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2025年 第54卷 第8期
刊出日期：2025-08-20

　　光热透镜法弱吸收测试仪是基于热透镜效应设计的精密光学检测设备，可实现对晶体、光学元件弱吸收的高灵敏度测量（精度达1 ppm），支持一维/二维吸收扫描、膜层与基体吸收区分测量，并可定制多波长泵浦光源，为新型晶体开发和材料质量管控提供关键技术支撑。福建福晶科技股份有限公司成功牵头定制了《光热透镜法弱吸收率测试仪》团体标准，推动了高端光学检测设备的国产化进程，助力科研与产业突破。

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综合评述

金属卤化物钙钛矿单晶结构维度调控及其直接型X射线探测性能研究进展

代义之, 马琳, 张文杰, 雷文瑄, 肖雯, 张俊祺, 王文誉, 张晋兴, 刘渝城

2025, 54(8):  1305-1329.  doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2025.0108

摘要 ( 136 )   HTML ( 10)   PDF (13830KB) ( 69 )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

X射线探测在医疗诊断、安防安检、工业无损探伤和环境监测等重要领域具有广泛的应用。金属卤化物钙钛矿单晶因组分多样、X射线吸收强、载流子迁移率-寿命乘积高、可低温溶液生长等优势，有望用于低成本高性能X射线探测系统开发。本文在详细介绍金属卤化物钙钛矿单晶的结构维度调控及其对X射线探测性能影响的基础上，综述了钙钛矿单晶直接型X射线探测器的最新研究进展。通过对不同结构维度钙钛矿单晶的生长方法、半导体特性、X射线探测性能的详细梳理和分析，揭示了晶体结构维度与光电探测性能之间的内在联系。在此基础上，本文还探讨了当前钙钛矿单晶X射线探测面临的挑战及未来的研究方向，将为进一步设计生长大尺寸高质量钙钛矿单晶和实现稳定高灵敏X射线探测提供理论指导和实践依据。

辐射探测用金属卤化物钙钛矿单晶闪烁体

张磊磊, 薛泽旭, 孙炼, 刘阳, 王鲁凯, 王尊刚

2025, 54(8):  1330-1351.  doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2025.0094

摘要 ( 207 )   HTML ( 9)   PDF (8750KB) ( 94 )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

闪烁体是一种通过粒子辐射或电离射线辐射激发发光的材料，经过100多年的发展，已广泛应用于高能物理、天体物理、辐射成像、国土安全等领域。现市面上所售闪烁体探测器材料大多为NaI∶Tl、LaBr₃∶Ce等离子掺杂型发光闪烁体，有易潮解、自放射性本底、高脆性等缺点，已逐渐不能满足日益复杂的辐射探测应用场景。金属卤化物钙钛矿闪烁材料因结构可调性和化学组分多样性的优势，展现出比传统无机闪烁体更优异的性能。其中金属卤化物钙钛矿单晶具有三维结构长程有序、无晶界、缺陷密度低、环境稳定性好与低成本等特点，在辐射探测领域中展现出更大的优势，成为近年来最具有竞争力的辐射探测发光材料之一。本文从分子结构、材料分类及辐射特性等角度全面总结了金属卤化钙钛矿闪烁单晶及其在辐射探测领域的研究进展，并对其在该领域未来的优化方向进行了展望，旨在使读者综合了解金属卤化物钙钛矿闪烁晶体的辐射特性，为新型闪烁晶体材料选型及结构优化提供新的研究思路。

β-Ga₂O₃纳米带场效应晶体管及日盲紫外光电探测器研究进展

李晓旭, 石蔡语, 沈磊, 曾光, 李晓茜, 陈宇畅, 卢红亮

2025, 54(8):  1352-1368.  doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2025.0061

摘要 ( 93 )   HTML ( 3)   PDF (6289KB) ( 29 )  

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β相氧化镓（β-Ga₂O₃）由于具有直接和超宽带隙（~4.9 eV）、高击穿电场（~9 MV/cm），以及优异的热稳定性和化学稳定性等优点，广泛应用于高温、高压、高频及日盲紫外光电探测器等领域。从β-Ga₂O₃单晶块体上机械剥离出β-Ga₂O₃纳米带作为沟道来探究新型β-Ga₂O₃器件结构不仅具有很大的灵活性，也将极大地降低成本。近年来，虽然β-Ga₂O₃纳米带场效应晶体管及日盲紫外光电探测器的研究已取得了很大进展，但器件的综合性能依然受限而不能满足商业化的需求，尤其是迁移率较低且响应度低。本文首先介绍了β-Ga₂O₃材料的基本性质；接着对β-Ga₂O₃纳米带场效应晶体管及日盲紫外光电探测器的研究现状进行总结与分析；最后指出β-Ga₂O₃基器件面对的困难与挑战，例如界面优化问题、器件可靠性系统研究缺乏等。

紫外氟化钙晶体的生长技术

王斌, 王晓莉, 侯越云, 刘娇, 刘珊

2025, 54(8):  1369-1378.  doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2024.0316

摘要 ( 168 )   HTML ( 22)   PDF (1364KB) ( 69 )  

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氟化钙（CaF₂）晶体具有极高的紫外光透过率（＞90%@157 nm）、高的激光损伤阈值和低折射率，是实现深紫外光刻的关键材料。随着半导体行业对高精度和高分辨率光刻技术的不断追求，高品质氟化钙晶体及其生长成为人们关注的焦点。本文首先介绍了CaF₂晶体的结构和性能特点，以及常见的晶体缺陷，列举了其在光刻系统中的应用要求；随后，介绍了紫外CaF₂晶体的生长方法，包括提拉法、坩埚下降法、温度梯度法和平板法；基于现有研究进展，重点讨论了原料纯度和生长工艺在减少晶体缺陷、可定向生长高品质紫外CaF₂晶体方面的影响；最后对晶体生长技术的未来进行了展望。

高压调控锰酸盐晶体磁热效应的研究进展

朱雨革, 程栩逸, 高湉

2025, 54(8):  1379-1387.  doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2024.0324

摘要 ( 56 )   HTML ( 1)   PDF (1835KB) ( 18 )  

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在凝聚态物理领域，随着高压实验技术不断取得进步，探究材料在高温、高压、强磁场等环境下的物理性质已成为切实可行且行之有效的研究路径。锰酸盐的晶体结构和物理化学性质相对稳定，具有成本较为低廉的优势，通过调节居里温度可以使锰酸盐在室温附近表现出合适的磁热性能。本文概述了近年来极端条件下不同带宽类型掺杂锰酸盐材料磁热效应的研究进展，重点强调了压力在调控磁性材料的磁有序强度和温度、相变特征及磁热性能等方面的特殊作用。

氮化硼纳米管的制备及应用研究展望

何舜宇, 陈旭丹, 俞强, 闫长增

2025, 54(8):  1388-1395.  doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2025.0031

摘要 ( 87 )   HTML ( 3)   PDF (2053KB) ( 34 )  

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氮化硼纳米管（BNNTs）是一类具有独特结构和性质的一维纳米材料，自1995年首次合成以来，因其优异的物理化学特性而引起了广泛关注。BNNTs的结构与碳纳米管（CNTs）类似，但是由硼和氮原子交替排列形成，这种结构赋予了BNNTs一系列独特的性质，如高化学稳定性、良好的耐热性、电绝缘性和高热导率等。BNNTs的合成在其性能研究和应用开发中占有重要的地位。此外，基于优异的物理化学性质，BNNTs在多个领域展现出独特的应用价值。本文系统梳理了近年来国内外关于氮化硼纳米管的研究进展，重点对电弧放电法、激光烧蚀法、球墨退火法、化学气相沉积（CVD）法及模板合成法等制备工艺进行了深入的解析，并同步探讨了该材料在中子屏蔽、生物医学、光学器件及导热材料等应用领域的最新研究进展。

研究论文

2~3英寸掺镁近化学计量比钽酸锂晶体生长

刘首廷, 温旭杰, 韩文斌, 李陈哲, 宋伟, 崔建钢, 宋松, 李勇, 孙德辉, 刘宏

2025, 54(8):  1396-1402.  doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2025.0044

摘要 ( 125 )   HTML ( 6)   PDF (1687KB) ( 60 )  

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掺镁近化学计量比钽酸锂（MgO∶SLT）晶体具有优异的非线性光学特性与高抗光损伤阈值，其紫外透光波段可达270 nm左右，在紫外日盲探测和高功率激光变频领域具有重要应用潜力。然而采用富锂组分原料生长该晶体过程中易发生锂挥发及组分偏析问题，导致晶体生长难度较大。本文通过改进提拉法生长装置，采用高压氮气环境和流动气体方案从富锂组分熔体中成功获得直径2~3英寸（1英寸=2.54 cm）SLT和MgO∶SLT单晶。测试结果表明，SLT晶体的锂钽组分比例约为49∶51，比传统同成分钽酸锂晶体中锂组分含量高。采用同样富锂组分熔体所生长的MgO∶SLT晶体，镁浓度Mg/Ta摩尔比约为1.47%，镁元素的有效分凝系数达1.69。MgO∶SLT晶体在270~800 nm保持65%以上的光学透过率，矫顽场降低至2.8 kV/mm。同时，MgO∶SLT晶体沿Z轴方向的室温热导率达到7.34 W/（m·K），较传统掺镁同成分钽酸锂晶体提升了约61.7%。

硒添加量对硒化镉单晶电学和光学性能的影响研究

窦瑛, 王英民, 高彦昭, 程红娟

2025, 54(8):  1403-1409.  doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2025.0124

摘要 ( 96 )   HTML ( 2)   PDF (1415KB) ( 37 )  

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采用有籽晶的高压布里奇曼法生长出CdSe单晶，并对不同Se添加量的CdSe单晶进行了性能研究。结果表明，添加的Se填充了单晶中的V_Se，降低了Cd/Se质量比，并未影响晶体的Raman特征峰。进而对添加Se的CdSe晶体的电学性能、光学性能和夹杂相进行了分析，数据表明，添加的Se填充V_Se后，降低了CdSe单晶中的自由载流子浓度，提升了单晶电阻率，减弱了自由载流子对红外光子的吸收，同时添加Se增强了CdSe单晶结构的稳定性，降低了夹杂相密度，二者协同作用，优化了CdSe单晶的电学和光学性能，CdSe单晶呈现出高电阻率，达到10⁸ Ω·cm以上，8~12 μm波段红外透过率提升到69%，为其在长波红外固体激光器等领域的应用提供了借鉴意义。

Fe掺杂GaN晶体低温光致发光谱的偏振及温度依赖性

肖捷翔, 杨超普, 王建峰, 张育民, 易觉民, 徐科

2025, 54(8):  1410-1416.  doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2025.0043

摘要 ( 135 )   HTML ( 7)   PDF (3366KB) ( 38 )  

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本文利用低温光致发光光谱研究了Fe掺杂GaN晶体非极性m面的近带边DBE 1-LO、DBE_2e 1-LO、DBE 2-LO、DBE_2e 2-LO、DAP的偏振发光特性，结果表明五个峰均表现为偏振各向异性，且峰强度随着偏振角度的增加而增强，低温下Fe掺杂GaN单晶近带边发光峰均为部分偏振光，并表现出不同的偏振特性。其中激子峰的线偏振度远大于声子伴线，其线偏振度为35.1%，偏振特性显著，其线偏振度分别是一级声子伴线、二级声子伴线的6.22和16.56倍。随着Fe掺杂浓度的增大，Fe³⁺相关峰位均出现蓝移，峰位受温度影响不大。本研究有助于探究Fe掺杂GaN晶体发光机理并增强其在相关偏振光电器件中的应用。

AlN介质层对GaN表面生长金刚石钝化膜的影响研究

梁礼峰, 郁鑫鑫, 李忠辉, 刘金龙, 李成明, 王鑫华, 魏俊俊

2025, 54(8):  1417-1425.  doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2025.0030

摘要 ( 91 )   HTML ( 1)   PDF (3650KB) ( 28 )  

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GaN表面生长金刚石钝化膜可用于改善器件传热能力，提升器件功率特性及可靠性。在GaN和金刚石层中间的介质层，对于实现高质量的GaN表面金刚石（Diamond-on-GaN）至关重要。本研究采用原子层沉积（ALD）技术在GaN表面预先沉积了10 nm的晶态/非晶态混合的AlN介质层，并通过氧终端金刚石悬浮液在AlN层上实现了高密度静电自组装播种；随后通过优化的微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）工艺再生长约120 nm厚的纳米晶金刚石（NCD）薄膜。表面氧终端调控的纳米金刚石悬浮液可以在AlN介质层表面实现高密度播种，结合梯度甲烷的MPCVD金刚石生长工艺，制备出了具有高结晶度、低粗糙度（Ra=15.2 nm）和低残余应力（0.84 GPa）的NCD薄膜。时域热反射（TDTR）测量表明，NCD薄膜的热导率约为123.85 W·m^-1·K^-1，GaN与NCD之间的有效界面热阻（TBR_eff）为（9.78±0.27） m²·K·GW^-1。透射电子显微镜（TEM）分析表明，AlN介质层有效保护了GaN免受等离子体刻蚀，并实现了金刚石和GaN之间的光滑界面。本研究表明，采用薄的ALD AlN作为在GaN表面生长金刚石的介质层可以与氧终端金刚石籽晶实现静电自组装，从而提高金刚石形核密度，再通过梯度甲烷金刚石沉积工艺，能够在GaN上沉积出高质量的NCD薄膜并降低金刚石与GaN的界面热阻。

共掺杂β-Ga₂O₃导电性质第一性原理研究

王淳, 王坤, 宋相满, 任林, 张浩

2025, 54(8):  1426-1432.  doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2025.0011

摘要 ( 67 )   HTML ( 3)   PDF (3326KB) ( 27 )  

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本文基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，研究了Mg-Al共掺杂、F-Zn共掺杂和N-Mg共掺杂β-Ga₂O₃三种体系的结构性质和电学性质，以期获得高性能共掺杂P型导电β-Ga₂O₃材料。结果表明，Mg-Al共掺杂和F-Zn共掺杂β-Ga₂O₃仍为直接带隙半导体材料，而N-Mg共掺杂β-Ga₂O₃为间接带隙半导体材料。三种共掺杂体系均具有较低的形成能。其中Mg-Al共掺杂β-Ga₂O₃体系形成能最低，表现出较好的热力学稳定性。该体系中，Mg-p和Al-p轨道推移价带顶向高能方向移动，并穿越费米能级，是三种掺杂体系中最有可能实现P型导电性质的材料。

Al_0.1Ga_0.9N电子阻挡层对In_0.26Ga_0.74N/GaN多量子阱材料的光学特性影响

刘振华, 刘胜威, 王一心, 单恒升

2025, 54(8):  1433-1440.  doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2024.0296

摘要 ( 62 )   HTML ( 3)   PDF (2217KB) ( 19 )  

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本研究聚焦Al_0.1Ga_0.9N电子阻挡层对In_0.26Ga_0.74N/GaN多量子阱材料光学特性的影响。通过AFM表征，发现插入Al_0.1Ga_0.9N电子阻挡层的InGaN材料的表面粗糙度从94.42 nm显著减小到54.72 nm，降低了42.05%。HRXRD测试表明，材料的螺位错与刃位错密度分别下降了13.39%和45.53%，且阱垒界面的陡峭程度显著提升。PL谱分析结果表明，该材料表现出发光峰半高峰全宽变窄和发光强度增强的特征，同时观测到发光波长呈现一定程度的红移现象。研究结果发现，插入Al_0.1Ga_0.9N电子阻挡层能够有效降低In_0.26Ga_0.74N/GaN多量子阱材料的缺陷密度，有效降低非辐射复合效率，进而增强材料的发光性能。此研究为高效太阳能电池的制备提供了必备的实验基础。

非化学计量比氧化钨（WO_3-x）催化甲烷氧化制甲醇反应的第一性原理研究

秦纪龙, 李向远, 张璐璐, 刘建新, 李瑞

2025, 54(8):  1441-1453.  doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2025.0035

摘要 ( 86 )   HTML ( 7)   PDF (11332KB) ( 45 )  

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甲烷氧化制甲醇的关键挑战在于催化剂对CH₄分子的高效活化。非化学计量比WO_3-x （0<x<3）因氧空位的可控性，兼具结构稳定性与导电性优势，成为新型催化材料的研究热点。本文采用密度泛函理论方法，系统研究了六种不同WO_3-x 催化甲烷氧化制甲醇的性能，并从物质结构、表面位点、甲烷氧化性能和电子性质等多个角度解析了过程机制。结果表明，WO_2.72催化剂的WO端面由于较低的功函数、W 5d轨道与CH₄分子间的杂化作用，以及W原子态较强的供电子能力等因素，拥有较低的CH₄吸附自由能（-0.62 eV）和解离自由能（-0.07 eV），从而表现出较强的甲烷吸附和活化能力。本文研究为探索WO_3-x 催化剂在甲烷氧化反应中的应用提供了理论指导。

三段式冷却工艺对Al-30%Si合金法提纯太阳能级多晶硅的影响

唐洪, 狄嘉慧, 杨平平, 李少猛, 施玉洁, 何占伟, 赵紫薇, 高忙忙

2025, 54(8):  1454-1462.  doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2025.0033

摘要 ( 51 )   HTML ( 2)   PDF (3759KB) ( 4 )  

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在合金法提纯太阳能级多晶硅过程中，冷却工艺对初晶硅的形核、生长及杂质分凝具有重要影响。本文探讨了Al-30%Si合金在温度900~600 ℃的冷却工艺，对比了单一速率冷却和三段式冷却工艺对初晶硅形貌和杂质含量的影响，旨在优化Al-Si合金法提纯工艺。实验结果表明，在单一速率冷却工艺下，1 ℃/min的冷却速率能显著增大初晶硅晶粒尺寸，降低初晶硅杂质含量，提高杂质去除率。在三段式冷却工艺下，设置的节点温度越靠近高温区域，初晶硅的晶粒尺寸越大，纯度和收率越高；当节点温度为700 ℃时，可以达到最好的提纯效果，此时初晶硅的尺寸相较于优化前略有减小，但杂质含量与优化前相当，而熔炼时间减少了约62.3%，能耗降低了23.3%。该研究为推进Al-Si合金法提纯太阳能级多晶硅的实用化进程提供了方案并积累了实验数据。

一例铅基配位聚合物的合成、晶体结构及荧光性能研究

梁毅农, 张恺欣, 徐娅蓉, 孙赞

2025, 54(8):  1463-1469.  doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2025.0026

摘要 ( 68 )   HTML ( 4)   PDF (2353KB) ( 21 )  

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本文通过溶剂热法，以3-［2-（5-吡啶-4-基-4H-［1，2，4］三唑-3-基）-苯氧基］苯甲酸（HPTPBA）为配体，硝酸铅为金属源，成功合成了一例新型的配位聚合物［Pb（PTPBA）₂（H₂O）］ _n （1）。通过元素分析、X射线单晶衍射、X射线粉末衍射和红外光谱对配合物1进行了结构表征，研究其热稳定性和固态发光行为。X射线单晶衍射结果表明，1属于三斜晶系P1空间群，晶胞参数为a=1.162 15（2） nm、b=1.197 45（2） nm、c=1.504 68（2） nm和α=109.007 0（10）°、β=90.487 0（10）°、γ=115.910 0（10）°，分子式为C₄₀H₂₈N₈O₇Pb。结构解析结果显示，PTPBA^-配体连接铅离子形成一维链结构，一维链可通过N—H…O氢键和π…π堆积相互作用扩展为三维超分子结构。1在322 nm的激发波长下最大发射波长为550 nm，对1进行荧光传感实验，发现1对p-NA（对硝基苯胺）有高选择性。p-NA可以淬灭1的荧光，对淬灭机理进行了探究，发现荧光淬灭现象主要是由竞争性吸收导致。

Mn⁴⁺掺杂四方相CaLaGaO₄远红光发射荧光粉的制备及其发光性能

马忠亮, 段帅毅, 赵玲玲, 鹿桂花, 李玉强, 刘玉学, 杨健

2025, 54(8):  1470-1477.  doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2025.0029

摘要 ( 57 )   HTML ( 4)   PDF (1834KB) ( 7 )  

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开发Mn⁴⁺掺杂的新型远红光氧化物荧光粉是当前植物生长灯用pc-LEDs的研究热点。通过高温固相法，在空气气氛下600 ℃热处理3 h再经1 350 ℃合成5 h，成功制备了四方相CaLaGaO₄∶Mn⁴⁺荧光粉。该荧光粉可被250~600 nm的紫外和可见光激发。在366 nm紫外光激发下，位于705 nm处的宽带发射峰主要归属于Mn⁴⁺的²E→⁴A₂能级跃迁，Mn⁴⁺最优掺杂浓度为0.4%，浓度猝灭机制是电偶极-电偶极相互作用。298~498 K的变温发射光谱表明，CaLaGaO₄∶0.4%Mn⁴⁺荧光粉的热激活能为0.418 eV，Mn⁴⁺发射光谱与植物光敏色素P_R和P_FR吸收光谱的重叠度分别为23.8%和51.2%。结果表明，CaLaGaO₄∶Mn⁴⁺荧光粉可用于pc-LEDs远红光植物生长灯。

降膜式等离子体-芬顿协同体系在KN-R废水处理中的性能与机理探究

石玮晔, 刘思翰, 赵书畅, 王帅, 王忠宝, 霍纯青

2025, 54(8):  1478-1490.  doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2025.0037

摘要 ( 66 )   HTML ( 2)   PDF (5619KB) ( 13 )  

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随着工业发展，印染废水处理已成为环境保护的重要课题。活性艳蓝KN-R作为一种典型的印染废水染料，其降解效率直接影响废水处理的质量和环境安全。本研究针对活性艳蓝KN-R印染废水处理问题，设计了降膜式介质阻挡放电（DBD）等离子体反应器。实验结果显示，该装置在25 min内可有效去除84.30%的活性艳蓝KN-R。进一步将DBD等离子体与芬顿反应相结合，显著提升了染料的降解效率和矿化率。研究还分析了降解过程中的关键活性物质和降解途径，阐明了DBD等离子体与芬顿反应的协同作用机制，并且此体系在处理过程中二次污染少，对环境友好，这些发现为低温等离子体技术在工业废水处理中的应用提供了理论支持和实践指导。