弛豫铁电单晶的顶部籽晶法生长

相比较于传统的Pb(Zr_(1-x)Ti_x)O_3(PZT)多晶压电陶瓷,弛豫铁电单晶具有超高的机电耦合系数和压电系数.例如,典型的Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3(PZN-PT)和Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3(PMN-PT)弛豫铁电单晶,其机电耦合系数k_(33)0.9,压电系数d_(33)2000 pC/N,使其有潜力应用于下一代压电器件,如传感器、声呐、执行器等.但是弛豫铁电单晶应用的关键在于单晶的制备问题.弛豫铁电单晶的制备技术包括高温溶液法(助溶剂法)、垂直坩埚下降法和顶部籽晶法.顶部籽晶法在制备弛豫铁电单晶时具有很多优势.因此,本文将阐述顶部籽晶法制备弛豫铁电单晶的最新进展.     

稀土Ho3＋/Yb3＋共掺SrBi4Ti4O15高温铁电陶瓷的上转换发光及其温度传感特性

Sr Bi4Ti4O15是一种具有高居里温度（Tc）、高机械品质因数和大电阻率的铋层状结构铁电、压电多功能材料,通过掺入稀土离子的手段,可使其具有上转换发光的特性,并且可以在一定程度上改善其电学性能.在本文中,同时将Ho3＋和Yb3＋对A位的Bi进行取代,其中Ho3＋的取代量为0.06 mol-1,Yb3＋的取代范围为0≤x≤0.3,采用传统的固相烧结法制备了Sr Bi3.94-xHo0.06YbxTi4O15陶瓷.主要通过控制Ho3＋离子的量不变,调节Yb3＋离子的浓度来研究不同稀土离子掺杂量对Sr Bi4Ti4O15陶瓷的形貌、上转换发光特性、以及介电性能的影响.在使用980 nm的红外激光器对Sr Bi3.94-xHo0.06YbxTi4O15陶瓷进行激发下,从上转换发光图谱中可以观察到三个峰,分别为峰位在547 nm附近较强的绿色发光、659附近以及759 nm处的较弱的红色发光.同时可以看到,随着Yb3＋浓度的增加,绿色上转换发光的强度表现出先增强,后减弱的规律,且当Yb3＋取代量为x=0.15时,绿色上转换发光强度达到最大值.通过研究上转换发光强度与激发光功率的关系得到,绿色和红色上转换发光均为双光子吸收过程.在研究Sr Bi3.79Ho0.06Yb0.15Ti4O15样品上转换发光与温度的关系时,可以观测到随着温度的增加,547 nm处的绿色上转换发光和659 nm处的红色上转换发光的强度均随之减弱,且I659 nm与I547 nm的荧光强度比与温度存在线性关系,利用这种温度与上转换发光强度的关系,可将Sr Bi3.94-xHo0.06YbxTi4O15陶瓷应用于光学温度传感器.     

2.5～5.0μm波段中红外激光晶体的生长和性能研究

中红外激光在大气污染监控、气体流量监测、海洋探测、激光医疗、军事对抗、基础科学研究等方面具有极其重要的价值.本文总结了近年来2.5~5.0μm波段中红外激光晶体的生长、物化、光谱及激光性能研究进展.采用提拉法生长出了一系列Er~(3+)激活及稀土离子共掺的低声子能镓酸盐、铝酸盐晶体,如Gd_3Ga_5O_(12)(GGG),SrGdGa_3O_7,SrLaGa_3O_7,CaYAlO_4和CaGdAlO_4等晶体,Ho~(3+)激活及敏化离子共掺的GGG晶体,以及Dy~(3+):YAlO_3等晶体,实现了2.5~3.4μm波段的发光.采用坩埚下降法生长出高质量Dy~(3+):KPb2Cl5,Cr~(2+):CdSe,Cr~(2+):Fe~(2+):CdSe等晶体,实现了2.5~5.0μm波段的发光.系统地研究了这些晶体的物化和光谱性能.重点研究了Er~(3+)激活离子在中红外波段的荧光动力学:分析了激活离子的浓度效应、共掺敏化离子的敏化机制以及退激活离子在抑制自终态效应方面所起的作用,计算了激活离子与共掺敏化离子、激活离子与共掺退激活离子之间的能量传递效率,诠释了能量传递机制.根据光谱性能研究结果,筛选出不同晶体中Er~(3+)的最佳掺杂浓度、共掺敏化离子及退激活离子的种类和浓度.研究了Er~(3+)激活的GGG和CaYAlO_4等晶体的激光性能.采用965nmLD端面泵浦Er:GGG,Er,Pr:GGG和Er:GGG/GGG键合晶体,采用氙灯泵浦Cr,Er:YSGG等晶体,均实现了高效的2.7~2.8μm多波长连续或脉冲激光输出,并在Er:GGG晶体上首次实现单纵模微片激光输出.     

铋层状化合物Na0.5Ho0.5-xYbxBi4Ti4O15陶瓷材料的上转换发光、铁电、介电性能研究

采用传统的固相烧结法,制备了Na0.5Ho0.5-xYbxBi4Ti4O15铋层状结构陶瓷.经X射线衍射（XRD）表征,新合成材料为单相结构,且扫描电子显微镜下的表面和断面图像均为层状,说明合成材料为新型铋层状材料.室温时,在可见光波长范围内,有2个峰,分别为546 nm处的绿光峰和656 nm处的红光峰,分别对应于Ho3＋离子的5F4＋5S2→5I8和5F5→5I8跃迁.为研究其机理,测试了变功率条件下的发光强度,经计算,绿光和红光发射均为双光子过程.研究陶瓷样品在变温（-130~270°C）条件下的发光性能时,发现红光与绿光的强度比值与温度呈线性关系,该材料有望应用于光学温度传感器领域.经介电性能测试发现当Ho：Yb=1：9时,样品的居里温度为686.4°C.研究铁电性能发现当Ho：Yb=3：2时,剩余极化Pr为9.3μC/cm2,矫顽场强为Ec=82 k V/cm,表明具有一定的铁电性能.以上研究结果表明,制得的新材料是一种具有优异光学性能的多功能材料.     

Mn~(4+)掺杂氟化物窄带发射红色荧光粉的研究进展

白光发光二极管(light emitting diode,LED)由于其具有节能、环保、使用寿命长等优点被誉为新一代固体光源,在照明、显示等领域具有十分广阔的应用前景.目前,商业化的白光LED主要由蓝光LED芯片与黄色荧光粉Y_3Al_5O_(12):Ce~(3+)(YAG:Ce~(3+))组合而成.然而,荧光粉YAG:Ce~(3+)光谱中红光成分不足导致当前白光LED的显色指数偏低(CRI,Ra80)、色温偏高(CCT4000 K),难以满足室内照明以及宽色域液晶显示(LCD)背光源等应用的要求.在蓝光芯片+黄色荧光粉组合中添加适量红色荧光粉是改善白光LED光色性能的有效方法之一.近年来Mn~(4+)掺杂氟化物窄带发射的红色荧光粉因其具有发光效率高、热稳定性好、色纯度高以及可以液相合成等突出优点受到了广泛关注,且其谱峰比商用氮化物红色荧光粉更窄,在宽色域液晶显示背光源应用中有广阔的商业前景.本文概述了Mn4+掺杂氟化物窄带发射红色荧光粉的最新研究进展,特别是对其结构特性、合成工艺、发光特性及应用特性等加以剖析,指出了当前Mn~(4+)掺杂氟化物红色荧光粉所面临的挑战,并对其未来的发展及应用进行了展望.     

稀土闪烁晶体研究进展

稀土闪烁晶体能够将高能射线/粒子转换为紫外或可见荧光脉冲,是核辐射探测的关键材料.从元素组成出发,将稀土闪烁晶体分为卤化物和氧化物两大类,总结了典型稀土闪烁晶体的基本闪烁性能及结晶学结构特征.稀土离子独特的4f电子结构使其具有优异的发光性能.一方面,具有完全自旋宇称允许的5d→4f跃迁的稀土离子Ce~(3+),Pr~(3+),Eu~(2+)可作为闪烁晶体的发光中心,能够有效提高闪烁响应能力.稀土离子4f轨道被外部5s25p6轨道屏蔽,受外界环境影响较小,而5d轨道裸露在外,与周围环境相互作用较强,稀土闪烁晶体的组成和结构特性决定了其闪烁性能.另一方面,Y~(3+),La~(3+)(4f~0),Lu~(3+)(4f~(14))属于光学惰性稀土离子,是基质材料的理想化学组成.结合稀土卤化物、稀土铝酸盐、稀土硅酸盐等典型稀土闪烁晶体的组成设计和大块晶体生长进展,以及针对我国闪烁晶体专利保护特点和发展中存在的问题,展望了稀土闪烁晶体的未来发展方向.     

La和Nd掺杂的硅基Bi_4Ti_3O_(12)铁电薄膜的无疲劳特性及其机理的比较研究

采用优化的溶胶-凝胶(Sol-gel)技术,同一工艺条件下在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上成功地制备了Bi3.25La0.75Ti3O12(BLT)和Bi3.15Nd0.85Ti3O12(BNT)铁电薄膜.X射线衍射(XRD)测试表明BLT和BNT薄膜具有单相的取向随机的多晶微结构;扫描电镜(SEM)的观测显示了这些薄膜具有50~100nm晶粒构成的均匀致密的表面形貌.利用铁电测试仪测定了以Cu为上电极而形成的金属-铁电薄膜-金属结构的电容器的铁电性能,得到了很好的饱和电滞回线.在最大外加场强为400kV/cm时,BLT和BNT薄膜的剩余极化强度(2Pr)和矫顽电场(2Ec)分别为25.1μC/cm2,203kV/cm和44.2μC/cm2,296kV/cm.疲劳测试表明,在1MHz频率测试下经过1.75×1010次读写循环后,由BLT和BNT薄膜组成的电容器几乎没有表现出疲劳,呈现很好的抗疲劳特性.分析比较了La和Nd掺杂对薄膜结构及铁电性能的影响及其机理.     

Au／PZT／BIT/p-Si结构铁电存储二极管存储特性

采用脉冲激光沉积方法(PLD)制备了Au/PZT／BIT／p-Si结构铁电存储二极管.对其铁电性能和存储特性进行了实验研究.铁电性能测试显示较饱和的、不对称的电滞回线,其剩余极化和矫顽场分别约为15 μC／cm^２和48 kV／cm; 10^９次开关极化后剩余极化和矫顽场分别仅下降10%和增加12%;观察到源于铁电极化的CV和IＶ特性回线;电流密度+4 V电压下为6.7×10^-8 A／cm²; 在+2 V的读电压下,读“1”和读“0”电流有0.05 μA的明显差别;保持时间达30 min以上.     

白光LED用红色荧光粉LiEu_(1-x)Y_x(WO_4)_(0.5)(MoO_4)_(1.5)的制备及其发光性能研究

以WO3,MoO3,Eu2O3,Li2CO3,Y2O3为原料,采用传统的高温固相反应方法制备了一种新的白光LED用红色荧光粉LiEu1-xYx(WO4)0.5(MoO4)1.5(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.8)系列,利用XRD和荧光光谱仪等对其进行了研究.结果表明这系列荧光粉可以被近紫外光(396nm)和蓝光(466nm)有效激发,发射峰值位于615nm(Eu3+离子的5D0→7F2跃迁)的红光,并且证明了Eu3+离子在晶体结构中占据了非反演对称中心的位置;激发波长与目前广泛使用的蓝光和紫外光LED芯片相符合,因此该系列荧光粉可以用作近紫外辐射的InGaN管芯激发三基色荧光粉系统或者是用来补充蓝光芯片激发的黄色荧光粉系统缺少的红色部分.详细研究了各种助熔剂对该体系荧光粉发光特性的影响.XRD的测量结果表明加入适量的助熔剂有利于LiEu1-xYx(WO4)0.5(MoO4)1.5荧光粉的结晶化,并且不引入杂相.适量的助熔剂的加入可增大该系列荧光粉的相对发光强度,并能有效降低荧光粉的平均粒径.     

前驱体中Bi含量对Bi_(3.4)Ce_(0.6)Ti_3O_(12)薄膜结构和性能的影响

分别配制了Bi含量为90,100和110mole%的前驱体,在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备Bi3.4Ce0.6Ti3O12薄膜,研究前驱体中Bi含量对其微观结构和铁电性能的影响.前驱体中Bi含量增加可以有效地改善薄膜的结晶性能和表面形貌.对Pt/Bi3.4Ce0.6Ti3O12/Pt电容结构进行电学性能测量,发现Bi过量10%的前驱体制备的Bi3.4Ce0.6Ti3O12薄膜具有较好的性能:室温下,在测试频率1kHz时,其介电常数为172,介电损耗为0.033;在测试电场为600kV/cm时,其剩余极化值(2Pr)和矫顽电场(2Ec)分别达到67.1μC/cm2和299.7kV/cm;同时还表现出良好的抗疲劳特性和绝缘性能.     

Sol-gel法制备Bi3.25La0.75Ti3O12铁电薄膜及其性能

采用Sol-gel法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了Bi3.25La0.75Ti3O12 (BLT)薄膜.制备的BLT薄膜具有单一的钙钛矿晶格结构,而且表面平整致密.对700℃退火处理的BLT薄膜进行了铁电性能、疲劳特性和漏电流测试: 在测试电压为10 V时,剩余极化值2Pr大约是18.6 μC/cm2,矫顽电压2Vc大约为4.1 V;经过1×1010次极化反转后,剩余极化值下降了大约10%;漏电流测试显示制备的BLT薄膜具有良好的绝缘性能.室温下,在测试频率1 kHz时,薄膜的介电常数为176,介电损耗为0.046.     

LaNiO3底电极上Bi4Zr0.5Ti2.5O12薄膜的制备及性能

利用Sol-gel法在p-Si(111)衬底上制备了LaNiO₃底电极, 再利用Sol-gel法在LaNiO₃底电极上制备出Bi₄Zr_0.5Ti_2.5O₁₂(BZT)铁电薄膜, 对其微观结构和电学性能进行了研究. 利用X射线衍射仪、原子力显微镜和扫描电镜观测其微观结构, 发现制备的BZT薄膜具有单一的钙钛矿晶格结构, 并且薄膜表面晶粒尺寸均匀, 结晶情况良好. 对Pt/BZT/LaNiO₃电容结构进行了铁电性能研究, 在测试电压为25 V时, 2Pr和2Vc分别达到28.2 μC/cm²和14.7 V; 经过1×10¹⁰次极化反转后, 剩余极化值下降了大约13%; 室温下, 在测试频率1 kHz时, 薄膜的介电常数为204, 介电损耗为0.029; 漏电流测试显示制备的BZT薄膜具有良好的绝缘性能; C-V曲线为顺时针方向回滞, 存储窗口大约为3.0 V, C-V特性测试显示这种Pt/BZT/LaNiO₃结构有望实现极化型存储.     

Sol-gel法制备Bi3.25La0.75Ti3O12铁电薄膜

采用Sol-gel法在Pt/Ti/SiO₂/Si衬底上制备了Bi_3.25La_0.75Ti₃O₁₂ (BLT)薄膜. 制备的BLT薄膜具有单一的钙钛矿晶格结构, 而且表面平整致密. 对700℃退火处理的BLT薄膜进行了铁电性能、疲劳特性和漏电流测试: 在测试电压为10 V时, 剩余极化值2Pr大约是18.6 μC/cm², 矫顽电压2Vc大约为4.1 V; 经过1×10^{10次极化反转后, 剩余极化值下降了大约10%; 漏电流测试显示制备的BLT薄膜具有良好的绝缘性能. 室温下, 在测试频率1 kHz时, 薄膜的介电常数为176, 介电损耗为0.046.}