水热-烧结法制备Cr^(2+):ZnSe/ZnSe核壳结构纳米孪晶

Cr^(2+)掺杂ZnSe纳米晶是一种重要的中红外材料,核壳结构的ZnSe基半导体纳米晶表现出优异的光学、电学与催化性能。纳米晶的缺陷可以影响其性能,如具有孪晶结构的纳米晶拥有更高的强度和硬度。为了提高掺杂纳米晶的综合性能,本工作以可溶性Zn盐为Zn源,以新制NaHSe溶液为Se源,以Cr(AC)_(2)为掺杂源,通过两次水热过程制备了核壳结构Cr^(2+):ZnSe/ZnSe,在氩气保护或高真空下分别于400和800℃烧结获得了室温下化学性质稳定的纳米晶。结构和形貌表征结果显示,纳米晶尺寸主要集中在20~30 nm之间,壳体厚度约为2.6 nm,纳米晶具有层错缺陷,并由此发展成为孪晶。分析可知孪晶面为(111),相邻两晶面夹角为70.02°,误差在±0.5°以内。随着样品结晶度提高,孪晶密度增大,表明释放晶格畸变能为层错和孪晶的形成提供驱动力,孪晶的形核与长大符合位错诱导机制。XPS分析表明,Cr元素以+2价存在于纳米晶中;反射光谱测试结果分析发现,烧结的纳米晶在1775 nm附近存在吸收带,表明所制纳米孪晶具有潜在的中红外发光性能。

高温高压制备Cr^(2+):ZnSe单晶及其光学性质

为了得到高质量、大尺寸Cr2+∶Zn Se中红外激光晶体,以适应高功率全固态中红外激光器的发展要求,在高温高压下全石墨腔内运用布里奇曼晶体生长方法,生长出了高质量Ф30×120 mm Cr2+∶Zn Se单晶。采用X射线粉末衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、红外稳态吸收及荧光光谱等测试方法对晶体的结构及光谱特性进行了表征,并探讨了Cr2+∶Zn Se晶体中Cr2+的能级结构及跃迁机理。结果表明:所生长的Cr2+∶Zn Se单晶结构均匀,性质稳定,1.97μm激发的荧光光谱覆盖1.9~3μm范围,可用于获得2~3μm全固态中红外激光。

MoSe2/ZnO/ZnSe复合物用于高效可见光催化还原Cr（Ⅵ）（英文）

半导体光催化还原Cr(VI)为Cr(III)被认为是一种能够解决环境和能源问题的绿色技术.典型光催化剂ZnO和TiO2在还原重金属离子和二氧化碳,降解有机污染物,分解水等领域均已被证明是一种有潜力的光催化剂.但是,它们窄的太阳能吸收范围和快的光生载流子复合限制了其实际应用.因此,探索能够响应可见光的高效光催化剂是非常急切的课题.研究表明,引入窄带半导体构筑异质结复合光催化剂是一种提高ZnO和TiO2可见光催化活性的有效途径.随着二维石墨烯研究的热潮,具有类石墨烯结构的材料,如过渡金属硫化物MX2(M=Mo,W,Nb,Ta,Zr;X=S,Se)以其独特的“三明治夹心”层状结构受到了研究者的高度重视.在这些MX2材料中,MoS2是间接带隙半导体,能带为1.2 eV,并且随着层数的减小,能带增加到1.8 eV,因此,它对可见光具有很好的吸收能力.MoS2具有比表面积大、吸附能力强、反应活性高等优异的物理和化学性能,被广泛应用于光催化、制氢反应、太阳能电池及锂离子电池等领域.类似于MoS2,MoSe2也应该是一种具有潜力的窄带光催化剂.不幸的是,对于MoSe2在光催化还原Cr(VI)中的应用,还鲜有报道.本文基于ZnO,ZnSe和MoSe2构筑复合光催化剂,由于它们存在阶梯型的能级结构,使得此复合物能够展现优异的可见光催化性能,这是一种提高ZnO可见光催化活性的有效方法.扫描电子和高分辨透射电子显微镜结果显示,ZnO和ZnSe纳米颗粒分散在二维MoSe2片周围,形成很好的界面接触,有利于光生电子-空穴对的快速转移和分离,促进光催化反应的进行.紫外可见吸收光谱结果表明,MoSe2/ZnO/ZnSe(ZM)复合物在可见光区域展现了很好的吸收.电化学阻抗谱和光电流响应曲线结果表明,ZM复合物中光生载流子复合被有效抑制,延长了其寿命.光催化还原Cr(VI)的实验结果发现,与纯ZnO相比,ZM复合物展现了优异的光催化活性.在可见光照射180 min后,ZM复合物对Cr(VI)的还原率达到100%.优异的光催化活性归因于其优异的可见光吸收、阶梯型能级结构和光生载流子的有效转移.光催化重复性实验和X射线衍射图结果表明,在光催化反应之后ZM复合物的结构没有发生变化,具有良好的稳定性.本工作可为进一步设计具有理想功能的二维复合光催化剂提供有价值的信息.

Cr^(2+):ZnSe中Cr^(2+)的能级分裂及静态Jahn-Teller效应

利用群论基础,对Cr2+:ZnSe晶体中Cr2+(3d4)的d轨道在正四面体晶体场(Td点群)中的能级分裂进行了分析,考虑到静态Jahn-Teller效应,已经分裂的d轨道将进一步分裂。首先利用群论,将Td点群中以五个d轨道为基函数的五维可约表示向不可约表示约化,得到d轨道在正四面体场中的能级分裂;由于Jahn-Teller效应,造成正四面体配位场向四方配位场畸变,使原来的Td点群向D2d点群过渡,造成d轨道进一步分裂,分别以分裂后的d轨道为基函数的可约表示向D2d点群的不可约表示约化,就可以得到进一步分裂后的轨道能级。

ZnSe单晶气相生长输运剂Zn(NH_4)_2Cl_4的制备工艺研究

为了获得高质量的ZnSe单晶气相生长输运剂Zn(NH4)2Cl4,采用3种工艺因素和4个水平的16组正交试验设计方法对Zn(NH4)2Cl4输运剂的工艺过程进行了设计和分析研究.通过观察不同工艺下的结晶形貌,进行了物相和热重分析.研究结果表明:最合理的工艺因素为ZnCl2和NH4Cl的摩尔比为1∶1,烘干温度为130℃,结晶条件为室温静置.Zn(NH4)2Cl4的热分解过程分为3步完成,产物是ZnCl2.

Cr^(2+):ZnSe全固态中红外激光器

建立了一种高质量、高效率全固态中红外激光系统,并对激光输出的效率、光束质量等指标进行了测试。首先,以二极管激光器为泵浦源,Tm^(3+):YAP晶体为增益介质,搭建了输出波长为1.97μm的近红外激光器。然后,以Tm^(3+):YAP激光器为泵浦源,自行开发研制的Cr^(2+):ZnSe单晶为增益介质,搭建了全固态中红外激光器。最后,测试了全固态中红外激光器的光束质量及激光器出光效率,并对谐振腔光效率的理论输出值与实际的激光器出光参数进行了对比。实验结果表明:此全固态中红外激光器的光光转换效率为17.2%,斜率效率为20%,在最高输出能量为3 W时的光束质量(M^2)在x和y方向分别为1.7和1.73,光束基本为圆形的高斯光斑。

Zero-field splitting parameters and local structures for tetragonal Cr^(2+) centers in Cr^(2+)-doped ZnSe semiconductors

The inter-relation between zero-field splitting （ZFS） parameters and local lattice structures of the （CrSe4）6 clusters in ZnSe semiconductors has been established by using the complete diagonalization （of the energy matrix） method. On the basis of this, the local lattice distortions, the ZFS parameters D, a, F and the optical spectrum for Cr2＋ ions doped into ZnSe are theoretically investigated, and the contributions of the spin singlets have been taken into account. The calculated ZFS parameters are in good agreement with the experimental values. From our calculations, the tetragonal distortion parameters AR = 0.091A and Aθ = 4.28° of Cr2＋ in ZnSe are acquired, and the results suggest that there exists a tetragonal expansion distortion for the local lattice structure of （CrSe4）6- clusters in ZnSe crystals. The influence of the spin singlets on ZFS parameters is also discussed, indicating that the contributions to ZFS parameters a and F cannot be ignored.

ns脉冲激光诱导制备铬掺杂ZnSe纳米粒子独特的生长以及光学特性

在液相环境中，利用纳秒（ns）脉冲激光器轰击消融铬掺杂ZnSe（Cr^2＋：ZnSe）微米颗粒，制备出Cr^2＋：ZnSe纳米粒子，扫描电镜以及X射线衍射检测，结果显示，制备所得的粒子为平均尺寸为50nm的ZnSe闪锌矿结构纳米粒子。基于Cr^2＋：ZnSe纳米粒子，观察到中心波长为2180nm、阈值为0．4mJ／pulse的随机激光效应。相比于Cr^2＋：ZnSe晶体激光器，纳米粒子随机激光的中心波长发生了约170nm的蓝移，Cr^2＋：ZnSe纳米粒子的光致发光寿命也比Cr^2＋：ZnSe晶体要短。

2.794μm高重复频率Fe^(2+):ZnSe被动调Q激光器脉冲特性理论分析与实验研究

3μm波段被动调Q激光可饱和吸收体的损伤阈值较低,在高峰值功率、高重复频率条件下非常容易出现损伤。理论分析了可饱和吸收体的初始透过率和输出镜的反射率对被动调Q激光输出脉冲宽度的影响。采用两种具有不同初始透过率的Fe^(2+)∶ZnSe晶体进行了氙灯泵浦的Er,Cr∶YSGG激光器被动调Q实验研究。结果表明,具有低初始透过率的可饱和吸收体能够获得较低的脉冲宽度,且具有高初始透过率的可饱和吸收体能够通过提高输出镜的反射率来压缩脉冲宽度,脉冲宽度与晶体棒直径无关,实验结果与理论结果吻合。通过优化腔内布局实现了高重复频率、高峰值功率的2.794μm被动调Q激光输出,激光器在60 Hz重复频率下分别获得了单脉冲能量4.7 mJ和7.0 mJ的调Q激光输出,脉冲宽度分别为97.0 ns和72.6 ns。研究结果为被动调Q激光器的设计提供了理论指导。

高功率中红外激光器的进展

中红外激光器在光谱学、遥感、医疗、环保及军事等诸多领域都有重要的应用价值和发展前景,因此已成为各国研究的热门课题。首先介绍各类中红外光参量振荡器及其泵浦源的进展,而后介绍中红外单极型量子级联半导体激光器特点和进展。

一类新型的中红外可调谐激光晶体的研究进展

近年来 ,固体激光器取得了重要的进展及许多新的激光晶体材料 ,并且器件水平也不断提高。特别是出现了过渡金属离子掺杂的 - 族半导体材料的中红外激光晶体 ,在这类晶体材料中 ,Cr2 + 掺杂 - 族半导体材料表现出优良的室温荧光性能 ,且具有较宽的调谐范围及较高的量子效率 。