新型复合功能晶体Cd4TbO(BO3)3结构与性能研究

为探索新型复合功能晶体材料,采用高温固相反应法合成了Cd4TbO(BO3)3多晶粉末,并以NaF-B2O3为助熔剂生长出了小晶体.结构分析表明,Cd4TbO(BO3)3晶体属于单斜晶系,Cm空间群,晶胞常数为a=7.982(1) (A)、b=15.806(3) (A)、c=3.487(7) (A)、α=90°、β=100.57°、γ=90°,晶体中的阴离子基团为[BO3].测量了TG-DSC曲线、紫外可见透过光谱、红外光谱、拉曼光谱,并计算了晶体单位体积Tb的含量.结果表明, Cd4TbO(BO3)3晶体在500~1500 nm范围内透过率大于70;.Cd4TbO(BO3)3晶体单位体积含Tb量为4.624×1021/cm3,是磁光晶体TGG单位体积含Tb量的0.3倍.综上表明Cd4TbO(BO3)3是一种有前途的复合功能晶体材料.     

Na3Sm2(BO3)3的晶体生长及热学和光谱性质

以Na2CO3-H3BO3为助溶剂,用顶部籽晶法生长了14mm×8mm×2mm的Na3Sm2(BO3)3晶体.差热分析(DTA)表明Na3Sm2(BO3)3非同成分熔融,熔点为1089.1℃.该晶体易溶于酸,在空气条件下能稳定存在,不易潮解.测量了室温下晶体在200～2500nm范围内的吸收光谱,并对跃迁能级进行了初步指认.     

Na3La2(BO3)3晶体生长及光谱特性

本文以起始摩尔比为1:1的Na2CO3:H3BO3,并添加5;质量分数的NaF为助熔剂,用顶部籽晶法生长出φ35mm×5mm的透明Na3La2(BO3)3单晶.该晶体属正交晶系,空间群:Amm2,晶胞参数为a=0.51580(10)nm,b=1.1350(2)nm,c=0.73230(15)nm,α=β=γ=90°.测量了Na3La2(BO3)3晶体在室温下的透过光谱,紫外截止波长约为200nm.该晶体常温下稳定,不吸潮,但却易溶于稀酸.     

助熔剂法生长RbBe2BO3F2晶体及热性能研究

本文采用自发成核助熔剂法生长深紫外非线性光学晶体RbBe2BO3F2(RBBF)。研究了不同助熔剂体系的黏度对自发成核的影响,采用Rb2O-NaF-B2O3体系获得了厚度超过2.5 mm的大块透明RbBe2BO3F2晶体。研究了晶体的热学性能,包括熔点、比热、热膨胀系数和热导率,并与KBBF同族晶体进行了比较。在30～300℃温度范围内,RBBF晶体比热是0.70～0.95 J/g·K,大于CBBF晶体。测得RBBF晶体沿c轴的热膨胀系数是z=47.16×10-6K-1,在298 K时沿c轴的热导率是3.04 W/m·K。     

Yb3+: Sr3Gd(BO3)3激光晶体的生长和光谱特性

采用提拉法(Czochralski)生长出了掺Yb3+的Sr3Gd(BO3)3晶体,晶体尺寸达到:25 mm×30 mm.测量了Yb3+: Sr3Gd(BO3)3晶体的吸收谱、荧光谱以及荧光寿命.Yb3+: Sr3Gd(BO3)3晶体在975 nm有一半峰宽为7 nm的强吸收峰,π谱的吸收跃迁截面σa=7.28×10-21 cm2,在1040 nm的发射跃迁截面σe=1.43×10-21 cm2.辐射寿命为1.46 ms, Yb3+浓度为13 at;时的荧光寿命f=2.14 ms,Yb3+浓度为0.5 at;时的荧光寿命f=1.21 ms.     

1英寸CsPbCl3晶体的生长及其发光性能研究

CsPbX₃(X=Cl^-, Br^-, I^-)钙钛矿单晶具有优异的光电性能，有望成为下一代光电探测材料。由于CsCl在前驱体中的溶解度过小，通过低温溶液法较难生长得到CsPbCl₃晶体。本工作采用坩埚下降法成功生长了1英寸完整的CsPbCl₃晶体，并对晶体进行了一系列加工，得到了?10 mm×10 mm和厚度为2 mm的单晶片。测试了晶体的X射线粉末衍射图谱、TG/DTA曲线、X射线激发发射光谱、透过光谱和低温荧光光谱。在X射线的激发下，在430和575 nm观察到两个X射线激发发射峰，晶体的透过率达到75%;光致发光(PL)强度与温度依赖性曲线中可以观察到热猝灭现象，计算得到晶体4个峰的激子结合能分别为12.59、8.21、12.41和21.59 meV。     

双掺Er~(3+)/Yb~(3+)∶Sr_3La_2(BO_3)_4晶体的生长与光谱特性

采用提拉法生长了尺寸为20mm×30mm的Er3+/Yb3+∶Sr3La2(BO3)4晶体,研究了Er3+/Yb3+∶Sr3La2(BO3)4晶体的吸收光谱和荧光光谱。根据Judd-Ofelt理论分析并计算了辐射跃迁几率、辐射寿命、荧光分支比等光谱参数,获得的唯象参数为:Ω2=15.59×10-20cm2,Ω4=2.25×10-20cm2,Ω6=1.49×10-20cm2。在Er3+/Yb3+∶Sr3La2(BO3)4晶体中Er3+在1533nm处发射跃迁截面为7.88×10-21cm2,Er3+的4I13/2→4I15/2能级跃迁的荧光寿命和辐射寿命分别为0.728ms和4.24ms,结果表明Yb3+对Er3+有敏化作用,提高了对泵浦光的吸收能力,Er3+/Yb3+∶Sr3La2(BO3)4晶体可望作为1.55μm波段的一种有潜力的激光材料。     

LaFeO3单晶生长及其性能研究

以La2O3和Fe2O3粉体为原料,在1400℃,烧结24 h制备出了LaFeO3多晶料棒,采用浮区法生长出LaFeO3单晶。晶体沿(100)晶向生长,晶体的(100)晶面单晶摇摆曲线的半高宽为26″,证实其单晶化程度很高;在298～773 K温度范围内测试了晶体热学性能,晶体比热变化范围为0.58～0.76 J/g.K,热扩散系数变化范围为3.47～0.85 mm2/s,热导率变化范围为13.10～4.21 W/(m.K);研究退火工艺对晶体近红外透过率的影响,在700℃,48h退火可以明显提高透过率达到65%。     

Nd~(3+)掺杂的Sr_3Y_2(BO_3)_4晶体光谱特性研究

采用提拉法生长出25mm×40mm的Nd3+∶Sr3Y2(BO3)4晶体,测试了该晶体的吸收光谱、荧光光谱及荧光寿命。结果表明:Nd3+∶Sr3Y2(BO3)4晶体在807nm附近有最强的吸收峰,其半峰宽(FWHM)为16nm,宽的吸收半峰宽适合于LD泵浦;从荧光光谱得到发射波长分别为910.8nm、1065.2nm和1399nm的荧光峰。根据吸收和荧光光谱,计算了晶体的吸收截面和发射截面。采用J-O理论计算了Nd3+在Sr3Y2(BO3)4中的强度参数、各能级的振子强度、自发辐射几率、荧光分支比等参数。计算结果表明,其强度参数Ω2=3.816×10-20cm2,Ω4=10.895×10-20cm2,Ω6=12.44×10-20cm2,辐射寿命为104μs,量子效率η=49.7%,荧光分支比β1(0.88μm)=0.429,β2(1.06μm)=0.461,β3(1.35μm)=0.107,β4(1.88μm)=0.003。     

K2CaB8O26H24晶体的生长及其性质的研究

采用室温溶液法生长K2CaB8O26H24晶体,并得到尺寸为11mm×6 mm×5 mm的单晶.该晶体属于正交晶系,P212121空间群,晶胞参数为a＝1.15520(2)nm,b＝1.24751(3)nm,c＝1.65768(4)nm.红外光谱测量证实晶体结构中含有BO33-和BO54-基团.透过光谱表明K2CaB8O26H24晶体紫外吸收边在200nm左右.K2CaBsO26H24晶体粉末倍频效应(SHG)测试表明该化合物具有倍频效应,信号强度约为KH2PO4晶体的0.3倍.     

Cd(SCN)Cl单晶生长与表征

以NH_4SCN和 CdCl_2·2H_2O为反应原料,采用缓慢降温法,从水溶液中生长了尺寸为:10 mm×7 mm×4 mm新的化合物Cd(SCN)Cl单晶体; 采用元素分析、红外光谱、EDS、TG/DTA、粉末X射线衍射和单晶X射线衍射对所生长的晶体进行了表征.结果表明:所得晶体分子式为:Cd(SCN)Cl,属于斜方晶系Pnma空间群,晶胞参数为a=0.95967(7) nm, b=0.42595(3) nm, c=1.01789(7) nm, V=0.41608(5) nm~3,Z=4.热分析结果表明,晶体在190 ℃时具有良好的物理化学稳定性并且热分解的最终残留物是CdS.采用重量分析法测定了化合物Cd(SCN)Cl在不同温度条件下的溶解度.采用维氏显微硬度法对该晶体的力学性能进行了研究,其硬度值为78.6 kg/mm~2.     

SrCeO3:Sm3+红色发光粉的制备及发光性能

采用溶胶-凝胶法合成了SrCeO3∶Sm3+红色荧光粉,用XRD、SEM、FL分析表征了样品的结构、形貌及发光性能。研究了助熔剂H3BO3对其发光性能的影响。结果表明:样品为具有正交晶系结构的SrCeO3晶型,呈椭球型结构。荧光光谱测试结果表明:Sm3+掺杂的SrCeO3在紫外波段有两个吸收带,一是峰值位于320 nm左右的宽吸收带,归属于Ce4+→O2-的电荷迁移带,另一个为峰值位于408 nm的锐线吸收带,对应于Sm3+的6H5/2→4L13/2跃迁吸收;在波长408 nm的激发下,样品发红光,发射主峰位于601 nm,对应于Sm3+的4G5/2→6H7/2跃迁。样品的发光强度随着Sm3+和助熔剂H3BO3加入量的增加先增强,后减弱。当Sm3+的掺杂量为3mol%,H3BO3加入量为0.5 mol%时,发光强度最大。     

助熔剂法生长非线性光学晶体Cd3Zn3B4O12及其性质研究

本文以PbO-0.25B2O3为助熔剂,利用顶部籽晶法获得了较大块的Cd3Zn3B4O12单晶.透过率测试结果显示该晶体的紫外截止波长位于310 nm处.利用Kurtz-Perry的方法对晶体的倍频效应进行了测试,结果显示该晶体的粉末倍频效应约为KDP的5倍,且能实现相位匹配.晶体的光损伤阈值约为840 MW(1064 nm,10 ns).该晶体的热分析结果显示Cd3Zn3B4O12晶体在熔点温度以上会产生分解,这也是阻碍高质量大块Cd3Zn3B4O12晶体生长最主要的因素.     

具有非对称中心结构的硼酸盐Bi2ZnB2O7的合成、晶体结构和光学性质

具有非对称中心结构的硼酸盐Bi2ZnB2O7由固相反应法在低于700℃下制备得到.X射线单晶结构分析表明,该化合物以正交空间群Pba2结晶,晶体学参数为:a=1.0819(2)nm,b=1.1023(2)nm,c=0.4890(1)nm,Z=4.其晶体结构中包含分别由[BO3]3-和[BO4]5-组成的[B2O5]4-和[B2O7]8-基团,它们被[ZnO4]四面体通过共用O原子的方式连接成二维2∞[ZnB2O7]6-层,这些层由Bi3+离子进一步结合形成三维网.红外光谱证实了[BO3]3-和[BO4]5-基团的存在,粉末倍频效应测试表明,其强度为KDP(KH2PO4)的4倍,UV漫反射光谱表明该物质吸收边约为360 nm.     

KSr2I5∶Eu单晶生长及荧光性能研究

用布里奇曼法成功制备出一种新颖的三元系碱金属卤化物闪烁晶体-KSr2I5∶Eu,加工后的晶体尺寸达15 mm×10 mm×10 mm.XRD测试结果与KSr2I5的标准卡片(卡片号为PDF#39-1140) 进行比对,结果一致.KSr2I5晶体密度为4.39 g/cm3,差示扫描量热法显示晶体的熔点约为470 ℃左右.荧光光谱和X射线激发发射光谱测试结果表明KSr2I5∶0.5;Eu晶体只有一个发射峰,位于445 nm处附近,属于典型的Eu2+的5d→4f的跃迁发射.计算表明,用PMTR1306测试KSr2I5∶0.5;Eu晶体的量子效率约为12.2;.作为一种新型的闪烁晶体具有潜在的商用化价值.     

Er:Lu2O3单晶的导模法生长及性能表征

本文以高纯Lu₂O₃、Er₂O₃为原料,使用自主设计、制造的自动等径导模炉,采用导模法(EFG)生长了φ25 mm×20 mm的7.82%(原子数分数)Er:Lu₂O₃单晶,分凝系数为0.92,并探索了退火条件。X射线衍射仪(XRD)结果为纯相,X射线荧光光谱仪(XRF)结果证明杂质含量较低。利用吸收光谱计算在972 nm及1 535 nm附近的吸收截面,分别为3.24×10^-21 cm²、8.43×10^-21 cm²,半峰全宽(FWHM)分别为28.22 nm、27.31 nm。热学性能测试结果表明,在30 ℃时热导率为13.28 W·m^-1·K^-1。利用扫描电子显微镜(SEM)对晶体表面微观形貌进行了表征。     

Na3La2(BO3)3的晶体结构

以Na2CO3-H3BO3-NaF为助熔剂,使用顶部籽晶法生长出Na3La2(BO3)3透明单晶.测定了Na3La2(BO3)3的晶体结构,该晶体属正交晶系,空间群:mm2(No.38),晶胞参数为a＝0.51580(10)nm,b=1.1350(2)nm,c=0.73230(15)nm,α＝β＝γ＝90°,V＝0.42871(15)nm3,密度:.053g/cm3.晶体结构中的硼氧基团是平面的BO3基团,BO3基团相互独立,且与Na(1)O6、Na(2)O8、Na(3)O6和La(1)O9配位多面体连结形成三维网络骨架结构.讨论了Na3La2(BO3)3的晶体结构与倍频效应的关系.     

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%。     

双温区热扩散掺杂Fe2+∶ZnSe激光晶体的制备及激光输出性能

本文以CVD ZnSe晶片为基质材料,以FeSe粉末为掺杂物,采用双温区热扩散掺杂技术获得了尺寸为Ø22 mm×4 mm的Fe²⁺∶ZnSe激光晶体。通过二次离子质谱(SIMS)测试该晶体样品表面铁离子浓度为3.43×10¹⁸ cm^-3,并通过X射线光电子能谱(XPS)分析了晶体样品中铁元素的离子价态。采用UV/Vis/NIR分光光度计和傅里叶红外光谱仪测试了Fe²⁺∶ZnSe激光晶体的透过谱图。测试结果显示,在3.0 μm处出现了明显的Fe²⁺吸收峰,峰值透过率为5.5%。以波长为2.93 μm的Cr, Er∶YAG激光器为泵浦源,温度77 K时抽运尺寸10 mm×10 mm×4 mm的 Fe²⁺∶ZnSe晶体,获得了能量为191 mJ、中心波长4.04 μm的中红外激光输出,光光转换效率13.84%。