中长波Cr^(2+)/Fe^(2+)∶CdSe激光晶体生长及元件制备

本文采用自主研发的双温区真空石墨加热单晶炉,通过钼坩埚密封布里奇曼法成功生长出了Cr^(2+)∶CdSe晶体和Fe^(2+)∶CdSe晶体,晶体尺寸达Φ51 mm×110 mm。Cr^(2+)∶CdSe晶体和Fe^(2+)∶CdSe晶体分别在1400~2400 nm和2500~5200 nm波段存在明显的吸收,同时,Cr^(2+)∶CdSe晶体和Fe^(2+)∶CdSe晶体在7~15μm波段透过率均接近CdSe晶体透过极限(~70%),换算吸收系数约为0.005 cm^(-1)。采用钼坩埚密封布里奇曼法制备的Cr^(2+)/Fe^(2+)∶CdSe晶体具有过渡金属离子掺杂浓度可控、掺杂均匀、晶体品质高等优点,可同时作为中波红外激光晶体和长波红外非线性光学晶体材料。

Er^(3+)/Yb^(3+)/Pr^(3+):SrLaGaO_(4)晶体的光谱分析及中红外发射增强

采用非化学计量配比的提拉法成功生长出Er^(3+)/Yb^(3+)/Pr^(3+):SrLaGaO_(4)晶体、Er^(3+)/Yb^(3+):SrLaGaO_(4)和Er^(3+):SrLaGaO_(4)晶体并进行了详细的光谱分析,同时对纯的SrLaGaO_(4)晶体进行了热学性能分析。与Er^(3+):SrLaGaO_(4)晶体相比,Er^(3+)/Yb^(3+)/Pr^(3+):SrLaGaO_(4)晶体不仅展示了更好的吸收特性,而且还表现出较弱的近红外发射,以及优异的中红外发射;Er^(3+)/Yb^(3+)/Pr^(3+):SrLaGaO_(4)晶体中2.7μm铒激光下能级4I13/2的荧光寿命显著减少,而上能级4I11/2的寿命略微下降,成功抑制了自终止效应。此外,本工作还研究了Er^(3+)/Yb^(3+)/Pr^(3+):SrLaGaO_(4)晶体中Yb^(3+)的敏化作用和Pr^(3+)离子的去激活作用以及能量传递机制。总之,引入Yb^(3+)和Pr^(3+)有利于在Er^(3+)/Yb^(3+)/Pr^(3+):SrLaGaO_(4)晶体中实现增强的2.7μm发射,这使其成为中红外激光有前途的候选材料。

硅酸钛钡高温压电晶体及其传感器件研究进展

压电材料作为重要的功能材料,由其制备的结构健康检测器件已被广泛应用于国民经济的诸多领域。随着现代工业技术特别是航空航天、核电能源和智能制造等的发展,各类高温工况环境对压电材料的性能提出了更高的要求,因此研制综合性能优异的高温压电材料并将其应用到具有更高服役温度的传感器件中受到了研究者的广泛关注。硅酸钛钡(Ba_(2)TiSi_(2)O_(8),BTS)晶体具有较高的电阻率、较低的介电损耗和优良的压电性能,是一种具有良好应用前景的高温压电单晶材料。本文主要介绍了BTS晶体的提拉法生长制备工艺、单晶电弹性能表征、材料相变调控以及采用该晶体为核心元件研制的声表面波传感器和高温振动传感器的研究进展,最后对新型高温压电晶体及其传感器件的研发进行了总结和展望。

Pr,Yb,Ho:GdScO_(3)晶体生长及光谱性能

2.7-3.0μm波段激光在很多领域具有重要应用,为探索和发展该波段新型晶体材料,本文采用提拉法生长出Pr,Yb,Ho:GdScO_(3)晶体,通过共掺入Pr3+离子以达到衰减Ho^(3+):^(5)I_(7)能级寿命的目的.采用X射线衍射测试得到了晶体的粉末衍射数据,测量了拉曼光谱,并对晶体的拉曼振动峰进行指认,对Pr,Yb,Ho:GdScO_(3)晶体的透过光谱、发射光谱和荧光寿命进行表征.Yb^(3+)的最强吸收峰在966 nm,吸收峰半峰宽为90 nm;2.7-3.0μm波段最强发射峰在2850 nm,半峰宽为70 nm;Ho^(3+):^(5)I_(6)和^(5)I_(7)能级寿命分别为1094μs和56μs.与Yb,Ho:GdScO_(3)晶体相比,Yb^(3+)的吸收峰和2.7-3.0μm的发射峰半峰宽明显展宽,同时下能级寿命显著减小,计算表明Ho^(3+):^(5)I_(7)与Pr^(3+):^(3)F_(2)+^(3)H_(6)能级之间能实现高效的能量传递.以上结果表明Pr,Yb,Ho:GdScO_(3)晶体是性能更优异的2.7-3.0μm波段激光材料.

大功率射频Si-VDMOS功率晶体管研制

介绍了大功率射频硅-垂直双扩散金属氧化物场效应晶体管(Si-VDMOS)的研制结果,采用栅分离降低反馈电容技术、多子胞降低源极电感技术等,从芯片原理着手,比较分析两种芯片结构设计对反馈电容的影响,以及两种布局引线对源极电感的影响,并研制出了百瓦级以上大功率射频Si-VDMOS功率晶体管系列产品。产品主要性能如下:在工作电压28 V及连续波下,采用8胞合成时,225 MHz输出功率达200 W以上,500 MHz输出功率达150 W以上;进一步增加子胞数量,采用12胞合成时,225 MHz输出功率达300 W以上,同时具备良好的增益及效率特性,与国外大功率射频Si-VDMOS功率晶体管的产品参数相比,达到了同类产品水平。

具有巨大光学各向异性的新型晶体C_(3)H_(8)N_(6)I_(6)·3H_(2)O

光学各向异性,如折射率各向异性(即双折射)和线性吸收二向色性,为操控光与物质之间的相互作用提供了额外的自由度。相关晶体材料对光的偏振态操控、3D成像、超高分辨率传感和量子光学等领域具有重要意义。然而目前商用的光学各向异性晶体具有显著局限性,特别是双折射晶体,其双折射率普遍较低,这使得它们难以满足光子信息领域对高效紧凑光学设备的需求。

我国1000 kg级超大蓝宝石晶体生长技术取得重要突破

作为大尺寸蓝宝石晶体的行业龙头企业,天通控股股份有限公司、天通银厦新材料有限公司近年来一直致力于突破大尺寸蓝宝石晶体生长和大尺寸蓝宝石衬底片的加工制备技术。2023年10月,公司采用自主研发的核心装备生长出超大尺寸蓝宝石晶体,晶体质量达1080 kg,高800 mm,直径750 mm(最大直径)。经5个多月的工艺优化稳定,目前已进入中试生产阶段。此项目先后成功突破具有自主知识产权的大型泡生法晶体生长炉制造、多温区热场设计制造、大尺寸晶体开裂控制工艺等多项技术壁垒,刷新了新的世界纪录,极大地推动了上、下游产业技术发展,提高了公司在蓝宝石材料相关产业的核心竞争力。

超分子手性晶体工程学

晶体工程学是在超分子自组装基础上发展起来的,跨越晶体学、材料科学、合成化学的交叉学科。超分子手性晶体工程属于晶体工程学的一大分支,运用晶体工程学原理和方法设计手性超分子合成子,构筑出手性超分子晶体材料,并进一步探讨对映体选择性识别分离和催化方面的应用前景。

坩埚底角形状对提拉法生长同成分铌酸锂晶体的影响

铌酸锂晶体集压电、非线性、电光、光折变等效应于一身,同时其物理化学性质稳定,在集成光学领域极具应用潜力。然而,大尺寸铌酸锂晶体生长的热场设计难度大,其中坩埚形状作为热场设计的重要因素,对晶体生长的影响显著。坩埚直径和高度受制于装料量和晶体直径等硬性约束,因此通常通过改变坩埚局部的形状以改善热场。针对坩埚底角形状对大尺寸同成分铌酸锂晶体生长的影响,本研究使用两种底角形状的坩埚进行了四英寸同成分铌酸锂晶体生长实验。通过数值模拟,分析了坩埚底角形状对固液界面附近晶体内和熔体内轴向温度梯度的影响,以及对固液界面下方熔体内温度分布的影响,进而结合晶体生长结果分析了坩埚底角形状对晶体生长的影响。研究表明:坩埚底角形状的变化会引起坩埚侧壁上温差的变化和熔体内温度梯度的变化,并改变熔体自然对流的强弱;与底部斜角坩埚相比,使用底部弧角坩埚时,固液界面附近晶体内和熔体内的轴向温度梯度较大,固液界面下方熔体内的轴向温度梯度较大,自然对流更强。这一研究结果有助于解决晶体生长脊展宽和胞状界面生长等问题。

高效稀土上转换纳米晶体合成

详细介绍了上转换纳米晶体的主要合成方法及其优缺点.共沉淀法具有产率高、易大规模制备等优点,但后续需要煅烧结晶,晶体形貌控制较差.水热/溶剂热法能够制备结晶性良好、尺寸均一的纳米晶体,但其发光性能的可调控性相对较差.热分解法能够获得粒径均一的纳米晶体,但需要使用预先制备的金属前驱体.晶种介导的高温生长法和阳离子交换法均可优化晶体的形貌与功能,易获得尺寸分布均一、光学性能优异的上转换纳米晶体.通过主体材料优化、纳米晶体结构设计和仿真设计指导等方法,可以有效提高纳米晶体的发光效率,优化后合成的纳米晶体在生物成像和疾病诊断中展示出良好的应用前景.

透射电镜表征晶体结构的程序设计原理

表征晶体结构是透射电镜(TEM)的常规分析工作.文章介绍了在透射电子衍射方法下任意单晶体结构与衍射花样之间的关系.为了简化仪器操作和透射电子衍射数据分析,根据前述晶体结构与衍射花样的关系运用Python计算机语言设计智能化采集单晶透射电子衍射数据的操作系统和衍射数据分析程序.介绍了分析程序的主要功能,软件根据输入实际的TEM衍射花样计算出晶体结构、晶胞参数及衍射晶面指数.另外,软件还可以计算出任意晶体在某一取向下的衍射花样特征,例如计算了立方、四方、正交、六方和菱方晶系单晶在基本晶带轴下衍射花样特征.结果为材料研究者表征单晶结构提供了参考或有用的工具.

自然时效态2198铝锂合金板材各向异性晶体塑性有限元模拟

基于电子背散射衍射(EBSD)数据建立了自然时效态2198铝锂合金板材的晶体塑性有限元模型,并利用控制变量法研究了5个塑性基本参数(初始硬化模量、应变率敏感系数、参考应变率、初始临界分剪切应力和饱和流动应力)对塑性变形行为的影响,通过引入代价函数,并对各个塑性参数进行优化,最终得到了能够描述自然时效态2198铝锂合金板材各向异性的塑性参数,所预测的沿RD和TD方向的应力-应变曲线与试验结果符合较好。通过晶体塑性有限元法,预测了自然时效态2198铝锂合金板材单向拉伸过程中晶体取向演变与12个滑移系对塑性变形的贡献。发现(111)[10-1]滑移系对自然时效态2198铝锂合金板材单向拉伸的塑性变形贡献最大。沿RD方向拉伸时,自然时效态2198铝锂合金板材出现强烈的[011]//TD织构。

氟化物磁光晶体的研究进展与应用

光通信技术发展迅速,激光平均功率不断提高,磁光隔离器是保证激光单向传输、维持光学系统稳定高效工作的基础,而磁光介质作为磁光隔离器的核心部件也因此得以快速发展。首先简要介绍了几种磁光材料以及当前广泛应用的石榴石磁光晶体的缺点、法拉第效应的原理和应用,随后系统分析了作为新一代磁光晶体的各类氟化物磁光晶体的优缺点,最后展望了CeF_(3)磁光晶体潜在的应用前景以及未来氟化物磁光晶体的发展趋势。

Nd^(3+):GdScO_(3)晶体场能级及拟合分析

采用提拉法生长出了钕掺杂钪酸钆晶体(Nd^(3+):GdScO_(3)),通过低温吸收光谱和室温发射光谱,对其中Nd^(3+)的实验能级进行分析指认,确定了Nd^(3+):GdScO_(3)的66个实验Stark能级,拟合了其自由离子参数和晶体场参数,拟合均方根误差为13.17 cm^(–1).与Nd^(3+):YAP和Nd^(3+):YAG相比,Nd^(3+):GdScO_(3)的晶场强度较弱.弱的晶体场强度有可能是Nd^(3+):GdScO_(3)晶体具有优良激光特性的原因之一.本文数据集可在https://www.doi.org/10.57760/sciencedb.15702中访问获取.

带狄拉克源的超低功耗负电容晶体管研究

由于电子/空穴随能量的分布受玻尔兹曼限制,场效应晶体管在室温下的亚阈值摆幅(SS)无法低于60 mV·dec^(-1),这使得晶体管的功耗无法进一步减小.而狄拉克源晶体管和负电容晶体管分别通过不同的方式实现了低于60 mV·dec^(-1)的陡峭SS,为降低晶体管功耗提供了新的途径.该文首次在实验上将两个物理过程结合起来,实现了带狄拉克源端的超低功耗负电容晶体管.所制备的器件实现了低于60 mV·dec^(-1)的陡峭SS,开态电流能够达到10μA量级,关态电流低于0.1 pA,整体的电流开关比超过8个数量级,器件的栅极电容匹配良好且回滞可忽略.该工作为超低功耗电子器件领域提供了新的可能.

基于局域共振型声子晶体塔筒结构海上风机减振特性研究

针对海上风机的振动控制问题,提出一种局域共振型声子晶体塔筒结构,基于周期结构的Bloch定理,采用有限元法计算该结构的能带结构、特征模态所对应的位移场以及相应有限周期声子晶体塔筒结构的振动传输曲线,对其展现出的带隙特性进行分析。基于局域共振带隙的形成,研究声子晶体塔筒结构的振动控制问题,可将其应用于不同海洋环境中海上风机特定频率的减振。得出声子晶体塔筒结构在xy平面内与z方向上受激励时的振动传输曲线,选取两者在特定频率下的结构位移图分别进行分析,计算出非理想化声子晶体塔筒结构在xy平面内与z方向上受激励时的振动传输曲线并加以对比。研究各参数对声子晶体塔筒结构带隙衰减频段的影响规律,通过合理调整设计参数,可以实现结构特定范围内的低频隔振,证明其在复杂海洋环境中海上风机减振方面具有很好的应用前景。

沙漏型声子晶体的中低频隔声减振性能研究

针对机械工业装备上难以解决的低频振动与噪声问题,提出一种小尺寸、轻量化的新型声子晶体结构,研究其隔声减振特性,通过有限元仿真计算该声子晶体无限周期排列时的隔声量、能带结构以及有限周期排列时的振动响应,分析该结构的隔声机理及减振特性,并研究了关键几何参数、散射体材料和声波入射角度对该结构的隔声特性的影响规律,以及板结构减振频带的拓宽方法.结果表明:该声子晶体结构在1 000 Hz以下频率范围内具有优越的隔声减振性能,通过将不同参数的结构进行组合的方法可以拓宽声子晶体板的减振频带,为工程结构的中低频隔声减振及声子晶体的应用提供了新的思路与可行性参考.

晶体结构对螺栓声弹性应力测量的影响研究

以45#中碳钢为对象,通过不同的热处理工艺加工3种不同晶体结构的实验样品,分析不同晶体结构超声纵波和横波的声弹性效应。试验结果表明螺栓应力测量超声纵波灵敏度优于横波,材料晶体结构对声弹性的线性度以及重复性影响较大,并可通过增加应力强化循环次数进行改善,在制备的3种晶体材料中,以马氏体为主的中碳钢材料最适合于声弹性应力测试。

黄河冰花冰晶体结构及内部气泡分析

黄河冰花冰物理性质独特,对冰凌的生消演变有很大影响。为深入认知冰花冰晶体结构的物理特性,利用冰样采样器对黄河头道拐河段的冰花冰进行采集,利用费氏台获取冰花冰的图像,分析冰晶体及气泡细观结构特征。结果表明:在垂直方向上,冰晶体的平均等效直径范围为1.48~5.85 mm,随深度增加逐渐增大;在同一水平面内,冰晶体粒径差别明显,微小晶粒占比较大;冰花冰主要由0.1~7.0 mm的晶粒组成,直径为0.1~1.0 mm的微小晶粒占比为47.54%;冰花冰气泡平均等效直径在0.3~0.7 mm之间变化,随深度增加逐渐增大;气泡含量在1.90%~6.76%波动,随着深度增加逐渐减小。

国外核设施单位放射工作人员眼晶体剂量监测现状及启示

国际社会对眼晶体职业剂量限值修订已有10余年,其间已有多个国家将新的眼晶体职业剂量限值纳入法律规定。国外资料显示核设施部分岗位眼晶体剂量可能较高,一些国家提出了眼晶体剂量监测的具体方案,但国内相关信息缺乏。本文在对国外核设施职业人群眼晶体剂量水平梳理基础上,对国外机构提出的眼晶体剂量监测对象、监测剂量水平要求及采用的监测方法等进行了综述,以期为我国核设施单位眼晶体剂量限值修订及相关工作的开展提供借鉴。