铒硼硅酸盐玻璃形成性能的研究

用新的玻璃形成区研究方法探索了铒硼硅酸盐玻璃的形成区范围,研究了A12O3含量和Er2O3含量对玻璃形成区的影响和相应的玻璃形成区图。结果表明：当A12O3含量从15％增加到20％时玻璃形成区相应增大,Er2O3含量从20％增加到30％时玻璃形成区缩小。同时利用热分析结果所得到的玻璃析晶倾向参数β值,讨论了铒硼硅酸盐玻璃的形成能力,发现含有Er2O3的铝硼硅酸盐玻璃的玻璃形成能力比较弱,但在一定的组成范围内随着Er2O3含量的增加,铒硼硅酸盐玻璃的形成能力也会有所提高。另外,在铒硼硅酸盐玻璃系统中加入A12O3,可以加强玻璃的网络结构,从而能够提高玻璃的形成能力。     

铒铝硼硅酸盐玻璃的析晶

通过对Er2O3-A12O3-B2O3-SiO2玻璃样品的析晶热处理,使稀土玻璃结构与晶体联系起来研究,能在一定程度上揭示稀土玻璃的结构形式。对铒铝硼硅酸盐玻璃进行了差热分析,确定其析晶热处理温度;然后对铒铝硼硅酸盐玻璃热处理后的晶相及其微观形态进行了系统地研究,发现该玻璃样品受热析晶后析出的全部为ErBO3相,且呈层状排列。这表明在受热时玻璃发生了分相,Er^3 较多地在富硼相中偏聚而析出,富硅相则保持玻璃态。而玻璃本身也可能具有微不均匀性,存在富硼和富硅两种网络结构,而Er^3 则主要分布在偏硼酸盐结构的富硼环境中,这使得其析出时容易形成层状结构。     

Er^3＋掺杂硼硅酸盐玻璃的近红外发射特性研究

利用高温熔融法合成了掺Er^3 硼硅酸盐玻璃。测量了样品的吸收光谱，由J-0理论得到了强度参数Ωλ(λ＝2，4，6)及一些相关参数；用970nm光激发测量了10-300K之间的近红外发射光谱。利用McCumber理论拟合得到了1．53μm发射的受激发射截面，并与测量得到的发射光谱线形符合较好。由受激发射截面和发射光谱得到的半高全宽分别为59和56nm。利用能级简化模型讨论了样品的红外变温发射光谱，提出了增大1．53μm发射带宽的途径。     

铒硼硅酸盐稀土玻璃的析晶行为

高含量稀土玻璃在激光防护材料方面具有重要的应用,通过对稀土玻璃析品行为的研究.有助于制备出透明的高稀土含量稀土玻璃.分别制备了透明的铒硼硅酸盐稀土玻璃和富B2O3、富SiO2、富Al2O3的铒硼硅酸盐稀土玻璃,并在1100℃下对各种玻璃样品进行热处理.采用XRD,SEM等分析测试方法对Er2O3-B2O3-SiO2-Al2O3系玻璃的析晶行为进行研究,并探讨了玻璃组成对析晶产物的影响.结果表明,铒硼硅酸盐稀土玻璃的局部结构与ErBO3晶相的结构具有一定的相似性;富B2O3,富SiO2、富Al2O3的铒硼硅酸盐稀土玻璃会发生失透现象.稀土玻璃发生失透是由玻璃析晶引起的,其中铒硼硅酸盐稀土玻璃中最易析出的晶相是ErBO3.     

Er~(3+)掺杂硼硅酸盐玻璃的近红外发射特性研究

利用高温熔融法合成了掺Er3+硼硅酸盐玻璃。测量了样品的吸收光谱,由J-O理论得到了强度参数Ωλ(λ=2,4,6)及一些相关参数。用970nm光激发测量了10～300K之间的近红外发射光谱。利用McCumber理论拟合得到了1.53μm发射的受激发射截面,并与测量得到的发射光谱线形符合较好。由受激发射截面和发射光谱得到的半高全宽分别为59和56nm。利用能级简化模型讨论了样品的红外变温发射光谱,提出了增大1.53μm发射带宽的途径。     

含Eu3+离子的有机改良硅酸盐材料的合成及光谱性质研究

用溶胶－凝胶低温合成非晶态技术，以正硅酸乙脂与γ－缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷为先驱体，把Eu^3 离子掺入到上述体系的溶胶与凝胶中，对获得材料的基本物化性能作了研究，同时对获得材料的荧光特性作了详细的研究，研究结果表明掺杂在有机改良硅酸盐凝胶介质中，Eu^3 离子具有较强的发光效应与较宽的发光带，而掺杂在SiO2无机凝胶中的Eu^3 离子表现出很弱的发光强度，讨论了材料的成份，结构与荧光增强效应及增宽效应的内在联系，低温合成的上述复合材料表现出较强的机械强度。     

稀土掺杂硼铝硅酸盐玻璃结构的NMR研究

采用魔角核磁共振（MAS NMR）研究了稀土掺杂B2O3-Al2O3-SiO2玻璃的结构及其组成和热处理等因素对玻璃结构的影响。研究发现，在B2O3-Al2O3-SiO2玻璃结构中，硼的配位主要是三角体[BO3]和[BO4]，铝的配位主要是[AlO4]，[AlO5]和少量的[AlO6]。随着B2O3-Al2O3-SiO2玻璃中BaO含量的增加，[BO3]逐渐向[BO4]转变，[AlO5]和[AlO5]也转变为[AlO4]。此外，由于稀土离子比钡离子更高的离子场强，其能够积聚硼氧结构使得其形成了巨大的网络结构。随着稀土掺量的增加，玻璃结构中的硅氧配位逐渐以Q4（3T）为主。热处理对玻璃结构中的硼氧和铝氧配位影响很小。     

ICP-AES法测定硼硅酸盐玻璃中的常量及微量元素

应用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法,对硼硅酸盐玻璃中的常量元素Si、Ca、Al、B及微量元素Fe、Ti、Mg进行测定。在优化的工作条件下,各元素的检出限:SiO20.026μg/mL,Ca0.0002μg/mL,Al0.028μg/mL,B0.005μg/mL,Mg0.0002μg/mL,Fe0.006μg/mL,Ti0.005μg/mL。样品测定结果的相对标准偏差(n=6)在0.02%~1.47%之间,加入标准溶液的回收率为93.0%~103.2%。采用该方法对硼硅酸盐玻璃标准样品进行测定,测定值与标准值一致。     

新型掺铒钆硼硅酸盐玻璃的制备和光学性质的研究

用高温熔融法制备了成分为Gd2O3,SiO2,B2O3和Na2O的新型玻璃体系,探索了该玻璃体系的成玻范围,发现该系统在B2O3:20%以上,SiO2:0～50%,Gd2O3:0～30%的范围内均可形成完全透明的玻璃.在Gd2O3:30%,B2O3:60%和SiO2:60%,B2O3:30%两个组分附近时玻璃轻微失透.除此以外,在其他组分实验上没有得到玻璃.根据差热分析的数据,计算得到的玻璃析晶倾向参数β在0.32～1.76之间,说明含10%Gd2O3的钆硼硅酸盐玻璃具有较强的形成能力;利用McCumber理论计算出样品的吸收和受激发射截面,并从玻璃1.5 μm的吸收光谱出发拟合出了J-O参数,进而计算了Er3 离子各相关能级的理论振子强度、实验振子强度和自发辐射速率等参数.同时,用Er3 离子1.5 μm发射光谱的半高全宽与其峰值发射截面的乘积值对含10%Gd2O3钆硼硅酸盐玻璃1.5μm发射的增益带宽作出了表征,结果表明,含10%Gd2O3玻璃体系的FWHM×σepeak值均大于已有报道的硅酸盐、磷酸盐和锗酸盐玻璃,其中最大值和氧氟硅酸盐玻璃的相差不多.     

掺Nd3+碲酸盐玻璃光谱性质的研究

制备了Nd3+掺杂的碲酸盐玻璃, 测量了试样的吸收光谱、发射光谱, 计算了碲酸盐玻璃中Nd3+离子的强度参数(Ω2, Ω4, Ω6), 给出了Nd3+离子的发光特性(A, β, τrad, σ)的计算结果, 研究了其荧光特性、浓度淬灭及其机制. 研究发现组分70TeO2-20ZnO-(10-x)La2O3-xNd2O3(%,摩尔分数)碲酸盐玻璃具有高的发射截面和低声子能的特性. 当x为0.5时荧光强度和发射截面最大, 即在碲酸盐玻璃中Nd3+的最佳掺杂浓度为0.5%(1.93×1020 ions·cm-3). 碲酸盐玻璃中Nd3+离子实测荧光特性与计算结果基本一致.     

掺铒碲酸盐玻璃光谱特性研究

测试了样品(75-x)TeO2-xWO3-15ZnO-5La2O3-5Nb2O5(摩尔分数)-1%(质量分数)Er2O3(TWZ,x=0,4,8,12,15)和(75-y)TeO2-yB2O3-15ZnO-5La2O3-5Nb2O5(摩尔分数)-1%(质量分数)Er2O3(TBZ,y=0,4,8,12,15)玻璃的吸收光谱、荧光光谱、上转换光谱、能级寿命和热稳定性.应用J-O理论和McCumber理论分别计算了玻璃中Er3+离子光学跃迁强度参数Ωt(t=2,4,6)和受激发射截面.在975 nm激励下,该玻璃同时观察到了绿光(528和544 nm)和红光(660 nm)的上转换发光现象,分别对应于Er3+的.2Hu/2→4I15/2,4S3/2→4I15/2和 4F9/2→4I15/2跃迁.分析比较了玻璃中WO3和B2O3含量变化对光谱参数的影响.结果表明:随着WO3含量的增加,TWZ玻璃1.53μm波段荧光强度逐渐增大,上转换发光强度逐渐减弱,4I13/2能级寿命增加;随着B2O3含量的增加,TBZ玻璃1.53 μm波段荧光强度、上转换发光强度以及4I13/2能级寿命逐渐减弱.另外,TWZ和TBZ系列玻璃的热稳定性都有所提高.     

碘化亚铜微晶掺杂硅酸盐玻璃的制备及其光学性质

采用可分相的Na2O－Al2O3－B2O3－SiO2系为基础玻璃，以CuO／SnO、NaI为原料分别引入Cu＋、I－，成功地制备出CuI激晶掺杂硅酸盐玻璃．通过X射线粉末衍射（XRD）和高分辨透射电镜（HRTEM）分析观察到玻璃中的晶相和微晶的分布情况；由玻璃的室温透射光谱研究了玻璃的热处理条件与光吸收性的关系．实验发现，该玻璃对Nd：YAG激光器腔内自由振荡具有脉定压缩效应．     

铈掺杂TiO2光催化剂的制备及其催化性能

以TiCl4为原料、Ce(NO3)3·6H2O为稀土掺杂剂,制备了不同掺杂量的Ce/TiO2粉体,并进行了DTA-TG,XRD,SEM和TEM表征.实验主要考察铈掺杂对TiO2粉体的表面形状和光催化活性的影响.结果表明,掺铈能明显改善样品的团聚状态,有利于样品比表面积的增大.SEM和TEM对500℃的焙烧样品表征结果,掺杂样品二次颗粒的成孔性远好于没有掺杂的纯样品.掺杂量从m(CeO2)=0.5%增加到m(CeO2)=8%,样品的比表面积增加了74m2·g-1;活性评价结果表明,掺杂铈可有效提高催化剂的光催化活性,其中m(CeO2)=1%的样品活性最好.     

铈、钐掺杂YAG微晶玻璃制备及光谱性能

以Y2O3-A l2O3-S iO2-L i2O-K2O-Na2O玻璃作为Ce,Sm掺杂基质玻璃,制备出白光LED用YAG:Ce和YAG:Ce,Sm微晶玻璃。利用X射线衍射、荧光光度计对微晶玻璃的晶相、光谱性能及荧光寿命进行了研究。结果表明:掺杂铈或铈钐共掺杂基质玻璃在1400℃热处理得到的几乎是纯YAG晶相;并且YAG:Ce和YAG:Ce,Sm微晶玻璃在454 nm有特征激发峰,说明它们能被蓝光芯片有效激发;在蓝光芯片激发下,YAG:Ce微晶玻璃在480~700 nm产生有效发射,发射光谱中心波长531 nm,同时铈钐共掺微晶玻璃在566,602,615,650 nm都有窄的发射峰,可以提高LED s的显色性、降低色温;此外,浓度掺杂实验表明钐的较好掺杂浓度范围是Ce:Sm为10∶2~10∶10;YAG:Ce和YAG:Ce,Sm微晶玻璃的荧光衰减曲线表明,YAG:Ce微晶玻璃的荧光寿命要长于YAG:Ce,Sm微晶玻璃。     

铈掺杂纳米氧化锌抗菌粉的研制及其结构性能分析

以纳米ZnO为载体,制备了复合无机抗菌剂Ce4+/ZnO.考察了不同氧化锌、Ce4+比例下的掺杂情况,利用Rietveld方法对掺杂样品的结构进行了精修,在自制实验装置上对其光催化性能进行了研究,并采用"营养肉汤法"对其抗菌性能作了检测.结果表明,ZnO对Ce4+的吸附率很高,可达100%,且几乎不受摩尔比的影响.X射线精修结果表明,有部分Ce4+进入了氧化锌晶格形成了固溶体.掺杂Ce4+明显提高了纳米ZnO的光催化性能和抗菌性能.     

玻璃中银粒子对稀土离子发光影响的研究

在玻璃制备过程中加入硝酸银,然后通过高温退火得到包含银纳米粒子的Er^3＋掺杂锗酸盐玻璃和Eu^3＋掺杂硼酸盐玻璃样品。根据Mie—Drude理论拟合了这些玻璃样品中银纳米粒子等离子体振荡吸收谱,得到了退火时间与银粒子粒径的关系。用488nm Ar^＋激光器激发不同退火时间的这些玻璃样品,分别监测Er3^3＋的^4S3/2-^4I15/2和Eu^3＋的^5D0-^7F2的发射,发现包含银纳米粒子的玻璃样品较不包含银纳米粒子的玻璃样品,Er3^3＋和Eu^3＋的发射分别增强3．6和1.25倍。通过分析玻璃样品的吸收谱和发射谱,排出了表面等离子振荡引起稀土离子发射增强的可能性。对Er^3＋掺杂的玻璃样品进行Judd—Ofelt理论分析,发现随着退火时间增加J-O强度参数减小,Er^3＋的^4S3/2能级的辐射跃迁几率保持增加,表明引入银纳米粒子引起稀土离子周围晶体场发生变化是稀土离子发光增强的一个原因。     

掺铒TeO2-WO3玻璃光谱性能

研究了掺铒TeO2-WO3玻璃的吸收光谱和荧光光谱性质.根据吸收光谱,应用Judd-Ofelt理论计算得到了3个强度参数Ωt(t=2,4,6),分别为Ω2=5.38×10-20cm2,Ω4=1.78×10-20 cm2,Ω6=0.75×10-20cm2.Er3 离子在TeO2-WO3玻璃中的Ω6小于磷酸盐、氟磷酸盐中的Ω6,而大于锗酸盐、硅酸盐和碲酸盐玻璃中的Ω6,说明Er-O键在TeO2-WO3玻璃中的共价性大于磷酸盐、氟磷酸盐中Er-O键的共价性而小于锗酸盐、硅酸盐和碲酸盐玻璃中Er-O键的共价性.4I13/2→4I15/2荧光光谱表明Er3 的荧光半高宽(FWHM)为66 nm,荧光寿命为3.2 ms;应用McCumber理论计算了Er3 的峰值发射截面σe为8.0×10-21cm2.对Er3 在不同基质玻璃中光谱参数比较发现,TeO2-WO3玻璃的FWHM×σe乘积较大,说明其带宽特性较好.     

RE/TiO2光催化剂的谱学特性与气相光催化性能的研究

采用改进的sol-gel法和浸渍法制备了TiO₂掺杂稀土离子La³⁺、Y³⁺、Gd³⁺、Er³⁺、Nd³⁺、Pr³⁺的RE/TiO₂光催化剂,运用FTIR、XRD、TEM、低温氮吸附/脱附、TG/DTA、UV-Vis DRS、表面光电压谱(SPS)等进行表征,以气相光催化降解乙烯、溴代甲烷作为探针反应,阐明了RE/TiO₂光催化剂的谱学特性与气相光催化性能的关系。结果显示,稀土离子掺杂后,TiO₂的锐钛矿含量增加,比表面积增大,粒径变小,吸收边发生蓝移,表面光电压的响应阈值增大,此外,Pr³⁺除外的其它稀土离子掺杂的TiO₂的表面光电压信号增强;光催化降解实验表明,与纯TiO₂相比,La³⁺、Y³⁺、Gd³⁺、Er³⁺、Nd³⁺掺杂TiO₂样品上乙烯、溴代甲烷的光催化活性均有不同程度的增强,而且表现出较强的矿化能力。但是,掺杂Pr³⁺的TiO₂的光催化性能降低恰好对应较弱的表面光电压信号。所以,本文认为提高光生电子-空穴对的分离效率是改善光催化性能的关键因素。     

Structures and Electromagnetic Properties of Boron Nitride Nanoribbons Doped with Transition Metals

Inspired by the recent discovery of the Ti-doped BN nanocages, here we report the design of novel boron nitride (BN) nanoribbons (BNNRs) doped with fourth-row transition metals (Sc−Cu) and the prediction of their structural and electromagnetic properties. First-principles calculations and ab initio molecular dynamics simulations show that Ti-doped BNNR possesses both thermodynamic and kinetic stability at high temperatures for synthesis of BN materials. Metal doping may make the nonmagnetic pristine BNNR ferromagnetic or antiferromagnetic, depending on the metal. The doping with all considered metals reduces substantially the band gap of pristine BNNR. For example, Sc-doped BNNR is ferromagnetic with an indirect band gap of 1.18 eV, while V-doped nanoribbon is antiferromagnetic with a direct gap of 2.50 eV. Remarkably, the carrier mobility in both materials is significantly enhanced compared to the pristine BNNR. Our findings suggest that doping with different metals may endow BNNRs with versatile electronic and magnetic properties.