Ce_(0.8)Pr_(0.2-x)Nd_xO_(2-δ)(x=0.02,0.05,0.1)固溶体的合成与性质研究

采用溶胶-凝胶法制备了双稀土掺杂氧化铈Ce_(0.8)Pr_(0.2-x)Nd_xO_(2-δ)(x=0.02,0.05,0.1)固溶体。X射线衍射分析阐明,经800℃烧结的全部固溶体都形成了单相立方萤石结构,平均晶粒尺寸在20~25 nm之间。拉曼光谱结果阐明,固溶体Ce_(0.8)Pr_(0.2-x)Nd_xO_(2-δ)是具有氧空位的立方萤石结构,适量的掺杂Nd有利于Ce_(0.8)Pr_(0.2-x)Nd_xO_(2-δ)氧空位浓度的增加。阻抗谱结果阐明,稀土双掺杂的Ce_(0.8)Pr_(0.2-x)Nd_xO_(2-δ)比稀土单掺杂的Ce_(0.83)Sm_(0.17)O_(2-y)的电导率高,Ce_(0.8)Pr_(0.18)Nd_(0.02)O_(2-δ)的电导率最大,600℃时电导率为1.85×10~(-2)S/cm。     

金属离子Li~+,Na~+,K~+,Ca~(2+),Ba~(2+)掺杂Lu_2O_3:Pr~(3+)荧光粉的制备及发光特性研究

用高温固相法制备了Lu_2O_3∶x Pr~(3+)与Lu_2O_3∶0.1%Pr~(3+),y M(M=Li~+,Na~+,K~+,Ca~(2+),Ba~(2+))荧光粉。用XRD对其结构进行表征,测量了激发光谱、发射光谱和发光衰减曲线,分析了金属离子Li~+、Na~+、K~+、Ca~(2+)、Ba~(2+)掺杂对Lu_2O_3∶Pr~(3+)样品发光强度及荧光寿命的影响。结果显示:掺杂金属离子后的样品仍为纯Lu_2O_3立方晶相结构;与Lu_2O_3∶0.1%Pr~3样品在632 nm处的发光强度比较,分别掺杂12%的Li~+、8%的Na~+、8%的K~+获得样品的发光强度提高了7.32,4.11,2.55倍,掺杂了Ca~(2+)和Ba~(2+)的样品发光强度均减弱;与Lu_2O_3∶0.1%Pr~(3+)样品荧光寿命比较,掺杂Li~+、Na~+、K~+、Ca~(2+)、Ba~(2+)获得的样品~1D_2能级荧光寿命均缩短。     

稀土离子共掺杂的钼酸钙发光材料的合成与光谱性质

采用了化学共沉淀法合成了一系列的镨、铽共掺杂的钼酸钙发光材料,研究了单掺Pr~(3+)和Tb~(3+)以及CaMoO4∶0.03Pr~(3+),yTb~(3+)共掺杂的浓度、温度对材料发光性能的影响。采用X射线衍射仪(XRD)和荧光光谱对样品进行了晶格结构、荧光性质表征。XRD分析表明:样品的主衍射峰与标准卡片(JCPDS 29-0351的衍射峰数据一致,说明少量Pr~(3+)掺杂没有改变基质晶格结构。荧光光谱分析表明,样品在275nm紫外光激发下,发射光谱主要包括多个发射峰,波长为488,560,621和652nm,分别对应于镨离子的~3P_0-~3H_4,~3P_0-~3H_5,~1D_2-~3H_4和~3P_0-~3F_2的跃迁,在掺杂量为3%时,样品特征发射峰最强,CaMoO4∶0.03Pr~(3+)和CaMoO4∶0.05Tb~(3+)的最佳煅烧温度分别为800和600℃。随着Pr~(3+)和Tb~(3+)掺入量的增加,CaMoO4∶Pr~(3+)发光材料的特征发射光谱和激发光谱的特征峰强度逐渐减小,而CaMoO4∶Tb~(3+)材料发光先减小后增大,存在着浓度猝灭效应。此外,在CaMoO4∶0.03Pr~(3+),yTb~(3+)发光体系中,Tb~(3+)的共掺杂可显著增强镨离子的特征发射峰,这是由于存在Tb~(3+)→Pr~(3+)的有效的能量传递。     

Li~+、Na~+共掺(Y_xGd_yLu_(1-x-y))_2O_3∶0.5%Pr~(3+)荧光粉的制备及发光特性研究

用高温固相法制备了Li~+,Na~+共掺(Y_xGd_yLu_(1-x-y))_2O_3∶0. 5%Pr3~+荧光粉末。用XRD对样品进行结构表征,用扫描电镜观测了样品的形貌,测量了样品的激发光谱、发射光谱及发光衰减曲线。结果显示,Li~+、Na~+和Pr~(3+)的掺杂没有引起(Y_xGd_yLu_(1-x-y))_2O_3立方晶相结构的改变。在单一基质中掺杂的Li~+、Na~+可有效改善晶粒尺寸,在复合基质中掺杂的Li~+、Na~+,不仅可以有效改善晶粒尺寸,还使得样品有陶瓷化的趋势。在272 nm激发下,粉末样品在632 nm处均呈现较强的Pr~(3+)红色发射。不同条件下,1 000℃煅烧2 h获得的(Y_(0. 05)Gd_(0. 05)Lu_(0. 9))_2O_3∶0. 5%Pr~(3+),2. 5%Li~+,1%Na~+荧光粉末的发光最强,且荧光寿命较短。     

Fe掺杂SrCoO3−δ钙钛矿的结构、电及氧输运性能

采用XRD、DTA、电导和氧渗透测量等手段研究了Fe掺杂SrCoO_3?δ钙钛矿的结构-性能关系．结果表明,随着Fe含量由0增加到0.2,材料的相组成逐渐发生六方相→brownmillerite主相+六方相→立方相主相+六方相→纯立方相的变化．随着温度变化,六方相及brownmillerite相与立方相之间发生转变;与此相应,材料的电导率和氧渗透率发生了显著变化．     

白光LED用LiYF_4∶Pr~(3+)微晶玻璃的发光性能研究

采用高温熔融法制得组分为43SiO_2-23Al_2O_3-27LiF-17YF_3-xPr_2O_3(x=0.05、0.1、0.15、0.2)(mol%)的前驱玻璃.玻璃样品分别经530℃、540℃和550℃热处理后,制备出一系列Pr~(3+)离子掺杂含LiYF4晶粒的微晶玻璃.晶相由X射线衍射与透射电子显微镜证实,晶粒平均尺寸为14±4nm.紫外-可见分光光度计证实微晶玻璃具有良好的透光性.研究热处理前后样品的光谱特性和荧光寿命,对封装成LED后的相关参数进行测试.结果表明,在波长444nm的激发下,掺杂Pr~(3+)离子浓度为0.3mol且热处理温度为550℃的微晶玻璃具有最高光输出强度,封装成LED后发射出白光,其色坐标为x=0.33,y=0.35.     

三价镨离子掺杂对铽镓石榴石晶体磁光性能影响的量子计算

在铽镓石榴石(TGG)晶体中掺杂Pr~(3+)离子能够有效提升材料的磁光性能,但目前缺乏系统的理论计算阐明此问题.本文根据量子理论,分析了掺杂Pr~(3+)离子的影响机理并进行了定量计算.根据微扰理论解算久期方程,得到自旋-轨道耦合、晶场、有效场及离子之间的超交换作用下, Tb~(3+), Pr~(3+)离子的能级位移及波函数;进一步解算出Tb~(3+), Pr~(3+)离子自基态4f至5d的跃迁电偶极矩、各能级上的分布概率及平均磁矩;获得了Pr:TGG晶体的维尔德常数和磁化率,以及维尔德常数与Pr3+离子掺杂量之间的关系.研究结果表明:由于Pr~(3+)离子引起的法拉第旋转角较Tb~(3+)离子大,同时Tb~(3+)离子和Pr~(3+)离子之间强烈的超交换作用引起了能级的进一步分裂,导致Pr:TGG晶体维尔德常数明显提升;掺杂Pr~(3+)离子后,晶体内部有效磁矩增高,磁化率增大,且温度依赖性降低;维尔德常数数与Pr~(3+)离子掺杂量成分段线性关系,当晶体内部的Tb~(3+)离子和Pr~(3+)离子含量相等时,达到最大值.本文的计算结果与已有的实验数据符合较好.     

Sm0.9Sr0.1AlO3-δ钙钛矿氧化物的固相反应合成和电学性能

用固相反应法制备了Sm0.9Sr0.1AlO3-δ钙钛矿氧化物陶瓷.通过XRD,SEM和交流复阻抗谱以及氧浓差电池方法研究了样品的物相结构、微观形貌、电学性能及输运机理.结果表明,在1650℃烧结时,可以制备出单相的具有四方钙钛矿结构的氧化物Sm0.9Sr0.1AlO3-δ;1650℃烧结16 h时的Sm0.9Sr0.1AlO3-δ样品具有最高的相对密度和电导率,其值分别为96.7%和1.3×10-2S/cm(900℃),比未掺杂的SmAlO3的电导率大4个数量级左右,高温区电导活化能(T＞670℃)小于低温区电导活化能(T＜670℃);Sm0.9Sr0.1AlO3-δ在空气气氛中是一个氧离子和电子空穴的混合导体,氧离子迁移数在0.7左右,并随温度升高逐渐增加,氧离子电导活化能(0.95 eV)大于空穴电导活化能(0.84 eV),900℃时氧离子电导率为9.65×10-3S/cm.     

共掺杂Tb~(3+)或Pr~(3+)的Y_2O_2S:RE~(3+)的阴极射线发光效率的增强

我们已经知道,由于加入痕量的Tb~(3+)或Pr~(3+),能使Sm~(3+),Eu~(3+)和Yb~(3+)激活的Y_2O_2S的阴极射线发光效率增强。而加入Tb~(3+)或Pr~(3+)以后,Nd~(3+)、Gd~(3+)、Dy~(3+)、Ho~(3+)、Er~(3+)和Tm~(3+)激活的Y_2O_2S的发光效率也有类似的增强。在电子束流密度大约为10~(-4)A/cm~2,光栅面积约为1cm~2条件下测量时,根据RE~(3+)的种类,Y_2O_2S:RE~(3+):1.4×10~(-3)％Tb的效率比相应的Tb~(3+)激活的材料的效率大0.5～6倍。由于未辨别出的超线性的猝灭机理,单个稀土激活的Y_2O_2S的效率与束流密度呈亚线性关系。当共掺杂Tb~(3+)或Pr~(3+)时,使猝灭过程无效,得到了对束流密度的线性关系。Tb~(3+)或Pr~(3+)的这种效应与它们对于空穴有大的横截面有关,正象在低浓度下的高效率和热释发光曲线的系统研究所揭示的那样。     

Al~(3+)/Mo~(6+)双离子取代ZrV_2O_7中Zr~(4+)/V~(5+)实现近零膨胀

采用固相烧结法制备了Zri_(1-x)Al_(2-x)V_(2-x)Mo_xO_7(0≤x≤0.9),并通过调整Al~(3+)/Mo~(6+)对ZrV_2O_7中的Zr~(4+)/V~(5+)离子替代量来实现近零膨胀,对于较小的x值(x≤0.3),材料保持了与ZrV_2O_7相同的立方相结构.随着Al~(3+)/Mo~(6+)替代量的增加,(Al/Zr)~-和(Mo/V)~+之间的库仑相互作用逐渐加强,这种库仑相互作用导致材料中未发生畸变的立方相晶体结构逐渐减少.当x≥0.7时,材料中立方相晶体结构完全消失.在425-750 K温度区间内,Zr_(0.5)Al_(0.5)M_(0.6)O_7展示出近零膨胀性质(-0.39×l0~(-6)K~(-1)).Zr_(0.5)Al_(1.5)V_(1.5)Mo_(0.5)O_7的低热膨胀性能可能与Al~(3+)/Mo~(6+)对ZrV_2O_7中Zr~(4+)/V~(5+)部分替代引起部分晶体结构发生的畸变及其对未替代部分的晶格结构的影响有关.     

固态电解质锂镧锆氧(Li_7La_3Zr_2O_(12))制备及第一性原理研究

固态电解质(SSE)是锂离子电池(LIB)的关键材料.Li_7La_3Zr_2O_(12)(LLZO)固体电解质是全固态锂离子电池开发中的关键部分.采用高温固相法制备了不同烧结温度后的四方Li_7La_3Zr_2O_(12)(t-LLZO)和立方Li_7La_3Zr_2O_(12)(c-LLZO),分析了两种样品的结构性能.800℃下烧结12小时的t-LLZO呈四方相,晶格尺寸为a=b=13.13064?,c=12.66024?,离子电导率为3.42×10~(-8)S·cm~(-1);1000℃下烧结12小时的c-LLZO呈立方相,晶格尺寸为a=b=c=13.03544?,离子电导率为8.48×10~(-5)S·cm~(-1).另基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算了四方相和立方相的LLZO固体电解质材料的能带结构、晶格参数、态密度和键布居.通过理论计算解释了四方相LLZO离子电导率低于立方相LLZO的原因.     

Er~(3+)、Pr~(3+)共掺杂AlN薄膜的发光特性和能量传递机理

采用离子注入的方法在氮化铝(AlN)薄膜中实现Er~(3+)和Pr~(3+)的共掺杂,以阴极荧光光谱仪为主要表征手段,对其发光特性进行研究.对于Er~(3+)单掺杂的AlN薄膜,在410nm和480nm可以观察到Er~(3+)较强的发光峰,在537nm、560nm、771nm和819nm可观察到Er~(3+)的较弱的发光峰;对于Pr~(3+)单掺杂的AlN薄膜,Pr~(3+)的最强发光峰位于528nm,在657nm和675nm可以观察到Pr~(3+)的较弱的发光峰;而对于Er~(3+)和Pr~(3+)共掺杂的AlN薄膜,在494nm观察到与Pr~(3+)相关的新跃迁峰.根据实验现象,对AlN薄膜中Er~(3+)和Pr~(3+)之间的能量传递机制进行了深入分析,结果表明Er~(3+)的4F7/2→4I15/2能级跃迁与Pr~(3+)的3P0→3H4能级跃迁之间发生了共振能量传递,从而使Pr~(3+)产生了494nm新的发光峰.     

近紫外宽带激发LED用红色荧光粉(Gd_(1-x)Eu_x)6(Te_(1-y)Mo_y)O_(12)的制备与性能

利用高温固相法制备了一种新型红色荧光粉(Gd_(1-x)Eu_x)_6(Te_(1-y)Mo_y)O_(12),研究了Eu~(3+)单掺和Eu~(3+),Mo~(6+)共掺Gd_6TeO_(12)荧光粉的结构、形貌和荧光性能.实验结果表明,所合成的粉体为纯相.在393 nm近紫外光激发下,(Gd_(1-x)Eu_x)_6(Te_(1-y)Mo_y)O_(12)荧光粉发出特征红光,位于632 nm处的发射主峰属于Eu~(3+)的~5D_0→~7F_2跃迁.当Eu~(3+)掺杂浓度超过20%(物质的量分数)时发光出现浓度淬灭,经证实这是由电偶极-电偶极相互作用造成的.随着工作温度升高,荧光粉发光强度减小,计算得到Eu~(3+)热淬灭过程中的激活能为0.1796 eV.当(Gd_(0.8)Eu_(0.2))_6TeO_(12)中共掺Mo~(6+_(取代Te~(6+)),该荧光粉发射光谱的峰位、强度变化不大,但是Mo~(6+)-O~(2-)电荷迁移态显著增大了近紫外波段的激发带宽度,可以有效提高激发效率.具有近紫外宽带激发特征的(Gd_(0.8)Eu_(0.2))_6(Te_(0.6)Mo_(0.4))O_(12)是一种潜在的白光LED用荧光粉材料.     

金属离子Bi~(3+)掺杂Lu_(1-x)O_3:x%Ho~(3+)荧光粉的发光性能

采用高温固相法制备了金属离子Bi~(3+)掺杂Lu_(1-x)O_3:x%Ho~(3+)系列荧光粉,研究了不同浓度Bi~(3+)掺杂Lu_(1-x)O_3:x%Ho~(3+)荧光粉的晶体结构、Lu_2O_3基质中Bi~(3+)→Ho~(3+)的能量传递规律及合成粉体的发光性质。X射线衍射结果表明Bi~(3+)、Ho~(3+)掺杂对Lu_2O_3的立方相结构没有影响。在322 nm激发波长下发射出位于551 nm处Ho~(3+)的~5S_2→~5I_8跃迁;在551 nm监测下,合成的Ho~(3+)、Bi~(3+)共掺杂Lu_2O_3荧光粉出现Bi~(3+)的322 nm特征激发峰以及Ho~(3+)的448 nm处的~5I_8→~5F_1跃迁。当Bi~(3+)掺杂浓度为1.5%时,Bi~(3+)对Ho~(3+)的能量传递最有效,比单掺Ho~(3+)样品发射强度提高了34.8倍。Lu_(98.5%-y)O_3:1.5%Ho~(3+),y%Bi~(3+)(y=1,1.5,2)样品,随着Bi~(3+)掺杂浓度增加,用980 nm激发比322 nm激发在551 nm处获得的光强分别提高了13.3倍、16.8倍、14.2倍。通过计算得到Bi~(3+)和Ho~(3+)之间的能量传递临界距离为2.979 nm,且Bi~(3+)与Ho~(3+)之间的能量传递是通过偶极-四极相互作用实现的。     

Y_(3-x)Ba_xCu_2O_(7-y)体系的物相与超导电性

对Y_(3-x)Ba_xCu_2O_(7-y)(0.3≤x≤2.4)体系材料的低温电阻测量和X射线衍射分析表明:1.0相似文献   

Pr3+掺杂Na5 Lu9 F32单晶发光性能的优化

应用坩埚下降法生长了Pr~(3+)离子掺杂的Na_5Lu_9F_(32)单晶体.系统地研究了Pr~(3+)掺杂的Na_5Lu_9F_(32)单晶的吸收光谱、荧光光谱和荧光衰减曲线.应用Judd-Ofelt理论分析计算了其光学强度等参数,结果表明Pr~(3+)离子处于Pr-F强共价键的高对称环境中.在440nm光的激发下观察到以482、523和605nm为中心的尖锐的强荧光发射带.研究了Pr~(3+)掺杂浓度对上述发光强度的影响规律,实验发现当Pr~(3+)掺杂浓度达到～0.5mol%时,其荧光发射强度达到最大.分析了环境温度从298K到443K变化时对荧光强度的影响,随着温度的增加,荧光强度逐步变弱,且其523nm的绿光受温度影响要小于482nm的蓝光和605nm的红光.     

LaCoO_3及Ca-Fe共掺陶瓷材料的制备及红外发射率研究

采用高温固相法制备了LaCoO_3和La_(0.75)Ca_(0.25)Co_(0.5)Fe_(0.5)O_3材料,通过XRD、SEM、XPS和IR等检测手段对材料进行表征分析,并运用计算机模拟软件CASTEP计算了材料的能带结构和光学性质。基于以上结果研究了钴酸镧系列材料的红外辐射性能,并分析了提高红外发射率的物理机制。结果表明:Ca-Fe共掺杂后试样的晶体结构由纯物质的菱方结构转变为立方结构,试样在2.5~5μm波段的发射率值从0.83提高到0.9,发射率提高的机理在于:Fe~(3+)Fe~(4+)和Co~(2+)Co~(3+)小极化子的形成增强了材料对自由载流子吸收;Co原子的3d轨道与Fe原子的3d轨道杂化在费米能级处形成杂质能级,促进了受激发电子的跃迁;Ca-Fe掺杂在一定程度上破坏了晶格的对称性,促进了晶格振动吸收,提高了材料的红外发射率。钴酸镧体系材料在中红外波段的红外发射性能优异,可在高温窑炉工业得以应用。     

Co掺杂对YBa2Cu3O7-δ微观结构及透氧性能的影响

利用XRD、TG和标准四电极法研究了YBa2Cu3-xCoxO7-δ(x=0~0.5)混合导体的结构和性能,稳态法考察了Co掺杂量对膜材料透氧性能的影响。实验表明当x<0.05时,Co掺杂可以提高透氧量,在x=0.05时达到最大值(940℃,厚1.4mm的膜材料透氧量为0.53ml/min.cm2)。当x>0.05透氧量开始减小,当x>0.01后,透氧量下降到比未掺杂的YBa2Cu3O7-δ还要小。从晶格结构与Co掺杂量的关系及Co-O键能与Cu-O键能的差别对透氧量随Co掺杂量的变化进行了讨论。     

循环伏安法研究Ba2YCu3O7—y超导体

本文利用电化学循环伏安法(CV 法),以饱和 Ba(OH)_2水溶液为电解液,对单相Ba_2YCu_3O_(7-y)正交和四方结构超导体进行了研究.结果发现:在典型的正交相中确实存在Cu~(3+)→Cu~(2+)的还原峰,而四方相则无此峰出现.从而首次直接检测到 Ba_2YCu_3O_(7-y)烧结体中 Cu~(3+)离子.     

α-Fe_2O_3的掺杂对高温超导块材GdBa_2Cu_3O_(7-δ)的性能的影响

本文利用顶部籽晶熔融织构的方法成功地生长出掺杂不同含量的α-Fe2O3粉末的单畴GdBa_2Cu_3O_(7-δ)超导块材,并对掺杂后的GdBa_2Cu_3O_(7-δ)块材的临界电流密度、捕获磁场、微观结构等进行测量和分析.掺杂α-Fe2O3粉末的摩尔比x分别为x=0,0.1,0.2,0.4,0.8mol%(x为α-Fe2O3粉末相对于GdBa_2Cu_3O_(7-δ)的摩尔比).我们发现在超导块材中掺杂α-Fe2O3粉末之后,块材的临界电流密度JC和捕获磁场强度相对于未掺杂的块材有了明显的提升,这说明α-Fe2O3粉末作为第二相引入的确能够改善超导块材的性能.值得注意的是,α-Fe2O3掺杂量x=0.1mol%时,不降低临界转变温度(93.5K)的同时临界电流密度JC可以达到68000A/cm2,而捕获磁场能够提升到0.15T左右.微观结构观察中发现,伴随着α-Fe2O3粉末的掺杂,Gd2BaCuO5粒子呈现出更好的分布性且Gd2BaCuO5粒子的粒径从最初的2.19μm降低到1.31μm左右.这可能是引起超导性能改善的重要原因.这些结果对今后进一步提高超导块材GdBa_2Cu_3O_(7-δ)的各方面性能提供一定的帮助.