掺铬高温相硼酸镧钪的光谱研究

报道了掺铬高温相硼酸镧钪Cr3+:LaSc3(BO3)4(α CLSB)晶体的光谱特性。吸收光谱表明:CLSB晶体在可见光区有两个吸收带,吸收峰值分别位于457和654nm处,吸收系数均为19.07。室温荧光光谱则表现为一个源自于4T2→4A2能级跃迁的780～1120nm的宽带发射,其半峰宽为167nm,峰值为963nm。其荧光寿命为17μs。通过计算得出了铬离子所处的晶场强度Dq和拉卡参数B分别为1529和675cm-1,Dq B=2.26。研究结果表明:掺铬高温相硼酸镧钪有望成为一种新的可调谐激光晶体。

月光石的基本特征及月光效应机理研究

月光石有几种颜色 ,但分析测试表明都属于正长石 。

Nd^(3+)∶KLa(MoO_4)_2激光晶体的光谱特性分析

采用中频感应提拉法生长出了Nd3+∶KLa(MoO4)2单晶,测试其室温下非偏振吸收光谱、荧光发射光谱.805 nm处吸收峰半峰宽10 nm,吸收截面为3.74×10-20cm2.主荧光发射峰位于1 059.45 nm处,荧光寿命160.6μs.利用Judd-Ofelt理论计算出J-O强度参数Ωt(t=2,4,6)及自发辐射概率、荧光分支比、辐射寿命、荧光量子效率及受激发射截面等参数.

准相位匹配深紫外非线性光学晶体研究进展

深紫外非线性光学晶体是深紫外全固态激光器的关键部件。由于带隙、非线性光学系数、双折射率等因素的限制,除KBe_(2)BO_(3)F_(2)晶体外,现有非线性光学晶体皆难以通过相位匹配实现深紫外激光输出。基于准相位匹配原理实现深紫外激光输出是解决深紫外非线性光学晶体相位匹配问题的新思路。综述了氟化钡镁(BaMgF_(4))晶体、镁方硼石(Mg_(3)B_(7)O_(13)Cl)晶体、硼锗酸镧(LaBGeO_(5))晶体的特性,并介绍了这些晶体基于准相位匹配原理应用于激光输出的研究进展。最后提出了有关准相位匹配深紫外非线性光学晶体研究的建议,并进行了展望。

顶部籽晶法生长大尺寸、高品质钇铁石榴石晶体

钇铁石榴石(Y_(3)Fe_(5)O_(12),YIG)晶体具有优异的磁学和磁光性质,在微波和磁光器件中有着广泛的应用。目前商用的磁光材料是采用液相外延技术在Gd_(3)Ga_(5)O_(12)(GGG)衬底上沉积的YIG单晶薄膜。本研究以无铅B_(2)O_(3)-BaF_(2)为复合助熔剂,采用顶部籽晶法技术(TSSG)生长YIG单晶材料,YIG晶体尺寸和重量分别可达43 mm×46 mm×11 mm和60 g。该晶体具有较窄的铁磁共振线宽(0.679 Oe)、高透明度(75%)和法拉第旋转角(200(°)·cm^(-1)@1310 nm,160(°)·cm^(-1)@1550 nm)等优异的综合性能,是微波和磁光器件的良好候选材料。更为重要的是,这种生长技术非常适合大尺寸YIG单晶或稀土掺杂YIG单晶,结合定向籽晶生长和提升工艺,可以显著降低生产成本。

新型铁电固溶体铌镥酸铅–铌镁酸铅–钛酸铅的制备与表征

采用二次合成法制备了纯相钙钛矿结构三元(0.7-x)Pb(Lu1/2Nb1/2)O3-0.3Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(PLNPMN-PT)(0.38≤x≤0.46)压电陶瓷,研究了准同型相界(MPB)附近组分的介电、压电和铁电性能。XRD分析表明PLN-PMN-PT存在准同型相界,且准同型相界区域大致为0.40≤x≤0.44。MPB附近组分为0.29PLN-0.3PMN-0.41PT陶瓷具有较高的居里温度和相变温度,分别为270℃和135℃,同时该组分表现出较好的铁电压电性能,压电系数达到460 pC/N,矫顽场为14.8 kV/cm,剩余极化强度Pr为34.6μC/cm2。PLN-PMN-PT材料在压电领域具有潜在的应用前景。

三元陶瓷Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbTiO3准同型相界附近组分的介电、铁电和压电性能

铅基复合钙钛矿铁电材料广泛应用于机电传感器、致动器和换能器。二元铁电固溶体Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PNN-PT)由于其在准同型相界(MPB)区域具有优异的压电、介电性能而备受关注。然而较大的介电损耗和较低的居里温度限制了其在高温高功率器件方面的应用。本研究通过引入Pb(In1/2Nb1/2)O3(PIN)作为第三组元改善PNN-PT的电学性能,提高其居里温度;通过两步法合成了MPB区域的三元铁电陶瓷Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PIN-PNN-PT),研究了其结构、介电、铁电和压电性能。制备的所有组分陶瓷具有纯的钙钛矿结构。随着PT含量的增加,陶瓷结构从三方相转变为四方相。通过XRD分析得到了室温下PIN-PNN-PT体系的MPB相图。体系的居里温度由于PIN的加入得到了很大的提高,更重要的是PIN的引入降低了PNN-PT体系的介电损耗和电导。MPB处的组分展现出了优异的电学性能,室温下,性能最优组分为0.30PIN-0.33PNN-0.37PT:d33=417 pC/N,TC=200℃,ε′=3206,tanδ=0.033,Pr=33.5μC/cm^2,EC=14.1 kV/cm。引入PNN-PT的PIN第三组元使得体系的居里温度和压电性得到提高的同时降低了的介电损耗和电导率,因此,PIN-PNN-PT三元铁电陶瓷在高温高功率换能器等方面具备一定的应用潜力。

高居里温度铁电单晶PIN-PT的机电性能

弛豫铁电单晶Pb(In_(1/2)Nb_(1/2))O_(3)-PbTiO_(3)(PIN-PT)相较于常用的Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-PbTiO_(3)(PMN-PT)具有更高的居里温度,在高稳定性、高性能的传感器、换能器方面具有应用前景。本工作采用谐振法研究了[001]方向极化的0.66PIN-0.34PT铁电单晶的全矩阵机电性能参数。0.66PIN-0.34PT单晶的三方-四方相变温度(TRT)约为160℃,居里温度(TC)约为260℃,室温压电系数d_(33)、d_(31)、d_(15)分别为1340 pC/N、-780 pC/N、321 pC/N,介电常数εT33、εS33、εT11、εS11分别为2700、905、2210、1927,机电耦合系数k33、k31、k15、kt分别为87%、58%、38%、61%。其纵向压电常数(d33)和纵向机电耦合系数(k33)小于PMN-PT单晶,但是横向压电性能(d31)和剪切压电性能(d15)都略高于PMN-PT单晶。另外,研究了机电耦合性能随温度的变化趋势,发现0.66PIN-0.34PT单晶在150℃以下有较好的温度稳定性。

铁电单晶三维定向的X射线衍射方法

目前采用坩埚下降法生长的弛豫铁电单晶为圆柱状晶体,无自然结晶面,晶体在切割加工前必须进行三维定向。本文提出了一种利用粉末X射线衍射仪和X射线定向仪确定铁电单晶三维方向的简便方法。通过粉末X射线衍射仪确定任意切割晶面的最强衍射峰,然后利用X射线定向仪确定最强衍射峰准确的切割面,再通过X射线定向仪确定两个晶面的交线方向,从而获取晶体的三维方向,进而指导晶体切割加工。使用该方法对Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-PbTiO_(3)铁电单晶进行三维定向,结果证明该定向方法具有准确度高、效率高、操作方便、晶体损耗少的特点。该方法也适用于其他晶体材料的定向。

锡酸铅对铌镁酸铅-钛酸铅铁电陶瓷性能的影响

采用固相法合成(0.90-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.10PbSnO3-xPbTiO3(PMN-PSn-PT)铁电陶瓷.研究了(0.90-x)PMN-0.10PSn-xPT铁电陶瓷的结构、介电、铁电和压电性能.在PMN-PT陶瓷中加入PSn后,由于Sn在合成过程中的变价行为导致了第二相Sn2Nb2O7的产生.根据XRD分析确定了(0.90-x)PMN-0.10PSn-xPT体系的准同型相界(MPB)位于x=0.36附近,进而结合介电温谱分析得到了(0.90-x)PMN-0.10PSn-xPT的部分低温相图.PSn加入到PMN-PT陶瓷中,降低了PMN-PT铁电陶瓷的压电活性,最大值位于0.52PMN-0.10PSn-0.38PT组分处(390pC/N).极化样品的介电温谱上没有观察到三方-四方相变温度点,说明PSn的加入使PMN-PT陶瓷的MPB变窄和竖直,因而PSn的加入可以提高PMN-PT铁电陶瓷的实际使用温度.

新型铁电晶体铌镥酸铅-钛酸铅的生长与性能

采用顶部籽晶法生长了一系列不同组分的高居里温度铌镥酸铅-钛酸铅[（1-x）Pb（Lu1/2Nb1/2）O3-xPbTiO3 （PLN-xPT）]铁电晶体。该晶体在三方相区域表现出典型的介电弛豫特性, 不同组分的晶体表现出了较高的居里温度; 基于介电和结构测试结果, 得到了该体系的低温二元体系相图, 在相图中存在一个准同型相界区域（MPB）, 其组分位于x = 0.49~0.51; 利用偏光显微镜分析晶体电畴结构得到和X射线粉末衍射测试结果吻合的相结构; 电学性能测试结果表明不同组分的晶体性能差异较大。组分位于MPB附近的晶体表现出优异的压电性能, 如x = 0.49时, 居里温度Tc = 360℃, 压电常数d33 〉 1600 pC/N。处于MPB附近的晶体存在较大的矫顽Ec 〉10kV/cm, 一些组分晶体的三方–四方相变温度TRT 〉 200℃。结果表明高的居里温度及优异的压电性能使二元铌镥酸铅-钛酸铅晶体具有更大的温度应用范围及更广阔的应用前景。

La^3+掺杂对Pb(Lu1/2Nb1/2)O3反铁电单晶储能性能的影响

采用顶部籽晶法生长了La3+掺杂Pb(Lu1/2Nb1/2)O3(PLN)反铁电单晶,晶体组分简写为xLa-PLN(x=1%、3%、5%),并详细研究了La3+掺杂对PLN晶体储能性能的影响。通过ICP测试了不同配比晶体的实际掺杂比例,分别为0.3%、1.1%、2.9%。XRD显示该晶体体系为正交相钙钛矿结构,且存在两套超晶格衍射点阵,分别由A位铅离子反平行排列和B位离子有序排列导致。介电温谱给出了晶体的介电常数、介电损耗随温度和频率的变化规律,不存在弥散相变。变温电滞回线显示,该体系均表现出典型的双电滞回线特性,且随着La3+含量的增加,有效储能密度逐渐增大,最高储能密度达到5.1 J/cm3。这主要是由于La3+掺杂导致体系的容忍因子下降,从而增强了反铁电稳定性,最终提高了PLN体系的能量存储密度。

极化方法对PZT-4压电陶瓷性能的影响

Pb(Zr_(1-x)Ti_(x))O_(3)(PZT)由于具有优异的综合性能而成为应用最广泛的压电陶瓷。之前研究工作证明了与直流极化(DCP)和交流极化(ACP)相比,采用交流极化和直流极化相结合的方法能进一步提高弛豫铁电单晶材料的压电性能。本工作报道了直流极化、交流极化和交流极化+直流极化后PZT-4压电陶瓷的介电性能和压电性能,探究了直流极化、交流极化和交流极化+直流极化的最佳极化条件。在最佳交流极化+直流极化条件下,PZT-4压电陶瓷的压电常数(d_(33))为350 pC/N,相比直流极化(305 pC/N)、交流极化(320 pC/N)分别提高了15%和9%。交流极化后的PZT-4陶瓷样品的应变值(0.08%)高于进行直流极化样品的(应变值0.05%),表明交流极化可以有效提高PZT-4陶瓷的应变值,但是交流极化后应变曲线的滞后增大不利于器件应用,交流极化对硬性压电陶瓷的影响还需要进一步探讨。

铌钽酸钠钾锂-铟酸铋铁电压电性能的研究

采用传统固相合成法制备了(1-x)(0.97Na0.5K0.5NbO3+0.03LiTaO3)+xBiInO3[(1-x)(KNN+LT)+xBI]无铅压电陶瓷,研究了该体系的晶体结构、压电、铁电与介电性能。结果表明:(1-x)(KNN+LT)+xBI陶瓷的晶体结构在室温下为正交相和四方相两相共存,随着BI含量的增加,四方相含量逐渐增多,居里温度Tc降低,但是正交四方相转变温度To-t呈现升高趋势,晶格参数逐渐增大。随着BI含量的继续增加,Bi在高温下的挥发导致氧空位的增多,从而使材料性能下降。在x=0.0015时得到组分的最佳性能,其居里温度Tc、相转变温度To-t、压电常数d33、剩余极化Pr、矫顽场Ec分别达到400℃、126℃、160 pC/N、19.26μC/cm2和7.75 kV/cm。

三元铁电单晶Pb(Yb_(1/2)Nb_(1/2))O_3-Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3生长及性能表征

采用高温助熔剂法首次成功生长出了Pb(Yb1/2Nb1/2)O3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PYZNT)三元铁电单晶,并对晶体组分、介电、铁电和压电性能进行了研究。结果表明,晶体为纯三方钙钛矿相,实际组分为0.68PYN-0.22PZN-0.1PT。分别对晶体的介电,铁电和压电性能进行研究。介电常数ε'和介电损耗tanδ对温度和频率表现出典型的弛豫行为。晶体的居里温度TC为80℃。由于反铁电体PYN含量较高,晶体具有非常大的矫顽场,在100kV/cm的外电场条件下极化还不能反转,因而无法得到饱和的电滞回线。在未极化条件下,测得晶体的压电常数d33为78 p C/N。

Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbTiO3压电陶瓷的介电、铁电和压电性能

采用两步法制备了0.30Pb(In 1/2 Nb 1/2)O 3-(0.70-x)Pb(Ni 1/3 Nb 2/3)O 3-x PbTiO 3(PIN-PNN-PT,x=0.33,0.35,0.37,0.39)压电陶瓷。研究了PIN-PNN-PT压电陶瓷的相结构、介电、铁电和压电性能。研究表明位于准同型相界(MPB)的组分0.30PIN-0.33PNN-0.37PT具有最佳电学性能,其居里温度T C、压电系数d 33、平面机电耦合系数k p、自由介电常数ε'、介电损耗tanδ、剩余极化P r、矫顽场E C分别为200℃、386 pC/N、50%、2692、0.045、34μC/cm^2、18 kV/cm。结果显示PIN-PNN-PT三元系相比于PNN-PT有更高的居里温度,同时保持了优异的压电性能。

优化的B位离子氧化物共烧法制备钙钛矿结构的PYN-PZN-PT三元铁电陶瓷

通过优化B位离子氧化物共烧方法，成功制备出具有纯钙钛矿结构的Pb（Yb1/2Nb1／2）O3-Pb（Zn1／3Nb2／3）O3—PbTiO3（PYN-PZN-PT）三元铁电固溶体陶瓷，有效地抑制PZN基陶瓷制备过程中烧绿石相的形成．选取（0．48-x）PYN-0．52PZN-xPT（x=0．24～0．28），对三元体系的相结构、铁电、压电和介电性能进行了研究．结果表明：烧结得到的陶瓷致密均匀无杂相，晶粒尺寸2～4μm；随着PT含量的增加，物相经历了从三方相到三方和四方相共存的准同型相界（MPB）、再到四方相的结构演变；MPB附近的组分具有优异的性能，性能最好的组分是0．21PYN-0．52PZN-0．27PT，其压电系数d33—550pC／N，室温介电常数ε′=2070，矫顽场Ec=19．9kV／cm，居里温度Tc=260℃；陶瓷样品的介电温谱表现出介电弥散以及介电峰的展宽等类弛豫体的特点．

弛豫铁电单晶的顶部籽晶法生长

相比较于传统的Pb(Zr_(1-x)Ti_x)O_3(PZT)多晶压电陶瓷,弛豫铁电单晶具有超高的机电耦合系数和压电系数.例如,典型的Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3(PZN-PT)和Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3(PMN-PT)弛豫铁电单晶,其机电耦合系数k_(33)>0.9,压电系数d_(33)>2000 pC/N,使其有潜力应用于下一代压电器件,如传感器、声呐、执行器等.但是弛豫铁电单晶应用的关键在于单晶的制备问题.弛豫铁电单晶的制备技术包括高温溶液法(助溶剂法)、垂直坩埚下降法和顶部籽晶法.顶部籽晶法在制备弛豫铁电单晶时具有很多优势.因此,本文将阐述顶部籽晶法制备弛豫铁电单晶的最新进展.