1、氧化鎢是一類非常重要的光學材料，具有熱致變色，光致變色，電致變色，氣致變色等特性，以及在節(jié)能環(huán)保，氣敏傳感，光催化，光電轉(zhuǎn)換，超導，負膠材料(電子束刻蝕)等領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。
　　 本博士論文首先綜述了氧化鎢薄膜材料的各種變色現(xiàn)象及其相關(guān)器件的應用，并且詳細討論了氧化鎢薄膜的氣致變色效應和氧化鎢納米材料光致發(fā)光現(xiàn)象上存在的具有爭議的問題。論文進而重點介紹在氧化鎢納米線薄膜的光學特性方面開展的基礎(chǔ)性研究，主要包括氧化鎢納米線

2、薄膜的氣致變色效應及其機理的研究，穩(wěn)態(tài)光致發(fā)光光譜及其機理研究，超熒光發(fā)射及其理論模型等方面。本論文的主要工作和取得的研究成果，可概述如下:
　　 1.發(fā)展了WO3納米線薄膜氣致變色物理模型，提出了氣致變色過程中結(jié)構(gòu)水和氧空位共同存在WO3納米線之中，由此產(chǎn)生的缺陷帶對變色的光學過程有直接影響。針對WO3薄膜的氣致變色效應在物理機理上存在的爭議問題，系統(tǒng)地研究了WO3納米線薄膜氣致變色前后，材料的物質(zhì)結(jié)構(gòu)、光學特性以及電子能帶結(jié)

3、構(gòu)三方面的變化。根據(jù)實驗結(jié)果，發(fā)展了WO3納米線氣致變色物理模型，提出如下新見解:注入材料中的氫原子，會跟WO3晶體中的氧離子發(fā)生反應，形成結(jié)構(gòu)水分子和氧空位，共存于納米線的體內(nèi)。還在實驗上證實了納米線內(nèi)的結(jié)構(gòu)水在真空和Ar氣的保護下，可以通過加熱的方式被排出材料之外。另外，根據(jù)ⅫS的分析可知，結(jié)構(gòu)水和氧空位共存于納米線體內(nèi)，會引起在材料的帶隙中出現(xiàn)一個缺陷帶，圍繞于這個缺陷帶的各種光學吸收過程，正是引起納米線薄膜變色的直接原因。

4、>　　 2.通過改進制備工藝和測量方法，實現(xiàn)了WO3納米線薄膜毫秒數(shù)量級的超快速氣致變色過程，并且發(fā)展了兩種能夠較為準確記錄毫秒數(shù)量級變色響應過程的光學測量和電學測量的方法。如此快速的變色響應過程之前未見報道。同時，還研究了超快速變色的響應時間與薄膜工作溫度的關(guān)系，觀察到了變色的響應時間強依賴于工作溫度的結(jié)果。
　　 3.在WO3納米線薄膜的快速變色過程中觀察到了自加熱效應，并且對其發(fā)生的機制進行了系統(tǒng)的研究。這一效應之前未見

5、報道。在研究氣致變色過程涉及到物理和化學過程的基礎(chǔ)上，提出了著色和褪色的整個過程實際上是一個催化燃燒的放熱過程。還進一步指出，當系統(tǒng)的放熱速率大于環(huán)境的散熱速率時，自加熱效應就會產(chǎn)生。由于環(huán)境的散熱速率與樣品所在的環(huán)境的溫度有關(guān)，這就能解釋在實驗上觀察到當樣品的工作溫度較高時，自加熱效應比較容易發(fā)生的原因。
　　 4.在氧化鎢納米材料的發(fā)光機理的研究方面，在WO3-x納米線薄膜的光致發(fā)光光譜中觀察到兩個寬的發(fā)光帶，其中包括中心波

6、長為395 nm的紫外發(fā)射帶和中心波長為460 nm的藍光發(fā)射帶，并且從實驗上證明了WO3-x納米線薄膜的藍光發(fā)光帶歸屬于WO3的本征發(fā)光，而紫外發(fā)射帶歸屬于材料中氧空位引起缺陷態(tài)的發(fā)光，而且這個缺陷態(tài)是進入WO3導帶中的一個共振態(tài)。另外，還發(fā)現(xiàn)紫外發(fā)射帶的發(fā)光強度與激發(fā)的波長具有強的依賴關(guān)系，并且通過一個簡單的能帶結(jié)構(gòu)模型較好地解釋了上述的實驗現(xiàn)象。
　　 5.觀察到WO3-x(X<0.1)納米線薄膜的超熒光現(xiàn)象及其在皮秒時間

7、尺度下的能量傳遞過程。在波長為320 nm，脈寬為160 fs的超快脈沖激光的激發(fā)下，WO3-x納米線薄膜的紫外發(fā)射具有超熒光的特點，其中包括發(fā)光強度與泵浦光強度的非線性關(guān)系，輻射光的脈寬與泵浦光強度的依賴關(guān)系，以及在輻射過程中的頻移效應。更值得指出的是，超熒光在皮秒尺度的超快動力學過程和三峰的精細光譜結(jié)構(gòu)首次被高時間分辨率的條紋相機和高波長分辨率的光譜儀清晰地記錄了下來。這些結(jié)果之前未見報道。
　　 6.在超熒光的理論研究方面