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光功能透明陶瓷的结构表征与理论计算
2018-07-12 08:48:08 | 【 【打印】【关闭】

光功能透明陶瓷结构表征与理论计算可以分为两个方向,首先是基于实验可得的光学、电学和热学等测试技术表征并研究材料的结构;其次是基于理论计算,从材料的电子结构出发,运用“能带工程”、“电子结构工程”和“缺陷工程”策略构筑材料的微观、介观和宏观结构,进一步认识和总结结构-性能之间的关系,从而获得新型高性能的光功能透明陶瓷。

结合同步辐射技术,通过近边X射线吸收精细结构谱揭示了掺CeLu基石榴石中Ce的价态与变价现象,研究表明富Lu不利于Ce4+的出现:(a)富LuLuAG:Ce陶瓷的Ce LIII- XANES谱;(b) 标准化合物的Ce LIII- XANES谱(J. Am. Ceram. Soc., 2014, 98: 1–5)。

利用电子自旋共振(ESR)技术证实了LuAG:Ce,Mg中,Mg的引入产生了含孤立电子的氧离子缺陷态,本ESR谱图取自70K并且紫外激发15分钟后的LuAG:Ce,Mg透明陶瓷,内置图为该样品随后在80K280K退火后的ESR谱图(Phys. Status Solidi RRL , 2015, 9: 1-5)。

基于第一性原理的密度泛函理论,建立O-色心模型并且进行计算模拟,从理论的角度对二价Mg促进Ce离子变价而改进闪烁性能的新型闪烁机制提供支持;LuAG中氧的配位结构如上图所示,其中(a)为纯净晶体;(b)为基于O-色心模型计算的LuAG:Ce,Mg陶瓷(Phys. Status Solidi RRL , 2015, 9: 1-5)。

基于第一性原理的密度泛函计算所得的能态分布证实了氧缺陷的存在,从理论的角度对二价Mg促进Ce离子变价而改进闪烁性能的新型闪烁机制提供了支持;LuAG:Mg能态密度图如上图所示:(a)总能态密度;其中费米能级附近用虚线框出的是氧缺陷产生的尖峰(bO-位置的分能态密度;(c)正常O格位的分能态密度(Phys. Status Solidi RRL , 2015, 9: 1-5)。

基于同步辐射技术,利用不同浓度Gd掺杂 (Y1−xGdx)3Al5O12: CeEXAFS傅立叶变换R-空间图谱对比表明Gd的加入并没有引起石榴石结构的过度畸变,因此石榴石结构是刚性的,Gd的取代对发光的影响与点阵畸变关系不大(Sci. Rep., 2015, 5: 11514)。

基于第一性原理的密度泛函计算获得了不同掺杂Y3Al5O12差分电荷密度图(箭头标示O电子云变化)(aYAG;(b(Y0.98Ce0.02)3Al5O12;(c(Y0.75Gd0.25)3Al5O12,可以发现Gd的取代O电子云的变形(扩散),从而引起发光向长波方向移动,增强了白光LED中的红光成分(Sci. Rep., 2015, 5: 11514)。

 

 

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