添加Fe(C5H5)2合成氢掺杂金刚石大单晶及其表征

在Ni₇₀Mn₂₅Co₅-C体系中添加含氢化合物Fe(C₅H₅)₂作为新型氢源, 利用温度梯度法, 在压力为5.5-6.0 GPa、温度为1280-1400 ℃的条件下, 成功合成出氢掺杂的宝石级金刚石大单晶. 通过傅里叶显微红外光谱发现, 随着Fe(C₅H₅)₂添加量的增加, 合成晶体中与氢相关的对应于sp³杂化C-H键的对称伸缩振动和反对称伸缩振动的红外特征峰2850和2920 cm^-1逐渐增强, 而晶体中氮含量却逐渐减少. 通过合成晶体的拉曼光谱分析发现, 金刚石的拉曼峰伴随Fe(C₅H₅)₂的添加向高频偏移, 这表明氢的进入在金刚石内部产生了压应力. 观察扫描电子显微镜图像发现, 在低含量Fe(C₅H₅)₂添加时晶体表面平滑, 而高含量添加时晶体表面缺陷增多, 且呈现出气孔状. 使用新的添加剂Fe(C₅H₅)₂作为氢源, 合成出含氢宝石级金刚石单晶, 丰富了金刚石单晶中对氢的研究内容, 也可为理解天然金刚石的形成机理提供帮助.     

温度梯度法宝石级金刚石的合成及表征

利用温度梯度法,在5．0—5．7GPa,1250---1600℃条件下,研究了FeNiMnCo触媒合成宝石级金刚石的温度和压力区间,给出了P-T相图．基于有限元法的温度场模拟及碳素浓度梯度拟合结果表明,I型温度场只适合生长大尺寸优质板状及小尺寸塔状金刚石单晶;II型温度场可以合成出大尺寸优质板状或塔状金刚石单晶．该结论被Ib型及掺硼宝石级金刚石晶体生长实验所证实．提出碳素浓度梯度是决定晶体生长速度及合成晶体品质的关键因素．研究得到了只有触媒中温度场分布与晶体尺寸、形貌相匹配时,才能合成出优质宝石级金刚石单晶的晶体生长规律．揭示了{110},和{113}高指数晶面在Ib型金刚石“V”形区内的分布规律．通过傅里叶红外光谱检测发现,FeNiMnCo触媒合成金刚石的氮含量较低,较低的氮含量是由铁会降低金刚石氮含量所致．氮含量低有利于金刚石的光谱透过性．     

高温高压下掺硼宝石级金刚石单晶生长特性的研究

本文在5.1—5.6 GPa,1230—1600℃的压力、温度条件下,以FeNiMnCo作为触媒,进行单质硼添加宝石级金刚石单晶的生长研究.借助于有限元法,对触媒内的温度场进行模拟.研究得到了FeNiMnCo-C-B体系下,金刚石单晶生长的P-T相图.该体系下合成金刚石单晶的最低压力、温度条件分别为5.1 GPa,1230℃左右.研究发现,在单晶同一{111}扇区内部,硼元素呈内多外少的分布规律.有限元模拟结果给出,该分布规律是由在晶体生长过程中,{111}扇区的增长速度逐渐减小所致.{111}晶向的晶体生长实验结果表明,硼元素优先从{111}次扇区进入晶体.研究发现,这是该扇区增长速度相对较快,硼元素扩散逃离可用时间短导致的.另外,同磨料级掺硼金刚石单晶生长相比,对于温度梯度法生长掺硼宝石级金刚石单晶,由于晶体的增厚速度较慢,即使硼添加量相对较高,也可以实现表面无凹坑缺陷的优质金刚石单晶的生长.     

低温相偏硼酸钡(β-BaB2O4)晶体倍频系数的计算

本文从“离子基团理论”出发,并考虑A位离子晶格电场对(B₃O₆)^3-环的影响,采用CNDO/S近似计算了(B₃O₆)^3-基团的分子轨道,进而求得低温相偏硼酸钡(β-BaB₂O₄)晶体的倍频系数。计算结果与实验值符合,由此进一步证实了这一论点:β-BaB₂O₄晶体的倍频系数主要来自(B关键词：     

合成腔体尺寸对Ib型六面体金刚石单晶生长的影响

利用液压缸直径为550 mm的大缸径六面顶压机, 在5.6 GPa, 1200-1400 ℃的高压高温条件下, 分别采用单晶种法和多晶种法, 开展了Ib型六面体宝石级金刚石单晶的生长研究, 系统考察了合成腔体尺寸对Ib型六面体金刚石大单晶生长的影响. 首先, 阐述了合成腔体尺寸对合成设备油压传递效率的影响, 研究得到了设备油压与腔体内实际压力的关系曲线; 其次, 选择尺寸为Φ 14 mm的合成腔体, 分别采用单晶种法和多晶种法(5颗晶种), 进行Ib型六面体金刚石大单晶的生长实验, 研究阐述了Φ 14 mm合成腔体的晶体生长实验规律; 再次, 为了解决液压缸直径与合成腔体尺寸不匹配的问题, 将合成腔体尺寸扩大到26 mm, 并开展了多晶种法六面体金刚石大单晶的生长研究, 最多单次生长出14 颗优质3 mm级Ib型六面体金刚石单晶, 研究得到了Φ 26 mm合成腔体生长3 mm级Ib型六面体金刚石单晶的实验规律, 并就两种腔体合成金刚石单晶的总体生长速度与生长时间的关系进行了讨论; 最后, 借助于拉曼光谱, 将合成的优质六面体金刚石单晶与天然金刚石单晶进行对比测试, 对所合成晶体的结构及品质进行了表征.     

Li2B4O7晶体及其熔体结构的拉曼光谱研究

采用高温原位拉曼光谱技术,研究了Li₂B₄O₇从常温至1 373 K温度范围内的拉曼光谱。在升温过程中,晶体的拉曼光谱出现展宽和红移现象,且强度降低。晶体熔化时,由2个[BO₄]和2个[BO₃]组成的[B₄O₉]环状结构转变成(B₃O₆)3- 六元环和[BO₃]结构,[BO₄]结构减少直至消失。基于密度泛函理论,计算了Li₂B₄O₇晶体的拉曼光谱,对其振动模式进行了分析归属。利用量子化学从头计算法计算了由[B₃O₆-BO₃]为基础相互连接形成的x(Li₂B₄O₇)(x=2, 3, …, 9)的环状团簇模型的拉曼光谱,对Li₂B₄O₇熔体的结构进行了模拟分析。计算结果表明Li₂B₄O₇熔体的阴离子基元为三个(B₃O₆-BO₃)组成的大三元环超级结构。     

碱金属阳离子对[B3O7]型非线性光学晶体结晶习性的影响

本文利用高温拉曼光谱技术和从头计算的方法, 研究了LiB₃O₅和CsB₃O₅晶体高温熔融体的结构, 分析了碱金属阳离子对熔体结构的影响, 以及熔体结构的差异与LiB₃O₅和CsB₃O₅晶体结晶习性的联系. 结果表明: LiB₃O₅和CsB₃O₅晶体高温熔融体中的结构基团 主要为B₃Ø₇和B₃Ø₆两种不同类型的硼氧六元环; 环内BØ₄ 四面体的数量影响了六元环呼吸振动峰的拉曼频率, 随BØ₄四面体数量的增加六元环呼吸振动峰向低频移动; LiB₃O₅晶体高温熔融体中, BØ₄四面体含量相对较多; 然而, 离子半径相对较大的Cs⁺离子却阻碍了熔体中BØ₄四面体的形成, 造成CsB₃O₅晶体高温熔融体中BØ₄/BØ₃比值的降低. 结合LiB₃O₅和CsB₃O₅晶体生长动力学过程的分析 (Wang D, Wan S M et al. 2011 Cryst. Eng. Comm. 13 5239), 阳离子的不同导致高温熔体中BØ₄四面体数量的差异, 被认为是影响LiB₃O₅和CsB₃O₅晶体结晶习性的重要因素, 有效降低高温熔体中BØ₄四面体的数量, 将是实现LiB₃O₅晶体生长的关键条件. 关键词： 硼酸盐晶体 熔体结构 拉曼光谱 结晶习性     

Y3-xBixFe5O12的晶体生长

本文讨论了Y₂O₃-Fe₂O₃-Bi₂O₃-PbO·0.2B₂O₃赝四元系相图的得出与运用;用Bi₂O₃-PbO-B₂O₃做助熔剂,获得了磁性石榴石Y_3-xBi_xFe₅O₁₂单晶(0≤x≤1.2);还论述了Bi-YIG晶体内Bi含量与助熔剂熔液成份的关系。 关键词：     

B2O3含量对掺铒碲铌酸盐玻璃光谱性质及热稳定性影响

制备了一系列碲铌酸盐玻璃85TeO₂-(15-x)Nb₂O₅-xB₂O₃-1%Er₂O₃(TNBx=0, 3, 6, 9, 12, 15).根据Judd-Ofelt(J-O)和McCumber理论,讨论和分析了B₂O₃含量对掺铒碲铌酸盐玻璃热稳定性及光谱性质影响.研究发现,玻璃开始析晶温度和玻璃转变温度差值ΔT(T_x-T_g),J-O强度参数,FWHM和峰值受激发射截面的乘积在B₂O₃引入摩尔分数为9%时达到最大值.同时,Er³⁺:⁴I_13/2能级寿命也随着B₂O₃含量的增加而单调增加.结果表明,在掺铒碲铌玻璃中,适量的B₂O₃能较好地提高玻璃的热稳定性能和Er³⁺离子的光谱性质.     

国产六面顶压机多晶种法合成宝石级金刚石单晶

对国产六面顶压机平台下使用多晶种法合成宝石级金刚石单晶进行了系统的研究. 通过合理调整温度梯度法的合成腔体组装, 采用多晶种法, 探索多晶种法金刚石合成的压力和温度区间, 在单个合成腔体内放置3–5颗金刚石晶种, 成功合成出多颗(3–5)优质Ib型宝石级金刚石单晶. 多颗晶种的引入, 单次实验合成的多个金刚石晶体晶形及品质一致; 同时, 晶体的整体生长速度也有明显的增大. 多晶种法金刚石单晶合成的研究, 可以有效地利用腔体空间、提高单次金刚石单晶合成的效率, 解决压机大型化下高温高压资源利用率低的问题; 同时, 为宝石级金刚石单晶商业化生产提供重要的依据. 关键词： 金刚石 国产六面顶 多晶种 温度梯度法     

Synergistic influences of titanium,boron, and oxygen on large-size single-crystal diamond growth at high pressure and high temperature

The synergistic influences of boron, oxygen, and titanium on growing large single-crystal diamonds are studied using different concentrations of B₂O₃ in a solvent-carbon system under 5.5 GPa-5.7 GPa and 1300 ℃-1500 ℃. It is found that the boron atoms are difficult to enter into the crystal when boron and oxygen impurities are doped using B₂O₃ without the addition of Ti atoms. However, high boron content is achieved in the doped diamonds that were synthesized with the addition of Ti. Additionally, boron-oxygen complexes are found on the surface of the crystal, and oxygen-related impurities appear in the crystal interior when Ti atoms are added into the FeNi-C system. The results show that the introduction of Ti atoms into the synthesis cavity can effectively control the number of boron atoms and the number of oxygen atoms in the crystal. This has important scientific significance not only for understanding the synergistic influence of boron, oxygen, and titanium atoms on the growth of diamond in the earth, but also for preparing the high-concentration boron or oxygen containing semiconductor diamond technologies.     

无锂助熔剂B_2O_3对Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3固体电解质离子电导率的影响

采用固相法制备锂离子电池用固体电解质磷酸钛锂铝Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3(LATP),研究了不同烧结温度以及助熔剂对LATP固体电解质离子电导率的影响.采用X射线衍射、能谱分析、扫描电镜和交流阻抗等方法,研究样品的结构特征、元素含量、形貌特征以及离子导电性能.结果表明,在900?C烧结可以获得结构致密、离子电导率较高的纯相LATP陶瓷固体电解质.与添加助熔剂Li BO2的样品进行对比实验发现,采用B_2O_3代替LiBO_2作为助熔剂也可以提高烧结样品的离子电导率,并且电解质的离子电导率随助熔剂添加量的增大,先增大后减小,其中添加质量百分比为2%的B_2O_3的样品具有最高的室温离子电导率,为1.61×10~(-3)S/cm.     

偏硼酸钡低温相的晶体结构

本文报道了新型信频材料——偏硼酸钡[Ba₃(B₃O₆)₂]低温相的晶体结构。晶体属三方晶系,空间群为C₃⁴-R3,取六方坐标系,晶胞参数为a=b=12.532?,c=12.717?,z=6。在PhilipsPW-1100四圆衍射仪上收集到独立衍射693个。采用重原子法通过三维帕特逊和三维傅里叶合成测定结构,并用对角矩阵最小二乘法修正至R=0.046。该晶体是一个由Ba²⁺和(B₃O₆)^3-环交错组成的层状阶梯式结构。其阴离子(B₃O₆)^3-环基本上是平面状的。基团平面垂直于三次轴;Ba²⁺近邻有7个氧原子。将此结构与偏硼酸钡高温相比较表明,由于钡阳离子的非中心对称分布改变了阴离子硼氧环共轭基团的电子云密度,这一结构上的变化对该晶体的倍频效应做了主要贡献。 关键词：     

High thermal stability of diamond-cBN-B_4C-Si composites

Improving the thermal stability of diamond and other superhard materials has great significance in various applications. Here, we report the synthesis and characterization of bulk diamond–cBN–B_4C–Si composites sintered at high pressure and high temperature(HPHT, 5.2 GPa, 1620–1680 K for 3–5 min). The results show that the diamond, cBN, B_4C,B_xSiC, SiO_2 and amorphous carbon or a little surplus Si are present in the sintered samples. The onset oxidation temperature of 1673 K in the as-synthesized sample is much higher than that of diamond, cBN, and B_4C. The high thermal stability is ascribed to the covalent bonds of B–C, C–N, and the solid-solution of B_xSiC formed during the sintering process. The results obtained in this work may be useful in preparing superhard materials with high thermal stability.     

空位缺陷和相变对冲击压缩下蓝宝石光学性质的影响

为了探究冲击压缩下蓝宝石光学性质的变化行为,本文采用第一性原理方法,在180 GPa的压力范围内计算了蓝宝石理想晶体和含空位点缺陷晶体的光学性质.吸收光谱数据表明,仅考虑压力和温度因素不能解释冲击消光实验的结果,而冲击诱导的氧离子空位点缺陷应该是导致该结果的一个重要原因.波长在532 nm处的折射率数据表明:1)蓝宝石的两个高压结构相变将导致其折射率明显上升;在Corundum和Rh_2O_3相区,其折射率将随冲击压力增大而降低;在CalrO_3相区,压力小于172 GPa时,其折射率随冲击压力增大而缓慢地降低,但172 GPa以上时折射率却随冲击压力增大而逐渐增大;2)空位点缺陷对折射率随冲击压力的变化规律有明显的影响.本文结果不仅有助于增强用空位点缺陷的物理机理来解释蓝宝石冲击透明性损伤现象的可靠性,而且对未来进一步的实验研究以及发展新型窗口材料有重要的参考作用.     

Dy^(3+)掺杂Lu_(2)O_(3)和Y_(2)O_(3)单晶光纤下转换荧光测温性能EI北大核心CSCD

稀土倍半氧化物单晶光纤材料凭借超高的熔点(~2400℃)、稳定的物化性能以及灵活的结构被认为是极具潜力的高温传感介质。本文采用激光加热基座(LHPG)法,成功生长了透明无开裂Dy^(3+)离子掺杂的倍半氧化物单晶光纤Lu_(2)O_(3)和Y_(2)O_(3)。依据Dy^(3+)离子的^(4)I_(15/2)和^(4)F_(9/2)能级为一对热耦合能级对(TCLs),测试得到了430~520 nm波长范围内的下转换荧光光谱。荧光强度比(FIR)结果显示,晶体在298~673 K温度范围内的荧光强度具有良好的温度相关性。其中Dy∶Lu_(2)O_(3)在该范围内的最大相对灵敏度和绝对灵敏度分别为0.97%·K^(-1)(315 K)和1.62×10^(-4) K^(-1)(673 K),展现出更为优异的温度传感性能。     

Fabrication and growth rate estimation of PrBa2Cu3O7−δ single crystal by the modified top seeded crystal pulling method

Recently, we succeeded in fabricating single crystals of PrBa₂Cu₃O_7−δ by a modified top seeded crystal pulling method called the SRL-CP (Solute Rich Liquid-Crystal Pulling) method. Y₂O₃ and MgO polycrystalline crucibles and a MgO single crystal crucible were used to grow the single crystals. The crystal growth temperature was set in the range of 968°C to 972°C. The grown crystals were identified as PrBa₂Cu₃O_7−δ by X-ray diffraction. In the case of using Y₂O₃ crucibles the composition of the grown crystals was Y_xPr_1−xBa₂Cu₃O_7−δ (0.48 < x < 0.57) and in the case of using MgO crucibles a relatively small amount of Mg contamination to the grown crystals occurred at a typical concentration of approximately 1 at.% of the sum of cations. According to the crystal growth model of the SRL-CP method [1–5], a maximum growth rate of 1.7 × 10⁻⁵ cm/s was calculated with the aid of the phase diagram studies we reported earlier [6]. This value is reasonably in agreement with the experimental results.     

掺铥钨酸镱钾激光晶体结构模拟及振动光谱

采用泡生法生长了掺铥钨酸镱钾（KTm_0.1Yb_0.9（WO₄）₂）激光晶体。利用X射线单晶衍射法和X射线粉末衍射法研究了KTm_0.1Yb_0.9（WO₄）₂晶体的物相与结构。采用X射线单晶衍射法并结合Diamond晶体结构绘图软件,获得了晶体内部结构模型图：该晶体是由WO₆、TmO₈/YbO₈和KO₁₂基团组成。W₂O₁₀二聚体通过WOW单氧桥相连,在平行于c轴方向上形成（W₂O₈）_n多重带。ReO₈和KO₁₂多面体共顶相连,沿[101]和[110]方向形成了具有二维层结构的延长带。X射线粉末衍射分析表明：该晶体具有低温β相双钨酸盐结构,属于单斜晶系,空间群C2/c;计算了晶胞参数、晶粒尺寸和结晶度。测试了晶体的振动光谱,对各个峰值的红外和拉曼活性及分子振动情况进行了归属,进一步验证了晶体中WO₆原子基团及单氧桥（WOW）和双氧桥（WOOW）的存在。