温度对氟氧化物玻璃陶瓷中Tm3+荧光强度的影响

采用不同波长的红色脉冲光, 激发镶嵌有LaF₃:Tm³⁺纳米晶体颗粒的透明氟氧化物玻璃陶瓷样品, 测量了不同环境温度下样品的荧光发射谱, 记录了荧光发射强度随环境温度的变化规律.实验结果显示, 在643.2 nm 脉冲光激发下, 上转换454 nm 在100~200 K 的温度范围内有很强的荧光发射, 并且荧光强度随着环境温度的降低先增强而后减弱; 当采用656.0 和638.0 nm 脉冲光激发样品时, 上转换荧光发射强度随环境温度的降低而逐渐增强, 其中643.2 和638.0 nm 脉冲光激发下的上转换效率高于656.0 nm 激发时的结果, 表明波长接近于激发态吸收的激发光泵浦样品时, 更容易实现Tm³⁺的频率上转换. 最后, 从基质声子分布特点等方面对实验结果给出了合理的解释.     

反铁电/铁电相界附近PbLa(Zr,Sn,Ti)O3陶瓷性能研究

采用固相烧结工艺制备了位于反铁电/铁电(AFE/FE)相界附近两个组分的PbLa(Zr,Sn,Ti)O₃ (PLZST)陶瓷样品. 研究了电场作用下样品的电致伸缩效应及等静压力对反铁电/铁电相界附近PLZST陶瓷相变、介电性能的影响. 在交变电场作用下, 两个样品总应变量分别达到0.21%及0.13%. 随着等静压力的增加, 反铁电PLZST陶瓷铁电/反铁电转变温度降低, 反铁电/顺电转变温度上升; 随着等静压力的增加, PLZST铁电陶瓷铁电/顺电转变温度降低.     

偏置电场诱导的PLZST反铁电介电弛豫现象

在不同偏置电场和频率下测量了(Pb_0.94La_0.04)(Zr_0.5Sn_0.3Ti_0.2)O₃陶瓷的介电温谱, 观察到电场诱导的反铁电介电弛豫现象. 电场越大, 反铁电介电频率色散越强; 反铁电与铁电态之间的相互竞争与共存引起材料内部纳米尺度的结构无序, 这被认为是反铁电介电弛豫的物理起源.     

高电阻率碳化硅陶瓷高效电火花铣削技术研究

采用分组脉冲电源对电阻率为500 Ω·cm的碳化硅陶瓷进行电火花铣削加工, 该方法能够提高加工的稳定性和脉冲利用率, 较大地提高了材料去除率, 最高材料去除率可达72.9 mm³/min. 对高频脉冲宽度、高频脉冲间隔、峰值电压、峰值电流、加工极性、电极转速以及低频脉冲频率等对碳化硅电火花加工工艺效果的影响进行了试验研究与理论分析, 得到了相应的规律关系. 采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)分析、能谱分析(EDS)和硬度测试仪等对电火花铣削加工后碳化硅陶瓷工件表面的微观结构特性进行了测试与分析. 结果表明: 采用钢电极电火花铣削加工后碳化硅陶瓷工件表面的晶粒平均尺寸小于加工前表面的晶粒平均尺寸, 加工后表面含有少量的铁元素, 其硬度高于加工前材料的硬度.     

Pb(Zr, Sn, Ti)O3反铁电-铁电陶瓷热释电谱

改性Pb(Zr,Sn,Ti)O₃ 反铁电-铁电陶瓷存在着多种晶体结构, 随着温度变化会发生相变而影响材料的性能. 研究了铌改性Pb(Zr,Sn,Ti)O₃反铁电-铁电陶瓷温度诱导相变中的热释电效应. 结果表明, 温度诱导相变引起电荷突变形成尖锐的热释电峰, 热释电峰的形状和位置取决于相变的类型和温度. 组分和初相态变化导致的不同相态变化过程形成峰形和峰位不同的热释电谱. 热释电谱不仅可以显示极化强度随温度的变化情况而且可以测定出弱的次级转变, 如在介电温谱中难以观测的反铁电AFE_A-AFE_B 铁电FE_L-FE_H 之间的相态转变在热释电谱中都有明显的热释电峰. 作为一种弱电测量方法, 热释电谱可以完整地反映Pb(Zr,Sn,Ti)O₃ 反铁电-铁电材料相态随温度变化的情况.     

弛豫型铁电单晶0.76PMN-0.24PT的铁电相变特征

采用介电铁电与热释电表征法, 结合电畴结构的实时观察, 对0.76PMN-0.24PT 单晶的相变特征进行了研究, 发现其铁电性质介于典型弛豫铁电体与正常铁电体之间. 该单晶极化前具有一种处于微畴至典型宏畴之间的过渡型电畴, 其(001)晶片在极化后发生场致相变, 并在其后的升温程序中表现出两个特征温度T_d 与^T_m . ^T_d 为电容率随温度下降而开始急剧下降的温度, 对应于零场升温程序中的由电场诱导的典型宏畴-过渡型宏畴的转化; 在^T_d ~^T_m 温区, 晶体持续发生铁电-顺电相变或退极化作用, 以宏畴态存在的铁电相与顺电相共存; 在略高于^T_m 的温度, 晶体转化为宏观顺电相, 铁电相以微畴态存在. 由于场致相变与晶体取向有关, 相对于同成分的单晶来说, 多晶陶瓷在同样的温度-电场历程下显示不出特征温度^T_d.     

受限条件下玻璃基质中LaF3微晶生长机理的光谱学探究简

利用高温熔融法制备了Eu³⁺掺杂的45SiO₂-25Al₂O₃-18Na₂O-9.5LaF₃玻璃,并将基础玻璃在可控条件下进行晶化热处理后获得了性能良好的玻璃陶瓷. 通过XRD,TEM和光谱学手段对玻璃陶瓷进行了表征,结果表明晶化热处理后,LaF₃纳米晶体从原有单一的玻璃相中析出,晶粒大小约为25 nm. Eu³⁺掺杂玻璃陶瓷、纳米晶体和玻璃3种基质的光谱分析及XRD结果证明稀土离子进入到LaF₃纳米晶体中并计算出在其中富集的比例. 进一步利用源自于Eu³⁺离子的发射谱和激发谱研究了退火温度和前驱物中重金属离子对玻璃网络结构中LaF₃纳米晶体生长影响的机理,为玻璃陶瓷的人工设计合成提供了理论支持.     

Eu, Dy共掺SiO2单一基质三基色白光发光材料

用溶胶-凝胶技术制备了Eu, Dy共掺杂SiO2基质三基色白光干凝胶发光材料, 在室温紫外激光波长激发下样品的发射光谱分别在618, 573和400~500 nm处同时出现了强的红、绿、蓝三色发射. 利用FT-IR, TGA-DSC, PL光谱等现代分析技术, 对发光材料的微观结构进行了表征, 研究了退火温度、退火时间、干燥气氛、基质成分等制备工艺对其发光性能的影响. Eu³⁺对应的红光750℃时发光最强, 700℃退火样品开始出现蓝光, 900℃蓝光最强. 退火最佳保温时间为2 h. 真空干燥样品在较低温度下Eu³⁺更容易还原成Eu²⁺; TGA-DSC分析表明, 真空气氛干燥样品形成稳定网络结构的温度低于空气气氛干燥样品. 4种基质干凝胶850℃退火样品的光谱只有SA, SAB基质中有蓝光发射, 且SAB基质中的蓝光强于SA基质, 分析认为在SAB基质中, 由于氧化硼、碱土氧化物与氧化铝可能形成共熔相, 可稳定发光中心及网络结构, 从而提高发光亮度.     

白光LED用单一基质Ca10(Si2O7)3Cl2:Eu2+,Mn2+ 白色发光材料特性研究

采用高温固相法制备了单一基质Ca₁₀(Si₂O₇)₃Cl₂:Eu²⁺,Mn²⁺白色发光材料, 研究发现材料适于近紫外光激发, 发射高亮度的白色光. Eu²⁺发射中心形成峰值为426和523 nm的特征宽谱, 通过Eu²⁺向Mn²⁺的能量传递, 形成了峰值为585 nm的宽谱发射; 红、绿、蓝三色发射带叠加后, 在同一基质中实现了白光发射. 利用Dexter电多极相互作用的能量传递公式, 得出Ca₁₀(Si₂O₇)₃Cl₂中Eu²⁺对Mn²⁺的能量传递属于电偶极-电偶极相互作用引起的共振能量传递. 利用InGaN管芯(370 nm)激发Ca₁₀(Si₂O₇)₃Cl₂:Eu²⁺,Mn²⁺材料, 获得了很好的白光发射, 测得的色坐标为(x = 0.323, y = 0.327), 色温为5664 K, 显色指数为85%.     

Eu2+, Tb3+共掺杂3/2-莫来石发光特性及Eu2+®Tb3+的能量传递

采用高温固相法在还原气氛下合成了3Al₂O₃·2SiO₂:Eu²⁺,Tb³⁺莫来石发光材料, 通过荧光光谱分析探讨了发光特性及Eu, Tb之间的能量转移过程. 研究结果表明, Tb³⁺的主发射峰由⁵D₄→⁷FJ (J = 4~6)跃迁产生; 当Eu²⁺和Tb³⁺共存于3/2-莫来石基质中时, Eu²⁺对Tb³⁺具有很强的敏化作用, Eu²⁺通过电多极相互作用将能量传递给Tb³⁺, 使得Tb³⁺的特征发射显著增强, 其临界传递距离R₀为0.9 nm. 与Tb单掺杂时的莫来石样品相比, Eu, Tb共掺杂的3/2-莫来石荧光体的绿色发射得到极大的提高, 最佳配比为3Al₂O₃·2SiO₂:0.05Eu, 0.05Tb.     

白光LED用LiCaBO3:Ce3+材料发光特性研究

采用固相法制备了LiCaBO₃:Ce³⁺发光材料. 测得LiCaBO₃:Ce³⁺材料的发射光谱为不对称的单峰宽谱, 主峰位于428 nm处; 监测428 nm发射峰时所得材料的激发光谱为主峰位于364 nm的宽谱. 通过Van Uitert公式证明Ca在LiCaBO₃中只存在一种晶体学格位, 造成LiCaBO₃:Ce³⁺材料非对称发射的原因是Ce³⁺离子能级劈裂. 研究了Ce³⁺浓度对LiCaBO₃:Ce³⁺材料发光强度的影响, 结果显示随Ce³⁺浓度的增大, 发光强度呈现先增大后减小的趋势, 在Ce³⁺浓度为3%(摩尔分数)时到达峰值, 根据Dexter理论, 其浓度猝灭机理为电偶极-偶极相互作用. 引入Li⁺, Na⁺和K⁺作为电荷补偿剂, 发现LiCaBO₃:Ce³⁺材料的发射强度均得到了明显增强. 利用InGaN管芯(370 nm)激发LiCaBO₃:Ce³⁺材料, 呈现很好的蓝白光发射, 测得的色坐标为(x = 0.287, y = 0.290).     

超快速测量实验方法研究

电子显微镜和扫描隧道显微镜使人们能看到原子尺寸的微观世界图像, 极大地促进了化学、生命、材料、表面等学科的发展. 通过提高时间分辨率, 利用特定能量的飞秒和阿秒X射线脉冲来探测超快速化学反应, 如光合作用、DNA和蛋白质分子的合成和分解过程, 已经成为科学发展的前沿研究领域之一. 经过多年的探索, 作者在有关超短X射线脉冲产生(发光)、超快速测量(时间分辨率达到飞秒量级, 1 fs = 10^-15 s, 即1千万亿分之一秒, 和阿秒量级, 1 as = 10^-18 s, 即100亿亿分之一秒)等前沿领域取得了一些原创性的研究成果, 发现了原子在强激光场中产生飞秒和阿秒X射线脉冲的发射特性(即激光相位与X射线光子能量之间的关系), 揭示了发射特性的激光脉冲宽度依赖性和载波-包络相位(CEP)依赖性及其180°周期结构, 在理论上计算出了飞秒和阿秒X射线光电效应的量子增强现象及光电子能谱的干涉图像等. 提出了测量和应用CEP的新方法, 建立了应用于超快速测量的光电子能谱相位确定法, 找到了重建脉冲时间结构的光电子能谱微分变换方程、积分变换方程和比例变换方程. 利用这些先进的方法和变换方程, 能极大地提高超快速测量的实验效率和时间精度(理论均方根时间偏差为2 as). 这些研究成果为超快速测量实验研究和分子电影技术的发展奠定了重要的理论和技术基础.     

Gd2O3:Eu3+的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

采用均匀沉淀法制备Gd₂O₃:Eu³⁺下转换发光粉, 对其光学特性进行了分析, 并将其应用到染料敏化太阳能电池中, 将电池吸收很弱的紫外光转化为可被染料吸收利用的可见光, 提高了电池的光电流; 通过Gd₂O₃:Eu³⁺的p-型掺杂效应, 使材料的费米能级上升, 增大了电池的开路电压; 同时, 发光层中稀土氧化物的存在不但能降低激发态染料往TiO₂ 导带注入电子的效率, 而且能在电极表面形成一个势垒抑制电荷复合, 对电池的光电流和光电压都有影响. 当Gd 与Ti 的摩尔比为6:100 时, 电池的光电转换效率达到最大值7.01%, 这比没掺发光粉的电池提高了17.4%.     

化学镀镍层对直接生长碳纳米管薄膜强流脉冲发射稳定性的影响

采用酞菁铁高温热解方法分别在镀镍和不镀镍硅基底上生长了碳纳米管(carbon nanotube, CNT)薄膜. 镍镀层采用化学镀方法制备. 为了研究有镍层和无镍层CNT (Si-CNT和Ni-CNT)薄膜阴极的强流脉冲发射稳定性, 在相同的主Marx电压下采用二极结构对2种阴极进行重复发射实验. 当峰值脉冲电压在1.62~1.66 MV(对应场强为11.57~11.85 V/μm)时, Si-CNT和Ni-CNT阴极首次发射的电流峰值分别为109.4和180.5 A. 通过比较2种阴极的归一化电流, 可明显发现2种阴极发射稳定性的差异. Si-CNT和Ni-CNT的峰值发射电流由100%衰减到50%所经历的发射次数分别约为3和11次.     

白蛋白锌卟啉结合体光解水产氢性能

将难溶性的锌卟啉(ZnTpHPP)与牛血清白蛋白(BSA)结合, 制得一类新型水溶性生物高分子金属卟啉配合物(BSA-ZnTpHPP). 通过紫外可见光谱(UV-Vis)、圆二色谱(CD)及非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳(Native-PAGE)对 BSA-ZnTpHPP 的结构进行了表征, 发现二者以配位键结合, BSA与锌卟啉以较低比例结合时蛋白质二级结构保持. 考察了BSA-ZnTpHPP的光敏感性, 发现BSA-ZnTpHPP在光照条件下易变成三重激发态, 可以将电子转移给甲基紫精(MV²⁺). 以三乙醇胺(TEOA)为电子供体, 甲基紫精(MV²⁺)为电子中继体, 以BSA-ZnTpHPP/MV²⁺/TEOA/胶体Pt四组分体系考察了BSA-ZnTpHPP的光诱导水解产氢性能, 结果表明, 这类水溶性生物高分子金属卟啉光敏剂具有良好的光解水产氢性能.     

氟助色团对芴类分子电致发光材料的光电性能影响

利用紫外-可见光吸收光谱和荧光发射光谱, 比较了共轭结构芴类小分子有机材料2,3-bis(9,9-dihexyl-9H-fluoren-2-yl)quinoxaline(Py), 2,3-bis(9,9-dihexyl-9H-fluoren-2-yl)-6,7-difluoroquinoxaline(F2Py)和 2,3-bis(9,9-dihexyl-9H-fluoren-2-yl)-5,6,7,8-tetrafluoroquinoxaline(F4Py)的光谱特性; 选用N,N'-Di-[(1-naphthalenyl)-N,N'-diphenyl]-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine(NPB)材料作为空穴传输层, 利用真空蒸镀方法制备了双层有机电致发光器件(organic light-emitting device, OLED), 研究了其电致发光特性, 进而讨论了增加氟助色团对芴类有机小分子光电性能的影响. 结果表明, 随着氟取代基的增加, 材料薄膜状态的吸收谱和荧光光谱均发生了红移. 器件方面, Py在5 V驱动电压下发出508 nm的蓝绿光, 色坐标为(0.23, 0.43), 半峰宽为100 nm; 器件启动电压(定义为当亮度达到1 cd/m²的驱动电压)为4.8 V; 在10 V驱动电压下, 亮度达到129 cd/m², 电流密度为59 mA/cm²; 在5.4 V电压下具有最大流明效率0.18 lm/W. F2Py和F4Py在5 V驱动电压下分别发出544 nm的绿光和570 nm的黄光, 色坐标分别为(0.38, 0.56)和(0.44, 0.49), 半峰宽分别为103和117 nm; 器件启动电压分别为4和2 V; 在10 V电压下, 亮度分别为557和3300 cd/m², 电流密度分别为100和880 mA/cm², 分别在7.6 V电压下具有最大流明效率0.22 lm/W和在2 V电压下具有最大流明效率0.53 lm/W.     

高气压非平衡等离子体源的小型化研究

大气压非平衡等离子体源输出的等离子体浓度是电离电场中能耗率、气体粒子动量的的函数. 实验表明, 等离子体源中的能耗率、气体粒子动量增加时, 将大幅度提高其等离子体浓度. 当外加激励电场能耗率为2.18 W·h/m³、气体粒子平均动量为109×10^-22 g·m/s时, 一个体积仅为2.5 cm³的等离子体源处理气量为12 m³/h, 其输出等离子体浓度达到1010 cm^-3以上, 这将为化学工业、环保工程及军事应用提供小型、低能耗的高浓度等离子体源.     

新型X射线影像存储屏的研究

室温下在Eu²⁺掺杂的BaBrCl中, 发现经X射线辐照后的光激励发光(PSL). 光激励谱和差吸收谱(DAS)基本相同, 均为峰值波长位于550和675 nm处的宽带谱, 表明经X射线辐照后F心形成. 这使得用半导体激光器代替气体激光器作为读出光源成为可能. PSL强度与X射线辐照剂量呈线性关系, 转化效率为BaFBr:Eu富士IP板的29%.     

Al2O3 绝缘栅SiC MIS 结构基本特性的研究

采用原子层淀积(ALD)方法在4H-SiC(0001)8°N-/N+外延层上制备了超薄(~4 nm)Al₂O₃ 绝缘栅高介电常数SiC MIS 电容. 通过对Al₂O₃ 介质膜以及Al₂O₃/SiC 界面微结构和电学特性 分析表明, 实验所得Al₂O₃ 介质膜具有较好的体特性和界面特性, Al₂O₃ 薄膜的击穿电场为25 MV/cm, 并且在可以接受的界面态密度(2×10¹³ cm^-2)下具有较小的栅泄漏电流(8 MV/cm 电场 下漏电流密度为1×10^-3 A/cm^-2). 电流-电压测试分析表明, 在FN 隧穿条件下, SiC/Al₂O₃ 之间的 势垒高度为1.4 eV, 已达到制作SiC MISFET 器件的要求. 同时, 在整个栅压区域也受 Frenkel-Poole 和Schottky 机制的共同影响.     

瞬态吸收光谱研究水相中三丁基锡与·OH自由基反应机理

利用355 nm激光闪光光解技术研究了无氧和氧饱和两种条件下三丁基锡与亚硝酸水溶液的紫外光解反应. 实验表明,·OH自由基攻击三丁基锡阳离子(SnBu₃⁺)的正丁基生成SnBu₃⁺·OH 加合物, 其二级生成速率常数为(1.05±0.07)×10¹⁰ L·mol^-1·s^-1. SnBu₃⁺·OH 加合物在无氧时发生一级衰减, 其衰减速率常数为(3.50±0.32)×10⁵ s^-1; 氧饱和时, SnBu₃⁺·OH 加合物衰减速率比无氧时要快很多, 表明SnBu₃⁺·OH 加合物能迅速与O₂发生反应, 生成SnBu₃⁺·OHO₂ 加合物. 根据实验结果和动力学推导得到其二级生成速率常数为(6.4±1.3)×10⁸ L·mol^-1·s^-1.