Yb3+,Tb3+共掺杂Sr2B2O5荧光粉的制备及其下转换发光性能的研究

采用高温固相法合成了Tb³⁺, Yb³⁺共掺杂的Sr₂B₂O₅荧光粉。通过X射线衍射(XRD)和荧光光谱(PL)对样品的物相结构和发光性质进行了表征。XRD结果表明, 合成样品为单斜结构的Sr₂B₂O₅相。分别使用543 nm和980 nm的监测波长, 得到的激发光谱均在354 nm、374 nm处有较强的激发峰, 其中374 nm处最强, 说明Sr₂B₂O₅荧光材料在近紫外光区对太阳光有很强的吸收; 在374 nm( Tb³⁺:⁷F₆→⁵D₃) 紫外光激发下, 观察到Tb³⁺: ⁵D₄→⁷F_J ( J = 6, 5, 4, 3) 可见光区发射光, 并检测到Yb³⁺: ²F_5/2→²F_7/2的近红外发射光。通过研究激发光谱和发射光谱与Yb³⁺掺杂浓度的关系, 发现在单斜晶体Sr₂B₂O₅中, Yb³⁺具有很高的猝灭浓度。     

Ni2+掺杂尖晶石相透明微晶玻璃制备及光学性能

实验制备了Ni²⁺掺杂的ZnO-MgO-Al₂O₃-SiO₂(ZMAS)体系的透明微晶玻璃, 研究了微晶玻璃的超宽带发光现象。热分析结果表明样品的玻璃化转变温度(T_g)和析晶峰温度(T_c)分别为754℃和948℃。采用X射线粉末衍射分析了两种热处理制度对玻璃的晶体形核、晶体生长及物相变化的影响, 结果表明: 采用阶梯温度热处理制度可以得到Ni²⁺掺杂的尖晶石相透明微晶玻璃。紫外-可见吸收光谱和荧光光谱测试表明制备的Ni²⁺掺杂ZMAS微晶玻璃中Ni²⁺以四配位和六配位共同存在于尖晶石相中, 红外荧光中心位于1324 nm的样品荧光半高宽达490 nm。样品的超宽带荧光主要是由于微晶玻璃中六配位Ni²⁺在ZnAl₂O₄和MgAl₂O₄形成的尖晶石相固溶体晶体场中的³T_2g(³F)→³A_2g(³F) 能级跃迁。实验结果表明, 制备的微晶玻璃在超宽带光纤放大器等光子器件中具有潜在的应用前景。     

YVO4∶Eu3+,Bi3+红色荧光粉的水热合成及其荧光性能

以Y₂O₃、Eu₂O₃、Bi(NO₃)₃·H₂O、浓HNO₃、偏钒酸铵、氨水、无水乙醇和一缩二乙二醇为原料,采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)辅助水热法合成YVO₄: Eu³⁺, Bi³⁺纳米颗粒。使用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(IR)和荧光光谱(FL)等手段对产品进行了表征和分析。结果表明：合成的样品为YVO₄: Eu³⁺, Bi³⁺纳米颗粒,均具有四方晶相结构,其微结构随反应溶液的的pH值变化。YVO₄: Eu³⁺, Bi³⁺纳米颗粒在619 nm处有较强的红光发射(电偶极跃迁⁵D₀→⁷F₂),在594 nm有较弱的橙光发射(磁偶极跃迁⁵D₀→⁷F₁)。随着Eu/Bi比值的增大材料的荧光先增强后减弱,在Eu/Bi比值为5时样品的红光发射最强。溶液的pH值影响YVO₄: Eu³⁺, Bi³⁺纳米晶的发光强度,其中pH值为10时的样品其红光发射最强。并探讨了YVO₄: Eu³⁺, Bi³⁺纳米晶的发光机理。     

可见光波段稀土激光晶体的研究进展

可见光激光在数据存储、光通讯、激光显示、激光医疗、激光打印以及科学研究等领域具有非常重要的应用价值。随着蓝光LD泵浦源的商用化, 直接泵浦稀土离子掺杂激光晶体实现可见光激光输出吸引了人们极大的研究兴趣。目前, 可见光稀土离子主要集中在Pr ³⁺、Dy ³⁺、Tb ³⁺和Sm ³⁺等。其中, Pr ³⁺的研究较多, 发光波长涵盖面较广, 发射波段覆盖蓝光、绿光、红光、橙光; Dy ³⁺和Tb ³⁺因为能够发射黄光以填补Pr ³⁺的不足也吸引了广泛的研究; 此外, Sm ³⁺和Eu ³⁺也是典型的可见波段稀土发光离子。本文综述了近几年可见波段稀土离子掺杂激光晶体的研究现状, 主要以Pr ³⁺、Dy ³⁺、Tb ³⁺和Sm ³⁺掺杂YAlO₃ (YAP)、Mg : SrAl₁₂O₁₉ (SRA)等晶体为研究对象, 总结了一套适合Pr ³⁺掺杂材料的判据, 对晶体生长、结构、热学性能、偏振光谱性能和激光性能进行了系统的研究。     

Nd3+:Lu2O3放电等离子烧结及光学性能

Lu₂O₃是具有高热导率而成为极具潜力的高功率激光介质材料。实验以商用氧化物粉体为原料, LiF为烧结助剂, 采用放电等离子烧结法制备了不同Nd³⁺掺杂浓度(C_Nd=0, 1at%, 3at%和5at%) Lu₂O₃透明陶瓷, 并研究了Nd³⁺掺杂浓度对Lu₂O₃陶瓷的物相、烧结性能、微观结构及光学性能的影响。结果表明：在高Nd³⁺浓度(5at%)掺杂后烧结样品仍为纯Lu₂O₃相;Nd³⁺掺杂对Lu₂O₃陶瓷烧结性能及微观形貌的影响有限;所有样品最终均表现出高致密性(99.5%以上)和优异的透光性能, 其中3at% Nd³⁺:Lu₂O₃的透过率最高, 在1064和2000 nm处的透过率分别为82.7和83.2%。Nd³⁺:Lu₂O₃透明陶瓷的最强发射峰位于1076和1080 nm;且随着Nd³⁺掺杂浓度的增加, 荧光强度降低, 寿命变短, 发生浓度淬灭。     

Lu2.94Al5O12:0.06Ce3+绿色荧光粉的制备及光致发光

采用高温固相法制备了Lu_2.94Al₅O₁₂:0.06Ce³⁺绿色荧光粉。通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和光致发光光谱(PL)对样品的物相、形貌及发光性能进行了表征。结果表明,所合成的Lu_2.94Al₅O₁₂:0.06Ce³⁺绿色荧光粉为立方晶系,表面为类球形。激发光谱中,位于340和450 nm的激发峰分别归属于4f的两个能级到5d能级的跃迁而产生的吸收,340 nm处的激发峰是由于发光是由于²F_5/2到5d的跃迁,而450nm处的激发峰是由于²F_7/2到5d的跃迁。发射光谱中,位于525 nm的发射峰对应Ce³⁺的4f-5d电子跃迁。当Ce₃₊掺杂量为6%,1500℃煅烧5 h时,Lu_2.94Al₅O₁₂:0.06Ce³⁺绿色荧光粉CIE色坐标为(0.3683,0.5959),是一种可以用作白光LED的绿色荧光粉。     

化学处理对熔石英表面抗激光损伤阈值的影响

分析了HF酸腐蚀时间对熔石英抗激光损伤阈值的影响.用浓度为4%的HF酸腐蚀15min后,测得熔石英抗激光损伤阈值提高了53.1%,并对其机理作了分析.激光损伤实验使用波长为355nm,脉宽为10ns,频率为3Hz的Nd:YAG调Q激光器测试系统.当泵浦激光辐照熔石英样品表面时,后表面比前表面更容易发生激光诱导损伤,HF酸腐蚀的程度对前后表面抗激光损伤阈值比基本没有影响.对实验样品在HF酸腐蚀前后表面粗糙度的测量结果表明,HF酸腐蚀时间较短时实验样品表面粗糙度基本无变化,如果选用的样品存在较多的表面及亚表面缺陷,当HF酸腐蚀去除掉重沉积层后,表面粗糙度将急剧上升.     

α籽晶促进低温反应溅射沉积α-Al2O3薄膜

分别使用反应溅射Al+α-Al₂O₃(15% α-Al₂O₃,质量分数)复合靶和在金箔基体表面预植α-Al₂O₃籽晶,促进α-Al₂O₃薄膜的低温沉积。使用扫描电子显微镜(SEM)、掠入射X射线衍射(GIXRD)和能谱仪(EDS)等方法表征薄膜样品的表面形貌、相结构和元素组成。结果表明,在射频反应溅射Al+α-Al₂O₃复合靶、沉积温度为560℃条件下能在Si(100)基体上沉积出化学计量比的单相α-Al₂O₃薄膜;使用射频反应溅射Al靶、沉积温度为500℃条件下能在预植α-Al₂O₃籽晶(籽晶密度为10⁶/cm²)的金箔表面沉积出化学计量比的单相α-Al₂O₃薄膜。两种研究方案的结果均表明,α-Al₂O₃籽晶能促进低温沉积单相α-Al₂O₃薄膜。     

高光学质量Yb:YAG透明陶瓷的制备及激光参数研究

以高纯Y₂O₃, α-Al₂O₃, Yb₂O₃粉体作为原料, 采用固相反应和真空烧结法(1750 ℃, 30 h)制备了高光学质量的Yb:YAG透明陶瓷。5.0at% Yb:YAG陶瓷中Yb ³⁺的实测浓度为6.41×10 ²⁰ cm ^-3, 晶胞密度为4.65 g/cm ³。本工作重点研究了Yb:YAG陶瓷的显微结构、光谱特性和激光性能参数。场发射扫描电镜(FESEM)结果表明, Yb:YAG陶瓷的结构均匀致密、晶界干净平直, 平均晶粒尺寸为(19±3) μm。该陶瓷样品(厚度为4.0 mm)在400 nm处的直线透过率为82.5%, 在1100 nm处的透过率为85.2%。泵浦波长940 nm处的泵浦饱和光强最小, 激光波长1030 nm处的泵浦阈值功率最低, 940 nm泵浦1030 nm激光的品质因子为1.02×10 ^-22 cm·s。通过计算增益截面表明Yb:YAG陶瓷宽带可调谐, 是理想的激光增益材料。     

钽离子注入对镍钛合金表面生物学性能的影响

镍钛合金血管支架植入后可引发血栓和支架再狭窄, 且对损伤的血管内壁无修复作用, 需进行表面改性赋予其抗凝血和促内皮化生物学功能。本研究采用等离子体浸没离子注入与沉积(PIII&D)技术将钽(Ta)注入至镍钛合金, 研究Ta离子注入对镍钛表面理化特性及生物学性能的影响规律。结果表明, 调控Ta离子注入时间, 可在镍钛表面分别构建含Ta、Ta/Ta₂O₅、Ta/Ta₂O_5-x/Ta₂O₅三种不同组分的改性层。各种改性样品中, 含Ta/Ta₂O_5-x/Ta₂O₅的改性镍钛表面亲水性均更好, 可提供更多细胞附着位点, 促进人脐静脉内皮细胞早期粘附和铺展, 并提高其增殖能力。相比仅含单质Ta的改性镍钛表面, 含Ta/Ta₂O_5-x/Ta₂O₅改性镍钛表面的血液相容性更高, 血小板粘附数量显著减少, 且基本保持为未被激活的球形状态; 各组改性表面的溶血率远低于5%阈值, 均未发生明显溶血现象。上述结果说明, Ta离子注入改性镍钛血管支架在降低血栓形成、加速内皮化方面具有潜在应用。     

The nonlinear optical properties of the XYB2O6 family of compounds

The mixed niobate–borate crystals KNbB₂O₆ and RbNbB₂O₆ are monoclinic with space group Pna2₁ and point group m. Some of their properties are favourable for applications in non-linear optics including exceptional resistance to laser damage, UV cut-off at wavelengths below 290 nm and large d-coefficients. Although they have refractive indices that are similar to KTiPO₅ their birefringences are smaller than anticipated for structures containing planar borate rings and distorted NbO₆ octahedra, leading to large acceptance angles for second harmonic generation (SHG). Type 1 phase matching has been observed at 532 nm in RbNbB₂O₆. The birefringence of KNbB₂O₆ is smaller than that of RbNbB₂O₆, and KNbB₂O₆ is not phase-matchable at this wavelength. Nevertheless, it is possible to tune the birefringence of KNbB₂O₆ by replacing some K⁺ ions by the larger Rb⁺ ions so that non-critical phase matching may be possible at room temperature.     

WC-40%Al2O3复合粉末二步热压烧结

以高能球磨机械合金化制得的WC-40%Al₂O₃复合粉末为原料,采用二步热压烧结法制备复合块体。首先将粉末坯体在压力条件下加热到较高的温度 T₁,获得相对致密的坯体结构,此时存在临界的可收缩气孔,然后将其保温在一个相对较低的温度 T₂,通过低温保温实现致密化。由于烧结过程温度相对较低,晶粒长大被有效抑制。采用XRD、SEM、扫描探针（SPM）对复合材料的物相、微观结构进行表征,并进行正交实验分析第二步烧结温度以及保温时间对复合块体微观组织和力学性能影响。结果表明：当 T₁=1600 ℃、T₂=1450 ℃保温6 h时,WC-40%Al₂O₃复合材料成形致密度达到99.03%,维氏硬度和断裂韧性分别为18.36 GPa和10.4 MPa·m^1/2,抗弯强度为1162.1 MPa.     

退火温度对宽带脉冲压缩光栅载体金属/介质多层高反膜的影响

分别以金(Au)作为金属层材料, 氧化铪(HfO₂)与氧化硅(SiO₂)作为高低折射率层材料, 利用物理气相沉积方法制备了用于宽带脉冲压缩光栅制作的金属/介质多层高反膜, 研究了退火温度对其表面均方根粗糙度、反射率及抗化学清洗破坏能力的影响。实验结果表明: 退火前后样品表面均方根粗糙度变化很小; 提高退火温度能提高金属/介质多层膜的抗化学清洗破坏能力, 但反射率会随之下降。250℃退火10 h后金属/介质多层膜不仅可以承受住化学清洗过程, 而且反射率下降也比较小, 可以作为金属/介质多层膜的最佳退火工艺。     

Optimization of spectroscopic properties of Yb-doped refractory sesquioxides: cubic Y2O3, Lu2O3 and monoclinic Gd2O3

Absorption and emission spectra are given for Yb³⁺-doped Y₂O₃, Lu₂O₃ and Gd₂O₃ at room temperature. Y₂O₃ and Lu₂O₃ as close cubic matrices, show Yb³⁺ similar spectra different of Yb³⁺ in Gd₂O₃ monoclinic structure. Here, we use a new method to study and optimize the main spectroscopic properties with only one concentration gradient sample. Finally, assignments of Yb³⁺ Stark levels and Raman vibrations in Y₂O₃, Lu₂O₃ and Gd₂O₃ single crystal are given.     

Al2O3保护层对高温下Pt/ZnO/Al2O3电极导电稳定性的影响

本工作研究了Al₂O₃保护层的厚度对高温下声表面波器件电极导电稳定性的影响, 采用激光分子束外延方法在Pt/ZnO/Al₂O₃电极上制备了不同厚度的Al₂O₃保护层。通过测量样品高温环境中的实时电阻, 发现Al₂O₃缓冲层的厚度对电极在高温下的导电稳定性的影响非常大。结果表明, 没有Al₂O₃保护层时, Pt/ZnO/Al₂O₃电极的电阻升温至800 ℃时开始急剧地增加。当包覆40 nm的Al₂O₃保护层时, 电极在升温至900 ℃以上才出现电阻值剧烈增加的现象。而随着Al₂O₃保护层厚度的增加, 电极的电阻在高温下的导电性能也更加稳定。SEM测试结果表明, 经过1000 ℃、1 h的高温测试后, Al₂O₃保护层越薄的Pt/ZnO/Al₂O₃电极, 结块形成的Pt颗粒越大与不连续的Pt空洞更多。这些结果为制备高温下稳定工作的声表面波器件提供了一条新的思路。     

Spectra and laser properties of Er, Yb:phosphate glasses

The effects of Al₂O₃, Yb₂O₃, Er₂O₃ and OH on spectral properties of P₂O₅·Na₂O·SrO·Al₂O₃·Yb₂O₃·Er₂O₃ erbium phosphate glass were studied. 5, 8, 13 mol% Al₂O₃, 4, 5, 6, 7 and 8 mol% Yb₂O₃ and 0.05, 0.2, 0.4 mol% Er₂O₃ were used. It was found Al₂O₃ improves fluorescent lifetime of Er³⁺ ions, but the integrated absorption cross-section of Er³⁺ ions decreases with the increase of Al₂O₃ concentration. Evaluating from energy transfer efficiency of Yb³⁺ to Er³⁺ and spectral parameters of Yb³⁺ and Er³⁺, lower Al₂O₃ content, 6 mol% Yb₂O₃ and 0.2–0.4 mol% Er₂O₃ are preferred for LD pumped microchip laser application. OH groups in glass greatly affect fluorescent intensity and lifetime of Er³⁺, Yb³⁺:phosphate glass. The OH absorption coefficient at 3000 cm⁻¹ should be <1 cm⁻¹ for laser applications. Pumped with a 2 W, 974 nm InGaAs laser diode, CW laser centered at 1530 nm with slope efficiency of 10.6% and maximum output of 43 mW was achieved in our 2 mm thick Er³⁺, Yb³⁺:phosphate glass at room temperature.     

固体激光用Nd:Lu2O3透明陶瓷的制备和光学性能研究

Nd:Lu₂O₃材料由于具有高热导率、低声子能量和优异的光学特性而成为非常有前景的高功率固体激光器用的增益介质。但Lu₂O₃单晶的熔点超过2400 ℃, 难以生长, 而Lu₂O₃陶瓷既能在低温下制备, 又具有与晶体相当的光学性质和激光性能从而备受关注。本研究制备了高透明的Nd:Lu₂O₃陶瓷并对其光学性质和激光性能进行探究。以共沉淀法制备的纳米粉体为原料, 采用真空烧结结合热等静压(HIP)两步烧结法制备了1.0at%Nd:Lu₂O₃透明陶瓷。对制备的粉体、素坯和陶瓷的微结构进行了表征: HIP后处理的陶瓷平均晶粒尺寸是724.2 nm。厚度为1.0 mm的1.0at%Nd:Lu₂O₃透明陶瓷在1100 nm处的直线透过率是82.4%, 样品在806 nm处的吸收截面为1.50′10^-20 cm², 而根据荧光光谱计算得到的发射截面为6.5′10^-20 cm²。分别在878.8 和895.6 nm波长激发下, 1.0at%Nd:Lu₂O₃透明陶瓷⁴F_3/2·⁴I_11/2跃迁的平均荧光寿命均为169 ms。当输出耦合镜的透过率T_OC=2.0%时, 退火后的1.0at% Nd:Lu₂O₃透明陶瓷获得了最大输出功率为0.47 W的准连续(QCW)激光输出, 斜率效率为8.7%。本研究成功制备了显微结构均匀、高透明度的1.0at%Nd:Lu₂O₃陶瓷, 并展示了其在固体激光增益介质领域的广阔应用潜力。     

非化学计量比调控高电压尖晶石正极材料电化学性能研究

用一种简单的方法制备了高性能的高电压尖晶石正极材料, 主要是调控正极材料中锂与过渡金属的摩尔比, 即通过Ni_0.25Mn_0.75(OH)₂与Li₂CO₃进行高温固相反应制备了非化学计量比的Li_1.05Ni_0.5Mn_1.5O₄和化学计量比的LiNi_0.5Mn_1.5O₄尖晶石型高电压正极材料。用扫描电子显微镜、X射线衍射、中子衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱以及循环伏安曲线对其形貌、晶体结构及元素价态和电化学性能进行了表征。研究发现, 非化学计量比的Li_1.05Ni_0.5Mn_1.5O₄中由于金属离子随机分布于16 d位置, 所以Ni/Mn阳离子无序化程度更高。非化学计量比的高电压正极材料具有更为优异的倍率性能, 并且在400次循环后比容量保持率高达91.2%。同时, 原位X射线衍射测试结果表明, 在充放电过程中非化学计量比的高电压正极材料发生连续单一的相转变, 可以提高晶体结构的稳定性。因此, 非计量比的尖晶石Li_1.05Ni_0.5Mn_1.5O₄正极材料在高能量密度的锂离子电池中具有更广阔的应用前景。     

自组装法制备磺化聚苯乙烯@Fe3O4磁性复合颗粒及其磁性能

实现结构可控、均匀包覆是制备核-壳复合材料的关键。采用离子交换法完成了磺化聚苯乙烯(PSS)表面Na+与溶液中Fe2+和Fe3+的交换,于碱性条件下制备了PSS表面负载Fe₃O₄(PSS@Fe₃O₄)的磁性复合颗粒。通过称重法计算了Fe₃O₄最大包覆率;通过振动样品磁强计(VSM)测试了不同负载含量下PSS@Fe₃O₄复合颗粒的磁性能;通过XRD、衰减全反射-FTIR (ATR-FTIR)、SEM-EDS分析了PSS@Fe₃O₄磁性复合颗粒的化学组成和微观结构。结果表明,随着Fe2+/Fe3+浓度增加,PSS@Fe₃O₄磁性颗粒的饱和磁化强度也随之增大,最大饱和磁化强度为7.51 emu/g,并具有明显的磁响应性;Fe₃O₄均匀包覆在PSS表面,最大包覆率为8.3 wt%。PSS@Fe₃O₄磁性复合颗粒有望用于磁流变、医学及水处理领域。      

Formation of MgAl2O4 in Al2O3-(Al-4wt.%Mg) composites

The Al₂O₃ particles are introduced into the Al-4wt.%Mg melt by the “vortex” method. After being cast, Al₂O₃-(Al-4wt.%Mg) composites are remelted at 700, 750, 800 and 850°C for different residence times to investigate the formation of MgAl₂O₄ (spinel).

The results show that MgAl₂O₄ is the unique interface of the Al₂O₃-(Al---Mg) composites held at 700–850°C. Fine MgAl₂O₄ crystals grow on the surface of the Al₂O₃ particle but, as the holding temperature and the residence time increase, some spinels will form themselves into pyramidal shape. The MgAl₂O₄ grows not only at the matrix-particle interface but also on the surface of the composite specimens. The formation reactions of interfacial MgAl₂O₄ are as follows: Mg(1) + 2Al(1) + 2O₂(g) = MgAl₂O₄(s)3Mg(1) + 4Al₂O₃(s) = 3MgAl₂O₄(s) + 2Al(1) Both of them are equally important.