溅射气氛和退火方式对硅纳米晶的形成及发光特性的影响

利用磁控溅射技术溅射硅靶,通过调节溅射气氛在硅衬底上生长了SiO/SiO₂超晶格,热退火处理后超晶格中的SiO发生相分离得到硅纳米晶。通过比较不同退火方式对于硅纳米晶的形成的影响发现,管式炉退火处理的样品给出非常强的室温光致发光,其发光峰的峰位随着硅纳米晶尺寸的增大而红移,且管式炉退火比快速热退火更有利于硅纳米晶的形成。     

金刚石压腔结合拉曼光谱技术进行Pb掺杂对二氧化锡高压结构性能的影响研究

因稳定的分子结构和物理化学性质,近年来SnO2在光、电、磁等方面应用日益广泛。为拓宽SnO2应用范围,对高压条件下纯SnO2和Pb掺杂SnO2结构的相变行为和拉曼光谱活性振动模的变化进行了探究。实验采用水热法制备了纯SnO2和Pb掺杂量为10%的SnO2样品。扫描电子显微镜(SEM)图表明,上述制备样品由多个纳米棒从中心发散排列而成,整体成类花状。X射线衍射图谱表明,样品在常温常压下晶体结构为四方金红石型SnO2(空间群P 42)。采用Mao-Bell型金刚石压腔结合原位拉曼光谱探究了金红石型SnO2和Pb掺杂SnO2两种材料的高压相变过程。研究结果显示,两种材料加压至26 GPa过程中,纯SnO2和Pb掺杂的SnO2的活性拉曼振动模(B 1g,E g,A2g,B2g)均向高频移动。在14 GPa时,纯SnO2的E g峰分裂,563 cm-1处出现新峰,表明SnO2从常压四方金红石型结构向CaCl2型结构相变。Pb掺杂SnO2在常压拉曼谱图中出现了577 cm-1的拉曼峰。当加压至13 GPa时,B1g振动模向A g模转变,材料发生一级相变。上述对比表明Pb掺杂的SnO2具有更低的一级相变压力点13 GPa,结果归因于SnO2晶胞中Pb离子代替Sn离子,原子之间间距变小,离子大小不同造成掺杂后价态差异表面缺陷,导致SnO2结构稳定性降低,进而降低了相变压力。此外Pb掺杂SnO2在压力12 GPa时,晶体的对称性降低,577cm-1和639cm-1处特征峰宽化开始合并成包状峰,表明有部分晶体表面原子无序性程度增加,出现晶体向非晶的转变过程。继续加压至26 GPa,两种材料特征峰渐渐消失,并未观测到其他特征峰的出现。非静水压对相变压力也存在一定程度影响。非静水压条件下部分晶体更易趋向于非晶,晶界处存在较大的应力使纳米晶体在晶界处极易形成高压相成核点,导致相变发生,进而降低相变压力。本文研究不同条件下SnO2的相变行为,丰富了极端条件下SnO2的物理化学性质的多样性研究。     

CeO_2纳米晶的制备及其谱学性能研究

以硝酸亚铈为原料,浓氨水为沉淀剂,在80℃反应3 h并陈化9 h制备得到了纯CeO2纳米晶.XRD分析结果表明产物属于立方晶系.透射电镜观察发现产物呈六边形结构,推测为多面体形CeO2的投影,粒径在10 nm左右,分散性良好.沉淀剂浓度、反应温度及陈化时间等对产物的纯度及形貌有明显影响.碱浓度降低或陈化时间缩短都导致产物中出现Ce(OH)3杂质;延长陈化时间,产物粒径增大;若反应温度低于40℃,产物中出现大量Ce(OH)3杂质.拉曼光谱研究表明,纯CeO2纳米晶在465 cm-1处有一振动峰,对应于立方萤石结构的F2g拉曼位移,而含有Ce3+杂质的产物则在600 cm-1处还出现一小峰.荧光光谱研究发现,在波长为400 nm的激发光下,CeO2纳米晶在465 nm附近出现一个不对称发射光谱峰.     

Sn掺杂的纳米TiO_2的拉曼散射

本文主要利用拉曼光谱研究一组在合成过程中掺入了不同浓度锡的纳米二氧化钛样品,确定其从锐钛矿结构到金红石型结构的转变,进而分析其金红石型结构的形成。拉曼光谱测试表明,晶型导向剂SnO2的引入促使金红石型TiO2在较低的反应温度下形成,高温合成条件的免除使我们获得了很好的纳米级的金红石型TiO2晶体。此晶体具有有趣的包覆型结构,金红石型TiO2纳米晶体内包含着同结构的SnO2籽晶。分析其成因,在结晶过程中,掺入的杂质原子Sn4+与O2-结合,先沉积出金红石型结构的SnO2作籽晶,金红石型结构的SnO2和同样结构的TiO2晶格常数十分接近,促使了TiO2在它表面外延生长,形成金红石结构的包覆纳米晶。     

不同晶粒尺寸SnO2纳米粒子的拉曼光谱研究

对晶粒尺寸在4-80 nm范围的纯SnO2纳米颗粒进行了拉曼散射研究.除了SnO2 本征拉曼振动峰外,还有几个新的拉曼振动峰和波长在700 nm左右的一个发光很强而且峰宽很大的荧光峰被观察到.结果所示,当纳米颗粒尺寸减小时,纳米SnO2 颗粒的体相特征拉曼峰变弱,而由缺陷,表面和颗粒尺寸引起的相关效应呈强势.晶粒尺寸在20 nm左右是引起体相拉曼光谱变化的临界尺寸. 晶粒尺寸在20 nm以下,其体相拉曼峰的发生宽化和峰位移动, 以及分别出现在位于571 cm-1 的表面振动峰,位于351 cm-1 处的界面峰和与表面吸附水分子及氢氧基团的N系列拉曼峰是纳米SnO颗粒的主要特征.这些结果反映了纳米颗粒的微结构变化与颗粒尺寸和表面效应以及它们之间相互作用的信息.     

掺铒纳米晶硅和掺铒非晶纳米硅薄膜的发光性质

采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）方法制备含有纳米晶硅的SiO2（NCSO）和含有非晶纳米硅颗粒的氢化非晶氧化硅（a—SiOx：H）薄膜。采用离子注入和高温退火方法将稀土Er掺入含有纳米晶硅（ncSi）和非晶纳米硅（a—n—Si）颗粒的基体中。利用IFS／20HR傅里叶变换红外光谱仪和微区拉曼散射光谱仪研究含有纳米晶硅和非晶纳米硅颗粒的薄膜掺稀土前后的发光特性。结果表明来自Be-Si在800nm的发光强度比来自a—SiOx：H基体中非晶纳米硅的发光强度高近一个数量级,而来自a-SiOx：H在1．54μm的发光强度比NCSO高4倍。还研究了掺铒a-SiOx：H薄膜中Si颗粒和Er^3＋的发光强度随退火温度的变化,结合掺铒纳米晶硅和非晶纳米硅薄膜发光强度随Er掺杂浓度变化和Raman散射等的测量结果,进一步明确指出a-Si颗粒在Er^3＋的激发中可以起到和nc-Si同样的作用,即作为光吸收介质和敏化剂的作用。     

溶胶凝胶法制备Ce_xPd_(1-x)O_(2-δ)纳米晶的结构表征及紫外拉曼光谱研究

通过溶胶凝胶法合成了Ce_xPd_(1-x)O_(2-δ)(x=1,0.7,0.5,0.3)系列纳米晶,X射线衍射(XRD)结果显示所得晶体为立方相。X射线光电子能谱(XPS)测试结果显示Pd的价态有Pd~(4+),Pd~(2+)及Pd0,其中Pd4+的出现说明形成了固溶体结构。结合高分辨透射电镜(HRTEM)、XRD和Raman光谱数据,发现掺杂物的物相中含有PdO。HRTEM谱图显示CeO_2表面分布有Pd单质,说明形成固溶体后高温导致晶格中的Pd析出。对系列化合物分别进行可见光拉曼谱(λ_(ex)=532nm)和紫外光拉曼谱(λ_(ex)=325nm)测试,并采用归一化法对比PdO的峰面积及CeO_2的峰面积,发现紫外光谱下CeO_2的F2g峰得到增强,同时还在593cm-1,1170cm-1,1750cm-1处出现三个峰,分别归为CeO_2本征纵向光学吸收LO(longitudinal optic),2LO和3LO,该现象由于共振拉曼效应导致的。结合紫外拉曼光谱,对不同比例Pd掺杂的CeO_2纳米晶中的氧缺位进行了量化研究。结果表明,随着Pd掺杂量的提高,氧缺位浓度逐渐增加,这与XPS测试结果的趋势基本一致。     

紫外激发下锰掺杂纳米氧化锌

应用气相传输法, 以铜为催化剂, 在硅衬底上制备了锰掺杂氧化锌纳米四足晶须. 利用x射线与电子衍射谱、扫瞄电镜和高分辨率透射电镜, 对样品形貌、结构和成份进行表征与检测; 通过355nm与375nm紫外光激发下掺杂与未掺杂样品光致发光谱的对比, 结合拉曼散射谱与光致激发谱对掺杂样品中反常光致发光机理进行分析. 结果表明, 样品沿［0001］方向生长的前端和内部长有纤细刺状结构的中空六方管组成; 样品中掺入Mn2+的无辐射复合中心作用, 是掺杂样品紫外辐射强度和谱宽变小的主要原因, 氧化锌晶体中晶格周期对Mn2+中d-d电子跃迁过程的影响, 是375nm紫外光激发下掺杂样品中415nm辐射峰产生的主要原因.     

锰掺杂纳米氧化锌的发光特性

应用气相传输法,以铜为催化剂,在硅衬底上制备了锰掺杂氧化锌四足纳米晶须。利用X射线与电子衍射谱、扫瞄电镜和高分辨率透射电镜对样品形貌、结构和成份进行表征与检测。通过355 nm与375 nm紫外光激发下掺杂与未掺杂样品光致发光谱的对比,结合拉曼散射谱与光致激发谱,对掺杂样品中光致发光机理进行分析。结果表明,样品由沿[0001]方向生长、前端和内部长有纤细刺状结构的中空六方管组成;样品中掺入的Mn~(2+)的无辐射复合中心作用,是掺杂样品紫外辐射强度和谱宽变小的主要原因,而氧化锌晶体晶格周期对Mn~(2+)中d-d电子跃迁过程的影响,则是375 nm紫外光激发下掺杂样品中产生415 nm辐射峰的主要原因。     

含稀土元素的矿渣纳米晶玻璃陶瓷的光谱学研究

利用白云鄂博矿资源废弃物中有价元素以共伴生形成存在的特点制备了高性能的矿渣纳米晶玻璃陶瓷。本文采用电感耦合等离子发射光谱（ICP）、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）、扫描电子显微镜（SEM）等测试方法对样品的成分和结构进行了深入分析。ICP和XRD、SEM实验结果表明,我们制备的玻璃陶瓷是主晶相为透辉石,晶粒尺寸在45～100nm范围含稀土元素的纳米晶玻璃陶瓷,SEM面扫所显示的元素与ICP成分分析结果较为一致。Raman分析表明,其非晶相主要由具有不同非桥氧键的硅氧四面体结构单元构成的三维网络结构,进一步分析发现稀土微量元素对网络结构有十分明显的影响。我们把矿渣纳米晶玻璃陶瓷与相似成分的玻璃陶瓷的拉曼光谱对比,发现矿渣纳米晶玻璃陶瓷的拉曼谱带普遍比玻璃陶瓷对应的拉曼谱带波数低。相似成分的玻璃陶瓷与矿渣纳米晶玻璃陶瓷的成分差别主要是稀土元素等微量元素。本文的研究方法为研究玻璃陶瓷的成分与结构、性能之间的关系提供了一种研究思路。     

薄膜法X射线荧光测量中样品检测位置及防护铅板内衬材料的选择研究

(1)以型号316不锈钢金属板为研究对象,对薄膜法X射线荧光光谱测量中,样品检测位置的选择进行研究,确定了最佳的样品检测位置为样品距离X射线管和探测器水平基线1 cm处,并且与X射线管和探测器水平基线成16°角度。(2)以工业环境空气重金属污染物Pb,Cd,Cr为主要分析对象,在有铅板防护情况下进行薄膜法X射线荧光光谱测量研究,发现X射线会穿透样品薄膜而继续激发防护铅板,使得滤膜背景光谱中有较强的铅谱线干扰,会对实际样品中铅元素的测量产生影响。在薄样和防护铅板之间加上一层隔离材料,可有效避免防护铅板中铅谱线对样品测量产生的干扰。(3)以型号316不锈钢、黄铜、铝材、紫铜和聚四氟乙烯几种硬质隔离材料作为铅板内衬材料进行选择研究,结果表明：紫铜的X射线荧光光谱中所含元素的谱线最少,谱图中没有出现重金属Cr,Cd,Pb的谱峰,并且能量较高部分靶材散射光谱强度较弱,对实际样品中重金属元素Cr,Cd和Pb的测量不会产生干扰,作为铅板的内衬金属材料可以避免防护铅板中铅元素谱线的干扰,是最佳的薄膜法X射线荧光光谱分析中铅板的内衬金属材料。该研究为组装及搭建便携式大气及水体重金属X射线荧光光谱分析仪提供了重要的理论依据。     

TiO2/SnO2复合氧化物的制备和光谱特性

为了研究TiO2/SnO2复合氧化物的光学特性,用胶体化学方法制备了以SnO2为内核的TiO2/SnO2复合氧化物,并且用紫外-可见光吸收光谱、X射线衍射和红外光谱对TiO2/SnO2复合氧化物的特性进行了分析.结果显示TiO2和TiO2/SnO2的能带宽度分别为4.13和3.86 eV,表现出量子尺寸效应;TiO2/SnO2在紫外区域具有宽的强吸收带.X射线衍射中TiO2的(110)衍射峰的位置移动了1.6°,强度也发生了变化;与TiO2红外光谱相比,TiO2/SnO2中Ti-O键的伸缩振动由500cm-1移到了656 cm-1,并有560 cm-1的肩峰,与吸附水相应的1650 cm-1附近的吸收峰和3420 cm-1的吸收峰均有所增加.     

马家塬M21出土一件料珠的成分和风化层的研究

为研究古代人造料珠的成分和风化状况,对马家塬M21墓地内出土的一件料珠进行超景深显微观察,扫描电镜能谱分析（SEM-EDS）与拉曼光谱分析（Raman）,观察了样品表面形态、获得了样品元素组成和物相组成。结果揭示料珠主要组成成分为混合BaSO₄,PbCO₃,Pb₅Si₄O₈(OH)₁₀和Cu₂Pb₅(SO₄)₃(CO₃)(OH)₆等杂质的中国蓝,呈现为浅蓝色颗粒,由固相烧结法制作,外部黄色结壳成分为Pb₈O₅(OH)₂Cl₄。研究阐述了中国蓝工艺的发展及风化生成碱性铅化合物的原因,该料珠的元素分析显示Si含量最高,Cu和Ba的含量大略相等,而Pb的含量较低,可能代表当时硅酸铜钡料珠烧制已经开始有意控制原料的比例;碱性铅化合物应是在埋藏过程中形成的,高温烧结制备料珠时产生的氧化物未反应完全,随后被埋入地下,与碱性土壤水水合形成碱性铅化合物。该研究为古代费昂斯制品和硅酸铜钡类制品的研究提供参考,对中国古代科技史研究具有重要意义。     

以TEOS为硅源的聚硅硫酸铁中铁的形态分布研究

利用正硅酸乙酯代替传统硅酸钠制备活性硅酸,使之与聚合硫酸铁反应而得到聚硅硫酸铁絮凝剂。 由于正硅酸乙酯水解很缓慢,容易控制,可得到铁硅分布均匀、重现性好的产物;这有利于进行聚硅硫酸铁中铁的形态研究。采用Fe-Ferron逐时络合比色法和红外光谱法研究了聚硅硫酸铁絮凝剂中铁和硅的形态分布。研究结果表明：聚硅硫酸铁絮凝剂中Fe(a)形态较多,Fe(b)和Fe(c)含量相对较少。在一定时间内,随着熟化时间的延长,Fe(a)和Fe(b)含量有所下降,Fe(c)含量有所增加;但是当熟化时间到达5 d后,三种形态的变化不大。研究还显示聚硅硫酸铁絮凝剂中铁和硅的形态与其在聚合硫酸铁和聚硅酸中是不同的;聚合硫酸铁与活性硅酸并非简单的复合,而是发生了复杂的化学反应,生成了一种重现性好的新型无机高分子聚硅硫酸铁絮凝剂。     

HFCVD法制备纳米晶态SiC及其室温下的光致发光

用热丝化学气相沉积(HFCVD)法以CH4和SiH4作为反应气体在Si衬底上制备了纳米晶态6H-SiC。为减小6H-SiC与Si衬底之间的晶格失配,在HFCVD系统中通过对Si衬底表面碳化处理制备了缓冲层,确立了形成缓冲层的最佳条件。采用扫描电镜、傅里叶红外吸收谱和X射线衍射等分析手段对样品进行了结构和组分分析。结果表明,在较低的衬底温度下所沉积的是晶态纳米SiC,纳米晶粒平均尺寸约为60nm,并在室温下观察到所制备的纳米SiC位于380～420nm范围内的短波可见光。研究和分析了碳化时间对发光峰及红外吸收峰位置的影响。     

SnO2 ∶ Eu3+ 纳米晶的水热法制备及发光性能

采用水热法制备了Eu³⁺掺杂SnO₂纳米发光粉,样品在不同温度下热处理得到不同粒径尺寸的纳米颗粒。利用X射线衍射(XRD)与光致发光(PL)谱对样品进行表征。XRD分析表明:SnO₂ ∶ Eu³⁺样品均为纯相 金红石结构。PL测量表明:水热法直接制备的样品的激发谱由Eu³⁺的f-f本征激发峰组成,而经过热处理后样品的激发谱由O^2--Eu³⁺电荷迁移带和Eu³⁺的f-f本征激发组成;样品的发光强度与颗粒大小有密切关系。     

Sol-gel法制备纳米SnO2气敏材料的研究

用Sol-gel法制备SnO2纳米粒子，并用XRD、紫外吸收光谱和激光Raman光谱进行了表征和分析。XRD实验证实了所制备的粒子具有较理想的纳料尺寸，其粒径随热退火温度升高而增大；Raman光谱表明低温退火时SnO2纳米材料的氧缺位较大；紫外吸收光谱表明退火温度在300－500℃粒径变化很大，但光的吸收稳定不变，可望利用这些性质，提高SnO2气敏器件的性能。     

高炉渣非晶态含量的定量分析方法研究

通过X-ray衍射方法对高炉渣中非晶态与晶态的含量进行了定量分析研究。定量分析过程包括标准样品制备、配样与衍射以及数据处理分析。数据处理包括非晶态衍射峰及晶态峰在一定衍射角度内的积分、线性拟合与定量系数确定。提出了X-ray衍射方法所用的高炉渣标准样品的制备方法,包括100％非晶态标样和100％晶态标样。提出了由100％非晶态和100％晶态为标准样品时,高炉渣中非晶态含量的测定方法,适用于非晶态含量较高(>80%)的高炉渣的定量分析。结合数学处理和X-ray衍射结果,可得到原始高炉渣中非晶态含量和晶态含量,以及相应的比例系数,适用于非晶态含量高的高炉渣(>90%)。     

秧苗状Zn2SnO4纳米线的制备及光致发光性能研究

本文通过化学气相沉积方法成功制备了秧苗状Zn2SnO4纳米线,X射线衍射表明,样品为面心立方结构的Zn2SnO4,同时含有少量的ZnO物相,并且可以通过延长沉积时间的方法获得较为纯净的Zn2SnO4材料.SEM结果显示样品形貌为秧苗状的纳米线.通过样品的光致发光谱的研究发现,Zn2SnO4 的紫外发光强度随着ZnO杂相...