铁离子掺杂对铜铬黑颜料呈色性能的影响

为改善CuCr₂O₄黑色颜料呈色性能,将Fe³⁺掺杂进入CuCr₂O₄晶体中,采用共沉淀法制备CuCr_2-xFe_xO₄(x=0,0.04,0.05,0.06,0.07),并对所制备样品进行TG-DTA、XRD、SEM、Raman、XPS、UV-Vis吸收光谱和色度值的测试与表征。结果表明,Fe以三价态固溶进入Cr³⁺位置,未出现杂质相,得到的CuCr_2-xFe_xO₄晶粒细小、分散均匀。Fe³⁺掺杂可减小CuCr₂O₄的禁带宽度,从1.25 eV减小到1.08 eV,禁带宽度的减小是由于2p(O^2-)→3d(Fe³⁺)和Fe³⁺的d-d(⁶A_1g→⁴T_1g和 ⁶A_1g→⁴T_2g)电荷跃迁引起的。禁带宽度的减小使得黑色颜料对可见光(380~780 nm)的吸收率提高,L^*值减小,呈现出良好的黑度。得到的最佳黑色颜料为CuCr_1.95Fe_0.05O₄,L^*=17.63,a^*=-0.77,b^*=-1.61。     

Li(Na,K)Ba(Sr,Ca)B9O15∶Eu3+荧光粉的制备及发光性能

采用高温固相法在空气气氛下合成了一系列Eu³⁺掺杂硼酸盐基质荧光粉。用X射线衍射、荧光光谱以及色坐标等手段对荧光粉的晶相和发光性能进行表征。通过LiBaB₉O₁₅中的碱金属以及碱土金属之间的相互取代,研究了基质组成的改变对荧光粉发光性能的影响。结果表明,在Li(Na,K)Ba(Sr,Ca)B₉O₁₅∶0.07Eu³⁺系列荧光粉中,LiSrB₉O₁₅∶0.07Eu³⁺荧光粉的发光强度最强。考察了煅烧温度、保温时间和Eu³⁺掺杂量对LiSrB₉O₁₅∶Eu³⁺荧光粉晶相和发光性能的影响,煅烧温度为750 ℃,保温时间为1~5 h时,样品的结晶性均良好。Eu³⁺掺杂量为0.52时,LiSrB₉O₁₅∶Eu³⁺荧光粉的发光强度最强。当x≥0.42(x=0.42,0.47,0.52,0.57)时,LiSrB₉O₁₅∶xEu³⁺色坐标均接近标准红光(0.67,0.33)。比较了LiSrB₉O₁₅∶xEu³⁺(x=0.02~0.57)荧光粉的611 nm(⁵D₀→⁷F₂)和586 nm(⁵D₀→⁷F₁)处发射峰相对强度比值R,R值变化不大,说明多数Eu³⁺在晶格中处于非反演对称中心的格位;比较了LiSrB₉O₁₅∶0.52Eu³⁺荧光粉和商用Y₂O₃∶Eu³⁺荧光粉的发光特性,在260 nm波长激发下,LiSrB₉O₁₅∶0.52Eu³⁺荧光粉的发光强度弱于Y₂O₃∶Eu³⁺荧光粉;在362 nm和394 nm波长激发下,LiSrB₉O₁₅∶0.52Eu³⁺荧光粉的发光强度强于Y₂O₃∶Eu³⁺荧光粉。     

Mn2+掺杂Gd2O3∶Yb3+,Er3+花状微晶的制备及上转换发光性能

为了获得具有明亮红光发射的上转换发光材料，采用简单的化学沉淀法制备了一系列Yb³⁺、Er³⁺、Mn²⁺掺杂的Gd₂O₃微晶，并对其形貌、结构和发光性能进行了表征。结果表明，Gd₂O₃∶10%Yb³⁺,1%Er³⁺微晶呈花状，平均粒径为2.28μm,经高温煅烧后呈现结晶性良好的立方相Gd₂O₃结构，且少量Mn²⁺掺杂并不会影响微晶的形貌和晶相。在980 nm近红外光激发下，Gd₂O₃∶10%Yb³⁺,1%Er³⁺微晶表现为橙红色发光，归属于Er³⁺的⁴F_9/2→⁴I_15/2跃迁。同时，随着Mn²⁺掺杂浓度x(原子...     

Gd3+、Co3+共掺杂铁酸铋薄膜多铁性增强及带隙调谐

多铁功能材料在现代生产生活中有举足轻重的作用。本文采用溶胶-凝胶法以硝酸铁、硝酸铋、硝酸钆、硝酸钴为原料,乙二醇甲醚为溶剂,柠檬酸作螯合剂制成前驱体溶液,通过旋涂法在Pt/Ti/SiO₂/Si及ITO衬底上合成Bi_0.85Gd_0.15Fe_1-xCo_xO₃ (x=0, 0.04, 0.08, 0.12)薄膜,研究了Gd³⁺、Co³⁺共掺杂对薄膜铁电性能、磁学性能及光学带隙的影响。XRD结果表明所有薄膜均呈(111)方向的菱形结构,SEM结果表明共掺杂可以细化晶粒。根据铁电性和漏电流测试分析结果可知在Co³⁺掺杂量为8%时最大剩余极化值达到2P_r=15.71 μC/cm²,所有样品的漏电流传导机制均为欧姆传导机制。根据磁学性能测试分析结果可知,共掺杂可以有效增强薄膜的饱和磁化强度,且在Co³⁺掺杂量为8%时最大饱和磁化强度达到37.78 emu/cm³。根据吸收光谱及Tauc公式拟合结果可知共掺杂可以有效减小薄膜的光学带隙且随着掺杂量的增加光学带隙逐渐减小,在Co³⁺掺杂量为12%时光学带隙减小到1.96 eV。     

ZrSiO4∶Mn4+荧光粉的制备及光谱性能

采用固相反应制备了不同浓度Mn⁴⁺掺杂的硅酸锆粉末,研究了Mn⁴⁺对硅酸锆光致发光性能的影响。采用XRD表征 ZrSiO₄∶Mn⁴⁺的结构,结果显示在1 400 ℃粉末已被完全合成。研究了不同掺杂浓度下ZrSiO₄∶Mn⁴⁺粉末的光谱性能,在0.3%Mn⁴⁺掺杂浓度(摩尔分数)下,其发光性能最好。在激发谱中,位于363 nm的峰是由O^2--Mn⁴⁺的电荷迁移带和自旋允许的Mn⁴⁺的⁴A₂-⁴T₁的能级跃迁叠加产生的,而450 nm的激发峰则是因为Mn⁴⁺的⁴A₂-⁴T₂能级跃迁导致的。发射谱中的最强峰位于667 nm,这是由Mn⁴⁺的²E-⁴A₂的能级跃迁产生的,还有一个位于698 nm的峰则是由于反斯托克斯声子边带发射造成的。测试了ZrSiO₄∶Mn⁴⁺粉末的荧光衰减曲线,Mn⁴⁺离子浓度为0.1%时寿命为0.204 1 ms。结果表明,ZrSiO₄∶Mn⁴⁺粉末拥有良好的发光性能,是一种有望应用于白光LED的荧光粉。     

Sr7Sb2O12∶Dy3+荧光粉的制备及其发光性能

采用高温固相法制备了一系列新型Sr_7-xSb₂O₁₂∶xDy³⁺(x=0~0.35)(摩尔分数)荧光粉,并研究了Sr_7-xSb₂O₁₂∶xDy³⁺的物相结构、发光性能、热稳定性以及荧光寿命。在350 nm光激发下,Sr_7-xSb₂O₁₂∶xDy³⁺可以检测到中心波长在482 nm处的蓝光发射带和中心波长在576 nm处的黄光发射带,当x=0.056时,Dy³⁺浓度猝灭,Sr_6.944Sb₂O₁₂∶0.056Dy³⁺ CIE色坐标为(0.340 8,0.349 3),猝灭机理归因于电偶极-电偶极相互作用。当x=0.14时,该荧光粉可以发出色坐标为(0.310 9,0.314 0)的白光。此外,Sr_7-xSb₂O₁₂∶xDy³⁺在453 K的发光强度大约为室温下发光强度的83.3%,表现出良好的热稳定性。综合以上研究结果表明,Sr_7-xSb₂O₁₂∶xDy³⁺有望用于紫外光激发的白光发光二极管器件中。     

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。     

ZrO2对Ho∶(Y0.7Sc0.3)2O3激光陶瓷致密化和光学性能的影响

2 μm 波段处于人眼安全波长,在医疗、加工、红外探测与对抗,以及大气环境监测等军、民两用领域有着重要潜在和实际应用。Ho³⁺掺杂倍半氧化物陶瓷具有宽的吸收和发射光谱、高热导率以及低声子能量等优点,是一类重要的 2 μm 波段激光材料。通过材料固溶原理,可以实现光谱更加宽化,这使其有可能成为一类性能优异的中红外固体激光材料。本文以商业Y₂O₃、Sc₂O₃以及Ho₂O₃粉体为原料,添加少量ZrO₂(原子比为0~1.0%)作为烧结助剂,采用真空预烧,结合热等静压烧结的工艺,成功制备出高透明的0.5%Ho∶(Y_0.7Sc_0.3)₂O₃陶瓷。研究了ZrO₂掺杂浓度(0~1.0％)对Ho∶(Y_0.7Sc_0.3)₂O₃激光陶瓷致密化过程和光学性能的影响。通过添加ZrO₂有效抑制了高温下Ho∶(Y_0.7Sc_0.3)₂O₃陶瓷晶粒的生长,掺杂1.0％ZrO₂的Ho∶(Y_0.7Sc_0.3)₂O₃陶瓷经1 690 ℃下真空预烧结4 h和1 600 ℃/190 MPa热等静压烧结3 h后,其透过率在1 100 nm处达到79.1％(厚度为4.4 mm),接近理论透过率。     

Ba2YAlO5:Eu3+,Na+荧光粉的合成和光致发光性能研究

本文采用高温固相法成功合成了一系列Ba₂YAlO₅∶0.2Eu³⁺, xNa⁺(x=0.01,0.03,0.05,0.10,0.20,0.30)荧光粉,研究了Eu³⁺,Na⁺掺杂对晶体结构的影响。使用扫描电子显微镜观察荧光材料的微观形貌,使用荧光光谱仪对荧光粉的激发和发射光学特性进行观测和分析,从理论上研究了浓度猝灭和能量传递现象。在613 nm监测波段下,激发光谱在270~290 nm处出现O^2-→Eu³⁺电荷转移带,395 nm和465 nm处出现峰值,在465 nm处峰值最大,对应于⁷F₀→⁵D₂跃迁。在465 nm监测波长下,观察到在613 nm处发射峰最强,对应于⁵D₀→⁷F₂跃迁,钠离子最优掺杂浓度为x=0.03。通过理论计算得出基质中的能量传递在最近邻离子之间。对发光材料进行热稳定性测试和分析,计算得到热猝灭激活能的值为0.058 eV,计算出Ba₂YAlO₅∶0.2Eu³⁺, 0.03 Na⁺荧光粉的色坐标位于(0.61, 0.39),非常接近于国际照明委员会规定的标准色坐标(0.67, 0.33)。     

Sr3ZnNb2O9:0.3Eu3+,xNa+荧光粉的合成和发光性能研究

本文通过高温固相反应成功制备了Sr₃ZnNb₂O₉∶0.3Eu³⁺,xNa⁺(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)系列荧光粉。X射线衍射分析和精修结果表明,Eu³⁺和Na⁺成功掺杂到Sr₃ZnNb₂O₉基质中,并部分取代了Zn²⁺。采用扫描电子显微镜测试了样品的微观形貌和元素分布。光谱特性和热稳定性研究表明,Na⁺的最佳掺杂浓度为x=0.2,Na⁺的引入提高了Sr₃ZnNb₂O₉∶0.3Eu³⁺荧光粉的热稳定性,活化能为0.163 eV。计算出Sr₃ZnNb₂O₉∶0.3Eu³⁺, 0.2Na⁺样品...     

Mg掺杂调制铜铁矿结构CuAlO2多晶的微结构和电热传导

采用固相反应法制备铜铁矿结构的CuAl_1-xMg_xO₂ (x=0、0.005、0.01、0.02、0.03、0.04)多晶,研究了Mg掺杂对CuAlO₂多晶结构和性能的影响。Mg掺杂量x从0增加到0.02,样品均为菱方R3m单相,密度依次提高;所有样品呈半导体的热激活电输运行为,x=0.02样品在室温下的电阻率是未掺杂样品的1/19,热激活能显著下降(x=0时,ρ_{300 K}~5.54 Ω·m,E_a~0.328 eV;x=0.02时,ρ_{300 K}~0.29 Ω·m,E_a~0.218 eV),载流子浓度增加1个量级,主要因为Mg²⁺取代Al³⁺,引入新的受主能级。x>0.02时,MgAl₂O₄尖晶石杂相出现,使其电导率和热导率降低。CuAl_1-xMg_xO₂多晶的晶格热导率在总热导率中占绝对优势,且随温度升高(300~500 K)而下降,晶格热导Callaway模型模拟表明,所有样品的热阻主要源于点缺陷-声子散射。与x=0相比,x=0.02样品的室温热导率增大1倍(κ~13.065 0 W/(m·K)),声速增大,点缺陷-声子散射减弱,分析认为掺Mg形成强的Mg—O键,提高了晶体的弹性模量和声子频率,减弱了本征点缺陷、Mg掺杂引起的质量波动和应变场波动对声子的散射,同时Mg掺杂样品的密度提高也有利于增加热导率。     

Bi26-x-yMxNyO40(M,N=Fe,Co, Gd)软铋矿薄膜的制备和强磁光效应

磁光材料是现代光通信产业中不可或缺的关键功能材料。为了实现光通信器件的小型化,高质量磁光薄膜材料受到关注。软铋矿型Bi₂₅FeO₄₀具有高对称性的立方晶体结构,单位体积所含铋离子浓度高,理论上应具有较强的磁光效应,但却因为磁性偏弱、制备困难等缺点而限制了其应用。本文采用射频磁控溅射法,在掺钇二氧化锆(YSZ)基底上沉积获得具有立方相软铋矿型结构的Bi_26-x-yM_xN_yO₄₀ (M, N=Fe, Co, Gd)磁光薄膜,并对其形貌、磁性、透过率、磁圆二色信号等进行表征。结果表明,薄膜均较为平整,厚度约为190 nm,在近红外区的透过率约为60%~70%。薄膜的磁性随着掺杂离子含量的提高逐渐增强。Bi_13.6Gd_2.7Co_4.0Fe_5.7O₄₀/YSZ薄膜具有强磁光效应,在716 nm处的磁圆二色光谱信号高达到1 710 deg/cm,有望应用于集成光隔离器等光通信器件中。     

金红石型Ti1-2xCrxMoxO2黑色色料制备及其性能研究

以TiO₂、Cr₂O₃和MoO₃为主要原料,采用固相反应法合成了金红石型Ti_1-2xCr_xMo_xO₂(x=0、0.05、0.10、0.15、0.20)色料。研究了Cr/Mo共掺杂量和煅烧温度对Ti_1-2xCr_xMo_xO₂色料的晶型结构、呈色性能和微观形貌等的影响。研究结果表明,5%~15%摩尔分数的Cr/Mo等量共掺杂都获得单相金红石型结构黑色色料,均可促进锐钛矿向金红石转变,且Mo掺杂有利于提高Cr在TiO₂晶格中的固溶度。随Cr/Mo共掺杂量增加,样品的黑度(L^*值)呈先减小后增大的趋势,而红色度(a^*值)和黄色度(b^*值)都表现出相反的趋势。煅烧温度在950~1 100 ℃时,样品的色度参数变化相对较小。在1 100 ℃煅烧得到的Ti_0.70Cr_0.15Mo_0.15O₂色料黑色呈色性能最佳,其L^*、a^*和b^*值分别为24.41、2.12和-2.53,且在陶瓷釉中表现出良好的呈色性能和化学稳定性。适量Cr/Mo共掺杂使TiO₂晶格产生畸变和电荷缺陷,从而吸收绝大部分可见光,是其呈现黑色的主要原因。