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单羟基醇介电弛豫谱异常变化的测量与分析

物理学报 2025年第3期74卷 182-188页

作者：韩宏博王伟林佳玮赵兴宇王丽娜伊犁师范大学物理科学与技术学院新疆凝聚态相变与微结构实验室伊宁835000

对正丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇和仲戊醇5种链长相近、结构又略有差异的线型伯醇和仲醇进行了介电谱测量,发现异丙醇和正丁醇的介电谱存在异常变化的情况,即介电谱中强度最大的弛豫峰约在145—175 K的范围内,随着温度的升高出现了逐... 详细信息

对正丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇和仲戊醇5种链长相近、结构又略有差异的线型伯醇和仲醇进行了介电谱测量,发现异丙醇和正丁醇的介电谱存在异常变化的情况,即介电谱中强度最大的弛豫峰约在145—175 K的范围内,随着温度的升高出现了逐渐升高的趋势.经过分析发现该异常变化来源于单羟基醇中的德拜(Debye)介电弛豫强度在上述温区内的异常变化.结合单羟基醇德拜介电弛豫强度的理论模型进行分析,认为该异常变化是温度导致的德拜介电弛豫强度减小与分子运动性增加所致使的氢键分子链结构变化而引起的弛豫强度改变的共同结果;通过将这5种单羟基醇的弛豫时间进行对比,发现产生上述异常变化所要求的条件比较苛刻.另外,研究结果还表明仲醇中德拜弛豫过程的强度参量、弛豫单元的固有振动频率和高温极限下的激活能也具有随着碳原子数的增加而增大的特征,与伯醇中的规律是类似的.这些结果不仅能为单羟基醇奇异性质的研究提供新的切入点,而且也可以为分子链长对单羟基醇动力学影响的研究提供参考.

关键词：德拜弛豫单羟基醇介电弛豫异常变化

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Y_(2)MgTiO_(6)∶Dy^(3+),Eu^(3+)荧光粉的发光性能及能量传递

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硅酸盐通报 2025年第1期44卷 353-359页

作者：蒋小康高峰周恒为伊犁师范大学物理科学与技术学院新疆凝聚态相变与微结构实验室伊宁835000

本文采用溶胶-凝胶法合成了一系列Y_(2(0.97-x))Dy_(0.06)MgTiO_(6)∶2xEu^(3+)(YMT∶0.06Dy^(3+),2xEu^(3+))荧光粉,并研究了Dy^(3+)、Eu^(3+)掺杂对样品物相、显微结构及荧光性能的影响。结果表明,所制备的YMT∶0.06Dy^(3+),2xEu^(3+)荧光粉均为双钙钛矿结构(P2_(1)/n),颗粒大小为1~2μm。当激发光波长为262 nm时,荧光粉的发射光谱表现出典型的Dy^(3+)、Eu^(3+)线状特征光谱,发射主峰分别为483(^(4)F_(9/2)→^(6)H_(15/2))、579(^(4)F_(9/2)→^(6)H_(13/2))和619 nm(^(5)D_(0)→^(7)F_(2))。Dy^(3+)和Eu^(3+)之间存在明显的能量传递,机制为电偶极子-电偶极子(d-d)相互作用。该荧光粉具备良好的热稳定性,在498 K下发光强度仍保持为室温的74.36%。通过改变Eu^(3+)浓度,荧光粉的发光颜色可实现从黄色到橙红色,YMT∶0.06Dy^(3+),2xEu^(3+)荧光粉在固态LED照明领域有一定的应用前景。

关键词： Y_(2)MgTiO_(6) Dy^(3+)、Eu^(3+)共掺杂溶胶-凝胶法发光性能热稳定性 LED

X_(2)(PO_(4))_(2)(X=Ba、Pb)和XPO_(4)(X=Y、Bi)中阳离子对结构框架影响及双折射率来源研究

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人工晶体学报 2025年第1期54卷 85-94页

作者：王云杰和志豪丁家福苏欣伊犁师范大学物理科学与技术学院伊宁835000 伊犁师范大学新疆凝聚态相变与微结构实验室伊宁835000

基于密度泛函理论对P—O配位四面体与Y、Ba、Pb和Bi构成的Ba3(PO_(4))2、Pb3(PO_(4))2、BiPO_(4)和YPO_(4)的几何结构、电子结构、光学性质进行系统探究。研究表明,通过金属原子替换可以改变化合物结构框架,从而调节其带隙及光学性能,... 详细信息

基于密度泛函理论对P—O配位四面体与Y、Ba、Pb和Bi构成的Ba3(PO_(4))2、Pb3(PO_(4))2、BiPO_(4)和YPO_(4)的几何结构、电子结构、光学性质进行系统探究。研究表明,通过金属原子替换可以改变化合物结构框架,从而调节其带隙及光学性能,为设计综合性能优异的材料提供了一条有效途径。Ba3(PO_(4))2、Pb3(PO_(4))2、BiPO_(4)和YPO_(4)均为间接带隙化合物且都具有较宽的带隙,带隙依序为5.188、3.879、3.870和4.886 eV;由Mulliken布居分析可知Ba、Pb、Bi和Y与O键合形成O—X(X=Ba、Pb、Bi和Y)键,其键长相近并呈现较强离子键性质。四种化合物的导带底为金属阳离子的最外层轨道所占据,价带顶的主要贡献者是O-2p轨道,O原子的2p轨道还在费米能级附近表现出较强的局域性,P-3p轨道与O的2p轨道成键,P—O表现为强的共价键。Ba3(PO_(4))2、Pb3(PO_(4))2、BiPO_(4)和YPO_(4)四种晶体的双折射率分别为0.0037、0.0270、0.0590和0.1490,其中BiPO_(4)和YPO_(4)的双折射率和各向异性在四种体系中较大,这是因为不同阳离子导致不对称的晶体结构框架产生。

关键词：磷酸盐晶体第一性原理电子结构双折射率带隙

通过硫代调控Ga、In、Tl磷酸盐光学性质的第一性原理研究

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人工晶体学报 2025年第1期54卷 95-106页

作者：丁家福和志豪王云杰苏欣伊犁师范大学物理科学与技术学院伊宁835000 伊犁师范大学新疆凝聚态相变与微结构实验室伊宁835000

本文基于第一性原理对磷酸盐与硫代磷酸盐家族中的GaPO_(4)、InPO_(4)、TlPO_(4)、GaPS_(4)、InPS_(4)和Tl_(3)PS_(4)进行系统的对比研究,探究[PO_(4)]^(3-)基团和[PS_(4)]^(3-)基团之间的联系与区别。能带计算结果表明,TlPO_(4)带隙最小(Eg=0.788 eV),InPO_(4)、GaPS_(4)、InPS_(4)和Tl_(3)PS_(4)带隙较大,分别为2.604、2.352、2.360和2.393 eV,而GaPO_(4)带隙最大(Eg=4.487 eV),发现[PS4]3-基团化合物能带结构更加容易预测与调控。态密度计算结果表明,GaPO_(4)、InPO_(4)与TlPO_(4)价带顶均由O-2p轨道贡献,导带底均由阳离子的s轨道及O-2p轨道共同贡献,GaPS_(4)、InPS_(4)与Tl_(3)PS_(4)在价带顶处均由S原子的p轨道贡献,而在导带部分[PS4]3-基团化合物的P原子的p轨道表现更加活跃。通过分析介电函数发现,[PO_(4)]3-基团化合物和[PS4]3-基团化合物的峰值均随阳离子尺寸增大发生红移,且含[PS4]3-基团的化合物具有比含[PO_(4)]3-基团化合物更高的静态介电常数。双折射计算结果表明,GaPO_(4)、InPO_(4)、TlPO_(4)、GaPS_(4)、InPS_(4)和Tl_(3)PS_(4)在波长1064 nm处的双折射率分别为0.017、0.049、0.057、0.247、0.022和0.038,其中GaPS_(4)双折射率最大(0.247),这是由于其内部P—S键与Ga原子对能量较敏感。差分电荷密度与布居分析结果表明,六种化合物的光学效应与能带结构主要受到[PO_(4)]3-与[PS4]3-基团影响。弹性模量分析表明磷酸盐化合物的弹性性质要高于硫代磷酸盐,并且发现In的化合物具有更高的力学稳定性和刚性。

关键词：第一性原理密度泛函理论磷酸盐晶体硫代磷酸盐晶体电子结构光学性质力学性质

第一性原理研究O,S,Se掺杂ZnTe的电子结构和力学性质

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原子与分子物理学报 2025年 148-156页

作者：李佳郡和志豪王云杰丁家福崔健苏欣伊犁师范大学物理科学与技术学院伊犁师范大学新疆凝聚态相变与微结构实验室

基于第一性原理计算方法,通过CASTEP模块对ZnTe及其掺杂体系ZnTe0.875X0.125（X=O, S, Se）的电子结构和力学性能进行了深入分析.研究发现,ZnTe0.875X0.125（X=O, S, Se）在剪切模量、弹性模量和硬度等力学性能方面有显著提升,表现出更... 详细信息

基于第一性原理计算方法,通过CASTEP模块对ZnTe及其掺杂体系ZnTe0.875X0.125（X=O, S, Se）的电子结构和力学性能进行了深入分析.研究发现,ZnTe0.875X0.125（X=O, S, Se）在剪切模量、弹性模量和硬度等力学性能方面有显著提升,表现出更优异的抗压性、硬度和刚性.具体而言,ZnTe0.875S0.125展现出最大的剪切模量26.602 GPa和弹性模量66.897 GPa,而ZnTe0.875Se0.125则具有最大的维氏硬度3.599 GPa.在电子结构方面,ZnTe0.875X0.125（X=O, S, Se）禁带宽度均小于ZnTe,且导带位置下移,有效提高了材料的导电性.这些发现为设计和优化ZnTe半导体材料提供了重要的理论依据.

关键词： ZnTe 第一性原理力学性质电子结构

不同原子尺寸下二元Lennard-Jones液体微观结构的分子动力学模拟研究

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原子与分子物理学报 2025年 57-65页

作者：张文惠王丽娜林佳玮权国强赵兴宇伊犁师范大学物理科学与技术学院新疆凝聚态相变与微结构实验室

随着研究的不断深入，液体在微观尺度上的不均匀性逐渐被发现.本文以二元Lennard-Jones体系为对象，采用分子动力学方法研究了原子尺寸对体系固液转变过程和微观结构等的影响.体系固液转变的结果表明两类原子的尺寸相差小于约9%时，体... 详细信息

随着研究的不断深入，液体在微观尺度上的不均匀性逐渐被发现.本文以二元Lennard-Jones体系为对象，采用分子动力学方法研究了原子尺寸对体系固液转变过程和微观结构等的影响.体系固液转变的结果表明两类原子的尺寸相差小于约9%时，体系能够结晶；该差值大于9%时，体系则不出现结晶，而是发生玻璃化转变，该结果也与金属玻璃研究中所得的经验规律相一致.体系的熔点和玻璃化转变温度基本不受两类原子尺寸比值kσ的影响.在温度为0.9时，对各kσ值下体系的平衡态性质进行的研究中，径向分布函数的结果表明了体系处于液态，统计所得的最近邻原子是同类原子的几率的平均值■、液体中同类原子的聚集单元所包含原子数的平均值■、各瞬态图像中最大尺寸的聚集单元所包含原子数的最大值Nmax和平均值■等表明随着kσ的增加体系出现了从没有相分离到微观相分离的转变，转变点所对应的kσ的值kσnm=1.73.进一步的分析表明体系中微观相分离的出现也是熵驱动与焓驱动相互竞争的结果.本文的研究结果可以为体系微观结构的理解和金属玻璃材料的设计提供理论基础.

关键词：微观结构相分离二元液体原子尺寸

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不同温度下甲醇微观结构的分子动力学模拟

原子与分子物理学报 2025年 73-81页

作者：林佳玮赵兴宇韩宏博王丽娜伊犁师范大学物理科学与技术学院新疆凝聚态相变与微结构实验室

氢键在多种物理、化学和生物过程中具有重要作用,而单羟基醇是一类典型的包含氢键的物质.为了研究单羟基醇的微观结构随温度的变化特性和探讨单羟基醇中的250 K异常变化行为,本文对不同温度下的甲醇体系进行了分子动力学模拟研究. 290 ... 详细信息

氢键在多种物理、化学和生物过程中具有重要作用,而单羟基醇是一类典型的包含氢键的物质.为了研究单羟基醇的微观结构随温度的变化特性和探讨单羟基醇中的250 K异常变化行为,本文对不同温度下的甲醇体系进行了分子动力学模拟研究. 290 K下体系中氢键分子链团簇的分析结果表明甲醇中存在着线型链、支状链、孤立环型链和复合链.统计得到的甲醇体系中所有团簇的平均分子数、平均尺寸、线型链团簇的平均分子数和平均末端距与温度之间呈现出指数衰减关系,而形成氢键的几率与温度之间满足玻尔兹曼分布律,并且上述5个微观量以及宏观量体积在250 K附近都出现了一个转折.依据德拜理论计算得到的线型链团簇中单个分子对介电弛豫强度贡献量的平均值在250 K附近也存在着一个转折,这与实验上观察到的德拜介电弛豫强度的250 K异常变化具有一致性.本文不仅发现了甲醇体系中系列物理量在250 K附近存在着转折性变化,为单羟基醇250 K异常变化的研究提供了启发,而且也直接支持了单羟基醇中德拜介电弛豫强度异常变化来源于氢键分子链团簇的变小的观点.另外,研究结果还表明甲醇体系内线型链的均方末端距与链内分子数之间满足自由旋转链模型,可以为氢键分子链的理论描述提供基础.

关键词：甲醇氢键分子链分子动力学德拜介电弛豫 250 K异常

Gd^(3+)掺杂Sc_(2)W_(3)O_(12):Eu^(3+)红色荧光粉的制备及其发光性能

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无机化学学报 2025年第3期41卷 461-468页

作者：赵炎王佳旭李忠辉刘长立赵星胜周恒为蒋小康伊犁师范大学物理科学与技术学院凝聚态相变与微结构实验室伊宁835000

采用溶胶-凝胶法制备Eu^(3+)离子掺杂Sc_(2)W_(3)O_(12)红色荧光粉,并通过Gd^(3+)掺杂降低Sc_(2)W_(3)O_(12)基质晶体结构的对称性,增强荧光粉的发光强度。结果显示,Gd^(3+)的掺入并没有改变Sc_(2)W_(3)O_(12)的晶体结构;随着Gd^(3+)掺杂浓度的递增,晶格畸变加剧,来源于Eu^(3+)的^(5)D_(0)→^(7)F_(2)(612 nm)发光强度显著增强,Gd^(3+)最佳掺杂浓度为0.25,其发光强度为单掺Eu^(3+)的1.95倍,色坐标为(0.6134,0.3503),与标准红光色坐标(0.670,0.330)较为接近。此外,荧光粉具有一定的热稳定性,即当温度达到498 K时,Gd^(3+)离子掺杂浓度为0.25时制备的样品荧光强度与未掺杂Gd^(3+)离子的样品相比得到了提升,是室温下的53%,其激活能为0.1041 eV。

关键词：溶胶-凝胶法 Sc_(2)W_(3)O_(12) 红色荧光粉 Gd^(3+)掺杂

基于锁频石英增强光声光谱技术的皮肤二氧化碳代谢浓度实时检测

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光学学报 2025年

作者：章艺欣吴华坤吴琼刘雯邵杰浙江师范大学物理与电子工程学院浙江师范大学浙江光电子研究院

无创检测是医疗领域的重要研究方向，其中通过检测人体排出气体来进行疾病诊断的方式在近年来被广泛研究。皮肤二氧化碳（CO2）作为新陈代谢的主要产物可以反映人体代谢水平以及皮肤角质的屏障功能和完整性。本文采用一次谐波锁频技术... 详细信息

无创检测是医疗领域的重要研究方向，其中通过检测人体排出气体来进行疾病诊断的方式在近年来被广泛研究。皮肤二氧化碳（CO2）作为新陈代谢的主要产物可以反映人体代谢水平以及皮肤角质的屏障功能和完整性。本文采用一次谐波锁频技术结合石英增强光声光谱技术，对人体皮肤代谢的CO2进行实时检测。将2004 nm的分布式反馈（DFB）激光器输出激光一分为二，以样品吸收池解调所得的一次谐波信号作为自制模拟比例-积分-微分（PID）控制电路的输入信号，将激光器输出波长锁定在CO2气体分子4991.26 cm-1的吸收线上，以石英音叉解调所得的二次谐波信号作为检测腔内CO2浓度的响应信号。相比于传统非锁频的波长扫描系统，锁频系统的检测速度提升了12.5倍，以2.5 Hz的速度对检测腔内CO2的浓度响应信号进行采集，能够实时地响应皮肤CO2代谢的变化过程，且探测极限并未受到影响。经测试，系统的检测线性度达到了0.998，最低探测极限达到了2.04 ppmv，并用于人体不同位置皮肤CO2排出检测，验证了系统的可行性与一致性。该研究为非侵入式医疗诊断提供了一种方便快捷的检测方法。

关键词：激光吸收光谱技术石英增强光声光谱技术一次谐波锁频皮肤二氧化碳浓度检测