大尺寸ZnGeP2单晶生长与大尺寸晶体器件制备

磷锗锌(ZnGeP2,ZGP)晶体是一种性能十分优异的中红外非线性光学材料。本研究采用自制的双温区管式炉成功合成出高纯ZGP多晶,单次合成量达到600 g;采用超微梯度水平冷凝法(0.5~1℃/cm)成功生长出55 mm×30 mm×160 mm的大尺寸ZGP单晶;通过工艺优化、定向、切割、退火、抛光和高能束流辐照等处理工艺,成功实现大口径(12 mm×12 mm×50 mm)ZGP晶体器件制备,器件在2.09μm的吸收系数仅为0.03 cm^-1,可以用于大能量和高平均功率红外激光输出。

直径200毫米CaF_2单晶体生长

我们采用一种特定设计的Bridgman Stockbarger炉 ,已经稳定地生长出直径 2 0 0mm ,高1 70mm的CaF2 晶体 ,晶体初端与终端有时出现较明显的光散射、亮点及包裹体。晶体初始端主要缺陷是零星分布散射亮点 ,而散射光柱则很轻 ;晶体终端出现 30mm左右的指向终端逐渐变重的散射光柱。进一步试验表明 ,通过改进工艺 ,端部效应影响可以得到有效地改进。大尺寸CaF2 单晶体生长工艺技术的成熟主要表现在晶体结构完整性好 ,其次是低角度晶界处的光学连续性好。大尺寸单晶体的制做中 ,结构完整性无论对晶体光学性能还是对元件制做都是至关重要的。决定结构完整性的关键因素是炉内温场分布 ,其次是工艺参数的选取及合理匹配。在低角度晶界界面上 ,应该不存在杂质沉积或者说杂质沉积甚微 ,无微气泡层出现。界面光学连续性好 ,光波通过此处无明显的波前畸变发生。结构完整性好的晶体 ,通过精密退火 ,应力可达到 5～ 8nm/cm ,保证各种光学元件的加工制做及材料性能的要求。目前这些晶体已经进入国内外市场 ,被加工成1 90mm、1 5 7mm以及98mm光学透镜及窗口。

DD2单晶合金激光表面重熔过程中熔区组织预测

利用晶体生长的最小过冷度判据．对DD2单晶合金激光重熔过程中重熔区组织的生长速度进行了分析．建立了枝晶尖端主长速度与激光荣扫描速度和固液界面前进速度的关系,根据此分析时熔池组织进行了预测,并与实验结果进行了比较,发现激光熔池中枝晶组织的生长方向强烈地受基材晶粒取向和激光束扫描方向的影响,枝晶生长条件下．择优取向对枝晶生长方向的影响要较热流的影响大,理论预测与实验结果相吻合。

用于红外激光传输及光纤传感应用的矩形Y_2O_3-ZrO_2单晶光波导

通过精确的切割和良好的抛光 ,从Y2 O3 稳定的ZrO2 块状单晶制得可用于红外激光传输及光纤高温传感的高品质Y2 O3 ZrO2 单晶矩形光波导 .获得的矩形波导截面大于 1mm× 1mm ,长度在 4 5mm～ 6 5mm之间 .波导的光学性能比用常规LHPG系统生长的Y2 O3 ZrO2 单晶光纤优越得多 ,在 90 0nm波长处的光学损耗小于 0 .0 3dB cm ,对 1.0 6 μmNd :YAG激光脉冲的损伤阈值为 0 .98MW cm2 ,并且能耐受 2 30 0℃的高温 .实验结果表明 ,这些波导有望在红外激光传输和 2 0 0 0℃以上的高温光纤传感等领域得到应用 .

RbBe_2BO_3F_2单晶的水热法生长晶体形态和表面微形貌的研究

报道了水热法生长RbBe_2BO_3F_2（RBBF）晶体的结果。在实验中以熔盐法RBBF碎晶料为培养料,分别以Rb_2CO_3和RbF为矿化剂溶液,在生长温度T=400℃~500℃,温差△T=10℃~30℃的条件下,生长出了c轴厚度超过5mm的大尺寸的RBBF单晶。结合水热法生长工艺,描述了水热法RBBF晶体的形态,分析了水热法生长RBBF单晶的条件,研究了（0001）面的生长阶梯和凹坑等表面微形貌的形成机理。

YbBi_2单晶的磁化特性研究

研究了 Yb Bi2 单晶磁化强度和温度的关系以及 Yb Bi2 单晶在 2 K时的磁化特性 .实验发现 Yb Bi2 单晶在 2 K以上没有表现出超导电性 ;在 1 .5 K以上 Yb Bi2 单晶是一种顺磁质 ;它在 5 5

TiO_2单晶面负载贵金属Ag形貌及其催化活性

采用水热法合成90%以上高暴露单晶面TiO_2(001)、(101)和(010),并通过光沉积方法负载贵金属Ag,光照20 min后,由于不同晶面具有不同的原子排布和电子结构,其负载的Ag的粒径不同,TiO_2-101晶面上Ag的粒径为(12.5±5)nm,TiO_2-010晶面上Ag的粒径为(17.5±5)nm,而TiO_2-001晶面上Ag的粒径为(25±15)nm。可见光催化降解罗丹明B(Rh B)实验表明,不同晶面负载Ag后降解能力不同;荧光及瞬态荧光表明,Ag/TiO_2-010的电子空穴复合弱于Ag/TiO_2-001及Ag/TiO_2-101,故其光催化降解速率为1.032 h-1,强于后两者;固体紫外分析显示,Ag的粒径越小,表面等离子体共振(SPR)效应越强,Ag/TiO_2-101的光催化活性强于Ag/TiO_2-001;自由基捕获结果表明,Ag/TiO_2-001、Ag/TiO_2-101和Ag/TiO_2-010降解Rh B的主要活性自由基是空穴(h+)和羟基自由基(·OH)。

MOCVD法制备SnO2单晶薄膜的结构和光学性质

用金属有机物化学气相沉积（MOCVD）法在蓝宝石（0001）衬底上制备出高质量的氧化锡（SnO2）单晶薄膜。对制备薄膜的结构和光学性质进行了研究。制备样品具有纯snO2的四方金红石结构，其外延生长方向为SnO2（100）∥Al2O3（0001）。薄膜均匀、致密，具有很好的取向性和结晶性。透射谱测量结果表明，在可见光区薄膜的绝对透过率达到了90％以上。

FeSi_2单晶化学气相生长

利用化学气相输运方法,以碘作为传输剂,在封闭的石英安瓿中制备出了优质新型的光电及热电半导体材料β-FeST2单晶。在大量实验基础上深入研究了生长工艺对单晶质量、形态的影响,除了得到大尺寸针状β-FeSi2单晶外,还获得了大尺寸颗粒状单晶.通过改变衬底温度,得到了四面体柱状优质的α-FeSi2单晶.

DD2单晶合金激光表面熔凝处理的组织特征及微观偏析行为

利用激光快速熔凝技术对DD2单晶合金在超高温度梯度和快速凝固条件下的组织形态和元素的微观偏析行为进行了研究。实验结果表明激光重熔后微观组织较铸态组织显著细化 ,枝晶间析出相被抑制 ,合金元素的微观偏析行为大为改善。

高压下Td-WTe_2单晶体材料的拉曼光谱研究

采用入射方向平行于晶体c轴的532nm激光作为激发光源,测量了Td-WTe2单晶体材料在0~17.0GPa压力下的拉曼光谱,并结合第一性原理计算,对常温常压下Td-WTe2单晶体材料的拉曼振动模式进行了分析。实验结果表明：随着压力的增加,层间振动模式对应的拉曼峰峰位随压力移动的速度比层内振动模式快,即压力对层间振动模式的影响强于层内振动模式;位于79.0cm-1的拉曼峰归属为层间振动模式,与其他层间振动模式不同,其受压力的影响是所有振动模式中最弱的。最后,分析并讨论了压力对Td-WTe2单晶体材料的层间和层内振动模式的影响。

SiO2纳米颗粒内嵌强化介孔TiO2单晶光催化降解盐酸四环素

吸附性能和光生载流子的分离效率是决定光催化降解抗生素的主要因素.为提高介孔TiO_2单晶(MSCs)的吸附性能和光生载流子的分离效率,在MSCs内部构建SiO_2纳米颗粒吸附结构.同时,利用表面光电压谱、氮气等温吸附-脱附、X射线衍射等研究其结构特性.最后,以盐酸四环素为抗生素代表,通过控制SiO_2纳米颗粒比表面积,考察SiO_2对复合材料吸附及光催化性能的影响.结果表明,SiO_2纳米颗粒与TiO_2单晶复合显著提高了材料的吸附性能,表面保护蚀刻进一步提升了材料的比表面积.实验条件下,高比表面积SiO_2-TiO_2单晶复合材料(KSiO_2@TiO_2)对盐酸四环素的平衡吸附量、降解效率、降解速率常数和矿化率分别达到了0.96 mg·g-1、90.2%、0.0079 min-1、54.4%,分别是MSCs的4.4、1.5、2.6和3.1倍.副产物分析表明,SiO_2复合介孔单晶材料更易将盐酸四环素降解为小分子物质.

β-Ga_2O_3单晶浮区法生长及其光学性质

用浮区法生长得到了宽禁带半导体材料β-Ga2O3单晶,对其吸收光谱、荧光光谱进行了分析。解释了禁带部分展宽的原因。并研究了Sn4+和Ti4+的掺杂对其紫外吸收边影响。-βGa2O3单晶的荧光谱不仅观察到了3个特征峰:紫外光(395nm)、蓝光(471nm)、绿光(559nm),还观察到了在277和297nm的紫外光和692nm的红光荧光发射。

导模法生长大尺寸高质量β-Ga2O3单晶

以高纯Ga2O3为原料,使用自主设计的单晶生长炉,采用导模（EFG）法生长了2英寸（1英寸=2.54 cm）未掺杂的高质量β-Ga2O3单晶。研究了保护气氛对抑制Ga2O3原料高温分解速率的影响,对制备的β-Ga2O3单晶的晶体质量、位错和光学性能进行了测试和表征。结果表明,CO2保护气氛能够极大地抑制Ga2O3材料的高温分解,当CO2生长气压为1.5×105Pa时,Ga2O3的平均分解速率低于1 g/h。（100）面β-Ga2O3单晶的X射线衍射（XRD）摇摆曲线测试结果表明,其半高宽低至29 arcsec,表明晶体具有较高的质量;对晶体（100）面进行了位错腐蚀,结果显示其位错密度较低,约为4.9×10^4cm^-2;傅里叶变换红外光谱仪测试结果显示,β-Ga2O3单晶在紫外、可见光透过率达到80%以上。

添质铝金红石(TiO_2)单晶体焰熔法生长实验及机理

使用添加适量(原子分数为0 4%)Al2O3的金红石粉料,采用焰熔法成功地生长了尺寸为20mm×30mm的透明金红石单晶体,而采用相同工艺使用纯金红石粉料生长的晶体却是蓝黑色不透明的·添质铝在晶体生长过程中有如下作用:Al3+在晶体中取代Ti4+的位置,减少了氧的配位数,因而减少了晶体形成时对氧的需求,从而减少了由于Ti4+还原而形成的Ti3+和非本征氧空位的数量;由于Al3+半径小于Ti4+,因此增加了正离子间距,使氧离子更易于迁移;形成添质后晶体的本征(固有)缺陷对Al′Ti V¨O,提供氧离子扩散通路·因此适量Al2O3的添加从宏观上增加了氧离子在晶体中的扩散速度,避免了大量色心的形成,从而在生长过程中可直接获得透明的金红石单晶体·

CdGd_2(WO_4)_4单晶的结构与磁性研究

采用提拉法生长尺寸为12mm×50mm的钨酸钆镉单晶,名义组分为CdGd2(WO4)4,研究表明该晶体具有白钨矿结构,属于四方晶系,晶格常数为a=b=0.5203nm,c=1.1359nm。样品的磁性测量质量比磁化强度与温度σ-T曲线,以及室温下磁化曲线σ-H,都表明晶体具有朗之万顺磁性,但又具有磁各向异性,室温下的/χ/=3.5018×10-3,χ┴=3.4403×10-2;电子自旋共振实验也显示出各向异性的特征。a-b平面的两个最近邻Gd3+离子间电子自旋耦合作用较强,沿晶体c轴方向Gd3+离子间电子自旋耦合作用较弱,晶体的磁各向异性体现了晶体的结构特征。

β-Ga_2O_3单晶腐蚀坑形貌研究

详细介绍了(100)、(010)和(■01)三种不同晶面的β-Ga_2O_3单晶腐蚀坑形貌状态及不同形貌的演变过程。所用β-Ga_2O_3单晶样品均为导模法(EFG)制备,且经过研磨、化学机械抛光(CMP),表面质量良好。以质量分数为85%的分析纯H_3PO_4溶液为腐蚀液,腐蚀时间为1.5 h,腐蚀温度为90℃时,(100)、(010)和(■01)晶面腐蚀坑密度分别约为6.9×10^(4 )cm^(-2)、2.3×10^(4 )cm^(-2)和7.7×10^(4 )cm^(-2)。通过光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察,结果表明(100)面腐蚀坑形状为非对称六边形,(010)面腐蚀坑形貌为菱形,(■01)面腐蚀坑形貌为倾斜的五边形,并确定了(100)面、(010)面、(■01)面的最终腐蚀坑状态,腐蚀坑的不同形状可能与不同晶向β-Ga_2O_3表面状态的耐化学腐蚀差异有关。

D-D中子辐照单晶TiO_2的损伤特性

利用兰州大学强流中子发生器出射的单能D-D中子对单晶TiO2(金红石相)进行辐照,分别测量了样品的正电子寿命谱及XRD谱。中子辐照会在样品内部产生大量的空位缺陷,由于晶格中Ti原子的位移阈能约为O原子的2倍,因此中子辐照在样品内部产生的空位缺陷以氧空位(VO)为主。结果表明,单晶内部捕获正电子的陷阱Ti空位(VTi)在中子辐照后电子密度增大,可能与Ti空位周围O空位的引入有关,O空位的出现减弱了Ti空位处的库仑排斥作用,使空位体积减少。后续测试的XRD也得到相同的结果,样品由于中子辐照而在c轴方向的晶面间距发生变化,并导致单晶TiO2的结晶度变差。

MgAl_2O_4单晶双晶格的消除

近年来 ,MgAl2 O4单晶作为体声波器件的最佳传声介质材料及替代蓝宝石而成为GaN外延用的优选衬底材料而倍受关注。通过多年的研究 ,我们发现生长工艺的选择是能否顺利生长出MgAl2 O4单晶的关键 ,而对原料的配制方法 ,多晶料的烧结工艺及为保证原料组分不致偏离而采取的工艺处理是能否生长出高质量MgAl2 O4单晶的关键。研究表明 ,在MgAl2 O4晶体中存在双晶格 (即晶胞结构相同而晶格参数不同 )。这在国外报道及我们实测中都得到验证。双晶格的存在对晶体质量有明显的影响。首先是在定向上可造成 1～ 2°的偏差 ;第二 ,作为X衍射时的摇摆曲线出现双峰 ;第三 ,在退火后晶片上有明显的区域分界线 ,各区域颜色有明显差异。我们通过对多晶材料制备工艺的改进 ,消除了晶体中的双晶格共存的现象 ,也就消除了上述双晶格对晶体造成的影响 ,生长出了优质大尺寸的MgAl2 O4单晶。