Li3N触媒粒度对立方氮化硼单晶合成效果的影响

在压力4.5 ～5.3 GPa,温度1350 ～ 1500℃条件下,分别以不同粒度的Li3N粉末作为触媒,采用高温高压触媒法合成了立方氮化硼(cBN)单晶.研究了Li3N触媒粒度对cBN单晶合成效果的影响,对得到的cBN单晶的产量、转化率、大晶粒含量和抗压强度等待性进行了检测对比.结果表明,当Li3N触媒的粒度为80～ 100 μm时,在高温高压下可以合成出大晶粒含量高、抗压强度高、生长完善且晶形完整度较高的cBN单晶;当Li3N触媒的粒度为60～ 80 μm时,在高温高压下合成出的cBN单晶产量和转化率较高.     

三种氮化物触媒原料的cBN单晶合成效果

在压力4.2～5.5 GPa、温度1350 ～ 1540℃条件下,分别采用Li3N、Ca3 N2、Mg3N2三种氮化物粉末作为触媒合成出了cBN单晶;研究了三种触媒的cBN单晶合成效果,对得到的cBN单晶产量和转化率、粒度分布、抗压强度和表面形貌等进行了表征和对比,并讨论了三种触媒合成cBN单晶的经济性及其应用.结果表明,采用Li3N触媒合成出的cBN单晶,产量和转化率高,单晶粒度大,抗压强度高,晶体生长完善,生长缺陷少,但Li3N触媒价格昂贵,适用于工业化生产高品级cBN大单晶;采用Ca3N2触媒合成出的cBN单晶虽然其产量和转化率低,粒度较小,但生长较为完善,表面缺陷较少,同时Ca3N2触媒价格便宜,适用于工业化生产高品级的cBN小单晶;采用Mg3N2触媒合成出的cBN单晶产量和转化率居中,单晶粒度小,晶体表面粗糙,存在较多生长缺陷,但Mg3N2触媒价格低廉,可大大降低cBN单晶的生产成本,适用于工业化生产较低品级的cBN单晶和微粉.     

金刚石单晶合成效果与合成后铁基触媒组织的相关性研究

采用粉末冶金法制备铁基触媒片,在六面顶压机上高温高压合成金刚石单晶.利用扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜(OM)等表征了不同成分的触媒以及同一触媒在不同合成时间条件下金刚石单晶的合成质量和合成后的铁基触媒组织.结果表明:当金刚石单晶合成质量较好时,合成后铁基触媒组织特征表现为初生板条状渗碳体分布较均匀,呈平行生长的条束,渗碳体的板条两边缘较平直,而且数量较多.触媒成分和合成时间是影响铁基触媒组织中初生渗碳体的数量和形态的主要因素.     

静态高温高压cBN单晶合成与触媒相关性研究进展

静态高温高压触媒法是工业生产立方氮化硼单晶的主要方法,其中触媒的选择至关重要。研究触媒与cBN的相关性对于探索立方氮化硼的合成机理,改进合成工艺,获得性能优良的氮化硼晶体有重要的意义。本文以工业生产中常用的锂、镁、钙基触媒立方氮化硼合成为主,阐述了触媒在立方氮化硼合成中的作用及近年来立方氮化硼的合成机理研究进展,并在此基础上提出了今后的研究方向。     

Li3N-hBN体系合成cBN单晶“V”形区的相变热力学

利用静态高温高压触媒法合成优质cBN单晶,合成温度和压强范围形成一“V”形区域.从Gibbs自由能(△G)角度分析了采用Li3N为触媒合成cBN单晶时,不同物相在“V”形区及其扩大区域(1600～2200 K、4.8 ～6.0 GPa)内向cBN相变的可能性.分别计算了高温高压下hBN+ Li3 N-→Li3 BN2 、hBN→cBN和Li3BN2→cBN+ Li3N三个反应的△G.结果表明:在“V”形区及其扩大区域内,前二个反应的△G均为负值,分别为-35～-10 kJ/mol和-25 ～-19k J/mol;而第三个反应的△G有正有负,其正值范围形成了一个温度、压强的“V”形区域.该“V”形区基本覆盖了以前文献中提到的“V”形区.这说明在合成优质cBN单晶的温度压强范围内,Li3 BN2稳定存在,不能分解出cBN.Li3N触媒体系内的cBN可能源自hBN的直接相变,而非Li3BN2的分解.但分析表明Li3BN2促进了hBN→cBN的相变.     

橙红色荧光粉Ca10Li(PO4)7∶Sm3+的合成及其发光特性研究

采用固相法合成了Ca10Li(PO4)7∶xSm3+橙红色荧光粉,研究了材料的发光性质.结果表明,以404 nm近紫外光作为激发源时,Ca10Li(PO4)7∶xSm3+表现为多峰特征,主峰位于569 nm、606 nm、651 nm和713 nm,分别对应Sm3+的4G5/2→6H5/2、4G5/2→6H7/2,4 G5/2 →6H9/2 and 4 G5/2 →6H11/2跃迁发射,且606 nm发射峰最强,材料发射橙红光;监测606 nm发射峰,对应的激发光谱包含363 nm、376 nm、404 nm和478nm多个激发峰;改变Sm3+的掺杂量,发现Ca10 Li(PO4)7∶Sm3+的发射强度表现出先增大、后减小的变化趋势,x=0.05时发射强度最大,即存在浓度猝灭现象,造成浓度猝灭的机理为电多极相互作用,Ca10Li(PO4)7∶Sm3+的色坐标基本不变,位于橙红色区域.Ca10Li(PO4)7∶Sm3+具有较好的温度特性,激活能为0.188 eV.     

锂离子固体电解质Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3的合成与表征

以固相法合成锂离子固体电解质Li1.3 Al0.3Ti1.7 (PO4)3(以下简称LATP).研究了合成温度以及烧结时间对其离子电导率的影响.采用X射线衍射、扫描电子显微镜和交流阻抗技术对合成材料的物相、形貌和离子导电性进行表征.结果表明:900℃条件下合成了纯相LATP,颗粒大小均匀,900℃下烧结4h,得到的烧结片致密,离子电导率达3.07 ×10-4S/cm.     

灰锡自溶剂法Ba/Eu复合填充Ⅷ型Sn基单晶笼合物的制备及电传输特性

采用灰锡自溶剂法制备Ⅷ型Sn基单晶笼合物,并通过Eu对其进行掺杂.研究表明所制备样品均为空间群为I(4)3m的p型Ⅷ型Sn基单晶笼合物,Eu原子趋于取代Ba原子,且随着Eu元素起始含量的增加,材料晶格常数减小,熔点升高,较低的载流子浓度与较高的载流子迁移率使得材料Seebeck系数与电导率都有所提升,Eu起始含量x =0.50的样品其ZT值在480 K处获得最大值0.87.     

Pechini法合成Bi2Sr2CaCu2O8+δ超导薄膜的研究

采用Pechini法在STO(100)单晶基底上制备Bi2Sr2CaCu2O8+δ(Bi2212)超导薄膜.重点研究了金属离子比例与预处理温度对Bi2212薄膜相组成及表面形貌的影响.结果表明,适当增加初始计量中Ca的摩尔比,有利于纯相的形成.预处理温度不仅影响样品的表面形貌,同时对相纯度的影响也很显著.较佳条件下,1108 K温度下热处理10 min可制备具有c轴外延取向的纯Bi2212相薄膜.     

Mn掺杂Ca0.16Sr0.04Li0.4Nd0.4TiO3微波介质陶瓷介电性能的研究

采用传统固相法制备了MnO2掺杂Ca0.16Sr0.04Li04Nd04TiO3微波介质陶瓷,并借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜、网络矢量分析仪和精密阻抗分析仪对微波陶瓷的物相结构、表面形貌、介电性能和电学微结构进行了分析.结果表明掺杂MnO2部分进入Ca0.16Sr0.04Li0.4Nd04TiO3陶瓷晶格Ti4位中并导致衍射主峰衍射角向高角度轻微偏移,所得陶瓷晶粒大小约5 μm.随着MnO2含量的增加,观察到显著的Mn-Li氧化物杂相,过高的MnO2掺杂使得Ca0.16Sr0.04Li04Nd04TiO3陶瓷晶粒的主要生长方向由(200)变为(220).MnO2含量的增加使得陶瓷介电常数εr从140降至122,品质因子Qf从1450显著升至1960 GHz,谐振温度系数Τf较为稳定且均为40 ppm/℃左右.陶瓷内部由Li+陶瓷表面电学阻抗、晶界阻抗、晶壳和晶核形成的晶粒阻抗构成,其中晶界的电阻贡献主要来自于Li+挥发或析出形成的阳离子空位电导;晶壳和晶核电阻为电子-空穴与氧空位相互耦合形成的电导.微波陶瓷的介质损耗主要来自于晶粒区域晶核的高度半导化各构成电学微结构部件载流子束缚能力大小与活化能规律趋于一致.     

Czochralski Growth of Potassium Lithium Niobate Single Crystals with Low Li Content and Their Characterization

Single crystalline and crack free potassium lithium niobate (KLN) single crystals with low Li content were grown by the Czochralski method. The crystal composition can be written as K_2.60Li_1.17Nb_5.44O₁₅ (=K_2.95Li_1.33Nb_6.17O₁₇) which contain relatively fewer Li ions than ferroelectric K₃Li₂Nb₅O₁₅ crystals. All experimental results show that the deficiency of the Li ions in the KLN crystals strongly influences their physical properties. Especially, the as‐grown crystals do not indicate any signature for a ferroelectric phase transition in contrast to the ferroelectric K₃Li₂Nb₅O₁₅ crystals. However, due to ionic conduction, the temperature dependence of the dielectric constant of such KLN‐2 crystals show a broad anomaly near 300°C. In addition, the existence of proton defects can be revealed by infrared absorption spectroscopy near 3500 cm^‐1 in as‐grown crystals.     

名义纯及掺杂铌酸锂晶体内偏置场的实验研究

铌酸锂晶体的内偏置场对铁电应用、电光应用和非线性光学应用等均有直接影响。本工作建立了铌酸锂(LN)晶体内偏置场测试方法,对同成分铌酸锂(CLN)晶体、近化学计量比铌酸锂(nSLN)晶体、掺杂铌酸锂(doped LN)晶体的内偏置场和矫顽场进行测量。结果表明,CLN晶体内偏置场最高(E_int=2.53 kV/mm),nSLN晶体的内偏置场大幅降低,其中富锂熔体法生长和气相输运平衡(vapor transport equilibration, VTE)法结合得到的nSLN晶体的内偏置场最小,与CLN晶体相比降低了约两个数量级;掺杂铌酸锂晶体的内偏置场与CLN晶体相比也普遍降低,其中掺6.5%(摩尔分数)Mg的CLN晶体的内偏置场约为CLN晶体的四分之一,掺7%(摩尔分数)Zn的CLN晶体的内偏置场约为CLN晶体的六分之一。最后对组分和掺杂影响内偏置场的因素进行了简要分析。     

掺杂LiNbO3晶体的生长缺陷与其体全息存储性能的研究

本文叙述了利用侵蚀法研究掺杂LiNbO3的晶体缺陷,并讨论了晶体缺陷的形成机理以及其与体全息存储性能的关系.通过实验发现了常温下侵蚀铌酸锂晶体的规律,并利用侵蚀法观测到铌酸锂晶体样品表面呈三角锥状的位错侵蚀坑.测量了晶体样品的散射噪声,从中找出了晶体缺陷与存储图像质量关系.并发现掺Zn的Fe:LiNbO3晶体其晶体缺陷减少,晶体体全息存储性能有了明显提高.     

纳米硅制备过程中微结构与反应气体流量之间的关系研究

利用LICVD方法制备了纳米硅颗粒.研究了不同反应气体流量条件下,纳米硅微结构的转变规律,分析了制备工艺参数对纳米硅微结构的影响机制.研究表明,在激光功率密度恒定条件下,随着反应气体流量的增加,所制备纳米硅颗粒的尺寸逐渐变小,微结构中非晶态比例随反应气流的增加而增加.     

纳米镁铝水滑石的合成、微结构及吸附性能研究

本文以硝酸镁、硝酸铝为原料,以碳酸钠和氢氧化钠为沉淀剂和pH值调节剂,采用液相沉淀法制备了纳米镁铝水滑石层状化合物(Mg-Al-LDHs),利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及X射线能谱分析仪(EDS)系统比较研究了pH值、反应温度、镁铝比等条件对合成LDHs晶体微结构及晶体生长的影响,同时利用生长基元的配位体理论对其生长机理进行了初步探讨,在此基础上,以甲基橙(MO)模拟染料废水为吸附对象,考察了最佳条件下制备的LDHs培烧产物的吸附性能和吸附机理.研究结果表明:pH值、温度的增加有利于生成结构单一、结晶性、规整性较好的镁铝水滑石晶体,产物晶粒尺寸及径厚比呈增大趋向.当反应温度等于或大于80℃时,温度的升高对镁铝水滑石晶体的形态影响较小.镁铝比的改变对产物的物相影响较小,但影响产物的结晶及生长,当镁铝比为3∶1时,所得产物晶粒的规整度、均一性最好,尺寸约为70-100 nm,厚度为20 nm左右,镁铝比为1∶1时,晶粒粒径明显减小,约为30 nm左右.最佳条件下合成的纳米镁铝水滑石焙烧产物具有较好的吸附性能,随着时间的增加,吸附脱色率逐渐增加,当吸附时间达到70 min,LDO对染料的吸附逐渐达到饱和平衡,脱色率达到90;以上,吸附动力学研究表明LDHs对甲基橙的吸附过程更符合准一级动力学方程,其R2值更接近1,吸附等温线符合Iangmuir模型.     

KDP晶体体缺陷和损伤的观测方法研究

采用激光散射诊断法和显微镜相衬法对磷酸二氢钾(KH2PO4、KDP)晶体中的缺陷和损伤进行观测,发现散射法可以对晶体中的缺陷和损伤进行灵敏观测,并可以即时判断损伤;而显微镜相衬法可以对损伤形貌清晰观测,两种方法结合使用可以更好地观测晶体的缺陷和损伤并有助于了解晶体损伤的机理.     

移动加热器法生长碲锌镉晶体的组分输运与界面形貌研究

移动加热器法(THM)生长碲锌镉晶体时,界面稳定性对晶体生长的质量有很大影响。本文基于多物理场有限元仿真软件Comsol建立了THM生长碲锌镉晶体的数值模拟模型,讨论了Te边界层与组分过冷区之间的关系,对不同生长阶段的物理场、Te边界层与组分过冷区进行仿真研究,最后讨论了微重力对物理场分布的影响,并对比了微重力与正常重力下的生长界面形貌。模拟结果表明,Te边界层与组分过冷区的分布趋势是一致的,在不同生长阶段,流场中次生涡旋的位置会发生移动,从而导致生长界面的形貌随着生长的进行发生变化,同时微重力条件下形成的生长界面形貌最有利于单晶生长。因此,在晶体生长的中前期,对次生涡旋位置的控制和对组分过冷的削弱,是THM生长高质量晶体的有效方案。     

超高压下熔媒法人造金刚石合成机制研究的重要进展

本文对熔媒法人造金刚石的实验、观察和分析,包括熔媒金属(FC或m)、石墨(g)和金刚石(D)存在状态、结晶状况、微观结构和结构特征及其各自结果的分析讨论等研究作了报导.在此基础上对人造金刚石的合成机制作出有机统一整体的讨论如下:(1)形成D结晶基元相变必要条件的特征,可以认为在m熔化过程中发生的助熔激发效应.由于m的d带空穴同g的π-电子相互作用产生各种集团和原子,特别是具有近程有序与密排面结构的原子集团,从而形成一种具有适当尺寸和可变组元的类填隙式固溶体-复合原子集团;(2)形成D结晶基元相变充分条件的特征,可以认为在前述的复合原子集团中的密排面间隙部位发生m的催化激发效应.由于m的价电子处于激发态统计权重增高达到d3s或类sp3状态,诱发处于复合原子集团中类g原子集团实现sp2转移sp3状态.形成一种具有可变组分、不稳定的或部分稳定的类间隙相.这种间隙相式复合原子集团是相变的产物,也是在非平衡态下具有扩散性的主要结晶基底和结晶基元;(3)人造金刚石体系中m/g相互作用的必要和充分条件的特征可用它们的界面结合特征方程作判据来描述.这种判据取决于反映在它们表面和界面上几何结构、电子结构和尺寸等效应(与原子-分子层次结构及相互作用状态有关)的表面能、界面能和有效尺寸.所推导的方程对人造金刚石体系中相互作用,即熔媒激发复合效应的最适合状态提供重要的科学依据和有效技术途径.     

CsB3O5(CBO)晶体生长和形貌研究

本文采用籽晶浸没法,在Cs2O过量3;的Cs2O-B2O3体系中生长了CsB3O5单晶.生长参数如下:液面以下温度梯度为0.5℃/cm, 晶体旋转速度为12r/min,降温速率0.2℃/d,可获得透明、无包裹体、无开裂、最大尺寸达65×44×49mm3的CsB3O5单晶.研究了CsB3O5的生长形貌,CsB3O5生长没有明显的方向性,总是呈现长柱状,最易出现的晶面是(011)和(101)晶面.