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基于XPS和XAFS技术的掺质磷酸钛氧铷晶体的微观结构及其与性能关系的研究

批准号:
51672160
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
段秀兰
依托单位:
学科分类:
人工晶体与玻璃材料
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
栾彩娜、纪念静、李自清、宗云兵、李楠楠

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
磷酸钛氧铷(RbTiOPO4, 简称RTP)晶体是一种综合性能优良的非线性光学晶体材料,向RTP晶体中掺入异质离子有望改善晶体的性能,拓宽其应用范围。本项目拟选择Sb5+、Ta5+单掺及Sb5+/Yb3+、Ta5+/Yb3+ 双掺杂的RTP晶体为研究对象,采用X射线光电子能谱(XPS)、同步辐射X射线吸收精细结构谱(XAFS)等技术手段,研究掺质及生长技术等因素引起的RTP晶体微观结构(如阳离子分布、晶胞参数、金属-氧键合情况、TiO6八面体扭曲程度及电子结构)的变化及相关机理;以及掺质引起的晶体非线性光学效应、发光等性能的改变,揭示该类晶体材料微观结构与光学性能之间的内在关系及其规律。通过本项目研究,可为优化晶体性能、探索有应用前景的掺质RTP光学晶体提供理论基础依据。
英文摘要
Rubidium titanyl phosphate (RbTiOPO4, abbreviated as RTP) crystal is an excellent nonlinear optical crystal material. It is expected to improve the properties of crystal and broaden its application fields by doping some ions into RTP crystal. In this project, the crystal materials RbTiOPO4 doped with Sb5+, Ta5+ or Sb5+ /Yb3+, Ta5+ /Yb3+ are selected as research object. The change of the microstructure of RTP crystal (such as cation distribution, lattice parameters, metal-oxygen bond, distortion degree of TiO6 octahedra and electronic structure) caused by doping and growth technology and the related mechnaism will be investigated by using X-ray photoelection spectroscopy (XPS) and synchrotron radiation X-ray absorption fine structure spectroscopy (XAFS). The nonlinear optical effect and luminescence properties of the crystal influenced by doping will be also studied. The inherent relationship between the microstructure and property is revealed. It can provide theoretical basis for optimization of crystal properties and exploring the doped RTP optical crystals possessing application value through this project research.
磷酸钛氧铷(RbTiOPO4, 简称RTP)晶体是一种综合性能优良的非线性光学晶体材料,向RTP晶体中掺入异质离子可以改善晶体的性能,拓宽应用范围。本项目采用高温溶液法生长了M5+/Yb3+(M=Ta, Sb)单掺及双掺杂的RTP晶体,掺质后晶体外形呈扁平状,通过优化生长条件得到了质量较好的晶体。采用X射线光电子能谱(XPS)、同步辐射X射线吸收谱(XAFS)等技术研究了掺质RTP晶体的微观结构,分析了掺杂离子对晶体的晶胞参数、电子结构、金属-氧之间的键合情况以及TiO6八面体扭曲程度的影响。结果表明,掺入的Ta5+离子在晶体中占据Ti(1)和Ti(2)位置,晶格中产生了Rb空位。掺Ta后晶体的晶格参数稍微增加;随着掺Ta及Sb浓度的增大,晶体中Rb, Ti, P等元素的结合能值增加,说明掺杂使RTP晶体的电子结构发生了改变;当Sb掺杂浓度从5%增加到10%时,Ti-O键的离子性随Sb浓度的增加而减弱;而P-O键的共价性没有明显变化。对于双掺Ta5+/Yb3+的RTP晶体,随着Ta、Yb掺杂浓度的增大,Ti-O离子键的强度先减弱后增大,而P-O共价键的强度先增大后减弱。离子掺杂对TiO6八面体扭曲程度产生了一定的影响,掺Ta后使其畸变程度增大。.研究了掺杂RTP晶体的热学、光学及非线性等性能,分析了掺杂离子对晶体性能的影响,揭示了晶体的性能与其微观结构之间的内在关系。掺质后晶体的热稳定性提高,具有更高的抗激光损伤阈值;倍频效应随着Ta或Sb掺杂浓度的增加而增强,掺质后结构中TiO6八面体畸变程度增大是其倍频效应增强的主要原因。Ta单掺及Ta/Yb双掺RTP晶体的紫外截止边与RTP晶体相比均发生了红移,该红移与Ta-O键的电子跃迁有关。此外,对Ta/Yb: RTP晶体的发光性能进行了分析研究。该项目研究工作可为优化晶体性能、拓展晶体的应用领域提供理论依据。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Single crystal growth and nonlinear optical properties of Nd3+ doped STGS crystal for self-frequency-doubling application
用于自倍频应用的 Nd3 掺杂 STGS 晶体的单晶生长和非线性光学特性
DOI: 10.1016/j.optmat.2017.07.045
发表时间: 2017
期刊: Optical Materials
影响因子: 3.9
作者: [Chen Feifei, Wang Lijuan, Wang Xinle, Cheng Xiufeng, Yu Fapeng, Wang Zhengping, Zhao Xian]
通讯作者: Zhao Xian
Structural stability and electro-elastic property of YCOB crystal annealed in harsh environment
恶劣环境退火YCOB晶体的结构稳定性和电弹性性能
DOI: 10.1063/1.5042284
发表时间: 2018-09
期刊: Applied Physics Letters
影响因子: 4
作者: [Shiwei Tian, Lili Li, Fapeng Yu, Yanlu Li, Feifei Chen, Xiulan Duan, Xiufeng Cheng, Zhengping Wang, Shujun Zhang, Xian Zhao]
通讯作者: Xian Zhao
Effects of preparation method and temperature on the cation distribution of ZnGa2O4 spinel studied by X-ray photoelectron spectroscopy
X射线光电子能谱研究制备方法和温度对ZnGa2O4尖晶石阳离子分布的影响
DOI: 10.1016/j.vacuum.2017.04.035
发表时间: 2017-08
期刊: Vacuum
影响因子: 4
作者: [Li Nannan, Duan Xiulan, Yu Fapeng, Jiang Huaidong]
通讯作者: Jiang Huaidong
Growth, phase and electronic structure of RbTiOPO4 crystals doped with antimony
锑掺杂 RbTiOPO4 晶体的生长、物相和电子结构
DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2017.11.025
发表时间: 2018-03
期刊: Journal of Crystal Growth
影响因子: 1.8
作者: [Zhu Pengfei, Li Ziqing, Chen Yang, Duan Xiulan]
通讯作者: Duan Xiulan
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    双掺杂Zn(Mg)Ga2O4材料结构中阳离子分布与性能关系的研究
    • 批准号:
      51172130
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      60.0万元
    • 批准年份:
      2011
    • 负责人:
      段秀兰
    • 依托单位:
    掺钴尖晶石复合材料结构中阳离子分布与性能关系的研究
    • 批准号:
      50902089
    • 项目类别:
      青年科学基金项目
    • 资助金额:
      20.0万元
    • 批准年份:
      2009
    • 负责人:
      段秀兰
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金