Lu^(3+)掺杂Na_(5)Y_(9)F_(32)∶Ho^(3+)/Yb^(3+)/Ce^(3+)单晶体的增强红色上转换发光与光学温度传感性能

采用密封的坩埚下降法技术生长了一系列Lu^(3+)(摩尔分数0、0.6%、1.2%、1.8%)掺杂Na_(5)Y_(9)F_(32)∶Ho^(3+)/Yb^(3+)/Ce^(3+)单晶体。在980 nm LD激发下,观察到单晶体的绿光543 nm(^(5)S_(2)/^(5)F_(4)→^(5)I_(8))、红光656 nm(^(5)F_(5)→^(5)I_(8))以及近红外750 nm(^(5)S_(2)/^(5)F4→^(5)I_(7))上转换发光。从上转换发光强度随激发光强度的变化情况,确定了543 nm、656 nm与750 nm的发光为双光子跃迁过程。研究了Lu^(3+)离子掺杂浓度对其发光强度与荧光寿命的影响情况,随着Lu^(3+)掺杂浓度从0增加到1.8%,单晶体中的656 nm红光逐步增强,543 nm绿光与750 nm近红外光随之减弱,红绿光强度比从0.01增加到了1.55,而543 nm荧光寿命从1.29 ms降低至0.99 ms。Lu^(3+)离子的掺入取代Y^(3+)晶格位,改变了单晶体的局域场环境,导致上转换发光强度的变化。基于随温度变化的上转换红光656 nm(^(5)F5→^(5)I8)与绿光543 nm(^(5)S_(2)/^(5)F4→^(5)I8)的发光强度变化,研究了1.8%Lu^(3+)掺杂Na_(5)Y_(9)F_(32)∶Ho^(3+)/Yb^(3+)/Ce^(3+)单晶体在298~448 K范围内的绝对灵敏度和相对灵敏度最大值分别为0.242%·K^(-1)和0.217%·K^(-1)。

Fe-3%Si大尺寸合金单晶的制备及磁感系数的计算

以取向Fe-3%Si合金热轧板为原材料,采用二次再结晶法制备了尺寸大于200 mm的合金单晶。随机选取3个单晶样品剪切成7个与轧向成不同角度、尺寸为50 mm×50 mm的样品,分别对所选样品进行单晶定向,并对每个样品的横、纵向磁性能进行了测量。以单晶定向结果为依据,计算每个单晶在晶体学坐标架下的极角和辐角,提出了一种单晶磁感系数的计算方法,并基于该方法以单晶磁性能实测值及其在晶体学坐标架下的极角和辐角为输入条件,测算了Fe-3%Si合金单晶磁感应强度系数并验证了其可靠性。采用该方法对{110}晶面平行于板面的任意方向单晶的磁感应强度进行了计算,为开展多晶材料磁性能计算提供了理论依据。

助溶剂法生长的AgNbO_(3)晶体相转变特征、电学和光学性能

AgNbO_(3)具有反铁电性及高的极化强度,在智能器件领域有着重要的应用前景.本文采用助溶剂法合成了高质量的AgNbO_(3)单晶(最大尺寸5 mm×4 mm×4 mm),系统研究了其相转变特征、光学和电学性能.当AgNbO_(3)晶体处于正交M相时,保持着相同的畴结构;由M_(2)相转变至地相时,偏光显微镜(PLM)照片衬度变暗,同时电导率和介电损耗明显上升.当AgNbO_(3)单晶由M_(3)相到顺电O相时,畴结构消失;同时,表现出明显的热滞后现象,属于第一类相变.室温下,AgNbO_(3)单晶的直接带隙拟合禁带宽度为2.73 eV,略窄于AgNbO_(3)陶瓷.在临界电场以下,AgNbO_(3)单晶表现出更高的电致应变(0.076%,E_(m)=130 kV/cm).在绿色激光照射下,介电常数由70增至73,表现出明显的光致介电效应.

电纺丝制备磁性单晶BiFeO_(3)纳米纤维并用于Cr(VI)的可见光催化还原

本工作提出一种将溶胶凝胶与静电纺丝结合的分步快速烧结技术,成功制备了单晶BiFeO_(3)纳米纤维。通过热重差热分析(TG-DTG)、XRD、SEM、TEM、EDS、紫外可见漫反射光谱和氮气吸附脱附曲线等测试对所制备材料的结构和形貌进行表征。同时,考察了BiFeO_(3)纳米纤维在可见光下对水中Cr(VI)的光催化还原性能。结果显示,相比于传统方式制备的纳米颗粒,该材料因更大的比表面积而具有更高的光催化活性。空穴消耗剂酒石酸的加入能够促进该材料对Cr(VI)的光催化还原反应,使还原效率提高87%。总之,本文制备的BiFeO_(3)材料能在可见光下响应,并在常温下具有弱磁性,能通过磁场力回收,在环境净化领域具有广阔的应用前景。

溶液法生长大尺寸CsCu_(2)I_(3)钙钛矿单晶及其光学性能研究

近年来,铜基钙钛矿因其出色的稳定性和环境友好性在发光和闪烁等领域受到了广泛关注。然而,目前对CsCu_(2)I_(3)晶体材料的研究主要集中在0维和1维领域,这限制了人们对材料本征性质和各向异性的深入理解,也限制了其在闪烁体中的实际应用。本文通过溶液降温法开展了CsCu_(2)I_(3)体块单晶的生长工艺研究,成功得到了长度达5 mm的高质量CsCu_(2)I_(3)单晶,该晶体无色透明、棱角分明、显露面完整。XRD测试结果表明,CsCu_(2)I_(3)晶体在经过6个月后依然保持了良好的稳定性;吸收光谱显示该晶体在310 nm波段具有明显的吸收峰,计算得到其禁带宽度为3.42 eV,表明CsCu_(2)I_(3)晶体属于宽禁带半导体;发射光谱显示该晶体发射波长位于580 nm处,半峰全宽为75 nm,绘制CIE色度图得到其发光色度坐标为(0.47,0.50),位于黄光区域,属于暖白色调(色温3000 K),这与该晶体在紫外灯照射下发出黄色荧光的现象一致;CsCu_(2)I_(3)晶体的荧光寿命测得为51.6和215.5 ns。

Fe_(3)O_(4)/Au单晶异质结的磁各向异性研究

基于铁磁/重金属异质结结构的纯自旋流电子器件具有低功耗、非易失性等优点,是当前自旋电子学研究的核心内容。该文利用超导量子干涉仪以及铁磁共振测量系统等手段,对分子束外延法生长的铁磁/重金属异质结Fe_(3)O_(4)/Au单晶薄膜的静态及动态磁性能进行了系统研究。研究表明,随薄膜厚度的增加,Fe_(3)O_(4)的单轴磁各向异性逐渐减小而磁晶各向异性逐渐增强。Au覆盖层的引入有助于单晶超薄膜的晶格弛豫,进而有效增强了Fe_(3)O_(4)的磁各向异性。该研究为铁磁/重金属异质结的构建提供了新的思路,有望推动其在纯自旋流电子器件中的实用化进程。

La_(2)O_(3)刻蚀对金刚石单晶性能的影响

以氮气为保护气氛,在820~980℃下用La_(2)O_(3)刻蚀人造金刚石单晶表面,研究稀土氧化物La_(2)O_(3)刻蚀对人造金刚石单晶性能的影响。利用扫描电子显微镜观测刻蚀后金刚石单晶不同晶面的表面形貌,通过人造金刚石单晶表面粗糙度、单颗粒抗压强度、抗冲击韧性和铜基结合剂金刚石节块抗弯强度来表征刻蚀前后金刚石单晶性能的变化。结果表明:La_(2)O_(3)对金刚石{100}面和{111}面的刻蚀是各向异性的;当刻蚀温度从820℃升高到980℃时,{100}面表面粗糙度从0.40μm增加至2.28μm,{111}面表面粗糙度从0.70μm增加到3.32μm,金刚石单颗粒的抗压强度由未刻蚀金刚石的576 N降低到最小530 N,冲击韧性由92.94%下降到89.21%。当金刚石体积分数为5%时,刻蚀后金刚石节块的抗弯强度增幅达到17.9%。

两种取向Ni_(3)Al基单晶高温合金的组织和拉伸性能

为了研究晶体取向对Ni_(3)Al基单晶高温合金组织和力学性能的影响,采用扫描电镜和拉伸试验机研究了[001]和[111]两种取向合金的显微组织和拉伸性能.结果表明:经过热处理后,在单晶棒横截面内[001]取向合金γ′相为立方形,[111]取向合金γ′相为三角形或六角形;[001]和[111]取向合金存在屈服强度随温度升高而升高的反常屈服现象;[001]与[111]取向合金均呈现明显加工硬化现象,两种取向合金的屈服强度峰值范围分别为600~800℃与400~600℃;两种取向合金均表现为韧性断裂.

Tm^(3+)对AgNbO_(3)反铁电陶瓷微结构和储能性能的影响

AgNbO_(3)无铅反铁电材料作为一种极具潜力的电介质储能材料,近年来受到了广泛的关注。然而,储能密度和储能效率较低,限制了它的应用。本工作研究了Tm^(3+)对AgNbO_(3)陶瓷的微结构、介电性、铁电性和储能性能的影响。结果表明,Tm^(3+)取代AgNbO_(3)陶瓷A位的Ag^(+),具有明显的细化晶粒的作用,增强了反铁电相的稳定性,使其储能性能显著提升。反铁电相稳定性的增强是由于Tm^(3+)的引入降低了结构的容差因子和产生了Ag空位,破坏了阳离子位移和氧八面体倾斜等长程相互作用的结果。AgNbO_(3)-0.1%(原子分数)Tm_(2)O_(3)陶瓷在200 kV/cm下表现出优异的储能性能(可回收储能密度为3.32 J/cm^(3),储能效率为62.5%),在高功率脉冲电子器件中具有潜在的应用前景。

综合考虑尺寸和应变速率的单晶Ni_(3)Al屈服强度的理论模型

为了综合考虑尺寸和应变率效应对单晶延性材料屈服强度的影响,建立基于位错形核机制的理论模型。以Ni_(3)Al为例,首先,通过分子动力学模拟结果拟合出材料参数;然后,通过材料参数构建屈服强度的理论曲面;最后,用现有实验数据检验该理论模型。通过现有第三方单晶铜和金的分子动力学和实验数据对该模型进行检验。结果表明,该模型可以跨越分子动力学和实验条件之间巨大的空间和时间差异,从而得到单晶Ni_(3)Al、铜和金的可靠力学性能。

AgNbO_(3)基反铁电陶瓷制备及其储能性能改善研究进展

电介质电容器作为重要的储能形式之一,具有功率密度高、充放电速度快等优点,已被广泛应用于新能源汽车、脉冲功率器件等领域。铌酸银(AgNbO_(3))无铅反铁电材料因具有独特的双电滞回线特性,具有较为优异的储能性能和温度稳定性,是理想的电介质储能材料。综述了近年铌酸银无铅反铁电陶瓷的制备及储能性能改善的研究进展,详细阐述了基于容差因子、离子极化率以及二者协同调控对铌酸银基陶瓷储能性能的影响规律及内在机制,并对其未来的研究方向进行了展望。

LiTi_(2)(PO_(4))_(3)修饰高镍单晶三元正极材料增强结构稳定性

单晶LiNi_(1-x-y)Co_(x)Mn_(y)O_(2)(SCNCM,1-x-y>0.9)正极材料由于其特殊的晶体结构,与多晶NCM材料相比,具有更优越的循环寿命。然而,SCNCM在长循环过程中由于严重的副反应和不可逆相变,导致严重的容量退化。具有较高扩散系数的LiTi_(2)(PO_(4))_(3)(LTP)可以增强Li^(+)在电极和电解质之间的传递,并防止与空气和电解质的副反应。为了优化SCNCM的电化学性能,采用液相混合和固相烧结相结合的方法对其进行表面包覆,提高单晶SCNCM循环性能。X射线衍射(XRD)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)结果证实,SCNCM表面包覆一层30~50 nm的LTP涂层,改性后的样品在长循环后仍然可以保持良好的层状结构。具体地说,包覆0.8%(质量分数)LTP的SCNCM正极在0.5 C循环100圈后,放电比容量为151.2 mAh/g。

CsPbBr_(3)晶体生长及变温霍尔效应研究

以定向凝固法提纯的CsPbBr_(3)多晶为原料,采用垂直布里奇曼法生长出尺寸为∅30 mm×70 mm的CsPbBr_(3)单晶。采用ICP-OES对提纯后的多晶测试表明,提纯后的CsPbBr_(3)多晶中杂质含量减少了28.7%。经XRD和EDS对切割得到的晶片分析发现,晶片的晶面方向属{210}晶面族,晶体中Cs、Pb、Br_(3)种元素分布均匀,原子百分含量符合化学计量比。采用傅里叶红外光谱仪和紫外-可见分光光度计对晶体的透过率测试显示,生长晶体在500~4000 cm^(-1)波数范围内的红外透过率超过75%,紫外短波截止边为552 nm,拟合计算出对应的禁带宽度为2.246 eV。选取7个不同温度点对CsPbBr_(3)单晶进行变温霍尔效应测试发现,生长晶体为P型导电,在250~300 K和300~350 K之间晶体中主要的载流子散射机制分别为声学波散射和电离杂质散射,在150~250 K温度范围内,更符合多种散射机构共同作用的散射机制。进一步拟合载流子浓度p与1/T的关系,计算获得晶体中杂质电离能ΔE_(A)=0.3042 eV。

大尺寸高质量CH_(3)NH_(3)PbCl_(3)钙钛矿单晶的生长机理、相转变与光学性能

在传统逆温差结晶法基础上,通过引入高质量籽晶,采用籽晶诱导逆温差结晶法生长出尺寸为11mm×11mm×2mm的CH_(3)NH_(3)PbCl_(3)钙钛矿单晶.X射线衍射和Rietveld精修结果表明,室温下CH3NH3PbCl3单晶是立方相,其空间群为Pm3m,晶格常数a=0.56877 nm.偏光显微镜研究结果表明,CH3NH3PbCl3单晶的生长机理遵循光滑界面的台阶横向长大机制,并沿着台阶的外法线方向长大.变温拉曼光谱研究表明CH3NH3PbCl3单晶在温度160 K发生了正交-四方相转变,但四方相结构不稳定,存在的温度区间非常狭窄,故再次转变为立方相(Pm3m).紫外-可见-近红外吸收光谱和光致发光谱研究表明,CH_(3)NH_(3)PbCl_(3)单晶的吸收截止边约在波长442 nm,光致发光峰为450 nm,通过拟合计算得到其带隙值约为2.93 eV,稍大于第一性原理计算的理论带隙值(2.55 eV),分析认为这与籽晶的引入有关,因为籽晶作为异质形核的核心被引入晶体生长过程中,使晶格对称性下降,引起CH_(3)NH_(3)PbCl_(3)带隙增大.

大尺寸CH_(3)NH_(3)PbBr_(3)晶体生长和光电性能表征

卤化物钙钛矿材料作为一种新型的半导体材料,具有材料廉价和光电转换性能优异的优点,基于该材料的各类光电器件已经开始逐步应用。虽然多晶薄膜仍然是主要的研究方向,但其具有形态无序、杂质较多的缺点,而单晶具有无晶界、低缺陷的特点,因此基于大尺寸单晶的研究开始被广泛关注。本文设计了一套内外反控温循环过滤生长装置,采用逆温结晶和籽晶相结合的方法制备了直径大于60 mm的CH_(3)NH_(3)PbBr_(3)单晶,对晶体样品进行了物相、微观形貌、光学和电学性能的研究。该晶体属于立方晶系,空间群为Pm3m;紫外-可见吸收光谱显示吸收截止边约为576 nm,荧光发射谱峰值552 nm;摇摆曲线显示晶体(100)晶面半峰全宽为91.42″。切割抛光后的晶片光响应灵敏,开关比为2.4×10^(3)。

无铅钙钛矿Cs_(3)Bi_(2)I_(9)单晶的制备及光电性能研究

采用蒸发结晶法在低温常压条件下制备Cs_(3)Bi_(2)I_(9)单晶,温度为60~90℃,保温时间为18~30 h。研究温度和保温时间对Cs_(3)Bi_(2)I_(9)单晶晶体结构和光学性能的影响。使用机械剥离法制备基于柔性衬底的Cs_(3)Bi_(2)I_(9)单晶薄膜,研究薄膜的电学性能。结果表明,在结晶度最优的目标下,Cs_(3)Bi_(2)I_(9)单晶制备的优化工艺条件为温度60℃,保温时间26 h。温度和保温时间对Cs_(3)Bi_(2)I_(9)单晶的结晶度、紫外可见光吸光度和光致发光性能的影响一致。柔性Cs_(3)Bi_(2)I_(9)单晶薄膜具有显著的光电特性,且工作时具有良好的稳定性。Cs_(3)Bi_(2)I_(9)单晶薄膜的弯折耐久度良好,90°弯折100次后,仍能保持原有性能的84.4%。无铅钙钛矿Cs_(3)Bi_(2)I_(9)单晶薄膜在柔性光电传感器件上具有潜在的应用前景。

切削液对金刚石线锯切割β-Ga_(2)O_(3)晶片表面质量的影响

为了开发出更适合β-Ga_(2)O_(3)晶片切片的切削液,探讨金刚石线锯切片过程中不同切削液对β-Ga_(2)O_(3)晶片表面质量的影响,通过测量接触角和表面张力,研究不同切削液对β-Ga_(2)O_(3)晶片表面的润湿性。采用粗糙度测量仪、非接触式测厚仪和扫描电镜(SEM)对晶片表面进行测试表征,研究去离子水、添加AEO-9的水基切削液和乳化切削液在不同工艺参数下对切割(010)面β-Ga_(2)O_(3)晶片的表面粗糙度、表面形貌、总厚度变化以及亚表面损伤层深度的影响。结果表明:与去离子水相比,添加AEO-9的水基切削液和乳化切削液均能有效降低β-Ga_(2)O_(3)表面的接触角和表面张力,表明2种切削液均可提高晶片表面润滑性;乳化切削液的效果随着工艺参数的变化而波动很大,只有在低切削热和大切削力的条件下,才能明显优化晶圆表面质量,而水基切削液可稳定地获得较高的晶片表面质量,更适用于β-Ga_(2)O_(3)晶片切割。

单晶DD3合金在混合盐介质中的蠕变和断裂特性

应用扫描电镜、剖面分析和ＥＤＡＸ能谱分析，研究了单晶ＤＤ３合金及其带Ｐｔ－Ａｌ涂层试样在空气和混合盐两种不同介质中的高温蠕变及断裂行为。试验表明：在空气环境中，涂层对蠕变性能影响不大；在混合盐介质中，涂层能有效地提高ＤＤ３合金的蠕变寿命和蠕变延伸率，防止合金在热腐蚀环境中的早期失效。本文还提出一个新的断裂模型。

恒应力下BaTiO_3单晶压痕裂纹的滞后扩展和畴变

原位研究了残余应力和外加应力导致 BaTiO_3单晶压痕裂纹在湿空气和水中的滞后扩展及畴变．结果表明：很小的外应力就可使压痕裂纹扩展,裂尖的应力场强度因子 K_1=0．242σ√c+0．0117d√YP/c^(3/2)．残余应力能使卸载压痕裂纹在湿空气和水中滞后扩展并使裂纹所围的畴变区增大．在水中外加恒应力,经过一定时间后畴变区先增大,然后才导致裂纹滞后扩展．

Ni3Al基单晶合金IC6sx的表面再结晶

对Ni_3Al基单晶合金IC6sx的表面进行吹砂变形处理;再在800—1260℃热暴露1—10 h,采用OM,SEM和EPM研究了IC6sx合金的再结晶行为.结果表明,合金再结晶开始形核的温度约1000℃,一次再结晶完成的温度为1200—1210℃.在1200—1240℃热暴露时的再结晶层厚度约为10μm,而在1260℃热暴露时增长到约23μm.再结晶在枝晶干长大的速度明显小于枝晶间,再结晶层和基体的枝晶干之间观察到一种由粗大条状γ′相和γ+γ′相构成的胞状转变结构,这是由于枝晶干中粗大的γ′相阻碍再结晶向基体内生长形成的.