时间：2023-05-31 09:33:18
关键词：半导体；光电信息功能材料；研究与创新
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.03.218
0 前言
从远古到现代，从石器时代到如今的信息时代，历史的发展表明信息科学技术发展的先导和基础是半导体信息功能材料的进步，伴随着时展的特征，我们可以很容易的分析出，光电信息功能材料在方方面面深刻的影响着人类的生产和生活方式。现如今，随着光电信息功能材料的不断普及以及各行各业的的综合应用，其技术得到了光速的更新，例如其信息的存储已不再受低级别的限制，其存储量已被提高到KT级别，当然为了使之更好地适应社会，发挥出更大的作用，生产商与使用者对光电信息功能材料的研究与创新从未停止。光电信息功能材料的发展，同样也与国家生产力的发展有着密切的联系，它是国家经济发展的根本保障之一。对于目前正处在快速发展中的我国来说，大力发展半导体光电信息功能材料十分必要。
1 半导体光电信息材料简述
科学技术之所以得到不断发展的原因之一，便是有着信息研究材料的支持，人类对不同材料的研究与创新，是科学技术飞速发展，科学规律不断修正完善的基础。20世纪60～70年代，光导纤维材料和以砷化镓为基础的半导体激光器的发明，是人们进入了光纤通信，高速、宽带信息网络的时代。半导体光电材料――半导体是一种介于绝缘体导体之间的材料，半导体光电材料可以将光能转化为电能，同样也可以将电能转化为光能，并且可以处理加工和扩大光电信号。在当今社会，其应用正在逐步得到普及。半导体信息光电材料，对于我们来说并不陌生，其存在于我们的日常生活中，并且无时无刻的不在影响着我们，所以我们应正确的认识半导体信息光电材料，并且可以为半导体光电信息材料的发展贡献出自己的力量。
2 半导体光电信息材料研究的必要性
2.1 电子材料研究的意义
量子论为人们研究电子在原子中的运动规律提供了重要依据，其主要作用是揭示了原子最外层电子的运动规律方面，正是由于此方面研究取得了初步的进展，从而极大地促进了有色合金，不锈钢等金属材料的发现于研究。此外，半导体材料的开发，是得电子信息技术得大了极大地发展，并且逐步兴盛起来，于是出现了我们现在正在普遍应用的采用电子学器件小型化及电子回路集成化等科学技术制造而成的电器，极大地方便了我们的生活。
2.2 光学材料研究的意义
70年代光纤技术的发展，又引起了一轮新的技术浪潮，光学材料的研究正是在此时得到了大力发展，光学材料的研究极大地促进了光纤技术的进步，进而光纤技术的迅速发展，又带动了信息技术的革新，这使得研究材料的范围逐步的被扩大。于是，多媒体电能与光纤通信技术二者逐渐的结合起来，综合应用，从而极大地提高了网络技术的发展速度，大容量的存储，大范围的交流与传输通道，在很大程度上减少了时间与空间对多媒体信息交流的限制。
2.3 技术兴国的意义
在当前信息高能时代，发展对半导体光电信息的研究，在大的方面，能在很大的程度上，帮助我国提高科技水平，进而提高国际地位，争取在国际科技方面的话语权，在小的具体方面，它能帮助政府改善人民生活水平，提高人民生活质量，因此不管于大于小，发展对半导体光电信息功能材料的研究十分必要。
3 半导体光电信息材料研究研究进展
虽然当代国际信息技术水平在不断的发展，各国的科技水平都在提高，但是相对于国际水平或者其他发达国家来说，我国在半导体光电信息材料的研究方面还是相对落后的。我国在其功能材料的研究方面的问题主要有以下几个方面
3.1 科技水平低技术发展受到阻碍
我国科技水平相对于国际科技水平来说相对落后。我国科技发展方面存在的主要问题是发展滞缓，与国际脱节，更新换代慢。然而，科技水平的高低对于半导体光电信息材料的研究起着决定性的作用，所以要想更好地促进半导体光电信息材料的发展，我国首先需要做的便是努力提高科技发展水平，紧跟国际科技发展的步伐。提高自身的科技水平，为半导体光电信息功能材料的研究提供强大的科技后盾。
3.2 技术型人才需予以增加
受我国应试教育的影响，我国高校培养出的人才过于依赖理论，缺少创新意识。然而，半导体光电信息功能材料的研究需要的不仅仅是拥有渊博理论知识的人，其更需要的是拥有灵活大脑，创新意识的人才。因此，我国应改进相关的教育政策制度，鼓励高校培养出更多拥有创新精神、灵活头脑的人。同时，我国在进行技术型人才培养方面要注重其专业性的提高，注重专业素质的培养。从而让更多的具有专业型的人才满足社会需要，满足半导体光电信息材料研究的需要。
3.3 政策缺失
现阶段，处于发展中状态的我国在半导体光电信息材料研究中，各方面政策制度还不够完善，比如在半导体光电信息材料的研究方面，国家并没有明确地提出相应的鼓励措施促进此方面技术的发展。因此，现在国家需要作出努力的便是组织相关部门，制定相关奖励政策，来促进半导体光电信息材料的研究。政策的制定需要立足于我国的现实和实际，相关部门要对半导体光电信息材料进行仔细研究，通过政策的制定很好的指导其发展和拓新。
4 结语
从上文中可以我们可以看出，在当代信息技术高速发展的时期，半导体光电信息功能资料的研究，对一国的生产力发展，经济进步，起着重要的决定性作用，半导体光电信息功能材料普遍存在于一国人民的日常生活当中，每一个人都应当成为半导体光电信息材料研究的推动者，只有全民努力，其材料研究才能得到长足发展。
参考文献：
摘 要：高效率太阳电池的获得是推动光伏产业得到进一步拓展的关键之一，如何充分利用太阳光，提高太阳电池的光谱吸收是提高电池效率的有效手段之一。透明导电窗口层材料作为薄膜太阳电池中的一层重要功能材料，其对太阳电池有源层的光吸收具有非常重要的作用。本研究前期围绕着如何拓宽太阳光的宽谱透过、高的绒度散射、以及长波长光的利用等方面进行了详细的研究，部分研究成果如下：1） 采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法对W掺杂ZnO材料进行了理论分析，并采用磁控溅射技术进行了WZO薄膜的实验研究，理论与实验结果表明，W能够在ZnO中起到施主作用，获得n型半导体特性，同时能带简并效应使其光学带隙展宽；2）研究了低成本超生喷雾技术制备ZnO工艺中In掺杂量对IZO薄膜特性影响的研究：In的掺入能有效提高ZnO薄膜的载流子迁移率，从而降低薄膜的电阻率，同时In的掺入具有抑制（002）晶面生长，促进（101）晶面生长的作用，使其具有良好的陷光效果；3） 通过优化ZnO缓冲层（buffer layer），有效地改善了LPCVD-ZnO：B的光电特性。结果表明：“富氧”的缓冲层有效地增加了ZnO：B-TCO的近红外区域透过率，使其更适应宽光谱薄膜太阳电池的发展要求；4）提出了一类基于磁控溅射及LPCVD技术的具有复合陷光结构的ZnO前电极材料，并在叠层薄膜太阳电池中进行初步应用；5）基于复合陷光结构的优势，采用磁控溅射技术，通过对沉积条件的有效控制以及后湿法腐蚀工艺的优化，获得了大坑、小坑兼有的高绒度的ZnO透明导电薄膜，将其应用于非晶硅/非晶硅锗/微晶硅三结电池中，初始效率达到了14.06%；6） 采用化学水浴法制备了PbS量子点材料，并对反应条件对样品的影响进行了系统的研究，确定了将PbS等IV-VI族化合物半导体量子点用于上转换器的具体技术途径。
关键词：太阳电池 光管理 氧化锌 绒面结构 上转换
Abstract：The most effective way to promote the PV industry is to improve the efficiency of solar cells. Increasing optical utilization and spectral absorption can improve the efficiency of wide-spectrum thin film solar cells. In the former period， the main research contents of this project are focus on how to widen the optical transmittances， obtain high haze values and increase the optical utilization in the long wavelength region. Some typical research results are listed as follows： 1） Properties of high valence difference WZO have been investigated by means of plane wave pseudo-potential method based on the DFT and pulsed DC magnetron sputtering technique. The theoretical and practical results show that the Fermi level enters into the conduction band when doping W atoms into ZnO， indicating a typical n-type semiconductor characteristic and the optical band gap Eg increases significantly. 2） Influences of indium doping on the electrical， structural and optical properties of ZnO films prepared by ultrasonic spray pyrolysis have been investigated. Experimental results show that indium dopant can enhance the carrier mobility and （001） preferential orientation of ZnO thin films， which make the ZnO：In thin films more conductive and strong light-scattering. 3） The structural， electrical and optical properties of LPCVD-ZnO：B thin films have been ameliorated through using the ZnO buffer layer. The experimental results show that the "rich oxygen" buffer layer effectively increased the near infrared optical transmittance. 4） A double-period structure to improve light absorption and trapping has been proposed by combining MS ZnO and LPCVD-grown ZnO：B films. This kind of mutiscale-tpye ZnO films as front electrodes are preliminarily used in tandem solar cells. 5） A high-performance ZnO electrode with high conductivity， transmittance and haze radio has been prepared by magnetron sputtering and post wet-etching. Effective textured surface with large crater and small crater compound is detected which enhance the long and short wavelength light trapping efficiency synchronously. Using this ZnO as front contact， an a-Si：H/a-SiGe：H/μc-Si：H triple tandem solar cell was obtained with an efficiency of 14.06%. 6） Cubic PbS QDs have been synthesized by chemical bath deposition. The effects of the reaction conditions on the properties of PbS QDs are investigated in detail. Specific technical approaches have been achieved to enhance the performances of upconverter with PbS QDs.
Key word：solar cells；light management； ZnO； textured surface； up-conversion
阅读全文链接（需实名注册）：http：///xiangxiBG.aspx？id=50377&flag=1
当朝阳从地平线上升腾时，云梦红花绿锦，妖娆着蓝天碧水。当夕阳从地平线上消失后，云梦霓虹竟放，光明着不夜城市。正是云梦县供电公司的辛勤劳作，才有这四溅的钢花和城市的沸腾。
云梦供电人是怎样播撒光明的呢？
强化电力员工可靠性素质教育，体认肩上的道义和责任，全心全意为人民服务。他们把强化素质教育作为电力能源的最大基础工作，把服务县委、县政府工作大局、服务电力客户、服务社会发展作为公司的宗旨、使命和一切工作的出发点、落脚点与衡量工作的基本标准，予以力抓。2003年来，公司举办业务培训班21期，培训职工1200人次，其中受训课时达40学时的有130余人，占在岗员工的85%。全员可靠性素质的提升，推进了企业的进步，近年公司凭自身能力相继实现了电力调度系统和变电站综合系统的自动化，改造SF6开关控制保护电源、解决变电站分合闸线圈易烧毁问题的QC成果分别获得孝感市供电公司的一、二等奖。今年，公司组织职工学习科学发展观，讨论了以人为本的服务方式，向社会推出了“不准违反规定停电、无故拖延送电”等服务“十个不准”、“坚持依法公开、公平、公正调度，保障电力系统安全稳定运行”等“三公”调度“十项措施”和“对城市地区供电可靠率不低于99.90％，居民客户端电压合格率不低于96％；农村地区供电可靠率和居民客户电压合格率承诺指标”等供电服务“十项承诺”，大力加强了行风建设。
加强电力可靠性管理工作，避高错峰保重点，确保市民工作生活两不误。伴随着经济的快速发展，云梦所面临的能源短缺问题日益突出。云梦县供电公司从可靠性管理入手，科学管理电力资源，保证工农业生产及市民生活用电两不误，他们组织“云梦光明行”青年志愿者深入社区做工作，向市民散发《科学用电，节约能源》的公开信和宣传小册子近万份，宣传新的生活方式，提倡市民扩大对煤炭、天然气和太阳能的使用，在晚上更多地走出户外，参与公众活动。在公众形成节约用电的共识后，云梦县供电公司对电能进行科学的配置，避高错峰保重点，首先对重点企业、学校、医院确保用电。此外，他们还借助广播电视新闻媒体打出节约用电公益广告。为了减少停电次数和时间，方便市民生活，他们把停电和检修时间尽量安排在凌晨进行，确保市民工作生活两不误。同时，公司还积极向上争取用电计划，以确保高温下工农业生产及抗旱正常用电。去年，云梦境内普降暴雨，局部大暴雨。为确保主汛期安全正常供电，云梦县供电公司组织技术人员对全县的输电线路和变电站进行拉网式巡查和限时性维护检修，对供电安全隐患查出一处，登记一处，整改一处。共更换不合格横担、悬瓷瓶、跌落保险等300多处，清除电路障碍50多处，处理缺陷150多处。为了及时排除主汛期供电故障，他们还成立了抢修突击队，设置了供电“110”电话，配备了专用车辆，实行24小时昼夜值班制，对汛期用电故障、随时报告，随时抢修，随时通电。由于对电力资源的可靠性管理，在热忱服务社会的同时，节能工作和电力销售得到社会的广泛支持，公司综合线损率控制在6.5%，电费回收率达100%。版权所有
完善电力可靠性设施建设，扩张能源供应规模，提升能源供应质量。云梦县供电公司以满足国民经济的发展和日益增长的社会用电需求为目标，对腾飞云梦的工农业生产和提升居民的生活质量奉献出一片光明。本着这样的追求，公司投资1.72亿元，建成110千伏变电站2座，主变容量123兆伏；35千伏变电站6座，主变容量42.6兆伏安；35千伏及以上线路130公里，10千伏线路940公里，配电容量180兆伏安。基础设施的规模建设，一定程度上满足了社会能源供求的的需要，电力售量直线上升，在2003年比上年售电量增长16%的大步跨越下，2004年售电量高达3.4亿千瓦时，比2003年增长8.74%。今年头5个月，售电量达1.53亿千瓦时，比上年同期增长8%。湖北大展钢铁有限公司是云梦县引进的第一家外资企业。随着生产能力的提升和产品热销的走向，大展钢铁公司急需电能扩充，但全国电力出现局部趋紧的态势。经过精心分析和科学论证后，云梦县供电公司决定通过提高设备和电网的可靠性来满足社会对电力的需求。于是，他们为大展钢铁公司独立修建了110千伏变电站，由梦泽220千伏变电站专线送电。由于可靠性设备和可靠性配电的科学配置，对大展钢铁公司送电容量是原送电容量的3倍，为大展钢铁公司的技改扩能和钢铁生产提供了充足的电力资源，同时也缓解了云梦城区用电压力，大大改善了全县电压质量。栽得梧桐树，引来金凤凰。由于能源的科学供给成为云梦招商引进的环境亮点，吸引美国、秘鲁、日本、香港等地的知名企业纷纷落户云梦。制膜工业园、食品工业园、电气工业园、服装工业园悄然崛起，云梦形成了以塑料包装、食品、盐化、轻纺、机电、建材为主导的工业体系。能源尤其是电能的充足供应，是一把撒落在潋滟云梦的五色阳光。
洪灾发生后，××电信有限公司平罗传输局立即启动了防汛保障紧急预案，按照预案人员分工紧急装运抢险材料，赶赴险情现场，同时在河滨机房安排专人值守，应对线路可能出现的障碍。辛同局长和区线路部申工冒雨来到一干线路，哪里险情严重就立即赶赴现场指挥，在红果子工业园段光缆遭受四五次洪水冲击的情况下，果断组织人员抢砌防洪墙，在省界段光缆排流线被冲出的紧急时刻，乘山洪间歇组织人员沉降光缆，及时缓解了洪水对光缆造成的安全威胁，在汝箕沟本地网线路被多处冲毁的情况下，迅速协调防汛各部门，使抢修人员提前进入抢修现场，为抢通线路赢得了时间。线路抢险人员发挥98抗洪精神，吃苦耐劳、勇于奉献，在大雨仍未停止时，郝中民、杨平、哈建忠等同志冒雨涉水对各处泄洪沟进行路由探测，掌握了洪水冲刷情况，及时反馈给局领导决策指挥，确保了光缆线路安全。
郝仲民抢险过程中水中救人显真情
14日下午，连续的降雨造成河滨－省界段110国道多处洪水漫路无法通行，河滨巡房驻段员郝仲民冒雨来到二道沟泄洪渠边上，看着公路上波涛汹涌的洪水心急如焚，前面一级直埋光缆到省界段还通过4个泄洪沟，为了能及时了解洪水冲刷情况，他脱去上衣涉水过沟准备徒步探查险情。就在郝中民刚刚通过泄洪沟时，移动通信公司老于驾驶摩托车强行通过泄洪渠，被洪水连人带车冲到路基下面，郝中民见状不顾个人安危，跳进路基下洪水中把人拉了上来，又招呼公路段的同志帮忙把摩托车也从洪水中抢了出来。然后他又一次徒步涉水来到前面三道坎、落石滩、铁路涵洞的泄洪沟查看，及时把铁路涵洞52#－53#标石间洪水冲刷山包、排流线外露的情况通报给局领导，使局里迅速安排抢修人员进行沉降处理，及时消除了线路隐患。
穆强面对洪水保线路
大武口巡房驻段员穆强同志，在14日第一次洪水刚过，冒雨进行了线路巡查，当他发现572#－573#标石间洪水已把2米多高的防洪坝冲开了10余米长的的豁口，随时都威胁着坝后光缆的安全时，马上找到附近红果子工业园区工厂的装载机装运砂土进行填埋以保护光缆安全。但14日夜间的大雨仍在下着，到15日早晨7点，洪水不仅把填埋的砂土冲走了，还把防洪坝又冲掉了4米多长。局领导得知险情后，立即组织抢险人员携带编织带赶到现场，大家冒雨抢装沙袋，在泥水中硬是给光缆前垒起了一道新的防洪墙。可是在15日下午时分，又一场暴雨引发了巨大的山洪，山洪翻过了2.6米高的沙袋墙，垒起的防洪墙又一点点被冲走了，大家看着刚刚加固起的沙袋挡墙和辛苦一天的劳动成果消失在洪水中，看到洪水一次次危及线路安全，都焦急万分。这时惠农区委副书记、区防汛办负责同志也赶到了，穆强同志及时反映了张呼银兰一级干线光缆的重要性，请求政府协助做好光缆防护，防洪办领导立即表示全力协助抢险，在同我局领导商量后决定用石头码砌的方案比较保险，并要连夜抢修处理。穆强和哈建忠同志不顾连日的疲劳，一直坚守在现场和工业园区的同志搬运石料工作着，直到16日凌晨7点多，一道用石料和铁丝网码砌的防洪石墙终于重新树立在光缆前方，看着光缆安全了，大家悬着的心终于落下了。此时，局领导安排穆强等同志休息，但穆强同志仍主动上线路仔细巡查，掌握每一处线路洪水冲刷情况，体现了良好的敬业精神和吃苦精神。
线路抢修小组徒步抢修为客户
15日上午8：40分，大武口——汝箕沟本地网杆路光缆被巨大山洪冲断，话音业务有保护，未受影响，但汝箕沟、大峰沟、白芨沟三沟的adsl网络由于是光纤开放，不通，但得知险情后，局领导及抢修人员十分着急，立即组织抢修人员携带装备在大武口机房会合，沿110国道向汝芨沟赶去，但在大武口胜利街南端泄洪沟的洪水已涨到1米多高，将110国道完全封死，辛同局长当机立断从西大滩迂回。抢修人员在绕道100余公里后，终于在11：30分赶到汝芨沟沟口，这时进山公路已有4处以上被冲断，山上落石严重，并且大雨一直在下，防汛安全部门坚决不允许进山抢修。局领导一方面安排机务向客响监控部门反映情况，一方面组织抢修小组又立即赶往石炭井沟口，石炭井沟口也是全面封闭，但考虑到沟口铁路桥附近的杆路可能出现险情，从而造成石炭井、白芨沟、大峰沟、汝箕沟的话音通信及石炭井的adsl网络信号中断，局领导带领大家沿铁路轨道徒步2公里多，来到铁路桥处，发现大石二级架空光缆线路有两根电杆被洪水冲倒，险情就在眼前，险情就是命令，尽管大雨还在继续，局领导及抢修人员冒雨处理，紧急将拖到水面的光缆及钢线临时撑起，这时已是晚上22点多了。虽然大家汗水夹杂着雨水淌满了脸颊，但没有人说一句辛苦的话。
16日东方刚露出黎明之色，抢修队伍装好电杆等物资，备好干粮来到汝箕沟沟口，防汛安全部门仍不允许进山，经局领导多方协调才得以进山抢险。经查看，杆路在荒草滩（距离三厂机房7.1公里）被冲毁10根电杆，在距离三厂机房14.6公里处被冲毁3根电杆，两处光缆均被冲断且埋在了沙石下面。由于公路也被洪水冲断多处，车辆无法通行，杨平、周新民、张建忠等线路抢修同志就携带抢修otdr、熔接机、工具箱、光缆、接头盒、铁锹铁线等材料，肩抗手提，徒步行走2公里多山路，到达光缆被冲断的河滩中，大家不顾疲劳立即投入抢修。下午3时许，局领导及线路部的申工带来了大饼和饮水，并徒步察看线路安全，组织抢修工作。抢修组先后在两处被冲毁的线路断落布放300米光缆、170米光缆各一条，制作4个接头盒，到16日下午19：30分将光缆修复，恢复了adsl网络信号，大山深处无法联系，待安排徒步的同志到有信号的地方询问网络已恢复，并上山报告信息后，大家紧张的工作有了欢声笑语，大家心情喜悦，终于能够使得用户尽早享受网络服务了，但现场抢修人员在现场仍在为确保光缆安全摸黑工作，为防止夜间洪水再次损毁光缆，抢修人员摸黑沿山崖石壁将光缆绑挂在安全的地方，在另一处临时抢通处，抢修人员在泄洪沟电力杆护杆墩边上临时支起撑杆，将光缆挂起，等抢修人员下山出汝箕沟沟口时，已是夜间23点多了。版权所有
线务段段长及其他同志忙碌在每一处有险情的地方，涉水探测光缆，修改上游水路，不怕苦、不怕累，及时组织恢复杆路，补栽标石，设立线路标志，加强巡回，配合防汛部门疏浚河道，维修防汛设施，往往是深夜回家，黎明出发，体现了抗洪敬业精神。
我经过湘潭大学党校第38期学生入党积极分子骨干培训班的学习，获得了许多宝贵的经验，现将本人的经历和感触向党组织汇报。
最近一段时间，因为工作繁忙、学习枯燥及一些事情的不尽人意，使得我无法准确地找准自己的目标，生活上经历了一次痛苦的蜕变过程，直到5月13日晚参加骨干班培训。
我是一个不安现状的人，从进入大学那一天开始，我就开始参加各种学生活动，也曾不断地取得成绩。但是最近一段时间来，学生组织的工作日渐繁杂，甚至因为一些事务处理不及时，我在受到批评后感觉很委屈，产生了厌倦的情绪、打退堂鼓的想法；加上我从小到大我的物理成绩都是最差的，偏偏进入大学后一直是被迫地学习，因此对所学专业极其不感兴趣。但是，一转眼大二第二期即将结束，我看着厚厚的教材和即将来临的考试，恐惧又一次来临，并处在极其消极和困惑的状态中。
幸运的是，我及时进入党校学习，第一堂课是校党委组织部部长刘建平教授主讲的。对我来说，这是一堂别开生面的党课，刘老师以《加强党的执政能力建设，提高自身综合素质》为题，没有泛泛而论，而是站在学生的角度讲解：为了提高党的执政能力，党对党内人士和积极向组织靠拢的人大力培养，帮助其不断提高个人综合素质。我一听，顿时精神一振：作为当代大学生，作为一名强烈要求进步、积极向党组织靠拢的大学生，我们的确应该在我们所面临的不利环境中坚强地接受磨练，不断提高我们应付各种事件的应变能力，不断提高我们面对各种不利环境的心理承受能力，不断提高我们的学习、工作能力。骨干班培训是一次如此催人奋进的学习，我想我终于又可以做回一个自信的我了。
是啊，不论我现在的环境怎样，不论我现在的专业怎样，至少，我应该采取积极的态度，去适应我的环境，去学好我的专业。想当年，中国共产党能在那个战火纷飞、孤军奋战的年代里成长起来，我为什么不能在一个和平美满而有良好条件的环境里进步？正如刘教授所说：“不是社会来适应你，而是你去适应社会。”我想，作为一名入党积极分子，这一点我已经明白，我要在以后的日子里扎扎实实付诸行动。
目前，中国共产党要不断提高五种能力：驾驭社会主义市场经济能力，发展社会主义民主政治能力，建设社会主义先进文化能力，构建社会主义和谐社会能力，应对国际局势和处理国际事务能力。作为我，一名正在接受党的严格教育的学生，我能做的就是认认真真学好专业知识，提升专业技能，多参加实践活动，掌握各种基本能力，发展自己处理重大事件的能力，因为我的目标是成为一名党的可靠接班人。
通过党的教育，我发现我的主观世界不断改造，心理素质不断加强。我觉得目前的我应做好以下几点：第一、应该尽快地吸收党的理论知识，自觉加强党性修养，提高我对当代大学生和当前社会环境的正确认识；第二、应该学会在工作、学习和生活中学会自我调节，前一段时间我不满现状，并企图通过逃避的办法来解决问题，这是一种情绪化的表现，任其发展，只能使自己的各项能力不但得不到进步，反而会退步。现在我已经明白，我必须按照一个共产党员的标准严格自我要求，用一个共产党员的坚强意志来改善自己的环境，让自己更快更好地成长；第三，我很喜欢刘老师讲的一句话：一个人要有本事，但没有脾气，这是为人的最高境界。以前我只是有过一些朦朦胧胧的感触，直到这次听讲，我豁然大悟，如遇知音。但我想要一下子达到这个境界实在太难，我只有通过不断地学习和锻炼，才能有所体悟和进步。在我入党之前，我要尽力把自己的办事态度“修炼”到这一境界。
我能让自己学习好、思想好，并不断地学习知识，不断地修身养性，陶冶情操，但这并不代表我的“工作”已经完成。追求之路无止境，修身之路无止境，我离党的要求还很远。慢慢地，我必须让自己从凡事从自己出发的角色替换到凡事从党、从大局、从人民、从整个社会发展的角色。沧南教授讲得好，这是一个艰难的过程，有些党员经历了一辈子的修养，仍有功亏一篑的。从我来说，我在接受严格考验的同时，会不断地接受批评并自我检讨，会敢于做真事讲真话，敢于暴露自己的错误思想，我会警惕旧思想、错误思想地反复出现，向“立德、立功、立言”的崇高境界努力奋斗、勤奋攀登！
写到这里，我的心情已经开朗、平静，所有烦恼早已被抛到九霄云外，所有不快不知不觉消失。我知道我已经来到康庄大道的路口，只要我努力，我一定能成为一名合格的共产党员。
关键词：太阳能电池；半导体 ；非晶硅薄膜材料；
【分类号】：TK519；TK121
一、太阳能电池半导体工作原理
制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应，根据所用材料的不同，太阳能电池材料可分为：1、硅太阳能电池材料；2、以无机盐如砷化镓 III-V 化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；3、功能高分子材料制备的大阳能电池；4、纳米晶材料太阳能电池等。
二、太阳能电池材料的严格要求
不论以何种材料来制作电池，对太阳能电池材料一般的要求有：1、半导体材料的禁带不能太宽；2、要有较高的光电转换效率；3、材料本身对环境不造成污染；4、材料便于工业化生产且材料性能稳定。基于以上 几个方面考虑，硅是最理想的太阳能电池材料，这也是太阳能电池以硅材料为主 的主要原因。但随着新材料的不断开发和相关技术的发展，以其它村料为基础的 太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景。
三、太阳能电池产业化发展
太阳能电池是将太阳光能直接转换成电能的光电池 。以太阳电池组成的地面发电系统， 管理简单、使用可靠、易于实现无人值守。 由于组件框架式结构 ，质量轻 ，运输 、安装 、拆卸都很方便。安装时对场地基础要求不高，建设工期短，运行时无噪声、无振动 。作为一种特殊的供电装置，受到广大无电地区的用户欢迎。近年来全球太阳能电池产量增长迅速，1994 年产量为 72.7M w ，1995 年产量为 90M w 。国内市场也 出现需求旺盛 ，产量同步增长的情况。
四、薄膜太阳能电池材料的发展状况
为了节省高质量材料，寻找单晶硅电池材料的替代产品，现在发展了薄膜太阳能电池材料，其中多晶硅薄膜太阳能电池材料和非晶硅薄膜太阳能电池材料就是典型代表。
1、多晶硅薄膜材料电池
通常的晶体硅太阳能电池是在厚度 350～450μm 的高质量硅片上制成的， 这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。因此实际消耗的硅材料更多。为了节省 材料，人们从 70 年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜，但由于生长的 硅膜晶粒大小，未能制成有价值的太阳能电池。研究发现，在非硅衬底上很难形成较大的晶粒，并且容易在晶粒间形成空隙。 解决这一问题办法是先用 LPCVD 在衬底上沉炽一层较薄的非晶硅层，再将这层非晶硅层退火，得到较大的晶粒，然后再在这层籽晶上沉积厚 的多晶硅薄膜，因此，再结晶技术无疑是很重要的一个环节，目前采用的技术主 要有固相结晶法和中区熔再结晶法。
2、非晶硅薄膜太阳能电池
开发太阳能电池的两个关键问题就是：提高转换效率和降低成本。由于非晶硅薄膜材料太阳能电池的成本低，便于大规模生产，普遍受到人们的重视并得到 迅速发展，其实早在 70 年代初，Carlson 等就已经开始了对非晶硅材料电池的研 制工作，近几年它的研制工作得到了迅速发展，目前世界上己有许多家公司在此种 材料的基础上生产该种电池产品。 非晶硅作为太阳能材料尽管是一种很好的电池材料，但由于其光学带隙为 1.7eV， 使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感，这样一来就限制了非晶 硅太阳能电池的转换效率。此外，其光电效率会随着光照时间的延续而衰减，即 所谓的光致衰退 S 一 W 效应，使得电池性能不稳定。解决这些问题的这径就是制备叠层太阳能电池，叠层太阳能电池是由在制备的 p、i、n 层单结太阳能电池 上再沉积一个或多个 P-i-n 子电池制得的。叠层太阳能电池提高转换效率、解决单结电池不稳定性的关键问题在于：①它把不同禁带宽度的材科组台在一起，提高了光谱的响应范围；②顶电池的 i 层较薄，光照产生的电场强度变化不大，保 证 i 层中的光生载流子抽出；③底电池产生的载流子约为单电池的一半，光致衰 退效应减小；④叠层太阳能电池各子电池是串联在一起的。 非晶硅薄膜材料太阳能电池的制备方法有很多，其中包括反应溅射法、 PECVD 法、LPCVD 法等，反应原料气体为 H2 稀释的 SiH4，衬底主要为玻璃及 不锈钢片， 制成的非晶硅薄膜经过不同的电池工艺过程可分别制得单结电池和叠层太阳能电池。
3、化合物薄膜太阳能电池
3.1 碲化镉太阳能电池
碲化镉（ Cd Te）材料成本低、效率高.且光谱响应与太阳光谱分吻合。薄膜的 生长工艺主要有丝网印刷烧结法、近空间升华法、真空蒸发法等。碲化镉半导体 光伏材料理论转换效为 30 % o。Cd Te 电池实验室效率 16. 4%大规模生产的商业 化电池平均效率 8%一 10%。四川大学制备出的电池率达 11.6 %。以 cd Te 吸收 层，CdS 作窗口层的结构为：减反射膜/玻璃/ SnOz ： F/ CdS/ P-CdTe/背电极，这种 电池转换效率达 16 %。
3.2砷化镓太阳能电池
1954 年.首次发现砷化镓材料具有光生伏特效应，1974 年砷化镓电池效率的 理论值达 22 %～25 %。实验室条件下在 CaA s 单结电池效率已超过 25 %。目前 研究的砷化镓系列太阳能电池有单品砷化镓、多品砷化镓 ， 镓铝砷一砷化镓异 质结、金属一半导体砷化镓、金属一绝缘体半导体砷化镓等。材料的制备类似于 硅半导体的制备，有晶体生长法、直.接拉制法、气相生长法、液相外延法等。 另外 III-V 族三、四元化合物（ CaInP ，Al CaInP ， CaInA s 等）半导体材料的技术日 益成熟，可通过设计电池结构来提高效率和降低成本。双结电池的效率最高为 30%，三结电池为 38%，四结电池为 41 %。
4、聚合物薄膜太阳能电池
以聚合物为材料的太阳能电池是近些年开始的研究方 向.具有分子结构自行设计合成、易加工、毒性小、成本低等特点。目前制作聚合物半导体层主要是：真空技术，主要包括真空镀膜溅射和分子束外延生长技术； 溶液处理成膜技术.主要有电化学沉积技术、铸膜技术、分子组装技术、印刷技 术等；单品技术.主要有电化学法、扩散法和气相法。 Heeger 等发现.聚乙炔用 Iz ，AsFs 掺杂后电导率明显增高。口前 P3 H T/ PCB M 体系最高的光电转化效率为 4% 。使带双嚓嗯乙烯撑边链的二维共 扼聚嚓吩与 PCB M 共混时.能量转换效率达 3. 18%。虽然聚合物电池有着众多优点，但性能无法与传统太阳能电池相比。
参考文献： [1]梁宗存.沈辉.李戮洪.太 GR 能电池及材料}J（ufJ l.
[2]耿新华.张建军.硅基薄膜太阳电池新进展[[J].
关键词:材料抛光;表面粗糙度;浴法抛光;电化学-修磨抛光;离子束加工
中图分类号:TG580文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)03-0060-02
抛光方法多种多样,分类方法也不尽相同。按照材料去除的方法可以分为机械方法、化学方法、激光方法和复合方法。下面就按照材料去除机理对抛光技术进行概述。
一、机械方法
机械法通过较硬磨料对较软工件材料的持续冲击、剪切作用达到材料去除的目的,抛光过程没有发生化学变化。机械方法具体形式较为灵活,发展比较早、研究的比较多、涉及及应用的范围比较广。散粒磨料抛光、浴法抛光、低温抛光、韧性磨削技术、超声波抛光、磁性磨料抛光、磁流变液抛光、软弹性发射加工、液体喷射抛光、离子束加工等都属于机械抛光。
1.散粒磨料抛光。散粒磨料抛光即是指传统的磨削加工,通过添加不同的研磨剂、抛光膏等来改善抛光性能,近年来又有人通过改进研磨盘来提高抛光精度。这种抛光技术设备简单,价格低廉,精度不高,适用于粗抛。
2.浴法抛光。浴法抛光是较早出现的一种抛光方法。采用这种方法,研究者在熔石英平面上获得了0.3nm Rms的光学表面。磨盘与工件的交接面浸没于抛光液中。工件除自身旋转外,还在沥青盘上水平摆动。这样就保证了工件上每点与抛光盘上每点随机接触,从而实现工件材料的均匀去除。抛光开始时,通过搅拌方法,让磨料在溶液中均匀分布,这样使得不断有磨料颗粒沉淀在沥青盘上形成微小的刀刃,对工件进行切削。同时,磨料的自锐性使得抛光过程中不断有锋利边缘露出,进行磨削加工,但粒度变小了。经过一段时间的加工,工件与沥青盘已能很好地吻合,磨料粒度已足够小;此时不再进行搅动,使抛光液中磨料沉入桶底,不再有磨料颗粒沉淀在沥青盘上,沥青盘上的磨料逐渐减少。由于抛光中磨料颗粒不断被研碎挤入沥青中,沥青盘表面变得越来越光滑,磨料微粒变得越来越小,使得加工表面粗糙度降低。另外,工作时大量液体的存在保证了磨盘表面局部温度的恒定,使磨盘不易发生热变形,保证了高面形精度表面的可能性。
3.低温抛光低温抛光是在冰结状态下对工件进行抛光加工。低温抛光可以分为有磨料和无磨料两种方式。有磨料低温抛光的抛光过程为:磨料溶液注入模具并在0度以下成为冰冻砂轮。抛光时,磨料与工件接触并发生相对运动而产生切削作用。此时,磨料以滚动方式对材料产生切削作用,以碰撞方式对材料进行去除,磨料粒度越小,切削去除量越小。未溶化的冰固结着磨料,直到熔化脱落,所以冰模层对硬脆材料的切削作用远大于散粒抛光的去除作用。无磨料低温抛光所用冰冻盘为去离子纯水制成,不含任何磨料或其它成分。该抛光技术采用无切削的熨平方式,实现超光滑表面的目的。相比于磨料冰冻抛光,无磨料冰冻抛光的效率低,抛光后的表面质量高。另外,由于抛光过程处于低温环境中,当硬脆性材料有裂纹产生时,可能不像其他加工方式一样会出现裂纹的扩展和延伸。
4.韧性磨削技术韧性磨削技术。又叫延展性(Ductile)磨削。脆性光学材料的磨削曾一直被用作粗加工工序来获取工件的大致形状,好的表面质量还要通过研磨、抛光得到。然而研究表明,即使是脆性材料,当加工是在很小的范围内进行时,使材料发生脆性断裂所需要的能量也有可能大于使材料发生塑性变形所需要的能量。基于这一事实,人们制造了能够保证小范围加工条件(进给量、切削深度均在微米级以下)的超精密加工设备。于是韧性磨削这一新型的脆性材料超精密加工技术便应运而生。
5.超声波抛光频率在20kHz以上的振动称为超声波,利用超声波抛光的原理是:换能器将输入的超声电信号转换成机械振动,经变幅杆放大后传至装在变幅杆端部的工具头上,带动工具头与工件之间的磨料(研磨膏)悬浮液,高速冲击,抛磨被加工工件表面,至使工件表面粗糙度迅速降低,从而实现抛光过程。
6.磁流变液抛光作为智能材料之一的磁流变液,它一般由三部分构成:磁性固体颗粒、载液和稳定剂。性能良好的磁流变液在磁场的作用下能实现粘度的无级控制,能在在毫秒量级的时间内,由自由状态一直变化到固态。整个转化过程极快且可控,能耗极小。随着人们对磁性材料和流变学研究的深入,对磁流变液的研究也不断推进,新型的磁流变液性能逐步提高,磁流变抛光技术(MRF)将电磁学、流体动力学、化学应用于光学加工中,是一种新兴的光学表面精密加工技术。利用磁流变液进行抛光时,把含有一定浓度的磁性固体颗粒的流变液注入工件与运动盘间的区域,在该区域施加一高梯度的可控磁场,磁场的作用使得该区域内的磁流变液粘度在很短的时间内变化,形成具有很高剪切屈服应力的微型凸起对工件进行精密去除。当磁流变液流出磁场区域的时候,粘度又恢复至其流体性能。由于磁流变液微凸起与工件之间形成的是软接触,代替了散粒磨料抛光中的抛光工具,从而实现对工件表面的精密去除。磁流变抛光具有抛光效率高、质量高,易于实现计算机控制,可实现复杂面形抛光、无刀具磨损现象、温度适用范围宽等优点。
7.软弹性发射加工。所谓弹性发射加工(简称EEM)是将聚氨基甲酸乙脂回转球与工件一起置于悬浊液(含微细粉末粒子)中,利用回转球与工件表面之间产生的流体现象,去除工件表面材料的方法。回转球在悬浊液中回转时,在回转球与工件表面间的狭缝中产生悬浊液流,悬浊液流源源不断地将悬浊液中的微细粉末粒子带入回转球与工件之间的狭缝中,此时,粒子与工件在狭小的空间内接触,产生一种原子结合力,利用这种结合力,使工件表现产生原子级的极微量的弹性破坏,从而去除工件表面材料。可见,这种技术适用于表面加工位置空间极小的工件。
8.离子束加工离子束加工方法采用离子溅射对材料进行微量去除,是一种新兴的光学表面制备技术,把惰性气体或其它元素的离子在电场中加速,成为高能离子,高能离子与工件表层原子碰撞,促使其获得足够能量,摆脱工件材料束缚,达到微量去除的加工目的。离子束 加工可以实现以原子为计量单位的纳米级加工,加工的面型精度为170nm、表面粗糙度为0.6nm。离子束加工的特点是加工表面没有机械接触,加工应力和变形极小,表面质量好,加工范围宽,理论上可以加工任何材料。但这种加工也存在很大的不足,主要集中在设备复杂,生产效率低、成本高,加工过程不易控制等方面。在日本,离子束加工已被研究了相当长的时间,正逐步走向实用化。
二、化学方法
化学方法抛光是利用工件表面高度不同造成的化学反应速度之差达到去除材料的目的。典型的化学抛光是等离子体辅助抛光(PACE)。不同于离子束抛光机理,PACE技术实际上是通过化学反应腐蚀去除材料的。该技术同样属于一种非接触式抛光技术,加工应力和变形小,表面质量好。PACE抛光是在真空室中进行的,将某种化学气体注入抛光块中,在射频激励离子激光器作用下,该气体成为等离子体。具有化学活性的等离子体与工件表面物质发生化学反应,实现工件表面的微量去除。反应所产生的易挥发的混合物由排气孔排出。材料去除量完全由抛光块的驻留时间决定。最新建成的一套PACE抛光装置,可实现φ0.5～1m的非球面加工,面形精度
三、激光方法
当激光束聚焦于材料表面时,会在很短的时间内在近表面区域积累大量的热,使材料表面温度迅速升高,当温度达到材料的熔点时,近表面层物质开始熔化,当温度进而达到材料的沸点时,近表面层物质开始蒸发,而基体的温度基本保持在室温。当上述物理变化过程主要为熔化时,材料表面熔化部分各处曲率半径的不同使熔融的材料向曲率低(即曲率半径大)的地方流动,各处的曲率趋于一致。同时,固液界面处以每秒数米的速度凝固,最终获得光滑平整的表面。当上述物理变化过程主要为蒸发时,激光抛光的实质就是去除材料表面一薄层物质。
四、复合方法
复合方法是综合前面提到的两种或者多种材料去除方法来实现工件表面抛光的目的,通常是机械作用与化学作用相结合的抛光方法,主要有电化学修磨抛光、超声辅助电解抛光、化学机械抛光(CMP)。
1.电化学-修磨抛光。电化学-机械修磨抛光的原理与电机磨削类似,它以金属的电化学阳极溶解为主,机械刮削作用为辅,并伴有微量的火花放电作用。导电工具(导电锉或导电油石)接到直流脉冲电源的阴极,被抛光的模具或工件接到电源的阳极,导电锉或者导电油石与工件表面接触,并进行锉磨加工(仅仅轻微接触,左右移动),加工区域供给无害的中性电解液(从中孔喷出自动循环),模具表面就产生电化学阳极溶解。电解产物和模具表面阳极模不断地被导电锉或者导电油石的磨料刮除,使电化学反应顺利,实现持续抛光作用。采用这种方法可修磨抛光各种金属材料电火花加工后的表面,并不受材料硬度和韧性所限制。一般每平方厘米约需3分钟左右就能去除电火花加工后的变质硬化层。表面粗糙度值Ra从4～7μm降低到 0.35～0.8μm。
2.超声辅助电解抛光。在电解抛光过程中,引入适当功率的超声波,可以降低被加工表面的粗糙度值,增大表面氧化膜中的氧化物含量,提高抛光效率。这主要是由于施加的超声波对电化学过程起到了促进和物理强化作用。
参考文献
[1]陈杨,陈建清,陈志刚.超光滑表面抛光技术[J].江苏大学学报,2003,24(5).
[2]周永恒,苏英,黄武.无机材料超光滑表面的制备[J].材料导报,2003,(3).
[3]阎纪旺,于骏一.脆性光学材料超精密加工技术[J].物理,1994.
关键词半导体材料量子线量子点材料光子晶体
1半导体材料的战略地位
上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。
2几种主要半导体材料的发展现状与趋势
2.1硅材料
从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si发展的总趋势。目前直径为8英寸（200mm）的Si单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm）硅片的集成电路（IC‘s）技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm，0.18μm工艺的硅ULSI生产线已经投入生产，300mm，0.13μm工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。
从进一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，SOI材料，包括智能剥离（Smartcut）和SIMOX材料等也发展很快。目前，直径8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在开发中。
理论分析指出30nm左右将是硅MOS集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制问题，更重要的是将受硅、SiO2自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高K介电绝缘材料（如用Si3N4等来替代SiO2），低K介电互连材料，用Cu代替Al引线以及采用系统集成芯片技术等来提高ULSI的集成度、运算速度和功能，但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此，人们除寻求基于全新原理的量子计算和DNA生物计算等之外，还把目光放在以GaAs、InP为基的化合物半导体材料，特别是二维超晶格、量子阱，一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容GeSi合金材料等，这也是目前半导体材料研发的重点。
2.2GaAs和InP单晶材料
GaAs和InP与硅不同，它们都是直接带隙材料，具有电子饱和漂移速度高，耐高温，抗辐照等特点；在超高速、超高频、低功耗、低噪音器件和电路，特别在光电子器件和光电集成方面占有独特的优势。
目前，世界GaAs单晶的总年产量已超过200吨，其中以低位错密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生长的2－3英寸的导电GaAs衬底材料为主；近年来，为满足高速移动通信的迫切需求，大直径（4，6和8英寸）的SI－GaAs发展很快。美国莫托罗拉公司正在筹建6英寸的SI－GaAs集成电路生产线。InP具有比GaAs更优越的高频性能，发展的速度更快，但研制直径3英寸以上大直径的InP单晶的关键技术尚未完全突破，价格居高不下。
GaAs和InP单晶的发展趋势是：
（1）。增大晶体直径，目前4英寸的SI－GaAs已用于生产，预计本世纪初的头几年直径为6英寸的SI－GaAs也将投入工业应用。
（2）。提高材料的电学和光学微区均匀性。
（3）。降低单晶的缺陷密度，特别是位错。
（4）。GaAs和InP单晶的VGF生长技术发展很快，很有可能成为主流技术。
2.3半导体超晶格、量子阱材料
半导体超薄层微结构材料是基于先进生长技术（MBE，MOCVD）的新一代人工构造材料。它以全新的概念改变着光电子和微电子器件的设计思想，出现了“电学和光学特性可剪裁”为特征的新范畴，是新一代固态量子器件的基础材料。
（1）Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。
GaAIAs／GaAs，GaInAs／GaAs，AIGaInP／GaAs；GalnAs／InP，AlInAs／InP，InGaAsP／InP等GaAs、InP基晶格匹配和应变补偿材料体系已发展得相当成熟，已成功地用来制造超高速，超高频微电子器件和单片集成电路。高电子迁移率晶体管（HEMT），赝配高电子迁移率晶体管（P－HEMT）器件最好水平已达fmax=600GHz，输出功率58mW，功率增益6.4db；双异质结双极晶体管（HBT）的最高频率fmax也已高达500GHz，HEMT逻辑电路研制也发展很快。基于上述材料体系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探测器，红、黄、橙光发光二极管和红光激光器以及大功率半导体量子阱激光器已商品化；表面光发射器件和光双稳器件等也已达到或接近达到实用化水平。目前，研制高质量的1.5μm分布反馈（DFB）激光器和电吸收（EA）调制器单片集成InP基多量子阱材料和超高速驱动电路所需的低维结构材料是解决光纤通信瓶颈问题的关键，在实验室西门子公司已完成了80×40Gbps传输40km的实验。另外，用于制造准连续兆瓦级大功率激光阵列的高质量量子阱材料也受到人们的重视。
虽然常规量子阱结构端面发射激光器是目前光电子领域占统治地位的有源器件，但由于其有源区极薄（～0.01μm）端面光电灾变损伤，大电流电热烧毁和光束质量差一直是此类激光器的性能改善和功率提高的难题。采用多有源区量子级联耦合是解决此难题的有效途径之一。我国早在1999年，就研制成功980nmInGaAs带间量子级联激光器，输出功率达5W以上；2000年初，法国汤姆逊公司又报道了单个激光器准连续输出功率超过10瓦好结果。最近，我国的科研工作者又提出并开展了多有源区纵向光耦合垂直腔面发射激光器研究，这是一种具有高增益、极低阈值、高功率和高光束质量的新型激光器，在未来光通信、光互联与光电信息处理方面有着良好的应用前景。
为克服PN结半导体激光器的能隙对激光器波长范围的限制，1994年美国贝尔实验室发明了基于量子阱内子带跃迁和阱间共振隧穿的量子级联激光器，突破了半导体能隙对波长的限制。自从1994年InGaAs／InAIAs／InP量子级联激光器（QCLs）发明以来，Bell实验室等的科学家，在过去的7年多的时间里，QCLs在向大功率、高温和单膜工作等研究方面取得了显着的进展。2001年瑞士Neuchatel大学的科学家采用双声子共振和三量子阱有源区结构使波长为9.1μm的QCLs的工作温度高达312K，连续输出功率3mW.量子级联激光器的工作波长已覆盖近红外到远红外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光谱、超高灵敏气体传感器、高速调制器和无线光学连接等方面显示出重要的应用前景。中科院上海微系统和信息技术研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子级联激光器；中科院半导体研究所于2000年又研制成功3.7μm室温准连续应变补偿量子级联激光器，使我国成为能研制这类高质量激光器材料为数不多的几个国家之一。
目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作为超薄层微结构材料发展的主流方向，正从直径3英寸向4英寸过渡；生产型的MBE和M0CVD设备已研制成功并投入使用，每台年生产能力可高达3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英国卡迪夫的MOCVD中心，法国的PicogigaMBE基地，美国的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有这种外延材料出售。生产型MBE和MOCVD设备的成熟与应用，必然促进衬底材料设备和材料评价技术的发展。
（2）硅基应变异质结构材料。
硅基光、电器件集成一直是人们所追求的目标。但由于硅是间接带隙，如何提高硅基材料发光效率就成为一个亟待解决的问题。虽经多年研究，但进展缓慢。人们目前正致力于探索硅基纳米材料（纳米Si／SiO2），硅基SiGeC体系的Si1－yCy/Si1－xGex低维结构，Ge／Si量子点和量子点超晶格材料，Si／SiC量子点材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED发光器件和有关纳米硅的受激放大现象的报道，使人们看到了一线希望。
另一方面，GeSi／Si应变层超晶格材料，因其在新一代移动通信上的重要应用前景，而成为目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止频率已达200GHz，HBT最高振荡频率为160GHz，噪音在10GHz下为0.9db，其性能可与GaAs器件相媲美。
尽管GaAs／Si和InP／Si是实现光电子集成理想的材料体系，但由于晶格失配和热膨胀系数等不同造成的高密度失配位错而导致器件性能退化和失效，防碍着它的使用化。最近，Motolora等公司宣称，他们在12英寸的硅衬底上，用钛酸锶作协变层（柔性层），成功的生长了器件级的GaAs外延薄膜，取得了突破性的进展。
2.4一维量子线、零维量子点半导体微结构材料
基于量子尺寸效应、量子干涉效应，量子隧穿效应和库仑阻效应以及非线性光学效应等的低维半导体材料是一种人工构造（通过能带工程实施）的新型半导体材料，是新一代微电子、光电子器件和电路的基础。它的发展与应用，极有可能触发新的技术革命。
目前低维半导体材料生长与制备主要集中在几个比较成熟的材料体系上，如GaAlAs／GaAs，In（Ga）As／GaAs，InGaAs／InAlAs／GaAs，InGaAs／InP，In（Ga）As／InAlAs／InP，InGaAsP／InAlAs／InP以及GeSi／Si等，并在纳米微电子和光电子研制方面取得了重大进展。俄罗斯约飞技术物理所MBE小组，柏林的俄德联合研制小组和中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的MBE小组等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子点激光器，工作波长lμm左右，单管室温连续输出功率高达3.6～4W.特别应当指出的是我国上述的MBE小组，2001年通过在高功率量子点激光器的有源区材料结构中引入应力缓解层，抑制了缺陷和位错的产生，提高了量子点激光器的工作寿命，室温下连续输出功率为1W时工作寿命超过5000小时，这是大功率激光器的一个关键参数，至今未见国外报道。
在单电子晶体管和单电子存贮器及其电路的研制方面也获得了重大进展，1994年日本NTT就研制成功沟道长度为30nm纳米单电子晶体管，并在150K观察到栅控源－漏电流振荡；1997年美国又报道了可在室温工作的单电子开关器件，1998年Yauo等人采用0.25微米工艺技术实现了128Mb的单电子存贮器原型样机的制造，这是在单电子器件在高密度存贮电路的应用方面迈出的关键一步。目前，基于量子点的自适应网络计算机，单光子源和应用于量子计算的量子比特的构建等方面的研究也正在进行中。
与半导体超晶格和量子点结构的生长制备相比，高度有序的半导体量子线的制备技术难度较大。中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的MBE小组，在继利用MBE技术和SK生长模式，成功地制备了高空间有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子线和量子线超晶格结构的基础上，对InAs／InAlAs量子线超晶格的空间自对准（垂直或斜对准）的物理起因和生长控制进行了研究，取得了较大进展。
王中林教授领导的乔治亚理工大学的材料科学与工程系和化学与生物化学系的研究小组，基于无催化剂、控制生长条件的氧化物粉末的热蒸发技术，成功地合成了诸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半导体氧化物纳米带，它们与具有圆柱对称截面的中空纳米管或纳米线不同，这些原生的纳米带呈现出高纯、结构均匀和单晶体，几乎无缺陷和位错；纳米线呈矩形截面，典型的宽度为20－300nm，宽厚比为5－10，长度可达数毫米。这种半导体氧化物纳米带是一个理想的材料体系，可以用来研究载流子维度受限的输运现象和基于它的功能器件制造。香港城市大学李述汤教授和瑞典隆德大学固体物理系纳米中心的LarsSamuelson教授领导的小组，分别在SiO2／Si和InAs／InP半导体量子线超晶格结构的生长制各方面也取得了重要进展。
低维半导体结构制备的方法很多，主要有：微结构材料生长和精细加工工艺相结合的方法，应变自组装量子线、量子点材料生长技术，图形化衬底和不同取向晶面选择生长技术，单原子操纵和加工技术，纳米结构的辐照制备技术，及其在沸石的笼子中、纳米碳管和溶液中等通过物理或化学方法制备量子点和量子线的技术等。目前发展的主要趋势是寻找原子级无损伤加工方法和纳米结构的应变自组装可控生长技术，以求获得大小、形状均匀、密度可控的无缺陷纳米结构。
2.5宽带隙半导体材料
宽带隙半导体材主要指的是金刚石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶体等，特别是SiC、GaN和金刚石薄膜等材料，因具有高热导率、高电子饱和漂移速度和大临界击穿电压等特点，成为研制高频大功率、耐高温、抗辐照半导体微电子器件和电路的理想材料；在通信、汽车、航空、航天、石油开采以及国防等方面有着广泛的应用前景。另外，III族氮化物也是很好的光电子材料，在蓝、绿光发光二极管（LED）和紫、蓝、绿光激光器（LD）以及紫外探测器等应用方面也显示了广泛的应用前景。随着1993年GaN材料的P型掺杂突破，GaN基材料成为蓝绿光发光材料的研究热点。目前，GaN基蓝绿光发光二极管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大输出功率为0.5W.在微电子器件研制方面，GaN基FET的最高工作频率（fmax）已达140GHz，fT=67GHz，跨导为260ms／mm；HEMT器件也相继问世，发展很快。此外，256×256GaN基紫外光电焦平面阵列探测器也已研制成功。特别值得提出的是，日本Sumitomo电子工业有限公司2000年宣称，他们采用热力学方法已研制成功2英寸GaN单晶材料，这将有力的推动蓝光激光器和GaN基电子器件的发展。另外，近年来具有反常带隙弯曲的窄禁带InAsN，InGaAsN，GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重视，这是因为它们在长波长光通信用高T0光源和太阳能电池等方面显示了重要应用前景。
以Cree公司为代表的体SiC单晶的研制已取得突破性进展，2英寸的4H和6HSiC单晶与外延片，以及3英寸的4HSiC单晶己有商品出售；以SiC为GaN基材料衬低的蓝绿光LED业已上市，并参于与以蓝宝石为衬低的GaN基发光器件的竟争。其他SiC相关高温器件的研制也取得了长足的进步。目前存在的主要问题是材料中的缺陷密度高，且价格昂贵。
II－VI族兰绿光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美国3M公司成功地解决了II－VI族的P型掺杂难点而得到迅速发展。1991年3M公司利用MBE技术率先宣布了电注入（Zn，Cd）Se／ZnSe兰光激光器在77K（495nm）脉冲输出功率100mW的消息，开始了II－VI族兰绿光半导体激光（材料）器件研制的高潮。经过多年的努力，目前ZnSe基II－VI族兰绿光激光器的寿命虽已超过1000小时，但离使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速发展和应用，使II－VI族兰绿光材料研制步伐有所变缓。提高有源区材料的完整性，特别是要降低由非化学配比导致的点缺陷密度和进一步降低失配位错和解决欧姆接触等问题，仍是该材料体系走向实用化前必须要解决的问题。
宽带隙半导体异质结构材料往往也是典型的大失配异质结构材料，所谓大失配
异质结构材料是指晶格常数、热膨胀系数或晶体的对称性等物理参数有较大差异的材料体系，如GaN／蓝宝石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引发界面处大量位错和缺陷的产生，极大地影响着微结构材料的光电性能及其器件应用。如何避免和消除这一负面影响，是目前材料制备中的一个迫切要解决的关键科学问题。这个问题的解泱，必将大大地拓宽材料的可选择余地，开辟新的应用领域。
目前，除SiC单晶衬低材料，GaN基蓝光LED材料和器件已有商品出售外，大多数高温半导体材料仍处在实验室研制阶段，不少影响这类材料发展的关键问题，如GaN衬底，ZnO单晶簿膜制备，P型掺杂和欧姆电极接触，单晶金刚石薄膜生长与N型掺杂，II－VI族材料的退化机理等仍是制约这些材料实用化的关键问题，国内外虽已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。
3光子晶体
光子晶体是一种人工微结构材料，介电常数周期的被调制在与工作波长相比拟的尺度，来自结构单元的散射波的多重干涉形成一个光子带隙，与半导体材料的电子能隙相似，并可用类似于固态晶体中的能带论来描述三维周期介电结构中光波的传播，相应光子晶体光带隙（禁带）能量的光波模式在其中的传播是被禁止的。如果光子晶体的周期性被破坏，那么在禁带中也会引入所谓的“施主”和“受主”模，光子态密度随光子晶体维度降低而量子化。如三维受限的“受主”掺杂的光子晶体有希望制成非常高Q值的单模微腔，从而为研制高质量微腔激光器开辟新的途径。光子晶体的制备方法主要有：聚焦离子束（FIB）结合脉冲激光蒸发方法，即先用脉冲激光蒸发制备如Ag/MnO多层膜，再用FIB注入隔离形成一维或二维平面阵列光子晶体；基于功能粒子（磁性纳米颗粒Fe2O3，发光纳米颗粒CdS和介电纳米颗粒TiO2）和共轭高分子的自组装方法，可形成适用于可光范围的三维纳米颗粒光子晶体；二维多空硅也可制作成一个理想的3－5μm和1.5μm光子带隙材料等。目前，二维光子晶体制造已取得很大进展，但三维光子晶体的研究，仍是一个具有挑战性的课题。最近，Campbell等人提出了全息光栅光刻的方法来制造三维光子晶体，取得了进展。
4量子比特构建与材料
随着微电子技术的发展，计算机芯片集成度不断增高，器件尺寸越来越小（nm尺度）并最终将受到器件工作原理和工艺技术限制，而无法满足人类对更大信息量的需求。为此，发展基于全新原理和结构的功能强大的计算机是21世纪人类面临的巨大挑战之一。1994年Shor基于量子态叠加性提出的量子并行算法并证明可轻而易举地破译目前广泛使用的公开密钥Rivest，Shamir和Adlman（RSA）体系，引起了人们的广泛重视。
所谓量子计算机是应用量子力学原理进行计的装置，理论上讲它比传统计算机有更快的运算速度，更大信息传递量和更高信息安全保障，有可能超越目前计算机理想极限。实现量子比特构造和量子计算机的设想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一个实现大规模量子计算的方案。其核心是利用硅纳米电子器件中磷施主核自旋进行信息编码，通过外加电场控制核自旋间相互作用实现其逻辑运算，自旋测量是由自旋极化电子电流来完成，计算机要工作在mK的低温下。
这种量子计算机的最终实现依赖于与硅平面工艺兼容的硅纳米电子技术的发展。除此之外，为了避免杂质对磷核自旋的干扰，必需使用高纯（无杂质）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅单晶；减小SiO2绝缘层的无序涨落以及如何在硅里掺入规则的磷原子阵列等是实现量子计算的关键。量子态在传输，处理和存储过程中可能因环境的耦合（干扰），而从量子叠加态演化成经典的混合态，即所谓失去相干，特别是在大规模计算中能否始终保持量子态间的相干是量子计算机走向实用化前所必需克服的难题。
5发展我国半导体材料的几点建议
鉴于我国目前的工业基础，国力和半导体材料的发展水平，提出以下发展建议供参考。
5.1硅单晶和外延材料硅材料作为微电子技术的主导地位
至少到本世纪中叶都不会改变，至今国内各大集成电路制造厂家所需的硅片基本上是依赖进口。目前国内虽已可拉制8英寸的硅单晶和小批量生产6英寸的硅外延片，然而都未形成稳定的批量生产能力，更谈不上规模生产。建议国家集中人力和财力，首先开展8英寸硅单晶实用化和6英寸硅外延片研究开发，在“十五”的后期，争取做到8英寸集成电路生产线用硅单晶材料的国产化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我国应有8～12英寸硅单晶、片材和8英寸硅外延片的规模生产能力；更大直径的硅单晶、片材和外延片也应及时布点研制。另外，硅多晶材料生产基地及其相配套的高纯石英、气体和化学试剂等也必需同时给以重视，只有这样，才能逐步改观我国微电子技术的落后局面，进入世界发达国家之林。超级秘书网
5.2GaAs及其有关化合物半导体单晶材料发展建议
GaAs、InP等单晶材料同国外的差距主要表现在拉晶和晶片加工设备落后，没有形成生产能力。相信在国家各部委的统一组织、领导下，并争取企业介入，建立我国自己的研究、开发和生产联合体，取各家之长，分工协作，到2010年赶上世界先进水平是可能的。要达到上述目的，到“十五”末应形成以4英寸单晶为主2－3吨／年的SI－GaAs和3－5吨／年掺杂GaAs、InP单晶和开盒就用晶片的生产能力，以满足我国不断发展的微电子和光电子工业的需术。到2010年，应当实现4英寸GaAs生产线的国产化，并具有满足6英寸线的供片能力。
5.3发展超晶格、量子阱和一维、零维半导体微结构材料的建议
（1）超晶格、量子阱材料从目前我国国力和我们已有的基础出发，应以三基色（超高亮度红、绿和蓝光）材料和光通信材料为主攻方向，并兼顾新一代微电子器件和电路的需求，加强MBE和MOCVD两个基地的建设，引进必要的适合批量生产的工业型MBE和MOCVD设备并着重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP，GaN基蓝绿光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料体系的实用化研究是当务之急，争取在“十五”末，能满足国内2、3和4英寸GaAs生产线所需要的异质结材料。到2010年，每年能具备至少100万平方英寸MBE和MOCVD微电子和光电子微结构材料的生产能力。达到本世纪初的国际水平。
宽带隙高温半导体材料如SiC，GaN基微电子材料和单晶金刚石薄膜以及ZnO等材料也应择优布点，分别做好研究与开发工作。
（2）一维和零维半导体材料的发展设想。基于低维半导体微结构材料的固态纳米量子器件，目前虽然仍处在预研阶段，但极其重要，极有可能触发微电子、光电子技术新的革命。低维量子器件的制造依赖于低维结构材料生长和纳米加工技术的进步，而纳米结构材料的质量又很大程度上取决于生长和制备技术的水平。因而，集中人力、物力建设我国自己的纳米科学与技术研究发展中心就成为了成败的关键。具体目标是，“十五”末，在半导体量子线、量子点材料制备，量子器件研制和系统集成等若干个重要研究方向接近当时的国际先进水平；2010年在有实用化前景的量子点激光器，量子共振隧穿器件和单电子器件及其集成等研发方面，达到国际先进水平，并在国际该领域占有一席之地。可以预料，它的实施必将极大地增强我国的经济和国防实力。
能源在社会发展中一直扮演着重要角色。高标准的生活条件、不断增长的人口数量迫使能源需求与日俱增。与此同时，石油等传统能源日渐匮乏，污染环境致使全球范围内气候变化。为避免能源危机，科学家致力于寻找新的解决方案，力求改善能源环节已经存在的问题。除了探究可再生新能源，人们亦将焦点放在研发先进方法材料以提高新能源利用率，降低成本，改善可用性以及降低环境负面影响。譬如若能很好地理解光功能材料激发态的反应活性，将有助于制备新型材料分子用于吸收特定波长范围的太阳光驱使电子传递；又或者人们意识到由于半导体内部结构存在大面积不均匀性，因而模拟内部电荷迁移较困难，如此说来，竭力弄清楚金属电极和活性材料之间用于电荷聚集的界面情况就显得更为重要。这本书总结了目前改善能源应用的先进材料的技术诀窍和多报交叉学科方法，尤其是太阳能光电板、节能光源、燃料电池、能源储存技术和纳米结构材料等，同时运用独特、前沿的视角审视新能源材料，讨论了新型材料的未来发展趋势。
本书共分为15章：1.非成像聚焦定日镜；2.用于太阳能研究的先进纳米技术；3.金属氧化物半导体和相应的纳米复合物用于光电转换和光催化。这几章主要强调数十年来光电科技日新月异使得太阳能电池走出实验室进入大众视野，而这仅仅是太阳能时代到来的第一步；4.超离子导电固体用于能源设备；5.聚合物纳米复合物：新型高等介电材料用于能量储存。实际生活中，高能量密度电容器用途甚广，例如在防御相关的应用中，缺乏传统能源资源的偏远地区的作战任务就急需新型能源储存方法。而聚合物纳米复合物为高能量密度电容器提供有吸引力且低成本的电势储存系统，这些独具优势的特性对未来能量储存技术发展至关重要；6.固体电解质：原理和应用；7.高等电子产品：超越硅时代。碳、碳纳米管和石墨烯的两个同素异形体能取代集成电路的导电电路和硅元素，从而开创出全新的碳基电子工业时代，它将拥有电流密度更大、更快、更高效的电路系统；8.压电产品的初步检测和硫化铅的光学性能；9.GaN基材料设备的辐射损伤；10.反铁电液晶：用于未来器械的智能材料；11.聚醚醚酮薄膜用于燃料电池；12.钒酸磷用于节能照明。这章主要讨论节能照明问题，钒酸磷是一种发光物质，拥有极佳的热稳定性以及化学稳定性，磷光体层提供日光灯发出的光，也改善了卤化金属灯的光稳定性；13.功能化固体基质的分子计算；14.离子液体稳化金属纳米颗粒，稳化产物用作强效催化剂；15.Y型分子筛内部有大量空间束缚纳米复合材料用作生态友好型催化剂：选择性催化反应。
这本书的内容由瑞典林雪平大学（Linkping University）生物传感器和生物电子学中心的Ashutosh Tiwari副教授和物理、化学、生物系的应用光学实验室SergiyValyukh副教授联合编写。Tiwari是先进材料国际协会秘书长，材料化学家和应用物理系讲师，目前在材料科学技术领域发表超过350篇文章、专利和会议论文，编写完成至少15本书籍，同时是先进材料世界会议和印度材料会议的创办成员。而Valyukh在乌克兰基辅大学获得博士学位，2003年应瑞典LCD中心和达拉那大学邀请从事液晶的应用物理研究。2008-2009年基于液晶制备出新型电子光学设备，也因此被瑞典ALMI创新基金提名为“2009年达拉那商业创始人”。
这本书力求在前沿高级功能材料和尖端能源技术领域启发读者，可作为本科生和研究生教材，也可用作综述或参考书籍供化学、物理、材料科学、药学、医学、纳米技术、光伏技术和新型能源领域的研究人员阅读参考。
李蓓，硕士生
（北京化工大学）
1电力光纤通信中可能遇到的各种强电危害探索
电力系统的光缆通信构建中,会用到有着具有金属材料构成的光缆组件。正是因为其基于金属特性的成分,因此就目前经验可能遇到的各种风险主要集中在如下的方面。
(1)在电力系统当中的强电电路中,如果因为不可抗力收到了瞬间故障状态冲击,在电力系统自身的光缆材料之上,就会因为这种故障状态竟受到相对于光缆材料自身所能够忍受的电压限额上限的动势能量数值。由于故障情况是难以预测的,因此具体造成再大的动量数值都是有可能发生的,而这种无法预估上限的数值甚至有可能把那些实际工艺质量稍次的东芯电缆的绝缘外皮给直接击穿,这种情况会直接压中损伤电力系统自身光缆材料的实际使用寿命。
(2)电力系统的强电部分进行工作的时候,因为含有金属材料的光缆极有可能跟强电线路的电动势发生强烈的感应,因此极有可能会让整个光缆的线路当中产生超过光缆材料所能承受的电压限额上限的数值构建。这种大幅度的电压改变就会让整个光缆通信系统的正常运作产生干扰和波动,进而对光缆的正常运行造成很大的损害。
(3)如果在当前不对称的强电线路构建中出现了针对光缆金属配件的感应情况,其最直接的后果就是直接导致电缆内部的通信系统当中的电压数值受到了干扰而产生极其剧烈的波动,而这种波动能够直接干扰到整个光缆系统当中的正常工作运用,同时让珍格格灌篮工作单元处于无法工作的瘫痪状态,对整个电力光缆通信系统来说是一个巨大的灾难。在当前电力系统构建下的光缆通信系统应用的实践过程当中,光缆所要承担起来的功能主要是针对各种电力业务进行联络的工作项目以及具有针对性的远程遥控工作,而不是单纯进行的信息传递工作。在这种情况的构建下,我们所要做的事情就是在整个光缆通信系统的整体设计过程当中对其防护设计进行适当地加固,并且按照《关于通信线路防止电力线有害影响导则》上面所提出的各项具体要求,对整个光缆通信进行整体框架下的设计进行重点处理,并保证在这个系统内的电压限额数值不会超出实际应用的范围。
2电力系统自身光纤通信的强电防护思路构建
为了保证整个电力系统当中的光缆通信系统可以正常的使用和实践,我们要在当前电力系统构建下的光缆通信系统当中进行强电防护设计,并针对以下的方面进行加固设计,避免出现各种意外发生。首先,在进行电力系统框架下的光纤通信强电保护设计和构建的时候,在对整个强电防护的措施进行保证经济效益前提下的构建基础之上,应该优先选择具有金属材质的光纤通信材料框架并进行施工。但是如果我们采用直埋式光缆材料进行电力系统光纤配置时,为了保证光纤材料可以进行高效有序的方向辨别和寻找,我们就要对非金属的材料进行选择和施工,以保证效果,防止因为干扰造成的信息失真。其次,在进行非含铜金属材料的光缆通信系统进行强电防护的施工过程当中,为了保证让强电干扰的数值降到最低,就要对下面的几个方面进行处理:在光缆材料当中添加相应的金属构件,比如针对光缆防护的金属保护层,这样就可以大幅度降低电动势积累的情况出现,也对强电中光缆通信系统的影响和干预降到最低。其次,在光缆连通到变电站或者是发电厂之前,也要采用对应的强电屏蔽方式来保护整体的光缆材料不会受到强电的直接干扰,比如说,把光缆材料直接传入到铁管当中,并且把光缆的整体接地系统设置好。
3结语
正如前文所言,我们为了对电力系统当中的光缆通信系统进行高效的保护,使其能够正常的工作以及使用,就要对其进行光缆通信的系统强电防护构建保护设计,并在进行这种设计的同时,充分考虑实际需求,进行针对具体的型号、使用类型的强电防护。再结合实际使用情况的特点下,根据不同的材料进行不同性能的光缆材料制备和构架,并进行对应的强电防护构建和设计。在当前存在强电的前提构建下,保护电缆自身通信系统进行正常维持,并使得电缆自身不遭受超过正常电压数值的电压干扰,并且也要维护电缆自身通信系统的正常运行。
作者:高兰恩 单位:河北工程技术高等专科学校
关键词：轨道；绝缘材料；电路；红光带
1 概述
铁路轨道电路是列车运行的基础设施，也是铁路运行的安全保障，该电路由铁路轨道钢轨、引接线、轨道绝缘、轨端接续线、受电设备、送电设备等各个环节组成，承担着检查钢轨完整性、列车运行情况及控制信息的重要任务。钢轨是铁路电路的重要组成部分，钢轨直接铺设在地基上，容易受到外界因素的影响，如轨道与列车车轮的碰撞、轨道接头部位的连接情况，紧固的螺栓出现松动等，这些问题的出现将影响轨道电路的正常运行，使信号关闭，从而在车站室内的显示屏上出现红光带故障。轨道红光带若出现频率较大，就会降低铁路信号系统的可靠性，从而影响列车运行的安全性。因此，加强铁路轨道电路红光带故障的预防很有必要。
2 铁路轨道电路红光带故障产生原因
铁路轨道电路红光带故障的引发原因较为复杂，即包括客观因素，也包括主观因素，具体来说，主要有以下几方面的影响：
2.1 电气绝缘材质的问题 绝缘材质受损原因较多，一方面是使用过程中的磨损；列车在高速运行过程中，容易在有绝缘材料的两轨道端间出现毛刺或者飞边，影响绝缘材料的绝缘性能，造成轨道短路；另一方面是气候的影响。绝缘材料大部分为橡胶材料，高温的夏季容易老化，而低温的冬天容易脆化，都可能影响绝缘材料的绝缘性。
2.2 钢轨接头的问题 铁路钢轨的接头部位及固定部位多采用螺栓和螺丝固定，列车在行驶过程中，不断碾压、撞击钢轨，高速行驶下的撞击容易造成螺丝松动，从而损害绝缘材料；当高低温差较大，钢轨由于热胀冷缩导致产生窜轨，从而影响轨端绝缘材料的性能，绝缘层的破坏，可能造成电路红光带故障的发生。
2.3 人为因素影响 铁路运行部门为保障列车运行的安全性和稳定性，会定期对轨道电路区段进行检测，检修人员在使用机具、撬棍、铁丝等辅助工具时，可能由于操作不当会造成轨道封连或绝缘材料受损的状况，从而产生红光故障；轨道线路内若有易拉罐或其他金属物品没有及时清除，也可能造成轨道间的短路，从而发生红光带故障。
2.4 自然因素影响 当遇到雨、雪等自然因素影响时，道床泄露超标会引起轨面电压发生波动，影响铁路轨道电路运行的正常工作；如冬季为了防止冰冻灾害对轨道的影响，通常采取的措施是在轨道上撒盐，潮湿的盐导电性较强，降低道渣的电阻，从而影响轨道电路中电流的稳定性，轨道电路无法正常工作，也会产生红光带故障。
3 轨道电路红光带故障预防措施
铁路轨道电路红光带故障发生的原因是多方面的，主要包括自然因素、材料材质、人为因素等。电路红光带故障无法全部消除，但可以通过性能优质的材料、良好的施工技术、科学的养护管理预防轨道电路红光带故障的发生。
3.1 绝缘材料的质量控制 将列车进路上的绝缘材料更换为新型的陶瓷绝缘，以提高绝缘材料的性能；及时更换绝缘性能差的材料，如绝缘不良、老化或破损的路段应进行及时的更换处理，保障其绝缘性能；将钢轨绝缘鱼尾板处的连接以高强度螺栓替代，避免产生螺丝松动的现象；在地锚拉杆处使用高强度的绝缘垫片，避免螺丝太紧影响材料的绝缘性能；轨道绝缘处可采用粘连式整体绝缘的新型绝缘方式。
3.2 提高铁路铁轨的施工技术 随着科学技术的不断进步，长钢轨和无缝线路施工技术在铁路基础设施建设过程中得到广泛应用。该施工技术的使用，可有效减少轨道接头窜动现象的发生，从而减少因轨道窜动而引发的电路红光带故障。如ZPW-2000型无绝缘轨道电路，对于减少轨道电路红光带故障具有良好的效果。
3.3 提高铁路轨道电路的管理水平 铁路轨道电路的正常运行，离不开工务部门和电务部门的联合作用。在解决轨道电路红光带故障时，要对故障原因进行及时的排查，这就需要两个部门的密切合作。
首先，加强常规的检查力度。尤其是在每年的冬、夏两季来临之前，要对正线的轨端绝缘性能碱性全面的检测，发展问题及时解决，消除一切安全隐患；其次，加强正线或者重车线的巡视工作。在巡视过程中，应重点检查紧固螺丝或者螺栓的松紧度，防止螺丝过紧或者过松影响轨道电路的正常工作；加强轨端绝缘材料的巡视，巡视人员应严格按照标准进行日常巡视和重点环节的巡视，尤其是机车作业繁忙的地区，应加强巡视力度。最后，注意绝缘材料的选择。安装轨端绝缘材料时，可根据材料的软硬程度，进行不同的搭配，以保证使用性能及使用时间。一般做法为，在两个钢轨的轨端间隙采用尼龙绝缘和高强度绝缘，提高绝缘材料的承受性能。
3.4 提高工作人员的业务能力 首先，电务部门应对工作人员加强培训，提高工作人员处理红光带故障的业务水平及施工技术，防止因施工技术的失误导致红光带故障的发生。其次，提高工作人员的责任意识，使工作人员做好施工现场及轨道电路地区的清洁管理工作，避免废弃电线、铁丝等金属类导体对电路的干扰。总之，轨道电路红光故障的引发因素较多，电务部门应熟悉轨道电路的组成及特性，熟练掌握电路故障的处理方法，做好轨道电路的养护管理，保障铁路运输的安全性、稳定性、快捷性。
4 总结
铁路轨道电路红光带是较为常见的一种故障现象，造成红光带故障的原因是多方面的，如钢轨接触部门出现问题、绝缘材料绝缘性能下降、施工过程中的不当操作以及天气等都可能对轨道电路的正常工作造成影响。为减少轨道电路红光带故障发生几率，应通过新材料的使用，提高施工工艺水平，科学规范的养护管理以及各部门之间的密切配合等有效措施，预防轨道红光带故障的发生，保障轨道电路的安全运行，促进铁路运输事业的长远发展。
参考文献：
[1]芦南美.铁路轨道电路红光带的故障原因及解决措施[J].科技与企业，2015，09：210.
关键词还原石墨烯氧化物； 磷酸铋； 复合纳米材料； 光催化活性； 罗丹明B
1引 言
半导体材料由于能经济、高效的光催化降解环境中有机污染物而受到广泛关注[1，2]。在众多半导体材料中， TiO2具有化学稳定性好、无毒以及低成本等优势， 成为研究人员关注最多的光催化材料[1，3～5]。然而TiO2的电子空穴复合速率相对较快， 致使其光催化活性难以进一步提高， 不利于在环境分析检测中的应用[2，6]。因此， 亟需设计、合成新型催化剂以满足当前环境分析方面的需求。近年来出现的新型铋盐光催化剂拥有比商业TiO2（P25）更好的催化活性[7～16]。Pan等[8，9]首次报道了一种新型BiPO4催化剂， 具有较高的电子空穴对分离效率和PO3
Symbolm@@ 4的诱导效应， 其光催化活性是P25的2倍。此外， Bi2WO6类纳米材料在可见光区也展现出了高效的光催化活性[17～20]。这些研究成果为设计、合成新型铋盐光催化剂， 代替P25在环境科学领域的应用奠定了基础。
石墨烯是由单层碳原子堆积而成的一种碳材料， 具有高的导热和导电性能、大的比表面积以及良好的机械稳定性[21～24]， 而基于石墨烯的功能材料也得到了广泛而深入的研究[23～33]。Ng等[26]报道了利用可见光催化剂BiVO4还原石墨烯氧化物（Graphene oxide， GO）制备还原石墨烯氧化物/BiVO4（Reduced graphene oxideBiVO4， RGOBiVO4）复合纳米材料。与单纯的BiVO4相比， 复合材料能显著增强光解水效率。此外， 利用水热反应合成GOBi2WO6， 再经乙二醇还原得到的RGOBi2WO6复合纳米材料[30]对罗丹明B （Rh B）具有良好的光催化降解活性。然而通过一步法合成石墨烯/铋盐类材料并用于染料光催化降解的研究尚未见报道。
本研究采用一步溶剂热法制备RGOBiPO4纳米复合材料， 考察了此材料对Rh B染料分子的光催化降解性能。结果表明， 所合成材料的光催化活性明显优于单纯BiPO4材料， 形貌和组成等因素对复合材料的光催化活性有较大影响。
2实验部分
2.1仪器与试剂
TECNAI G2 20高分辨透射电子显微镜、XL30 ESEMFEG场发射扫描电子显微镜（美国FEI公司）； XRD数据由D8A ADVANCE（德国Bruker公司）在10°～80°（2θ）范围采集； XPS数据通过MK II X射线光电子能谱仪（英国Microlab公司）获得； T64000拉曼光谱仪（法国JY公司）； Cary 100紫外可见分光光度计（美国Varian公司）； 电化学阻抗谱（EIS）在Autolab/PGSTAT 302N电化学工作站（瑞士万通公司）上获得。
石墨粉购自Alfa Aesar公司。Bi（NO3）3・5H2O、NaH2PO4・2H2O和甘油（北京化学试剂厂）。如无特殊说明， 其它试剂均为分析纯。实验用水为三次蒸馏水。
2.2实验方法
2.2.1石墨烯氧化物的制备采用改进的Hummers法合成GO[34]， 称取100 mg GO放入F形瓶中， 向锥形瓶中加入100 mL去离子水， 超声处理2 h， 得到均匀的GO溶液（1 mg/mL）。
2.2.2RGOBiPO4的制备在磁力搅拌下， 在45 mL甘油/GO（ 3.2 mg）混合溶液中加入1 mmol Bi（NO3）3・5H2O， 持续搅拌1 h后， 加入1 mmol NaH2PO4・2H2O， 再继续搅拌1 h。将混合物转移到有聚四氟乙烯内衬的反应釜里密封， 200℃下反应1 h， 离心， 沉淀分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤数次， 60℃干燥。在相同条件下制备BiPO4纳米材料。
2.2.3光催化活性测定室温条件下， 在自制的光化学反应器内分别加入0.04 g催化剂粉末和40 mL 1×10Symbolm@@ 5 mol/L Rh B溶液。在光降解前， 混合悬浮液先超声处理5 min， 然后在暗处搅拌30 min， 以达到吸附平衡。光催化反应在3 W紫外灯下进行。在设定的时间间隔内， 取适量悬浮液， 6000 r/min离心5 min。通过紫外可见光谱测定Rh B的剩余量。
2.2.4电化学测试取0.5 mg/mL的BiPO4或RGOBiPO4溶液5 μL， 分别滴涂到玻碳电极（GCE）表面， 室温干燥。将5 μL 0.2% Nafion滴涂在电极表面， 红外灯下烘干， 备用。以Ag/AgCl为参比电极， Fe（CN）
3结果与讨论
3.1合成材料的形貌表征
利用扫描电镜和透射电镜对所制备样品的形貌进行表征。由图1A和图1B可见， BiPO4呈蚕茧状， 均匀地分散在RGO的表面， 平均直径在100～150 nm之间（图1B）。TEM图像进一步确认了BiPO4和RGO之间的致密结构（图1C和1D）， 该结构有利于BiPO4和RGO之间的电子转移。对比扫描和透射电镜图发现， RGO的存在对BiPO4纳米颗粒的形貌和尺寸影响不大。
3.2材料的组成表征
BiPO4和RGOBiPO4纳米复合材料的XRD表征结果如图2所示。由图2A可见， 石墨烯氧化物在11.6°处有一个尖J的衍射峰， 表明天然石墨被氧化为石墨烯氧化物[35]。由图2B中纯BiPO4的衍射峰位置可知其为六方晶形（JCPDS： 150766）， 而RGOBiPO4的衍射峰与纯BiPO4类似（图2C）， 未观察到石墨烯氧化物的特征衍射峰。上述结果表明， 石墨烯氧化物能够被甘油所还原， 石墨烯氧化物的引入并未引发新相的形成。
由XPS谱（图3）可知所制备材料的元素组成和结合能。由图3C可见， 所合成的复合材料含有4种元素C、O、P和Bi， GO的C1s谱（图3B）中的284.5， 285.6， 286.7和288.4 eV分别对应CC、CO（羟基）、CO（环氧/烷氧）和CO功能基团中的碳原子。RGOBiPO4的C1s谱（图3C）同样包含上述4个峰， 但环氧/烷氧碳原子的峰强度与GO相比降低很多， 表明GO被甘油还原。比较BiPO4和RGOBiPO4中Bi 4f（图3E）和P 2P谱（图3F）发现， 复合材料中两种元素的峰位置都略右移（图3E， F）， 这可能是由于复合材料中RGO和BiPO4的能带结构产生了杂化， 导致其结合能发生变化。
处有两个强峰， 分别对应无定形碳（D带）和sp2杂化的石墨碳（G带）， 两种晶型碳元素的峰强度比值D/G=1.6。然而在RGOBiPO4中， D/G=1.3， 表明复合材料中石墨碳的比例增加， 间接证明了石墨烯氧化物中的含氧基团被还原， 这与文献[36]报道的结果一致。
紫外可见光谱（图5）分析进一步确认了上述表征结果， GO在229 nm处有一个很强的特征吸收， 而复合材料在此处的吸收峰消失， 表明GO被有效还原为RGO。另外， 复合材料中BiPO4的特征吸收峰和单纯BiPO4的相比向长波方向移动， 可能是由于RGO和BiPO4之间的相互作用而导致的。
3.3BiPO4和RGOBiPO4的光催化性能测试
以RhB为光催化模型分子， 考察了BiPO4和RGOBiPO4的光催化活性， 结果如图6所示。由图6A可知， 随着紫外光照射时间延长， RhB的紫外吸收强度逐渐下降， 表明RhB被RGOBiPO4降解， 在2 h内被降解了87.5%。而无紫外光照射时， 仅有少量的RhB被RGOBiPO4吸附。在相同的条件下， RhB仅被BiPO4降解了45.7%。上述结果表明， RGOBiPO4比BiPO4具有更高的光催化活性， 和已报道的铋盐类光催化材料的催化性能大致相当[7，16]。
3.4RGOBiPO4复合材料的光催化机理
基于上述实验结果和RGOBiPO4复合材料的物理和电化学性质， 提出了一种可能的光催化降解机制（图7）。BiPO4的光学间接带隙为3.85 eV， 在紫外光的照射下产生电子空穴对， 而石墨烯和BiPO4导带的平带电位相对于NHE分别为中的电子生成・OH而氧化降解RhB[16， 37]。因此， 石墨烯的引入可以有效地促进半导体材料的电荷分离， 提高了复合材料的光催化活性。RGOBiPO4和BiPO4的电化学阻抗谱测量结果也从另一侧面支持了这种推测。由图8可知， 与BiPO4相比， 复合材料的极化电阻比明显减小， 表明材料的电荷转移阻抗降低， 有利于电荷有效分离。另外， BiPO4和RGO之间的紧密结构也有利于界面电荷转移， 抑制光生电子空穴对的复合， 这可能是复合材料光催化活性增强的另一个重要原因。因此， 石墨烯作为电子受体和传输媒介， 有利于光诱导电荷的快速分离和抑制光生电子空穴对的复合， 进而提高了复合材料的光催化活性。
References
1Fox M A， Dulay M T. Chem. Rev.， 1993， 93（1）： 341-357
2Linsebigler A L， Lu G Q， Yates J T. Chem. Rev.， 1995， 95（3）： 735-758
3Al-Qaradawi S， Salman S R. J. Photochem. Photobiol. A， 2002， 148（13）： 161-168
4Schneider J， Matsuoka M， Takeuchi M， Zhang J L， Horiuchi Y， Anpo M， Bahnemann D W. Chem. Rev.， 2014， 114（19）： 9919-9986
5Lang X J， Ma W H， Chen C C， Ji H W， Zhao J C. Acc. Chem. Res.， 2014， 47（2）： 355-363
6Yu J G， Yu J C， Cheng B， Hark S K， Iu K. J. Solid State Chem.， 2003， 174（2）： 372-380
7Shi R， Huang G L， Lin J， Zhu Y F. J. Phys. Chem. C， 2009， 113（45）： 19633-19638
8Pan C S， Zhu Y F. Environ. Sci. Technol.， 2010， 44（14）： 5570-5574
9Pan C S， Zhu Y F. J. Mater. Chem.， 2011， 21（12）： 4235-4241
10Xie H D， Shen D Z， Wang X Q， Shen G Q. Mater. Chem. Phys.， 2007， 103（23）： 334-339
11Zhu J， Wang J G， Bian Z F， Cao F G， Li H X. Res. Chem. Intermed.， 2009， 35（67）： 799-806
12Tang J W， Zou Z G， Ye J H. Catal. Lett.， 2004， 92（12）： 53-56
13Yu J G， Xiong J F， Cheng B， Yu Y， Wang J B. J. Solid State Chem.， 2005， 178（6）： 1968-1972
14Wang C Y， Zhang H， Li F， Zhu L Y. Environ. Sci. Technol.， 2010， 44（17）： 6843- 6848
15Fu H B， Zhang S C， Xu T G， Zhu Y F， Chen J M. Environ. Sci. Technol.， 2008， 42（6）： 2085-2091
16Chen L， He J， Liu Y， Chen P， Au C T， Yin S F. Chinese J. Catal.， 2016， 37（6）： 780-791
17Zhang L S， Wang W Z， Zhou L， Xu H L. Small， 2007， 3（9）： 1618-1625
18Tian J， Sang Y Y， Yu G W， Jiang H D， Mu X N， Liu H. Adv. Mater.， 2013， 25（36）： 5075-5080
19Fu H B， Pan C S， Yao W Q， Zhu Y F. J. Phys. Chem. B， 2005， 109（47）： 22432-22439
20Fu H B， Zhang L W， Yao W Q， Zhu Y F. Appl. Catal. B， 2006， 66（12）： 100-110
21Balandin A A， Ghosh S， Bao W， Calizo I， Teweldebrhan D， Miao F， Lau C N. Nano Lett.， 2008， 8（3）： 902-907
22Bonaccorso F， Colombo L， Yu G H， Ferrari A C， Ruoff R S， Pellegrini V. Science， 2015， 347（6217）： UNSP 1246501
23Stoller M D， Park S， Zhu Y， An J， Ruoff R S. Nano Lett.， 2008， 8（10）： 3498-3502
24Lee C G， Wei X D， Kysar J W， Hone J. Science， 2008， 321： 385-388
25Gao E P， Wang W Z， Shang M， Xu J H. Phys. Chem. Chem. Phys.， 2011， （13）： 2887-2893
26Ng Y H， Iwase A， Kudo A， Amal R. J. Phys. Chem. Lett.， 2010， 1（17）： 2607-2612
27Zhu C Z， Guo S J， Wang P， Xing L， Fang Y X， Zhai Y M， Dong S J. Chem. Commun.， 2010， （46）： 7148-7150
28Akhavan O， Ghaderi E. J. Phys. Chem. C， 2009， 113（47）： 20214-20220
29Zhang X Y， Li H P， Cui X L， Lin Y H. J. Mater. Chem.， 2010， （20）： 2801-2806
30Xiang Q J， Yu J G， Jaroniec M. Chem. Soc. Rev.， 2012， 41（2）： 782-796
31Liu J， Bai H， Wang Y， Liu Z， Zhang X， Sun D. D. Adv. Funct. Mater.， 2010， 20（23）： 4175-4181
32Zhang H， Lv X， Li Y， Wang Y， Li J. ACS Nano， 2009， 4（1）： 380-386
33Pan B， Wang Y， Liang Y Y， Luo S J， Su W Y， Wang X X. Int. J. Hydrogen Ener.， 2014， 39（25）： 13527-13533
34Li Y， Wu Y. J. Am. Chem. Soc.， 2009， 131（16）： 5851-5857
35McAllister M J， Li J L， Adamson D H， Schniepp H C， Abdala A A， Liu J， HerreraAlonso M， Milius D L， Car R， Prud′homme R K， Aksay I A. Chem. Mater.， 2007， 19（18）： 4396-4404
36Chen Y， Zhang X， Yu P， Ma Y. Chem. Commun.， 2009， （30）： 4527-4529
37Lv Y H， Zhu Y Y， Zhu Y F. J. Phys. Chem. C， 2013， 117（36）： 18520-18528
