离子掺杂调节钙钛矿单晶光电性能的研究进展

新型铅卤基钙钛矿单晶以其优异的光电性能,如带隙可调、窄带、载流子扩散距离长等优势,在光电探测、太阳能电池等领域具有良好的应用前景,被认为是下一代杰出的光电探测材料。为提高和拓展钙钛矿在光电探测领域的应用,通过离子掺杂是改善钙钛矿性能的重要策略。介绍了钙钛矿的结构、单晶的生长方法,重点讨论了离子掺杂调节钙钛矿单晶光电性能的研究进展。

Nd^(3+):KGd(WO_4)_2激光晶体的研究

合成了一系列不同Nd3+ 浓度掺杂的Nd3+ :KGd(WO4 ) 2 粉末样品 ,进行了荧光光谱测试 ,初步确定了Nd3+ 的最佳掺杂浓度 ;测定了Nd3+ :KGd(WO4 ) 2 K2 WO4 生长体系的生长温度曲线 ,生长出尺寸达 50mm的Nd3+ :KGd(WO4 ) 2 优质激光晶体 ,切割出尺寸为 5mm× 5mm× 6mm的优质激光器件 ,采用钛宝石模拟LD泵浦 ,在 1.0 6 μm处得到 2 6 0mW的激光输出 ,斜率效率达到 6 6 % ;在 1.0 3μm处得到 135mW激光输出 ,斜率效率达到 34.3%。

Yb∶YAB晶体的生长和激光性能研究

采用助熔剂法生长了不同配比的激光自倍频晶体Yb∶YAl3(BO3) 4(Yb∶YAB) ,在 10 %的Yb∶YAB晶体中 ,用输入功率为 1 4W ,波长为974nm的光纤耦合二极管激光器泵浦得到 160mW的高效连续绿光输出 ,能量转换效率为 11 3% ,光 光转换效率为 3 9%。并采用石英双折射滤波片测得其调谐波长范围为 5 13 0～ 5 45 8nm。增大泵浦能量 ,在 977nm处采用二极管泵浦测得其自倍频输出绿光能量为 1 1W ,总转换效率为 10 %。

燃焰法沉积高品质透明金刚石薄膜的研究

采用燃焰法在大气环境下以３０μｍ／ｈ的较高速率沉积出了均匀、优质、透明的金刚石薄膜。实验结果表明，较高的Ｖ（Ｏ２）／Ｖ（Ｃ２Ｈ２）和适中的基体温度是获得高品质金刚石薄膜的基本条件；提高反应气体中氧气浓度，可使沉积高品质透明金刚石薄膜的基体温度范围变宽。

实时测量熔体法生长晶体固/液边界层结构的高温热台

根据水平区熔法晶体生长的原理 ,设计制作了激光显微喇曼高温热台 ;针对不同晶体 ,采用不同的加热装置 ,构成相应的温度场 ,并对其三维方向的温度场进行了测量。在工作温度为 15 0 0K时 ,控制精度为± 0 .1K。用该高温热台和激光显微喇曼光谱仪对接 ,对TeO2 和BSO晶体在熔点温度下固液界面的激光显微喇曼光谱进行了实时测量。

0.91Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3)O_3-0.09PbTi0_3的析晶行为及助溶剂法生长

研究了0.91Pb(znl/3Nb2/3)O3-0.09PbTiO3(PZNT91/9,摩尔分数)在不同组分和配比熔盐中的析晶行为及其对晶体生长的影响。发现B2O3,PbF2等助溶剂不利于钙钛矿相的析出;而BaTiO3-PbO复合体系虽然能够促进钙钛矿相析出,但晶体析出量很少;只有适当比例的。PbO助溶剂比较适合于生长具有铁电性的钙钛矿相PZNT91/9单晶。助溶剂法生长的工艺参数为:溶质与PbO助溶剂的摩尔比为l:l,泡料温度1 150-1 200℃,泡料时间10 h,晶体生长时降温速度0.8-2℃/h,当温度降到900℃时停止生长,以50℃/h快速冷却至室温。所得晶体为琥珀色,最大尺寸达φ30 mm×15 mm,其压电系数和机电偶合系数分别为2000 pc/N和0.92。

熔盐提拉法生长光折变晶体K(Ta,Nb)O_3

本文报道以熔盐提拉法生长大尺寸高质量的K(Ta,Nb)O_3晶体。完整透明的立方相KTN晶体尺寸达35x33x10mm。测量了晶体的组分、均匀性、电学和热学等性质。初步观察了晶体的光折变现象,并对晶体籽晶取向与生长形态关系等问题进行了讨论。

助熔剂法生长CaLa_2B_(10)O_(19)晶体

本文通过X射线衍射 (XRD)分析、差热分析 (DTA)和化学分析研究了CaLa2 B10 O19(LCB)晶体中的包裹体及在晶体生长过程中包裹体产生的原因。说明了包裹体的主要成份是LaB3O6,高温溶液中B2 O3 的挥发是造成包裹体产生的主要原因。为消除包裹体的产生 ,选择了合适的助溶剂 ,分别以 10 0mol%CaB4 O7和 5 0mol%B2 O3 和 15 0mol%CaB4 O7为助溶剂生长出了一定尺寸、光学质量较高的LCB晶体。

BaBPO_5晶体的生长研究

本文采用顶部籽晶高温溶液法 ,以BPO4 -NaF为助熔剂 ,生长了BaBPO5单晶。生长参数 :液面以下温度梯度为 1.5℃ /cm ,液面上温度梯度为 10℃ /cm ,晶体旋转速度 30r/min ,降温速率 0 .5 - 1℃ /d ,可获得尺寸为 30mm×2 0mm× 15mm的BaBPO5单晶。测定了所获单晶及其挥发物的X射线粉末衍射图谱 。

Yb:GdYAl_3(BO_3)_4晶体的生长及性质研究

采用助熔剂法生长了Y b:G dYA l3(BO3)4晶体。测量了晶体的室温吸收谱和荧光谱。该晶体在960 nm和974 nm处存在两个吸收带,适合InG aA s泵浦;在1 002 nm和1 044 nm处各存在一荧光谱峰。研究了晶体的热学性质,平行于c轴方向的热膨胀系数约为a轴方向的5.4倍。采用化学腐蚀光学显微法研究晶体缺陷证明Y b:G dYA l3(BO3)4中存在孪晶结构。

助熔剂法生长的PLZST单晶的缺陷研究

本文介绍了助熔剂缓慢降温自发成核法生长的稀土掺杂锆钛锡酸铅镧 (PLZST)晶体中出现的几种缺陷 :包裹体、开裂、位错、枝晶 ,分析了这些缺陷的形成机理并提出了减少和消除这些缺陷的一些措施。

熔盐法制备钛酸钡系晶体的形貌控制

使用简单氧化物作为原料,通过熔盐法制备了BaTiO3、Ba4Ti13O30、Ba6Ti17O40等钛酸钡系晶体。通过改变原料比例和使用NaCl-KCl、KF、BaCl2等熔盐体系实现了产物的形貌及尺寸控制。使用XRD和SEM等分析方法对所得产物的物相及形貌进行了表征。结果表明,熔盐法可以制备多种纯相并具有片状或等轴状规则外形的钛酸钡系晶体。初步探讨了熔盐法制备钛酸钡系晶体的形貌控制方法。

焙烧室温条件固相反应制备前驱物合成SnO2纳米棒的研究(英文)

室温条件下通过固相反应合成了SnO2纳米颗粒前驱物.在600～780℃对前驱物进行焙烧,在NaCl、KCl和KCl+NaCl的熔盐介质中SnO2前驱物纳米颗粒自组装生长形成SnO2 纳米棒.利用TEM、XRD和XPS对SnO2纳米棒结构、形貌和成分进行了研究.结果表明SnO2纳米棒直径为20～80nm,长度从几百纳米到十几微米.分析了SnO2 纳米颗粒前驱体熔盐介质中的生长,利用固相转变生长可以解释SnO2纳米棒在熔盐介质中的生长机制.

熔盐法合成板状钛酸铋微晶

采用熔盐法制备了板状Bi4Ti3O12微晶。用示差扫描量热热重分析（DSC-TG）、X射线衍射（XRD）及扫描电镜（SEM）研究了不同温度对合成Bi4Ti3O12相结构与形貌的影响。结果表明，板状Bi4Ti3O12），2微晶的最佳合成温度为800-1000℃，低于800℃合成产物中容易出现杂相；1030℃时Bi4Ti3O12出现结构变化；1165℃出现杂相Na0.5Bi8.5Ti7O27；温度继续升高到1250℃时Bi4Ti3O12出现分解。实现板状Bi4Ti3O12微晶形貌可控的最佳温度范围为850～950℃。

钨酸盐助熔剂法生长KTiOPO_4晶体与性能

用钨酸盐作助熔剂生长出优质的磷酸钛氧钾(KTP)晶体,晶体尺寸为30×23×20mm。对晶体的形貌、表面特征、缺陷、所含杂质及粉末衍射作了研究。测量了透过率、红外光谱及倍频效应。晶体在340～4800nm 波段内透过率大于80%。在调 Q 的 Nd∶YAG 脉冲激光器上测得器件的倍频转换效率大于40%。

铒/镱共掺硼酸钙镧晶体的生长和光谱性质(英文)

在CaO-Li_2O-B_2O_3助熔体系中,生长了掺铒和镱的硼酸钙镧(Er^(3+):Yb^(3+):La_2CaB_(10)O_(19),Er:Yb:LCB)晶体。Er:Yb:LCB晶体中Er^(3+),Yb^(3+)的分凝系数分别为0.50,0.25。X射线衍射分析表明:Er:Yb:LCB和LCB具有相同的晶体结构。Er:Yb:LCB晶体的熔点大约为1046℃。Er:Yb:LCB晶体的吸收光谱和荧光光谱的测试结果表明:与Er:LCB相比,Er:Yb:LCB晶体在970 nm的吸收系数显著提高,在1 531 nm的发射强度也显著增强,其荧光寿命为0.48 ms。

熔盐法制备Bi_4Ti_3O_(12)粉体显微形貌的研究

采用熔盐法制备了晶粒取向生长的Bi4Ti3O12粉体。研究了煅烧温度以及盐与原料的质量比等因素对粉体显微形貌的影响。结果表明:随着煅烧温度的升高,晶粒尺寸增大,分散性变好,a-b面内取向生长明显。当盐与原料质量比为1:1,900℃煅烧2h后得到的粉体显微形貌较好,晶粒呈规则的四边形薄片状,尺寸分布均匀,平均粒径约7μm。

Cr：KTP晶体生长机制的研究

本文采用激光Ｒａｍａｎ光谱与ＩＲ光谱对Ｃｒ：ＫＴＰ－Ｋ＿６（Ｋ＿６Ｐ＿４Ｏ＿（１３））、ＫＴＰ－Ｋ＿６高温溶液淬冷后的玻璃体进行了研究，指出由于掺质Ｃｒ＿２Ｏ＿３引入ＫＴＰ－Ｋ＿６溶液，使溶液中的焦磷酸根向正磷酸根转化，从而提高了溶液的溶解度。利用高温溶液缓慢降温法生长了光学质量的Ｃｒ：ＫＴＰ晶体，研究了晶体生长形态。讨论了晶体的生长机制。

杂质离子在Sr(NO_3)_2晶体中分凝行为的研究

本工作研究了Ba2 + ,Pb2 + ,Ca2 + 等 9种金属离子在Sr(NO3) 2 晶体生长过程中的分凝行为 .采用蒸发溶剂方法生长晶体 .蒸发溶剂的温度固定在 45℃ .掺杂离子在初始溶液中的浓度的摩尔分数为 0 .2 %～ 0 .0 2 % .使用等离子发射光谱和电子探针测定了杂质离子在溶液和晶体中的分布 .研究发现 :主体相Sr(NO3) 2 和杂质硝酸盐结构的类同性 ,是杂质离子易于进入晶格的关键因素 ;杂质硝酸盐的溶解度越小 ,杂质越容易进入晶体 ;在同一晶体中Ba2 + 离子在 (10 0 )扇形富集 ,它与晶体在不同结晶方向的表面结构有关 .

AgGaS_2晶体生长成核研究

本文在对红外非线性光学材料AgGaS2的DTA谱线进行分析的基础上,对AgGaS2的结晶习性进行了研究。对传统的Bridgman Stockbarger法进行了改进,设计出新的三温区立式炉,炉内温度梯度达到生长晶体的要求。根据自发成核的几何淘汰理论,针对AgGaS2的结晶特点,设计出适宜的石英生长安瓿,形状能够满足AgGaS2晶体结晶习性的需要,成功地生长出完整性较好的尺寸达10mm×25mm的AgGaS2单晶体。