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超快高温制备正钽酸铕及发光性能研究

中国稀土学报 2023年第1期41卷 145-151页

作者：吴济安陈昆峰薛冬峰山东大学新一代半导体材料研究院晶体材料国家重点实验室山东济南250100 中国科学院深圳先进技术研究院多尺度晶体材料研究中心广东深圳518055

稀土钽酸盐具有密度大、热稳定性高、介电常数大、良好的化学稳定性和发光特性,在热障涂层、闪烁探测器、质子传导氧化物燃料电池等领域有着重要的应用。利用常规固相反应法制备稀土钽酸盐烧结温度高且通常需要数个小时,本文采用超快高... 详细信息

稀土钽酸盐具有密度大、热稳定性高、介电常数大、良好的化学稳定性和发光特性,在热障涂层、闪烁探测器、质子传导氧化物燃料电池等领域有着重要的应用。利用常规固相反应法制备稀土钽酸盐烧结温度高且通常需要数个小时,本文采用超快高温烧结法在约6 s内制备了C2/c结构的亚稳相M-EuTaO_(4)粉末,烧结温度为2740~2790℃,比普通烧结方法快3000~8000倍。利用粉末X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM-EDS)、紫外可见光谱(UV-VIS)、荧光光谱(PL)对合成的样品进行表征。荧光寿命衰减曲线拟合结果显示,检测波长为λ=611 nm时,M-EuTaO_(4)快成分和慢成分寿命分别为54.31μs(43.56%),124.46μs(56.44%),平均荧光寿命为0.0939 ms。超快高温烧结方法在高温材料的快速制备筛选以及寻找亚稳相结构方面具有很好的应用潜力。

关键词：稀土钽酸盐正钽酸铕稀土发光材料超快高温烧结

大尺寸Er,Yb:YAG单晶的生长及其性能

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无机材料学报 2023年第3期38卷 329-334页

作者：王志强吴济安陈昆峰薛冬峰山东大学晶体材料国家重点实验室新一代半导体材料研究院济南250100 中国科学院深圳先进技术研究院多尺度晶体材料研究中心深圳518055

Er^(3+)和Yb^(3+)共掺杂的YAG晶体是一种非常重要的光学晶体,目前,该晶体已经广泛应用于高功率固体激光器,但是采用提拉法生长大尺寸、低缺陷的掺杂YAG晶体仍然面临很多挑战。本工作采用快速提拉法成功获得了直径为80 mm、长度为230 mm... 详细信息

Er^(3+)和Yb^(3+)共掺杂的YAG晶体是一种非常重要的光学晶体,目前,该晶体已经广泛应用于高功率固体激光器,但是采用提拉法生长大尺寸、低缺陷的掺杂YAG晶体仍然面临很多挑战。本工作采用快速提拉法成功获得了直径为80 mm、长度为230 mm的Er^(3+)和Yb^(3+)共掺杂的YAG单晶。采用不同测试方法评价其结构、掺杂浓度、光吸收、发光性能和刻蚀缺陷。晶片不同位置的拉曼峰峰位以及半峰宽没有明显变化,说明晶片中心和边缘部分的晶体结构和应变是均匀的。刻蚀结果表明,腐蚀坑均匀分布在整个腐蚀表面上,没有观察到位错腐蚀坑特征,这意味着晶体接近完美。Er^(3+)和Yb^(3+)在不同波长下的强发光峰以及辉光放电质谱结果证明Er,Yb:YAG单晶中成功掺杂了稀土离子。本工作采用提拉法成功生长了大尺寸、低缺陷的Er,Yb:YAG单晶,证实了快速生长方法对YAG晶体中掺杂双稀土离子是有效的。

关键词： YAG单晶稀土掺杂快速提拉法发光性能

多尺度晶体材料的原位表征技术与计算模拟研究进展

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无机材料学报 2023年第3期38卷 256-269页

作者：陈昆峰胡乾宇刘锋薛冬峰山东大学新一代半导体材料研究院、晶体材料国家重点实验室济南250100 中国科学院深圳先进技术研究院多尺度晶体材料研究中心深圳518055

大尺寸晶体材料是半导体、激光、通讯等领域的基础原料,大尺寸、高品质晶体材料的制备已成为制约相关行业发展的瓶颈。我国面临的“卡脖子”技术中大多与关键基础材料相关。大尺寸晶体材料制备理论与技术是我国新材料产业高质量发展的... 详细信息

大尺寸晶体材料是半导体、激光、通讯等领域的基础原料,大尺寸、高品质晶体材料的制备已成为制约相关行业发展的瓶颈。我国面临的“卡脖子”技术中大多与关键基础材料相关。大尺寸晶体材料制备理论与技术是我国新材料产业高质量发展的一个重要方面,也是提升相应高技术产业的基础,突破大尺寸晶体材料的制备理论和技术是获得高品质大尺寸晶体材料的关键。探究并准确理解大尺寸晶体生长机理需要借助原位表征技术和多尺度计算模拟方法。单一的原位表征和模拟技术只能探究特定时间和空间范围内的结晶信息,为了准确反映结晶过程需要综合应用多种方法。本文综述了最新的多尺度晶体生长研究的原位表征方法、多尺度计算模拟技术以及机器学习方法,为发展结晶理论和控制晶体品质提供重要的实验和理论依据,并将为提升大尺寸晶体生长工艺的开发而服务。

关键词：晶体生长多尺度结晶振动光谱原位观测多尺度模拟计算综述

铌酸锂晶体铁电畴调控、表征及器件应用研究进展

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无机盐工业 2024年

作者：陈宇能陈昆峰薛冬峰电子科技大学(深圳)高等研究院山东大学新一代半导体材料研究院晶体材料国家重点实验室

铌酸锂是一种多功能晶体，具有压电、铁电、热释电、电光、声光、光弹、非线性等物理性质。随着铌酸锂铁电畴工程的不断进步和铌酸锂单晶薄膜技术的发展，铌酸锂的诸多优异性能已被开发出来，广泛应用于光波导、电光调制器、非线性光学... 详细信息

铌酸锂是一种多功能晶体，具有压电、铁电、热释电、电光、声光、光弹、非线性等物理性质。随着铌酸锂铁电畴工程的不断进步和铌酸锂单晶薄膜技术的发展，铌酸锂的诸多优异性能已被开发出来，广泛应用于光波导、电光调制器、非线性光学、量子器件等领域。未来在光子学方面的广泛应用可能形成“铌酸锂谷”时代。本文着重介绍了铌酸锂的畴反转方法、生长机制、畴结构表征手段、铁电畴工程的应用，以及铌酸锂薄膜器件如光波导、电光器件、量子器件的最新研究进展。伴随着铌酸锂从“体块”走向“薄膜”，结合微加工技术使铌酸锂的应用领域从独立器件向小型多器件集成芯片转变，铌酸锂铁电畴工程在构建小型全集成芯片过程中将具有更重要的作用。

关键词：铌酸锂铁电体畴反转电光应用量子器件

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大尺寸氧化物功能晶体的熔体结构研究进展

硅酸盐学报 2023年第2期51卷 332-344页

作者：刘锋陈昆峰彭超薛冬峰中国科学院深圳先进技术研究院多尺度晶体材料研究中心广东深圳518055 山东大学新一代半导体材料研究院晶体材料国家重点实验室济南250100

大尺寸功能晶体氧化物广泛应用于军事、高端制造、医疗等领域。熔体的结构和性质对于生长大尺寸高质量的功能晶体而言十分关键。本文综述了氧化铝、钇铝石榴石、铌酸锂等典型氧化物晶体的熔体结构特征。研究表明这几种熔体中都存在几种... 详细信息

大尺寸功能晶体氧化物广泛应用于军事、高端制造、医疗等领域。熔体的结构和性质对于生长大尺寸高质量的功能晶体而言十分关键。本文综述了氧化铝、钇铝石榴石、铌酸锂等典型氧化物晶体的熔体结构特征。研究表明这几种熔体中都存在几种由金属阳离子与氧离子配位形成的不同多面体结构基元,这些结构基元的配位数、键长、空间结构以及各种基元数量的相对占比与晶体中的存在显著差异,并且结构基元的种类和占比与温度具有一定关联关系。在熔体中,这些结构基元相互连接形成网状结构,阴阳离子都可以作为节点在熔体中连接结构基元多面体。相变和熔体结构动态转变反映了晶体生长的热力学和动力学过程,揭示结构相变和熔体的结构演变动力学过程将有助于从深层次理解大尺寸晶体的实际生长机理。在生长界面处诱导形成特定熔体结构基元,构筑长程、均一的介尺度化学键合结构,有助于实现高品质大尺寸晶体生长。

关键词：熔体结构结构基元网络结构大尺寸氧化物晶体

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胶体超级电容电池

中国科学：技术科学 2019年第2期49卷 175-181页

作者：陈昆峰薛冬峰中国科学院长春应用化学研究所稀土资源利用国家重点实验室长春130022

兼具高功率密度与高能量密度的储电技术是电化学储能领域的终极目标,寻找新型储电体系成为实现这一目标的重要策略.超级电容电池融合二次电池和超级电容器的优势,实现高功率密度和高能量密度在同一时空的统一.作为关键电极材料,超级电... 详细信息

兼具高功率密度与高能量密度的储电技术是电化学储能领域的终极目标,寻找新型储电体系成为实现这一目标的重要策略.超级电容电池融合二次电池和超级电容器的优势,实现高功率密度和高能量密度在同一时空的统一.作为关键电极材料,超级电容电池型电极材料具有快速的电子和离子传输通道,在热力学、动力学允许条件下实现最大化利用氧化还原活性阳离子.目前开发的胶体离子超级电容电池能量密度可以达到350 Wh/kg,功率密度达到2 kW/kg.超级电容电池储电设备特别适合应用于脉冲电源、电磁弹射、能量回收、启停电源等领域.

关键词：电化学储能电极材料超级电容器电池胶体

稀土改性锂基氧化物固态电解质研究现状与展望

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材料导报 2023年第3期37卷 74-82页

作者：张家庆张达陈昆峰薛冬峰梁风昆明理工大学云南省有色金属真空冶金重点实验室昆明650093 昆明理工大学真空冶金国家工程研究中心昆明650093 昆明理工大学冶金与能源工程学院昆明650093 山东大学晶体材料国家重点实验室济南250100 中国科学院深圳先进技术研究院多尺度晶体材料研究中心广东深圳518055

全固态锂电池具有能量密度高和安全性好等优点,成为新能源领域的研究热点。固态电解质作为全固态锂电池的核心部分,决定了电池的能量密度、循环稳定性以及安全性等。其中,氧化物固态电解质因离子电导率高、电化学窗口宽、力学性能优异... 详细信息

全固态锂电池具有能量密度高和安全性好等优点,成为新能源领域的研究热点。固态电解质作为全固态锂电池的核心部分,决定了电池的能量密度、循环稳定性以及安全性等。其中,氧化物固态电解质因离子电导率高、电化学窗口宽、力学性能优异而备受青睐,所涉及的研究体系主要包括石榴石型、NASICON型以及钙钛矿型固态电解质。然而,烧结温度高、室温离子电导率低、结构不稳定使其难以满足实际应用。本文概述了石榴石型、NASICON型以及钙钛矿型氧化物固态电解质近年的研究现状和存在的问题;总结了具有大离子半径、高价态、低电负性、可变配位数和4f5d电子结构的稀土离子在改性氧化物固态电解质时起到的增加致密度、提高离子电导率以及稳定高离子导电晶相的作用;分析了当前稀土改性氧化物固态电解质面临的主要科学问题和技术瓶颈;最后,对未来稀土改性氧化物固态电解质发展方向进行了展望。

关键词：稀土氧化物固态电解质改性离子电导率

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铌酸锂晶体铁电畴调控及器件应用研究进展

无机盐工业 2024年第6期56卷 1-13页

作者：陈宇能陈昆峰薛冬峰山东大学新一代半导体材料研究院晶体材料国家重点实验室山东济南250100 电子科技大学(深圳)高等研究院广东深圳518110

铌酸锂是一种多功能晶体,具有压电、铁电、热释电、电光、声光、光弹、非线性等物理性质。随着铌酸锂铁电畴工程的不断进步和铌酸锂单晶薄膜技术的发展,铌酸锂的诸多优异性能已被开发出来,广泛应用于光波导、电光调制器、非线性光学、... 详细信息

铌酸锂是一种多功能晶体,具有压电、铁电、热释电、电光、声光、光弹、非线性等物理性质。随着铌酸锂铁电畴工程的不断进步和铌酸锂单晶薄膜技术的发展,铌酸锂的诸多优异性能已被开发出来,广泛应用于光波导、电光调制器、非线性光学、量子器件等领域,未来在光子学方面的广泛应用可能形成“铌酸锂谷”时代。着重介绍了铌酸锂的畴反转方法、生长机制、畴结构表征手段、铁电畴工程的应用,以及铌酸锂薄膜器件如光波导、电光器件、量子器件的最新研究进展。伴随着铌酸锂从“体块”走向“薄膜”,结合微加工技术使铌酸锂的应用领域从独立器件向小型多器件集成芯片转变,铌酸锂铁电畴工程在构建小型全集成芯片过程中将具有更重要的作用。

关键词：铌酸锂铁电体畴反转电光应用量子器件

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面向储能应用的多尺度电极材料结晶设计

中国科学：化学 2021年第6期51卷 742-750页

作者：陈昆峰薛冬峰山东大学晶体材料研究所晶体材料国家重点实验室济南250100 中国科学院深圳先进技术研究院多尺度晶体材料研究中心深圳518055

电化学储能过程包含固/气/液界面反应、分层次的传质和电荷传递过程,并涉及微观-介观-宏观的跨尺度问题等.电极材料的宏观电化学性能是不同尺度影响因素的综合表现.结晶是电极材料合成的重要过程,与电极材料的功能特性紧密相关,涉及原... 详细信息

电化学储能过程包含固/气/液界面反应、分层次的传质和电荷传递过程,并涉及微观-介观-宏观的跨尺度问题等.电极材料的宏观电化学性能是不同尺度影响因素的综合表现.结晶是电极材料合成的重要过程,与电极材料的功能特性紧密相关,涉及原子分子成核和晶体生长过程,具有多尺度、多因素、多层次特征.本文从结晶角度,在微观、介观、宏观尺度上分别介绍了构筑有利于离子、电子传输的晶体结构、界面结构、三维结构等,评述了热力学稳定、动力学增强的新型胶体电极材料,通过跨尺度设计方式强化电极材料的电化学性能.在原子、分子、材料、器件水平设计多尺度电极材料是解决电化学储能器件面临问题的重要策略.

关键词：多尺度电极材料电化学储能结晶