水热法合成蓝宝石的化学成分及光谱学表征

蓝宝石作为五大名贵宝石之一,经济价值极高,其中“皇家蓝”、“矢车菊蓝”最为昂贵。而水热法可合成出颜色与“皇家蓝”色极为相似的蓝宝石,且合成出的晶体较大,可通过切磨加工获得内部纯净的样品,仅凭外观及常规方法难以鉴别。选取了7颗水热法合成蓝色蓝宝石为实验对象,采用LA-ICP-MS、拉曼光谱仪、红外光谱仪、紫外-可见分光光度计和三维荧光光谱仪,对其化学成分、谱学特征进行研究,并与外观极为相似的天然蓝宝石、焰熔法合成蓝宝石进行对比分析。分析表明,水热法合成蓝宝石总体成分较为单一,而天然蓝宝石则含有丰富的微量元素。三种样品拉曼光谱均呈现典型的刚玉振动模式,显示A_1g和E_g振动模的拉曼峰。在红外光谱的指纹区,三种样品的吸收峰均无明显差别,与拉曼光谱的结果耦合。但在官能团区3 000～4 000 cm^-1波数范围,水热法合成蓝宝石存在由含水矿物包裹体产生的羟基振动峰,而天然蓝宝石和焰熔法合成蓝宝石未显示此特征。紫外-可见光谱表明三种样品均为Fe²⁺-Ti⁴⁺对致色,但水热法与焰熔法合成蓝宝...     

不同方法合成蓝宝石与天然蓝宝石的谱学对比研究

蓝宝石作为珍贵的彩色宝石深受人们喜爱,随着宝石合成技术的不断发展,市面上已有许多种合成方法制成的合成蓝宝石,常规的宝石学鉴定不能简单准确的区分天然蓝宝石与不同合成方法的合成蓝宝石。论文利用紫外-可见-近红外光谱仪对蓝宝石进行光谱分析,发现天然蓝宝石具有387 nm、452 nm、566 nm吸收峰,而提拉法、焰熔法和泡生法合成蓝宝石则无这些吸收峰;提拉法和焰熔法合成蓝宝石都具有600 nm附近的吸收带;泡生法合成蓝宝石存在660 nm附近的吸收峰,其他三种蓝宝石无此吸收峰。通过拉曼光谱特征峰拟合分析与SPSS单因素方差分析,发现天然蓝宝石和不同方法合成蓝宝石的半高宽值存在显著差异,天然蓝宝石的半高宽值大于10.0 cm^-1,三种合成蓝宝石的半高宽值小于10.0 cm^-1;泡生法合成蓝宝石半高宽集中在8 cm^-1附近,而焰熔法合成蓝宝石的半高宽普遍在8 cm^-1～10 cm^-1范围内,提拉法合成蓝宝石半高宽则分布在6 cm^-1～8 cm^-1     

Pr,Yb,Ho:GdScO3晶体生长及光谱性能

2.7—3.0μm波段激光在很多领域具有重要应用,为探索和发展该波段新型晶体材料,本文采用提拉法生长出Pr, Yb, Ho:GdScO₃晶体,通过共掺入Pr³⁺离子以达到衰减Ho³⁺:⁵I₇能级寿命的目的.采用X射线衍射测试得到了晶体的粉末衍射数据,测量了拉曼光谱,并对晶体的拉曼振动峰进行指认,对Pr, Yb, Ho:GdScO₃晶体的透过光谱、发射光谱和荧光寿命进行表征. Yb³⁺的最强吸收峰在966 nm,吸收峰半峰宽为90 nm;2.7—3.0μm波段最强发射峰在2850 nm,半峰宽为70 nm; Ho³⁺:⁵I₆和⁵I₇能级寿命分别为1094μs和56μs.与Yb,Ho:GdScO₃晶体相比, Yb³⁺的吸收峰和2.7—3.0μm的发射峰半峰宽明显展宽,同时下能级寿命显著减...     

钬铥双掺钨酸镱钾激光晶体光谱参数计算

采用顶部籽晶提拉法（TSSG）生长了钬铥双掺钨酸镱钾（KHo_0.04Tm_0.06Yb_0.9（WO₄）₂）激光晶体。测试了该晶体的吸收及荧光光谱,计算了其光谱参数。实验结果表明：该晶体在890~1 000 nm范围吸收带较宽,半峰宽为90 nm,计算了主峰1 000 nm处吸收截面为16.92×10^-20 cm²;Tm³⁺在1 690~1 812 nm范围存在较宽的吸收带,半峰宽为118 nm,易于实现Yb→Ho、Yb→Tm、Tm→Ho的能量传递。根据Judd-Ofelt理论,计算了该晶体的光谱强度参数。根据Tm³⁺、Ho³⁺、Yb³⁺离子能级图,讨论了产生1 750~2 200 nm荧光发射的3种能量传递方式。最后计算了主峰2 030 nm处受激发射截面为3.47×10^-20 cm²,表明该晶体可作为2 μm波段优异的激光增益介质。     

KTN晶体及其熔体结构的高温拉曼光谱研究

测量并研究了不同温度(室温—1573 K)范围内KTN晶体的拉曼光谱及其熔体的高温拉曼光谱,分析了KTN晶体结构随温度变化的规律及其熔体的结构特征.随着温度的升高,KTN晶体的拉曼光谱谱峰都不同程度地向低波数方向移动,同时存在不同程度的展宽,并伴随强度的减弱.观察并解释了温度353 K附近KTN晶体样品的四方—立方转相现象.研究了KTN晶体拉曼光谱中538cm^-1,585cm^-1,835cm^-1和877cm^-1谱峰及其 关键词： 高温拉曼光谱 熔体 KTN晶体     

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.     

自受激拉曼晶体Nd3+:SrMoO4的光谱性质研究

通过拉曼散射光谱，吸收光谱，荧光发射寿命和808 nm LD激发下的红外荧光光谱的实验测量，系统研究了Nd³⁺:SrMoO₄晶体的自受激拉曼光谱性质.分析指认了拉曼散射光谱中各拉曼峰所对应的晶格振动模式，得出了其SRS活性最强的声子频率约为898 cm^-1，对应于(MoO^2-₄)离子团的完全对称光学伸缩振动A_g模；通过J-O理论对晶体的吸收谱进行了全面的光谱参数计算，得出⁴F_3/2→⁴I_11/2跃迁的积分发射截面达0.57×10^-18 cm²，自发辐射概率为141.06 s^-1；同时，实验测得该跃迁的荧光发射寿命约为0.2 ms.最后，结合808 nm LD激发下的红外波段荧光光谱，论证了SrMoO₄晶体中Nd³⁺离子1068 nm发射通过拉曼频移获得1180 nm一级斯托克斯激光发射的可能性，为Nd³⁺:SrMoO₄晶体的自受激拉曼激光器研究提供了理论依据. 关键词： 3+离子')" href="#">d³⁺离子 4 晶体')" href="#">SrMoO₄ 晶体 自受激拉曼散射     

低温热处理刚玉实验中含水矿物包裹体的特征研究

近年来,低温热处理刚玉出现在宝石交易市场,由于其特征容易与天然刚玉混淆,如何鉴定低温热处理刚玉成为宝石实验室的研究热点。在弱氧化氛围,360,610和650 ℃条件下,先后对9粒刚玉进行了热处理实验,并采用显微拉曼定性分析刚玉中的包裹体、显微镜下观察包裹体形貌、显微红外光谱分析含水矿物包裹体中羟基的特征峰等方法,对刚玉低温热处理前后的特征进行了对比研究。热处理实验揭示：600 ℃左右温度、弱氧化氛围已能有效去除刚玉中的蓝色调,并增强红色,可达到热处理改善或改变刚玉颜色的目的。研究结果表明：针铁矿、高岭石、勃姆石等含水矿物包体主要存在于刚玉的开放裂隙中,硬水铝石、磷灰石、云母等含水矿物包体主要存在于刚玉晶体中。针铁矿热处理前红外光谱可显示与羟基相关的3 435 cm-1吸收峰,并伴有以3 185 cm-1为中心的吸收宽带,经360 ℃热处理后相关吸收消失,其颜色由亮黄色变为红色;高岭石热处理前红外光谱在3 620,3 648,3 670和3 698 cm-1附近显示一组与羟基相关的吸收峰,经610 ℃热处理后相关吸收峰消失;勃姆石热处理前红外光谱显示与羟基相关的3 086和3 311 cm-1吸收峰,经610 ℃热处理后相关吸收峰消失。硬水铝石包裹体通常呈针状,热处理前红外光谱显示与羟基相关的1 980和2 110 cm-1吸收峰,经610 ℃热处理后相关吸收峰消失,但仍保持针状晶形假像;磷灰石包体通常呈透明柱状或粒状晶形,由于OH与F相互作用,红外光谱在3 550 cm-1附近显示与羟基相关的吸收峰,610 ℃热处理后相关吸收峰仍然存在,磷灰石包体的形貌未见改变;白云母呈近透明无色片状晶形分布于刚玉中,红外光谱在3 624 cm-1附近显示与云母中羟基相关的吸收峰,650 ℃热处理后这一吸收峰仍然存在,云母的形状未见变化,透明度略微降低。通过实验,证明含水矿物包裹体对于鉴定低温热处理刚玉具有重要作用。     

巴基斯坦宝石级榍石谱学研究

榍石作为一种稀有宝石,具有良好的宝石学特性以及出色火彩,在欧美、日本、印度等国备受欢迎。随着近几年国内外珠宝市场的交流增加,中国某些地区也开始流行这种外观炫目的宝石。但国内有关宝石级榍石研究较少,认知依然停留在折射率、色散等基本矿物学性质上,对其光谱学特征、颜色成因等方面研究依然存在空白。在对巴基斯坦黄绿色榍石进行成分分析基础上,归纳总结其红外光谱,拉曼光谱及紫外-可见光光谱的特征。通过对榍石样品进行激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）测试,发现该批次次样品主要元素含量稳定,其中TiO₂含量为35.42 Wt%,MnO和Cr₂O₃含量非常低（分别为~0.04 Wt%和0.01 Wt%）,因此该批次榍石样品颜色主要与含量较高的Fe相关。在红外振动的基频波段400~1 200 cm-1范围内可观察由Si-O和Ti-O振动引起的吸收峰,同时在6 800 cm-1处观察到表明Fe2+存在的吸收宽带。拉曼光谱测试结果（45~1 500 cm-1）与前人研究基本一致,3 354 cm-1处的弱拉曼峰,推测与Fe相关。通过对比定向切割样品GS-1在5个不同方向上的拉曼光谱结果,可发现不同结晶面上拉曼峰位置基本不变,但部分振动的相对强度存在差异。紫外-可见光光谱分峰拟合结果表明,14 461 cm-1处吸收可能由八面体内Fe2+的d-d禁阻跃迁产生,而15 887,16 781和17 781 cm-1三个吸收峰则与八面体内Fe3+的d-d禁阻跃迁相关。该研究的创新性主要体现在以下两个方面：（1）系统性总结宝石级榍石红外光谱、拉曼光谱及紫外-可见光光谱特征,并结合成分测试结果进行分析;（2）通过相关软件对榍石样品紫外-可见光光谱测试结果进行分峰拟合,根据各谱峰出现位置,相对强度和峰形特征,结合前人总结规律,对吸收峰进行归属,提出Fe可能是导致宝石级黄绿色榍石颜色形成的原因。     

新疆和田硬水铝石-蓝宝石谱学研究

研究一种以籽料形式出现的被称为蓝色和田玉的宝石,其产量稀少,市场价格极高。因无前人研究,无规范命名,交易市场中其商业名称混乱。使用静水称重确定其相对密度为3.85 g·cm^-3,长波紫外灯下,白色矿物部分呈橘色荧光,其他部位荧光为惰性。经显微观察,样品可见平直蓝色-白色色带、角状蓝色-白色色带以及深蓝-浅蓝色带,并可见大量白色脉状矿物。经正交偏光及微分干涉观察,确定脉状矿物与基底为不同矿物,且形成于基底之后。使用显微红外光谱仪,确定蓝色基底和白色色带红外吸收峰位于812/817、 652/655、 613/620 cm^-1,符合刚玉特征振动;脉状矿物可见3 019、 2 950、 2 129、 1 990、 1 121、 1 030、 799、 733、 648和598 cm^-1吸收,符合硬水铝石特征振动。通过显微紫外-可见-近红外分光光度计测定样品不同部位吸收光谱,其中白色色带未见明显吸收,脉状矿物见Fe³⁺的d电子跃迁⁶A₁→⁴E...     

PbMoO4晶体生长基元和生长习性的高温拉曼光谱研究

应用高温拉曼光谱研究了PbMoO₄熔体中的生长基元.通过对不同温度下PbMoO₄晶体拉曼光谱和熔点温度附近熔体高温拉曼光谱的研究,发现PbMoO₄熔体中存在Pb²⁺阳离子和［MoO₄］^2－阴离子生长基元.进一步讨论了PbMoO₄晶体生长基元和各个低指数晶面间的相互作用,解释了晶体的生长习性和枝晶生长的原因,并指出:PbMoO₄晶体生 关键词： 钼酸铅晶体 枝晶 籽晶取向 拉曼光谱     

宝石级钠沸石的振动光谱表征

国际珠宝交易市场上最近出现了一批价值不菲的无色透明的宝石级钠沸石刻面成品,为提供快速区分其与仿制品材料的依据,文章通过红外光谱和拉曼光谱对三颗钠沸石样品的振动光谱进行了研究。结果表明, 其红外光谱主要表现为：4 000～1 200 cm-1的吸收峰是结构中水导致的吸收;1 200～600 cm-1 的强吸收与TO₄四面体的内部T—O(T为Si或Al)的反对称和对称伸缩振动有关。拉曼光谱散射峰主要分布在300～600和700～1 200 cm-1两个区间。300～360 cm-1处较弱强度的拉曼散射峰是由于结构中水分子所导致。482 cm-1处中等强度的峰归属于硅氧四面体内部由于变形导致的拉曼位移。726 cm-1处的拉曼散射峰归属于Al—O的伸缩振动;974,1 038,1 084 cm-1的三处拉曼散射峰都是Si—O的伸缩振动导致的拉曼位移。     

近化学计量组分掺铒铌酸锂晶体光学特性研究

用气相输运平衡技术成功地制备出了近化学计量组分的Er∶LiNbO₃晶体,系统 地研究了该 晶体的吸收边移动、可见—红外透射谱、荧光光谱的物理特性.与同成分Er∶LiNbO_{3晶体 相比, 近化学计量组分Er∶LiNbO3晶体的吸收边出现了“蓝移”;OH^{-吸收带明显减弱 ;在可见—近红外波段呈现出更高的透过率;同时Er3+离子的发光强度也明显 提高. 这些结果表明近化学组分的Er∶LiNbO关键词： 近化学组分掺铒铌酸锂晶体 -}吸收带')" href="#">OH^-吸收带 透射谱 荧光光谱}     

CaO-Al2O3二元系晶体和玻璃的拉曼光谱研究

实验测定了CaO-Al₂O₃二元系中晶体和玻璃的拉曼光谱,并利用密度泛函理论(DFT)计算了CaAl₄O₇晶体的拉曼光谱活性振动波数和散射活性。结果表明CaAl₄O₇的中波数区(400～700 cm^-1)对应Al-O_b-Al的弯曲振动,高波数区(700～1 000 cm^-1)则对应Al-O_nb的伸缩振动。采用激光悬浮加热装置制备了一系列玻璃样品,对其进行拉曼光谱研究发现,550和780 cm^-1附近观察到两个明显的特征峰,分别对应Al-O_b-Al的弯曲振动和Al-O_nb的伸缩振动。随着CaO/Al₂O₃比例的增加,550 cm^-1特征峰发生蓝移,而780 cm^-1特征峰发生红移,表明复杂网络结构逐渐解聚。此外,随Al<...     

BaBPO5晶体晶格振动光谱研究与第一性原理计算

通过偏振拉曼光谱和第一性原理计算对非线性光学晶体BaBPO₅的 晶格振动模式进行了研究. 实验得到了不同几何配置下、在100–1600 cm^-1范围内的晶体偏振拉曼光 谱与傅里叶变换红外吸收谱, 结合因子群分析方法研究了晶体的外振动与内振动模式特征. 分析表明拉曼振动主要来自于PO₄四面体和BO₄四面体的振动, 且PO₄基团振动具有较强的拉曼与红外活性. 此外,根据第一性原理对晶体拉曼振动进行了数值模拟, 进一步明确了拉曼峰与晶体中原子振动的对应关系, 计算表明拉曼光谱中位于672 cm^-1峰位来自晶体中B–O–P键的伸缩振动, 这是晶体中PO₄四面体和BO₄四面体共顶点连接的特征结构在光谱中的体现.     

天然与热处理刚玉的谱学鉴别

目前市场上充斥着大量热处理刚玉,仅通过常规方法并不能科学分辨,为了准确判断刚玉是否经过热处理,需要对其谱学特征进行分析。首先对天然刚玉进行内含物观察,并测试记录他们的红外光谱、紫外吸收光谱,随后选取个别样品进行高温热处理,再对处理后的刚玉进行光谱测试,并与天然样品的光谱进行对比分析。结果表明:天然红宝石可检测到硬水铝石1 980和2 110cm-1的红外吸收峰,而热处理后由于高温破坏了AlO(OH)的结构,所以在热处理红宝石中此峰无法被检测;生长于还原条件下的碱性玄武岩型蓝宝石具有3 310cm-1处的红外吸收峰,经过1 600℃高温处理并恒温18h的热处理过程后,此峰消失。另外,经过热处理后,天然红宝石位于555nm左右的宽且强的吸收峰发生轻微偏移,且吸收峰更尖锐,波峰和波谷的吸收强度差增加。同样,对比天然和热处理蓝宝石,后者位于375,387,454nm处形成的吸收峰也更尖锐,吸收强度差值更大。上述这些变化可以帮助判断刚玉是否经过热处理。     

特殊变色蓝宝石的紫外-可见光光谱研究

坦桑尼亚Umba出产颜色丰富的刚玉,该研究对象是一颗来自Umba的具有特殊变色效应的蓝宝石,D65光源（色温6 500 K）下呈现淡黄色,A光源（色温2 856 K）下呈现淡紫红色。为了研究这颗变色蓝宝石紫外-可见光光谱中的谱峰归属与变色成因,该研究使用电荷补偿理论来分析此样品紫外-可见光光谱中的谱峰归属。采用紫外-可见分光光度计（UV-Vis）和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪（LA-ICP-MS）对这颗变色蓝宝石进行了测试。结果发现,变色蓝宝石紫外-可见光光谱中存在位于377,388和450 nm处的3个吸收峰和1个以560 nm为中心的宽缓吸收带。样品的颜色主要受450 nm处吸收峰和以560 nm为中心的吸收带影响,其中以560 nm为中心的吸收带造成了这颗蓝宝石的变色效应。根据激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪的测试结果,样品中主要杂质元素有Fe,Ti,Cr,V和Mg等。样品紫外-可见光光谱中377,388和450 nm处的吸收峰是由Fe3+导致。蓝宝石中的Cr3+,V3+,Fe2+-Ti4+对都可以在560 nm附近产生吸收,结合电荷补偿理论分析,刚玉中的Mg2+会优先和Ti4+进行电荷补偿,样品中Mg含量要稍微高于Ti,推测样品中几乎所有Ti4+会与Mg2+进行电荷补偿,因此样品中几乎不会存在Fe2+-Ti4+对。Fe2+-Ti4+对电荷转移产生的吸收特征具有很强的偏振性,尤其是在580 nm以后的吸收特征会随着偏振方向的改变而有很明显的变化。偏振紫外-可见光光谱测试发现以560 nm为中心的吸收带没有明显的偏振性,进一步验证了样品中几乎没有Fe2+-Ti4+对,因此以560 nm为中心的吸收带主要是由于Cr3+和V3+造成的。样品的颜色主要是由Fe3+,Cr3+和V3+引起的,而变色效应主要是由Cr3+和V3+导致。结合电荷补偿机制与偏振-紫外可见光光谱来解释这颗变色蓝宝石的紫外-可见光光谱中以560 nm为中心的吸收带的归属,为研究刚玉紫外-可见光光谱中较为常见的位于560 nm左右吸收带的归属提供了一种新的研究思路。     

Ce:YAG晶体和透明陶瓷的光学和闪烁性能

采用温梯法生长了Ce:YAG晶体和真空烧结法制备了Ce:YAG透明陶瓷,并对晶体和透明陶瓷的光学和闪烁性能进行了对比研究.Ce:YAG晶体和陶瓷都具有位于230,340和460 nm波段的Ce³⁺离子的特征吸收带和540 nm附近的发射峰,但Ce:YAG晶体同时存在296和370 nm的色心吸收,其发射峰位于398 nm,而透明陶瓷中不存在.Ce:YAG晶体和陶瓷的X射线荧光中均存在520 nm附近的Ce³⁺离子发射,但晶体中还存在由反格位缺陷引起的300 nm 关键词： Ce:YAG 闪烁晶体 透明陶瓷     

中子探测晶体Li6Gd(BO3)3:Ce的光谱特性研究

文章用提拉法生长出Li₆Gd(BO₃)₃:Ce晶体,并对其光谱性能与发光过程进行了探索. 借助于真空紫外-紫外透过光谱测试,发现晶体的透过光谱中存在Ce³⁺离子和Gd³⁺的特征吸收峰,同时还存在与Ce⁴⁺离子相关的电荷迁移带. 对晶体的真空紫外-紫外激发发射光谱进行研究发现,在晶体存在着Ce³⁺离子的5d→4f辐射跃迁发光与Gd³⁺离子的4f→4f辐射跃迁发光,而且存在着Gd³⁺→Ce³⁺之间的能量传递. 对Li₆Gd(BO₃)₃:Ce晶体的X射线与γ射线激发发射光谱研究可知,晶体在高能射线激发下的闪烁光主要是Ce³⁺离子的发光. 关键词： 6Gd(BO₃)₃:Ce晶体')" href="#">Li₆Gd(BO₃)₃:Ce晶体 真空紫外-紫外透过光谱 真空紫外-紫外激发发射光谱 能量传递     

不同Yb掺杂量的Yb:Y3Al5O12晶体的光谱分析

采用提拉法生长了Yb³⁺掺杂量分别为5.4at%, 16.3at%, 27.1at%, 53.6at%和100at%的Yb:Y₃Al₅O₁₂晶体.系统地表征和分析了Yb³⁺掺杂量对晶体吸收光谱和荧光光谱的影响.随着Yb³⁺掺杂量的增加，各峰值吸收系数呈线性增加的趋势.应用Smakula公式计算了各吸收峰对应的振荡强度，并分析了Yb³⁺掺杂量对振荡强度的影 关键词： 吸收光谱 荧光光谱 自吸收 浓度猝灭