球形硅基光学微腔中光电转换效应的研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11404064
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2002.凝聚态物质力热光电性质
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Spherical silicon micro- and nano optical cavity is a new kind of silicon based photonic material. Due to the high refractive index of silicon, it is able to strongly trap light in 3D, and thus is expected to be an optical resonance cavity with high performance. Further considering the intrinsic semiconductor properties of silicon and the design of the surface heterogeneous structure, this project will study both experimentally and theoretically the photo-electric conversion effects of the spherical silicon micro- and nano- photonic cavity based materials. It is expected that the key factors and the mechanism of the enhancements of the photo-electric conversion based on 3D silicon photonic resonators can be revealed, and related potential applications in new generation micro- and nano- opto-electric functional materials and devices can be discussed. Specifically speaking, based on our previous works, we will optimize the fabrication method, and design a new 2D or 3D spherical silicon micro- and nano- optical cavity based photonic materials which have high absorption efficiency in visible and near-infrared region according to the real silicon optical parameters. We will also analysis the solar energy absorption and conversion efficiency of our designed silicon photonic materials by using the detailed balance thermodynamic theory. Last but not the least, with the design of surface heterogeneous structure, we will fabricate the materials and measure the photo-electric conversion properties. This project could consequently provide theoretical as well as experimental results for the development of the related research directions.
球形硅基光学微腔是一种新型的硅基微纳光子学材料。由于硅的高折射率性质,球形硅基光学微腔可以在三维强局域光场,具有优异的光学共振腔等光物理特性。结合材料本征的半导体性质以及表面异质结构设计,本项目拟同时在实验和理论上研究球形硅基光学微腔中的光电转换效应,揭示具有三维光学共振特性的硅基光子材料对硅光电转换效应的关键影响因素和增强机理,并分析其在新型微纳光电功能材料和器件等方面的应用前景。具体来说,在前期工作的基础上,我们将优化材料的制备工艺,结合实际的硅材料光学参数设计对可见和近红外光具有强吸收能力的基于球形硅基光学微腔的复杂二维和三维光学结构。同时,我们将利用热力学精细平衡理论,分析所设计的复杂光学结构对太阳能吸收和光电转换效率的影响。最后,我们将引入表面异质结构,测试所制备材料的光电转换性能。本项目所研究的新型光学硅基材料中的光电转换效应将为相关方向的发展提供一定的理论和实验依据。

结项摘要

微纳尺寸光学微腔是新型光子材料最基本的组成单元。由于其可以在纳米尺度三维局域光场,一直是在微尺度操控光的有利工具。同时结合材料本征的特性,例如半导体的吸收特性,可以作为高效的光能转化材料。本项目在实施过程中,主要研究了:第一从材料上开发了新型硅基球形颗粒光学微腔的制备技术;第二从理论上分析了在纳米尺度极限的光能吸收效率并研究了具体的增强吸收方案;第三从应用上展现了微纳尺寸光学微腔在光热、光化学、生物传感和结构色等领域的巨大潜力,开发了相关光纳米探针技术。具体的成果有开发了两套制备硅基光学微腔的生产工艺,包括生产多分散尺寸硅颗粒的化学气相沉积技术和生产单分散硅颗粒的高压液相成核技术;拓展耦合模理论得到了亚波长材料的极限吸收截面并研究了增益材料和近零折射率材料对吸收截面的增强效应;获得了可在生物体系内应用的纳米化学传感器探针。发表相关包括Advanced Materials,Optics Express,Physical Review B,Analytical Chemistry等SCI论文9篇。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Structural Coloration of Colloidal Fiber by Photonic Band Gap and Resonant Mie Scattering
光子带隙和共振米氏散射对胶体纤维的结构着色
  • DOI:
    10.1021/acsami.5b03289
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Yuan Wei;Zhou Ning;Shi Lei;Zhang Ke-Qin
  • 通讯作者:
    Zhang Ke-Qin
Symmetry breaking induced excitations of dark plasmonic modes in multilayer graphene ribbons
对称性破缺诱导多层石墨烯带中暗等离子体模式的激发
  • DOI:
    10.1364/oe.24.020021
  • 发表时间:
    2016-09-05
  • 期刊:
    OPTICS EXPRESS
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Dai, Y. Y.;Chen, A.;Zi, J.
  • 通讯作者:
    Zi, J.
Controllable synthesis of tetrapod gold nanocrystals with precisely tunable near-infrared plasmon resonance towards highly efficient surface enhanced Raman spectroscopy bioimaging
利用精确可调的近红外等离子共振可控合成四脚金纳米晶体,实现高效表面增强拉曼光谱生物成像
  • DOI:
    10.1039/c5tb00785b
  • 发表时间:
    2015-01-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY B
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Cai, Jing;Raghavan, Vijay;Olivo, Malini
  • 通讯作者:
    Olivo, Malini
Bio-inspired sensors based on photonic structures of Morpho butterfly wings: a review
基于 Morpho 蝴蝶翅膀光子结构的仿生传感器:综述
  • DOI:
    10.1039/c5tc04029a
  • 发表时间:
    2016-01-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY C
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Li, Qingsong;Zeng, Qi;Zhang, Ke-Qin
  • 通讯作者:
    Zhang, Ke-Qin
Using active gain to maximize light absorption
使用主动增益最大化光吸收
  • DOI:
    10.1103/physrevb.96.195419
  • 发表时间:
    2017-11-13
  • 期刊:
    PHYSICAL REVIEW B
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Wang, Jie;Han, Dezhuan;Zi, Jian
  • 通讯作者:
    Zi, Jian

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  • 期刊:
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    石磊;陈涛;李永华
  • 通讯作者:
    李永华
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    10.14188/j.1671-8836.2017.06.010
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    武汉大学学报(理学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    石磊;刘华;魏玉梅;马明;杨鹏
  • 通讯作者:
    杨鹏
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  • DOI:
    10.16410/j.issn1000-8365.2021.08.004
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈华;余爱武;叶青;齐海雁;施祥玲;杨成刚;石磊;皮刚
  • 通讯作者:
    皮刚
6082铝合金MIG焊接头力学性能与微观组织研究
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  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    焊接技术
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  • 作者:
    石磊;聂甫恒;许晨玲;焦兴贵;董红刚
  • 通讯作者:
    董红刚
江苏中部潮滩长期演变规律及其受米草生长影响
  • DOI:
    10.14042/j.cnki.32.1309.2021.04.013
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    龚政;石磊;靳闯;张茜;赵堃
  • 通讯作者:
    赵堃

其他文献

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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