近红外应力发光材料研究进展

应力发光材料因在应力传感、光学信息存储、生物成像显示、防伪等领域的潜在应用,引起了广大科研工作者的关注.但是,目前已知该材料的发光大多集中在可见光波段范围,这极大地限制了其更广阔的应用;而近红外应力发光材料由于不受明亮环境的干扰以及具有良好的生物组织透过性,逐渐步入科研工作者的视野,成为一类重要的应力发光材料.本文主要...     

基于应力发光材料的肢体运动压力可视化测量

应力发光是机械外力作用于应力发光材料时的发光现象.应力发光材料,尤其是弹性应力发光材料在应力可视化传感领域有着重要的应用前景.基于弹性应力发光材料的发光强度与应力大小的线性特征规律,该材料可以用来制成检测应力强度以及位置的应力分布传感器,实现动态应力的非破坏性检测和应力可视化.人体肢体的动态压力分布能反映出肢体的结构、...     

通过Pr3+掺杂SrZnOS实现应力发光颜色调控及其应力发光机理

采用高温固相法成功制备出新型Sr_(1-2x)Pr_xLi_xZnOS应力发光材料。通过XRD、扫描电镜、漫反射、光致发光、荧光衰减、应力发光和热释光等测试详细研究了晶体结构、形貌、光致和力致发光性能及其发光机理。在298 nm激发下,Sr_(1-2x)Pr_xLi_xZnOS的发光位于522 nm和674 nm,分别来自于Pr~(3+)离子从激发态~3P_0到~3H_5、~3F_2的跃迁。随着Pr~(3+)浓度增加,发光强度先增加后减小,在x=0.015时发光最强,且衰减时间从17.79μs减短到5.93μs。在载荷为5 000 N激发下可以获得Pr~(3+)离子的522 nm和674 nm的应力发光发射带。位于522 nm和674 nm的两个发射带的相对强度I_G/I_R随着掺杂浓度的增加呈线性减小,且在色坐标图(CIE)和实物应力发光照片中均能观测到应力发光的颜色从黄绿光到橙黄光的转变。该材料的研究将为应力发光领域提供调控颜色的新思路,在压力显示成像和应力传感领域具有潜在的应用价值。     

超声引起的SrAl_2O_4:Eu,Dy薄膜的应力发光

为了实现超声探伤和应力发光探伤二者结合,研究了SrAl_2O_4∶Eu,Dy(SAOED)/硅橡胶在超声振动下的应力发光性质。薄膜的微观结构表明,SrAl_2O_4∶Eu,Dy应力发光颗粒被高弹性的硅胶包裹。当超声波作用到薄膜表面时,超声振动可以促使应力发光颗粒周围的硅橡胶发生各种形变,从而使被包裹的应力发光颗粒发生有效形变,产生高效的应力发光。薄膜厚度以及超声频率对SAOED发光薄膜的应力发光有明显的影响。薄膜的超声应力发光强度随着薄膜厚度的增加先增大,当薄膜的厚度为1 mm时达到最大,之后随着薄膜厚度的增加而降低。薄膜的超声应力发光强度与超声频率大小成正比,即使最低频率仅为500 Hz时仍能检测到信号,说明SrAl_2O_4∶Eu,Dy/硅橡胶发光薄膜是一种很有应用前途的无损检测传感器。     

通过Pr^(3+)掺杂SrZnOS实现应力发光颜色调控及其应力发光机理EI北大核心CSCD

采用高温固相法成功制备出新型Sr_(1-2x)Pr_(x)Li_(x)ZnOS应力发光材料。通过XRD、扫描电镜、漫反射、光致发光、荧光衰减、应力发光和热释光等测试详细研究了晶体结构、形貌、光致和力致发光性能及其发光机理。在298 nm激发下,Sr_(1-2x)Pr_(x)Li_(x)ZnOS的发光位于522 nm和674 nm,分别来自于Pr^(3+)离子从激发态^(3)P_(0)到^(3)H_(5)、^(3)F_(2)的跃迁。随着Pr^(3+)浓度增加,发光强度先增加后减小,在x=0.015时发光最强,且衰减时间从17.79μs减短到5.93μs。在载荷为5000 N激发下可以获得Pr^(3+)离子的522 nm和674 nm的应力发光发射带。位于522 nm和674 nm的两个发射带的相对强度I_(G)/I_(R)随着掺杂浓度的增加呈线性减小,且在色坐标图(CIE)和实物应力发光照片中均能观测到应力发光的颜色从黄绿光到橙黄光的转变。该材料的研究将为应力发光领域提供调控颜色的新思路,在压力显示成像和应力传感领域具有潜在的应用价值。     

紫外应力发光材料SrMgSi2O6：Ce的制备与光谱性质研究

采用固相烧结法制备了3种紫外应力发光材料SrMgSi₂O₆：Ce_0.005、SrMgSi₂O₆：Ce_0.005,Er_0.015和Sr₂MgSi₂O₇：Ce_0.005,Er_0.015。XRD测试结果表明：SrMgSi₂O₆与Sr₂MgSi₂O₇具有相同的结构,掺杂离子的加入没有改变相结构。3种样品的荧光发射光谱很类似,均在330~400 nm紫外波段有较宽的发射谱带。应力发光曲线的测试结果表明,样品的应力发光强度与物体受力变化呈良好的对应关系,证明所制备的样品可以用来检测物体的受力情况。同时,研究了共掺杂离子以及改变基质结构对应力发光强度的影响,结果表明发光体中陷阱数目的增加以及基质对称性的降低有利于应力发光的产生。由于所开发的样品波长在紫外区,因而可以作为光源来激发其他颜色的光致发光材料从而实现多颜色应力发光材料的开发。     

SrAl2O4:Eu,Ho/树脂应力发光薄膜在焊缝缺陷检测中的应用

采用高温固相法合成SrAl₂O₄∶Eu,Ho应力发光材料。XRD结果表明,所合成的样品较纯,掺杂离子并未改变基质材料的基体结构。将SrAl₂O₄∶Eu,Ho（SAOEH）应力发光粉末与树脂混合制备复合应力发光薄膜。光谱结果表明,薄膜的发光随着厚度的增加而增强;薄膜的SEM结果表明,SAOEH粉体颗粒均匀分散在树脂中。将应力发光薄膜应用于钢板焊缝处背面,应力测试结果表明薄膜应力发光先增强后减弱。当薄膜厚度为0.9 mm时,应力发光最强,且在焊缝处可得到较高的响应值。此外,在循环测试的过程中,应力发光薄膜可对焊板断裂实现实时响应,结合CCD相机可实现钢板焊缝检测的可视化,并对缺陷定位。     

应力发光材料Sr2SiO4∶Eu,Dy的光谱性质研究

采用高温固相法制备一系列Sr₂SiO₄∶Eu_0.01, Dy_x(x=0.000 1, 0.002 5, 0.005, 0.01)应力发光材料,研究了不同掺杂浓度下,Sr₂SiO₄∶Eu, Dy的光致发光和应力发光性质。研究结果表明在掺杂Dy3+浓度较低时,样品同时存在α和β两种相,当掺杂Dy3+浓度增加时,则出现β到α的相转变。由于Eu2+占据Sr2+格位的不同,样品在蓝光区486 nm(Sr1)和绿光区530 nm(Sr2)有两个峰存在。而应力发光光谱与余辉光谱类似,均只呈现出530 nm的发光,这说明二者的发光来源于占据Sr2格位的Eu2+,都是通过改变陷阱的浓度实现发光性能的变化,但Sr₂SiO₄∶Eu, Dy的应力发光强度的变化还与其结构改变有关。同时,Sr₂SiO₄∶Eu, Dy应力发光强度与所施加的力之间呈良好的线性关系,并且可用眼睛观察到明显的黄色应力发光,这为应力发光传感器准确检测物体所受应力提供依据。结合余辉、热释以及应力发光性质,推测Sr₂SiO₄∶Eu, Dy的应力发光机制应是压电产生的电致发光。     

应力调控单层MoSe2的光致发光光谱特性

为了探究二维材料在片上可调有源光学器件领域的应用潜力,通过干法转印将由机械剥离法得到的高品质单层二硒化钼转移到正面涂有150nm厚聚甲基丙烯酸甲酯的双轴压电陶瓷上,制作出可应力调控发光性质的单层二硒化钼光源.对双轴压电陶瓷施加驱动电压,使电信号转化为应力信号,观察低温下(～5K)二硒化钼光致发光光谱中本征激子态、带电激子态信号峰随应力变化的规律.结果表明:在应力由拉伸应力转变为压应力并逐渐增大的过程中,本征激子态、带电激子态信号峰分别出现了～3.8meV、～3.7meV的波长蓝移.增大压应力、拉伸应力都会导致本征激子态、带电激子态信号峰光强线性降低.同时,与泵浦光圆极化相关的圆偏振度也随应力变化表现出规律性改变.此项研究证明了应力调控与单层二硒化钼光学性质之间的紧密关系,为开发各类基于二维材料的片上可调有源光学器件提供支持.     

组合方法筛选新型发光材料

结合作者课题组开展的工作,简要介绍了组合方法在发光材料研究中的应用.包括:适用于发光材料库合成的组合溶液喷射和原位掩模薄膜顺序沉积技术;应用于发光材料库高通量筛选的照相术、组合扫描光谱和组合真空紫外发光表征系统.列举了组合方法在稀土聚合物敏化发光材料、真空紫外发光材料和长余辉发光材料等研究中的应用.     

干涉仪的微应力安装力学分析以及试验结果

干涉仪在系统中固定产生的应力会影响干涉条纹的调制度.将干涉仪的非通光面与干涉仪材料性能相同的玻璃平板胶合,做为干涉仪上下面的安装面,可以消除安装过程中对干涉仪产生的应力.选取航天通用的铸钛材料做为支撑件,可以避免恶劣航天环境中金属件热膨胀对干涉仪的破坏,采用XM31胶垫对干涉仪运输过程进行保护.整个装调中采用微应力装调.对整个系统采用工程分析软件进行了理论力学分析.结果表明,这种结构设计是可行的.同时采用2XSA60-T1000-32WL振动台,根据有关规范要求输入振动载荷,进行了力学环境试验.试验前后整个系统干涉图的MTF值基本不变.证明这种干涉仪结构设计以及微应力装调方法在工程应用上是可行的.     

晶格失配对InAsχP1-χ/InP发光特性的影响

采用低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)技术,在掺Fe的半绝缘InP衬底上制备了InAs0.157P0.843外延层.利用变温光致发光研究了InAs0.157P0.843外延层在13～300 K温度范围内的发光特性,通过理论分析与计算,证实了在应力作用下InAs0.157P0.843外延层价带顶的轻重空穴带发生了劈裂,并研究了导带底与价带顶轻空穴带之间形成的复合发光峰在应力作用下随温度的变化规律.     

不同组分InxGa1-xAs(0≤x≤0.3)覆盖层对自组织InAs量子点的影响

研究了不同In组分的In_xGa_1-xAs(0≤x≤0.3)覆盖层对自组织InAs量子点的结构及发光特性的影响.透射电子显微镜和原子力显微镜表明,InAs量子点在InGaAs做盖层时所受应力较GaAs盖层时有所减小,并且x＝0.3时,InGaAs在InAs量子点上继续成岛.随x值的增大,量子点的光荧光峰红移,但随温度的变化发光峰峰位变化不明显.理论分析表明InAs量子点所受应力及其均匀性的变化分别是导致上述现象的主要原因. 关键词： 量子点 盖层 应力 红移     

AlGaN插入层对6H-SiC上金属有机物气相外延生长的GaN薄膜残余应力及表面形貌的影响

研究了具有不同台阶数目的AlGaN插入层对在6H-SiC衬底上利用金属有机物气相外延（MOVPE）生长的GaN体材料残余应力和表面形貌的影响.高分辨率X射线衍射测试表明样品的c轴晶格常数随台阶数目的增多而增大;低温光荧光谱中GaN发光峰也随着台阶数目增多而发生蓝移,这些变化都反映出GaN中残余张应力的减小.此外,原子力显微镜测试表明样品表面起伏和粗糙度也都随着插入层的引入和台阶数目的增多得到了明显的改善. 关键词： 残余应力 表面形貌 SiC衬底 AlGaN插入层     

不同组分InxGa1-xAs(0≤x≤0.3)覆盖层对自组织InAs量子点的影响

研究了不同In组分的InxGa1-xAs(0≤x≤0.3)覆盖层对自组织InAs量子点的结构及发光特性的影响.透射电子显微镜和原子力显微镜表明,InAs量子点在InGaAs做盖层时所受应力较GaAs盖层时有所减小,并且x＝0.3时,InGaAs在InAs量子点上继续成岛.随x值的增大,量子点的光荧光峰红移,但随温度的变化发光峰峰位变化不明显.理论分析表明InAs量子点所受应力及其均匀性的变化分别是导致上述现象的主要原因.     

显示用上转换绿色发光材料NaYF4：Er，Yb及其特性

采用喷射微波燃烧合成法制备了上转换发光显示器中发绿光的上转换发光材料NaYF4:Er,Yb.测试了该材料的XRD衍射图谱和发光效率.给出了该材料在1 064 nm三种激光功率激发下的发光光谱.分析了该材料的上转换发光机理,得到545 nm和662 nm峰值发光分别是Er3+的4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁产生的.NaYF4:Er,Yb具有较强的上转换绿光,同时存在的较弱的红光易于用滤色膜滤除,满足显示对三基色中绿色的要求;并且喷射微波燃烧合成法制备的该材料达到了高分辨率显示应用超细粉体的要求.     

在6H-SiC衬底上用低压MOVPE法生长AlN和GaN的过程中用(AlN/GaN)多层缓冲层来控制残余应力

人们已提出用BAlGaN四元系材料制备紫外光谱区的光发射器件.GaN和AlN二元系是这种四元材料在器件应用中的基础材料.6H-SiC衬底在氮化物生长中因其晶格失配小是一大优势,而且SiC衬底的热膨胀系数也和AlN的很接近.然而,对于AlN外延层来说,需要控制其中的残余应力,因为在SiC衬底上直接生长的AlN外延层中存在着因晶格失配所产生的压缩应力.另一方面,在SiC衬底上直接生长的GaN外延层中存在着拉伸应力.这种拉伸应力起源于GaN比衬底有着更大的热膨胀系数.本文讨论了在6H-SiC衬底上生长的氮化物外延层中残余应力的类型、数量及控制.为此目的,提出了在6H-SiC衬底上,无论是生长AlN,还是生长GaN,都可以采用(GaN/AlN)多层缓冲层的办法,作为控制残余应力的有效方法.我们还讨论了AlN和GaN外延层的结晶质量和残余应力间的关系.     

显示用上转换绿色发光材料NaYF4∶Er,Yb及其特性

采用喷射微波燃烧合成法制备了上转换发光显示器中发绿光的上转换发光材料NaYF4∶Er,Yb.测试了该材料的XRD衍射图谱和发光效率.给出了该材料在1 064 nm三种激光功率激发下的发光光谱.分析了该材料的上转换发光机理,得到545 nm和662 nm峰值发光分别是Er3+的4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁产生的.NaYF4∶Er,Yb具有较强的上转换绿光,同时存在的较弱的红光易于用滤色膜滤除,满足显示对三基色中绿色的要求;并且喷射微波燃烧合成法制备的该材料达到了高分辨率显示应用超细粉体的要求.     

HgCdTe薄膜的输运特性及其应力调控

窄禁带直接带隙半导体材料碲镉汞(Hg1–xCdxTe)是一种在红外探测与自旋轨道耦合效应基础研究方面都具有重要应用意义的材料.本文对单晶生长的体材料Hg0.851Cd0.149Te进行阳极氧化以形成表面反型层,将样品粘贴在压电陶瓷上减薄后进行磁输运测试,在压电陶瓷未加电压时观察到了明显的SdH振荡效应.对填充因子与磁场倒数进行线性拟合,获得样品反型层二维电子气的载流子浓度为ns=1.25×10^16m^-2.在不同磁场下,利用压电陶瓷对样品进行应力调控,观测到具有不同特征的现象,分析应是样品中存在二维电子气与体材料两个导电通道.零磁场下体材料主导的电阻的变化应来源于应力导致的带隙的改变;而高场下产生类振荡现象的原因应为应力导致的二维电子气能级的分裂.     

以改进的迈克尔逊干涉仪测量LED封装材料的热膨胀系数

LED封装材料在封装的过程中由于热膨胀的缘故会产生应力,将对LED的发光效率产生较大影响。改装的迈克尔逊干涉仪用于测量二氧化钛/有机硅复合的LED封装材料在不同温度范围内的热膨胀系数,具有测量准确,分辨率高等优点。