高岭石质密封传压介质金刚石合成扩大试验研究

以高岭石替代叶蜡石为主要原料制作密封传压介质并进行了金刚石合成扩大试验.分别以试块密度、腔体直径和热处理工艺为因素进行了条件试验.根据平均单产量、粗粒级含量、高强度颗粒含量、锤耗以及合成稳定性对实验结果进行表征.结果表明:φ40 mm腔体与φ42mm腔体使用效果较好,而φ44mm腔体合成稳定性相对较差.通过三段升温,最高温度320℃的低温长时热处理工艺,φ44mm腔体密封传压介质稳定性明显增加.采用以上最优条件,φ44mm腔体高岭石质密封传压介质的使用效果为:平均单产120 ct,≥130 N晶粒所占比例为40;,≥50/60晶粒比例为80;,锤耗小于1.2 kg/1×104 ct,合成稳定性较好.通过以上结果得出结论:高岭石质密封传压介质合成金刚石的效果与叶蜡石质密封传压介质相当,试验中采用的高岭石适合制作金刚石合成用密封传压介质.     

白光LED用Ca0.5-xWO4∶Eu0.253+Li0.25+Srx2+红色荧光粉的合成及发光性能研究

采用溶胶-凝胶燃烧法合成了不同Sr2+掺杂浓度的Ca0.5-xWO4∶Eu0.253+Li0.25+Srx2+(x=0,0.05,0.10,0.15,0.20,0.25)红色荧光粉,分别采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和荧光分光光度计对荧光粉的结构、微观形貌和发光特性进行表征.结果表明,在500℃低温下煅烧4h可得到纯白钨矿结构的Ca05WO4∶Eu0.253+Li0.25+荧光粉,且荧光粉的颗粒随着煅烧温度的升高而增大,800℃合成的晶粒尺寸比较均匀,平均粒径在1～2 μm左右.Ca0.5-xWO4∶Eu0.253+Li0.25+Srx2+系列荧光粉均可以被393 nm和464 nm有效激发,其发射主峰值位于615 nm,属于Eu3的5D0→7F2跃迁.同时还系统研究了Sr2+的不同掺杂浓度对荧光粉发光性能的影响.Ca05-xWO4∶Eu0.253+Li0.25+Srx2+荧光粉中Sr2+的最佳掺杂浓度为x取0.15.     

地聚物凝胶转换法制备大尺寸方沸石晶体

本研究采用溶胶-凝胶法合成了成分可控、高纯和高活性的Al2 O3-SiO2粉体.以工业级水玻璃为碱激发剂,将二者按照方沸石理论配比(Na∶ Al∶ Si=1∶1∶2)混合后制备得到Na2 O-Al2O3-4SiO2-8H2O地质聚合物凝胶体;将地质聚合物凝胶体在70℃烘箱中养护一定时间后脱模;研究采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和BET等对产物进行了表征,无模板剂的条件下利用240℃水热反应制备了50～ 1200μm不同粒径的方沸石晶体,并初步探讨了大尺寸方沸石晶体的形成机理.     

自蔓延高温合成法制备Ni-Al基金刚石复相材料

利用自蔓延高温合成法,以Ni粉、Al粉和金刚石为原料,制备Ni-Al基金刚石复相材料.利用XRD、SEM、DSC表征手段,分析研究自蔓延反应产物的物相、组织结构以及微观反应过程.研究表明:试样在600℃、700℃、800℃能够被引燃发生自蔓延反应;当Ni、Al摩尔比为1∶1时,NiAl为其SHS反应产物;当Ni、Al摩尔比为3∶1时,其SHS反应产物为Ni3Al、NiAl.适量的金刚石对两种配比的Ni-Al体系反应放热存在一定减缓作用,但不影响最终产物.不同配比的Ni-Al体系生成的主晶相—NiAl基体、Ni3Al基体能够与金刚石紧密结合.     

人造金刚石晶体中微观杂质的TEM分析

本文成功地利用透射电子显微术探讨了高温高压条件下于Fe-Ni-C系统中生长的人造金刚石单晶内部的微观杂质.分析了金刚石晶体中杂质的微观结构、化学成分组成、晶体结构及其可能形成的原因.研究结果表明,金刚石晶体中微观杂质与原材料、传压介质和高温高压过程密切相关,主要由面心立方(FeNi)23C6,正交结构的FeSi2,面心立方SiC和非晶态石墨组成.     

用FeNiMn55#粉末触媒合成工业金刚石

利用FeNiMn55#粉末触媒在国产六面顶压机上进行工业金刚石单晶的合成,研究高温高压条件下(5.7 Gpa,1400～1600 ℃),C-FeNiMn55#粉末触媒体系中金刚石单晶的生长特性.结果表明,C-FeNiMn55#系能够合成出六-八面体及八面体金刚石,但六面体金刚石生长区间较窄,不易生长.通过光学显微镜观测表明,合成出的金刚石单晶呈黄色,晶形完整,晶体内部有气泡产生.M(o)ssbauer测试结果表明金刚石中包裹体的主要成分为Fe3C和FeNiMn55#合金.     

坩锅下降法生长Nd3+∶LiYF4单晶及其光谱性能研究

以LiF∶ YF3∶NdF3=51.5∶47.5∶1为原料摩尔比,在50～60℃/cm固液界面温度梯度下,采用密封的坩埚下降法制备了尺寸为φ10 mm×50 mm的高质量Nd3+掺杂LiYF4单晶,并对产物的物相结构和光谱性能进行表征.结果表明,Nd3+在807 nm处的最大吸收系数α=1.96 cm-1,吸收跃迁截面为0.973 × 10-20 cm2.在808 nm LD激发下,测定了样品的荧光光谱和及最强荧光峰1050 nm(4F3/2→4I11/2)的荧光寿命(～451.0μs),并计算得到1050nm的最大受激发射跃迁截面为1.60×10-19 cm2.     

Zn2+∶Yb3+∶LiNbO3晶体生长及光谱性能研究

采用提拉法成功生长了Zn2+(2mol;)单掺的同成分铌酸锂(Zn2+∶LiNbO3)晶体及Zn2+(6mol;)和Yb3+(1 mol;)双掺的同成分铌酸锂(Zn2∶Yb3+∶LiNbO3)晶体,晶体尺寸分别约为φ30 mm×40 mm和φ30 mm×50mm.测试了这两个晶体的XRD图谱并与标准图谱进行了比较.测量了Zn2∶LiNbO3和Zn2∶Yb3+∶LiNbO3晶体的红外透射光谱,OH-的振动吸收峰分别位于3484.2 cm-和3493.7 cm-1,表明Zn2+的掺杂浓度还都处在阈值以下.研究了Zn2+∶Yb3+∶LiNbO3晶体的室温吸收、发射光谱和荧光寿命特性,表明其是潜在的近红外激光增益介质,有望发展新型功能激光器件.     

熔盐法制备CuFeMnO4光吸热材料的研究

以KOH、KNO3为熔盐,Cu(NO3)2·3H2O、Fe(NO3)3·9H2O、50wt; Mn(NO3)2为原料,研究了金属离子配比及合成温度对熔盐法制备CuFeMnO4粉体的影响,采用XRD和FESEM进行物相及微观形貌的测试分析,利用自行设计测试装置对CuFeMnO4涂层的吸热性能进行评价.研究结果表明,CuFeMnO4粉体主晶相为尖晶石型,当金属离子配比为Fe3+∶ Cu2+∶ Mn2+=1∶0.5∶1时,可有效地抑制杂相的生成;合成温度为700℃时,晶体成核均匀,晶粒尺寸较小.该粉体制成涂料涂覆在铝板上,可使铝板的吸热温度提高22℃,增强了吸热效果.     

非水解溶胶-凝胶法低温合成钛酸钡粉体

以乙二醇和乙醇的混合液为复合溶剂,乙酸钡和钛酸丁酯为反应前驱体,采用非水解溶胶-凝胶(NHSG)法制备了钛酸钡粉体.借助XRD、FE-SEM、TEM、FTIR等研究了复合溶剂配比、钡钛比例以及热处理温度等工艺参数对合成BaTiO3的影响,探究了NHSG法合成BaTiO3的形成机理.结果表明:乙二醇用量过多或过少均不利于BaTiO3的合成;适当提高钛的用量可以提高BaTiO3的合成效果;优选溶剂比为2∶1,钡钛比为1∶1.1时可在550℃合成晶粒尺寸在40～60 nm范围的立方相BaTiO3粉体;非水解的反应机制是通过脱酯的缩聚反应实现了Ba和Ti原子级的均匀混合,然后直接晶化形成BaTiO3晶相.     

双温区热扩散掺杂Fe2+∶ZnSe激光晶体的制备及激光输出性能

本文以CVD ZnSe晶片为基质材料,以FeSe粉末为掺杂物,采用双温区热扩散掺杂技术获得了尺寸为Ø22 mm×4 mm的Fe²⁺∶ZnSe激光晶体。通过二次离子质谱(SIMS)测试该晶体样品表面铁离子浓度为3.43×10¹⁸ cm^-3,并通过X射线光电子能谱(XPS)分析了晶体样品中铁元素的离子价态。采用UV/Vis/NIR分光光度计和傅里叶红外光谱仪测试了Fe²⁺∶ZnSe激光晶体的透过谱图。测试结果显示,在3.0 μm处出现了明显的Fe²⁺吸收峰,峰值透过率为5.5%。以波长为2.93 μm的Cr, Er∶YAG激光器为泵浦源,温度77 K时抽运尺寸10 mm×10 mm×4 mm的 Fe²⁺∶ZnSe晶体,获得了能量为191 mJ、中心波长4.04 μm的中红外激光输出,光光转换效率13.84%。     

Growth feature of layered self-standing diamond films by DC arc plasma jet CVD

Layered self-standing diamond films, two-, three- and four-layered films, were fabricated by varying the ratio of methane to hydrogen in high-power DC arc plasma jet CVD. Results of scanning electronic microscopy (SEM) and Raman spectra showed that the layered films were constructed by the micro-crystalline grains layer/nano-crystalline grains layer. The residual stress within the films were balanced, and even diminished in the certain layer. The grain size was calculated by X-ray diffraction (XRD). The layer containing nanocrystalline grains due to a plenty of secondary nucleation can weakly inherit the columnar growth feature of the overlaid layer containing micro-crystalline grains. The grain size and growth orientation of the layer containing micro-crystalline grains can be adjusted by introduction of a mid-layer containing nano-crystalline grains. Growth rate was over 10 mm/h in layered film fabrication.     

用不同粒度的籽晶生长优质宝石级金刚石单晶

利用温度梯度法生长宝石级金刚石单晶过程中,由于籽晶接收碳源能力有限,单一晶种将很难完全吸收扩散下来的碳源,因而导致籽晶的粒度对晶体生长速度和品质都会产生很大影响.随着籽晶粒度的增大,晶体的生长速度增幅非常明显,但不是粒度越大越好,存在临界粒度,超过临界粒度,优质单晶就很难生长.以NiMnCo触媒为例,籽晶粒度由0.5mm增加到2.0mm后,晶体的生长速度可由1.0mg/h提高到3.0mg/h,但籽晶粒度超过2mm后,晶体内部包裹体大幅度增加.     

Diamond Synthesis by Thermal Plasma Chemical Vapour Deposition (TP-CVD)

This paper reviews results about diamond synthesis by high-temperature pyrolysis of methane in a H₂/Ar-plasma. By means of a modified direct-current (DC) plasma torch with an arc power of 4–8 kW diamond growth rates in the order of about 70 μm/h were obtained. Diamond films grown on unscrached single-crystalline silicon have a diameter of about 8 mm. Scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffractometry (XRD), and Raman scattering spectroscopy have been used to analyse diamond films characterized by a transition of a crystalline diamond centre to an amorphous random region by passing a fine-crystalline region. In the film centre (100) planes with an average size of about 25 μm were made out by SEM.     

YAlO3∶Ce晶体的生长及性能研究

本文采用中频感应提拉法生长了尺寸为ø35 mm×70 mm的完整的YAlO₃∶Ce(YAP∶Ce)晶体。XRD测试结果表明所生长的YAP∶Ce晶体主相为YAP相,同时存在第二相YAG相;光致激发发射光谱表明晶体发射波长在344 nm和376 nm,激发波长分别为273 nm、290 nm和305 nm;X射线激发发射光谱表明晶体发射波长在377 nm附近;在γ高能射线激发下,晶体衰减时间曲线呈指数衰减,拟合后得到YAP∶Ce晶体的衰减时间为46 ns,通过高斯拟合以后YAP∶Ce晶体的能量分辨率和绝对光产额分别为8.51%和8 530 ph/MeV。本文分析了晶体生长过程中产生开裂和相变的原因,通过优化温场和工艺可以得到完整无开裂的晶体。如何获得更大尺寸的无开裂、无相变晶体,并实现量产是该晶体规模化应用中需要解决的重要技术难题。     

大尺寸Nd,Ce∶YAG激光晶体的生长及缺陷研究

双掺Nd,Ce∶YAG晶体相比传统的Nd∶YAG具有输出能量高、激光振荡阈值低的优点。近几年高能效固体激光器的发展对大尺寸、高质量Nd,Ce∶YAG晶体的需求越来越大。采用提拉法生长大尺寸Nd,Ce∶YAG时,极易出现包裹物和开裂缺陷。本文通过理论与实践相结合的方式分析了晶体在生长过程中产生缺陷的原因,并提出了解决办法,成功生长出直径ø50 mm等径长150 mm的高质量Nd,Ce∶YAG单晶。本研究可为批量化生长大尺寸Nd,Ce∶YAG晶体的质量改进提供方向和指导。     

氮掺杂对氢终端金刚石射频器件特性的影响

采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术,通过改变气源中的氮含量,得到不同结晶质量的单晶金刚石,通过激光切割以及抛光控制样品尺寸为5 mm×5 mm×0.5 mm,然后对样品进行表面氢化处理并研制了金刚石射频器件,系统研究了氮含量对金刚石材料晶体质量和金刚石射频器件性能的影响。随着氮含量的增加,虽然单晶金刚石生长速率有所增加,但是其拉曼半峰全宽(FWHM)、XRD摇摆曲线半峰全宽也逐渐增加,光致发光光谱中对应的NV缺陷逐渐增多,晶体结晶质量逐渐变差,不仅导致沟道载流子的迁移率出现退化,而且也使金刚石射频器件出现了严重的电流崩塌和性能退化问题。通过降低氮浓度,提升材料的结晶质量,沟道载流子迁移率得到显著提升,金刚石射频器件的电流崩塌得到有效抑制,电流增益截止频率f_T和功率增益截止频率f_max分别从17 GHz和22 GHz大幅度提升至32 GHz和53 GHz。     

Ce∶LuAG闪烁晶体的生长研究

Ce∶LuAG晶体是一种性能优良的闪烁材料,但采用提拉法生长Ce∶LuAG时,经常出现开裂和包裹物缺陷。本文通过理论与实践相结合的方式分析了温度梯度、提拉速度、晶体旋转速度和热应变等因素对晶体产生缺陷的影响,并提出了解决办法,给出了适合生长优质Ce∶LuAG晶体的工艺参数:熔体上方温度梯度在5 ℃/mm左右,放肩角度在30°~60°,提拉速度1.0~1.5 mm/h,晶体旋转速度15~25 r/min。最后成功生长出直径30 mm、等径长50 mm质量较为完好的Ce∶LuAG单晶,晶体内核心面积小。     

Co-MgAl三元类水滑石的合成、微结构及吸附性能研究

采用水热法制备了Co-MgAl三元类水滑石层状化合物(HTLcs),利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)比较研究了不同Co2+比例条件下对合成产物物相、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合成机理进行了初步探讨.以甲基橙(MO)模拟染料废水为吸附对象,比较研究了三元类水滑石与二元水滑石焙烧产物的吸附性能和吸附机理.研究结果表明:钴离子同层板二价镁离子存在着交换作用,钴离子掺杂量的不同,没有影响水滑石固有的层板结构,但影响了构建钴镁铝三元类水滑石过程中各晶面的生长.Co∶Mg∶Al为1∶2∶1的HTLcs经过500 ℃焙烧后,焙烧产物(LDO)仍呈现片状结构.但径向尺寸和厚度同焙烧前相比略有减小,产物的均一性、规整性相比焙烧前变差,其对甲基橙模拟染料废水的吸附脱色性能随着时间的增加,呈缓慢增加的趋势,达到吸附平衡需要时间更长为70 min,脱色率仅为60;左右,明显低于二元镁铝水滑石焙烧产物(MgAl-LDO)(90;).吸附动力学研究表明Co-MgAl-LDO焙烧产物对甲基橙的吸附过程更符合准二级动力学方程,吸附等温线符合Freundlich模型,而二元MgAl-LDO对甲基橙的吸附过程较符合准一级动力学方程,吸附等温线符合Langmuir模型.     

白光LED用红色荧光粉SrMoO4: Eu3+,Gd3+的制备与表征

采用共沉淀法合成了红色荧光粉Sr1-x-yMoO4∶ Eu3+x,Gd3+y,分别对样品进行了X射线衍射(XRD)分析、扫面电镜(SEM)和荧光光谱(PL)的测定.结果表明:所合成的样品均为单一纯相四方晶系结构,添加Gd3+(为0.35mol时)使主衍射峰的位置右移了0.35°;SEM照片显示:SrMoO4∶ Eu3+和SrMoO4∶Eu3+,Gd3+颗粒尺寸分布相对均匀,为类方块状,颗粒大小约为1～3μm;Gd3+和Eu3+的共掺得到的SrMoO4∶ Eu3+,Gd3+在616 nm处主发射峰的发光强度约是SrMoO4∶Eu3+的2.09倍;当掺杂x=0.25 mol和y=0.35 mol时,在近紫外光(395 nm)激发下,SrMoO4Eu3+,Gd3+得到616 nm处红光发射极峰.