包含多种非线性活性结构基元的红外非线性光学材料的高通量筛选
批准号:
22105218
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
周钲洋
依托单位:
学科分类:
先进表征与理论机制
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
周钲洋
中文摘要
红外波段激光在军事和民用方面有重要的应用。通过红外非线性光学材料对现有激光进行频率变换是产生红外波段激光的重要方法。因此,研究和探索新型红外非线性光学材料具有重要的应用价值和学术意义。将多种非线性活性结构基元进行复合,利用其协同作用可以提高非线性光学材料的形成概率。然而如何在同时包含多种非线性活性结构基元的体系中实现红外非线性光学材料的高通量筛选,是该领域急需解决的重要问题。本项目拟利用三维电子衍射的动力学精修结合第一性原理计算在不需要生长微米级单晶以及合成纯的粉末样品的条件下,实现同时包含多种非线性活性结构基元的体系中新型红外非线性光学材料的高通量筛选;随后通过对比筛选得到的具有不同的非线性活性结构基元组合的新型红外非线性光学材料的关键性能,总结不同的非线性活性结构基元组合所带来的协同作用对红外非线性光学材料关键性能的影响,为新型红外非线性光学材料的设计提供新的理论依据。
英文摘要
Infrared (IR) laser has important applications in military and civil fields. It is significant method to generate IR lasers by frequency conversion of existing lasers through IR nonlinear optical (NLO) materials. Therefore, the research and exploration of new IR NLO materials has important application value and academic significance. The synergistic effects of recombination of various IR NLO building block units are always useful to improve the formation probability of NLO materials. However, it is an urgent problem that how to realize high-throughput screening of IR NLO materials in the system containing varieties of IR NLO active building block units. This project aims at utilizing the combination of dynamical refinement of electron diffraction and first principle calculations to realize high-throughput screening of IR NLO materials in the system containing varieties of IR NLO active building block units without growth of micrometer single crystals and synthesis of pure powder samples. Furthermore, synergistic effect of different combinations of IR NLO active building block units to pivotal properties will be summarized through comparison of pivotal properties of discovered IR NLO materials containing different combinations of IR NLO active building block units, which can provide new theoretical bases for design of new IR NLO materials.
本项目聚焦电子束敏感材料的结构表征及新型非线性光学(NLO)材料开发,旨在解决传统三维电子衍射技术(如PEDT和CRED)在数据采集效率、动力学效应修正及电子束敏感样品结构解析中的不足。项目开发了连续旋转旋进电子衍射断层扫描(cPEDT),结合CRED快速采集与PEDT动力学精修优势,实现了高效、高精度的结构解析。cPEDT通过电子束旋进与样品连续旋转同步,数据采集时间缩短至传统方法的1/3,动力学精修精度误差<10%(样品厚度≤1000 Å),成功解析了电子束敏感药物晶体C₁₆H₁₇NO的结构。针对中红外(MIR)NLO材料普遍存在的低激光损伤阈值(LIDT)与双光子吸收问题,基于AgGaS₂(AGS)结构框架,通过碱金属替代(如Cs⁺)和微观基元调控(引入PS₄),设计合成了新型硫代磷酸盐CsInP₂S₇(CIPS)。CIPS的SHG效率为AGS的1.1倍(颗粒尺寸200-250 μm),LIDT提升20.8倍,带隙3.0 eV避免双光子吸收,红外截止边15.3 μm覆盖3-5 μm与8-12 μm大气窗口,热膨胀各向异性(TEA=0.84)显著低于AGS。同时,利用三维电子衍射技术快速筛选多元体系,发现了稀土氰尿酸酯RE₅(C₃N₃O₃)(OH)₁₂(RE = Y, Yb, Lu)等高性能材料,其二次谐波(SHG)响应达KDP的2.5-4.2倍,紫外截止边低至225 nm(Y系列),双折射率Δn≈0.15,满足深紫外相位匹配需求。项目还结合三维电子衍射与多晶表征,快速锁定多元体系中的新物相(如低热导材料CuZrS₃),大幅缩短探索周期。cPEDT技术为电子束敏感材料的原子级解析提供了新工具,推动了电子显微学的发展,而RE₅(C₃N₃O₃)(OH)₁₂与CIPS的优异性能为紫外至中红外激光器设计提供了新材料,尤其在军事、通信及医疗领域潜力显著。项目成果通过4篇SCI论文及国际合作实现技术推广,培养博士生2名,为后续材料设计与应用研究奠定基础。
CuAgSe基热电材料的结构特性与构效关系研究
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批准号:22375214
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项目类别:面上项目
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资助金额:50.00万元
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批准年份:2023
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负责人:周钲洋
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依托单位:
国内基金
海外基金