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掺铒CaF_(2)、SrF_(2)、PbF_(2)晶体的光谱性能与团簇结构研究

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无机材料学报 2024年第3期39卷 330-336,I0009,I0010页

作者： TAM YU Puy Mang 徐愉高泉浩周海琼张振尹浩李真吕启涛陈振强马凤凯苏良碧暨南大学光电工程系广东省晶体材料与激光技术工程研究中心广州510632 广东省光纤传感与通信重点实验室广州510632 暨南大学分析测试中心广州510632 中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室上海201899 广东省工业超短脉冲激光技术重点实验室深圳518055

3μm波段中红外激光处于大气传输窗口,又可以作为基础光源,是激光技术研究的前沿。目前,铒离子激活的激光晶体材料是产生3μm中红外激光的重要途径之一。然而,Er3+离子4I11/2激光上能级荧光寿命较短,下能级4I13/2的寿命较长,难以实现粒... 详细信息

3μm波段中红外激光处于大气传输窗口,又可以作为基础光源,是激光技术研究的前沿。目前,铒离子激活的激光晶体材料是产生3μm中红外激光的重要途径之一。然而,Er3+离子4I11/2激光上能级荧光寿命较短,下能级4I13/2的寿命较长,难以实现粒子数反转,导致自终止现象。为了解决这一难题,往往需要高浓度掺杂,通过能量传递降低4I13/2能级的寿命。然而高浓度掺杂又会造成晶体热性能变差,限制了掺Er3+激光晶体效率和功率。三阶铒离子容易在氟化物晶体中形成团簇,导致稀土离子间距缩短,即使在低掺杂浓度下稀土离子之间的能量传递作用仍较为显著。同时,低浓度掺杂还可以减轻激光运转下晶体的热堆积效应。掺铒氟化物晶体已成为一类重要的高功率、高效率中红外激光材料。然而,掺铒氟化物晶体的光谱性能与铒离子团簇结构之间的相互联系尚不明确,制约了掺铒氟化物晶体光谱和激光性能的进一步发展。本文采用第一性原理计算模拟了铒离子在CaF_(2)、SrF_(2)和PbF_(2)晶体中的团簇结构。结果显示,铒离子团簇结构随基质晶体变化逐渐演变。结合模拟计算和实验表征定性揭示了不同晶体离子团簇与光谱性能的联系,为掺铒氟化物中红外激光晶体材料的调控与设计提供参考。

关键词：铒掺杂氟化物晶体铒离子团簇光谱性能

稀土掺杂碱土氟化物激光晶体的局域结构设计与应用(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第1期61卷 308-326页

作者：苏良碧马凤凯张振姜大朋张中晗寇华敏李真陈振强徐军中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷与超微结构国家重点实验室上海201899 暨南大学理工学院光电工程系广东广州510632 同济大学物理科学与工程学院高等研究院上海200092

当前,超强超快激光正朝着全固态、高重复频率、新波段等方向发展,而发展新型激光材料是其关键基础之一。稀土掺杂碱土氟化物激光晶体兼具有晶体的高热导和玻璃的宽光谱特性,在全固态重复频率超强超快激光领域具有重要应用。本文简要概... 详细信息

当前,超强超快激光正朝着全固态、高重复频率、新波段等方向发展,而发展新型激光材料是其关键基础之一。稀土掺杂碱土氟化物激光晶体兼具有晶体的高热导和玻璃的宽光谱特性,在全固态重复频率超强超快激光领域具有重要应用。本文简要概述了萤石型氟化物晶体稀土离子团簇结构的基本特征、稀土离子局域结构的演变规律,围绕稀土掺杂碱土氟化物激光晶体的结构设计、光谱调控及激光应用,综述了局域结构设计在探索新型宽光谱超快激光材料方面的最新研究进展,并对其发展趋势进行展望。

关键词：局域格位结构光谱性能调控宽光谱超快激光中红外激光

TiO_(2)/Fe_(2)O_(3)的光催化性能及在涂料中的研究应用

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中国涂料 2024年第3期39卷 49-58页

作者：高志宏李严彭洪均马辉王冲马凤凯大厂金隅涂料有限责任公司河北省防火特种涂料技术创新中心河北廊坊065399 山东裕龙石化有限公司山东烟台265702

采用水热法合成TiO_(2)、Fe_(2)O_(3)的前聚体,并通过高温煅烧制备了TiO_(2)/Fe_(2)O_(3)异质结,通过XRD、SEM、TEM等一系列表征TiO_(2)、Fe_(2)O_(3)的形成,紫外–漫反射光谱图表明,TiO_(2)/Fe_(2)O_(3)异质结在可见光范围内吸光性能较TiO_(2)和Fe_(2)O_(3)明显红移。通过Tauc曲线、Mott-Schottky曲线理论计算得出TiO_(2)/Fe_(2)O_(3)异质结的形成,该异质结对甲基橙的180 min催化率为94%,可见光范围内表现出卓越的光催化活性。在内墙涂料中添加质量比为1∶100时对甲醛24 h光催化降解效率为89.6%,TiO_(2)/Fe_(2)O_(3)异质结在高温煅烧下形成一种优良的耐高温填料,因此在防火涂料中的应用显著增强了其阻燃抑烟性能。在防火涂料中的添加质量比为2.5∶100时,防火涂料的残炭量从35%提升至39%,环氧防火涂料9.0 mm耐火230 min,呈现出良好的防火性能,环氧涂层黏结力强,耐久性、机械性好,膨胀炭层强度高、致密性好,TiO_(2)/Fe_(2)O_(3)异质结存在还使该防火涂料具有良好的自清洁性能。

关键词： TiO_(2)/Fe_(2)O_(3)异质结可见光催化内墙涂料环氧防火涂料

稀土掺杂碱土氟化物激光晶体的局域结构设计与应用（特邀）

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激光与光电子学进展 2024年第1期 328-346页

作者：苏良碧马凤凯张振姜大朋张中晗寇华敏李真陈振强徐军中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷与超微结构国家重点实验室暨南大学理工学院光电工程系同济大学物理科学与工程学院高等研究院

当前，超强超快激光正朝着全固态、高重复频率、新波段等方向发展，而发展新型激光材料是其关键基础之一。稀土掺杂碱土氟化物激光晶体兼具有晶体的高热导和玻璃的宽光谱特性，在全固态重复频率超强超快激光领域具有重要应用。本文简要... 详细信息

当前，超强超快激光正朝着全固态、高重复频率、新波段等方向发展，而发展新型激光材料是其关键基础之一。稀土掺杂碱土氟化物激光晶体兼具有晶体的高热导和玻璃的宽光谱特性，在全固态重复频率超强超快激光领域具有重要应用。本文简要概述了萤石型氟化物晶体稀土离子团簇结构的基本特征、稀土离子局域结构的演变规律，围绕稀土掺杂碱土氟化物激光晶体的结构设计、光谱调控及激光应用，综述了局域结构设计在探索新型宽光谱超快激光材料方面的最新研究进展，并对其发展趋势进行展望。

关键词：局域格位结构光谱性能调控宽光谱超快激光中红外激光

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稀土掺杂萤石结构卤化物晶体团簇结构研究

人工晶体学报 2023年第7期52卷 1219-1235页

作者：马凤凯张振姜大朋张中晗李真寇华敏陈振强苏良碧暨南大学理工学院光电工程系中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷与超微结构国家重点实验室

稀土掺杂萤石卤化物在国民经济、国防建设等领域发挥着不可替代的作用。萤石卤化物特殊的晶体结构导致稀土离子团聚，目前针对稀土离子团聚的系统研究还比较少。本文以稀土掺杂萤石卤化物为研究对象，采用第一性原理计算系统研究了从稀... 详细信息

稀土掺杂萤石卤化物在国民经济、国防建设等领域发挥着不可替代的作用。萤石卤化物特殊的晶体结构导致稀土离子团聚，目前针对稀土离子团聚的系统研究还比较少。本文以稀土掺杂萤石卤化物为研究对象，采用第一性原理计算系统研究了从稀土离子单体到高阶团簇的结构特征、演变规律、联系及其影响因素。研究发现，稀土离子单体中心1|0|0|11(C4v)和1|0|0|12(C3v)稳定性随离子半径变化而改变，且不同晶体的变化趋势不同，与晶格畸变分析结果一致。晶格畸变与库仑作用相互耦合决定了电荷补偿间隙卤离子的占位倾向性，即C4v和C3v中心的相对稳定性。此外，共价效应使得PbF2和SrCl2晶体单体中心结构及其稳定性与CaF2、SrF2和BaF2不同。研究还揭示了晶体离子性和晶胞尺寸对单体中心能量差斜率的影响。文中还研究了稀土离子高阶团簇的结构，其稳定性演变规律与单体中心相对应。本文提出了高阶团簇相对稳定性判据，为新型稀土掺杂萤石卤化物的探索、筛选和研发提供指导，有望进一步拓展其应用范围。

关键词：萤石卤化物晶体稀土离子团簇结构演变晶格畸变高阶团簇

来源：博看期刊

Gd^(3+)/Y^(3+)共掺对Nd:CaF_2晶体光谱性能的影响

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物理学报 2016年第5期65卷 144-150页

作者：刘坚刘军芳苏良碧张倩马凤凯姜大朋徐军同济大学材料科学与工程学院上海201802 中国科学院上海硅酸盐研究所上海201809 同济大学物理科学与工程学院上海200092

通过坩埚下降法生长了系列共掺Nd,Gd:CaF_2和Nd,Y:CaF_2晶体,研究了Gd^(3+)/Y^(3+)共掺对Nd^(3+)光谱性能以及Nd:CaF_2晶体晶胞参数的影响规律.对于0.5 at.%Nd,x at.%Gd(x=2,5,8,10):CaF_2系列晶体,当调控Gd^(3+)掺杂浓度为2 at.%时,具有最大的荧光寿命499μs;当Gd^(3+)掺杂浓度为5 at.%时,具有最大的吸收截面1.47×10^(-20)cm^2,最大的发射截面1.9×10^(-20)cm^2;当Gd^(3+)掺杂浓度为8 at.%时,具有最佳的发射带宽29.03 nm.对于0.6 at.%Nd,x at.%Y(x=2,5,8,10):CaF_2系列晶体,Y^(3+)掺杂浓度为5 at.%时,有最大的吸收截面2.41×10^(-20)cm^2,最大的发射截面3.17×10^(-20)cm^2;当Y^(3+)掺杂浓度为10 at.%时,具有最长的荧光寿命359.4μs,并且具有最大发射带宽26 nm.

关键词： Nd:CaF2晶体调控离子晶胞参数光谱性能

Ho^(3+)掺杂Sc_2SiO_5激光晶体生长与光谱性能研究

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人工晶体学报 2014年第6期43卷 1327-1331页

作者：李璇麻尉蔚马凤凯狄聚青郑丽和姜大鹏苏良碧杨秋红徐军上海大学材料科学与工程学院电子信息材料系上海200444 中国科学院上海硅酸盐研究所上海201899 中国科学院上海光学精密机械研究所上海201800

采用提拉法分别生长了具有高光学质量的0.5at%和1.0at%的Ho∶Sc2SiO5(Ho∶SSO)激光晶体。研究表明晶体空间群为C2/c,晶胞参数为a=0.99723 nm,b=0.64261 nm,c=1.16843 nm,β=103.9°。Ho3+在SSO基质中的分凝系数为0.82。Ho∶SSO晶体在2085 nm处发射截面为1.12×10-20cm2,发射光谱呈现一个1850~2150 nm的宽发射带。当粒子数反转比率β=0.25时,增益截面σg即开始出现正增益。综合评估了晶体的激光性能,表明Ho∶SSO晶体是一种有潜力的2μm波段激光介质。

关键词： Sc2SiO5 激光晶体提拉法分凝系数发射光谱

Pr,R^(3+):SrF_2(R=Y,Gd)激光晶体光谱性能的研究

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无机材料学报 2017年第9期32卷 943-948页

作者：鞠强文梅炳初于浩钱小波王静雅马凤凯苏良碧武汉理工大学材料科学与工程学院材料复合新技术国家重点实验室武汉430070 中国科学院上海硅酸盐研究所透明光功能无机材料重点实验室上海201809

采用坩埚下降法生长了系列共掺的Pr,Y:SrF_2和Pr,Gd:SrF_2晶体,研究了调剂离子对Pr:SrF_2晶体晶胞参数和光谱性能的影响规律。研究结果表明,掺杂不同种类和浓度的调剂离子可以有效提高晶体的吸收截面和发射强度。同时,调剂离子通过改变... 详细信息

采用坩埚下降法生长了系列共掺的Pr,Y:SrF_2和Pr,Gd:SrF_2晶体,研究了调剂离子对Pr:SrF_2晶体晶胞参数和光谱性能的影响规律。研究结果表明,掺杂不同种类和浓度的调剂离子可以有效提高晶体的吸收截面和发射强度。同时,调剂离子通过改变晶体内部的团簇构型和发光中心的局域配位结构,使Pr,R^(3+):SrF_2(R=Y,Gd)晶体各峰位的发光强度变化规律不一致:绝大部分峰位发光强度先增加到峰值后减小,极个别变化趋势相反或发光强度基本保持不变。结合晶胞参数和荧光寿命图谱也可以证明调剂离子对晶体内部团簇和局域结构的影响。总之,掺入调剂离子后,Pr:SrF_2晶体的光学性能更优,尤其是共掺入6.0at%Y^(3+)或10.0at%Gd^(3+)后,其光学性能达到最佳。

关键词：激光材料 Pr SrF2晶体调剂离子光谱性能

掺杂ZnO-Ba_(0.8)Sr_(0.2)TiO_3复合陶瓷的制备与热敏特性

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中国陶瓷 2010年第5期46卷 29-32页

作者：马凤凯黄焱球于东云赵旭荣张蓓中国地质大学(武汉)材料科学与化学工程学院武汉430074

采用球磨法制备了ZnO-BST复合陶瓷,采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜测定了样品的晶相、微观形貌,研究了Sb2O3、MnO、Cr2O3等氧化物掺杂对复合陶瓷热敏性能的影响。结果表明,随着Sb2O3、MnO、Cr2O3等氧化物的依次掺入,材料的热敏性能得... 详细信息

采用球磨法制备了ZnO-BST复合陶瓷,采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜测定了样品的晶相、微观形貌,研究了Sb2O3、MnO、Cr2O3等氧化物掺杂对复合陶瓷热敏性能的影响。结果表明,随着Sb2O3、MnO、Cr2O3等氧化物的依次掺入,材料的热敏性能得到了较大的提高。

关键词：掺杂 ZnO-BST 热敏性能复合陶瓷