Er掺杂PbF_(2)晶体的局域团簇结构与光谱性能研究

本文采用Bridgman法成功生长了一系列Er∶PbF_(2)晶体。利用基于密度泛函理论的第一性原理计算详细研究了Er^(3+)在PbF_(2)晶体中的团簇效应。首次获得了Er∶PbF_(2)晶体的上转换发光特性(发光强度、颜色变化)与团簇结构之间的关系。研究发现,随着Er^(3+)浓度增加,团簇从单聚体向高阶构型演化,Er^(3+)离子之间的距离先减小后增大,这使得上转换发光中的红色发射强度先增大后减小,红绿发光比也在Er^(3+)浓度高于6.5%(摩尔分数)后逐渐减小,即发光颜色可以从红色调整为黄绿色。该研究证明了稀土离子团簇的结构演化可以调控Er∶PbF_(2)的光谱特性,为多色发光材料的设计提供一种新方法。

掺铈Cs_(2)BaBr_(4)晶体的生长和闪烁性能研究

以高纯度BaBr_(2)、CsBr、CeBr_(3)为原料,采用高温固相反应法合成了Cs_(2)BaBr_(4)∶1%Ce^(3+)多晶料,并通过坩埚下降法生长了Cs_(2)BaBr_(4)∶1%Ce^(3+)晶体。将晶体切割研磨抛光后得到不同厚度的Cs_(2)BaBr_(4)∶1%Ce^(3+)晶片。对晶体进行了物相分析,XRD图谱表明晶体为一致熔融物,且无相变。研究了晶体的闪烁性能,测试了光学透射率、光致发光、X射线激发发光、多通道gamma能谱、衰减时间。与LaBr_(3)晶体对比,分析了晶体的吸湿性。结果表明,晶体的光学透过率接近80%,在一定波段的紫外光及X射线的激发下,晶体在349与372 nm波长有发射峰。^(137)Cs源伽马射线的激发下,能量分辨率为11%,在紫外激发下,晶体衰减时间为21.9 ns。晶体的吸湿性比LaBr_(3)晶体有大幅改善。

不同浓度Y^(3+)离子掺杂对CaF_(2)晶体性能的影响

氟化钙(CaF_(2))晶体具有良好的光学性能和化学稳定性,常常在极端边缘的光学窗口场景中用作基底材料。值得关注的是,CaF_(2)晶体的抗辐照损伤性能作为紫外激光器窗口材料的关键性能之一,由于解理效应导致的损伤增长过快,实际损伤阈值远低于理论值,无法满足紫外大功率激光器件的需求,是限制其在高功率紫外激光器中应用的主要因素。本研究运用材料组分设计,通过掺杂惰性稀土Y^(3+)引入F_(i)^(-),利用Y^(3+)与F_(i)^(-)之间的团簇作用增加解理面之间的键合数,以达到增强层间结合力,降低解理效应,提高损伤阈值的目的。采用坩埚下降法的晶体生长工艺,使用多孔坩埚在同一条件下制备了不同Y^(3+)掺杂浓度的CaF_(2)晶体,并对掺杂的CaF_(2)晶体的光学质量、机械性能以及热学性能进行分析表征。实验结果表明,适量Y^(3+)掺杂对CaF_(2)晶体的光学性能和热学性能,如透过率、热膨胀系数和热导率等改变较小,不影响CaF_(2)晶体的使用;而对机械性能,如剪切强度影响相对突出,当掺杂浓度为原子分数0.36%时,其剪切强度提高了68.4%,对应Y:CaF_(2)晶体的激光损伤阈值提高了166%。

高光产额SrI_(2)Eu^(2+)晶体制备及其闪烁性能研究

SrI_(2)Eu^(2+)晶体因其极高的光产额和优良的能量分辨率,在伽马射线高分辨测量中呈现出良好的应用前景。采用改进的坩埚下降法制备出掺杂浓度为5.0%的SrI_(2)Eu^(2+)晶体,加工制成了直径为25 mm,厚度分别为3,6,9,12 mm的单透光防潮封装SrI_(2)Eu^(2+)闪烁体。研究了4种不同尺寸闪烁体对^(241)Am,^(137)Cs,^(60)Co放射源伽马射线的响应,测试了SrI_(2):Eu^(2+)晶体的荧光光谱、能量分辨率、发光产额及衰减时间等闪烁性能。实验结果表明:SrI_(2)Eu^(2+)晶体的发光光谱峰值位于436 nm,SrI_(2)Eu^(2+)晶体闪烁性能随晶体厚度减薄或伽马射线能量的提高而提升。3 mm厚度SrI_(2)Eu^(2+)闪烁体对1.173 MeV^(60)Co伽马射线的能量分辨率达到了2.74%,在^(137)Cs源伽马射线激发下,光产额达到1.23×10^(5)MeV^(-1),是传统NaI:Tl闪烁体光产额的3倍以上,与当前国际上报道的最好的实验结果相当。

LD脉冲泵浦Er^(3+)/Yb^(3+):Lu_(2)Si_(2)O_(7)晶体百kHz激光器

目前1.5μm激光二极管(Laser Diode,LD)泵浦的铒镱共掺玻璃/晶体被动调Q微型激光器广泛应用于激光测距、激光雷达等领域。随着激光器输出重频的增加,玻璃面临突出的热效应问题,晶体的热导率是玻璃的10倍以上,有望能够实现比玻璃基质更高重频的激光输出。报道了一种通过LD脉冲端面泵浦Er^(3+)/Yb^(3+):Lu_(2)Si_(2)O_(7)晶体的百kHz人眼安全激光器。通过实验优化增益介质掺杂浓度和长度、泵浦光斑尺寸和调Q晶体初始透过率等实验参数,同时适当缩短脉宽,优化泵浦占空比,提高了输出重频的稳定性。最终获得了重频为100 kHz、单脉冲能量0.7μJ、脉冲宽度240 ns、光束质量M^(2)=1.61的1537 nm脉冲激光输出。实现了输出脉冲频率与泵浦的一致,保证了输出重频的稳定性,有效解决了输出重频具有随机性、不稳定、不可控等问题。

TeO_(2)声光晶体及其声光器件的研究进展

随着激光技术的快速发展,声光器件在激光领域的应用逐步延伸,特别是在信号处理、时频转换等领域具有重要且不可替代的应用场景。TeO_(2)声光晶体因其优异的声光特性,常被作为声光器件的核心元件。本文首先概述了声光衍射的基本概念及声光作用原理,包括拉曼-奈斯(Raman-Nath)衍射和布拉格(Bragg)衍射,其次介绍TeO_(2)晶体结构、晶体生长工艺、缺陷分析及性能测试,然后介绍声光器件结构组成、核心元件制备工艺及目前典型的商业化声光器件产品,最后展望了TeO_(2)声光晶体及其声光器件的应用前景。

4-氨基-3,7-双(1H-四唑-5-基)-[1,2,4]三唑并[5,1-c][1,2,4]三嗪(DTTA)的晶体结构和热稳定性

为深入研究新型含能材料4-氨基-3,7-双(1H-四唑-5-基)-[1,2,4]三唑并[5,1-c][1,2,4]三嗪(DTTA)的相关性能。采用核磁共振谱(1H NMR、13C NMR)、红外光谱(IR)、高分辨质谱(HRMS)和X-射线单晶衍射仪等分析仪器对化合物的结构进行了表征。通过溶剂挥发的方式,在DMSO溶液中得到了DTTA的溶剂化物DTTA·2DMSO的晶体结构。结果表明:DTTA·2DMSO属于单斜晶系,空间群为P 21/n,a=4.630 2(5)?,b=23.278(3)?,c=17.069(2)?,140 K时晶体密度ρ=1.561 g·cm-3。测得其25℃下的粉末密度ρ=1.811 g·cm-3。采用Hirshfeld表面对晶体中各种近相互作用进行了分析,晶体内占主导地位的是N…H&H…N作用,占比高达52.4%。采用热重及差示扫描量热仪联用(TG-DSC)研究了DTTA的热分解性能,分解峰温为287℃。对DTTA的理论爆轰性能进行了研究,计算爆速为8 419 m·s-1,计算爆压为24.8 GPa。采用BAM感度测试仪测试了其冲击感度为24 J,摩擦感度大于360 N。用Kissinger法与Ozawa法分别计算了其活化能EK为200.25 kJ·mol-1,r为0.99,EO为199.38 kJ·mol-1,r为0.99。DTTA的综合性能较优异,可以作为一种有潜力的高能量密度炸药使用。

反蛋白石型黑TiO_(2)光子晶体的制备与光催化性能

采用硬模板法制备了反蛋白石型TiO_(2)光子晶体,对其氢化处理后得到黑TiO_(2)光子晶体(H-IOTiO_(2))。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱分析等手段,确定了H-IOTiO_(2)表面存在大量Ti^(3+)和O空位缺陷,导致吸收光谱的红移。催化剂的光催化活性采用有机染料的光催化降解来评价。发现染料罗丹明B(RhB)的降解符合拟一级动力学,H-IOTiO_(2)表现出最强的光催化活性(速率常数0.033min^(-1)),分别是是未热处理催化剂TiO_(2)(速率常数0.014min^(-1))和空气热处理催化剂(速率常数0.028min^(-1))活性的2.4和1.2倍。自由基淬灭实验证实:H-IOTiO_(2)在光照下能够产生更多的活性氧化基团,特别是·O_(2)^(-)和·OH自由基;证实了H-IOTiO_(2)表面缺陷的存在可以显著加速表面氧还原过程,最终体现为样品光催化活性的显著提升。

大尺寸高质量CsCu_(2)I_(3)晶体生长与发光性能研究

全无机CsCu_(2)I_(3)晶体属于正交晶系,空间群为Cmcm,具有一维钙钛矿结构,有望在光电器件方面获得广泛应用。本文采用重结晶提纯后的CuI为原料,通过垂直坩埚下降法生长得到1英寸(1英寸=2.54 cm)透明高质量CsCu_(2)I_(3)单晶。利用X射线粉末衍射和热重分析研究了该晶体的物相和稳定性;通过紫外可见透过光谱、光致发光光谱、荧光寿命和荧光量子产率等表征手段研究了该晶体的发光性能。此外,还测量了100~250 K条件下的变温荧光,发现随温度升高,电子-声子的耦合增强,导致光致发光强度下降,晶体的激子结合能E_(b)为98.12 meV。研究表明CsCu_(2)I_(3)晶体具有良好的光学性能。

SARS-CoV-2主蛋白酶的表达、纯化和一种新型晶体结构的研究

新型冠状病毒SARS-CoV-2的主蛋白酶(Main Protease, Mpro),也称为3-糜蛋白酶样蛋白酶(3CLpro),在病毒复制的过程中发挥核心作用。Mpro的结构和功能在β-冠状病毒中相对保守,在人体内没有同源蛋白,因此是抗病毒药物开发的关键靶点。本研究完成了SARS-CoV-2 Mpro的原核表达与纯化,获得具有高纯度和高均一性的蛋白质样品。利用气相扩散坐滴法开展了Mpro的结晶筛选,获得单晶体后将其浸泡在由谷胱甘肽包裹的金团簇纳米材料溶液中,成功解析了仅有第156位半胱氨酸结合一个金离子的一个新型X射线衍射晶体结构。结构分析发现,Mpro蛋白的Cys156结合金离子后Asp153~Cys156区域的构象发生了~0.6 Å的偏移,推测该构象变化进一步通过变构效应抑制Mpro的生物功能,为新冠病毒的纳米型抑制剂的研发提供了新的信息。

大尺寸优质Cr^(3+)∶BeAl_(2)O_(4)晶体生长与性能研究

本文采用感应加热提拉法结合上称重自动控径技术,成功生长出大尺寸、高质量的翠绿宝石(Cr^(3+)∶BeAl_(2)O_(4))晶体。晶坯等径圆柱体尺寸达到ϕ70 mm×140 mm,晶坯质量超过2800 g。通过冷光源照射晶坯,发现晶坯中心区域ϕ10~15 mm存在气泡。采用5 mW绿光激光照射ϕ8 mm×130 mm的翠绿宝石晶体棒,晶体内部无散射颗粒。利用Zygo激光平面干涉仪对晶体棒进行测试,波前畸变为0.3λ@632.8 nm。用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定了翠绿宝石晶体的铬离子掺杂浓度,并计算出轴向浓度梯度为0.5×10^(-4)~1.9×10^(-4)cm^(-1)(摩尔分数)。用Perkin Elmer Lambda-950紫外可见近红外分光光度计测试了不同掺杂浓度的翠绿宝石晶体在室温下的吸收光谱,并计算了吸收系数。这些研究结果为翠绿宝石晶体的应用提供了重要的基础数据。

ZIF-8/TiO_(2)复合介观晶体的制备及光催化活性

TiO_(2)的微观形貌、颗粒尺寸及比表面积是影响其光催化活性的重要因素,介观晶体是一类由无机纳米粒子沿着相同的结晶轴方向有序排列的超结构材料,在光催化领域具有重要的研究价值。本工作分别以六氟钛酸铵和硼酸为钛源和氟离子捕获剂,以无水乙醇和去离子水的混合溶液为溶剂,采用简单绿色的方法制备了NH4TiOF3介观晶体前驱体,然后用硼酸溶液酸洗,使NH4TiOF3介观晶体通过拓扑转变形成TiO_(2)介观晶体。最后采用沸石咪唑骨架材料ZIF-8纳米粒子对TiO_(2)介观晶体进行修饰,制备了ZIF-8/TiO_(2)复合介观晶体材料,并研究了其光催化降解亚甲基蓝的活性。实验结果表明,ZIF-8纳米粒子能够均匀生长在TiO_(2)介观晶体表面,形成比较致密的包覆层。ZIF-8/TiO_(2)复合介观晶体光催化剂具有较高的比表面积和较窄的禁带宽度,其光生电子和空穴的分离效率得到一定程度的提高。其中,样品M-TiZIF-2(加入4 mmol硝酸锌的复合介观晶体)展现出最高的光催化活性,其一级反应速率是TiO_(2)介观晶体的42倍,是ZIF-8单元材料的16倍。总之,在ZIF-8纳米粒子和TiO_(2)介观晶体的协同作用下,ZIF-8/TiO_(2)复合介观晶体材料显示出更优异的光催化性能。

6-氟-4-羟基-3-氧代-3,4-二氢喹喔啉-1(2 H)-羧酸叔丁酯的合成、晶体结构及抗肿瘤活性研究

喹喔啉类化合物由于具有显著的生物活性而被广泛应用于医药、化工领域,特别是抗癌药物研发领域。本文通过四步反应法首次合成了6-氟-4-羟基-3-氧代-3,4-二氢喹喔啉-1(2 H)-羧酸叔丁酯,经溶液结晶法获得其单晶体。晶体学分析表明,该化合物属单斜晶系,空间群C2/c,晶胞常数a=1.28663(10)nm,b=2.25249(17)nm,c=1.01564(7)nm,Z=8,ρ_(c)=1.359 g·cm^(-3),R=0.0538,R_(w)=0.1406。在B3LYP/6-311+G(2d,p)模式下使用密度泛函理论(DFT)计算了该化合物的最佳结构,与X射线单晶衍射确定的晶体结构基本一致。抗肿瘤活性研究表明其有良好的抗肿瘤作用。此外,通过DFT计算了分子的静电势和前沿分子轨道。

SiO_(2)光子晶体的制备及其在增强上转换发光的应用

用改进的St?ber法制备了均一分散的SiO_(2)微球。探讨了不同温度环境和正硅酸乙酯(TEOS)的用量对生成微球粒径大小的影响。用扫描电子显微镜、分光光度计、X射线衍射仪紫外-近红外吸收发射光谱仪等仪器对粉末和薄膜的形貌与光学性能进行表征。结果表明:随着温度的增加,微球的粒径不断减小。TEOS试剂的用量增加,生成微球的粒径也随之增加。讨论了不同温度的自组装环境对光子晶体自组装的影响。结果表明,当自组装温度为55℃时制备的二氧化硅光子晶体薄膜质量最高。用980 nm激发光对旋涂在玻璃基板和光子晶体上的上转换薄膜进行发光测试,红光发光增强1.72倍,绿光发光增强1.93倍。这是由于带隙位于激发光波段的光子晶体表面具有高光子态密度,能够增强发光粒子周围电磁场强度,提高了电子跃迁的几率,从而增强了荧光强度。

Tl^(+)掺杂Cs_(2)BaBr_(4)晶体的闪烁性能

以高纯度BaBr_(2)、CsBr、TlBr为原料,采用高温固相反应法合成了不同掺杂量的Cs_(2)BaBr_(4):Tl^(+)多晶料原料,通过坩埚下降法生长了不同掺杂量的Cs_(2)BaBr_(4):Tl^(+)晶体。测试了晶体的闪烁性能,主要有光致发光、X射线激发发射谱及在紫外光激发下的衰减时间。结果表明,晶体在265 nm激发波长下测得发射光谱中可观察到两个Tl^(+)离子的发射峰,分别为366 nm和450 nm。在紫外激发下,Cs_(2)BaBr_(4):1%Tl^(+)、Cs_(2)BaBr_(4):2%Tl^(+)、Cs_(2)BaBr_(4):4%Tl^(+)晶体的衰减时间分别为1.6、1.7和1.35 us。本研究主要了对比不同Tl^(+)掺杂量的Cs_(2)BaBr_(4)的性能,为生长大尺寸探测用闪烁晶体的研究提供依据。

γ-LiAlO_2晶体的生长缺陷研究

γ LiAlO2 晶体是一种非常有前途的GaN衬底材料 ,本文利用化学腐蚀光学显微术和同步辐射X射线形貌术研究了LiAlO2 晶体的缺陷。结果表明 ,提拉法生长的γ LiAlO2 晶体中的缺陷主要为位错、包裹物和亚晶界。并发现在其 (10 0 )晶片上的腐蚀形貌两面有较大差异。

一种新1H-1,2,3-三唑-4-甲酰胺化合物的合成、晶体结构和氢键研究

合成了一种新的5-甲基-N,1-(二-对甲苯基)-1H-1,2,3-三唑-4-甲酰胺化合物并研究了晶体结构和氢键构成.通过元素分析、核磁共振、质谱、红外光谱对目标化合物进行了表征.化合物的化学式为C_(18)H_(18)N_(4)O,Mr=306.36,晶体属于单斜晶系P21/c空间群中,其晶胞参数为a=1.03251(3)nm,b=0.74042(2)nm,c=2.11902(6)nm,α=90°,β=99.1250(10)(°),γ=90°,V=1.59947(8)nm^(3),Dx=1.272 g5cm^(-3),Z=4.最终R值为0.0429.对目标化合物的芳香体系和氢键体系进行了讨论,并展示了分子晶体在不同平面方向的密堆积.

MoO_(2)薄膜涂覆的超高灵敏度光子晶体光纤传感器

Au、Ag等贵金属在光子晶体光纤中表现出了优良的性能,但高昂的成本限制了其进一步发展,因此迫切需要开发具有低成本和高电荷载流子密度的新型表面等离子体激元材料。提出了一种廉价的基于MoO_(2)纳米薄膜涂覆的超高灵敏度D型光子晶体光纤传感器,该传感器实现了分析物折射率从1.38~1.43范围的传感检测,并且通过调整光纤结构参数得到了最优结构,实现了x偏振方向高达24000 nm/RIU的超高平均灵敏度,表明MoO_(2)作为等离子传感材料在光纤传感领域有极大的应用潜力。

两步法合成1,4-二(2-苯并咪唑)苯及其与不同溶剂分子的晶体结构

以邻苯二胺和对苯二甲醛为原料,在乙醇溶剂中于4℃的冰箱内反应制备新化合物1,4-二[苯胺-2-(E)-亚甲氨基]苯中间体,该中间体在体积比为5∶1的乙酸乙酯与甲醇的混合溶剂中于室温下与空气反应得到产物1,4-二[2-苯并咪唑基]苯,产物分别在N,N-二甲基甲酰胺及体积比为1∶1的三氟乙酸水溶液中析出晶体,其结构通过单晶X-射线衍射进行表征。实验结果表明,两步法合成实验操作简便、成本低廉,目标产物可与不同的溶剂及水分子形成三元结合物,且均为三斜晶系,P-1空间群。

基于2-吡啶甲醛肟配体的Ni_(2)^(Ⅱ)Zn_(2)^(Ⅱ)簇配合物的合成、晶体结构、磁性及光催化性能(英文)

在溶剂热条件下,以2-吡啶甲醛肟(HL)为主配体,Zn(OAc)_(2)·2H_(2)O和NiCl_(2)·6H_(2)O为金属盐,合成了一个Ni_(2)^(Ⅱ)Zn_(2)^(Ⅱ)簇配合物[Ni_(2)Zn_(2)(L)_(4)Cl_(2)(CH_(3)O)_(2)](1),通过元素分析、红外光谱、单晶X射线衍射等对其结构进行了表征。研究了该配合物的磁性及光催化降解染料的性能,结果表明:配合物1属于正交晶系,Pna21空间群,其分子中包含2个NiⅡ离子,2个ZnⅡ离子,4个L-配体,2个Cl-离子和2个CH_(3)O-离子。磁性研究表明NiⅡ…NiⅡ离子间存在弱的反铁磁相互作用。光催化降解染料的研究结果表明该配合物对甲基橙和罗丹明B有较好的降解活性,降解率分别达到83.9%和71.1%。进一步探讨了光催化降解染料的作用机理。