纳米球状LaAlO_(3)的制备及其在酸性条件下的除氟性能

为实现在较低的pH及煅烧温度下合成表面性能良好的LaAlO_(3)晶相,解决废水的深度除氟问题(<1.5mg/L),采用共沉-水热法制备了纳米球状钙钛矿LaAlO_(3),考察了影响LaAlO_(3)表面性能的制备因素,通过SEM(扫描电子显微镜)、XRD(X射线衍射)、ICP-MS(电感耦合等离子体质谱)、BET等分析发现形成碱式碳酸沉淀的水热前体可使Al^(3+)和La^(3+)均匀沉淀、结合紧密,得到LaAlO_(3)的最佳制备条件:共沉淀pH=6,水热温度=160℃,煅烧温度850℃。通过静态吸附实验系统分析了LaAlO_(3)吸附F-的行为,结果表明,LaAlO_(3)可以在酸性(pH<3)条件下实现深度除氟,在pH=2时,除氟效率达到93.22%。吸附过程符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型,属于化学单层吸附、放热反应。在初始氟浓度为200mg/L条件下,8min LaAlO_(3)吸附容量达到53.8mg/g,4h平衡吸附容量可达66.5mg/g。以明矾作为脱附剂,LaAlO_(3)能够在循环4次后仍保持原有90%以上的除氟性能,具有良好的再生性能及实际利用价值。

溶液燃烧法制备Ce^(3+)掺杂LaAlO_(3)粉体及其荧光性能研究

以La(NO_(3))_(3)·6H_(2)O、Al(NO_(3))_(3)·9H_(2)O、Ce(NO_(3))_(3)·6H_(2)O为原料,C_(2)H_(5)NO_(2)为还原剂,采用溶液燃烧法合成La_(1-x)Ce_(x)AlO_(3)(x=0.01,0.02,0.03,0.04,0.05)样品。采用XRD、SEM、UV-Vis DRS、XPS和XRF对实验样品进行分析。结果表明,在825℃下保温4 h制备的La_(0.97)Ce_(0.03)AlO_(3)相比其他温度或Ce掺杂量的LaAlO_(3)而言,XRD特征峰更加突出和明显,其颗粒分散,轮廓清晰,晶粒尺寸为21.59 nm;其在紫外-可见光区域吸收变强,带隙宽度为4.86 eV。Ce^(3+)进入LaAlO_(3)晶格中占据了部分La^(3+)的位置,Ce^(3+)最佳掺杂浓度为0.03,其发射光谱的最强特征峰出现在525 nm处,发黄绿色光。

红色超敏LaAlO_(3)∶Eu^(3+)纳米荧光粉的X射线激发光谱及其CIE色度特性

采用溶液燃烧合成法制备新型红色超敏La AOl_(3)∶Eu^(3+)纳米荧光粉,合成的La AOl_(3)∶Eu^(3+)材料具备纯R3c(No.167)结构.采用光谱学方法,研究La AOl_(3)∶Eu^(3+)纳米荧光粉的X射线激发光谱性质.结果显示,在X射线激发下,La AOl_(3)∶Eu^(3+)纳米荧光粉发射出很强的红色荧光,谱带中心波长位于620nm处,发光的淬灭浓度是6.0mol%.CIE色度研究表明,样品具有优良的红色荧光发射特性且浓度效应对色调和色纯度影响较小.说明合成的荧光粉可作为高效闪烁体,在超紫外LEDs和辐射探测等领域有重要的应用价值.

溶胶-凝胶法制备Gd_(4)Ga_(2)O_(9):Dy^(3+)白光发射荧光粉及其性能

通过溶胶-凝胶法制备了具有白光发射的Gd_(4)Ga_(2)O_(9):x%Dy^(3+)荧光粉,利用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和荧光光谱等对产物的物相结构、形貌、组分和光学性能进行研究,并分析了Dy^(3+)掺杂量对样品的影响。XRD结果表明,所制备的样品为Dy^(3+)掺杂的Gd_(4)Ga_(2)O_(9)单斜晶体和少量Ga_(2)O_(3)杂质相的混合物。紫外-可见漫反射光谱结果表明制备的Dy^(3+)掺杂Gd_(4)Ga_(2)O_(9)晶体是一种光学带隙为5.29 eV的直接带隙半导体。荧光检测结果表明Dy^(3+)掺杂Gd_(4)Ga_(2)O_(9)荧光粉可被属于Gd^(3+)激发带的275 nm紫外光有效激发,并在490 nm和575 nm附近分别发射出属于Dy^(3+)的^(4)F_(9/2)→^(6)H_(15/2)和^(4)F_(9/2)→^(6)H_(13/2)跃迁的蓝色和黄色的强烈光,证实在Gd_(4)Ga_(2)O_(9):Dy^(3+)样品中存在显著的由Gd^(3+)到Dy^(3+)的能量传递发光现象。同时,对其发光机制进行了讨论。样品的发光强度随着Dy^(3+)掺杂量的变化而变化,同时影响着样品的发光颜色,Dy^(3+)掺杂量为1.5%和2%时制备的荧光粉可在紫外光激发下分别发射出CIE色坐标为(0.3362,0.3512)和(0.3381,0.3523)、相关色温为5340 K和5263 K的白色光。研究结果表明Gd_(4)Ga_(2)O_(9):Dy^(3+)是一种潜在的紫外光激发白光发射荧光材料。

SrLaLiTeO_(6):Dy^(3+),Eu^(3+)荧光粉的制备及发光性能研究

白光发光二极管(LED)的商业合成方案缺少红光成分,导致合成的白光色温较高、显色性差,因此开发性能优异的单相暖白光荧光粉成为白光LED领域研究的重要课题。以Dy^(3+)和Eu^(3+)为掺杂剂,SrLaLiTeO_(6)(SLLT)为基质,采用固相反应法制备了SrLaLiTeO6:Dy^(3+),Eu^(3+)无机荧光粉,并通过X射线衍射仪、荧光分光光度计和色度坐标分析荧光粉的晶体结构及光学性能。结果表明:Dy^(3+)和Eu^(3+)成功进入SLLT晶体,无杂质产生;SLLT:0.07Dy^(3+),yEu^(3+)荧光粉在351 nm激发下能够同时发射蓝、黄、红光,证明了Dy^(3+)和Eu^(3+)之间存在能量传递,弥补了单掺Dy^(3+)荧光粉缺乏红色发射的缺陷;Eu^(3+)离子最佳掺杂浓度为0.05,此时的色度坐标为(0.391 9,0.380 9),色温为3 733 K,接近暖白光区域。因此,SrLaLiTeO_(6):Dy^(3+),Eu^(3+)荧光粉是一种性能优异的暖白光LED荧光粉。

LaAlO_(3)/SrTiO_(3)异质结光存储特性模拟及电阻图像显示

LaAlO_(3)/SrTiO_(3)(LAO/STO)界面上的二维电子气(2DEG)表现出许多新奇的特性,通过探究其中LAO/STO光电特性的电阻响应机制,发现了异质结与神经网络拥有相似的记忆曲线.通过试验模拟了光照对LAO/STO界面电阻率的影响,并与实际曲线相比较.通过LAO/STO在光照下的电阻率变化,又模拟了LAO/STO对光线形状、光线照射时间的响应,并进行电阻的图像显示.结果表明:LAO/STO异质结具有优异的光储特性,且可以有效进行电阻的图像显示.该项工作为LAO/STO异质结在新型光电子器件、图形图像显示装置以及人工智能器件等领域的应用提供了新的思路.

具有持续反应活性的g-C_(3)N_(4)/Sr_(2)MgSi_(2)O_(7):Eu^(2+),Dy^(3+)复合材料的光学-催化行为研究

为促进环境友好型光催化技术的应用推广,通过热解聚合方式将g-C3N4负载于多孔Sr_(2)MgSi_(2)O_(7):Eu^(2+),Dy^(3+)蓝色长余辉荧光粉上,制备具有持续反应活性的g-C_(3)N_(4)/Sr_(2)MgSi_(2)O_(7):Eu^(2+),Dy^(3+)复合材料。首次采用累积污染物降解效率等一系列指标评价材料在光照及暗态下综合去除污染物效果。通过微观表征手段和NO去除试验研究了单组分复配质量比对复合材料的光学及催化性能的影响。结果表明,g-C_(3)N_(4)的复合对Sr_(2)MgSi_(2)O_(7):Eu^(2+),Dy^(3+)的荧光强度和余辉性能产生了不利影响;但光照下,提高的光生载流子分离效率和光吸收能力使复合材料的光催化活性增强;暗态下,内在光源Sr_(2)MgSi_(2)O^(7):Eu^(2+),Dy^(3+)的存在赋予了复合材料持续去除NO的能力,该能力的持续时间与余辉亮度、光催化活性有关。本研究有助于推动持续活性光催化体系的发展。

Dy^(3+):Y_(3)Al_(5)O_(12)晶体的光谱与黄色激光性能

近年来,黄色激光晶体在激光显示、激光医疗、激光雷达(光探测和测距)、玻色-爱因斯坦凝聚、原子冷却和俘获等领域具有广泛的应用,吸引了研究人员极大的兴趣。随着蓝光LD泵浦源的商用化,直接泵浦Dy^(3+)掺杂激光晶体可输出黄色激光,对应^(4)F_(9/2)→^(6)H_(13/2)跃迁。本工作采用提拉法生长了Dy^(3+)掺杂浓度分别为0.5%、1.0%、2.0%、3.0%和4.0%(原子分数)的Dy^(3+):Y_(3)Al_(5)O_(12)(Dy:YAG)晶体,并分析了晶体开裂的原因。基于Judd-Ofelt理论计算了J-O强度参数,并利用其评估了不同掺杂浓度的Dy:YAG晶体的其它激光参数。综合讨论了Dy^(3+)掺杂浓度对荧光分支比、受激发射截面、量子效率等光谱性能的影响。在五个晶体样品中,1.0%Dy:YAG晶体在447 nm激发下实现了582 nm最大的受激发射截面值和最强的荧光强度值,荧光寿命较长,达到0.823 ms。与之相比,2.0%Dy:YAG晶体发射参数值略低,但是其吸收系数更大。研究结果表明,激光二极管泵浦的Dy:YAG黄色激光晶体中Dy^(3+)离子的浓度为1.0%和2.0%较为合适,并基于2.0%Dy:YAG晶体实现了连续黄色激光输出,最大功率为166.8μW,激光峰值波长为582.5 nm。

基于单元共取代策略调控Mn^(4+)/Pb^(2+)掺杂LaAlO_(3)荧光材料的晶格环境与发光性能研究进展

LaAlO_(3)属于典型的畸变钙钛矿结构,具有较低的声子能量、较宽的带隙和优异的结构稳定性,是一种优良的发光基质。Mn^(4+)和Pb^(2+)的发光性能与其所处的微观配位环境密切相关,可以通过调控晶格环境优化其发光性能。本文综述了调控Mn4+的零声子线(Zero‐phonon line,ZPL)发射和Pb^(2+)的发光性能研究进展,系统探讨了单元共取代对晶体结构和Mn^(4+)、Pb^(2+)的发光性能的影响,详尽分析了激活离子的晶格环境与发光性能之间的构效关系。

Dy^(3+)掺杂SrGdGa_(3)O_(7)晶体的晶体生长,结构、光学和可见光荧光特性

采用Chzochralski方法成功生长了Dy^(3+)掺杂的SrGdGa_(3)O_(7)晶体,并对其结构和光学特性进行了详细研究。基于XRD数据,采用Rietveld法优化了晶体的晶格参数。分析了Dy:SrGdGa_(3)O_(7)晶体的偏振吸收谱、偏振发射谱和荧光衰减曲线。在452 nm处,π偏振和σ偏振对应的吸收截面分别为0.594×10^(-21)和0.555×10^(-21)cm^(2)。计算得到的有效J-O强度参数Ω_(2)、Ω_(4)和Ω_(6)分别为5.495×10^(-20)、1.476×10^(-20)和1.110×10^(-20)cm^(2)。J-O理论分析和荧光光谱表明:在452 nm激发下,Dy:SrGdGa_(3)O_(7)晶体4F9/2→6H_(13/2)跃迁在可见光波段具有最高的荧光分支比和荧光强度,在574 nm处的π和σ偏振发射截面分别为1.84×10^(-21)和2.49×10^(-21)cm^(2)。Dy^(3+):4F9/2能级的辐射寿命和荧光寿命分别为0.768和0.531 ms,量子效率为69.1%。研究结果表明:Dy^(3+):SrGdGa_(3)O_(7)晶体是一种潜在的可用于蓝光LD泵浦实现黄激光的材料。

Dy^(3+)/Tm^(3+)掺杂Na_(2)Gd(PO_(4))(WO_(4))的制备及发光性能研究

采用二次熔融的高温固相法合成了一系列Dy^(3+)/Tm^(3+)共掺钠-钆-磷钨酸盐(NGPW)荧光材料,研究了其光致发光特性和热稳定性,以及CIE与激发波长的映射关系。改变激发波长可以让NGPW∶2%Tm^(3+),xDy^(3+)(x=1%、2%、3%、4%、5%)荧光粉的颜色从蓝色-冷白色-暖白色-黄色连续变化。在356nm和363nm激发下,可实现白光发射。对共掺杂荧光粉的荧光衰减曲线进行表征,验证了该荧光粉中Dy^(3+)和Tm^(3+)之间存在能量转移。详细研究了能量传递效率和能量传递机理。NGPW∶2%Tm^(3+),xDy^(3+)荧光粉有望成为极具潜力的色彩可调的单组分荧光粉。

LaAlO_(3)/SrTiO_(3)异质界面磁场调控的反常金属态

自LaAlO_(3)/SrTiO_(3)异质界面发现高迁移率的二维电子气以来,其二维超导电性、界面磁性和自旋轨道耦合等诸多物理性质已经被广泛研究.对于二维超导体,零温下超导-反常金属相变的起源仍然是一个悬而未决的问题.传统理论认为在超导-绝缘量子相变中只存在2种基态,即库珀对的超导基态和绝缘基态.然而在研究超导颗粒膜中超导电性的演化与厚度和温度的关系时发现,存在一个中间金属态破坏了超导体和绝缘体之间的直接过渡.这种中间金属态的标志性特征是,在超导转变温度之下存在饱和的剩余电阻,与之对应的基态称作反常金属态.本文主要对在LaAlO_(3)/SrTiO_(3)(001)异质界面磁场诱导的超导-反常金属量子相变进行了系统的研究.在没有外加磁场的情况下,电阻-温度(R-T)曲线和电流-电压(I-V)特性曲线表明样品在超导转变温度之下处于超导态.外加磁场会导致样品在低温下出现饱和电阻、正的巨磁阻和低电流范围内的线性I-V曲线.另外,霍尔电阻在一定的磁场之下会出现零电阻平台,而此时纵向电阻不为零,表现出明显的玻色金属态的特征.研究结果表明,磁场调节的LaAlO_(3)/SrTiO_(3)(001)异质界面可以成为一个可控研究反常金属态的理想平台.

LaAlO_(3)/KTaO_(3)(111)界面超导的单轴应变调控研究

将单轴应变技术应用于非晶LaAlO_(3)/KTaO_(3)(111)界面超导的调控研究,结果表明,在■晶向上超导临界转变温度随拉伸应变的增大而增大,随压缩应变的增大而减小.弹性电阻率系数的居里-外斯型发散表明KTaO_(3)界面超导具有各向异性.这对于理解KTaO_(3)界面体系超导的物理本质具有十分重要的科学意义.

Dy^(3+)及Ca^(2+)-Ge^(4+)联合取代对石榴石铁氧体高功率低损耗特性的影响

采用传统陶瓷工艺制备Dy^(3+)和Ca^(2+)-Ge^(4+)取代的钇铁石榴石铁氧体,考察Dy^(3+)和Ca^(2+)-Ge^(4+)取代对材料显微结构、饱和磁化强度、铁磁共振线宽、自旋波线宽、电阻率等性能的影响。研究表明,Dy^(3+)取代24c位的Y^(3+),对样品显微结构、饱和磁化强度、电阻率和介电损耗无明显影响。随着Dy^(3+)取代量的增加,自旋波线宽从8.9 Oe提高到28.5 Oe。为了降低材料的损耗,采用适量的Ca^(2+)-Ge^(4+)取代24c位的Y^(3+)和24d位的Fe^(3+),铁磁共振线宽从162 Oe减小到102 Oe,自旋波线宽从15.3 Oe增大到22.5 Oe。此外,Ca^(2+)-Ge^(4+)取代对石榴石铁氧体的介电损耗影响不大,使其保持良好的介电性能。

Dy^(3+)掺杂Gd_(2)MgTiO_(6)白色荧光粉的制备及发光性能研究

采用溶胶-凝胶法制备出掺杂不同Dy^(3+)浓度的系列Gd_(2)MgTiO_(6)(GMT)白色荧光粉。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、荧光光谱仪对GMT∶xDy^(3+)(x=0.01、0.03、0.05、0.07、0.09、0.11)样品进行表征。研究结果表明:所制备的系列荧光粉的结构均为单斜晶系,Dy^(3+)成功掺入GMT基质的同时不影响原晶体结构;样品晶粒尺寸在微米量级。在351 nm的近紫外光激发下,样品在483和578 nm处分别显示了极强的蓝光和黄光,其中蓝光归因于Dy^(3+)的^(4)F_(9/2)→^(6)H_(15/2)的能级跃迁,黄光归因于Dy^(3+)的^(4)F_(9/2)→^(6)H_(13/2)能级跃迁;随着Dy^(3+)浓度的不断增加,出现明显的浓度猝灭现象,其机理归因于电偶极子-电偶极子相互作用。当x=0.05时,此时CIE坐标为(0.32471,0.35974),与标准白光的CIE坐标(0.33,0.33)较为接近,表明GMT∶Dy^(3+)是一种具有潜在应用价值的单一基质白色荧光粉。

Dy^(3+)掺杂Y_(2)MgTiO_(6)荧光粉的制备及发光性质研究

通过溶胶-凝胶法制备出一系列Dy^(3+)掺杂的Y_(2)MgTiO_(6)(YMT∶Dy^(3+))荧光粉,并利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、荧光光谱仪对荧光粉的晶体结构、微观形貌及发光性质进行研究和分析。研究结果显示,YMT∶Dy^(3+)荧光粉为双钙钛矿结构,Dy^(3+)掺杂不改变样品的晶体结构。在近紫外光(352 nm)的激发下,样品的发射光谱显示出典型的Dy^(3+)特征发射峰,分别是485 nm处的蓝光、578 nm处的黄光,以及650~700 nm的红光。当Dy^(3+)摩尔浓度x=0.03时,荧光粉出现浓度猝灭效应,其浓度猝灭机制为电偶极子-电偶极子相互作用(d-d)。YMT∶Dy^(3+)荧光粉的CIE色坐标明显受到Dy^(3+)的浓度影响,其中YMT∶0.02Dy^(3+)荧光粉的CIE色坐标为(0.406,0.407),位于暖白光区,可作为一种暖白光荧光粉应用于近紫外激发白光发光二极管(w-LEDs)。

溶胶-凝胶法合成SrAl_(2)O_(4):Eu^(2+),Dy^(3+)发光材料及其影响因素

SrAl_(2)O_(4):Eu^(2+),Dy^(3+)是商用的绿光长余辉发光材料,在许多领域具有实际的应用。本文采用溶胶-凝胶法制备SrAl_(2)O_(4):Eu^(2+),Dy^(3+)材料,通过控制变量法指导学生分析铝/锶投料比、铝/尿素投料比和煅烧气氛等几个关键因素对SrAl_(2)O_(4):Eu^(2+),Dy^(3+)的发光性质和氧化还原性质的影响。SrAl_(2)O_(4):Eu^(2+),Dy^(3+)材料的溶胶-凝胶法的最佳合成条件是化工生产的重要参数,本教学工作有助于培养学生的科学研究的思路和实验操作能力,研究工作也为优化SrAl_(2)O_(4):Eu^(2+),Dy^(3+)材料的品质和发光性能提供重要的参考意义。

Dy^(3+)/Tb^(3+)单掺硼酸盐玻璃陶瓷的高效可见荧光发射

实验采用高温熔融-退火法分别合成了Tb^(3+)掺杂和Dy^(3+)掺杂的稀土硼酸盐玻璃陶瓷材料。XRD晶相分析表明,所制备的样品为非晶态玻璃陶瓷物质;SEM形貌分析表明,样品表面十分致密,无明显的结晶状物质;光谱特性试验结果表明,在紫外激发下,Tb^(3+)和Dy^(3+)单掺在这种新型硼酸盐玻璃陶瓷中分别发出了强烈的绿色和明亮的黄白光。该类材料在可见显示器件方面具有广阔的应用前景,可用于开发新型彩色光源、荧光显示器件、紫外传感器和可调谐可见光激光器。

红色长余辉材料Mg_2SiO_4∶Dy^(3+),Mn^(2+)的制备及发光特性

用高温固相法制备了长余辉发光材料Mg2SiO4∶Dy3+,Mn2+,对这种材料的红色长余辉性质进行了研究。对以不同掺杂浓度单掺杂Mn2+、单掺杂Dy3+以及双掺杂Dy3+,Mn2+的Mg2SiO4体系,通过在紫外激发下的发射光谱及其激发光谱的研究,确认了在双掺杂体系中,峰值为660 nm的发光带对应着Mn2+的4T1(4G)→6A1(6S)跃迁,Mn2+为主要发光中心。Mn2+的660 nm发射的激发谱分布很宽,样品在近紫外和可见光区都有良好的吸收,长波边可达600 nm,是这种材料的一个显著优点。还研究了双掺杂体系中Dy3+对Mn2+的660 nm发光带的敏化作用。另外,通过对单掺杂、双掺杂体系热释光曲线的比较,揭示了双掺杂体系中Dy3+的陷阱作用。

Dy^(3+)/Tm^(3+)共掺杂钒磷酸钇的共沉淀法合成及光谱性质

以Y2O3、Dy2O3、Tm2O3、V2O5、(NH4)2HPO4为原料,采用共沉淀化学法合成了体色纯白的Dy3+、Tm3+共掺杂YP1-xVxO4荧光粉。对合成荧光粉的V5+/P5+、Dy3+/Tm3+摩尔比等条件进行了研究。利用SEM、变温紫外激光激发下的发射光谱及紫外激发下的发射光谱,对所合成的粉体的表面形貌及发光性能进行了表征。YP1-xVxO4∶Dy3+,Tm3+荧光粉在325nm紫外激光激发下,低温时存在基质VO3-4的蓝色宽带发射,随着温度升高,VO3-4吸收的激发能量更有效地传递给Dy3+、Tm3+,使其发光逐渐增强;在254nm的紫外光激发下,YP1-xVxO4∶Dy3+,Tm3+荧光粉发白光,是一种潜在的二基色高压汞灯用荧光粉。