Er2O3掺杂Gd2(Zr0.8Ti0.2)2O7陶瓷的物理性能

用固相反应法制备(Gd_1-xEr_x)₂(Zr_0.8Ti_0.2)₂O₇(摩尔分数x=0,0.2,0.4)陶瓷并测试其晶体结构、显微形貌和物理性能,研究了Er₂O₃掺杂的影响。结果表明,(Gd_1-xEr_x)₂(Zr_0.8Ti_0.2)₂O₇陶瓷具有立方烧绿石结构,显微结构致密,在室温至1200℃高温相的稳定性良好;Er³⁺掺杂降低了陶瓷材料的热导率和平均热膨胀系数,当x=0.2时,其1000℃的热导率最低(为1.26 W·m^-1·k^-1)。同时,Er³⁺掺杂还提高了这种材料的硬度和断裂韧性。     

CaF2:Yb3+/Er3+/X(X= Li+, Na+, K+)近红外二区发光性能研究

利用热分解法制备了CaF₂:Yb³⁺/Er³⁺纳米颗粒,通过改变Yb³⁺和Er³⁺的掺杂浓度对其近红外二区(NIR-II)发光性能进行调节,研究结果表明,当Yb³⁺掺杂浓度为20%,Er³⁺掺杂浓度为2%时,在980 nm光源激发下,NIR-II发光性能最强,且纳米颗粒分散性良好,尺寸均匀。然后,进一步研究了不同的碱金属离子(Li⁺、Na⁺、K⁺)共掺杂对其NIR-II发光性能的影响,研究结果表明,Li⁺掺杂因不利于纳米颗粒成核导致NIR-II发光性能降低,Na⁺和K⁺掺杂均有利于NIR-II发光性能提升。相比而言,K⁺离子半径更大,更有利于破坏晶体场的局部对称性,因此,在K⁺共掺杂的情况下NIR-II发光性能最强。     

Er3+掺杂弛豫铁电材料PMNT的单晶生长与性能表征

按照0.71Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.26PbTiO₃-0.03Pb(Er_1/2Nb_1/2)O₃化学式所示组分比例, 采用分步高温固相反应合成出Er³⁺掺杂PMNT多晶, 通过熔体坩埚下降法生长出尺寸φ25 mm×100 mm的Er³⁺掺杂PMNT晶体, Er³⁺离子以三元固溶体组元方式被掺杂进入钙钛矿相铁电体晶格; 测试了Er³⁺掺杂PMNT晶片的介电、压电与铁电性能以及上转换发光性能。结果表明, Er³⁺掺杂PMNT晶体呈现跟三方相纯PMNT晶体相近的介电、压电与铁电性能; 在980 nm激发光作用下, 该掺杂晶体呈现出Er³⁺离子特有的较强上转换荧光发射, 并且极化后掺杂晶体的上转换发光强度得到增强。     

Er3+掺杂量对TiO2:Er粉体上转换发光性能的影响

通过溶胶-凝胶法制备了Er³⁺离子掺杂的TiO₂纳米粉体。通过X射线衍射、荧光检测对制备的纳米晶微结构、发光性能进行了表征。结果表明：纳米晶微结构及粒径随掺杂量呈规律性变化，掺杂稀土离子可抑制其相变。在980nm红外激光泵浦下，其发射峰分别位于527nm、548nm、660nm处，通过改变Er³⁺掺杂量，获得绿红强度比最高为29.3,最低为0.7,实现了单一掺杂改变发光颜色的调控。借助交叉弛豫与浓度猝灭理论，解释了其发光性能的规律性变化，并分析了其上转换机制。     

(Lu0.5In0.5)2O3:Tm3+,Yb3+超细粉末的合成和上转换发光

先用液相沉淀技术合成Lu/In/Tm/Yb四元体系水合碱式碳酸盐类沉淀前驱体,然后将其在1100℃煅烧制备出一系列类球状平均粒度约为110 nm的[(Lu_0.5In_0.5)_0.999-xTm_0.001Yb_x]₂O₃ (x=0~0.05)氧化物固溶体。在980 nm泵浦激光激励下这种氧化物粉体在可见光区发射出强烈的蓝青光(450~510 nm,源于Tm³⁺离子4f¹²电子组态内¹D₂→³H₆,³F₄电子跃迁)和较弱的红光(650~670 nm,源于Tm³⁺离子的¹G₄→³F₄电子跃迁),二者的上转换过程均为双光子吸收。随着Yb³⁺离子浓度的提高1931CIE色坐标上的发射光颜色逐渐由绿光(0.31, 0.54)移向蓝光(0.01, 0.19)。Yb³⁺离子共掺提高了Tm³⁺离子的上转换发光强度,其最佳含量为2.5%。发射474 nm蓝光和654 nm红光的粉体,其荧光寿命分别约为0.84和0.97 ms。     

(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1-xSnx)O3无铅压电陶瓷的相结构与压电性能

钙锆共掺钛酸钡陶瓷(BCZT)具有优异的介电性能和压电性能, 是一类具有发展潜力的无铅压电陶瓷, 但其压电性能仍无法与铅基陶瓷媲美。为提高压电性能, 本研究对陶瓷材料进行Sn元素掺杂改性((Ba_0.85Ca_0.15)- (Ti_0.9Zr_0.1-xSn_x)O₃, x=0.02~0.07))。晶体结构分析证实所有组分的陶瓷无杂相, 处于正交相与四方相两相共存状态, 并具有较大的c/a; 显微结构分析发现所有陶瓷都很致密, 且平均晶粒尺寸随着Sn含量的增加而增大。当x=0.04时, 陶瓷最致密, 且室温处于准同型相界附近, 因此拥有最佳的电学性能: d₃₃=590 pC•N ^-1, k_p=52.2%, tanδ=0.016, ε ^T₃₃=5372, d ^*₃₃=734 pm•V ^-1, IR=57.8 GΩ•cm。本研究表明: Sn掺杂的BCZT基无铅压电陶瓷具有优异的压电性能, 有望在换能器、机电传感器和驱动器等方面得到应用。     

Ce3+-Tb3+共掺杂黄磷炉渣微晶玻璃的发光与能量传递

以黄磷炉渣为原料,采用高温熔融法制备Ce³⁺-Tb³⁺共掺杂黄磷炉渣发光微晶玻璃,通过差热分析(DTA)、X射线衍射(XRD)、稳态/瞬态荧光(FLS)、CIE色度等探究不同的Tb³⁺掺杂量对微晶玻璃析出晶相、发光性能和样品色度的影响。结果表明,Ce³⁺和Tb³⁺的引入,微晶玻璃主晶相为硅灰石,在310 nm波长激发下,随着Tb³⁺掺杂量增加,位于380 nm处Ce³⁺的特征发射峰减小,543 nm处Tb³⁺的特征发射峰增强,证实Ce³⁺和Tb³⁺之间存在能量传递,能量传递效率达到24.55%。此外,通过调整Tb³⁺掺杂量,微晶玻璃发光颜色可由蓝光调至绿光,从而实现发光颜色的可控化。     

无容器制备Er3+/Yb3+共掺La2O3-TiO2-ZrO2玻璃及其上转换发光研究

利用无容器技术制备了(La_0.94-xEr_0.06Yb_x)(Ti_0.95Zr_0.05)_2.25O₆(x=0~0.24, 间隔0.04)球状透明玻璃, 其稀土离子掺杂浓度最大值达到30%。通过DTA分析发现, 玻璃具有很好的热稳定性, x=0时玻璃化转变温度T_g和析晶起始温度T_o分别为818℃和906℃, ΔT(ΔT= T_o-T_g)为88℃, 玻璃形成能力较低。随着Yb³⁺浓度提高, T_g、T_o和ΔT逐渐下降, 说明Yb³⁺降低了玻璃的热稳定性和形成能力。利用紫外可见分光光度计测定了样品的吸收/透过光谱, 玻璃在975 nm具有很强的吸收峰, 表明Yb³⁺可以有效提高玻璃对入射光的吸收强度; 在可见光范围内除特征吸收外具有近70%的透过率, 说明玻璃具有良好的透可见光性能, 有望获得高强上转换发光输出。上转换荧光光谱研究表明: 在980 nm激光泵浦下, 获得了中心位于535、554和672 nm处的绿、红发光带, x=0.16的发光最强, 672 nm处的红光强度是x=0的近130倍。上转换发光强度与泵浦功率关系的分析表明: 535、554 nm处的绿光和672 nm处的红光发光均是双光子发光过程。     

掺铋钇铁石榴石磁光陶瓷的热压烧结及其性能研究

钇铁石榴石(Y₃Fe₅O₁₂, YIG)材料因其优异的磁性能和磁光性能在微波通信、激光技术和光纤通讯等领域具有重要应用。离子掺杂是提高YIG材料磁光性能的有效途径之一, 本研究选择离子半径适配的Bi³⁺掺杂改性YIG陶瓷以提高材料的磁光性能。本工作采用固相法热压烧结制备Bi_xY_3-xFe₅O₁₂ (x=0、0.3、0.6、0.9)陶瓷, 并研究Bi³⁺掺杂对YIG陶瓷材料相结构、微观形貌、红外透过性、磁性能以及磁光性能的影响。结果表明: 陶瓷样品均呈石榴石立方相结构; 显微结构致密, Bi³⁺掺杂后晶粒尺寸不同程度增大; 样品红外透过率良好, 随Bi³⁺掺杂量增大而降低; 陶瓷样品的法拉第旋转角随Bi³⁺掺杂量增加呈线性变化, Bi³⁺掺杂量每增加1% (原子分数), 在波长1064 nm和1550 nm处变化量分别约为-49.0 (°)/cm和-30.2 (°)/cm。Bi_0.6Y_2.4Fe₅O₁₂陶瓷样品在1064 nm和1550 nm波长下法拉第旋转角分别达到-703.3 (°)/cm和-461.5 (°)/cm, 绝对值远高于未掺杂YIG陶瓷的277.6 (°)/cm和172.0 (°)/cm。由此可见, 掺杂适量Bi³⁺可以显著增强YIG陶瓷材料的磁光性能。     

Zn3-xMnxTeO6的晶体结构与吸收光谱和磁性研究

本工作主要研究Mn ²⁺离子掺杂的类刚玉系氧化物Zn₃TeO₆(0<x≤2.0)的晶体结构与光学性质和磁性的变化。Zn_3-xMn_xTeO₆粉末样品通过固相反应合成。Mn掺杂量的相图表明, x<1.0时保持单斜(C2/c)结构, 1.0≤x≤1.6为单斜(C2/c)和三方六面体混合相(R-3), x≥1.8时完全转变为R-3相, 且x=2.0时形成ZnMn₂TeO₆, Te-O和Mn/Zn-O键长增大, 八面体发生更大畸变。X射线粉末衍射结构精修也表明R-3相中Zn/MnO₆为畸变八面体。随着Mn ²⁺掺杂含量的增加, Zn_3-xMn_xTeO₆系列化合物不仅结构发生变化, 其颜色也由浅变深。紫外吸收光谱中随着掺杂浓度的增加, 400~550 nm处的吸收增强, 样品的光学带隙也由3.25 eV (x=0.1)逐渐减小到2.08 eV (x=2.0), 分析表明, 可见区吸收的增强是源于MnO₆八面体中Zn/MnO₆八面体中Mn ²⁺离子的d-d跃迁, 导致样品由浅黄色逐渐变为暗黄色。 磁性测试表明, 固溶体的反铁磁转变温度随着Mn ²⁺掺杂量的提高而逐渐增加, 且掺入的Mn ²⁺离子以高自旋态 存在。     

(Ag2Se)1-x(Bi2Se3)x的热电性能研究

具有本征低晶格热导率的I-V-VI₂族三元硫属化合物在热电领域引起了广泛关注。AgBiSe₂作为这类化合物中少有的n型半导体, 成为一种有潜力的热电材料。本工作系统研究了AgBiSe₂的热电性能。基于Ag₂Se-Bi₂Se二元相图, 单相的(Ag₂Se)_1-x(Bi₂Se₃)_x的成分在x=0.4~0.62范围可调, 使得该材料载流子浓度具有可调性。结果表明, 通过组分调控获得了较宽范围的载体浓度1.0×10¹⁹~5.7×10¹⁹ cm^-3, 并基于声学声子散射的单一抛物带模型对其电传输性能进行了综合评估。本研究获得的最高载流子浓度接近理论最优值, 在700 K实现了最高ZT值0.5。本研究有助于深入理解AgBiSe₂的传输特性和决定热电性能的基本物理参数。     

Al-Mg-Sc-Ti合金中Al3(Scx,Ti1-x)粒子的析出行为

用激冷铸造法制备Al-5.5Mg-0.25Sc-0.04Ti合金,研究了在不同温度退火后其硬度随时间的变化,并用金相显微镜(OM)和透射电镜(TEM)研究了这种合金中Al₃(Sc_x,Ti_1-x)第二相粒子的存在形式和形成机制。结果表明：用急冷铸造法制备的Al-5.5Mg-0.25Sc-0.04Ti铸态合金中Sc和Ti原子主要以固溶的形式存在于α(Al)基体中,在电镜下很难观察到这些粒子。铸态合金在较低温度(低于250℃)下退火时其硬度提高得比较慢,退火较长时间才能出现硬度的峰值;而在比较高的温度(高于350℃)退火硬度提高得非常快,很快出现峰值。但是,硬度出现峰值后继续退火则大幅度降低;在300℃退火硬度的热稳定性比较高。硬度的变化,与次生Al₃(Sc_x,Ti_1-x)粒子的析出密切相关。在较低温度下次生Al₃(Sc_x,Ti_1-x)粒子的析出不充分且粒径较小,对晶界、亚晶界和位错的钉扎作用较弱;而在过高的温度下Al₃(Sc_x,Ti_1-x)粒子发生粗化,使合金的性能降低。     

铌酸钾钠基透明上转换陶瓷材料制备及性能

采用热压烧结工艺, 以LiBiO₃作为烧结助剂, 制备了铌酸钾钠基透明上转换陶瓷K_0.5(1-y)Na_0.5(1-y)Li_yNb_1-yBi_yO₃- Er_0.005Yb_0.005x(Er³⁺/Yb³⁺:KNNLB, x=0~3, y=0~0.09)。并对其微观结构、光学透光率和上转换效应等进行了研究。结果表明该透明陶瓷具有正交钙钛矿型结构, 晶粒尺寸约0.5 μm, 致密度较高。该材料在红外区和可见光区有良好的透明性, 但是随着铒镱掺杂量的增加, 可见光区透光率呈明显的下降趋势。当y=0.06、x=0时, 在可见光范围内透过率可达到45%(样品厚度为0.5 mm), 红外光区域透过率达到95%以上。铒镱共掺杂透明陶瓷实现了在波长900 nm氙灯光源激发下的上转换效应。     

硬脂酸盐熔融法合成(Y,Lu)AG:Ce荧光粉及荧光性能研究

采用硬脂酸盐熔融新方法合成了[(Y_1-xLu_x)_1-yCe_y]₃Al₅O₁₂固溶体荧光粉(x=0’0.5, y=0.005’0.03), 并通过XRD、SEM、BET和PL-PLE等方法对该荧光粉进行了表征。结果表明, 纯相石榴石在800℃的低温下即可生成, 而不经过YAM和YAP中间相。煅烧所得[(Y_1-xLu_x)_1-yCe_y]₃Al₅O₁₂ 荧光粉具有良好的均一性和分散性, 并在455 nm蓝光激发下于544 nm附近呈现最强黄光发射。粉体的发光强度随煅烧温度升高而增大, 归因于结晶度提高和表面缺陷减少。发现Ce³⁺的荧光猝灭浓度为1.5%, 猝灭机制为Ce-Ce间的交换相互作用和晶格缺陷。发现发射峰位随Ce³⁺含量增加而红移, 而最强激发峰和发射峰随Lu³⁺含量增大而蓝移, 归因于Ce³⁺离子5d激发态能级重心移动和晶体场劈裂的共同作用。     

烧结温度对La0.67Ca0.33-xSrxMnO3结构及电学性能的影响

采用传统固相反应法合成了双掺杂La_0.67Ca_0.33-xSr_xMnO₃(x=0, 0.05, 0.15)粉体, 研究了烧结温度对La_0.67Ca_0.33-xSr_xMnO₃(x=0, 0.05, 0.15)结构、微观形貌和金属-绝缘体相转变温度的影响规律。结果表明: 烧结温度的升高对微观形貌及结构影响较小, 双掺杂有效改善了材料体系的相转变温度。当烧结温度为1400℃, 掺杂量x=0增加至x=0.05时, 材料体系为正交相, 相转变温度从-20℃升高至6℃。掺杂量继续增加至x=0.15, 材料体系从正交相转变为六方相, 相转变温度升高至17℃。当掺杂量相同时, 相转变温度随烧结温度的升高而升高。具有上述智能相变特性的材料体系可以作为长寿命卫星主动热控技术的重要候选材料。     

Ni替代对锂离子电池材料LiMnTiO4性能的影响

采用溶胶-凝胶法结合固相反应制备了具有立方尖晶石结构的LiMn_1-xNi_xTiO₄(x=0、0.1、0.2、0.3)锂离子电池正极材料。通过场发射扫描电镜(FESEM)观察材料的表面形貌, 所制备的材料均呈现出典型的烧结体特征; 用X射线衍射仪(XRD)分析材料的物相变化, Ni替代前后均产生杂相TiO₂, 但没有产生与替代元素相关的杂相。通过循环伏安、恒电流充放电等测试研究样品的电化学性能。结果表明: LiMnTiO₄有两对氧化还原峰, 分别对应Mn³⁺/Mn⁴⁺、Mn³⁺/Mn²⁺的转变, 而Ni替代后出现了额外的氧化还原对, 即Ni³⁺/Ni⁴⁺的转变。LiMn_1-xNi_xTiO₄(x=0.1、0.2、0.3)的电化学性能均优于LiMnTiO₄, 尤其当Ni替代量为0.1时, LiMn_0.9Ni_0.1TiO₄在30 mA/g电流密度下的首次放电容量为171.6 mAh/g, 48次循环后容量为162.8 mAh/g, 容量保持率为82.7%。对LiMn_0.9Ni_0.1TiO₄进行非原位XRD测试发现, 材料一次循环后结构无明显变化, 不存在立方相与四方相之间的转变。