人工晶体学报

叶欣, 刘阳, 陶绪堂

2021, 50(1): 1-6.

摘要 ( 245 )

PDF (3677KB) ( 190 )

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随着功能器件向微型化发展,微纳米尺度的低维晶体成为构建新一代功能器件的材料基础。传统的体块单晶生长方法不适用于低维晶体。长久以来,对新型低维材料的研究依赖于机械剥离、溶液法和化学/物理气相沉积等方法,这些方法在效率、可控性和适用性等方面存在诸多限制,因此发展高效可控的低维晶体新型生长方法成为实现这些低维材料器件实用化的前提。山东大学晶体材料国家重点实验室陶绪堂、刘阳团队基于多年来在分子材料结晶基础方面的研究成果,发明了新的“微距升华”低维晶体生长方法。“微距升华”法利用原料与生长衬底之间的微小间距,可以在常压下实现常规物理气相传输中需要高真空才能够达到的分子流传输模式,使生长过程不再受传质限制,因此微距升华法无须真空和载气,速度快,原料利用率接近100%。该方法适用于大部分的有机半导体、金属配合物,甚至含有大量羧基、羟基的药物分子及熔点在一定范围内的无机物晶体,生长的微纳米晶体与电子器件制程匹配,屡次创新器件迁移率记录。新方法受到业界广泛关注,已被多国科学家采用。

含谐振单元和弹性支承谐振单元的声子晶体低频禁带特性研究

李竞, 王红赛, 关栋, 张纯, 沈辉

2021, 50(1): 7-12.

摘要 ( 100 )

PDF (3095KB) ( 40 )

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在结构中周期性地添加谐振单元可以构造局域共振声子晶体并产生低频禁带。本文提出了一种具有谐振单元和弹性支承谐振单元的声子晶体结构,通过声子晶体理论和振动理论对该结构的禁带特性和禁带调控特性进行了计算与分析。结果表明,该结构可在0 Hz处形成禁带;禁带内对振动的衰减强度由衰减因子和有限结构周期数共同决定;结构中存在1条可调控禁带和3条不可调禁带;可调控禁带可以通过改变谐振单元和弹性支承谐振单元的结构参数加以调控;不可调禁带包括第一禁带,它们能够较为稳定地对一定频率的弹性波产生衰减作用。该结构所具有的禁带特性在管路、桥梁和汽车减振领域具有潜在应用。

超胞声子晶体板的轻量化设计与研究

郭兆枫, 陈传敏, 乔钏熙, 倪园

2021, 50(1): 13-19.

摘要 ( 92 )

PDF (5439KB) ( 37 )

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由于局域共振型声子晶体板具有优秀的低频声学特性,相关的研究越来越丰富,但多为实验室环境下的研究,对其工程应用方面的轻量化研究存在不足。因此,本文以变电站低频噪声为应用背景,提出一种局域共振型声子晶体板轻量化设计方法。基于此方法,设计出一种针对变电站噪声频谱特性的轻量化超胞声子晶体板。研究发现,此声子晶体板在50 Hz和100 Hz同时具有明显的声传输损失峰,隔声量分别为67 dB和48 dB,并通过振型位移及声压级复合声强流线图对其隔声机理进行了分析研究。本研究对今后声子晶体板的工程应用和变电站噪声控制都具有指导意义。

减少ZnGeP₂晶体1~2.5 μm光学吸收的研究

赵鑫, 谢华, 方声浩, 庄巍, 叶宁

2021, 50(1): 20-24.

摘要 ( 88 )

PDF (2532KB) ( 51 )

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ZnGeP₂晶体在1~2.5 μm有几个吸收峰,此波段的吸收峰主要是由于点缺陷V_P、Ge_Zn和V_Zn引起的,这些光学吸收严重影响ZnGeP₂晶体在光参量振荡器中的应用性能。针对ZnGeP₂在此波段的光学吸收,基于电子-原子核散射理论,通过理论计算模拟电子辐照来寻找合适的辐照条件,对布里奇曼法生长出的ZnGeP₂单晶分别进行退火热处理和电子辐照处理,并采用红外光谱仪和综合物理性能测量系统测试不同条件下ZnGeP₂晶体的红外吸收光谱、霍尔系数和载流子浓度。结果表明退火热处理能有效减少ZnGeP₂晶体在1.2 μm和1.4 μm附近的光学吸收,而电子辐照处理有利于减少ZnGeP₂晶体在2.0 μm附近的光学吸收,实验结果与计算结果一致。

衬底用单晶金刚石晶格随温度变化的研究

陈正佳, 徐锴, 陈广超

2021, 50(1): 25-31.

摘要 ( 136 )

PDF (7835KB) ( 89 )

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本文对CVD(Chemical Vapour Deposition, CVD)外延生长中作为衬底的高温高压(HTHP)单晶金刚石进行拉曼光谱测试,利用谱峰半高宽(FWHM)判断了衬底的结晶质量。开展了升温(室温~1 000 ℃)和降温(1 000 ℃~室温)过程中衬底晶格变化的X射线原位测量研究。实验表明:衬底的晶格常数随温度变化而变化,在1 000 ℃时因晶格变化而产生的应力大小为GPa量级。晶格常数在降温过程要比升温过程的数值大,线膨胀系数的计算结果也发现了相同的现象。根据傅里叶红外光谱仪(FT-IR)测试结果推断:造成上述变温过程中晶格变化差异的原因在于样品中氮浓度的不同,其中氮浓度越高,拉曼光谱的半高宽越大,衬底的晶格常数变化越大,线膨胀系数越大。

甚高频用超低饱和磁化强度In∶BiCaVIG晶体生长及磁特性研究

魏占涛, 游斌, 姜帆, 张平川, 蓝江河

2021, 50(1): 32-37.

摘要 ( 78 )

PDF (4287KB) ( 26 )

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利用加速坩埚转动技术制备了超低饱和磁化强度(M_s)石榴石型In∶BiCaVIG单晶铁氧体材料,系统研究了单晶样品的晶体结构、微观形貌及磁学性能。结果表明:In∶BiCaVIG单晶样品结晶良好,具有体心立方结构;样品的居里温度为104 ℃,饱和磁化强度为60 G,饱和磁化强度偏差达到±20 G, 略优于美国Microphere公司同类型材料产品。经过抛光处理后的球形样品线宽明显减小,最小线宽为5.8 Oe,这是因为化学抛光处理可以均匀腐蚀加工应力层,导致线宽减小。另外,与未掺杂BiCaVIG单晶相比,超低饱和磁化强度样品的线宽明显要大,这主要跟样品的饱和磁化强度大小有关。

Mn掺杂LiNbO₃结构ZnTiO₃的磁性和光电性质的第一性原理研究

苏锟仁, 梁一机, 林尔庆, 王国, 徐祥福, 陈星源, 赖国霞

2021, 50(1): 38-42.

摘要 ( 81 )

PDF (6049KB) ( 35 )

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采用密度泛函理论计算了Mn掺杂LiNbO₃结构的ZnTiO₃(LN-ZnTiO₃)的磁性和光电性质。计算结果表明Mn掺杂LN-ZnTiO₃倾向占据Zn位,形成稳定的3d⁵电子构型。Mn替代Zn位掺杂可以为LN-ZnTiO₃提供较大的局域磁矩,约为5 μB。同时在价带顶附近形成明显的Mn-3d和O-2p轨道的受主能级,降低了材料的带隙,促进可见光的吸收。在LN-ZnTiO₃中掺杂Mn可以同时实现较大的局域磁矩和p型半导体的特性,拓展了材料在磁学和可见光吸收领域的应用。

Na⁺,Dy³⁺,Eu³⁺掺杂YAG荧光粉的光学性能

李晴, 王林香, 柏云凤, 阿热帕提·夏克尔

2021, 50(1): 43-52.

摘要 ( 81 )

PDF (7534KB) ( 45 )

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本文用高温固相法制备了Na⁺,Dy³⁺,Eu³⁺掺杂YAG系列荧光粉。通过改变掺杂的Dy³⁺浓度、激发波长、掺杂Na⁺,研究其对发光的影响。X射线衍射结果显示,硼酸、Na⁺、Dy³⁺、Eu³⁺掺入基本不影响YAG的立方晶相,且随Na⁺、Dy³⁺、Eu³⁺浓度增加,样品衍射峰位置向小角度偏移。用λ_em=590 nm监测Dy³⁺,15%Eu³⁺共掺YAG粉体,随Dy³⁺浓度增加,Eu³⁺和Dy³⁺的激发强度均先增大后减小。当用λ_ex=366 nm激发Dy³⁺,15%Eu³⁺共掺YAG粉体,此时存在Eu³⁺→Dy³⁺的能量传递,计算得到Eu³⁺→Dy³⁺的能量传递效率为84.23%。相比10%Dy³⁺,15%Eu³⁺共掺YAG,掺入0.5%Na⁺后,样品中Dy³⁺发光增强1.5倍,色坐标(0.348 1,0.397),色温5 010 K,接近标准白光。用λ_ex=394 nm激发Dy³⁺,15%Eu³⁺共掺YAG粉体,此时存在Dy³⁺→Eu³⁺的能量传递,计算得到Dy³⁺→Eu³⁺的能量传递效率为88.9%。相比10%Dy³⁺,15%Eu³⁺共掺YAG,掺入0.5%Na⁺后,Eu³⁺发光增强1.8倍,色坐标(0.466 7,0.416 8),色温2 650 K,达到商用暖白光标准。

浙江晶盛机电股份有限公司再创佳绩———首颗 700 kg 级超大尺寸蓝宝石晶体生长成功

欧阳鹏根

2021, 50(1): 52-52.

摘要 ( 57 )

PDF (1254KB) ( 52 )

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2020年12月22日，由浙江晶盛机电股份有限公司(简称晶盛机电)研发中心晶体实验室和子公司内蒙古晶环电子材料有限公司(简称晶环电子)共同研发的首颗700 kg级蓝宝石晶体成功出炉。这是晶盛机电继2017年国内首颗300 kg级蓝宝石晶体面世、2018年成功生长450 kg级蓝宝石晶体之后,实现长晶技术三级跳，成功研发出的又一重量级超大尺寸蓝宝石晶体。标志着该公司在蓝宝石晶体生长技术领域达到世界领先水平,我国在蓝宝石材料相关产业的核心竞争力进一步提升。

蓝宝石是综合性能优良、结构功能一体化的晶体材料，主要应用于GaN 基LED衬底、激光基质晶体、光学窗口等光电子领域以及智能显示终端面板等消费电子领域,在现代光电信息技术产业中发挥着举足轻重的作用。在良率相当的情况下,蓝宝石晶体尺寸越大，材料的利用率就越高，边角损失也越小,特别是在6英寸以上衬底、大尺寸面板的应用上，其优势更为明显。据测算，700 kg级蓝宝石晶体可以提供 700 mm ×400 mm以上的超大尺寸面板,为我国特种领域应用提供了更为广泛的材料选择。

晶盛机电是国内领先的半导体材料装备和 LED 衬底材料制造的高新技术企业，销售收入(2019年)位居中国半导体设备十强企业首位，连续三年(2017—2019年)完成利税位居中国电子专用设备行业首位。公司荣获工信部第三批制造业单项冠军产品、浙江省科技进步一等奖、浙江省人民政府质量管理创新奖等荣誉。

近年来，晶盛机电在连续承担两项国家科技重大专项(02专项)课题的基础上,不断攻克半导体、光伏领域大尺寸晶体生长和加工等核心技术，同时致力于蓝宝石晶体材料产业链的延伸，目前已建立LED衬底用蓝宝石晶体生长和切磨抛产线。 2020年11月又与蓝思科技共同投资宁夏鑫晶盛项目,全力打造全球最大蓝宝石晶体智造车间,目前已开工建设。

(La_0.95Eu_0.05)F₃纳米晶的自牺牲模板法合成及其下转换发光性能研究

赵昕睿, 李龙娇, 龚长帅, 王楚祺, 马藤, 王雪娇

2021, 50(1): 53-59.

摘要 ( 93 )

PDF (4438KB) ( 41 )

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利用自牺牲模板法以一种新型稀土层状化合物(La_0.95Eu_0.05)₂(OH)₄SO₄·2H₂O为模板成功合成出(La_0.95Eu_0.05)F₃纳米晶并研究其下转换发光性能。采用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外变换(FT-IR)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)及荧光光谱仪对合成产物的物相和荧光性能进行表征。XRD及Rietveld精修结果表明以稀土硝酸盐和硫酸铵为原料在100 ℃、pH值为9.5的条件下反应24 h可得到稀土层状化合物(La_0.95Eu_0.05)₂(OH)₄SO₄·2H₂O模板。自牺牲反应过程中,当模板中稀土离子与氟化铵中氟离子摩尔比为1∶3和1∶5时,在180 ℃下水热反应24 h可成功合成(La_0.95Eu_0.05)F₃纳米晶。荧光光谱分析表明,(La_0.95Eu_0.05)F₃荧光粉在395 nm的紫外光激发下,分别在591 nm(⁵D₀→⁷F₁跃迁,高强度)、618 nm(⁵D₀→ ⁷F₂跃迁,中等强度)和692 nm(⁵D₀→ ⁷F₄跃迁,低强度)处显示下转换发射。所得荧光粉的色坐标为(0.52,0.45),橙红光。荧光粉的主发射峰呈现单指数衰减行为,拟合后发现其荧光寿命约为14 ms。

超薄异质结太阳能电池理论模拟计算及分析

车晋, 卢海江

2021, 50(1): 60-65.

摘要 ( 107 )

PDF (1433KB) ( 31 )

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采用AFORS-HET软件对超薄异质结太阳能电池的窗口层、本征层的掺杂浓度、厚度、带隙等参数进行了数值模拟和优化,结合实际具体分析了每个参数对超薄异质结电池性能的影响规律,且得出了最佳的优化参数。模拟结果表明:对于衬底厚度仅为80 μm的超薄异质结太阳能电池,随着窗口层厚度的增加,电池性能整体呈现下降的趋势,通过结合实际,得出窗口层的最佳厚度范围是5～9 nm;随着窗口层掺杂浓度的增加,电池性能整体呈现先增加后趋于恒定的趋势,窗口层理论上的最佳掺杂浓度范围为7×10¹⁹～8×10¹⁹;窗口层的带隙宽度对电池的开路电压和效率影响较大,对填充因子和短路电流有较小的影响,窗口层的最优带隙范围为1.85～2.0 eV。随着本征层厚度的增加,电池的填充因子FF和效率E_ff呈现先增加后减小的趋势,短路电流逐渐减小,而开路电压基本不变,本征层的最佳厚度是5～10 nm;当本征层的光学带隙小于1.8 eV时,对电池性能影响较小,当大于1.8 eV,电池性能急剧下降,因此本征层的最佳带隙范围是1.6～1.8 eV。

N型TOPCon晶硅太阳能电池光注入退火增效的研究

魏凯峰, 刘大伟, 倪玉凤, 张婷, 刘军保, 张天杰, 杨露

2021, 50(1): 66-72.

摘要 ( 726 )

PDF (7881KB) ( 363 )

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N型隧穿氧化层钝化接触(Tunnel Oxide Passivating Contacts,TOPCon)太阳能电池完成印刷烧结后,再经过光注入,效率有明显提升,主要表现在V_oc(开路电压)及FF(填充因子)的提升。其机理在于通过温度和光照强度调节费米能级变化,控制H总量及价态来提高钝化性能。钝化膜层的质量、硅基体掺杂浓度、光注入退火时的工艺温度等对光注入退火工艺提升效率有很大影响。实验证明转换效率越低的电池片经过光注入后效率提升幅度越大;转换效率越高的电池片缺陷会更小,经过光注入退火工艺后几乎无增益。另外同心圆在经过光注入退火工艺后会明显消除。本文主要研究温度、光强、基体电阻率、正表面金属接触面积大小、poly-Si(多晶硅)厚度对光注入退火工艺增效的影响。

DMF体系中Cu₂O球晶的制备及形貌分析

饶盛源, 邱志惠, 徐金燕, 徐鑫, 张琦, 隆颖, 阮青锋

2021, 50(1): 73-79.

摘要 ( 78 )

PDF (5688KB) ( 30 )

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以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,通过改变铜源和表面活性剂,调控反应参数,溶剂热条件下制备了三维十字形、空心及实心的Cu₂O球晶。利用XRD、SEM等表征手段,分析探讨了工艺条件变化对Cu₂O球晶形貌的影响。研究表明,随着DMF浓度的增大,体系的还原能力增强,Cu⁺增多,溶液的过饱和度增大,Cu₂O晶体集合体形态由晶体结构控制的各向异性与对称性的球晶逐渐向各向同性球晶演变。十二烷基硫酸钠(SDS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等表面活性剂有助于降低溶液的过饱和度,增加结晶质的表面扩散能力,有利于规则形态Cu₂O晶粒的形成。反应体系中,Cu(Ac)₂·H₂O水解生成的羧基与DMF中的甲酰基在高温下发生脱羧反应产生CO₂气体以及SDS发泡作用产生的气体是形成空心Cu₂O球晶的重要原因。

基于磁光应用的TbO_1.81和Tb₂O₃超细粉末的合成

冯凯, 吕滨, 程红梅, 吴少凡, 王燕, 刘永兴

2021, 50(1): 80-87.

摘要 ( 70 )

PDF (5149KB) ( 30 )

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以碳酸氢铵(AHC)为沉淀剂,采用液相沉淀法结合高温热分解获得了TbO_1.81和Tb₂O₃超细粉体。研究表明,沉淀前驱体呈现出一维纳米线形貌特征,纳米线的平均宽度随碳酸氢铵含量的增加而增长。前驱体在空气中直接加热煅烧经过脱水、脱碳和颗粒生长等过程得到了平均粒径约为140 nm的类球状TbO_1.81纳米粉体;而前驱体在流动氢气气氛下加热则获得了颗粒尺寸更小的Tb₂O₃粉体(平均粒度约为85 nm)。碳酸氢铵与Tb³⁺的摩尔比对氧化物粉体的分散有显著影响,最佳摩尔比为1∶1。TbO_1.81和Tb₂O₃的禁带宽度分别约为1.67 eV和5.20 eV。

导电聚苯胺线膜修饰ZnO纳米棒阵列的可控制备及其紫外探测性能

王建超, 杨光慧, 唐格格, 麻明友, 彭华勇

2021, 50(1): 88-93.

摘要 ( 61 )

PDF (5790KB) ( 23 )

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基于p-n结的光生伏特效应可构筑性能优异的UV探测器,本文采用水热法可控制备竖直排列的氧化锌纳米棒阵列(n型ZnO-NRs),利用原位聚合法在ZnO-NRs表面上修饰p型聚苯胺线膜(PANI-NWs),再组装成ZnO-NRs与ZnO-NRs/PANI-NWs紫外探测器。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、紫外可见漫反射(UV-Vis)光谱表征样品的形貌、结构与光学性质。并通过电化学工作站测定电流-时间(I-t)和电流电压(I-V)曲线,表征其光响应性能。结果表明,制备的ZnO-NRs/PANI-NWs材料阵列排列整齐,界面接触良好,孔隙均匀。ZnO-NRs/PANI-NWs探测器在检测365 nm紫外光时,光电流为2.73×10^-4 A;检测254 nm紫外光时,光电流为1.44×10^-4 A。其光电流为ZnO-NRs探测器的4~10倍,ZnO-NRs和PANI-NWs之间形成的p-n结增强了光电导。用ZnO-NRs/PANI-NWs材料组装成的UV探测器体现出稳定性好,响应速度快,恢复时间短,电流增益高等优点,为开发高性能紫外光电探测器提供数据支撑。

Ni、Mo共掺杂对SnO₂材料性能影响的仿真研究

常永强, 王景芹, 朱艳彩, 张广智, 胡德霖

2021, 50(1): 94-101.

摘要 ( 65 )

PDF (5629KB) ( 28 )

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针对AgSnO₂触头材料存在的不足,采用基于密度泛函理论的第一性原理对SnO₂、Ni单掺杂、Mo单掺杂以及Ni-Mo共掺杂SnO₂材料进行了电性能与力学性质的研究,计算了各体系的形成能、能带结构、态密度、弹性常数等各项参数。结果表明,掺杂后的材料可以稳定存在,且仍为直接带隙半导体材料。与未掺杂相比,掺杂后体系的能带结构带隙值减少,其中Ni-Mo共掺杂时的带隙值最小,载流子跃迁所需能量减少,极大地改善了SnO₂的电性能;由弹性常数计算了剪切模量、体积模量、硬度等参数,其中Ni-Mo共掺杂时的硬度大幅降低,韧性增强,有利于AgSnO₂触头材料后续加工成型,且其普适弹性各向异性指数最小,不易形成裂纹。综合各项因素,Ni-Mo共掺杂能够很好地改善SnO₂的性能,为触头材料的发展提供了理论指导。

萘羧酸膦酸铜配合物的合成与表征

卜康, 吉玉如, 王楠, 徐阳, 王宣

2021, 50(1): 102-105.

摘要 ( 67 )

PDF (2679KB) ( 41 )

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本文以萘羧酸膦酸配体(5-pncH₃=(5-phosphono-1-naphthalenecarboxylic acid)和高氯酸铜为原料,在水热条件下自组装得到了一维配合物Cu_0.5(5-pncH₂)(H₂O)_1.5(1)。采用单晶衍射(X-Ray)、元素分析(EA)、红外光谱(FT-IR)、粉末衍射(Powder X-Ray)、热重分析(TG-DTG)对配合物进行晶体结构和热稳定性表征。晶体结构分析表明:该配合物结晶于正交晶系,Pbcm空间群,a=0.667 88(2) nm,b=0.884 14(2) nm,c=4.174 03(9) nm。配合物1的晶体结构中相邻的金属Cu^II离子由配位水分子连接成一维锯齿状无机链。这些相邻的无机链通过萘羧酸膦酸配体上未配位的双重羧基氢键连接成层状结构。热稳定性研究表明,配合物呈现出逐级分解过程,在350 ℃以下能够保持配合物骨架结构的稳定性。

手性镝(III)-酒石酸配合物的合成、单晶转换及热稳定性研究

李丽, 郑剑锋, 赵明霞, 冯思思

2021, 50(1): 106-112.

摘要 ( 52 )

PDF (3456KB) ( 24 )

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以2,3-二乙酰对甲苯-D-酒石酸(D-H₂DTTA)为原料,与金属Dy(III)盐反应,经过单晶-单晶转换,得到一种新的酒石酸(H₂tar)配合物[Dy(Htar)₃(H₂O)₃]_n(1),对该配合物用元素分析、红外光谱、X-射线单晶衍射、粉末衍射以及差热-热重等进行了表征。晶体结构分析表明,配合物1属三方晶系,R3空间群,晶胞参数为a=b=2.723 16(14) nm,c=0.762 75(6) nm,α=β=90.00°,γ=120.00°,V=4.898 5 (6) nm³,Z=3, 剑桥晶体数据库(Cambridge Crystallographic Data Centre, CCDC)编号为1498504。配合物中的金属Dy³⁺分别与三个酒石酸离子配体Htar^-上的六个氧原子和三个配位水分子上的三个氧原子配位,形成九配位三帽三棱柱构型。配合物1在c方向上通过O1和O5原子连接成一维链状结构,相邻Dy³⁺之间的距离为0.762 8(1) nm。配合物1是由[Dy(HDTTA)₃(CH₃OH)₃]_n经单晶-单晶转换过程得到,其转换过程包括酯基水解及水分子取代两类反应。配合物1具有一定的热稳定性,45~166 ℃失去配位水分子,高于166 ℃配合物骨架坍塌。

MeCeO_x(Me=In,Zr)固溶催化剂制备及催化合成碳酸二甲酯研究

王逸舟, 刘飞, 赵天翔, 曹建新, 许芳

2021, 50(1): 113-121.

摘要 ( 56 )

PDF (6047KB) ( 22 )

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采用液相共沉淀法制备了MeCeO_x(Me=In,Zr)双金属氧化物固溶催化剂。借助X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、程序升温还原(H₂-TPR)、程序升温脱附(CO₂-TPD、CH₃OH-TPD)及漫反射傅里叶变换红外光谱(DRIFTS)等手段对催化剂物化性质进行了分析表征。在系统考察不同金属氧化物种类和掺杂量的基础上,对比研究了不同金属氧化物掺杂改性CeO₂制得固溶催化剂的结构性质及催化行为。结果表明:不同金属氧化物掺杂改性制得的MeCeO_x(Me=In,Zr)双金属氧化物,由于形成的固溶结构增大了氧空位缺陷浓度;InCeO_x具有最大的氧空位缺陷浓度和CO₂、CH₃OH分子化学吸附量;在反应压力1.0 MPa、反应温度140 ℃,反应空速(GHSV)3 600 mL/(g·h)、V(CO₂)/V(CH₃OH)/V(N₂)=4∶1∶5条件下,InCeO_x表现出优异的催化性能,碳酸二甲酯(DMC)选择性91.3%,CH₃OH转化率8.4%,碳酸二甲酯STY(时空产率)达0.11 g_DMC·h^-1·g^-1_cat。原位红外分析进一步揭示了氧空位活化CO₂及中间体单配位甲氧基的形成是碳酸二甲酯高选择性的关键。

ZnSn(OH)₆/SrSn(OH)₆光催化降解甲苯的性能研究

潘睿, 傅敏, 陈正波, 胡雪利

2021, 50(1): 122-129.

摘要 ( 65 )

PDF (10344KB) ( 22 )

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采用简单的共沉淀法制备了新型ZnSn(OH)₆/SrSn(OH)₆复合光催化剂。利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见-漫反射吸收光谱(UV-Vis)、N₂吸附脱附、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)对样品的结构、形貌和光吸收性质进行了表征,并以甲苯为目标污染物对其光催化性能进行评价。结果表明,与纯相SrSn(OH)₆和ZnSn(OH)₆相比,复合材料ZnSn(OH)₆/SrSn(OH)₆的紫外光吸收能力显著增强,光生载流子的复合效率降低,进而增强了其光催化降解甲苯的效率。复合样品ZSH/SSH-10摩尔比为10%对甲苯的降解率达到58%,是SrSn(OH)₆单体的1.35倍。循环使用5次后,ZSH/SSH-10的降解率仍保持51%以上,说明该催化剂具有良好的循环稳定性。

AgBr/TiO₂纳米纤维的制备及其光催化性能研究

孙楠, 陈鹏, 任有良

2021, 50(1): 130-137.

摘要 ( 62 )

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以钛酸丁酯、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、无水乙醇为原料,利用静电纺丝技术制备出Ti(OC₄H₉)₄/PVP纳米纤维,经500~1 000 ℃高温煅烧制得TiO₂纳米纤维,再通过水热法将AgBr纳米颗粒负载到TiO₂纳米纤维表面。利用X射线衍射仪、场发射扫描电镜、差热-热重分析对AgBr/TiO₂纳米纤维进行表征分析。利用甲基橙(MO)为降解底物模拟染料废水,研究TiO₂、AgBr/TiO₂纳米纤维的光催化性能。分析结果表明,经800 ℃煅烧后的TiO₂纳米纤维,在添加量为100 mg时光催化效果较好;相同条件下,AgBr/TiO₂纳米纤维的光催化降解率高于TiO₂纳米纤维,AgBr/TiO₂纳米纤维对甲基橙的降解率为95.97%。

Er³⁺单掺与Er³⁺/Yb³⁺共掺NBT-CT无铅压电陶瓷的上转换发光性能研究

马春林, 周越, 马晨宇, 董倩文, 吴瑾, 范雨香, 翟章印

2021, 50(1): 138-143.

摘要 ( 56 )

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采用固相烧结法制备一系列Er³⁺单掺与Er³⁺/Yb³⁺共掺0.96Na_0.5Bi_0.5TiO₃-0.04CaTiO₃(NBT-CT∶xEr³⁺/yYb³⁺,x=0.002~0.015,y=0.010)无铅压电陶瓷。通过X射线衍射仪和荧光光谱仪分别对样品的物相结构和上转换发光特性进行表征和分析。结果表明,样品的主晶相为NBT晶相。在波长为980 nm的近红外光激发下,Er³⁺单掺与Er³⁺/Yb³⁺共掺NBT-CT陶瓷均呈现强的以绿光为主的Er³⁺特征上转换发光。在NBT-CT∶xEr³⁺中,当x=0.010时上转换发光性能最佳;Yb³⁺能够起到敏化作用,明显增强Er³⁺的上转换发光强度。

纳米氧化镱对熔融石英析晶动力学机制的影响

谷莹蕾, 闫亚汐, 卜景龙, 马超, 王志发

2021, 50(1): 144-150.

摘要 ( 62 )

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本文研究引入纳米氧化镱对熔融石英析晶机制及动力学过程的影响。通过X射线衍射仪(XRD)测试结果分析了纳米氧化镱的引入对熔融石英陶瓷析晶率的影响,采用动力学方法分析了纳米氧化镱的引入对熔融石英陶瓷析晶机制的影响,同时探讨了其等温析晶动力学过程。研究表明,熔融石英陶瓷的晶粒向二维兼有一维及三维的方式生长,引入纳米氧化镱的熔融石英陶瓷的晶粒则向二维兼有三维的方式生长;试样B和试样Y的析晶活化能E分别为874 kJ/mol和1 188 kJ/mol。在熔融石英陶瓷中引入纳米氧化镱能够大幅度减少SiO₂玻璃脱玻为方石英的“活性成核点”,增加玻璃表面结构稳定性,提高析晶活化能,大大降低熔融石英的析晶率。

单晶硅晶格间距的测量技术进展及应用

李伟, 施玉书, 李琪, 黄鹭, 李适, 高思田

2021, 50(1): 151-157.

摘要 ( 94 )

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单晶硅晶格间距是许多重要物理常数测量的基础。本文介绍了硅晶格间距测量技术的发展历程,包括X射线干涉仪直接测量和晶格比较仪间接测量两种方法,以及影响测量结果不确定度的关键因素。得益于晶格间距测量的进展,在纳米尺度,硅晶格间距被国际计量局(BIPM)批准成为新的米定义复现形式。最后介绍了硅晶格在计量学中的应用,以及基于硅晶格实现纳米几何量测量的溯源体系的研究趋势。

金刚石UV-Vis-MIR光谱常见特征综述

李建军, 范澄兴, 程佑法, 刘雪松, 王岳, 山广祺, 李婷, 李桂华, 丁秀云, 赵潇雪, 黄准, 燕菲, 杜冉

2021, 50(1): 158-166.

摘要 ( 285 )

PDF (1643KB) ( 197 )

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金刚石分类体系经过上百年发展已趋于成熟。以光谱为基础的分类依据是紫外可见近红外光谱(UV-Vis-NIR)和中红外光谱(MIR),主要涉及氮、硼杂质元素,所识别的有关晶格缺陷模型已得到较为合理的解释,但大量的晶格缺陷,包括跟氮有关的晶格缺陷研究尚不透彻,这将限制金刚石应用领域的开拓进程。本文汇集了金刚石紫外-可见光-红外光光谱中呈现的部分吸收特征,特别是对金刚石分类系统进行了完整地说明。除此以外,一些在光谱中较易识别的特征,也已经有了较为合理的理论解释和结构模型,总结汇总这些谱学特征以及其对应的结构模型,可以为金刚石材料的进一步研究和应用提供参考。

白光LED用钨/钼酸盐红色发光材料研究进展

阮文科, 谢木标

2021, 50(1): 167-178.

摘要 ( 67 )

PDF (7035KB) ( 29 )

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红色发光材料的性能对白光LED的显色指数和色温有着极其重要的影响,本文主要介绍了白钨矿型钨/钼酸盐、双钙钛矿型钨/钼酸盐以及复合型钨/钼酸盐等几大体系红色发光材料的结构组成、发光性能以及研究成果,并对钨/钼酸盐红色发光材料的未来前景进行展望。

基于激光诱导向前转移技术的微纳结构制备研究现状

申惠娟, 翁占坤, 陈星源, 邓锂强, 韩太坤, 祁玲敏, 赖国霞, 宁土荣, 马黎政

2021, 50(1): 179-186.

摘要 ( 89 )

PDF (10926KB) ( 27 )

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激光直写技术(LDW)是当前数字化微纳加工的主要技术之一,其中喷墨打印技术以其分辨率高和控制灵活等优点被广泛应用。随着功能化材料的不断出现和越来越多的应用需求,喷墨打印技术对墨汁的严格要求限制了它在某些领域的应用。激光诱导向前转移(LIFT)技术无须模板和喷嘴,打印分辨率高,且不受墨汁流变性质的限制。该技术的材料适用范围广,几乎可以打印各种固体和液体材料,已被广泛应用于电子器件、传感器以及再生医学的组织工程等相关领域。本文系统阐述了LIFT技术制备微纳结构的研究现状,并对LIFT技术的应用及其物理过程的研究进展进行了系统地归纳与总结,研究结果将对LIFT技术在微纳加工领域的进一步应用提供重要参考价值。

稀土钙钛矿氧氮化物的研究进展

叶施亚, 李端, 李俊生, 曾良, 曹峰

2021, 50(1): 187-198.

摘要 ( 82 )

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近年来,稀土钙钛矿氧氮化物因其出色的多功能性以及在光学、光催化、介电和磁性材料等领域的应用前景备受关注。本文介绍了稀土钙钛矿氧氮化物的结构稳定性计算方法,总结了其制备方法,最后阐述了其主要应用情况,并对其进一步研究和发展进行了展望。

α-Al₂O₃相变机理及制备工艺研究进展

吴宇峰, 张铁军, 张家萌, 毕作振, 雷鸣, 毕科

2021, 50(1): 199-208.

摘要 ( 84 )

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α-Al₂O₃在耐火材料、电子材料等多个领域有着极其重要的应用。本文首先介绍了α-Al₂O₃在工业应用方面的评价指标和α-Al₂O₃的相变机理,接着分别从固相合成、液相合成、气相合成三个方面阐述了α-Al₂O₃制备的相关研究进展,对制备过程中影响α-Al₂O₃晶粒微观状态的若干因素,包括煅烧温度、矿化剂类型、pH值及预处理条件等进行讨论。最后指出了当前对α-A1₂O₃成核生长机理研究缺乏的问题,表明明确的成核机理、高纯度α-A1₂O₃的量产和形貌控制技术将会是该领域未来的研究重点和发展方向。

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