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中国科学：化学 2018年第8期48卷 804-814页

作者：孙丛婷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

高温稀土晶体的快速生长能够在很大程度上降低晶体的生长成本,然而过快的生长速度会造成熔体上方过冷,带来晶体开裂等严重的质量问题.本文从生长界面处的微观化学键合结构出发研究晶体的可控生长过程,理论上证明了结晶热力学和动力学协... 详细信息

高温稀土晶体的快速生长能够在很大程度上降低晶体的生长成本,然而过快的生长速度会造成熔体上方过冷,带来晶体开裂等严重的质量问题.本文从生长界面处的微观化学键合结构出发研究晶体的可控生长过程,理论上证明了结晶热力学和动力学协同控制晶体生长界面处的化学键合过程.计算结果表明界面处化学键合结构在单晶生长中具有决定性作用.本文还从轨道杂化的角度研究了稀土离子的成键特性,可用于研究稀土离子在生长界面处的化学键合结构.针对大尺寸稀土氧化物晶体,结晶生长的化学键合理论可以定量优化晶体的系列生长参数,将各向异性的结晶热力学表达和各向同性的结晶动力学表达控制在不同尺度区间,实现高品质稀土晶体快速生长.

关键词：稀土晶体结晶生长的化学键合理论快速生长轨道杂化生长界面

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结晶生长的化学键合理论指导大尺寸稀土晶体生长

结晶生长的化学键合理论指导大尺寸稀土晶体生长

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第十七届全国晶体生长与材料学术会议(CCCG-17)

作者：孙丛婷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

稀土离子4f电子独特的发光特性使其作为发光中心广泛应用于光学材料中。近年来,稀土掺杂石榴石类晶体材料被广泛应用于固体激光器、探测和成像。生长大尺寸、高品质的稀土激光晶体和闪烁晶体材料是我国高端稀土材料的重要发展方向之一... 详细信息

稀土离子4f电子独特的发光特性使其作为发光中心广泛应用于光学材料中。近年来,稀土掺杂石榴石类晶体材料被广泛应用于固体激光器、探测和成像。生长大尺寸、高品质的稀土激光晶体和闪烁晶体材料是我国高端稀土材料的重要发展方向之一。深入了解结晶过程对生长高品质的功能晶体材料尤为重要。结晶生长的化学键合理论为我们提供了有力的研究方法。生长界面处的化学键合结构特征决定了晶体的各向异性生长速率,从晶体的热力学形态出发,确定热力学上倾向的径向生长方向,综合轴向生和径向生长界面的键合结构,设计与径向生长相匹配的轴向提拉生长速率,成功生长系列φ3″稀土离子掺杂石榴石晶体,如Ce:YAG、Yb:YAG、Ce,Nd:YAG、Er,Yb:YAG等。

关键词：稀土晶体结晶生长的化学键合理论提拉速率石榴石

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大尺寸稀土晶体快速生长理论与技术

大尺寸稀土晶体快速生长理论与技术

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中国稀土学会2021学术年会

作者：薛冬峰陈昆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山东大学晶体材料国家重点实验室

大尺寸稀土晶体(如YAG, RE:YAG, Ce:LYSO等)的快速生长理论与技术,是我国稀土资源利用高质量发展的一个重要支撑。结晶生长的化学键合理论在晶体生长热力学和动力学的基础上,为数据驱动下的晶体材料快速生长技术提供重要思想。这个报告... 详细信息

大尺寸稀土晶体(如YAG, RE:YAG, Ce:LYSO等)的快速生长理论与技术,是我国稀土资源利用高质量发展的一个重要支撑。结晶生长的化学键合理论在晶体生长热力学和动力学的基础上,为数据驱动下的晶体材料快速生长技术提供重要思想。这个报告将介绍这些相关方面的最新研发进展。

关键词：稀土晶体结晶生长的化学键合理论晶体制备理论晶体制备技术

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材料结晶过程中的结构化学研究

材料结晶过程中的结构化学研究

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中国化学会第七届全国结构化学学术会议

作者：薛冬峰孙丛婷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

无机材料的结晶过程是一个由组成元素离子态向晶态转变的相变过程,这一过程涵盖其成核与生长两个微观阶段,结构化学可以从微观尺度上揭示其具体形成机制。依据体系热力学和动力学特征模拟组成元素的微观键合规律,实现材料在表界面处键... 详细信息

无机材料的结晶过程是一个由组成元素离子态向晶态转变的相变过程,这一过程涵盖其成核与生长两个微观阶段,结构化学可以从微观尺度上揭示其具体形成机制。依据体系热力学和动力学特征模拟组成元素的微观键合规律,实现材料在表界面处键合微结构的合理构建[1-3]。本报告就理论计算和实验探索两个方面,初步探索了功能无机材料结构的多尺度调控研究。

关键词：稀土元素结晶生长的化学键合理论晶体材料胶体离子电容器多尺度调控

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大尺寸稀土闪烁晶体的快速生长:从理论到生长实践

大尺寸稀土闪烁晶体的快速生长:从理论到生长实践

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中国稀土学会2017学术年会

作者：孙丛婷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

稀土闪烁晶体在核医学成像、高能核物理、现代勘探等领域发挥了不可替代的作用,大尺寸稀土闪烁晶体的高品质和快速生长是目前面临的主要科学技术问题之一[1]。理论上,从物理学、化学、工程学的角度证明生长界面处的化学键合过程主导了... 详细信息

稀土闪烁晶体在核医学成像、高能核物理、现代勘探等领域发挥了不可替代的作用,大尺寸稀土闪烁晶体的高品质和快速生长是目前面临的主要科学技术问题之一[1]。理论上,从物理学、化学、工程学的角度证明生长界面处的化学键合过程主导了无机晶体的各向异性生长[2-4],因此,在微观生长界面处构筑长程、均一的化学键合结构有助于获得高品质的稀土闪烁晶体。利用结晶生长的化学键合理论针对Ce:YAG和Ce:LYSO开展热力学模拟计算,在微观生长界面处有效调控生长界面处的化学键合行为,优化晶体生长环境[5-8]。与此同时,结合生长界面处的传质方程确定晶体生长的动力学参数,开展界面处的各向同性生长调控,加快晶体生长速率,稳定高指数晶面。该工作从理论到生长实践,实现了公斤级稀土闪烁晶体的快速生长,其中,Ce:YAG(?78mm、重3.45 kg)和Ce:LYSO(?68mm、重4.22 kg)的生长速率达到同类技术的1.5-3.0倍(图1)。此外,还利用原位分子振动光谱在原子水平上分析了稀土离子和含氧配体之间介尺度结构的形成和演变过程[9,10],为稀土闪烁新材料的结构设计提供有力支撑。

关键词：稀土闪烁晶体快速生长结晶生长的化学键合理论原位分子振动光谱

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稀土晶体研发中的多尺度

稀土晶体研发中的多尺度

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中国稀土学会2020学术年会暨江西(赣州)稀土资源绿色开发与高效利用大会

作者：薛冬峰陈昆峰山东大学晶体材料国家重点实验室

稀土晶体是指稀土元素可以完整占据结晶学结构中某一格点的晶体[1]。稀土晶体在节能环保、信息技术、航天航空和国防军工等领域均具有不可替代的作用,是世界各国竞相高质量发展的关键基础材料[2]。稀土晶体研发中的关键科学问题就是多尺... 详细信息

稀土晶体是指稀土元素可以完整占据结晶学结构中某一格点的晶体[1]。稀土晶体在节能环保、信息技术、航天航空和国防军工等领域均具有不可替代的作用,是世界各国竞相高质量发展的关键基础材料[2]。稀土晶体研发中的关键科学问题就是多尺度,设计原子轨道杂化成键的4f化学、表界面键合控制的材料学等。该报告集中讨论稀土晶体材料的多尺度研究范式。

关键词：稀土晶体 4f化学杂化成键结晶生长的化学键合理论多尺度结晶

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结晶热力学和动力学:大尺寸稀土晶体的快速生长

结晶热力学和动力学:大尺寸稀土晶体的快速生长

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中国化学会第30届学术年会-第十六分会：晶体工程

作者：孙丛婷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

稀土离子独特的发光特性使高品质的稀土激光晶体和稀土闪烁晶体备受青睐。在生长实践中,有效控制生长界面处的化学键合结构能够实现稀土晶体沿特定提拉方向上的快速生长,从而缩短稀土晶体的生长周期。利用结晶生长的化学键合理论设计并... 详细信息

稀土离子独特的发光特性使高品质的稀土激光晶体和稀土闪烁晶体备受青睐。在生长实践中,有效控制生长界面处的化学键合结构能够实现稀土晶体沿特定提拉方向上的快速生长,从而缩短稀土晶体的生长周期。利用结晶生长的化学键合理论设计并优化生长参数,协调稀土晶体在熔体生长系统中热力学控制(各向异性结晶学结构)和动力学控制(各向同性传质)之间的相互竞争,有利于在生长界面处构筑长程、均一的化学键合结构,使稀土晶体在热力学允许的范围内以最快生长速率进行生长。在结晶生长的化学键合理论指导下,己经实现大尺寸稀土离子掺杂石榴石类激光晶体、Ce:YAlO(Ce:YAG)和Ce:YLuSiO(Ce:LYSO)稀土闪烁晶体的快速生长,晶体的生长周期可缩短1/3。

关键词：结晶生长的化学键合理论生长参数设计稀土激光晶体稀土闪烁晶体

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稀土功能材料的结晶研究

稀土功能材料的结晶研究

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2015年第十四届全国应用化学年会

作者：薛冬峰孙丛婷陈昆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

材料的组成与其结晶行为和功能特性密切相关[1,2]。我们在这一领域的工作进展通过两个方面介绍,利用结晶生长的化学键合理论[3]研究稀土功能材料如大尺寸钇铝石榴石(YAlO,YAG)的单晶生长;利用离子电负性标度[4]研究稀土功能材料如胶体... 详细信息

材料的组成与其结晶行为和功能特性密切相关[1,2]。我们在这一领域的工作进展通过两个方面介绍,利用结晶生长的化学键合理论[3]研究稀土功能材料如大尺寸钇铝石榴石(YAlO,YAG)的单晶生长;利用离子电负性标度[4]研究稀土功能材料如胶体离子超级电容器电极材料。

关键词：稀土功能材料胶体离子超级电容器结晶生长的化学键合理论 YAG

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结晶过程与颗粒制备研究中的控制问题

结晶过程与颗粒制备研究中的控制问题

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颗粒学最新进展研讨会——暨第十届全国颗粒制备与处理研讨会

作者：薛冬峰孙丛婷李克艳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大连理工大学化工学院

颗粒的形成过程是一个由组成原子、分子的堆积而产生相变的过程。颗粒制备的研究可以归结为其组成原子、分子的结晶过程优化与集成问题,因此,颗粒制备研究中的控制问题也将成为一个化合物的结晶过程控制问题。从原子、分子水平上来讲,... 详细信息

颗粒的形成过程是一个由组成原子、分子的堆积而产生相变的过程。颗粒制备的研究可以归结为其组成原子、分子的结晶过程优化与集成问题,因此,颗粒制备研究中的控制问题也将成为一个化合物的结晶过程控制问题。从原子、分子水平上来讲,化合物的结晶过程经历了自由原子、分子的聚集与凝聚过程,如图1所示这是一个从无序到有序的物理化学过程。这样一个物理化学过程可以描述为发生在材料结晶学界面上的相变过程,因此,颗粒制备研究中的控制问题又是一个材料结晶过程中晶面生长的控制问题。

关键词：结品过程颗粒制备结晶过程控制结晶生长的化学键合理论

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多尺度稀土晶体材料研究

多尺度稀土晶体材料研究

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中国化学会第十届全国无机化学学术会议

作者：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

稀土晶体是指稀土元素可以完整占据结晶学结构中某一格点的晶体[1]。稀土晶体是一类重要的高端光学材料,作为核心工作物质在激光技术与电离辐射探测技术中得到了广泛应用,可实现对稀土战略资源的高值化利用。本报告在以前工作的基础上[1... 详细信息

稀土晶体是指稀土元素可以完整占据结晶学结构中某一格点的晶体[1]。稀土晶体是一类重要的高端光学材料,作为核心工作物质在激光技术与电离辐射探测技术中得到了广泛应用,可实现对稀土战略资源的高值化利用。本报告在以前工作的基础上[1-4],就稀土晶体的多尺度结晶（成核与生长、胶体离子电容器电极材料等）、稀土离子电负性标度及应用、结晶生长的化学键合理论及稀土晶体的快速生长等研究（激光晶体、闪烁晶体等）做最新进展总结。

关键词：多尺度稀土晶体成核与生长离子电负性标度结晶生长的化学键合理论晶体快速生长激光晶体闪烁晶体胶体离子电容器电极材料

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