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Er^(3+)/Yb^(3+)/Pr^(3+):SrLaGaO_(4)晶体的光谱分析及中红外发射增强

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发光学报 2024年第6期45卷 905-912页

作者：乐旭星王燕朱昭捷李坚富涂朝阳中国科学院福建物质结构研究所光电材料化学与物理重点实验室福建福州350002 中国科学院大学北京100039

采用非化学计量配比的提拉法成功生长出Er^(3+)/Yb^(3+)/Pr^(3+):SrLaGaO_(4)晶体、Er^(3+)/Yb^(3+):SrLaGaO_(4)和Er^(3+):SrLaGaO_(4)晶体并进行了详细的光谱分析,同时对纯的SrLaGaO_(4)晶体进行了热学性能分析。与Er^(3+):SrLaGaO_(4)晶体相比,Er^(3+)/Yb^(3+)/Pr^(3+):SrLaGaO_(4)晶体不仅展示了更好的吸收特性,而且还表现出较弱的近红外发射,以及优异的中红外发射;Er^(3+)/Yb^(3+)/Pr^(3+):SrLaGaO_(4)晶体中2.7μm铒激光下能级4I13/2的荧光寿命显著减少,而上能级4I11/2的寿命略微下降,成功抑制了自终止效应。此外,本工作还研究了Er^(3+)/Yb^(3+)/Pr^(3+):SrLaGaO_(4)晶体中Yb^(3+)的敏化作用和Pr^(3+)离子的去激活作用以及能量传递机制。总之,引入Yb^(3+)和Pr^(3+)有利于在Er^(3+)/Yb^(3+)/Pr^(3+):SrLaGaO_(4)晶体中实现增强的2.7μm发射,这使其成为中红外激光有前途的候选材料。

关键词： SrLaGaO_(4)晶体 Er^(3+)掺杂晶体生长中红外激光晶体光谱分析

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样品倾转角度对透射电镜表征纳米薄膜的影响

光学学报 2024年第2期44卷 312-317页

作者：张革崔云赵娇玲王涛赵元安中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室上海201800 中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室上海201800

以沉积在Si[100]基底的Mo/Si多层膜为例,通过透射电镜(TEM)测量了多层膜在不同倾转角度下的界面结构,并提取了多层膜的周期厚度以及单周期中Mo层和Si层的厚度。结果表明:样品沿α方向倾转时,Mo层和Si层的测量厚度几乎没有变化,但界面粗... 详细信息

以沉积在Si[100]基底的Mo/Si多层膜为例,通过透射电镜(TEM)测量了多层膜在不同倾转角度下的界面结构,并提取了多层膜的周期厚度以及单周期中Mo层和Si层的厚度。结果表明:样品沿α方向倾转时,Mo层和Si层的测量厚度几乎没有变化,但界面粗糙度增大,这是由于旋转时薄膜的厚度方向始终与电子束垂直,而电子束穿过的TEM样品厚度Z增大;样品沿β方向倾转时,由于倾转时样品截面与电子束不垂直,造成伪影严重,无法区分Mo层和Si层,多层膜的测量总厚度随倾转角的增大先增大后减小。此外,提出了样品沿β方向倾转后测量薄膜厚度的计算公式。对于较薄的薄膜,随着倾转角β的增大,测量厚度增大;对于较厚的薄膜,随着倾转角β的增大,测量厚度先增大后减小。薄膜厚度t0越小,沿β方向倾转后测量厚度的相对误差越大。当TEM样品厚度Z为10 nm时,沿β方向倾转后测量厚度的相对误差较小。

关键词：透射电镜倾转角度薄膜界面膜层厚度

数值模拟超高密度热流下红外窗口材料的受热冲击

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硅酸盐学报 2024年第3期52卷 862-873页

作者：杨国健孙鹏王跃忠李莎莎朱彤彭志勇廉伟艳杨国永杨科宋惠刘华松江南中国科学院宁波材料技术与工程研究所中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室浙江宁波315201 天津津航技术物理研究所天津市薄膜光学重点实验室天津300192

超高速飞行器光电探测技术对红外窗口材料提出了苛刻要求,通过数值模拟,研究了超高密度热流(3~8 MW/m^(2)、时间5 s)作用下,尺寸为φ50 mm×2 mm的蓝宝石、硫化锌(ZnS)及金刚石3种红外窗口材料在倾斜角10°~90°极端工况下的表面温度、... 详细信息

超高速飞行器光电探测技术对红外窗口材料提出了苛刻要求,通过数值模拟,研究了超高密度热流(3~8 MW/m^(2)、时间5 s)作用下,尺寸为φ50 mm×2 mm的蓝宝石、硫化锌(ZnS)及金刚石3种红外窗口材料在倾斜角10°~90°极端工况下的表面温度、热应力及其分布,并比较了有、无制冷的影响。系统分析了在面临超高密度热流时,红外窗口材料的使役性能,以及对材料的性能要求,并比较了3种材料的差别。结果表明,与金刚石相比,蓝宝石、ZnS等传统红外材料由于导热性能相对较差,受热冲击时热量在短时间内来不及疏散,导致窗口温度过高或热应力过高而失效。无论有无制冷,从驻点温度方面进行分析,蓝宝石小于ZnS;从热应力来看,蓝宝石大于ZnS。由于它们的热导率低[<30 W/(m·℃)],并不非常适用于超高热流环境,制冷反而可能带来更高的失效风险。金刚石由于超高的热导率[约为2 000 W/(m·℃)],窗口温度相对更低、热应力更小且分布更均匀,极大减轻了窗口失效风险,且制冷条件下其优势十分明显,能够满足8 MW/m^(2)超高密度热流极端工况要求。相关研究可为新一代超高速飞行器红外窗口的设计、选材及应用提供了参考。

关键词：数值仿真红外窗口材料超高速飞行器热流金刚石

CaO和方解石钝化不同污染程度煤矸石性能与机理

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科学通报 2024年第4期69卷 617-629页

作者：张华林江晓亮赵梦飞李庭刚江西理工大学材料冶金化学学部赣州341099 中国科学院赣江创新研究院江西省稀土清洁生产重点实验室中国科学院稀土重点实验室赣州341119 中国科学院过程工程研究所中国科学院绿色过程与工程重点实验室中国科学院绿色过程制造创新研究院战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心北京市过程污染控制工程技术研究中心北京100190 中国科学院过程工程研究所生物药制备与递送重点实验室(中国科学院)生化工程国家重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

煤矸石是一种典型的工业废弃物,大量的煤矸石堆积会造成各种环境问题以及资源浪费.在环境问题中,重金属污染最为严重.本文采用CaO和方解石对不同污染程度的煤矸石中重金属进行钝化,并探究其钝化机理.结果表明,CaO和方解石均有较好的钝... 详细信息

煤矸石是一种典型的工业废弃物,大量的煤矸石堆积会造成各种环境问题以及资源浪费.在环境问题中,重金属污染最为严重.本文采用CaO和方解石对不同污染程度的煤矸石中重金属进行钝化,并探究其钝化机理.结果表明,CaO和方解石均有较好的钝化效果,能使中高度污染的煤矸石转化为轻度污染或无污染,CaO钝化Pb^(2+)、Zn^(2+)、Cu^(2+)的平均钝化率分别为37.4%、37.8%、25.5%;方解石钝化Pb^(2+)、Zn^(2+)、Cu^(2+)的平均钝化率分别为53.8%、43.5%、34.4%,方解石钝化效果略优于CaO.通过对钝化前后煤矸石的表征和Visual MINTEQ软件模拟,CaO可以通过提高煤矸石pH并提供OH^(−),与重金属离子结合生成难溶或不溶的氢氧化物沉淀;方解石不仅能提高体系的pH,还能提供CO_(3)^(2−),CO_(3)^(2−)与重金属离子结合生成难溶或不溶的碳酸盐.两者钝化均将煤矸石中可流动态重金属转化成残渣态重金属.对钝化前后的煤矸石进行模拟酸雨溶出实验,钝化后的煤矸石中各重金属成分较稳定,溶出风险明显低于原煤矸石,均在风险管控标准以下.综上,该方法能有效地钝化煤矸石中的重金属,为煤矸石的无害化,尤其是重金属污染的稳定化提供了有效的手段.

关键词：煤矸石重金属钝化 Visual MINTEQ模拟

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非掺杂型Si/SiGe异质结外延与表征

物理学报 2024年第11期73卷 297-304页

作者：耿鑫张结印卢文龙明铭刘方泽符彬啸褚逸昕颜谋回王保传张新定郭国平张建军华南师范大学物理学院广州510631 松山湖材料实验室半导体异质材料与器件中心东莞523830 中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室合肥230026 中国科学院物理研究所纳米物理与器件重点实验室北京100190 上海大学理学院上海200444

以自旋为编码单元的硅基半导体量子计算与传统微电子工艺兼容,易拓展且可以同位素纯化提高退相干时间,因而备受关注.本研究工作通过分子束外延生长了高质量非掺杂型Si/SiGe异质结并测试了二维电子气迁移率.球差电镜观察到原子级尖锐界面... 详细信息

以自旋为编码单元的硅基半导体量子计算与传统微电子工艺兼容,易拓展且可以同位素纯化提高退相干时间,因而备受关注.本研究工作通过分子束外延生长了高质量非掺杂型Si/SiGe异质结并测试了二维电子气迁移率.球差电镜观察到原子级尖锐界面,原子力显微镜表征显示其表面均方根粗糙度仅为0.44 nm,低温下迁移率达到20.21×10^(4)cm^(2)·V^(–1)·s^(–1).不同栅压下载流子浓度和迁移率的幂指数为1.026,材料丁格比值在7—12之间,表明载流子主要受到背景杂质散射和半导体/氧化物的界面散射.

关键词： Si/SiGe异质结二维电子气霍尔迁移率硅基量子计算

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高速光电探测器的研究进展(特邀)

光学学报 2024年第15期44卷 111-122页

作者：刘志鹏刘智成步文中国科学院半导体研究所光电子材料与器件重点实验室北京100083 中国科学院大学材料科学与光电技术学院北京100049

随着通信数据传输量呈指数级增长,光互连技术取代传统的电互连技术,已成为中长距离低损耗高速传输的主流技术。光电探测器作为光接收端的核心器件,实际应用对其高速性能的要求越来越高。其中,波导耦合的光电探测器尺寸小、带宽大,且易... 详细信息

随着通信数据传输量呈指数级增长,光互连技术取代传统的电互连技术,已成为中长距离低损耗高速传输的主流技术。光电探测器作为光接收端的核心器件,实际应用对其高速性能的要求越来越高。其中,波导耦合的光电探测器尺寸小、带宽大,且易与其他光电子器件进行片上集成,是高速光电探测的研究重点。传统高性能的InGaAs光电探测器和发展迅速的Ge/Si光电探测器各具特色,是最具代表性的近红外光通信波段光电探测器。主要介绍了这两类波导耦合光电探测器的研究进展,包括典型的器件结构和性能,以及优化带宽等性能的主要途径。

关键词：光电探测器波导耦合铟镓砷硅基锗

胺源对“一锅法”合成聚硼硅氮烷结构及性能的影响

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高分子学报 2024年第2期55卷 161-171页

作者：陈楚童陈艳杰罗永明张宗波徐彩虹中国科学院化学研究所中国科学院极端环境高分子材料重点实验室北京100190 中国科学院大学化学与化工学院北京100049

以六甲基二硅氮烷(MMN)、四甲基二乙烯基二硅氮烷(MMNVi)和四甲基二硅氮烷(MMNH) 3种不同结构的二硅氮烷为胺源,通过与氯硅烷和三氯化硼反应,制备出具有不同封端结构的聚硼硅氮烷.其中,以MMN、MMNVi为胺源可获得液态产物;以MMNH为胺源时... 详细信息

以六甲基二硅氮烷(MMN)、四甲基二乙烯基二硅氮烷(MMNVi)和四甲基二硅氮烷(MMNH) 3种不同结构的二硅氮烷为胺源,通过与氯硅烷和三氯化硼反应,制备出具有不同封端结构的聚硼硅氮烷.其中,以MMN、MMNVi为胺源可获得液态产物;以MMNH为胺源时,因合成过程中发生活性基团间的过度交联导致产物凝胶.采用核磁共振波谱仪、红外光谱仪对液态前驱体聚合物及其热解产物的结构进行了表征.研究结果表明:通过“一锅法”制备的液态聚硼硅氮烷主链具有较多的支化和环状结构,随着封端结构中乙烯基含量的增加,所得前驱体的固化温度降低,固化反应活化能降低.与以MMN为胺源和封端剂合成的聚硼硅氮烷相比,以MMNVi为胺源所得前驱体固化前后陶瓷产率分别提高了14.9%及8.1%.并且,通过改变胺源的种类和比例可以调节热解产物的元素组成,合成的液态前驱体聚合物热解所得SiBCN陶瓷结晶温度高于1700℃.

关键词：前驱体转化法硅硼碳氮陶瓷聚硼硅氮烷 “一锅法”

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“陈试剂”作为三氟甲基源机理的理论研究

化学学报 2024年第2期82卷 132-137页

作者：黄广龙薛小松中国科学院上海有机化学研究所先进氟氮材料重点实验室上海200032

FSO_(2)CF_(2)CO_(2)Me(MFSDA)是陈庆云院士课题组于1989年开发的一种十分有效的三氟甲基化试剂,在学术界和工业界有着广泛地应用,是我国有机氟化学领域早期最重要的研究成果之一,该试剂也被命名为“陈试剂”.此研究采用密度泛函理论(D... 详细信息

FSO_(2)CF_(2)CO_(2)Me(MFSDA)是陈庆云院士课题组于1989年开发的一种十分有效的三氟甲基化试剂,在学术界和工业界有着广泛地应用,是我国有机氟化学领域早期最重要的研究成果之一,该试剂也被命名为“陈试剂”.此研究采用密度泛函理论(DFT)方法研究了碘化亚铜介导“陈试剂”形成三氟甲基亚铜的反应机理.计算结果揭示了反应中碘化亚铜催化剂的双重作用:一方面碘负离子通过进攻“陈试剂”中具有亲电性的甲基启动反应;另一方面一价铜阳离子络合物捕获原位生成二氟卡宾形成二氟卡宾亚铜中间体.发现与过去普遍假设的机理不同,(1)关键的脱羧过程并不需要一价铜阳离子参与,(2)三氟甲基是通过二氟卡宾亚铜中间体与氟离子络合后形成,而非二氟卡宾直接捕获氟离子.研究结果丰富了对“陈试剂”形成三氟甲基源的认识,为进一步开发基于“陈试剂”的新反应提供了理论依据.

关键词：密度泛函理论(DFT)方法氟磺酰二氟乙酸甲酯陈试剂三氟甲基化试剂反应机理

航机CMC热端部件用热喷涂涂层的机遇与挑战

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无机材料学报 2024年第10期39卷 1077-1083页

作者：陶顺衍杨加胜邵芳吴应辰赵华玉董绍明张翔宇熊瑛中国科学院上海硅酸盐研究所中国科学院特种无机涂层重点实验室上海201899 中国科学院大学北京100049 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200050 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司沈阳110043

随着航空发动机涡轮前燃气入口温度的不断攀升,陶瓷基复合材料(Ceramic Matrix Composite, CMC)以其轻质、高强、抗氧化、对裂纹不敏感、耐温性能优异等特点,成为新一代航空发动机高温部件的首选基体材料。但CMC存在抗高温水氧侵蚀性能... 详细信息

随着航空发动机涡轮前燃气入口温度的不断攀升,陶瓷基复合材料(Ceramic Matrix Composite, CMC)以其轻质、高强、抗氧化、对裂纹不敏感、耐温性能优异等特点,成为新一代航空发动机高温部件的首选基体材料。但CMC存在抗高温水氧侵蚀性能不足等问题,发动机CMC热端部件用热喷涂涂层成为亟待解决的技术瓶颈。本文结合国外航空发动机热端部件选材方案的更迭及工程应用实例,分析了发动机热端部件采用高温合金+气膜冷却+热障涂层方案的技术局限性,明确了CMC+适量气膜冷却+环境障碍涂层方案的技术优势;综述了CMC用热与环境障碍涂层(Thermal and Environmental Barrier Coatings, TEBCs)和环境障碍可磨耗封严涂层(Environmental Barrier Coatings-Abradable Sealing Coatings, EBCs-ASCs)的研究进展、应用情况以及近些年国内外学者的研究成果;辨析了面向更高温燃气来流时热喷涂环境障碍涂层面临的机遇与挑战,为后续TEBCs的组分和结构设计以及制备明确了方向,并对今后研究工作的重点进行了展望。

关键词：热喷涂环境障碍涂层热与环境障碍涂层可磨耗封严涂层陶瓷基复合材料专题评述