Structure and magnetic properties of nitrides R3Fe29-xCrxN4

A systematic investigation of nitrides R3F29-xCrxN4 (R = Y, Ce, Nd, Sm, Gd, Tb, and Dy) has been performed. The nitrogen concentration in the nitride R3Fe29-xCrxNy was determined to be y = 4. Nitrogenation leads to a relative volume expansion of about 5.3%. The lattice constants and unit cell volume decrease with increasing rare earth atomic number from Nd to Dy, reflecting the lanthanide contraction. In average, the increase of Curie temperature upon nitrogenation is about 200 K, compared with its parent compound. The nitrogenation also results in a remarkable improvement in the saturation magnetization and anisotropy fields for R3Fe29-x CrxN4 at 4.2 K and room temperature, compared with their parent compounds. A spin reorientation of Nd3Fe24.5Cr4.5N4 occurs at around 368 K, which is 138 K higher than that of Nd3F24.5Cr4.5. Magnetohistory effects of R3Fe29-xCrxN4 (R = Nd and Sm) are observed in a low field of 0.04 T. First-order magnetization process occurs in Sm3Fe24.0Cr5.0N4 in magnetic fields of around 3.0 T at 4.2 K. After nitrogenation the easy magnetization direction of Sm3Fe24.0C5.0 is changed from the easy-cone structure to the uniaxial. The excellent intrinsic magnetic properties of Sm3Fe24.0Cr5.0N4 make this compound a hopeful candidate for new high-performance permanent magnets.

Pockels effect in GaN/Al-x,Gal(1-x)N superlattice with different quantum structures - art. no. 69841G

The linear electro-optic (Pockels) effect of wurtzite gallium nitride (GaN) films and six-period GaN/AlxGa1-xN superlattices with different quantum structures were demonstrated by a polarization-maintaining fiber-optical Mach-Zehnder interferometer system with an incident light wavelength of 1.55 mu m. The samples were prepared on (0001) sapphire substrate by low-temperature metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD). The measured coefficients of the GaN/AlxGa1-xN superlattices are much larger than those of bulk material. Taking advantage of the strong field localization due to resonances, GaN/AlxGa1-xN SL can be proposed to engineer the nonlinear responses.

Electron concentration dependence of exciton localization and freeze-out at local potential fluctuations in InN films

InN films with electron concentration ranging from n similar to 10(17) to 10(20) cm(-3) grown by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) and molecular beam epitaxy (MBE) were investigated by variable-temperature photoluminescence and absorption measurements. The energy positions of absorption edge as well as photoluminescence peak of these InN samples with electron concentration above 10(18) cm(-3) show a distinct S-shape temperature dependence. With a model of potential fluctuations caused by electron-impurity interactions, the behavior can be quantitatively explained in terms of exciton freeze-out in local potential minima at sufficiently low temperatures, followed by thermal redistribution of the localized excitons when the band gap shrinks with increasing temperature. The exciton localization energy sigma (loc) is found to follow the n (5/12) power relation, which testifies to the observed strong localization effects in InN with high electron concentrations.

Formation and Properties of a Novel Heavy-Metal Chalcogenide Glass Doped with a High Dysprosium Concentration

A novel heavy-metal chalcogenide glass doped with a high dysprosium ion (Dy(3+)) concentration was prepared by the well-established melt-quenching technique from high-purity elements. The results show that when Cadmium (Cd) is introduced into chalcogenide glass, the concentration of Dy(3+) ions doped in GeGaCdS glasses is markedly increased, the thermodynamic performance improves, and the difference between T(g) and T(x) is >120 degrees C. The Vickers microhardness is also modified greatly, about 245 kgf/mm(2). The optical spectra indicate that all absorption and emission bands of Dy(3+) are clearly observed and red-shifted with increasing Dy(3+) concentration.

场发射(FED)用荧光粉的研制与改性

场发射平板显示器（Field Emission Displays, FED）是一种新发展起来的平板显示器，由于其在亮度、视角、响应时间、工作温度范围、能耗等方面具有优良的特性，成为近年新型显示器研究的热点之一。为实现高效的FED红、绿、蓝全色显示，荧光粉在其中起着十分重要的作用。制备性能优良的场发射用彩色荧光粉是决定将来FED技术成功与否的关键因素之一。 本论文研究的内容包括场发射(FED)用荧光粉的研制和改性工作。在场发射(FED)用荧光粉研制方面，采用溶胶-凝胶方法，制备了一系列新型场发射(FED)用荧光粉，包括稀土离子激活的镓酸镧 [(LaGaO3: Re3+ (Re = Eu, Tb, Dy, Tm, Sm)]体系、铟酸钙[(CaIn2O4: Re3+ (Re = Eu, Pr, Tb, Dy,)]体系、铟酸锶[(SrIn2O4: Re3+ (Re = Pr, Tb, Dy)]体系、镓酸镥[Lu3Ga5O12:Re3+ (Re = Eu, Tb，Pr)]体系，并研究了Pr, Sm, Eu, Tb, Dy, Tm等稀土离子在这些基质中的光致发光、低压阴极射线发光性质和能量传递等性质。在荧光粉的改性方面，采用喷雾热解法制备了Sr2CeO4球形场发射用荧光粉，研究了喷雾前驱体溶液中，聚乙二醇浓度、金属离子浓度、烧结温度对形貌及发光性能的影响；采用溶胶－凝胶方法成功将SiO2表明包覆一层CaTiO3:Pr3+, Y3Al5O12:Ce3+/Tb3+荧光粉，得到单分散，球形形貌，分布均匀，具有核/壳结构的球形荧光粉；另外研究了不同的制备方法对Ga2O3:Dy3+荧光粉的发光性能的影响。所得样品用XRD、FTIR、SEM、TEM、漫反射光谱、光致发光(PL)光谱、荧光寿命曲线、低压阴极射线(CL)光谱等进行表征。 在紫外光激发下，稀土离子激活的镓酸镧彩色荧光粉有基质(LaGaO3)的发射和稀土离子(Eu3+, Tb3+, Dy3+, Tm3+, Sm3+)的特征发射，研究表明在基质和稀土离子之间存在能量传递，其能量传递效率因离子而异。在阴极射线激发下，样品仅有稀土离子(Eu3+, Tb3+, Dy3+, Tm3+, Sm3+)的特征发射。如：LaGaO3: Eu3+发红光，LaGaO3: Dy3+发白光，LaGaO3: Tm3+发蓝光，LaGaO3: Sm3+发黄光，LaGaO3: Sm3+,Tb3+发白光。LaGaO3: Tb3+的发光颜色可通过不同Tb3+的掺杂浓度从蓝光到绿光进行调控。在相同的激发条件下，所制备的蓝光发射的LaGaO3: Tb3+和LaGaO3: Tm3+荧光粉与商业FED用蓝粉(Y2SiO5: Ce3+，日亚化学工业株式会社，NP-1047)相比具有更好的色纯度和更高的发光效率；所制备的黄光发射的LaGaO3: Sm3+荧光粉与商业低压黄色荧光粉((Zn,Cd)S: Ag，日亚化学工业株式会社，NP-1020)相比，色纯度接近，但具有更高的发光效率。并首次实现了单一基质中白光发射(LaGaO3: Sm3+,Tb3+), 所制备的稀土离子激活的镓酸镧彩色荧光粉[(LaGaO3: Re3+ (Re = Eu, Tb, Dy, Tm, Sm )]在场发射器件有潜在的应用。 在稀土离子掺杂的Sr/CaIn2O4荧光粉体系中，在基质Sr/CaIn2O4和掺杂离子Pr3+/Tb3+/Dy3+存在高效能量传递。基质Sr/CaIn2O4吸收能量向激活离子Pr3+/ Tb3+/Dy3+传递，发射为稀土离子Pr3+/Tb3+/Dy3+的特征发射，发光强度、荧光寿命等符合应用要求，在低压电子束激发下，Sr/CaIn2O4: Pr3+/Tb3+/Dy3+荧光粉为稀土离子的特征发射，其低压阴极射线发光(CL)光谱与光致发光(PL)发射光谱一致，CL强度随激发电压，电流密度增加而增强。 对于CaIn2O4:Eu3+荧光粉，进一步研究表明CaIn2O4:Eu3+荧光粉的光致发光和阴极射线发光颜色可以通过掺杂不同浓度的Eu3+从白光，黄光，到红光进行调控。低浓度掺杂发白光，高浓度掺杂发红光，适当的浓度发黄光。 在Lu3Ga5O12:Re3+ (Re = Eu, Tb，Pr)荧光粉体系中，在紫外（UV）和低压阴极射线激发下，所制备的荧光粉Lu3Ga5O12: Eu3+, Lu3Ga5O12: Pr3+为稀土离子Eu3+, Pr3+的特征发射，分别发黄光和绿光。Lu3Ga5O12:Tb3+的发光颜色因Tb3+掺杂浓度不同而不同，低浓度掺杂发蓝光，高浓度发绿光。 Sr2CeO4荧光粉在UV及低压阴极射线激发下发出强烈蓝光，源于配体到金属离子电荷迁移带跃迁(Ce4+-O2-)。其阴极射线发光强度与电压及灯丝电流呈良好的线性关系。 采用溶胶－凝胶方法的核壳结构的SiO2@CaTiO3:Pr3+和SiO2@Y3Al5O12: Ce3+/Tb3+荧光粉, FESEM和TEM结果表明这种核壳结构的发光材料表面致密，厚度均匀，保持了单分散SiO2微球的形貌特征。在UV及低压阴极射线激发下，SiO2@CaTiO3:Pr3+呈强红色发射，源于Pr3+ 的1D2—3H4 (612 nm)跃迁；SiO2@Y3Al5O12:Ce3+和SiO2@Y3Al5O12:Tb3+ 分别发黄绿光和绿光，源于Ce3+的5d-4f和Tb3+的5D4-7FJ (J = 6, 5, 4, 3)跃迁。PL强度可以通过包覆次数调控，CL强度随激发电压及灯丝电流增加而增强。 在Ga2O3:Dy3+荧光粉体系中，采用了溶胶-凝胶，氨水共沉淀，和高温固相法制备了Ga2O3:Dy3+荧光粉并比较了他们的结晶行为，形貌，光致发光和低压阴极射线发光性能。溶胶-凝胶法制备由于原料在分子层次上混合，可以得到纯相，氨水共沉淀和高温固相法原料不如溶胶凝胶法混合均匀，很难得到纯相。溶胶-凝胶和氨水共沉淀所得荧光粉为纳米级别大小，分别呈球形和玉米棒形状；高温固相法微米级别且呈不规则形状。Ga2O3向Dy3+传递能量效率依次按溶胶-凝胶，氨水共沉淀，和高温固相法逐渐降低。在紫外光激发下，分别发白光，蓝白光，蓝光。其低压阴极射线发光与光致发光类似。相比之下，溶胶-凝胶法制备Ga2O3:Dy3+荧光粉比氨水共沉淀和高温固相法制备要好。

耐热Mg-Gd基合金的研究和应用

本研究从二元Mg-Gd体系出发，研究了添加不同稀土元素对Mg-Gd基合金的组织、时效行为和力学性能的影响。优化出多种力学性能优异、加工性能良好和耐热性突出的新型Mg-Gd-RE-Zn-Zr系合金。在探讨Mg-Gd基合金强化机理的同时，提出了强化模型，并进行了定量分析。 在Mg-Gd二元体系中，通过对不同Gd含量的合金组织，时效行为和力学性能的研究，发现Gd不仅可以细化晶粒，还可以细化枝晶。合金中Gd的含量大于8 wt.%开始表现出时效硬化现象，Gd含量超过12wt.％时效硬化效果显著。在二元体系研究结果的基础上，选用Mg-8Gd基合金，研究了不同轻稀土元素LRE(La, Ce和Nd)和重稀土元素HRE (Y, Dy, Ho 和Er)对合金组织和性能的影响。结果表明，轻稀土中Nd的作用效果最好，其次为Ce和La。重稀土中Y和Dy的作用效果较好，其次为Ho和Er。将轻、重稀土综合考虑，在Mg-8Gd-3RE(Nd+Y)-Zr合金中，变化Nd和Y的添加量，发现Nd和Y的添加量分别为1 和2或2和1时，能够明显改善合金的综合力学性能。 研究了Mg-8Gd-2Y-1Nd-0.3Zn和Mg-8Gd-1Dy-0.3Zn压铸合金的组织和性能。研究表明，两种合金的铸造性能好，而且具有优异的抗拉性能和蠕变性能，可以满足在250℃~275℃环境下使用。进一步研究了挤压变形Mg-8Gd-2Y-1Nd-0.3Zn合金。合金成形性能好，抗拉强度和伸长率明显提高，而且改善了合金的高温抗蠕变性能，比压铸合金提高了近一个数量级。 发明了一种新型的分步固溶处理方法——振荡热处理方法，这种方法比传统的T6热处理方法更加有效，振荡热处理的主要作用是改变了凝固过程中析出相的尺寸和分布。 研究了Mg-Gd基合金凝固过程中的相析出和相转变。在合金的凝固过程中，容易生成块状的化学组成为Mg5RE（fcc结构）的共晶相；加入Zn后，凝固中容易出现片状的Mg3RE（14H型）沉淀；时效强化的主要原因是在过饱和固溶体时效过程中析出针状的50 nm~100 nm的Mg15RE3相，它与基体具有半共格的位相关系，能够有效阻止位错滑移。但随着时效时间的延长，针状析出相长大，共格关系被破坏，导致强化作用降低。而对于压铸和挤压变形合金，合金析出相的种类不变，主要的不同是挤压变形合金析出化合物的分布更加均匀，尺寸更小。 开发了高强度耐热Mg-12Gd-4Y-2Nd-0.4Zn-0.6Zr合金，这种合金经过热处理后，力学性能优良，热稳定性突出。在300 ℃的抗拉强度约为300 MPa，400 ℃的抗拉强度在100 MPa以上。本合金流动性能良好，适合于砂型铸造，在具有高温、高强度要求的镁合金制品方面极具潜力。 从金属材料强化原理出发，建立了Mg-Gd基合金的强化模型，并进行了定量分析。结果表明，析出强化是Mg-Gd基合金的主要强化方式，但实际试验值和理论值略有偏差，分析认为主要是由于β'相体积分数的变化区间较宽，且合金制备过程中不可避免地产生一些微观缺陷所致。 采用新型合金制备出了一些工业用品部件，探索了该类合金在机械、汽车和高技术等工业领域中的潜在应用

ICP-OES的悬浮进样方式及ICP-MS的碰撞/反应池技术的研究与应用

本论文分为两部分：1. 综述部分（第一章和第二章），评述了悬浮进样方式在电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）中的研究与应用；电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）中碰撞/反应池技术研究的新进展。2. 实验部分（第三章至第九章），内容包括针对不同性质的样品悬浮液选择适当的稳定剂和悬浮雾化ICP-OES的校准方法研究；以混合碰撞/反应气体解决难度较大的高纯氧化钕中稀土杂质测定的干扰问题；以及浊点萃取-石墨炉原子吸收法测定环境样品中痕量镉、氢化物发生-原子荧光光谱法测定铅基合金中砷和植物样品中锗等实用性强的分析方法研究。 ICP的传统进样方式是将样品转化成水溶液形式，以溶液方式进样。然而大多数样品是以固态形式存在，许多样品相当难溶或难熔。采用直接固体进样方法对这些样品进行分析，是分析工作者追求的目标之一。悬浮液进样是一种固体直接进样方法，除了具有其它固体进样技术的优点外，其最大优点是可以像溶液雾化一样用标准水溶液校准。本研究针对实际分析工作中遇到的具体样品，对悬浮进样ICP-OES技术进行了比较深入的研究，成功解决了样品处理繁琐和样品难以处理等困难。对特殊地质样品和激光晶体材料（Nd:YAG）的悬浮进样分析进行了探索。主要工作为：①建立分析地质样品中主量和微量元素的方法，标准水溶液可以成功地用于校准。优点是可以同时对地质样品中的Si和其它元素进行分析，避免了传统分析时需分别处理样品的麻烦。②探索了分析铌钽矿中铌和钽的应用。由于铌和钽具有强抗化学腐蚀性，所以溶液进样分析时样品处理过程复杂。结果表明，以标准水溶液校准时，只要样品研磨时间延长至5 h，即可获得悬浮进样的满意的回收率。③研究了分析掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)中钕掺杂量的可行性。研究表明，加入适量聚丙烯酸作分散剂并调节pH为6，可以得到稳定悬浮液；以通用标准加入法（GSAM）校准可以得到满意的结果。 我国的稀土资源占世界的80％以上，高纯稀土氧化物是高科技领域中的重要材料。碰撞/反应池技术是目前四极杆ICP-MS消除干扰的先进技术，可以选择性地减少某些基体干扰，使背景和检测限得到显著的改进。本实验选择氧化钕（有7个同位素）作为研究对象，采用碰撞/反应池技术重点解决四极杆ICP-MS方法对高纯Nd2O3中稀土杂质进行测定时，基体Nd对Tb、Dy和Ho严重的氧化物或氢氧化物干扰难题。研究结果如下：①在四极杆高分辨率模式下，可以消除Nd对Pr的相邻峰的拖尾干扰；②采用碰撞/反应池技术，设计了10% O2-10% Ar-80% He混合气体作为碰撞/反应气，将Tb、Dy和Ho分别转化为相应的氧化物离子进行测定，成功地消除了基体Nd对Ho的干扰；Nd对Tb和Dy造成干扰的表观浓度显著降低。本方法可直接测定纯度为6N的高纯Nd2O3中的Ho；对纯度为6N的高纯Nd2O3中的Tb和Dy进行扣除，可以分析纯度达5N的高纯Nd2O3中的Tb和Dy。与文献报道的其它消除基体Nd干扰的方法相比较，此方法能够对纯度更高的Nd2O3进行直接分析，且操作简便。此方法也可进一步拓宽，有望解决其它轻稀土氧化物对中重稀土检测的质谱干扰问题。 论文的7～9章的工作包括：浊点萃取-GFAAS测定环境样品中痕量镉、HG-AFS分析铅基合金中砷和植物样品中锗的研究。针对实际分析工作中的具体困难，以上工作分别解决了分析元素含量低、测定干扰严重及样品处理的问题，建立了实用性强、准确度高的分析方法，具有实际应用价值。

稀土分离过程的平衡反应和动力学研究

本论文共分六章，论文首先综述了近年稀土溶剂萃取最新出现的一些萃取体系及萃取方法，然后用溶剂萃取法系统研究了新萃取剂 PT-2 萃取稀土(III)、Cyanex 923 和 Cyanex 925 萃取铈(IV)、钍和稀土(III)的性质，推导层流型恒界面池的理论基础并用恒界面池法研究 Cyanex 272、PT-2 萃取稀土动力学，用高效离心分配色层仪(HPCPC) PT-2、Cyanex 302 和 Cyanex 272-P507 混合体系分离稀土(III)的规律，本论文还在大量实验数据的基础上，提出从氟碳铈矿中提取稀土的具有创新性的绿色工艺流程。论文第一章综述了近年衡土溶剂萃取的研究成果，为探求优于应用于工业生产的萃取稀土(III)的 P507 体系以及萃取钇的环烷酸体系，人们合成大量的有机磷类、羧酸类、苯胲类萃取剂并研究了它们萃取稀土的性能，将现有的萃取剂进行优化组合得到许多稀土的协同萃取体系，还将结晶反萃、还原反萃等方法应用于稀土分离过程。第二章用两相滴定法在测定 PT-2 的 K_d、K_2 等基本常数基础上，研究了 PT-2 的正庚烷溶液在盐酸、硝酸介质中萃取 15 个稀土离子（除了 Pm 外）的分配规律及萃取机理，同硫酸体系、高氯酸体系萃取平衡进行了对比，得到一些在理论上和实际上很有价值的结果。首次发现高位阻的酸性膦酸类萃取剂 PT-2 萃取轻、重稀土(III)时存在不同的机理，在盐酸、硝酸和硫酸体系中， PT-2 萃取轻稀土(III)为阳离子交换机理， PT-2 萃取重稀土时，阳离子交换机理和溶剂缔合机理共存；高氯酸介质中，由于高氯酸根离子难以同稀土(III)形成络合物， PT-2 萃取稀土(III)的机理符合一般的酸性膦酸酯的萃取规律，为阳离子交换机理。第三章探求了多种纯化 Cyanex 923 和 Cyanex 925 的途径，得出了较为行之有效的纯化方法，系统地研究了 Cyanex 923 从硫酸和硝酸介质中萃取 Ce(IV)、Th、La 和 Gd的规律，确定了萃合物的组成，计算了 lgK、ΔG、ΔH、ΔS 等热力学常数。 Cyanex 923 对 Ce(IV)、 Th(IV)的萃取在高酸度时随酸度的增大而降低，而 Ce(IV)、 Th(IV)同时萃取时， Th(IV)的萃取受到 Ce(IV)的抑制。发现 Cyanex 923 是一种良好 Ce(IV)的萃取剂，可用于铈从稀土(III)、钍中的分离、富集，具有很好的应用前景。第四章在层流型恒界面池的传质过程理论研究基础上，研究了二 (2,4,4-三甲基戊基)膦酸(HBTMPP)、PT-2 萃取 Er(III)的动力学，测定了流体线性流速、有机相浓度、水相浓度和酸度、温度及界面面积等因素对萃取速率的影响，对萃取的控制模式作出判断，为 Cyanex 272、 PT-2 在稀土湿法冶金中的应用提供基础参数。推导出层流型恒界面池中扩散控制模式下的萃取过程善于传质量和扩散层厚度两个基本公式。PT-2 萃取 Er(III)的过程属于扩散控制模式，在不同参数（温度、线性流速、界面面积、两相组成等）条件下，以 ln[(1/β + 1)C_b~a/C_(b,0)~a - 1/β] 对时间 t 作图得到都为直线，这些参数的变化对萃取的控制模式没有影响。萃取速率随温度、线性流速、界面面积等的变化规律也表明，该萃取过程为一扩散控制模式。根据萃取速率随线性流速、界面面积和温度的影响推断 HBTMPP 萃取 Er(III)为扩散控制和化学反应共同作用的混合控制模式。利用稳态法推导出该萃取过程的初始速率方程，该速率方程能和实验结果较好吻合。第五章用 HPCPC 研究 PT-2、Cyanex 302 及 Cyanex 272-P507 体系分离重稀土元素，评估 HPCPC 的性能及萃取剂的萃取性能，考察了流动相的流速、 pH 及 HPCPC 的转速等对分离效率的影响，并对这些体系萃取重稀土(III)的机理进行了探讨。发现流速对 HPCPC 的分离效率有显著的影响，随流速的增大，理论板数降低，分离度减小；理论塔板数和分离度随转速的变化无明显的变化；在 D 值相同时， Vs/Vm 越小，理论塔板数 N 越大；pH 越高，D 越大，理论塔板数则越低；萃取剂的浓度越高，理论塔板数越低。用 HPCPC 梯度洗脱法在 Cyanex 302 体系中只经过一次运行可将轻、重稀土混合物 La(III)、Sm(III)、Dy(III)和 Tm(III)分离。第六章针对攀西稀土矿 冶炼工艺中存在由于稀土收率低、放射性钍未得到分离和利用、存在二个放射性废渣和放射性废水等问题，采用溶剂萃取法，从攀西矿氧化焙烧－硫酸浸出液中萃取分离钍和铈(IV)。研究了 N1923 从氟碳铈矿硫酸浸出液中萃取分离钍和铈(IV)的工艺，并在此基础上提出从攀西矿中萃取分离铈(IV)、钍和提取氯化稀土的流程 I。用 N1923 萃取铈(IV)、钍，稀硫酸为洗液，形成含四价铈及钍的有机相和含三价稀土元素的萃余液，实现铈、钍与三价稀土的萃取分离。由于用含过氧化氢的硫酸溶液反萃铈(IV)困难，用含过氧化氢的硝酸溶液反萃铈(IV)、钍，再以 Cyanex 923 萃取钍，实现钍和铈(III)的分离。还研究了用 S501 萃取萃取铈(IV)工艺，以稀硫酸为洗液，用含过氧化氢的硫酸溶液为反萃取液反萃铈(IV)。解决了萃取过程铈(IV)的还原性问题；探明了氟离子对萃取过程的影响以及在料液、洗液、反萃取液中加入硼酸的作用，在大量数据的基础上提出了工艺的各成分的组成。

稀土在铝酸盐中发光性质的研究

分别采用溶胶凝胶方法，固相合成法，燃烧法，均相沉淀法在不同的铝酸盐中研究了稀土离子的发光性质及稀土离子之间的能量传递。并对各种方法合成的稀土铝酸盐的发光性能进行比较。全新方法——均相沉淀法合成的稀土铝酸盐既克服了传统的溶胶凝胶方法中有机碳对还原气氛的影响，又能够在较低温度下，较短的时间内合成铝酸盐，克服铝酸盐合成温度高时间长的弊病。以这种方法在750 ℃，4h即可合成发光性能较好的铝酸盐磷光体。系统的合成铝酸盐MAl_2O_4:Eu~(2+), RE~(3+) （M = Mg, Ca, Sr, Ba; RE = Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu）的发光及长余辉性质，发现Pr, Nd, Dy, Ho, Er均能够有效的延长MAl_2O_4:Eu~(2+)的发光寿命，同时增强MAl_2O_4:Eu~(2+)的发光亮度。其中以Dy, Eu共掺的铝酸盐磷光体的寿命最长。对于碱土金属，虽然同属于鳞石英结构，但其晶体结构存在明显差别：Mgl_2O_4:Eu~(2+)，RE~(3+)隶属于立方晶系，Ca Al_2O_4:Eu~(2+)，RE~(3+)和β－SrAl_2O_4:Eu~(2+)，RE~(3+)隶属于单斜晶系，Ba Al_2O_4:Eu~(2+), RE~(3+)隶属于六角晶系。所以在发光性能及长余辉性能上表现出不同的特性：Mg Al_2O_4:Eu~(2+)，RE~(3+) 和Ba Al_2O_4:Eu~(2+), RE~(3+)的发光分别为480nm, 500nm, 界于Ca Al_2O_4:Eu~(2+), RE~(3+) (436 nm)和 β－SrAl_2O_4:Eu~(2+)，RE~(3+) (520 nm)之间。而 Ca Al_2O_4:Eu~(2+)，RE~(3+)和β－SrAl_2O_4:Eu~(2+)，RE~(3+)由于同属于单斜晶系，所以其发光满足原子序数的变化规律：当某一原子取代较小的其他原子时，发光波长向短波移动。而且Ca Al_2O_4:Eu~(2+)，RE~(3+)和β－SrAl_2O_4:Eu~(2+)，RE~(3+)都具有较强的发光及余辉。发现新型长余辉发光物质碱土铝酸盐MA:Eu~(2+)，RE~(3+)，波长位于489nm，是一种发光和余辉都极强的发光材料。而且碱土铝酸盐MA:Eu~(2+)，RE~(3+)能与β－SrAl_2O_4:Eu~(2+)，RE~(3+)生成非常有效的混晶化合物，从而使其发光在489nm～520 nm的波长范围内移动而不影响化合物的发光性能。研究了SrGdAlO_4:RE~(3+) （RE = Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu）的发光现象，观察到SrGdAlO_4:RE~(3+) （RE = Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er）的特征发光，由于Tm, Yb, Lu 在可见区无吸收，所以观察不到它们的发光。讨论并研究了SrGdAlO_4:RE~(3+) 体系的Gd~(3+) → Gd~(3+)，Gd~(3+) → RE~(3+)的能量传递机理，总结了RE~(3+)对Gd~(3+)的激发能的俘获速率次序依次为： Eu ＞ Tb ＞Er ＞ Dy ＞ Sm ＞ Ho ＞ Nd，能量传递主要是通过偶极－偶极相互作用实现的。观察到SrGdAlO_4:Tb~(3+)长余辉发光。

稀土三硼酸盐光学性质研究

Ca_4RO(BO_3)_3(R:稀土元素)是近年来发现的一类新型非线性光学材料。实验表明这类化合物也是某些稀土离子良好的发光基质材料。本文主要研究了以下内容；1以PbO, PbF_2及B_2O_3作为助熔剂，以Gd_2O_3, CaCO_3, H_3BO_3按化学计量比配料，用熔盐法生长出了GdCOB小单晶。所生长的单晶中有条纹，包裹，气泡，位错等缺陷。为了防止这些缺陷的产生，应有精密的控温系统，高纯度的原料，同时生长速率不能过快。2 固相反应合成了Ca_4GdO(BO_3)_3: Eu~(3+),Sm~(3+)多晶粉末，对它的激发光谱和荧光光谱进行了测试。结果表明，Ca_4GdO(BO_3)_3是Eu~(3+) 611nm发射的良好基质；Gd~(3+)离子通过Gd~(3+)-Gd~(3+)能量传递，对Eu~(3+)离子的发光有敏化作用，而Sm~(3+)离子由于自猝灭而使Eu~(3+)离子发光减弱。3 固相反应合成了M_4LnO(BO_3)_3: Dy~(3+)(M=Ca, Sr, Ba;Ln=La, Gd, Y, Yb, Lu)多晶粉末。测试了Dy~(3+)的激发光谱和荧光光谱。发现Dy~(3+)的黄／蓝比随着Ca~(2+)→Sr~(2+)→Ba~(2+)而减小，同时，随着La~(3+)→Gd~(3+)→Yb~(3+)→Lu~(3+), Dy~(3+)离子的~4F_(9/2)→~6H_(13/2)跃迁产生的黄光发射强度依次增大，波长也向长波方向移动。4 固相反应合成了Ca_4YO(BO_3)_3:Tb~(3+), Ce~(3+)多晶粉末，该体系是Tb~(3+)离子绿光发射的良好基质。同时，Ce~(3+)离子没有发光现象，且存在Tb~(3+)→Ce~(3+)的能量传递，从而使Tb~(3+)离子的发光减弱，这在一般的体系中是比较少见的。

新型绿色荧光体ABLa(PO_4)_2:Ce, Tb研究(A = K, Na; B = Mg, Zn)

本工作完成了磷酸盐化合物ABLa(PO_4)_2的合成，这些磷盐均可在900 ℃左右合成；对其进行了结构测试与表征，发现这些磷酸盐属于单斜晶系独居石结构，与LaPO_4同构，具有很相近的晶胞参数；系统地研究了RE~(3+)离子(RE = Ce,Tb,Dy)在ABLa(PO_4)_2基质中的发光与能量传递规律，研究了Ce~(3+)、Tb~(3+)离子发光中心与基质晶格之间的相互作用，计算了这些稀土离子之间能量传递的临界距离Rc(dd)，结果表明ABLa(PO_4)_2基质中Ce~(3+)离子与基质晶格之间的相互作用属于中等程度耦合，Tb~(3+)离子与基质晶格之间的相互作用属于无辐射多声子过程，Ce~(3+)→Ce~(3+)、Ce~(3+)→Tb~(3+)能量迁移临界距离均与LaPO_4中相近，Ce~(3+) → Ce~(3+)相对于Ce~(3+) → Tb~(3+)属于快过程，Ce~(3+) → Ce~(3+)能量传递对ABLa(PO_4)_2:Ce,Tb荧光体的Tb~(3+)绿色发光起了重要的作用，ABLa(PO_4)_2基质是Ce~(3+)，Ce~(3+)-Tb~(3+)，Ce~(3+)-Dy~(3+)的优良发光基质；最后探讨了绿色荧光体ABLa(PO_4)_2:Ce，Tb的调制途径，主要研究了Ce~(3+)、Tb~(3+)离子的浓度效应，掺杂B_2O_3、Dy~(3+)、SiO_2对荧光体发光的影响及NH_4Cl的作用，结果表明Ce~(3+)、Tb~(3+)离子的适宜浓度分别为0.2～0.5和0.08～0.2，掺杂适量的B_2O_3、Dy~(3+)能很好地提高荧光体的发光，掺杂SiO_2、NH_4Cl不利荧光体发光。

稀土离子对若干生物物质影响的拉曼光谱研究

随着稀土在农业、畜牧业、工业及现代生物医学上的广泛使用，稀土元素将不可避免地通过各种途径进入人体。但稀土元素是否为人体必需元素目前并不清楚，研究稀土对许多生物功能的作用及其机理，阐明稀土进入体内后是有害?还是有益?成为一个迫切需要解决的基础性研究课题。而拉曼光谱技术较其他技术相比，在生物领域的研究中具有许多独特的优势，并己成为研究生物分子的一种有利工具。因此，应用拉曼光谱技术研究稀土离子对生物体系的作用便成为本论文的主要研究内容。目前，在稀土的生物效应研究中，拉曼技术的应用很少，本论文的许多工作都是国际上首次开展的。 一、细胞质膜微囊的拉曼光谱研究细胞质膜微囊被认为是细胞膜进行信号传递的部位，它由鞘磷脂、胆固醇、糖脂构成基本骨架。这一结构具有怎样的构象? 稀土离子对其构象有何影响? 这将是本论文试图解决的首要问题。我们针对由鞘磷脂、胆固醇、糖脂三者所形成的脂质体，首次应用拉曼光谱研究此三元膜的构象，同时研究稀土离子对此模拟膜的构象影响。结果表明：糖鞘脂、胆固醇的存在并没有改变鞘磷脂的0—C—C—N~+骨架构象，极性头仍然平行膜表面；随着胆固醇浓度上升，鞘磷脂脂双层有序性下降，流动性升高；糖鞘脂的加入，同样造成膜的有序性降低，流动性升高，与胆固醇不同的是，当糖鞘脂的浓度达到20 mol％时，膜的流动性最大。对于这种情况，我们认为，当糖鞘脂浓度大于20 mol％时，膜上将出现糖鞘脂 - 糖鞘脂这样的富集区，此时，糖鞘脂主要以自身聚集的形式存在于膜上，这一微区的形成将减弱糖鞘脂对邻近鞘磷脂的影响，对膜流动性的影响也将随之减弱。另外，糖鞘脂或胆固醇的存在，并不能影响对方对鞘磷脂构象改变的规律，这说明，二者在功能上是不拮抗的，它们在调节细胞膜的构象上起着相互补充的作用。稀土离子对鞘磷脂、胆固醇、糖鞘脂三者所形成的三元膜构象影响与对鞘磷脂双层膜的影响类似，即不改变鞘磷脂头基构象，但可造成膜的有序性降低，流动性升高。二、金属离子对牛血清白蛋白的作用结构的改变必将带来功能的变化，稀土离子生理作用的首要表现之一即是影响蛋白质的结构。本试验首次通过对加入稀土离子的蛋白质溶液的拉曼光谱进行分析，计算其二级结构，最终获得稀土离子对蛋白质二级结构的影响。我们具体分析了稀土离子Eu~(3+)和Dy~(3+)在不同浓度下(2.O * 1O~(-3)，2.0 * l0~(-4)，2.0 * 10~(-5)，2.0 * 10~(-8) mo1/L)对牛血清白蛋白的作用，结果表明牛血清白蛋白中18个酪氨酸都呈“暴露式”，即苯环上的0H基团是与溶剂H_2O分子形成氢键。稀土离子的加入没有改变酪氨酸的微环境。但色氨酸谱峰强度的改变说明：稀土离子加入蛋白中可能与暴露的色氨酸残基吲哚环作用，发生能量传递。我们应用拉曼光谱计算蛋白质二级结构的方法分别计算不同浓度稀土离子作用下牛血清白蛋白二级结构的变化，发现：牛血清白蛋白α -螺旋的含量随着稀土离子浓度的升高而降低，同时无规卷曲的含量逐渐升高。牛血清白蛋白氨基酸序列中共有3个色氨酸，分别为Trp-3、Trp-158和Trp-237。通过分析牛血清白蛋白的氨基酸序列，并且模拟牛血清白蛋白的二级结构，得知：当稀土离子浓度较低时，主要和Trp-3作用。随着离子浓度升高，稀土离子可能进一步和Trp-158发生作用，进而影响肽段的二级结构，使肽链的结构变得相对松散，刚性降低，α -螺旋的含量减少。三、应用二相关拉曼光谱研究稀土离子对血红蛋白和肌红蛋白的作用二维拉曼光谱作为一种较新的技术，在研究谱峰的细微变化方面具有独特优势。这一技术问世的时间只有几年，国内尚无文章发表。本试验主要研究在血红蛋白和肌红蛋白溶液中加入不同浓度的稀土离子，获得一系列共振拉曼光谱，对其进行二维分析，了解稀土离子对这两种蛋白的氧化态和自旋态的影响。结果表明，以稀土离子浓度作为微扰，稀土离子对血红蛋白和肌红蛋白结构的影响是十分微弱的，以至于常规的拉曼光谱无法检测到这种变化，而二维相关光谱却表现了其高分辨率的独特优势。通过一维光谱得知：稀土离子没有结合在卟啉核上，二维同步相关光谱和异步相关光谱表明：稀土离子加入血红蛋白中，使结构敏感峰发生了同步的变化，且这种变化明显先于其它峰的变化，这说明：稀土离子使卟啉核的大小以及电子云密度发生改变。由于血红蛋白由血红素分子和珠蛋白两部分组成，血红素分子的这种变化只能是它所处的肽环境发生变化导致的，即稀土离子作用于血红蛋白的珠蛋白。结合血红蛋白与稀土离子作用的荧光光谱我们认为：稀土离子对血红蛋白的作用主要是结合到肽链上，改变了血红素所处的肽环境，使血红蛋白结构的刚性增加，这可能还意味着血红蛋白形变能力的降低。Ca~(2+)和稀土离子对血红蛋白的作用是十分相似的，二者都不与血红素分子直接作用，而是通过肽链影响卟啉核的电子排布和卟啉核的大小。四、金属离子对DNA的作用二价金属离子与DNA结合可以造成DNA多种结构变化，有关稀土离子与DNA作用的研究很少，而应用拉曼光谱技术研究这种作用的工作迄今未见报道。本论文将应用拉曼光谱技术研究稀土离子与DNA的相互作用，试图找到稀土离子在DNA上的结合位点，同时也研究了一些金属离子与DNA的作用，并将二者加以比较。得到了以下结果：1．Eu~(3+)、Dy~(3+)、Pr~(3+)、Lu~(3+)等稀土离子与Ca~(2+)、Mg~(2+)一样主要与DNA的P0_2~-发生结合，并且这种结合对脱氧核糖也产生影响，但对碱基不产生影响。2．Ni~(2+)、Zn~(2+)不仅和DNA的磷酸基团结合，同时也与鸟嘌呤的N7结合，并影响DNA的主链构型，但B型构象依然存在。3．Cu~(2+)离子可以与DNA的磷酸基团、鸟嘌呤的N7结合，但与碱基的结合更强，对DNA结构的影响也更大，它不仅改变DNA的构象，使B型构象消失，还影响碱基的堆积和糖基的振动。4．Ce~(3+)首先通过断裂磷酸基团，进而影响碱基的堆砌，造成A—T间氢键断裂，DNA的A—T富集区趋于解链，B型构象消失，DNA双螺旋受破坏。并且由于核糖 - 磷酸键的断裂，使脱氧核糖的振动也发生改变。5．所研究的这些离子对DNA结构影响的能力顺序为：Ce~(2+)> Cu~(2+)>Ni~(2+)、Zn~(2+)> Eu~(3+)、Dy~(3+)、Pr~(3+)、Lu~(3+)、Ca~(2+)、Mg~(2+)。

硼磷酸盐及相关基质中稀土离子的UV－VUV光谱和XAFS

采用高温固相反应合成了稀土离子激活的碱土硼磷酸盐MBPO_5:RE（M=Ca, Sr, Ba；RE＝Sm, Eu, Tb, Dy), Ba_3BPO_7:RE和Ba_3BP_O_(12):RE、稀土硼磷酸盐Ln_7BP_2P_(17):RE (Ln=La, Gd)、碱土（稀土）磷酸盐M_3(PO_4)_2:RE (M=Sr, Ba),ABLa(PP_4)_2:Ce,Tb (A=K, Na;B＝Mg, Zn）、碱土（稀土）硼酸盐SrB_4O_7:RE（Re＝Sm, Eu），BaB_8O_(13):Eu，SrB_6O_(10):Sm, M_3Gd_2(BO_3）_4:RE (M＝Ca, Sr)，B_3O6:Eu(RE=La, Gd)和稀土硼钨酸盐Cd_3BWO_9:Eu。通过XRD、IR光谱和Raman光谱等表征了其结构。测定了上述19个基质的数十个发光体的UV佩VUV光谱和RE-L_3（RE=Sm,Eu, Gd)边的XANES和EXAFS。碱土硼磷酸盐Ba_3BPO_7和Ba_3BP_3O_(12)、稀土硼磷酸盐Ln_7BP_2O_(17) (Ln=La, Gd)和稀土钨硼酸盐Gd3Bwo9等6个基质中稀土离子的UV-VUV光谱和除个别基质（REB_3O_6等）外的VUV光谱均属首次报道。发现土稀土离子激活的这些发光体在VUV范围有丰富的基质吸收带。认为基质中阴离子的结构和基质的晶体结构可能是影响基质的吸收带位置的重要因素。通过XANEs和UV-VUV光谱的联系，结合经验公式首次确证了一些复合氧化物基质中一些RE~(3＋)在vuv范围的f-d跃迁位置。根据VUV光谱测定结果推测了一些基质中RE~(3+)的CTB位置。首次应用RE-L_3边的XANES和UV-VUV光谱两种方法分析比较了RE~(3＋)(RE=Eu, Sm)离子在空气条件下在碱土硼磷酸盐、硼酸盐和磷酸盐基质中的还原。首次应用高分辨发射光谱和RE-L_3边的EXAFS研究了在一些基质中发光中心的配位数、键长和格位对称性等结构因素。

稀土墩子和稀土氧化物对甲醇在Pt催化剂上电催化氧化性能的影响

直接甲醇燃料电池( DMFC )具有甲醇来源丰富，价格低廉，在常温常压下是液体，易于携带储存；体积小，重量轻，结构简单，容易操作；维修方便，价格低等优点，近年来得到普遍的关注。然而，要达到DMFC的商品化还存在一些问题。其中一个是阳极催化剂的电催化活性低和易被甲醇氧化的中间产物，如CO毒化。对于甲醇阳极电催化剂人们进行了大量的研究，比较有效的都是Pt－过渡金属或金属氧化物复合催化剂，如Pt－Ru、 Pt－Sn、Pt佩Rh、Pt－Pd、Pt佩Re、Pt－Ru－Sn－W、Pt－WO。和Pt－TIO。等。本文研究了电解液中的稀土离子和与Pt形成复合催化剂的稀土氧化物对甲醇电催化氧化反应的促进作用，得到了如下的结果：1．电解液中的稀土Ho, Eu, Gd或Dy离子对甲醇在光滑Pt电极或DMFC中使用的Pt/C电极上的电催化氧化反应有促进作用，主要表现在的起始氧化电位负移和氧化电流增加。而电解液中加入其它种类的稀土离子对甲醇在光滑Pt电极或Pt/C电极上的电催化氧化反应有阻碍作用，如起始氧化电位正移，峰电流降低。Fu、H食Dy或Gd离子对一甲醇在Pt上的电催化氧化反应有促进作用的主要原因可能与这些稀土离子与甲醇生成配合物能力有关。2．不同Pt一稀土氧化物／C催化剂对甲醇电催化氧化反应有不同的影响。当稀土氧化物是Eu, Ho, Dy或Gd的氧化物时，甲醇在Pt一稀土氧化物／C催化剂上甲醇电催化氧化反应的极化性能和稳定性要优于在Pt/C催化剂上，而在其它的Pt-稀土氧化物／C催化剂上，甲醇电催化氧化的极化性能和稳定性要差于Pt/C电极。用不同方法制备的Pt一稀土氧化物／C催化剂对甲醇电催化氧化反应的促进作用取决于催化剂的制备方法。如先在活性碳上还原沉积Pt，再沉积上稀土氧化物所得的Pt－稀土氧化物／C催化剂的促进作用要优于先在稀土氧化物上还原沉积Pt，再一起沉积到活性碳上或先再活性碳上沉积稀土氧化物，再还原沉积上Pt的方法。另外，Pt和稀上氧化物的原子比为2：1时，pt－稀土氧化物／c催化剂对甲醇电催化氧化反应的催化活性最佳。稀土氧化物对pt／C催化剂对甲醇氧化反应的电催化性质的影响与稀土离子相似。但用稀土离子的方法比较简便，因此，相比之下，用稀土离子来促进甲醇在Pt上的电催化氧化反应方法较好。3．用Eu, Gd, Dy, Ho的氧化物制得的Pt-稀土氧化物／C复合催化剂对co的电催化氧化反应的催化活性要高于Pt/C催化剂。相对于的情况，在co在Eu, Gd, Dy,Ho的氧化物的Pt／稀土氧化物／C复合催化剂电极上的循环伏安图中，CO的氧化峰峰电位比在Pt/C电极的有不同程度的负移。吸．初步确定了电极和单体电池制备的较好的工艺参数和工作条件。在发明一种薄电极制备方法，确定最佳的电极催化层配方等的基础上，制得的单体电池，在25℃工作时，输出功率密度峰值达到28 mW/cm~2。

稀土离子在硼铝酸盐及相关基质中的VUV-Vis范围发光性质

PDP(等离子平板显示器)是一种最有前途的大屏幕壁挂式彩电,而它需要VUV激发下的高效荧光粉,同时由于VUV荧光粉也是无汞荧光灯的需求,所以研究VUV激发的稀土激活的荧光粉是实际应用的需要.对于光谱分析该工作采用了理论计算与光谱数据分析相结合的方法,对所测光谱各个谱峰进行了详细的指认.得到了以下的结论和成果:1.得到了大量的含氧酸盐中稀土离子的VUV光谱数据.2.首次系统地应用两种方法预测了三价稀土离子的f-d跃迁位置,并首次系统地通过计算预测了三价稀土离子在含氧酸盐中的电荷迁移带的位置.3.首次实验观察到Ce<'3+>的电荷迁移带,观察到了Tb<'3+>的电荷迁移带.4.在所有含Dy<'3+>的样品中都观察到Dy<'3+>的f-d跃迁.5.LaPO<,4>和ABLa(PO<,4>)<,2>(A=K,Na;B=Mg,Zn)基质中,观察到了Ce<'3+>的5个f-d跃迁,指认了Tb<'3+>的5个f-d跃迁,指认了掺杂Ce、Tb的VUV光谱中的所有谱峰.6.对所研究基质中的稀土离子的f-d跃迁和电荷迁移带进行了系统地预测和指认.7.通过总结不同稀土离子在相同基质中的VUV光谱,并参考文献的相关报导,总结了所研究基质的基质吸收位置.8.通过Eu<'3+>的灾光探针作用和ce<'3+>的发射光谱等,确证三价稀土离子在La<,2>CaB<,10>O<,19>基质中同时取代了八配位的Ca<'2+>和十配位的La<'3+>,占据了两种格位.9.合成了一种新型绿色长余辉材料,具有亮度高,余辉时间长,可用日光激发等优点.10.合成了一种UV激发下性能优异的掺Eu<'3+>的红色荧光粉,亮度可以跟商业红粉Y<,2>O<,3>:Eu相比拟,而基质材料与Y<,2>O<,3>相比降低了成本.