Dy~(3+)-Tb~(3+)掺杂氟氧碲酸盐玻璃的光谱性能研究

实验采用高温熔融法制备了一系列Dy3+离子、Tb3+离子单掺或共掺氟氧碲酸盐玻璃样品.测试了不同摩尔含量的Dy3+离子和Tb3+离子的氟氧碲酸盐玻璃样品的密度,分析了紫外-可见透射光谱、激发光谱、发射光谱、发光衰减曲线,研究了不同摩尔含量的Dy3+离子和Tb3+离子的氟氧碲酸盐玻璃样品光谱性能及Dy3+离子到Tb3+离子能量传递机理.结果表明:Dy3+离子、Tb3+离子单掺或共掺氟氧碲酸盐玻璃样品的密度均大于5g·cm-3,最大可达6.09g·cm-3;Dy3+离子可以敏化Tb3+离子,促进其发光,但当Dy3+离子超过一定浓度后,会发生离子间浓度猝灭效应,Tb3+离子的发光反而降低.试验测得,Dy3+离子的最佳掺杂浓度为1.0mol%,此时,Tb3+离子掺杂浓度为6.0mol%,Tb3+离子发光效果最强.依据Dexter能量传输理论,并对Dy3+离子和Tb3+离子的能级图及能级间的跃迁进行分析,可知Dy3+离子和Tb3+离子间的能量传递方式为非辐射共振传递.     

Pb(Zr_(0.4)Ti_(0.6))O_3电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的赝势平面波方法计算了Pb(Zr0.4Ti0.6)O3五层超晶胞的顺电相和铁电相的电子结构.由态密度、电子密度和能带结构的计算结果发现顺电相下钛氧八面体Ti-O6和锆氧八面体Zr-O6在铁电相中分裂为由1个O1离子和4个O2离子组成的金字塔结构Ti-O5和Zr-O5;与顺电相相比,铁电相中钛离子的3d电子和氧离子的2p电子存在更强的轨道杂化,这种杂化降低了离子间的短程排斥力,使得具有铁电性的四方结构更为稳定,而且钛离子与氧离子的相互作用对于铁电相Pb(Zr0.4Ti0.6)O3沿c轴自发极化的贡献大于锆离子与氧离子的相互作用;由电子密度的分布可推断立方结构的Pb-O键呈现离子键特征,而铁电相下Pb-O键则有较大的共价成分,铅离子与氧离子的这种轨道杂化对Pb(Zr0.4Ti0.6)O3的铁电性起重要作用.所得结果对深入理解Pb(Zr0.4Ti0.6)O3铁电性的微观机理具有参考价值.     

Phase Transition and Oxygen Ion Diffusion in (La1-xLnx)2Mo2O9 (Ln=Nd, Gd, x=0.05-0.25) Using Dielectric Relaxation Method

采用介电弛豫方法研究了氧离子导体(La1-xRex)2Mo2O9(Re=Nd, Gd, x=0.05-0.25)中氧离子扩散和相变行为. 观察到了两个介电损耗峰：第一个峰Pd在600 K附近,第二个峰Ph在720 K左右.Pd峰为弛豫型介电损耗峰,是由氧离子的短程扩散导致的. 随着频率增加,Ph峰基本上不随频率移动,但是峰高随着频率显著的下降.Ph峰表现出非弛豫型的本质,对应于氧离子和氧空位的分布从静态无序到动态无序的转变过程. 随着掺杂浓度的增加,Pd峰和Ph峰的峰高先是增加,在15%的掺杂量达到最高后开始降低. 与此对应,电导率也在此掺杂浓度下出现最大值.     

氧空位对Co掺杂TiO2稀磁半导体中杂质 分布和磁交换的影响

本文使用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了Co掺杂TiO₂稀磁半导体中氧空位对体系能量和磁性的影响. 通过对总能量的计算发现当引入氧空位后近邻杂质体系能量高于均匀掺杂体系, 同时氧空位易在Co近邻位置富集. 进而发现氧空位的存在及其占位可以影响Co离子间的磁交换, 近邻Co离子体系下氧空位的引入使Co离子间的铁磁耦合减弱; 非近邻Co离子体系下, 底面氧空位使Co离子间呈反铁磁耦合而顶点氧空位使Co离子间呈铁磁耦合. 总之, 氧空位的存在对Co掺杂TiO₂材料的能量及磁性都有较大影响.     

掺杂和共生对层状钙钛矿铁电材料剩余极化的影响

掺杂与组构共生结构都是增大铋系层状钙钛矿结构铁电材料(BLSFs)剩余极化(2Pr)的有效手段.同价元素掺杂时,2Pr的变化由氧空位浓度,晶格畸变程度,铋氧层的完整性,以及掺杂离子与氧离子的形成的共价键强弱有关.高价阳离子对A、B位进行掺杂时,都可降低氧空位浓度并减弱其动性,从而增大2Pr.两种不同的BLSFs组构成共生结构后,铋氧层以及与之相连的氧八面体的结构都发生变化,使共生结构的2Pr大于其任一组成单元.2Pr的增大还可通过改进制备工艺来实现,如进行高温(高于居里温度)淬火等.     

氧、硼、磷掺杂对氢化非晶硅中铒1.54μm发光的作用

利用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)技术生长氧、硼、磷掺杂的氢化非晶硅薄膜.在室温下注入铒离子后研究三种掺杂元素对铒离子发光的作用.室温下观察到很强的光致发光现象.氧的引入并且和铒离子形成发光中心,提高了铒离子的发光强度.退火实验表明氧、硼、磷的掺杂补偿了材料中的缺陷,提高了氢的逃逸温度,改善材料的热稳定性,使材料的退火温度因掺杂元素的加入而提高,铒的发光得到增强.讨论了铒离子的发光机制.     

二氧化铈基稀磁氧化物的第一性原理研究

基于第一性原理的计算方法研究了纯CeO_2、Co掺杂CeO_2和同时引入氧空位Vo和Co掺杂的CeO_2稀磁半导体体系.通过计算体系的能带结构和态密度,探讨了该体系磁性产生的机制.计算发现,纯CeO_2体系不具有磁性;没有氧空位Vo的Co掺杂CeO_2体系中,Co离子之间通过O原子发生超交换反铁磁耦合,体系无铁磁性;当氧空位Vo和Co离子同时存在于CeO_2体系中时,Co离子之间通过氧空位Vo发生铁磁耦合,该体系表现出铁磁性能.另外,由氧空位Vo诱导的Co离子之间的铁磁耦合不仅发生在紧邻的两个Co离子,而且可以扩展到几个原子距离的长度.计算结果证明了氧空位Vo诱导铁磁性耦合机制.本文工作将为CeO_2基稀磁半导体体系制备与磁学性质的研究提供支持.     

低温拉曼光谱研究β-Bi_2O_3中氧离子晶格的无序行为

本文首次应用拉曼光谱技术对β-Bi2O3进行了温度范围为78~300K的拉曼光谱研究,在220K左右,观察到A1(1),A1(2),A1(3),B1几个振动模的半峰宽明显展宽和绝对强度急剧降低的现象。重点讨论了氧离子相关的几个拉曼振动模,指出这种半峰宽展宽的现象是β-Bi2O3内氧离子晶格无序化造成的。借助于理论模型,对氧离子晶格的势能环境进行了理论分析,用半峰宽数据拟合出β-Bi2O3中氧离子无序激活能为0.2eV。     

Co掺杂的YBa2Cu2O6+δ的氧非计量和氧渗透性能研究

研究钴离子部分取代铜离子对YBa2 Cu3 O6+δ的氧非计量值δ和氧渗透率的影响 .对于钴替代的样品 ,氧非计量的绝对值变大 ,且其数值不再随温度和氧分压的变化发生显著变化 .YBa2 Cu2 CoO6+δ样品在中、高温具有可观的氧渗透率 .对于厚度为 1.2mm的致密YBa2 Cu2 CoO6+δ样品 ,在 85 0℃时 ,只要在样品两端施加较小的氧分压差(PO2 =2 1.2kPa、PO2 =10 1Pa) ,其氧渗透率即可达 5 7μmol/cm2 s,明显高于YBa2 Cu3 O6+δ的氧渗透率 (31μmol/cm2s) .YBa2 Cu2 CoO6+δ的高氧渗透率在结构上可被归结为位于晶胞基面上的氧离子和氧空位的均匀分布     

氧空位缺陷对PbTiO_3铁电薄膜漏电流的调控

基于非平衡格林函数及密度泛函理论第一性原理计算方法,计算了Fe, Al, V和Cu四种阳离子掺杂对氧空位缺陷引起的PbTiO_3铁电薄膜漏电流的调控.研究表明:Fe和Al离子掺杂将会增大由其中氧空位缺陷导致的铁电薄膜的漏电流,而Cu和V离子掺杂对该漏电流的大小具有明显抑制作用.这是因为Cu和V掺杂对氧空位缺陷有明显的钉扎作用.相比于半径更大的Cu离子,由于V的离子半径更小,且更接近于PbTiO_3铁电薄膜中Ti的离子半径,可以预言V离子更可能被掺杂进入薄膜,从而抑制氧空位缺陷引起的漏电流.研究结果对铁电薄膜器件的电学性能控制和优化有一定的理论指导意义.     

γ辐照掺杂SiO2的ESR研究

分别掺有磷和硼的二氧化硅经γ辐照后产生多种顺磁性中心,ESR研究指出氧空穴O^-主要稳定在杂质离子附近.O₂^-自由基稳定在Si离子上.F心的研究认为氧缺位俘获电子存在一个动态平衡过程.     

YBa_2Cu_3O_7中Cu、O离子价态的研究

采用不同的原子集团模型研究了 YBa_2Cu_3O_7高 Tc 超导材料中 Cu、O 离子的价态,用局域密度泛函理论自洽求解单电子方程得到系统的电子结构及离子价态.详细讨论了原子集团周围环境离子的电子分布对原子团内 Cu、O 离子价态的影响.结果表明,Cu 离子均为+2价,空穴分布在氧上,这与实验结果一致.在四种氧位中,空穴主要分布在 Ba-O 层内的O(4)上,空穴的分布易受原子团周围离子的电子分布变化的影响.     

高能重离子碰撞间歇行为的系统研究

本文用阶乘矩方法分析了几种入射能量(14.6,60,200A GeV)下氧、硅和硫离子诱导乳胶核反应和硫离子与金靶相互作用过程的间歇行为.利用EMU01组的实验数据发现,在赝快度间隔1—0.1范围内,这几种核反应过程都有间歇性.间歇指数随入射能量和末态相对论带电粒子平均多重数的增加而减少,随靶核质量的增加而增加.在实验误差范围内,观察到间歇指数随射弹核质量的增加有上升趋势.     

考虑空间电荷层效应的氧离子导体电解质内载流子传输特性

晶界或异质界面诱发的空间电荷层(space charge layer,SCL)效应,被认为是氧离子导体电解质内界面附近区域载流子传输特性显著区别于体相区域的关键原因之一.现有研究多采用Poisson-Boltzmann(PB)方程预测SCL效应的影响规律,但其基于载流子电化学平衡假设,无法用于载流子存在宏观运动的工况,极大限制了相关传输机理研究.本文耦合Poisson方程和载流子质量守恒方程,建立了适用于载流子具有宏观运动时氧离子导体内载流子传输过程的模型,推导了控制SCL效应的关键无量纲参数.聚焦固体氧化物燃料电池中常用的AO2-M2O3氧离子导体电解质,对比研究了传统PB方程和本文建立的Poisson-载流子质量守恒耦合方程的预测结果可靠性.进一步采用耦合模型深入分析了考虑SCL效应时氧离子导体内部氧空位传输机理,发现导体界面电流密度增大导致SCL电阻先减小后增大.增大无量纲Debye长度(表征空间电荷层厚度与导体厚度的比值)可显著增大SCL电阻.当驱动氧空位移动的过电势与热势数量级相当时,增大无量纲电势(表征过电势与热势的比值)导致SCL电阻增大;当过电势远小于热势时,改变无量纲电势对氧空位传输过程几乎无影响.本文研究结论可为通过合理设计晶界或异质界面以改善氧离子导体内载流子传输能力及最终提高相关电化学器件性能提供理论依据.     

NO+离子在外电场中的性质及其降解

NO⁺是大气电离层中最重要的离子之一,存在于电离层的E区和F区,研究NO⁺离子在电场中的性质非常重要.本文使用密度泛函理论(DFT)计算方法6-311G++(d, p)基组,从量子力学的角度计算和分析了NO⁺离子在外电场(-0.015 a.u.～0.015 a.u.)的影响下的物理性质.本文通过研究发现,由于电场强度的加强：NO⁺离子的氮氧三键变短,离子总能量变大,能隙E_G增大,偶极矩减小,IR强度减弱,费米能级E_F变小,势垒降低.当外加电场强度达到0.19 a.u.时,NO⁺离子的势垒接近消失.并且由于外加电场强度的逐渐加强,NO⁺离子的解离能也随之降低,这就意味着NO⁺离子在外加电场的影响下变得更容易解离.本文的研究为NO⁺离子在电场条件下的相关研究提供了理论参考.     

钕离子掺杂和钕铝共掺高硅氧玻璃的光谱性质研究

基于多孔玻璃烧结的方法制备了钕离子掺杂和钕铝共掺高硅氧玻璃，测量了掺钕高硅氧玻璃的吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命. 利用Judd-Ofelt理论计算得到了钕离子在高硅氧玻璃中的强度参数，计算并对比了掺钕高硅氧玻璃和钕铝共掺高硅氧玻璃的理论荧光寿命、受激发射截面和发光量子效率.讨论了钕铝共掺高硅氧玻璃中铝离子的掺入对玻璃发光性质的影响. 通过与其他掺钕氧化物玻璃和一些商用硅酸盐玻璃的主要光谱性质的比较，掺钕高硅氧玻璃显示了较好的光谱性质，有可能成为一种应用于高能和高频激光领域的新型激光材料. 关键词： 掺钕高硅氧玻璃 钕铝共掺 光谱性质 Judd-Ofelt理论     

Sm~(3+),Sr~(2+)共掺杂对CeO_2基电解质性能影响的密度泛函理论+U计算

Sm~(3+),Sr~(2+)共掺杂CeO_2的离子电导率被证实可高达Sm~(3+)掺杂CeO_2离子电导率的近两倍,然而,共掺杂对CeO_2电导率的作用机理尚不明确.本文利用第一性原理计算的密度泛函理论+U方法,对Sm~(3+)和Sr~(2+)共掺杂的CeO_2进行了系统的研究,对比Sm~(3+)或Sr~(2+)单掺杂的CeO_2体系,计算并分析了共掺杂体系的电子态密度、能带结构、氧空位形成能以及氧空位迁移能等微观属性.计算结果表明,Sm~(3+),Sr~(2+)的共掺杂对CeO_2基电解质性能的提高具有协同效应,二者的共掺杂不仅能协同抑制CeO_2体系的电子电导率,还能在单掺杂CeO_2的基础上进一步降低氧空位形成能,Sm~(3+)的存在还有助于降低Sr~(2+)对氧空位的俘获作用,而Sr~(2+)的加入则能够在Sm~(3+)掺杂CeO_2的基础上进一步降低最低氧空位迁移能,爬坡式弹性能带方法计算表明共掺杂体系的氧空位迁移能最低可达0.314/0.295 eV,低于Sm~(3+)掺杂CeO_2的最低氧空位迁移能.研究揭示了Sm~(3+),Sr~(2+)共掺杂对CeO_2电导率的协同作用机理,对进一步研发其他高性能的共掺杂电解质材料具有重要的指导意义.     

沉积氧压对La0.8Sr0.2MnO3/0.7wt%Nb:SrTiO3异质结的整流伏安特性及输运性的调控

采用脉冲激光沉积法在(100)0.7wt%Nb:SrTiO3(NSTO)衬底上制备了La0.8Sr0.2MnO3(LSMO)/NSTO(100)异质结,仔细研究了原位沉积氧压和真空退火对LSMO/NSTO异质结的结构及其整流伏安特性的调控.X-射线线性扫描和原子力显微镜测量显示,低氧压制备的LSMO/NSTO(100)异质结具有良好的外延结构和平整的表面.电流-电压(I～V)曲线显示,沉积氧压为100mTorr的异质p～n结展现出极好的整流伏安特性;而氧压为240mTorr的异质p～n结平缓增加的电流可解释为异质p～n结在界面处晶格缺陷的增加.作为对比,沉积氧压调控的LSMO/SrTiO3(100)薄膜的输运性也被研究.电阻率结果显示,低氧压制备的LSMO薄膜,其电阻率的增加及金属-半导体转变温度Tp的降低归因于氧空位增加诱导的Mn4+离子减少及MnO6八面体的畸变.     

缺氧条件下准一维自旋梯状结构化合物(Sr1-xCax)14Cu24O41-δ的磁化率特性研究

在空气环境中采用固相反应方法制备出三种A位Ca掺杂自旋梯状结构化合物(Sr1-xCax)14Cu24O41-δ样品(x=0,0.25,0.43)能量损失谱(EDS)分析表明,该体系ca掺杂样品均严重缺氧(分别对应的缺氧含量δ=7.64,6.99,6.67).X射线衍射(XRD)结果显示,所有样品均为单相,并且晶格常数a,b,c的值随着缺氧含量δ的增加而增大.1T直流磁场下的磁化率.温度曲线及其拟合结果表明,对无Ca掺杂样品Sr14Cu24O41-δ(δ=7.64),氧含量减少导致自旋链上空穴数的减少.自旋链上自由自旋的Cu离子数目增大,而参与二聚化的Cu离子数目略有减小;而对Ca掺杂样品(Sr1-xCax)14Cu24O41-δ,随着ca含量的增加,样品中氧缺失量降低,但Ca掺杂引起空穴减少的程度更强.     

Photocatalysts of Cr Doped TiO2 Film Prepared by Micro Arc Oxidation

通过微弧氧化法在Na3PO4+K2Cr2O7电解液中制备了系列铬掺杂二氧化钛薄膜. X射线和扫描电镜显示薄膜的主要晶相为锐钛矿型二氧化钛,且表面为多孔结构. 在可见光照射下,薄膜对降解亚甲基蓝和分解水有着较好的光催化性能,这主要是由铬的掺杂引起的.由于铬的掺杂,一方面在二氧化钛中形成了Cr3+/Cr4+离子对,另一方面在带隙中形成了氧的空位能级. 前者降低了电子-空穴的复合几率,而后者在二氧化钛的禁带中形成了新的能级. 新能级的形成使得由二氧化钛价带跃迁至氧空位能级所需的光子能量减少. 另外探讨了微弧氧化形成掺杂二氧化钛薄膜的机制.