高温高压处理对褐色CVD钻石谱学特征的影响

目前CVD法合成单晶钻石是超硬材料科学和宝石学关注的热点之一,该方法合成的单晶钻石常带有褐色调。通常采用高温高压法（HPHT）提高褐色CVD钻石的色级和透明度,在前期HPHT处理褐色CVD钻石实验基础上,选出颜色改善明显的三颗样品,对其处理前后谱学特征进行对比。采用紫外-可见吸收光谱、红外光谱、光致发光光谱、三维荧光光谱、激光拉曼光谱以及X射线摇摆曲线进行分析。结果表明,褐色和深褐色样品褪色温度较高,处理后样品紫外-可见吸收光谱吸收系数明显减小,透明度明显提高。样品中红外与近红外光谱显示,在1 332 cm-1处的吸收峰与N+中心有关,该中心是褐色CVD钻石常见特征。在3 124 cm-1处吸收峰与NVH0缺陷中心有关,该峰在CVD钻石和HPHT处理钻石中常见。另外在2 700~3 200 cm-1范围变化的一组吸收峰,与C-H键伸缩振动有关。高温对CVD钻石含H基团影响较大,在5~6 GPa压力下处理温度在1 500~1 700 ℃范围,会在近红外波段4 673,6 352,7 354,7 540,7 804和8 535 cm-1出现一组吸收峰,可指示样品经过较高温度处理。目前针对CVD钻石以及经过HPHT处理的CVD钻石近红外波段的论述较少,该研究可以为鉴定CVD钻石及HPHT处理CVD钻石提供依据。综合光致发光光谱和三维荧光光谱分析,处理后样品NV-缺陷比例减小,SiV-中心缺陷比例增加。在5~6 GPa压力下,仅当处理温度高于1 500 ℃时,样品三维荧光光谱在λ_ex/λ_em=500 nm/575 nm处荧光峰增强,在λ_ex/λ_em=490 nm/550 nm处荧光峰消失,从某种意义上该峰位变化可指示样品经过较高温度处理。物相分析结果显示,HPHT处理后CVD钻石在1 332 cm-1处拉曼位移半高宽和XRD摇摆曲线半高宽均减小,表现出了较好的一致性,说明经HPHT处理的褐色CVD钻石结晶质量变优。     

不同气氛下SiOx纳米线的制备及形貌、红外、光致发光研究

以N₂/H₂、N₂或NH₃为载气,利用碳辅助化学气相沉积法,常压1140℃下在石英衬底上制备了大量直径为20—300 nm,长数百微米的非晶SiO_x纳米线.制备得到的纳米线具有高度定向生长的特性.利用透射电子显微镜、扫描电子显微镜及电子能谱对SiO_x纳米线的形貌及组分进行了分析,Si与O原子之比为1∶18.傅里叶红外吸收谱显示了非晶氧化硅的三个特征峰（482,806和1095 cm^-1）及1132 cm^-1无序氧化硅结构的强吸收峰.SiO_x纳米线光致发光光谱（PL）在440 nm（283 eV）处具有较强的荧光峰;N₂为载气生长的SiO_x纳米线的PL峰强比NH₃为载气生长的SiO_x纳米线峰强大四个数量级. 关键词： x纳米线')" href="#">SiO_x纳米线 碳辅助化学气相沉积法 傅里叶红外吸收 光致发光     

山东产大颗粒高温高压合成钻石的多种谱学方法研究

山东济南中乌新材料有限公司利用六面顶油压机生产出大颗粒钻石,为了掌握这些合成钻石的品质及与天然钻石的区分方法,采用宽频诱导发光光谱仪（GV5000）、红外光谱仪、钻石特征光谱检测仪（PL5000）、激光诱导击穿光谱仪和X射线能谱仪,对该公司生产的225粒无色、蓝色和黄色高温高压（HPHT）合成钻石进行检测,并与天然钻石对比。HPHT合成钻石样品的晶形以（111）晶面和（100）晶面共存的聚形为主导。原石切磨成圆钻形成品的出成率在20%~67%之间,净度级别为VVS-P,颜色级别为D-H。通过GV5000分析,三种颜色样品均可观察到立方八面体生长结构发光图案,无色HPHT合成钻石为强蓝色荧光和磷光,发光峰位于495 nm,与晶格中的顺磁氮有关;蓝色HPHT合成钻石为蓝-绿蓝色荧光和蓝色磷光,发光峰位于501 nm,与晶格中的顺磁氮、硼有关;黄色HPHT合成钻石为弱绿色荧光和磷光,显示556和883 nm Ni+相关发光峰,这些特征可与天然钻石相区分。红外光谱分析表明,无色HPHT合成钻石在1 332~1 100 cm-1无明显氮相关吸收,在2 802 cm-1有B0相关吸收,为含有少量硼的Ⅱa型;蓝色HPHT合成钻石位于1 294 cm-1有与B-相关的强吸收,归属为Ⅱb型;黄色HPHT合成钻石位于1 130和1 344 cm-1有与孤氮相关的明显吸收,归属为Ⅰb型。PL5000光致发光光谱显示,三种颜色HPHT合成钻石可检测到659,694,707,714和883 nm等镍相关缺陷发光峰。相比之下,无色和黄色天然钻石通常为Ⅰa型,具有1 282和1 175 cm-1等聚合氮的红外光谱吸收,光致发光光谱通常可检测到415 nm（N₃）零声子线,由孤氮、硼和镍等缺陷导致的光谱特征极为罕见。因此,红外光谱和光致发光光谱特征可作为重要的鉴别依据。激光诱导击穿光谱仪检测到无色HPHT合成钻石的出露包裹体主要成分为Fe。X射线能谱分析显示,对于含包裹体较多的样品,无色和蓝色HPHT合成钻石可检测到Fe,黄色HPHT合成钻石可检测到Fe和Ni,为其中包裹体的成分,这可作为HPHT合成钻石鉴定性特征。综上所述,通过GV5000超短波紫外荧光和磷光测试,配合红外光谱和光致发光光谱特征,结合包裹体成分特征,可以有效区分该研究的合成钻石和天然钻石。     

退火对Pb辐照Al2O3单晶发光特性的影响

研究了230MeV的²⁰⁸Pb²⁷⁺辐照Al₂O₃样品及随后在600,900,1100K高温条件下退火后的光致发光特性。从辐照样品的测试结果可以清楚地看到在波长为390,450nm处出现了强的发光峰。辐照量为1×10¹³ions/cm²时,样品的发光峰最强。经过600K退火2h后测试结果显示,380nm发光峰剧烈增强,而其他发光峰显示不明显。在900K退火条件下,380nm的发光峰开始减弱,而在360,510nm出现了明显的发光峰,至到1100K退火完毕后380nm的发光峰完全消失,而360,510nm的发光峰相对增强。从被辐照样品的FTIR谱中看到,波数在460~510cm^-1间的吸收是振动模式,经过离子辐照后,吸收带展宽,随着辐照量的增大,Al₂O₃振动吸收峰消失,说明Al₂O₃振动模式被完全破坏。1000~1300cm^-1之间为Al—O—Al桥氧的伸缩振动模式,辐照后吸收带向高波数方向移动,说明其振动模式受到影响。辐照剂量较小的样品,损伤程度相对较低,经退火晶化后,振动模式基本恢复到单晶状态;辐照剂量较高的样品,损伤程度大,退火处理后表面变得较粗糙,振动模式并未出现,说明结构破坏严重。     

中子辐照含氢FZ-Si的红外吸收研究

对于中子辐照的n-FZSi(H₂),利用红外吸收光谱研究了由于辐照所产生的各种与氢有关的缺陷态。在未辐照的样品和辐照的样品中分别发现了未曾报道的1992cm^{-1和1857cm-1吸收峰。对于在n-FZSi(H₂)所引起的本征吸收峰和辐照损伤吸收峰,进行了讨论和指派。2150cm-1吸收峰则被认为是由于氢施主所引起的。 关键词：}     

金刚石集群NV色心的光谱特征及浓度定量分析

金刚石NV-色心具有优越的光致发光特性,可实现高灵敏度物理量探测。其中,NV-色心的浓度是影响其宏观领域物理量探测灵敏度的重要因素之一。分析了金刚石在NV-色心制备过程中产生的发光缺陷,研究了不同的电子注入剂量与NV-色心浓度的关系。首先,对金刚石进行电子辐照并高温真空退火,制备了NV-色心;然后,利用拉曼光谱仪测试了金刚石在电子辐照前、电子辐照后及退火后三个阶段中的荧光光谱,分析了金刚石在NV-色心制备过程中的光谱特性;最后,对生成的NV-色心的浓度进行了估算,并探究了不同电子注入剂量对NV-色心浓度的影响规律。结果表明,金刚石经电子注入后生成了524.7,541.1,578和648.1 nm发光中心。其中,HPHT合成金刚石经电子注入后普遍存在524.7 nm中心。电子注入后的金刚石经高温(≥800 ℃)真空(≥10-7 Pa)退火后,空位自由移动,不稳定的缺陷消失,当空位靠近氮原子时被束缚而形成氮空位色心。对于氮含量100 ppm的金刚石,当电子注入产生的空位含量小于120 ppm(2.1×1019 cm-3)时,NV-色心浓度与电子注入生成空位的含量的关系符合Boltzmann分布。该研究为利用氮含量100 ppm的金刚石实现定量NV-色心浓度的制备提供了参考依据,为NV-色心在宏观物理量精密测量的应用奠定了基础。     

SiO2纳米线簇、C-Si-O纳米球的制备及形貌、红外光谱和光致发光光谱研究

以二茂铁和硅油作为催化剂和原料,利用高温裂解硅油为C,Si,O源,在常压N₂和H₂混合气氛的化学气相沉积管式炉中制备了大量直径为5—40 nm、长数百纳米的非晶SiO₂纳米线簇及粒径为100—300 nm的C-Si-O实心纳米球. 利用透射电子显微镜、扫描电子显微镜对产物形貌进行表征.Fourier红外吸收谱显示出非晶SiO₂所具有的474,802和1100 cm^-1三个特征峰;SiO₂纳米线簇的光致发光光谱具有较强440 nm蓝光发光峰;而C-Si-O（原子数之比为1.13∶1∶2.35）纳米球具有奇特的红绿蓝（625,540,466 nm）三色光致发光谱. 关键词： 2纳米线簇')" href="#">SiO₂纳米线簇 C-Si-O纳米球 高温裂解 Fourier红外谱     

光致变色天然白色方钠石宝石学和光谱学特征探究

方钠石为似长石类矿物,常作为无机光致变色材料广泛应用于建筑、照明和放射量测定等领域。高品质方钠石宝石以其迷人的光致变色效应为大众熟知,并得到消费者认可,价格也不断攀升。因天然宝石级方钠石的宝石学特征和光致变色机理研究较薄弱,为鉴定提供理论依据并探究其变色机制,特选取具光致变色效应的天然白色方钠石分别进行UVA(365nm)和UVC(254 nm)紫外光致变色实验,并结合傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis)和电子顺磁共振波谱(EPR),探讨其光致变色机理。紫外光辐照实验显示,天然白色方钠石具有橙粉色-橙红色荧光,受UVA紫外光辐照5分钟变为紫红色,可维持1~2 min,使用白光（700~400 nm）照射可以快速褪至初始白色;受UVC紫外光辐照,紫色调浓度持续加深且产生持久稳定的光致变色;初始白色样品紫外荧光强度明显强于光致变色后紫红色样品。FTIR吸收光谱指示,5 250 cm-1处强吸收峰归属于H₂O的弯曲振动与伸缩振动的组合吸收,证实存在结晶水;4 698和4 555 cm-1两处弱吸收峰与金属阳离子(M)和O—H相互吸引而成的面外弯曲振动γ(M—OH)有关（M=Mg2+, Na+, K+, Al3+）;1 002 cm-1处强吸收峰与标准方钠石吸收特征相比,向高波数偏移约20 cm-1,指示硅氧四面体结构中AlⅣ含量减少,结合EPR波谱结果认为上述现象可能由Mn2+和Ti3+替换AlⅣ—O四面体结构所致,并分别形成以3 511 G(g=2.002)处为中心的多条超精细谱线及3 573 G(g=1.967)处单一谱线。UV-Vis和EPR谱指示,白色方钠石短波紫外产生持续光致变色产生的主要原因是,因S2-₂替代Cl-导致体系存在部分Cl缺失（空位V_Cl）来平衡电价,S2-₂受紫外线激发分解：S2-₂→S-₂+e-,e-进入导带而被V_Cl捕获形成色心,位于色心的电子转变为激发态而产生539 nm宽吸收带,伴有向紫外区的拖尾增强吸收,导致样品呈紫红色,EPR 3 480 G(g=2.02)处单一谱峰可作为判别依据。     

两个新颖的钨氧簇化合物的合成和光谱实验研究

通过水热法合成了两个新型的钨氧簇化合物,{(H₂Biim)₂}[SiW₁₂O₄₀]·8H₂O (1)和{Ni₂(Biim)₅}[SiW₁₂O₄₀]·4H₂O (2)。两个化合物均以经典Keggin结构簇阴离子为构筑模块形成,化合物1属于四方晶系,抗衡阳离子是双质子化的(H₂Biim)2+,化合物2属于单斜晶系,以双核的[Ni₂(Biim)₅]4+配合物作为抗衡阳离子,且其中心金属离子为五配位模式。利用X射线粉末衍射、红外光谱、热微扰下的二维红外相关光谱和固体紫外可见漫反射光谱等方法对化合物进行研究,探讨化合物结构与性能的关系。红外光谱表明,在1 050～700 cm-1,化合物出现了典型的Keggin簇阴离子骨架吸收峰,二维红外相关光谱进一步显示该簇阴离子骨架对热响应很敏感;固体紫外可见漫反射光谱表明,两个化合物分别在254和251 nm处出现了O_μ→W的LMCT跃迁。     

γ射线辐照处理银灰色Akoya珍珠的谱学特征研究

近年来因为高品质银灰色Akoya珍珠备受青睐,大量改色处理的银灰色珍珠涌入市场,造成混乱,其中辐照处理改色的珍珠很难鉴别,成为检测难题。对一批白色和浅黄色Akoya珍珠进行了不同剂量的γ射线辐照改色实验,并对辐照前后的样品和天然呈银灰色的Akoya珍珠进行放大观察及光致发光光谱、紫外可见光光谱和三维荧光光谱等无损谱学测试。实验结果表明：浅黄色Akoya辐照的改色效果明显好于白色者,随辐照剂量的加大,改变的颜色加深。通过对比辐照改色前后的样品与天然呈银灰色Akoya珍珠样品的镜下特征,发现：辐照改色者具有浅色珠层和带有深褐色条纹的褐色珠核,天然呈色者则在浅色珠层和白色珠核间有一褐色有机质夹层,有机质不均匀的地方在珍珠表面形成“黑斑”。对比辐照前后样品与天然呈银灰色Akoya珍珠样品的谱学特征发现：辐照改色者较改色前及天然呈色者的光致发光光谱的荧光背景更高,但背景峰与文石主峰强度比值F/A值(1.34～1.98)比天然呈色者(0.52～1.12)略高;辐照改色者较改色前紫外可见光谱反射率明显降低,在紫外光区的360 nm处出现宽缓吸收,而天然呈色者在430～530 nm范围内有宽缓吸收,且...     

一步溶液法制备ZnO亚微米晶体棒及其发光性能

用硝酸锌(Zn(NO₃)₂·4H2O)或醋酸锌(Zn(CH₃COO)₂·2H2O)分别与六亚甲基四胺((CH₂)₆N₄)以等浓度0.005mol/L配制成两种反应溶液,通过化学溶液法在玻璃衬底上生长出ZnO六角型亚微米棒(长5~8μm,直径300~700nm)。测量了样品的XRD和扫描电镜像。经XRD分析,所得样品均为纤锌矿的ZnO六角型晶体。扫描电镜(SEM)像表明,生长时间为3h或5h时,样品为细长条的棒状结构,长径比超过10:1;生长48h后的ZnO亚微米棒的一端被腐蚀成一定深度的ZnO亚微米管。用负离子配位四面体生长模型分析了ZnO亚微米棒的生长机理。ZnO亚微米棒退火前后的光致发光谱表明,退火处理后的发射谱中的紫外峰消失,而红色发光峰红移并且增强(峰值由630nm左右移到710nm),同时它的激发光谱中的室温激子激发峰也增强。     

铥、铽及铕离子掺杂的BaAl2O4膜的阴极射线发光特性

利用喷雾热解法合成了Tm、Tb及Eu离子掺杂的铝酸钡(BaAl₂O₄)发光膜,研究了合成条件对其结构和发光特性的影响.在退火温度达到700℃时,生成了BaAl₂O₄膜.Tm³⁺和Tb³⁺掺杂的BaAl₂O₄膜分别发蓝光和绿光,而Eu³⁺掺杂的BaAl₂O₄膜的发光既有Eu²⁺的特征发射——宽的蓝光发射带,也有Eu³⁺的特征发射——窄的红光发射峰.BaAl₂O₄:Tm³⁺的发射主峰位于462nm,在电压为5kV和电流密度为57μA/cm²的条件下,其阴极射线发光(CL)亮度可达25cd/m²,效率可达0.11lm/W.BaAl₂O₄:Tb³⁺的发射主峰位于549nm,在相同的条件下,其阴极射线发光亮度可达120cd/m²,效率可达0.55lm/W.BaAl₂O₄:Eu³⁺的发射主峰位于616nm,其阴极射线发光亮度为50cd/m²,效率为0.23lm/W.BaAl₂O₄:Eu²⁺发蓝光,峰值位于452nm,其阴极射线发光亮度为640cd/m²,效率为2.93lm/W.     

笼中阴离子基团对Nd~(3+)掺杂C12A7粉体红外发光的影响

采用自蔓延燃烧法制备了不同Nd3+掺杂浓度的具有笼状结构的12Ca O·7Al2O3(C12A7∶x%Nd3+)粉体材料。在808 nm波长的激发下,观测到了位于887,1 069,1 340 nm附近的3个近红外发射峰,分别归属于Nd3+的4F3/2→4IJ/2(J=9,11,13)跃迁。Nd3+掺杂摩尔分数达到0.5%时,红外光发射较强,且没有观察到杂质相。在H2气氛下对样品进行1 300℃热处理之后,笼中OH-和H-浓度增加,笼子发生畸变,晶粒尺寸变大,样品的结晶性变好。通过在空气下热处理,减少了高能振动基团OH-的数目,进一步增强了近红外光发射。变温光致发光谱测量结果表明,C12A7∶x%Nd3+样品具有较高的热激活能,在红外激光器上有潜在的应用前景。     

铕与苯甲酸及其衍生物配合物的光谱分析

合成了铕与苯甲酸及其衍生物(苯甲酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、水杨酸、邻氨基苯甲酸、磺基水杨酸)的二元配合物.经元素分析确定其组成式.研究了它们的红外吸收光谱、紫外吸收光谱及荧光光谱.紫外光谱的研究表明,配合物的紫外吸收主要表现为配体的吸收.红外光谱的研究表明,配合物的红外光谱不同于自由配体的红外光谱,证明了稀土与有机物形成了配合物.荧光光谱的研究表明,其中铕与苯甲酸、邻苯二甲酸及间苯二甲酸形成的配合物表现出铕的特征荧光.其中以苯甲酸铕的发射峰最强,最强发射峰位于λ=618nm处,显示铕的红光特征;而铕与磺基水杨酸、邻氨基苯甲酸、水杨酸的配合物却主要表现出配体的宽带发射,其中邻氨基苯甲酸铕分别在λ=399,452,547nm处有三个弱的发射峰,磺基水杨酸铕也只在λ=407nm处有一宽发射峰,未显示出铕的红光特征.     

NH4H2PO4和ND4D2PO4晶体微结构的拉曼光谱研究

本文利用偏振拉曼光谱和第一性原理, 对磷酸二氢铵(NH₄H₂PO₄, ADP)和不同氘含量磷酸二氢铵DADP晶体的晶格振动模式进行了研究. 实验测得了不同几何配置、200–4000 cm^-1范围的偏振拉曼光谱, 分析在不同氘含量条件下921 cm^-1和3000 cm^-1附近拉曼峰的变化. 在ADP晶体中, 基于基本结构单元NH₄⁺ 和H₂PO₄^-基团的振动模, 用第一性原理进行了数值模拟, 进一步明确拉曼峰与晶体中原子振动的对应关系; 通过洛伦兹拟合不同氘含量DADP晶体的拉曼光谱中2000–2600 cm^-1处各峰的变化讨论了DADP 晶体的氘化过程, 结果表明氘化顺序是先NH₄⁺ 基团后H₂PO₄^-基团, 研究结果为今后此类材料的生长和性能优化奠定了基础.     

Effects of surface treatments and annealing on carbon-based molecular sieve membranes for gas separation

A new method in preparing carbon-based molecular sieve (CMS) membranes for gas separation has been proposed. Carbon-based films are deposited on porous Al₂O₃ disks using hexamethyldisiloxane (HMDSO) by remote inductively coupled plasma (ICP) chemical vapor deposition (CVD). After treating the film with ion bombardment and subsequent pyrolysis at a high temperature, carbon-based molecule sieve membranes can be obtained, exhibiting a very high H₂/N₂ selectivity around 100 and an extremely high permeance of H₂ around 1.5 × 10⁻⁶ mol m⁻² s⁻¹ Pa⁻¹ at 298 K. The O₂/N₂ selectivity could reach 5.4 with the O₂ permeance of 2 × 10⁻⁷ mol m⁻² s⁻¹ Pa⁻¹ at 423 K.

During surface treatments, HMDSO ions were found to be more effective than CH₄, Ar, O₂ and N₂ ions to improve the selectivity and permeance. Short and optimized surface treatment periods were required for high efficiency. Without pyrolysis, surface treatments alone greatly reduced the H₂ and N₂ permeances and had no effect on the selectivity. Besides, without any surface treatment, pyrolysis alone greatly increased the H₂ and N₂ permeances, but had no improvement on the selectivity, owing to the creation of large pores by desorption of carbon. A combination of surface treatment and pyrolysis is necessary for simultaneously enhancing the permeance and the selectivity of CMS membranes, very different from the conventional pore-plugging mechanism in typical CVD.     

Femtosecond growth dynamics of an underdense ionization frontmeasured by spectral blueshifting

Time-resolved spectral blue shifts of 100-fs laser pulses caused by ionization of atmospheric density N₂ and noble gases subjected to high (10¹⁴ W/cm² to 10¹⁶ W/cm²) light intensities are examined. Included are data for two experiments: self-shifting of the ionizing laser pulses for varying peak intensities, pressures (1-5 atm), and gas species; and time-resolved blue shifts of a weak copropagating probe pulse for the same range of ionization conditions. The self-shift data reveal a universal, reproducible pattern in the shape of the blueshifted spectra: as laser intensity, gas pressure, or atomic number increase, the self-blueshifted spectra develop from a near replica of the incident pulse spectrum into a complex structure consisting of two spectral peaks. The time-resolved data reveal different temporal dependence for each of these two features. A quantitative model for a simplified cylindrical focal geometry is presented     

[1ChCl∶2EG]/CrCl3·6H2O离子液体中Cr(Ⅲ)配合物的研究

利用电喷雾质谱(ESI-MS)和紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)分析,研究了CrCl₃·6H₂O 浓度为0.1～0.6 mol·L-1的水溶液和[1ChCl∶2EG]/CrCl₃·6H₂O ILs中,Cr(Ⅲ)配合物的存在形式。研究结果表明,在含有CrCl₃·6H₂O的溶液中,Cr(Ⅲ)与Cl-和H₂O形成[Cr(H₂O)_nCl_6-n]n-3配合物,其配合物的优势物种受CrCl₃·6H₂O浓度的影响。水溶液中Cr(Ⅲ) 的优势配合物为[Cr(H₂O)₆]3+与[Cr(H₂O)₅Cl]2+,并随CrCl₃·6H₂O浓度增加,水溶液的UV-Vis吸收光谱峰红移,[Cr(H₂O)₅Cl]2+的相对含量增加。而[1ChCl∶2EG]/CrCl₃·6H₂O ILs中的优势配合物为[Cr(H₂O)₂Cl₄]-和[Cr(H₂O)₃Cl₃],且随CrCl₃·6H₂O 浓度增加,溶液的颜色从浅橙红色逐渐变为深绿色,溶液的UV-Vis吸收光谱峰蓝移,[Cr(H₂O)₃Cl₃]的相对量增加。说明CrCl₃·6H₂O的浓度变化,将影响配体Cl-和H₂O与Cr(Ⅲ)配位结合的配位数,从而影响配合物优势物种的相对量。