次突破10%。最近,南开大学的陈永胜团队利用寡聚物材料的互补吸光策略构建了一种具有宽光谱吸收特性的迭层有机太阳能电池器件,实现了 12.7%的光电转换效率,是我国在有机太阳能电池研究方面取得的重大突破。2012年,Ren等研究了室温下有机电荷转移异质结中的磁性。他们在P3HT纳米线(nw-P3HT)和C60的复合物中发现了室温下的激发铁磁性,这两种材料都是有机太阳能电池的常用材料。而单组分的nw-P3HT和C60在基态时均不显示磁性,所以异质结中磁性的产生应该是由于nw-P3HT和C60之间的电荷转移。特别的,材料的饱和磁矩在光照下有了非常明显的增强。比如,在黑暗状态下磁矩约为12emu/cm3,采用615纳米的激光照射材料后,磁矩增加到了 30emu/cm3左右。后来,在2014年,他们在半导体的单壁碳纳米管和C60组成的异质结中也发现了激发铁磁性。这些实验告诉我们,在有机电荷转移复合物的激发态会有一些新的磁现象,而这些现象在基态时是不存在的。另外,实验还发现,在电场或者压力的操控下,材料的磁性会发生变化,所以,在有机电荷转移复合物中还具有多铁性。同年,在 nw-P3HT 和1-(3-methoxycarbonyl)propyl-1-phenyl[6,6]C61(PCBM)组成的异质结中也发现了类似的现象。这些实验结果说明,相比于单组分的有机材料,在组成异质结后的有机材料具有更加丰富的性质。在以前的研究中,我们知道有机磁体是一种具有磁性的有机材料。将共轭聚合物中的氢原子用自由基取代,可以得到有机磁体,这类分子中的每个侧基上都具有一个未配对的电子,可以提供局域自旋。侧基与主链之间具有一定的自旋关系,使得侧基上的电子自旋趋于一致,实现材料的磁性。但是具体分析发现有机磁体和有机电荷转移复合物具有不同的分子结构。有机磁体是开壳层分子,其最高占据分子能级上只有一个电子。由于侧基上未配对的电子使得有机磁体在基态下就可以具有磁性。然而,在有机电荷转移复合物中所使用的材料都具有闭壳层结构,其最高占据分子能级上有两个电子,它们在基态时一个自旋向上,一个自旋向下,系统没有净磁矩。所以在有机磁体和有机电荷转移复合物中,磁性的产生机制是不同的。到目前为止,有机电荷转移复合物中磁矩的耦合机制尚不清楚。综合以上分析,有机半导体在一定温度下的性质需要进一步研究,而最近发现的室温下有机半导体的激发铁磁性也缺乏理论解释。本论文采用一维紧束缚的Su-Schrieffer-Heeger(SSH)模型,对有机半导体的热效应及激发铁磁性展开了研究,具体工作如下:1、有机半导体中的热效应。在讨论热效应时,我们不仅考虑了温度对晶格原子位置的影响,还考虑了电子的费米-狄拉克分布。研究发现,对于中性的一维共轭聚合物分子,温度的增加会使带隙减小。当研究带电的聚合物分子时,我们分别定义了电子态的宽度和形成能,作为表征电子态局域度和稳定性的指标。我们发现,注入或掺杂的电子会由于热激发占据更高的能级,而随着温度的升高,极化子的局域度和稳定性都会降低。当温度增加到某一临界值时,热电子会摆脱晶格原子的束缚而变成扩展态。另外,我们还研究了室温下注入的电荷量和电声耦合相互作用对电子态的影响,发现随着注入电荷量的增加或者电声耦合相互作用的增强,电子态的局域度和稳定性是增强的。2、有机半导体中的激发铁磁性。我们建立模型,在理论上解释了有机半导体中的激发铁磁性现象。我们发现,因为有机半导体材料具有强的电声耦合相互作用,所以存在自发电荷转移的可能性,但是在刚性的无机材料中却不会发生这一现象。与开壳层结构的有机磁体不同,P3HT和C60都是闭壳层的结构,所以电荷转移复合物nw-P3HT/C60中的磁性来源于从聚合物到小分子的电荷转移。转移的电子是自旋极化的,它们通过聚合物上的空穴耦合在一起,于是,有机电荷转移复合物中就出现了铁磁序。系统的磁矩由小分子上自旋极化的电子提供,并且与转移的电荷密度有关,这与我们观察到的实验现象是一致的。3、热效应对有机半导体自旋性质的影响。温度不仅对电子态的电荷性质产生影响,还会对其自旋性质产生影响。另外,由于电荷转移复合物的实验是在室温下进行的,所以我们进一步研究了热效应对聚合物的自旋极化性质的影响,并且定性地分析了温度对电荷转移复合物中的激发铁磁性的影响。另外,我们还研究了室温下影响聚合物自旋磁矩的因素,发现电子-声子耦合常数、电子-电子相互作用强度及自旋轨道耦合强度都会对聚合物的自旋磁矩产生影响。(本文来源于《山东大学》期刊2017-04-15）
韦学玉,刘志刚,徐晓平[3]（2016）在《纳米零价铁磁性生物炭对水中2,4,6-叁氯酚吸附机理及动力学研究》一文中研究指出利用黄豆壳合成纳米零价铁磁性生物炭(n ZVI-MBC)材料,运用X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对其理化性质进行表征,探讨其对2,4,6-叁氯苯酚(2,4,6-TCP)吸附机制,并考察溶液p H和n ZVI-MBC投加量等因素对吸附效果的影响。表征结果显示:n ZVI-MBC成功负载了α-Fe,且颗粒近似球形,呈团聚状。实验结果表明:n ZVI-MBC在p H为5~8出现阶段性吸附,吸附效果较好。n ZVI-MBC对2,4,6-TCP的吸附与二级动力学模型拟合度较好,且符合Langmuir吸附等温线方程,吸附过程主要受快速反应控制,降低反应温度有利于生物炭对水中2,4,6-TCP的吸附。(本文来源于《河南城建学院学报》期刊2016年05期）
齐永恒[4]（2016）在《含铁磁性填料的聚合物复合材料摩擦磁化对摩擦转移的作用机理研究》一文中研究指出摩擦磨损过程中通常伴随着一系列物理、化学效应,而这些效应对材料转移及摩擦过程都有重要影响。本文选用铁磁性Ni粉颗粒为填料、PTFE为基体,主要研究Ni/PTFE复合材料与45钢摩擦磨损过程中通过摩擦作用诱导产生的磁化现象及其影响因素,提出了量化测量转移膜形态的方法,并将转移膜形态与复合材料的摩擦学性能进行关联。采用3D激光扫描显微镜分析了不同工况下45钢摩擦表面形成转移膜的叁维形貌,用SEM和能谱仪(EDS)分析了转移膜的微观形貌和转移膜的成分,并分析了转移膜的减摩耐磨机理。通过对摩擦磁化与摩擦转移和摩擦学性能关系的分析,以期获得形成高质量转移膜的合适条件,为实现对聚合物复合材料摩擦学性能的主动控制提供了一个新途径。在本论文的实验条件范围内,得到如下主要结论：1.复合材料平均摩擦磁化强度随着填料Ni粉粒径的增大而增强；复合材料平均摩擦磁化强度随着填料Ni粉含量的增加而逐渐变大；随着滑动速度的增加,摩擦诱导磁感应强度逐渐增强,并且在高速条件下摩擦磁化强度增加较快；复合材料平均摩擦磁化强度随着载荷的增加逐渐增加。2.不同工况条件下,复合材料的摩擦系数随时间的变化趋势大致相同,平均摩擦系数随着填料含量的增加而逐渐增加,复合材料的磨损体积逐渐减小；平均摩擦系数随着填料粒径的增加先减小后增加,复合材料的磨损体积略有增加；滑动速度对复合材料的平均摩擦系数影响不大,滑动速度超过0.4m/s时,复合材料的磨损量较大；复合材料的平均摩擦系数随着载荷的增加逐渐减小,复合材料的磨损体积则随着载荷的增加而增加。3.转移膜覆盖面积随着填料含量增加逐渐增加并且趋于稳定,而当填料含量过高时,转移膜覆盖面积会减少；转移膜平均厚度随着填料含量的增加逐渐减小,转移膜平均厚度随着填料粒径的增大逐渐变厚,但是增加的幅度不大；摩擦表面转移膜厚度随着滑动速度的增加而增加,随着载荷的增加先增加后减小,低速、轻载条件下更有利于形成摩擦学性能极好的转移膜；越厚的转移膜越容易脱落,耐磨性越差。4.转移膜的形成与表面磨削方向有关：当滑动方向平行于磨削方向时,在不同摩擦条件下都没有形成连续均匀的转移膜；当滑动方向垂直于磨削方向时,形成的转移膜连续性较好。5.聚合物复合材料受到对偶金属表面微凸体的切削作用,在摩擦表面的局部接触点形成转移膜的核心。摩擦磁化作用有利于核心的增多。随着摩擦时间的延长,转移膜逐渐连续,均匀地覆盖在摩擦表面,改变了摩擦副的接触形式。6.摩擦磨损过程中产生的摩擦磁化作用能够促进磁化的磨屑颗粒向对偶面转移并牢固吸附在摩擦表面,同时吸附在摩擦表面的金属磨屑颗粒对转移膜的钉扎作用,使其不易剥落,增强了转移膜粘结强度,可通过调控摩擦磨损过程中产生的磁感应强度来调控摩擦转移膜的质量,从而实现对复合材料摩擦磨损性能的主动控制。(本文来源于《合肥工业大学》期刊2016-03-01）
[5]（2015）在《上海微系统所揭示拓扑绝缘体的铁磁性形成机理》一文中研究指出近期,中国科学院上海微系统与信息技术研究所超导实验室原位电子结构方向组,通过使用基于同步辐射光源的软X射线磁性圆二色性能谱和光电子能谱,结合第一性原理计算,首次揭示了具有量子反常霍尔效应的铁磁性拓扑绝缘体中的铁磁性形成机理。该项研究成果为寻找具有更高温度的量子反常霍尔体系、(本文来源于《硅酸盐通报》期刊2015年S1期）
周德强,王俊,张秋菊,吴静静,张洪[6]（2015）在《铁磁性构件缺陷的脉冲涡流检测传感机理研究》一文中研究指出铁磁性构件的脉冲涡流检测法是一种融合了漏磁检测与涡流检测的新的复合磁传感检测法。建立了脉冲涡流复合传感有限元仿真模型,仿真分析了铁磁性构件电导率、磁导率和导入直流电流激励大小对脉冲涡流响应信号的影响规律。实验结果表明:随着导入直流电流激励增加,铁磁性构件表面缺陷漏磁场和电流密度引起扰动磁场的复合场对脉冲涡流响应信号的影响更显着,而铁磁构件亚表面埋藏缺陷随着缺陷深度的增大而增大,缺陷漏磁及电流扰动磁场的复合场对脉冲涡流响应信号的影响变小,涡流响应信号占主导地位,为脉冲涡流传感器设计奠定理论基础。(本文来源于《仪器仪表学报》期刊2015年05期）
杜永胜,张红霞,陈华,张雪峰,赵鸣[7]（2015）在《高性能铁磁性微晶玻璃析晶机理及磁性研究》一文中研究指出以白云鄂博东尾矿及粉煤灰等固体废弃物为主要原料制备得到了性能优异的微晶玻璃。利用X射线衍射仪(XRD)及高分辨率透射电镜(HRTEM)等测试手段揭示了微晶玻璃的形核及析晶过程。结果表明,热处理过程中磁铁矿晶核首先析出,主晶相辉石相可在磁铁矿晶核上生长。通过调整氧化铁含量可改变微晶玻璃的析晶、物化及磁学特性。随氧化铁含量的增加,微晶玻璃的析晶特性及物化性能均有所降低,但磁学特性有所提高。在高氧化铁含量的微晶玻璃中,磁铁矿相与辉石相可以同时存在,微晶玻璃的磁性主要来源于磁铁矿相。(本文来源于《人工晶体学报》期刊2015年02期）
喻星星[8]（2013）在《激励参数对铁磁性管构件脉冲涡流检测的影响及其机理研究》一文中研究指出国内外许多油水井，油气输送管道以及海底管道，大部分都使用铁磁性管道。随着使用时间增长，管道损坏逐年增加。目前，要对这些铁磁性管道，特别是油田上的油套管进行在线在役的检测，脉冲涡流检测技术是一种方便快捷的检测方法，其不但可以对单层管道进行检测，还能有效地对多层管道同时进行检测。本文以脉冲涡流理论为基础，对影响铁磁性管构件脉冲涡流检测的主要激励参数进行研究；以实验和ANSYS有限元仿真相结合的方式，深入分析探头的摆放、检测线圈匝数、激励电流大小以及激励频率对铁磁性管构件脉冲涡流检测影响及其影响机理。通过纵向、横向探头以及变换横向探头方位对不同试件组合进行探头的摆放方式实验，并进行了仿真分析。结果发现：各探头对与其轴线相平行的裂缝缺陷有较好的检测能力；横探头对内管腐蚀的检测能力要优于纵向探头，但对外管腐蚀的检测能力却不如纵向探头；横向探头要与裂缝类缺陷平行而不是垂直才具有更高的检测灵敏度。检测线圈匝数增加可以有效提高检测线圈上的感应电压，但电压大于背景噪声后不能明显提高检测灵敏度。研究了不同大小激励电流对于检测的影响。首先使用0.5A、1A、2A、4A不同激励电流对J55和20#钢多组试件组合进行实验，发现在接收数据较大从而不被噪声影响的条件下，较小激励电流的检测效果要优于较大激励电流。其后进行了仿真研究，发现其机理主要为激励电流越大，磁场强度H越大，材料磁导率μ值相应变大，从而材料趋肤深度变小，影响到深层缺陷的检测灵敏度。激励频率主要是影响脉冲涡流的可检测深度，在2Hz、4Hz、8Hz、16Hz激励频率下进行实验并仿真分析发现：降低激励频率能有效增加检测深度，其涡流场主要影响区随着接收时间延长不断向外推移。从本质上讲，低频趋肤深度大，高频趋肤深度小。理论分析、实验结果以及仿真分析结果一致。本论文对影响铁磁性管构件脉冲涡流检测的主要激励参数进行了较为细致的研究，为今后开发我国自主知识产权的高水平铁磁性构件脉冲涡流检测仪提供了若干参考。(本文来源于《南昌航空大学》期刊2013-06-15）
郭国明,丁红胜,谭恒,石志萍[9]（2012）在《铁磁性材料的力磁效应机理探讨与实验研究》一文中研究指出基于sablik-jiles-atherton模型和材料的自发磁化规律,在理论上探讨了更为简洁的力磁关系模型,分析了铁磁性材料在外应力和地磁场作用下的漏磁测量机理,获得了试件表面漏磁场信号切向最大、法向过零的特点.结合试件的弹塑性分析,得到在出现应力集中的缺陷位置漏磁信号变化剧烈,即梯度突然变大.利用Q235A钢材为实例,测量了试件在不同应力状态下的漏磁信号,得出在弹性范围内漏磁信号随拉力增大而增大,实验结果与理论有较好的符合,该工作为深入探讨铁磁性材料的力磁关系奠定了一定的理论基础,为检测铁磁试件的潜在缺陷提供了实验依据.(本文来源于《测试技术学报》期刊2012年05期）
杨继勇,韩银龙,何林,窦瑞芬,熊昌民[10]（2012）在《Nb:TiO_2室温铁磁性的机理及其自旋极化输运的研究》一文中研究指出铁磁性半导体被认为是下一代利用电子的自旋自由度所制备的自旋电子学器件的主要材料。继续寻找一种居里温度(Tc)高于室温、具有可控铁磁性的半导体,仍然是目前自旋电子学领域的科学家们工作的一大重点。Nb:TiO2是一种载流子浓度可调范围大(1018～1021/cm3),具有本征铁磁性的n型半导体。本报告利用激光脉冲沉积(PLD),(本文来源于《中国真空学会2012学术年会论文摘要集》期刊2012-09-21）
铁磁性机理论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
过去四十年来,有机半导体作为重要的电磁光功能材料已取得了长足的发展。与无机半导体器件相比,有机半导体器件具有价格低、易制备、柔性等优点,因而具有十分广阔的应用前景。有机发光二极管、有机太阳能电池、有机自旋阀、有机热电器件等均已被研制出来。有机发光二极管技术可能是有机半导体领域发展最成熟的器件平台,一大批柔性、透明、超薄的显示器已经被推出市场。通过有机电致磷光器件、热激发延迟荧光和采用开壳层有机分子等方法,有机发光二极管的内量子效率在理论上可以达到100%。有机太阳能电池可以将光能转化为电能,而通过使用不同的材料及结构,有机太阳能电池的光电转换效率正不断提高。巨磁电阻效应的发现引发了"大容量、小型化"的硬盘革命,相比于无机材料,有机材料中自旋-轨道耦合相互作用更弱,电子自旋弛豫时间更长,更适合作为自旋输运材料,而有机自旋阀的一项重要挑战是提高室温下的磁电阻。有机热电器件能够实现热能和电能之间的直接转换,目前人们正通过多种方式,比如低维化、纳米化和有机-无机复合等方式来提高有机热电器件的热电品质因数。热效应是影响这些有机功能器件的一个非常重要的因素。如果器件在运行过程中形成的焦耳热得不到有效的散发,即使器件并没有在高偏压下长时间运行,过高的温度还是会引起器件性能的大幅降低。温度相关的光致发光是有机材料研究中的基本课题,这对于人们了解有机半导体材料的性质具有重要作用。2003年,Guha等研究了温度对多种共轭聚合物光致发光过程的影响,他们发现随着温度的升高,光致发光的跃迁能出现蓝移的现象。类似的,2006年,Kong等发现随着温度的升高,poly-[2-methoxy-5-(2-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylene-vinylene](MEH-PPV)的光致发光谱的强度减小,且峰值的位置蓝移。最近,与温度有关的自旋和电荷输运引起了人们的广泛关注,由于有机半导体具有合适的能隙、强的电声耦合相互作用和弱的自旋轨道耦合相互作用等,使它们为研究和发展自旋电子器件和热电器件提供了新的可能性。2010年,Jin等采用长度尺度方法在实验上测量了聚苯胺薄膜的电导率及热导率。实验结果表明,随着薄膜的厚度从20纳米增加到1000纳米,热导率和电导率的增幅分别为500%和200%。2012年,Zhang等在涂有多壁碳纳米管的多孔聚苯胺中测到了 0.01的热电品质因数。最近,Golsanamlou等研究了聚噻吩分子结的自旋热电性质,发现随着分子长度的增加,自旋热电品质因数也是增加的。虽然在技术上人们更多地关注电子学和有机电子学中的有机材料,但是室温下有机共轭聚合物和有机小分子晶体中的电荷传输机制目前尚未有统一的结论。比如,聚合物中的电荷是局域的极化子或双极化子是普遍认同的观点,但是大量实验发现,当温度在100-300K时,分子晶体中电荷的迁移率随着温度的增加是降低的,这说明材料中电荷的输运是带输运,或者说电荷并不是局域的。类似的,一些光谱实验也表明材料中不会形成局域的极化子。这些结果说明与无机半导体相比,有机半导体对于温度的反应更为敏感。综合以上分析,温度对有机半导体的光致发光、电导率、热导率、热电品质因数和自旋输运等诸多性质都有非常重要的影响,但是各种理论和实验报道并不能给出统一的结论,这可能就是物理的迷人之处。所以,温度对有机半导体的影响,特别是室温下有机半导体的性质值得更加深入的研究和探索。最近,室温下有机太阳能电池中的激发铁磁性现象丰富了人们对于有机半导体的认识。相比传统的无机太阳能电池,有机太阳能电池以其成本低、可降解、轻薄等优势引起了人们的广泛关注。为了提高有机太阳能电池的效率,人们采取了多种方法。1994年,Yu等首次制备了 MEH-PPV和C60混合的异质结型太阳能电池,给体和受体共混的结构大大提高了载流子的收集率,所以太阳能电池的光电转换效率也得以提高,达到了 5.5%。考虑产业化的要求,使用具有不同光谱吸收范围的活性材料制备串联光伏器件是进一步提高光电转化效率的有效策略之一。2007年,Kim等基于poly-3(hexylthiophene)(P3HT)和富勒烯衍生物,在有机层和A1电极之间添加遮蔽层Ti02制备了串联有机太阳能电池,提高了太阳光的利用率,使光电转换效率达到了 6.5%。2013年,You等利用窄带隙、高迁移率的聚合物合成了串联的有机太阳能电池,实现了 10.6%的光电转换效率,使有机太阳能电池的光电转换效率首次突破10%。最近,南开大学的陈永胜团队利用寡聚物材料的互补吸光策略构建了一种具有宽光谱吸收特性的迭层有机太阳能电池器件,实现了 12.7%的光电转换效率,是我国在有机太阳能电池研究方面取得的重大突破。2012年,Ren等研究了室温下有机电荷转移异质结中的磁性。他们在P3HT纳米线(nw-P3HT)和C60的复合物中发现了室温下的激发铁磁性,这两种材料都是有机太阳能电池的常用材料。而单组分的nw-P3HT和C60在基态时均不显示磁性,所以异质结中磁性的产生应该是由于nw-P3HT和C60之间的电荷转移。特别的,材料的饱和磁矩在光照下有了非常明显的增强。比如,在黑暗状态下磁矩约为12emu/cm3,采用615纳米的激光照射材料后,磁矩增加到了 30emu/cm3左右。后来,在2014年,他们在半导体的单壁碳纳米管和C60组成的异质结中也发现了激发铁磁性。这些实验告诉我们,在有机电荷转移复合物的激发态会有一些新的磁现象,而这些现象在基态时是不存在的。另外,实验还发现,在电场或者压力的操控下,材料的磁性会发生变化,所以,在有机电荷转移复合物中还具有多铁性。同年,在 nw-P3HT 和1-(3-methoxycarbonyl)propyl-1-phenyl[6,6]C61(PCBM)组成的异质结中也发现了类似的现象。这些实验结果说明,相比于单组分的有机材料,在组成异质结后的有机材料具有更加丰富的性质。在以前的研究中,我们知道有机磁体是一种具有磁性的有机材料。将共轭聚合物中的氢原子用自由基取代,可以得到有机磁体,这类分子中的每个侧基上都具有一个未配对的电子,可以提供局域自旋。侧基与主链之间具有一定的自旋关系,使得侧基上的电子自旋趋于一致,实现材料的磁性。但是具体分析发现有机磁体和有机电荷转移复合物具有不同的分子结构。有机磁体是开壳层分子,其最高占据分子能级上只有一个电子。由于侧基上未配对的电子使得有机磁体在基态下就可以具有磁性。然而,在有机电荷转移复合物中所使用的材料都具有闭壳层结构,其最高占据分子能级上有两个电子,它们在基态时一个自旋向上,一个自旋向下,系统没有净磁矩。所以在有机磁体和有机电荷转移复合物中,磁性的产生机制是不同的。到目前为止,有机电荷转移复合物中磁矩的耦合机制尚不清楚。综合以上分析,有机半导体在一定温度下的性质需要进一步研究,而最近发现的室温下有机半导体的激发铁磁性也缺乏理论解释。本论文采用一维紧束缚的Su-Schrieffer-Heeger(SSH)模型,对有机半导体的热效应及激发铁磁性展开了研究,具体工作如下:1、有机半导体中的热效应。在讨论热效应时,我们不仅考虑了温度对晶格原子位置的影响,还考虑了电子的费米-狄拉克分布。研究发现,对于中性的一维共轭聚合物分子,温度的增加会使带隙减小。当研究带电的聚合物分子时,我们分别定义了电子态的宽度和形成能,作为表征电子态局域度和稳定性的指标。我们发现,注入或掺杂的电子会由于热激发占据更高的能级,而随着温度的升高,极化子的局域度和稳定性都会降低。当温度增加到某一临界值时,热电子会摆脱晶格原子的束缚而变成扩展态。另外,我们还研究了室温下注入的电荷量和电声耦合相互作用对电子态的影响,发现随着注入电荷量的增加或者电声耦合相互作用的增强,电子态的局域度和稳定性是增强的。2、有机半导体中的激发铁磁性。我们建立模型,在理论上解释了有机半导体中的激发铁磁性现象。我们发现,因为有机半导体材料具有强的电声耦合相互作用,所以存在自发电荷转移的可能性,但是在刚性的无机材料中却不会发生这一现象。与开壳层结构的有机磁体不同,P3HT和C60都是闭壳层的结构,所以电荷转移复合物nw-P3HT/C60中的磁性来源于从聚合物到小分子的电荷转移。转移的电子是自旋极化的,它们通过聚合物上的空穴耦合在一起,于是,有机电荷转移复合物中就出现了铁磁序。系统的磁矩由小分子上自旋极化的电子提供,并且与转移的电荷密度有关,这与我们观察到的实验现象是一致的。3、热效应对有机半导体自旋性质的影响。温度不仅对电子态的电荷性质产生影响,还会对其自旋性质产生影响。另外,由于电荷转移复合物的实验是在室温下进行的,所以我们进一步研究了热效应对聚合物的自旋极化性质的影响,并且定性地分析了温度对电荷转移复合物中的激发铁磁性的影响。另外,我们还研究了室温下影响聚合物自旋磁矩的因素,发现电子-声子耦合常数、电子-电子相互作用强度及自旋轨道耦合强度都会对聚合物的自旋磁矩产生影响。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
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