357 猜想,得证!(求订阅)
这台温度控制器是段云用来测试热电器件的,精度很高,升温程序也很精细.
一共有三个大档次,即快、中、慢。
每个大档次都有从1到9的九个小档次,分别对应于不同的加热功率。
如果是快9档,升温速度就是刷刷的,如果是慢1档,可能就是蜗牛般的升温速度。
热电偶是独立放在样品旁边的,近似真空的环境下,热传导很慢,温度的显示会滞后于升温操作。
也就是说,实验的主要难点就是控温。
必须要让液氮舱中液氮带走的热量和加热器提供的热量两者抵消掉,温度才能稳定下来。
当然,做到完全精准那是不可能的。
一定的实验误差还是可以允许的,比如测试点为120K,那么测试过程中的温度波动在-之间,都是可以接受的。
当前温度传感器现实的温度是,降温幅度已经非常慢了,以的幅度在下降。
许秋检查了一下石英窗口,没有雾气,表明内部的真空度仍然比较高,便再次将液氮加满,然后把低温装置放入PL仪器中。
从现在开始,就需要进行连续测试。
一旦中途以任何形式被打断,包括液氮完全漏光,低温装置被移动,或是石英窗口起雾,都需要重头开始测试,前面测试的数据只能舍去。
打个比方,第一次以5K间隔,测试了从120K到145K的六个样品点,当测150K的时候,石英窗口突然起雾,那接下来的测试结果肯定就不准确了,强行继续测试的话,拟合最后得到的可能就是一根曲线了,而本来应该是直线的。
不仅如此,重新测试时也不能直接从150K开始,必须从120K开始,不然沿用之前的数据,很可能出现两组数据不匹配,在150K的地方出现断层现象,新旧数据本来应该在一条直线上,现在变成了两条直线。
许秋开启升温程序,用功率最低的慢1档进行试水,目标温度设置为为120K。
刚开始的时候,温度仍然在慢慢的降低,大约一分钟后,温度开始以、的幅度回升。
许秋暗自庆幸,看来这慢1档的功率也不小。
不过,想想也很正常,毕竟现在内部是在120K左右的低温下,只要稍微加加热,温度就会起飞。
许秋很有耐心,就看着温度慢慢爬升了五分钟,终于达到120K。
加热器自动停止工作,余热让温度继续往上冲了一些,随后慢慢回落,又慢慢往上冲,最终稳定在120K左右,偏差值小于,工作原理有些类似于普通的加热台,只是现在这个控温的进度更加高一些。
温度在120K的地方稳定了三分钟后,许秋开始测试,连续测试了五组PL数据。
PL结果略有波动,但波动的幅度不大,在10%以内。
继续升温,许秋这回将升温程序设置为慢2档,过了四分多钟,温度稳定在125K,他再次测试五组数据。
130K、135K、140K……
随着温度的提升,许秋同时也不断的提升着加热速率,慢3档、慢4档……
同时中途他还额外加了三次液氮。
最终,从下午一点半一直测到晚上八点,许秋拿到了从120K到200K的数据,共计17组,85个数据。
从头到尾,几乎没有喘息的机会,需要时刻关注着温度的变化情况,就连晚饭许秋都是在旁边的办公室吃外卖解决的。
没办法,升温要五分钟,稳定温度要三分钟,测试要五分钟,这还是理想状态,如果中途额外加液氮的话,升温速率就会显著变慢。
好在这次实验中途没有出现液氮完全漏光、低温装置被移动,或是石英窗口起雾等事件,算是连续测试完成。
当然,在拟合数据结果没出来前,也不能完全确定实验就成功了。
万一测试结果极度不合理,那就可能是实验过程中出现了未知的问题。
许秋关闭仪器,把低温装置放在一个角落里,打开液氮舱的阀门。
低温装置液氮舱里面的液氮,许秋暂时没有处理,就让它慢慢挥发。
理论上直接倒出来,也不是不行,但没必要,反正只要敞着口,等明天过来,液氮肯定就跑光了。
回到办公室,许秋开始处理数据。
根据公式进行拟合。
横坐标是1/kBT,kB是玻尔兹曼常数,T是温度。
纵坐标是ln(I0/I(T)-1),I0是最低温度下的PL强度,I(T)是对应温度下的PL强度。
因为温度越低,荧光强度越高,所以I0是所有PL强度数据中最大的,I0/I(T)一定大于1,对数的底数恒为正值。
计算I(T)的方式有两种,一种是直接取PL结果单一波长下的最大强度值,另外一种是对全波长范围内的PL强度进行积分,得到积分强度。
理论上,两种结果都是一样的,第二种积分的方法可能误差会小一些。
许秋想了想,还是选择了第一种比较简单的方式。
如果拟合结果正常,那就皆大欢喜,如果拟合结果不正常,那再试一试第二种方式。
17组85个PL数据,每个温度条件下,排除奇异点后取均值,然后计算、线性拟合。
最终,线性拟合的斜率为负,线性相关系数R为。
表明ITIC的激子结合能为电子伏特,或117毫电子伏特。
理论方面的分析,通常都比较麻烦,不似做材料,比较简单直接,数值是多少就是多少。
在拿到激子结合能之后,还需要进行进一步的拟合,得到常温条件下,激子自发拆分为自由电荷的比例随激发态密度的变化曲线。
这个公式就比较复杂了,涉及到近10个物理量。
许秋参照文献一番操作……
最终的结论就是:在300K温度,正常太阳光照度,即激发态粒子密度为1E12到1E14每立方厘米的条件下,有80%以上的激子会自发的转变为自由电荷。
“猜想,得证!”看到这个结果后,许秋轻松的呼出一口气,不枉费他花了几天的时间查资料、测试,终于拿到了想要的结果。
此时,韩嘉莹和邬胜男都在张疆,莫文琳在里间实验室做实验,只有陈婉清坐在许秋旁边,码字肝文章。
在听到许秋的动静后,学姐好奇的凑了过去,看着许秋电脑桌面上的ORIGN软件,询问道:“今天测试的结果怎么样?”
许秋神色轻松,说道:“ITIC的激子结合能,我算出来的结果是117毫电子伏特,和我之前预测的一样,进一步的分析表明,有机光伏器件正常工作条件下,有80%以上的激子会自发的转变为自由电荷,这样就可以证明为什么ITIC系列非富勒烯材料不需要‘驱动力’就可以实现电荷输运……”
“哇,这可是一个重大的发现啊。”陈婉清当即听出来这个结论的重要性,虽然她实验方面相对一般,但在文献阅读方面可不比许秋差多少。
学姐顿了顿,继续说道:“之前只是猜想,现在这个结果一出,那就是实锤了,不过这个结论偏物理一些,你打算发什么文章?”
许秋淡定说道:“我打算整合几个亮点,搞一篇大文章。”
“大文章?NC嘛?”陈婉清歪了歪头,犹豫道:“该不会……是想发《自然》大子刊吧?”
“bingo!”许秋打了个响指,解释道:“之后要是激子扩散距离测试也能获得一个不错的结论,再配合一个高效率13%的体系,就有机会冲一波《自然·能源》或是《焦耳》。”
“原来是新刊呀,那倒是机会大一些,”陈婉清先是点点头,随后话锋一转:“不过,新体系的效率你有信心能做到13%?”
目前,组里明面上的最高效率体系,是学姐的IEICO-4F体系,效率为%。
但实际上,许秋这边的早已经做到了%,哪怕现实中无法完全重复出来,J2:IDIC-4F体系的效率达到13%也应该不难。
当然,这种事情许秋也没办法细讲,他就随意找了个借口,说道:“之前IDIC体系表现不错,优化后性能提升的几率很高,而且学妹那边不也要开发J2、J3给体嘛,说不定两两组合,效率就突破了呢。”
“嗯,肯定可以的!”陈婉清鼓励道,她的内心也是很希望许秋能够走到更远。
一方面,她能有现在的学术成果,许秋的帮助占了很大的比重;另一方面,她也是有一种“把科研梦想寄托在许秋身上完成”的意味在里面。
暑假期间,陈婉清想了很久,最后认识到自己并不适合在学术圈继续发展。
选择国内土博后的话,发展空间又有限,毕竟现在科研圈整体红海的情况,一直在提高准入门槛,都在强调海外工作经历。
像许秋这样成果斐然的,那自然海外经历不经历的都不重要,毕业留校肯定没有问题,但她现在这情况,高不成低不就的,最终的结局,还是要么去国外找博后岗,要么出国当两年访问学者。
要是出国找个博后,基本上很难遇到许秋这样的大腿,大概率原形毕露……
这也是她最终主动找到蓝河的原因。
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一共有三个大档次,即快、中、慢。
每个大档次都有从1到9的九个小档次,分别对应于不同的加热功率。
如果是快9档,升温速度就是刷刷的,如果是慢1档,可能就是蜗牛般的升温速度。
热电偶是独立放在样品旁边的,近似真空的环境下,热传导很慢,温度的显示会滞后于升温操作。
也就是说,实验的主要难点就是控温。
必须要让液氮舱中液氮带走的热量和加热器提供的热量两者抵消掉,温度才能稳定下来。
当然,做到完全精准那是不可能的。
一定的实验误差还是可以允许的,比如测试点为120K,那么测试过程中的温度波动在-之间,都是可以接受的。
当前温度传感器现实的温度是,降温幅度已经非常慢了,以的幅度在下降。
许秋检查了一下石英窗口,没有雾气,表明内部的真空度仍然比较高,便再次将液氮加满,然后把低温装置放入PL仪器中。
从现在开始,就需要进行连续测试。
一旦中途以任何形式被打断,包括液氮完全漏光,低温装置被移动,或是石英窗口起雾,都需要重头开始测试,前面测试的数据只能舍去。
打个比方,第一次以5K间隔,测试了从120K到145K的六个样品点,当测150K的时候,石英窗口突然起雾,那接下来的测试结果肯定就不准确了,强行继续测试的话,拟合最后得到的可能就是一根曲线了,而本来应该是直线的。
不仅如此,重新测试时也不能直接从150K开始,必须从120K开始,不然沿用之前的数据,很可能出现两组数据不匹配,在150K的地方出现断层现象,新旧数据本来应该在一条直线上,现在变成了两条直线。
许秋开启升温程序,用功率最低的慢1档进行试水,目标温度设置为为120K。
刚开始的时候,温度仍然在慢慢的降低,大约一分钟后,温度开始以、的幅度回升。
许秋暗自庆幸,看来这慢1档的功率也不小。
不过,想想也很正常,毕竟现在内部是在120K左右的低温下,只要稍微加加热,温度就会起飞。
许秋很有耐心,就看着温度慢慢爬升了五分钟,终于达到120K。
加热器自动停止工作,余热让温度继续往上冲了一些,随后慢慢回落,又慢慢往上冲,最终稳定在120K左右,偏差值小于,工作原理有些类似于普通的加热台,只是现在这个控温的进度更加高一些。
温度在120K的地方稳定了三分钟后,许秋开始测试,连续测试了五组PL数据。
PL结果略有波动,但波动的幅度不大,在10%以内。
继续升温,许秋这回将升温程序设置为慢2档,过了四分多钟,温度稳定在125K,他再次测试五组数据。
130K、135K、140K……
随着温度的提升,许秋同时也不断的提升着加热速率,慢3档、慢4档……
同时中途他还额外加了三次液氮。
最终,从下午一点半一直测到晚上八点,许秋拿到了从120K到200K的数据,共计17组,85个数据。
从头到尾,几乎没有喘息的机会,需要时刻关注着温度的变化情况,就连晚饭许秋都是在旁边的办公室吃外卖解决的。
没办法,升温要五分钟,稳定温度要三分钟,测试要五分钟,这还是理想状态,如果中途额外加液氮的话,升温速率就会显著变慢。
好在这次实验中途没有出现液氮完全漏光、低温装置被移动,或是石英窗口起雾等事件,算是连续测试完成。
当然,在拟合数据结果没出来前,也不能完全确定实验就成功了。
万一测试结果极度不合理,那就可能是实验过程中出现了未知的问题。
许秋关闭仪器,把低温装置放在一个角落里,打开液氮舱的阀门。
低温装置液氮舱里面的液氮,许秋暂时没有处理,就让它慢慢挥发。
理论上直接倒出来,也不是不行,但没必要,反正只要敞着口,等明天过来,液氮肯定就跑光了。
回到办公室,许秋开始处理数据。
根据公式进行拟合。
横坐标是1/kBT,kB是玻尔兹曼常数,T是温度。
纵坐标是ln(I0/I(T)-1),I0是最低温度下的PL强度,I(T)是对应温度下的PL强度。
因为温度越低,荧光强度越高,所以I0是所有PL强度数据中最大的,I0/I(T)一定大于1,对数的底数恒为正值。
计算I(T)的方式有两种,一种是直接取PL结果单一波长下的最大强度值,另外一种是对全波长范围内的PL强度进行积分,得到积分强度。
理论上,两种结果都是一样的,第二种积分的方法可能误差会小一些。
许秋想了想,还是选择了第一种比较简单的方式。
如果拟合结果正常,那就皆大欢喜,如果拟合结果不正常,那再试一试第二种方式。
17组85个PL数据,每个温度条件下,排除奇异点后取均值,然后计算、线性拟合。
最终,线性拟合的斜率为负,线性相关系数R为。
表明ITIC的激子结合能为电子伏特,或117毫电子伏特。
理论方面的分析,通常都比较麻烦,不似做材料,比较简单直接,数值是多少就是多少。
在拿到激子结合能之后,还需要进行进一步的拟合,得到常温条件下,激子自发拆分为自由电荷的比例随激发态密度的变化曲线。
这个公式就比较复杂了,涉及到近10个物理量。
许秋参照文献一番操作……
最终的结论就是:在300K温度,正常太阳光照度,即激发态粒子密度为1E12到1E14每立方厘米的条件下,有80%以上的激子会自发的转变为自由电荷。
“猜想,得证!”看到这个结果后,许秋轻松的呼出一口气,不枉费他花了几天的时间查资料、测试,终于拿到了想要的结果。
此时,韩嘉莹和邬胜男都在张疆,莫文琳在里间实验室做实验,只有陈婉清坐在许秋旁边,码字肝文章。
在听到许秋的动静后,学姐好奇的凑了过去,看着许秋电脑桌面上的ORIGN软件,询问道:“今天测试的结果怎么样?”
许秋神色轻松,说道:“ITIC的激子结合能,我算出来的结果是117毫电子伏特,和我之前预测的一样,进一步的分析表明,有机光伏器件正常工作条件下,有80%以上的激子会自发的转变为自由电荷,这样就可以证明为什么ITIC系列非富勒烯材料不需要‘驱动力’就可以实现电荷输运……”
“哇,这可是一个重大的发现啊。”陈婉清当即听出来这个结论的重要性,虽然她实验方面相对一般,但在文献阅读方面可不比许秋差多少。
学姐顿了顿,继续说道:“之前只是猜想,现在这个结果一出,那就是实锤了,不过这个结论偏物理一些,你打算发什么文章?”
许秋淡定说道:“我打算整合几个亮点,搞一篇大文章。”
“大文章?NC嘛?”陈婉清歪了歪头,犹豫道:“该不会……是想发《自然》大子刊吧?”
“bingo!”许秋打了个响指,解释道:“之后要是激子扩散距离测试也能获得一个不错的结论,再配合一个高效率13%的体系,就有机会冲一波《自然·能源》或是《焦耳》。”
“原来是新刊呀,那倒是机会大一些,”陈婉清先是点点头,随后话锋一转:“不过,新体系的效率你有信心能做到13%?”
目前,组里明面上的最高效率体系,是学姐的IEICO-4F体系,效率为%。
但实际上,许秋这边的早已经做到了%,哪怕现实中无法完全重复出来,J2:IDIC-4F体系的效率达到13%也应该不难。
当然,这种事情许秋也没办法细讲,他就随意找了个借口,说道:“之前IDIC体系表现不错,优化后性能提升的几率很高,而且学妹那边不也要开发J2、J3给体嘛,说不定两两组合,效率就突破了呢。”
“嗯,肯定可以的!”陈婉清鼓励道,她的内心也是很希望许秋能够走到更远。
一方面,她能有现在的学术成果,许秋的帮助占了很大的比重;另一方面,她也是有一种“把科研梦想寄托在许秋身上完成”的意味在里面。
暑假期间,陈婉清想了很久,最后认识到自己并不适合在学术圈继续发展。
选择国内土博后的话,发展空间又有限,毕竟现在科研圈整体红海的情况,一直在提高准入门槛,都在强调海外工作经历。
像许秋这样成果斐然的,那自然海外经历不经历的都不重要,毕业留校肯定没有问题,但她现在这情况,高不成低不就的,最终的结局,还是要么去国外找博后岗,要么出国当两年访问学者。
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