High index of refraction via quantum interference in a three-level system of Er^3＋-doped yttrium aluminium garnet crystal

A simple three-level system is proposed to produce high index of refraction with zero absorption in an Er^3＋-doped yttrium aluminium garnet （YAG） crystal, which is achieved for a probe field between the excited state 4I13/2 and ground state 4I15/2 by adjusting a strong coherent driving field between the upper excited state 4I11/2 and 4I15/2. It is found that the changes of the frequency of the coherent driving field and the concentration of Er^3＋ ions in the YAG crystal can maximize the index of refraction accompanied by vanishing absorption. This result could be useful for the dispersion compensation in fibre communication, laser particle acceleration, high precision magnetometry and so on.

高热稳定CaGdAlO_(4)∶Er^(3+)/Yb^(3+)荧光粉的上转换发光及其温度传感性能

获得具有良好热稳定性和发光性能的非接触式光学温度传感材料是目前的研究热点之一,本工作通过高温固相法制备了Er^(3+)/Yb^(3+)共掺CaGdAlO_(4)∶Er_(x),Yb_(0.10)(x=0.006、0.008、0.010、0.012、0.014)荧光粉,尺寸大小分布在0.6~4.2μm。在980 nm激光激发下,该荧光粉在500~700 nm发射谱由两个发射带组成,528和550 nm处两个较强的绿光发射带,归属于Er^(3+)的^(2)H_(11/2)→^(4)I_(15/2)、^(4)S_(3/2)→^(4)I_(15/2)能级跃迁,663 nm处较弱的红光发射带,归属于Er^(3+)的^(4)F_(9/2)→^(4)I_(15/2)能级跃迁。上转换发光强度最大组分为CaGdAlO_(4)∶Er_(0.010),Yb_(0.10)。300~573 K变温发射谱表明,基于荧光强度比FIR_(528/550)参数,温度传感绝对灵敏度S_(A)从44.4×10^(-4) K^(-1)(@300 K)先增大到52.0×10^(-4) K^(-1)(@445 K)随后减小到49.0×10^(-4) K^(-1)(@573 K)。相对灵敏度S_(R)则从0.95×10^(-2) K^(-1)(@300 K)单调减小到0.27×10^(-2) K^(-1)(@573 K)。冷热循环实验表明该材料的热重复性优于98%。结果表明,CaGdAlO_(4)∶Er_(0.010),Yb_(0.10)荧光粉在光学温度传感领域具有潜在的应用前景。

High Quantum Efficiency and High Concentration Erbium-Doped Silica Glasses Fabricated by Sintering Nanoporous Glasses

A new method was used to prepare erbium-doped high silica （SiO2 % 〉 96 % ） glasses by sintering nanoporous glasses. The concentration of erbium ions in high silica glasses can be considerably more than that in silica glasses prepared by using conventional methods. The fluorescence of 1532 nm has an FWHM （Full Wave at Half Maximum） of 50 nm, wider than 35 nm of EDSFA （erbium-doped silica fiber amplifer）, and hence the glass possesses potential application in broadband fiber amplifiers. The Judd-Ofelt theoretical analysis reflects that the quantum efficiency of this erbium-doped glass is about 0.78, although the erbium concentration in this glass （6 × 10^3） is about twenty times higher than that in silica glass. These excellent characteristics of Er-doped high silica glass will be conducive to its usage in optical amplifiers and microchip lasers.

红色荧光粉CaWO_(4)∶Eu^(3+),Bi^(3+)的制备和光学性能的研究

本文采用高温固相法合成了一系列红色荧光粉CaWO_(4)∶Eu^(3+),Bi^(3+)。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和荧光分光光度计等手段,对样品的晶体结构、微观形貌、光学性能、能量传递方式、荧光寿命和热稳定性进行了表征。结果表明,当Eu^(3+)和Bi^(3+)的掺杂浓度分别为7%和2%时(摩尔分数),荧光粉红色发光(615 nm)最强,理论计算得到荧光粉的平均颗粒尺寸为50.27 nm,这与电子显微镜观察结果相符合。能量传递方式以电偶极-电四极相互作用为主,对CaWO_(4)∶7%Eu^(3+),yBi^(3+)(y=0~6%)系列荧光粉进行了荧光寿命测量,发现它们荧光寿命基本相同,都在0.56 ms左右。对CaWO_(4)∶7%Eu^(3+),2%Bi^(3+)荧光粉在不同温度下的光谱进行比较,并且计算相应的色度坐标,当温度升高时,色度坐标整体左移,发光强度有所变弱,但整体来说热稳定性较好。较好的热稳定性和明亮红光发射表明该荧光粉可以作为潜在商用红光荧光粉。

双钙钛矿结构Rb_(3)GaF_(6)∶Er^(3+),Yb^(3+)的合成及上转换发光特性研究

双钙钛矿结构化合物具有化学稳定性高、声子能量低、易于稀土离子掺杂和多种可调变的晶体学格位等优点,是一种优良的上转换发光基质材料。本文采用高温固相法在600℃下合成了双钙钛矿结构Rb_(3)GaF_(6)∶Er^(3+),Yb^(3+)上转换发光材料,并采用X射线粉末衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)和荧光光谱仪对其成分、结构和发光特性进行系统表征。在980 nm激发下,制备的样品在521和548/561 nm处产生的绿光发射分别归因于Er^(3+)的^(2)H_(11/2)-^(4)I_(15/2)、^(4)S_(3/2)-^(4)I_(15/2)能级上的电子跃迁,同时在656 nm处产生的红光发射对应于Er^(3+)的^(4)F_(9/2)-^(4)I_(15/2)能级上的电子跃迁。此外,本文探究了Rb_(3)GaF_(6)∶Er^(3+),Yb^(3+)的上转换发光机理。

Gd^(3+)掺杂调控BiFeO_(3)-BaTiO_(3)高温无铅压电陶瓷的结构与性能

用于监测航空发动机、重型燃气轮机等重大技术装备高温部件振动状态的压电加速度传感器,需要一种高居里温度压电陶瓷作为敏感元件,而电子元器件的无铅化是环境保护的迫切要求。采用传统的固相反应法制备一种Gd/Mn共掺杂的BF-BT((0.67BiFeO_(3)-0.33Ba_(1-x)Gd_(x)TiO_(3))+0.5%(质量分数)MnO_(2),x=0~0.02)高温无铅压电陶瓷,并研究Gd^(3+)掺杂浓度(x)对BF-BT陶瓷的相组成、微观结构、压电性能、介电弛豫行为及交流阻抗特征的影响。结果表明:所有样品均为单一钙钛矿结构,三方相(R)和四方相(T)共存,且T相含量随x增加而增加;适量的Gd^(3+)(x<0.02)固溶进入钙钛矿点阵之中能够促进BF-BT陶瓷晶粒的生长。掺杂Gd^(3+)的样品表现出增强的弛豫相变行为,相变温度(T_m)随x的增加而减小,而介电弛豫程度(ΔT_(relax))随x的增加而增大。采用R-CPE等效电路模型对BF-BT陶瓷的高温复阻抗谱(Cole-Cole图)进行拟合分析,发现样品在高温下的交流阻抗主要来自晶界的贡献。并且随着Gd^(3+)掺杂浓度的提高,样品的介电弛豫激活能不断增大,证实Gd^(3+)取代Ba^(2+)减少了晶格中氧空位浓度的施主掺杂效应。综合来看,x=0.01的样品具有最优的电学性能:T_(C)=425℃,d_(33)=126 pC/N,k_(p)=25.9%,tanδ=0.059,有望作为一种合适的高温压电材料被应用。

Tm^(3+)高掺杂的NaYF_(4)纳米颗粒制备与发光性能研究

为了研究Tm^(3+)高掺杂浓度下NaYF_(4)纳米颗粒的上转换发光性能,采用热分解法合成了六方相的NaYF_(4)∶Yb^(3+)/Tm^(3+)(20%/8%)纳米颗粒,并用X射线衍射对其结构进行了表征,用透射电子显微镜对其形貌和大小进行了表征.通过搭建上转换光谱测试系统,研究了在980 nm激光激发下NaYF_(4)∶Yb^(3+)/Tm^(3+)纳米颗粒的上转换发光光谱,并分析了其发光机制.通过计算475,513,650,744,805 nm处发光强度与激发光功率间的依赖关系,证明了其上转换发光过程为双光子过程.

金属-有机骨架离子凝胶膜的制备及其在C_(3)H_(6)/C_(3)H_(8)分离中的应用

通过调节反应时间合成出3种不同颗粒大小金属-有机骨架(ZIF-8),并将其与离子液体1-丙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(PmimTf_(2)N)和聚醚共聚酰胺(Pebax 1657)混合制得ZIF-8/IL/Pebax离子凝胶膜,用于对丙烯/丙烷混气体系的分离.通过ZIF-8颗粒与离子液体在Pebax膜中的协同作用,实现了金属-有机骨架(MOF)填料在聚合物基质中高达70%的质量掺杂量,C_(3)H_(6)/C_(3)H_(8)体系的气体分离性能也得到明显提升.研究表明,ZIF-8/IL/Pebax离子凝胶膜相比于Pebax纯膜,C_(3)H_(6)渗透通量提高了385%,达到了227.1 Barrer;同时,C_(3)H_(6)/C_(3)H_(8)的选择性也从3.04提高到了25.11.此外,在不同温度和压力条件下(10~40℃,0.15~0.3 MPa),ZIF-8/IL/Pebax离子凝胶膜均表现出优异的气体分离性能,并表现出了良好的应用前景.

GdPO_(4)∶Tb^(3+)荧光粉的制备及发光性能研究

稀土Tb^(3+)掺杂磷酸钆(GdPO_(4))绿色荧光粉是实现白光LED的潜在荧光粉,其常规水热法的制备存在反应时间较长、Tb^(3+)的掺杂量偏低等问题。本文采用水热法结合高温烧结制备了一系列Gd_(1-x)PO_(4)∶xTb^(3+)(x=0、1%、5%、11%、13%、15%、17%、19%)样品,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)-能谱仪(EDS)、红外光谱仪(FT-IR)和荧光分光光度计对所得样品的相结构、形貌、元素组成、光学吸收和发光性能进行了表征。研究结果表明,所合成样品均为GdPO_(4)的纯相,属于单斜晶系独居石结构,且Tb^(3+)均匀分布在GdPO_(4)基质中引起晶格收缩。在274 nm的光激发下,GdPO_(4)∶Tb^(3+)荧光粉的最强发射峰位于545 nm处,属于Tb^(3+)的^(5)D_(4)→^(7)F_(5)跃迁,且其荧光猝灭摩尔分数高达15%,此样品(GdPO_(4)∶15%Tb^(3+))表现出优异的绿光发射和良好的热稳定性。

Li^+,Zn^(2+),Mg^(2+)掺杂Lu_2O_3∶Er^(3+)荧光粉的制备及发光特性

用微波高温固相法合成了Er^(3+)单掺Lu_2O_3,Li^+与Er^(3+)共掺Lu_2O_3及Li^+,Zn^(2+),Mg^(2+)掺杂Lu_2O_3∶Er^(3+)的荧光粉。实验表明金属离子Li^+、Zn^(2+)、Mg^(2+)、Er^(3+)掺杂Lu_2O_3,不影响Lu_2O_3的立方晶相。扫描电子显微镜测量表明,Li^+掺杂可以有效改善粉体的分散性和形貌,Li^+,Zn^(2+),Mg^(2+)共掺杂获得的粉体颗粒分布更加均匀,粒径范围为80～100 nm。379 nm激发下,Li^+与Er^(3+)共掺样品发光较单掺Er^(3+)样品在565 nm处的发光增强了4.5倍,而Li^+、Zn^(2+)、Mg^(2+)与Er^(3+)共掺样品较其发光增强5.3倍。980 nm激发下,Li^+与Er^(3+)共掺样品,Li^+、Zn^(2+)、Mg^(2+)与Er^(3+)共掺样品的发光分别比单掺Er^(3+)样品在565 nm处发光增强23倍与39倍,在662 nm处发光强度分别增强20倍与43倍。379 nm激发下,较单掺Er^(3+)的样品,掺杂Li^+的样品和Li^+,Zn^(2+),Mg^(2+)和Er^(3+)共掺的样品荧光寿命均有所增加,而Zn^(2+)、Er^(3+)共掺及Mg^(2+)、Er^(3+)共掺样品的荧光寿命则有所缩短。

双包层Er^(3+)/Yb^(3+)共掺光纤放大器

详细描述了双包层E r3+/Y b3+共掺光纤放大器的基本原理和基本结构,介绍了此类光纤放大器在提高输出功率、提高增益、降低噪声及增益平坦等方面的研究进展,并报道了最新的实验结果:采用双包层E r3+/Y b3+共掺光纤放大器,实现了中心波长位于1 561 nm、3 dB带宽为8 nm、输出功率达1.16W超荧光输出,光光转换效率可达32%。

Eu^(3+)、Er^(3+)掺杂Tb_2(MoO_4)_3发光性能研究

通过高温固相法制备了Re_xTb_(2-x)Mo_3O_(12)(Re=Eu,Er; x=1%,3%,5%)材料.研究了不同Eu^(3+)、Er^(3+)掺杂浓度对Tb_2(MoO_4)_3发光性能的影响.X射线衍射结果表明:合成样品为纯相,Eu^(3+)、Er^(3+)的掺杂并不改变Tb_2(MoO_4)_3的晶体结构.激发光谱和发射光谱结果表明:随着Eu^(3+)掺杂浓度的增大,Tb_2(MoO_4)_3发光强度提高;随着Er^(3+)掺杂浓度的增大,样品发光强度先增强后减弱,存在浓度猝灭现象.本研究为开发新型发光材料提供了一定的参考.

LD泵浦的1.3at.%Er^(3+):CaF_(2)中红外高功率固体激光器(特邀)

3μm波段激光是高精度外科手术的理想光源,也可作为长波中红外光参量振荡器的有效泵浦源。LD直接泵浦Er^(3+)掺杂晶体是获得2.7~3μm波段中红外激光的有效技术途径,具有成本低、结构紧凑简单等优点。由于Er^(3+)2.8μm激光下能级阻塞问题,一般需要高浓度掺杂,但高浓度掺杂易引起强烈的光吸收,增强了激光晶体的热效应,从而阻碍了激光功率的提升。低声子能量的氟化钙晶体特有的萤石型结构使得三价稀土离子极易形成"团簇",将低浓度Er^(3+)掺杂到氟化钙晶体中即可获得高效率的中红外激光增益介质。笔者课题组使用温度梯度法成功生长了低浓度掺杂1.3at.%Er^(3+):CaF_(2)激光晶体,利用LD直接泵浦获得了2.2 W的中红外激光输出,这是目前利用LD端面泵浦同类晶体中的最高中红外激光输出功率。同时,文中还对上转换泵浦方式下该晶体的2.8μm激光特性进行了研究。实验结果表明,低浓度掺杂的1.3at.%Er^(3+):CaF_(2)晶体是一类具有产业化前景的中红外激光材料,有望推动长波中红外激光器向着结构紧凑、成本低的方向发展。

掺Er^3+晶体近3μm中红外激光研究进展

Er^3+近3μm激光是高精度激光手术的理想光源,此外其本身可作为中远红外激光系统的泵浦源,对长波激光的发展具有重要价值。研究表明,Er离子间的合作上转换能够抑制激光下能级寿命过长引起的粒子阻塞,显著提高激光效率。据此提出的“高浓度掺杂”方案造成了增益晶体严重的热效应,限制了激光功率提升。本文简要总结了关于掺Er^3+晶体激光自终止和合作上转换的研究成果,介绍了目前实现高功率近3μm激光的实验方案及其研究进展,对高功率Er^3+近3μm激光的发展进行了展望。

Enhanced cycling stability and rate performance of Co-doped and La_(2)O_(3)-coated LiNi_(0.9)Mn_(0.1)O_(2) toward power battery

Ultra-high nickel layered oxide cathode material with high energy density is the most promising material to improve the electrochemical performance of lithium-ion batteries(LIBs).However,the poor structural stability and severe surface/interface side reactions of the material lead to poor rate performance and cyclic stability,which limits its application in practice.In this paper,the dual-modification strategy of Co doping and La_(2)O_(3) coating is used to meet the above challenges.Co doping can effectively widen layer spacing and reduce Li^(+)/Ni^(2+) mixing,and La_(2)O_(3) coating can effectively eliminate the residual alkali on the surface of active material,inhibit the thickening of cathode electrolyte interphase(CEI)film and reduce surface/interface side reactions.Therefore,the modified material(NM90-CL)with excellent electrochemical properties is achieved through the synergistic enhancement of Co doping and La_(2)O_(3) coating.Its capacity retention rate can reach 77.9%after 200 cycles at 1.0℃ and 75.7%after 200 cycles at 5.0℃.Its reversible capacity can up to 153.5 mAh·g^(–1) at 10.0℃.This dual-modification strategy will provide theoretical guidance and technical support for the synthesis of other high-performance electrode materials.

Yb3+/Ho3+/Tm3+三掺杂LiTaO_(3)多晶材料的上转换发光特性

采用高温固相合成法制备了多组Yb^(3+)/Ho^(3+)/Tm^(3+)不同物质的量分数掺杂的LiTaO_(3)多晶材料,测试了双掺Yb^(3+)/Ho^(3+),Yb^(3+)/Tm^(3+)和三掺Yb^(3+)/Ho^(3+)/Tm^(3+)的LiTaO_(3)多晶的X射线衍射图谱、紫外-可见吸收谱和上转换荧光发射谱。X射线衍射(XRD)结果显示,稀土离子掺杂没有改变LiTaO_(3)多晶的物质结构,这表明稀土离子以取代基质离子的方式进入了晶格中。样品的紫外吸收边显示,增加Ho^(3+)或Tm^(3+)物质的量分数会导致吸收边先红移再蓝移。在980 nm泵浦光激发下,可见光区域中出现上转换蓝光(475 nm)、绿光(545 nm)和红光(663 nm和650 nm)发射,通过改变LiTaO_(3)中的激活离子Ho^(3+)-Tm^(3+)物质的量分数,可对上转换荧光色度进行调节,物质的量分数配比为2.0%Yb^(3+)/0.05%Ho^(3+)/0.4%Tm^(3+)的掺杂LiTaO_(3)多晶材料实现了最为接近标准白光的发射。

纳米H_(2)TiO_(3)锂离子筛的制备及吸附性能研究

以TiO_(2)和LiOH·H_(2)O为原料,Zr(NO_(3))_(4)·5H_(2)O为掺杂剂,采用高温固相和离子交换法制备了纳米H_(2)TiO_(3)锂离子筛。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、N 2吸附脱附技术等手段对H_(2)TiO_(3)锂离子筛的晶型、形貌和孔结构进行了表征,并以H_(2)TiO_(3)为锂离子吸附剂,LiCl溶液为模拟卤水,研究了pH值、时间和温度对Li^(+)的吸附性能。结果表明,Zr^(4+)掺杂未引起Li 2TiO_(3)晶型变化,且掺杂后Zr-H_(2)TiO_(3)的BET比表面积(18.16 m^(2)/g)和孔体积(0.0712 cm^(3)/g)均有所增大。溶液pH值增大有利于Li^(+)吸附,当pH=12.15时Zr-H_(2)TiO_(3)的Li^(+)吸附容量为21.66 mg/g,高于H_(2)TiO_(3)的吸附容量(18.79 mg/g)。H_(2)TiO_(3)和Zr-H_(2)TiO_(3)吸附Li^(+)行为符合准二级动力学模型,以化学吸附为主,吸附反应的ΔH为正,表明吸附过程为吸热反应。

Dual-doping for enhancing chemical stability of functional anionic units in sulfide for high-performance all-solid-state lithium batteries

The sulfide-based solid-state electrolytes(SEs)reactivity toward moisture and Li-metal are huge barriers that impede their large-scale manufactu ring and applications in all-solid-state lithium batteries(ASSLBs).Herein,we proposed an Al and O dual-doped strategy for Li_(3)PS_(4)SE to regulate the chemical/electrochemical stability of anionic PS_(4)^(3-)tetrahedra to mitigate structural hydrolysis and parasitic reactions at the SE/Li interface.The optimized Li_(3.08)A_(10.04)P_(0.96)S_(3.92)O_(0.08)SE presents the highestσLi+of 3.27 mS cm^(-1),which is~6.8 times higher than the pristine Li_(3)PS_(4)and excellently inhibits the structural hydrolysis for~25 min@25%humidity at RT.DFT calculations confirmed that the enhanced chemical stability was revealed to the intrinsically stable entities,e.g.,POS33-units.Moreover,Li_(3.08)Al_(0.04)P_(0.96)S_(3.92)O_(0.08)SE cycled stably in Li//Li symmetric cell over 1000 h@0.1 mA cm^(-2)/0.1 mA h cm^(-2),could be revealed to Li-Al alloy and Li_(2)Oat SE/Li interface impeding the growth of Li-dendrites during cycling.Resultantly,LNO@LCO/Li_(3.08)Al_(0.04)P_(0.96)S_(3.92)O_(0.08)/Li-In cell delivered initial discharge capacities of 129.8 mA h g^(-1)and 83.74%capacity retention over 300 cycles@0.2 C at RT.Moreover,the Li_(3.08)Al_(0.04)P_(0.96)S_(3.92)O_(0.08)SE presented>90%capacity retention over 200 and 300 cycles when the cell was tested with LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_(2)(NCA)cathode material vs.5 and 10 mg cm^(-2)@RT.

绿光发射NaZr_(2)(PO_(4))3:Eu_(2+)荧光粉的制备及光致发光性能研究

以高温固相合成法制备Eu^(2+)掺杂NaZr_(2)(PO_(4))3:x Eu^(2+)(NZPO:x Eu^(2+))荧光粉,通过XRD(X射线衍射)、PL(光致发光光谱)、SEM(扫描电子显微镜)、荧光寿命等表征手段,对合成样品的物相、结构和发光性能进行研究。结果表明,NZPO:x Eu^(2+)的晶体结构属于三方晶系,空间群为R-3 c(167),在400 nm近紫外激发下,得到发射峰为500 nm的绿光发射。Eu^(2+)的最佳掺杂浓度为0.04,NZPO:0.04Eu^(2+)发射谱对应的CIE色坐标为(0.236,0.508),色纯度为33.7%,表明NZPO:x Eu^(2+)荧光粉可作为白光LED的潜在绿光发射材料。

CeO_(2)⁃Y_(2)O_(3)⁃ZrO_(2)热障涂层研究进展

随着先进航空发动机涡轮叶片热障涂层服役温度、服役寿命和隔热性能等要求的不断提升,传统的6%—8%Y_(2)O_(3)部分稳定ZrO_(2)(YSZ)热障涂层由于存在容易产生高温相变、变形剥落等问题,已难以适应未来高温等更加严苛的工作环境。CeO_(2)和Y_(2)O_(3)共同稳定的ZrO_(2)(CYSZ)涂层具有良好的高温相稳定性、较好的抗熔盐腐蚀性能,CeO_(2)的掺杂能使ZrO_(2)材料的热导率降低,提高涂层的隔热性能、热膨胀系数和抗热震性能。综述了国内外CYSZ热障涂层的研究成果和存在的问题,阐述了CeO_(2)掺杂对YSZ热障涂层性能的影响机制,并简要介绍了目前国内外CYSZ热障涂层及其材料的制备技术研究进展。