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光功能特性测试表征设备研制与功能拓展
2018-07-12 08:48:08 | 【 【打印】【关闭】

先进、尖端科学研究对仪器的依赖性很强,由于一种先进技术进入市场常常需要10年甚至更长,因此仅仅依靠购买仪器将使得自己的研究永远跟在国际前沿的后面。因此,基于透明陶瓷研发的需要,超越现有商业设备,自行设计并建造具有扩展性、前沿性和独创性的仪器或测试系统是争夺热门研究高地,促进研究更为完善的关键之一。当前透明陶瓷相关设备或测试系统的研究热点是开发能模拟实际服役环境(比如闪烁陶瓷的高能辐照,激光陶瓷的大功率泵浦以及照明显示的高温等),可用于大尺寸样品并实现现场/动态测试的设备或测试系统。近年来透明与光功能陶瓷研究课题组在光功能特性测试表征设备研制与功能拓展方面的进展主要包括:

1)国内首套X-ray诱导低温热释光暨X-ray激发光谱测试系统

热释光测试是一个非常有效的缺陷表征手段,能够表征陷阱的深度和浓度。对了解材料内部缺陷、获得材料在实际服役状态下的发光特性,从而进行新材料设计及对现有材料进行优化具有重要意义。课题组先后获得了中国科学院仪器设备功能开发技术创新项目及上海硅酸盐所仪器修缮项目支持,通过自主设计、研制样品室,同时进行三通道光谱仪设计及软件开发,成功搭建了国内首套X-ray诱导低温热释光测试系统,测量的温度范围为77K-500K,光谱范围: 250-1600nm,光学分辨率: 3.5nm,像素分辨率:0.7nm,测试结果可靠,同一样品的测试结果与在意大利比可卡大学所测结果一致。此套设备的建成,大大推动了材料内部缺陷及发光机理的研究,仪器研制申请中国发明专利一项(201510289400.3)。

     

Pr:LuAG闪烁陶瓷样品在课题组X-ray诱导低温热释光设备和意大利米兰-比可卡大学仪器测试得到的TSL图谱

2) 用于闪烁体发光研究的X射线激发荧光系统

以大功率X光管作为激发源来模拟高能辐射,利用所得的荧光光谱评价并研究闪烁体的闪烁性能,从而比紫外-可见激发发射光谱测试更能体现闪烁发光机制及其性能的优劣,而且也为材料高能辐照后的缺陷研究提供了一个辐照平台。

X射线激发荧光发射光谱仪(钨靶, 70kV50mA,扫描波长220—1500nm,波长分辨率<0.2nm;波长精确度±0.5nm;样品包括液态和固态样品)

3)用于透明陶瓷稳态/瞬态研究的固体透明材料热服役实时热成像系统

该系统基于不同平均原子序数的区域热传导能力不同,以特定时间的温度分布或一系列时间内的温度分布来反映材料热导的稳态和动态规律,从而与材料组成以及结构相结合研究材料组成与结构优化途径,另外也可以直接为激光材料等需要考虑热效应的体系提供技术数据,作为这类材料在实用方面的优劣性的一种评价,另外,该系统可以模拟激光泵浦和材料受热的服役情景,从而相对于常规测试,可以为材料的服役研究提供更直接的技术数据和研究基础。

Ce:YAG晶体浓度环状分布热成像图(左)和热成像系统主要部件与软件(右)

 

 

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