高居里温度铁电单晶PIN-PT的机电性能

弛豫铁电单晶Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-PbTiO₃(PIN-PT)相较于常用的Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃(PMN-PT)具有更高的居里温度,在高稳定性、高性能的传感器、换能器方面具有应用前景。本工作采用谐振法研究了[001]方向极化的0.66PIN-0.34PT铁电单晶的全矩阵机电性能参数。0.66PIN-0.34PT 单晶的三方-四方相变温度(T_RT)约为160 ℃,居里温度(T_C)约为260 ℃,室温压电系数d₃₃、d₃₁、d₁₅分别为1 340 pC/N、-780 pC/N、321 pC/N,介电常数ε^T₃₃、ε^S₃₃、ε^T₁₁、ε^S₁₁分别为2 700、905、2 210、1 927,机电耦合系数 k₃₃、k₃₁、k₁₅、k_t分别为 87%、58%、38%、61%。其纵向压电常数(d₃₃)和纵向机电耦合系数(k₃₃)小于 PMN-PT 单晶,但是横向压电性能(d₃₁)和剪切压电性能(d₁₅)都略高于PMN-PT单晶。另外,研究了机电耦合性能随温度的变化趋势,发现0.66PIN-0.34PT单晶在150 ℃以下有较好的温度稳定性。     

非线性光学晶体K3B6O10Br的生长与光电性能研究

采用顶部籽晶溶液生长法成功生长出尺寸为42 mm×20 mm×18 mm的高光学质量的紫外非线性光学晶体K₃B₆O₁₀Br(KBB)。根据其结构对称性要求,将KBB晶体定向加工成不同的器件切型,系统表征其光电性能。对KBB晶体电弹常数进行了系统的表征,受微观结构影响,压电常数各向异性较大,最大的压电常数d₃₃=6.69 pC/N。KBB晶体具有良好的激光频率变换、电光及压电性能,在光电子领域显示出潜在的应用前景。     

Cs3Bi2I9晶体的生长及辐射探测性能

采用布里奇曼法成功制备出大尺寸(φ15 mm×50 mm)、高质量的全无机金属卤化物类钙钛矿Cs₃Bi₂I₉单晶。室温下,该晶体属于六方晶系,空间群为P6₃/mmc,密度为5.07 g/cm³,晶胞参数为a=b=0.840 nm,c=2.107 nm,熔点为632 ℃。采用粉末X射线衍射谱、紫外-可见-近红外漫反射光谱、I-V测试等表征该晶体的性质。制备Au/Cs₃Bi₂I₉/Au三明治型器件结构,采用飞行时间技术测试Cs₃Bi₂I₉晶体的载流子迁移率,得到Cs₃Bi₂I₉晶体的电子迁移率为4.33 cm²·V^-1·s^-1。根据Hecht单载流子方程拟合得到Cs₃Bi₂I₉晶体的载流子迁移率寿命积(μτ)为8.21×10^-5 cm²·V^-1,并且在500 V偏压下对α粒子的能量分辨率达到39%。     

KLi(HC3N3O3)·2H2O晶体的电光效应和生长研究

本文采用电光系数的粉末测试方法,探索发现了新型电光晶体KLi(HC₃N₃O₃)·2H₂O。根据粉末样品的红外反射光谱和拉曼光谱,计算获得晶格振动对电光系数的贡献值,再加上粉末倍频效应推算的有效非线性光学系数,最终计算出KLi(HC₃N₃O₃)·2H₂O的电光系数为2.37 pm/V,与商用电光晶体β-BBO相当。采用水溶液法进行晶体生长,测试不同原料生长晶体时的过热和过冷曲线,优化生长工艺,获得35 mm×25 mm×10 mm透明晶体。采用X射线定向技术辅以压电系数测量,确定了晶体形貌与各向异性生长速率的对应关系。     

铜(Ⅱ)配合物{[Cu(OMBA)2]2·(DMF)2}的合成、CT-DNA结合及细胞毒性

合成了配合物{[Cu(OMBA)₂]₂·(DMF)₂}(OMBA =邻甲基苯甲酸,DMF = N,N-二甲基甲酰胺),配合物结构经元素分析、IR和X射线单晶衍射表征,该配合物属于三斜晶系,P1空间群,晶胞参数为a=1.037 0(5) nm, b=1.053 6(4) nm, c=1.105 9(5) nm, α=62.737(6)°, β=73.355(7)°, γ=63.231(7)°, Z=1, D_c=1.416 g·cm^-3, F(000)=422,最终结构残差因子R₁=0.051 5, wR₂=0.140 4。采用紫外、荧光和黏度法研究了配合物和小牛胸腺DNA (CT-DNA)的相互作用方式。结果表明,配合物与DNA的结合常数K_b=939.61 L·mol^-1,K_sv=3.00×10³ L·mol^-1,猝灭速率常数K_q=3.00×10¹¹ L·mol^-1·s^-1。配合物静态猝灭CT-DNA的荧光,结合常数K_a=5.38×10³ L·mol^-1,结合位点n=1,配合物对胃癌细胞A549、宫颈癌细胞Hela和肝癌细胞HepG2有抗增殖作用。     

对氯苯甲酸构筑的铜(Ⅱ)配合物的合成、HSA结合及细胞毒性

本文合成了配合物[Cu(pcba)₂·(phen)(H₂O)] (pcba =对氯苯甲酸,phen = 1,10-邻菲罗啉),该配合物属于三斜晶系,P1空间群,晶胞参数为a=0.790 98(2) nm,b=1.072 40(4) nm,c=1.487 19(6) nm,α=100.613(3)°,β=95.239(3)°,γ=108.334(3)°,Z=2,D_c=1.638 g·cm^-3,F(000)=582,最终结构残差因子R₁=0.035 9,wR₂=0.089 1。采用紫外及荧光研究了配合物和人血清蛋白(HSA)的相互作用方式。结果表明,配合物静态猝灭HSA荧光,可求得配合物与HSA的猝灭常数K_sv=2.35×10⁵ L·mol^-1,猝灭速率常数K_q=2.35×10¹³ L·mol^-1·s^-1,结合常数为K_a=2.14×10¹³ L·mol^-1,结合位点n=2.37。同时,研究了配合物对胃癌细胞A549、宫颈癌细胞Hela和肝癌细胞HepG2的抗增殖能力。     

KCaCl3:Ce晶体的生长及发光性能

采用坩埚下降法生长出不同摩尔分数Ce³⁺(1%、2%、4%、6%、8%)掺杂的KCaCl₃:Ce单晶。晶体属于正交晶系,晶胞参数为a=0.756 0 nm,b=1.048 2 nm,c=0.726 6 nm。热重分析仪测得熔点为740 ℃,透过率测试显示晶体在可见光波段均具有较好光学透过率。对晶体的光致发光光谱、光致衰减时间、X射线激发发射光谱、透过率等光学性能进行了表征。光致发光光谱显示KCaCl₃:Ce晶体在358 nm和378 nm波长左右有宽的发射峰,符合Ce³⁺的5d₁→²F_5/2和5d₁→²F_7/2能级跃迁,通过拟合,KCaCl₃:Ce晶体的衰减时间在30 ns左右。晶体在X射线激发下均表现出优异的X射线发光性能。     

激光浮区法生长TbYO3晶体

随着高功率固态激光器和光纤激光器的发展,对可见光-近红外区域的光学隔离器要求逐渐增加。目前设备原件正趋于小型化发展,工业应用最广泛的铽镓石榴石(TGG)晶体因其较小的Verdet常数,无法满足未来高功率激光器的需要。Tb₂O₃具有较高的Verdet常数,但是高熔点和相变机制使其难以通过常规提拉法进行单晶生长。本研究通过向Tb₂O₃中掺杂Y₂O₃,研究了不同掺杂浓度下(Tb_xY_1-x)₂O₃的晶体生长。在n(Tb)∶n(Y)=1∶1时,通过激光浮区(LFZ)法生长了TbYO₃单晶,而纯净的Tb₂O₃和(Tb_0.3Y_0.7)₂O₃单晶无法通过该方法合成。TbYO₃晶体具有较高的Verdet常数(445...     

(111)取向0.7PMN-0.3PT薄膜机电耦合性能

铁电薄膜由于其优异物理性能,而被广泛应用于微电子、光电子、微机电领域。在铁电薄膜理论研究方面,热力学理论可以有效地预测铁电薄膜的相结构、极化特性和机电性能等,且已在(001)取向铁电薄膜的研究中取得了较好的应用,而对于(111)取向铁电薄膜的研究报道非常少。因此,本文通过对序参量坐标转换的方法,构建了(111)取向薄膜的热力学势能函数及其机电性能计算方法。基于此,研究了(111)取向0.7PMN-0.3PT铁电薄膜的相结构及其机电性能。研究结果表明,(111)取向0.7PMN-0.3PT铁电薄膜的相结构主要存在沿晶轴方向三个极化可互换的对称相:顺电相PE、菱方相R和单斜相M_A(或M_B)。在应变和外电场的调控下,(111)取向0.7PMN-0.3PT薄膜展现出优良的机电性能,在R和M_A相变点处,介电常数ε11、ε22、ε33和面外压电系数d33取得了极大值。在外电场E₃分别为0、50 kV/cm、100 kV/cm和200 kV/cm时,面外介电常数ε33的峰值分别为4 382、2 646、2 102和1 600,面外压电系数d33的峰值分别为303.8 pm/V、241.9 pm/V、219.7 pm/V和195.1 pm/V。应变和外电场能够较好地调控薄膜的机电耦合性能,可为优异机电耦合性能的器件制备提供参考。     

微下拉法生长Tb3AlxGa5-xO12磁光晶体及其性能表征

Tb₃Ga₅O₁₂晶体是一种具有良好磁光性能的主流商用材料,但生长过程中存在严重的氧化镓挥发问题,导致晶体难以满足高功率应用的发展需求,而菲尔德常数较大的Tb₃Al₅O₁₂晶体的不一致熔融特性使该晶体难以生长,因此亟需探索新型高质量磁光晶体以满足高功率应用需求。基于此,本文采用微下拉法在高纯氩气和二氧化碳混合气氛下生长了Tb₃Al_xGa_5-xO₁₂(TAGG)系列高掺铝磁光晶体。摇摆曲线测试结果表明TAGG磁光晶体拥有高结晶质量。透过光谱和磁光特性测试结果表明,与传统Tb₃Ga₅O₁₂晶体相比,TAGG磁光晶体具有更高的透过率和更大的菲尔德常数,是一种非常有潜力的可应用于高功率激光系统的低成本磁光材料。     

Growth and properties of Pb[(Zn1/3Nb2/3)0.91Ti0.09]O3 single crystals directly from melt

Pb[(Zn_1/3Nb_2/3)_0.91Ti_0.09]O₃ (PZNT91/9) single crystals were grown by a modified Bridgman method directly from melt using an allomeric Pb[(Mg_1/3Nb_2/3)_0.69Ti_0.31]O₃ (PMNT69/31) single crystal as a seed. X-ray diffraction (XRD) measurement confirmed that the as-grown PZNT91/9 single crystals are of pure perovskite structure. Electrical properties and thermal stabilization of PZNT91/9 crystals grown directly from melt exhibit different characters from those of PZNT91/9 crystals grown from flux, although segregation and the variation of chemical composition are not seriously confirmed by X-ray fluorescence analysis (XPS). The [0 0 1]-oriented PZNT91/9 crystals cut from the middle part of the as-grown crystal boules exhibit broad dielectric-response peaks at around 105 °C, accompanied by apparent frequency dispersion. The values of piezoelectric constant d₃₃, remnant polarization P_r, and induced strain are about 1800–2200 pC/N, 38.8 μC/cm², and 0.3%, respectively, indicating that the quality of PZNT crystals grown directly from melt can be comparable to those of PZNT91/9 single crystals grown from flux. However, further work deserves attention to improve the dielectric properties of PZNT crystals grown directly from melt. Such unusual characterizations of dielectric properties of PZNT crystals grown directly from melt are considered as correlating with defects, microinhomogeneities, and polar regions.     

Keggin型多酸基超分子化合物H3[{H(4-AP)}6(PMoⅤ6MoⅥ6O40)]的结构和电催化性能

通过水热合成方法,以钼酸铵、氯化镍和4-氨基吡啶为原料成功合成了一个Keggin型多酸基超分子化合物H₃[{H(4-AP)}₆(PMo^V₆Mo^VI₆O₄₀)] (4-AP=4-氨基吡啶)。该化合物的结构单元包含一个[PMo^V₆Mo^VI₆O₄₀]^9-阴离子和6个质子化的配体。而[PMo^V₆Mo^VI₆O₄₀]^9-阴离子与配体之间通过N(1)—H(1)…O(3)、N(2)—H(2A)…O(5)和N(2)—H(2B)…O(1)三种氢键相互作用,进而形成二维超分子层。通过X射线单晶衍射、IR和粉末X射线衍射对其进行表征。晶体结构分析表明:该标题化合物属于三方晶系,R-3空间群,a=2.191 2 (10) nm, b=2.191 2 (10) nm, c=1.042 3(5) nm, α=β=90°, γ=120°, V=4.333 8(4) nm³, Z=3, R₁=0.036 2, wR₂=0.095 6, 电催化性质研究表明该标题化合物对H₂O₂和K₂Cr₂O₇具有良好的电催化还原效果,以及对抗坏血酸具有良好的电催化氧化效果。     

EXAFS and XANES joint analyses for semiconducting vanadium phosphate glasses

Vanadium EXAFS spectra of 50V₂O₅-50P₂O₅ glasses with different C = V⁺⁴/V_tot have been measured. The V-O distances increase by ΔR₁ = (0.03 ± 0.02) Å to ΔR₂ = (0.07 ± 0.03) Å going from a glass with C = 0.64 to C = 0.84 and from C = 0.51 to C = 0.84, respectively. The EXAFS data show a basically similar structure of the vanadium sites for both the V⁴⁺ and V⁵⁺ ionic states. The density of the glasses increases with C from the value d₁ = 2.81 g/cm³ for C = 0.51 to d₂ = 2.92 g/cm³ for C = 0.84 indicating a more random packing of glass units.     

Growth of thiourea-doped TGS crystals and their characterisation

Thiourea-doped Triglycine sulphate (ThTGS) crystal with three different concentrations of thiourea was grown from aqueous solution by slow cooling technique. The cell parameters were determined from powder X-ray diffraction analysis. A qualitative analysis of the presence of thiourea in doped crystals was estimated by FTIR analysis. Microhardness studies were carried out using Leitz Weitzler hardness tester at room temperature. Dielectric properties of the crystals were studied which showed a shift in the T_c when compared to pure TGS crystal. Pyroelectric studies were carried out and the pyroelectric coefficient was found. Piezoelectric studies (d₃₃ coefficient) has also been carried out.     

Sm∶YAG/Sm∶Y3ScAl4O12单晶光纤的生长及光谱性能

采用微下拉法成功生长出Sm∶YAG和Sm∶Y₃ScAl₄O₁₂单晶光纤。XRD结果表明晶体为立方晶系,晶胞参数分别为a=1.199 3 nm和a=1.200 0 nm。测试了室温下单晶光纤的拉曼光谱、吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命。Sm∶Y₃ScAl₄O₁₂最大声子能量为766 cm^-1。Sm∶YAG和Sm∶Y₃ScAl₄O₁₂ 在可见波段的最强吸收位于405 nm附近,非常适合InGaN/GaN二极管泵浦。404 nm激发下,最强发射带位于618 nm处, 对应于Sm³⁺的⁴G_5/2→ ⁶H_7/2能级跃迁, 测得Sm∶YAG和Sm∶Y₃ScAl₄O₁₂上能级⁴G_5/2的荧光寿命分别为1.86 ms和1.83 ms。实验结果表明Sm∶YAG和Sm∶Y₃ScAl₄O₁₂单晶光纤是有潜力的红橙光波段激光增益介质。     

草酸配体修饰的锆取代型硅钨-氧簇合物的合成、结构和电化学性质研究

通过水热反应,成功合成了一个草酸配体修饰的四核锆取代的夹心型硅钨-氧簇合物H₁₂Na₂[Zr₄(μ₃-O)₂(μ₂-OH)₂(Ox)₂(α-SiW₁₀O₃₇)₂]·22H₂O (Ox=oxalic acid)。该夹心型硅钨-氧簇是由两个{α-SiW₁₀O₃₇}簇块通过一个{Zr₄(μ₃-O)₂(μ₂-OH)₂(Ox)₂}簇连接构成的。通过X-射线单晶衍射、IR、TG以及元素分析对该簇合物进行表征。晶体结构分析表明: 该簇合物结晶于单斜晶系,P2₁/c空间群,a=2.132 2 (6) nm, b=1.271 6 (4) nm, c=2.223 1 (7) nm, β=110.933(4)°,V=5.629 9(3) nm³,Z=2,R₁=0.061 5,wR₂=0.164 4。电化学和电催化性质研究表明标题簇合物对NO^-₂的还原有很好的电催化效果。     

Synthesis, growth, thermal, optical, dielectric and mechanical properties of semi-organic NLO crystal: Potassium hydrogen malate monohydrate

Potassium hydrogen malate monohydrate (PHMM), a semi-organic nonlinear optical material, has been synthesized and single crystals were grown from aqueous solution. Single crystals of PHMM have been grown by slow evaporation of solvent at room temperature up to dimensions of 22 mm×16 mm×14 mm. Single-crystal X-ray diffraction study on grown crystals shows that they belong to monoclinic system and non-centrosymmetry spacegroup Cc. The structural perfection of the grown crystals has been analyzed by high-resolution X-ray diffraction (HRXRD) rocking curve measurements. Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopic study was performed for the identification of different modes of functional groups present in the compound. The UV–Vis transmission spectrum has been recorded in the range 200–1100 nm. The thermal stability of the compound has been determined by TG-DTA curves. The dielectric studies were performed. From the microhardness measurements, Vicker's hardness number (H_v), Stiffness constant (C₁₁), fracture toughness (k_c), Brittle index (B_i) and yield strength (σ_y) have been calculated. The Young's modulus was calculated using the Knoop hardness measurement. The SHG relative efficiency of PHMM crystal was found to be 1.2 times higher than that of KDP.     

弛豫铁电单晶的多功能特性及其器件应用

以Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃(PMN-PT或PMNT)为代表的弛豫铁电单晶具有远高于常用锆钛酸铅Pb(Zr_xTi_1-x)O₃(PZT)陶瓷的压电性能,引起了基于新一代压电单晶的功能器件研究热潮。本研究团队在国际上率先利用Bridgman方法生长出了大尺寸、高质量PMN-PT等弛豫铁电单晶(d₃₃～2 000 pC/N,k₃₃～92%),并对PMN-PT等弛豫铁电单晶的生长、多层次微观结构和性能调控进行了多方面的研究,发现弛豫铁电单晶不仅具有超高压电性能,还具有突出的热释电性能、电光性能以及与磁致伸缩材料复合形成磁电复合材料的超高磁电耦合性能。本研究团队多年来一直在努力推动弛豫铁电单晶在医用超声换能器、热释电红外探测器、电光器件、磁电型弱磁传感器等各种器件的应用研究。本文主要总结了弛豫铁电单晶的多功能特性,并介绍了本研究团队在弛豫铁电单晶器件应用上的研究结果。