Hard magnetic properties of Sm3Fe26.7VxN4 and Sm3Fe26.7VxCy

Sm3Fe26.7V2.3N4 nitrides and Sm3Fe26.7V2.3Cy carbides have been synthesized by gas-solid phase reaction. Their hard magnetic properties have been investigated by means of additional ball-milling at room temperature. The saturation magnetization of Sm3Fe26.7V2.3N4 almost decreases linearly with increasing ball-milling time t, but that of Sm3Fe26.7V2.3Cy has no obvious change when the ball-milling time increases from t = 1 to 28 h. As a preliminary result, the maximum remanence B-r of 0.94 and 0.88 T, the coercivity mu(0i)H(C) of 0.75 and 0.25 T, and the maximum energy product (BH) of 108.5 and 39.1 kJ/m(3) for their resin-bonded permanent magnets are achieved, respectively, by ball-milling at 293 K. (C) 1999 Published by Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Modification of InAs quantum dot structure by the growth of the capping layer

InAs quantum dots inserted at the middle of a GaAs quantum well structure have been investigated by transmission electron microscopy and scanning transmission electron microscopy. We find that the growth condition of the overlayer on the InAs dots can lead to drastic changes in the structure of the dots. We attribute the changes to a combination of factors such as preferential growth of the overlayer above the wetting layers because of the strained surfaces and to the thermal instability of the InAs dots at elevated temperature. The result suggests that controlled sublimation, through suitable manipulation of the overlayer growth conditions, can be an effective tool to improve the structure of the self-organized quantum dots and can help tailor their physical properties to any specific requirements of the device applications. (C) 1998 American Institute of Physics.

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.

Short range scattering mechanism of type-II GaSb/GaAs quantum dots on the transport properties of two-dimensional electron gas

We have studied the scattering process of AlGaAs/GaAs two-dimensional electron gas with the nearby embedded GaSb/GaAs type-II quantum dots (QDs) at low temperature. Quantum Hall effect and Shubnikov-de Haas oscillation were performed to measure the electron density n(2D), the transport lifetime tau(t) and the quantum lifetime tau(q) under various biased gate voltage. By comparing measured results of QDs sample with that of reference sample without embedded QDs, mobilities (transport mobility mu(t) and quantum mobility mu(q)) dominated by GaSb QDs scattering were extracted as functions of n(2D). It was found that the ratios of tau(t) to tau(q) were varying within the range of 1-4, implying the scattering mechanism belonging to the sort of short-range interaction. In the framework of Born approximation, a scattering model considering rectangular-shaped potential with constant barrier height was successfully applied to explain the transport experimental data. In addition, an oscillating ratio of tau(t)/tau(q) with the increasing n(2D) was predicted in the model.

含钇的耐热稀土镁合金的结构和性能研究

耐热、高强和抗高温蠕变的稀土镁合金是镁合金研究与开发的重要研究课题之一。本论文主要集中于对Y和其它稀土元素复合加入镁后的镁合金结构和性能的研究。探讨了Y与其它重稀土元素如Gd、Ho复合加入镁后的镁合金的时效硬化行为和结构性能，也研究了Y与混合轻稀土金属如富铈、富镧复合加入镁后对镁合金性能的影响。还对新型Mg-Y压铸镁合金的开发为目标，探讨了这一新型合金开发的可行性。具体结果如下： 1. 研究了Y加入到Mg-10Gd-0.4Zr合金中对合金的时效硬化和性能的影响规律和Mg-10Gd-6Y-0.4Zr合金在225℃和250℃时效210h内的沉淀析出相的转变以及合金的时效硬化行为。随着Y含量的增加，合金的时效硬化反应显著增强，合金的高温拉伸强度随Y含量的增加而线性增强，其原因是合金中的β'相有好的热稳定性。 2. 研究了Y和Ho元素复合加入镁后镁合金的时效硬化反应和组织性能。研究发现，在250℃时效时，当Y和Ho元素复合加入镁后，合金固溶体的时效分解速度加快，促进了合金的时效硬化，并且，随着Y含量的增加，合金的时效硬化反应增强，力学性能也相应提高。β-Mg24Y(Ho)5和（或）β'相对合金的时效硬化起了主要的作用，而且，位错密度增加也是合金性能提高的重要原因。 3. 探讨了Y和混合轻稀土富铈（和富镧）复合加入镁后对镁合金的性能影响。富铈和富镧在镁中低的固溶度导致单独加入镁后的时效硬化反应很弱，当Y和混合轻稀土富铈（和富镧）复合加入后，合金的时效硬化反应明显增强，并随着Y含量的增加，时效硬化的反应也相应增强。富铈和富镧对Mg-Y合金固溶体的时效分解有明显的促进作用。除了基体中的沉淀强化外，仍然停留在晶界上的Mg12RE稀土相对合金的晶界也有明显的强化作用。 4. 研究开发了具有良好的力学性能和高温抗蠕变性能、低含量Y、Gd的稀土镁合金，实验结果表明该合金是一种有良好应用前景的压铸镁合金。

镁-锌-稀土系合金的组织和性能研究

　　制备了Mg-4.5wt%Zn-1～5wt%RE系合金（RE元素包括轻稀土：La、Ce、Nd、Sm；重稀土：Gd和Y），研究了铸态和热处理态合金的组织和性能。（1）适量的稀土元素均可细化合金晶粒，其中轻稀土元素的细化效果好于重稀土元素；（2）含轻稀土元素合金中的析出相主要为(Mg,Zn)17RE2和Mg4Zn7，而含重稀土元素的合金中的析出相主要为MgZnxREy(Mg3Zn6RE, Mg3RE2Zn3)和Mg4Zn7；（3）加入稀土元素后，合金的强度提高；稀土含量相同时，含轻稀土元素的强化效果较好。Mg-4.5Zn-1Ce合金具有最高的强度。T5处理态合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为236 MPa、111 MPa和15.8%，T6处理态合金分别为233 MPa、131 MPa和8.9%。强度提高的主要原因是合金中生成了大量的纳米级Mg4Zn7强化相，以及晶界沉淀相的连续性降低；（4）含重稀土元素合金的时效硬化效果高于含轻稀土元素的合金，经T6处理后，含重稀土元素合金的断裂强度和屈服强度均提高，而含轻稀土元素合金只有屈服强度提高。 　　研究了挤压变形Mg-4.5Zn-1Ce合金的组织和性能。473 K时效后峰值态合金具有较高抗拉强度和屈服强度，其值分别为291 MPa和239 MPa，比铸态分别提提高了55 MPa和128 MPa。高强度产生的原因是合金中生成了大量棒状和点状混合结构的纳米级Mg4Zn7强化相和晶粒的细化。 　　应用Edge-to-edge匹配模型成功预测了MgZn2/α-Mg体系中的位相关系，扩大了该模型的应用范围。并对模型进行了改进，主要体现在：1)确定匹配方向的平面上所有原子的中心位置需在平面上；2）匹配方向之间可任意配对。应用优化后的模型预测了Mg17Al12/α-Mg体系中的位相关系，预测结果与实验结果的吻合率为4/6，好于原模型预测的吻合率4/8。另外，使用优化后的模型，成功的预测出了理想的Burgers位相关系，从而证实了该位相关系是确实存在的，而不是near Burgers位相关系测定的误差。使用优化后的模型还成功的解释了该合金体系中稀土元素的晶粒细化机制和沉淀强化机制。

新型靶向性磁共振成像造影剂的合成及性质研究

磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)以其分辨率高、对人体无电离辐射损伤、多参数成像等优点而得到迅速发展和广泛应用。目前，MRI已从单一形态学向分子影像学的深度发展，对医学临床和医学研究产生了巨大影响。为了提高病变部位与正常组织间信号的对比度，约30%~40%的诊断需要使用磁共振成像造影剂。它是一类能缩短成像时间、提高成像对比度和清晰度、显示组织器官功能状态的诊断用药。下一代磁共振成像造影剂的设计目标将集中在对特定组织或器官具有选择性或靶向性、高弛豫性能和减少用药剂量等方面。本论文在此领域的研究内容可归纳如下： (1) 以多糖为载体的MRI造影剂 设计合成了阿拉伯半乳聚糖修饰的Gd-DTPA配合物(Gd-DTPA-CMAG-An)和葡聚糖修饰的Gd-DTPA配合物(Gd-DTPA-CMDn-Cyst)。通过体外弛豫时间测试和体内磁共振成像实验研究了Gd-DTPA-CMAG-An弛豫性能、器官选择性、体内滞留时间和代谢情况，结合体外稳定性综合评价了其应用于临床的可能性。研究结果表明，Gd-DTPA-CMAG-An配合物在水溶液中弛豫性能为Gd-DTPA的1.4倍左右，Gd-DTPA-CMAG-A2对肝脏信号的增强效果是Gd-DTPA的2.0倍左右，并且能在较长时间内产生良好稳定的增强效果。这与肝脏表面的去唾液酸糖蛋白受体的专一性识别有关。Gd-DTPA-CMAG-A2良好的肝脏选择性和肾脏代谢能力，有望成为有前景的肝脏选择性造影剂。通过小鼠MRI实验初步评价了Gd-DTPA-CMDn-Cyst配合物造影剂对血管信号的增强作用。Gd-DTPA-CMD4-Cyst对血管产生了良好的增强效果，并且能在较长时间内对血管产生良好稳定的增强，从而有充分的时间优化成像窗口获得理想的成像效果。但造影剂在体内的分布和代谢是一个非常复杂的过程，Gd-DTPA-CMD4-Cyst在血液中的滞留情况及能否用于血管造影仍需进一步的实验证实。 (2) MnNaY 型分子筛作为胃肠道MRI造影剂 离子交换法制备了Mn2+交换的NaY分子筛MnNaY，从对造影剂的一般要求出发，对其酸性水溶液中的稳定性和离子交换选择性、体外弛豫性能和体内成像等方面进行研究，并对器官的选择性及体内滞留时间和代谢情况进行了分析，从而对其应用于临床的可能性进行了探讨。研究结果表明，MnNaY悬浮液能长时间在较低的酸性条件下保持良好的稳定性，其弛豫效率高于目前临床所用造影剂Gd-DTPA，随Mn2+的含量在NaY分子筛中的增加(3.2%~5.2%)，弛豫效率反而降低。MnNaY (3.2% Mn)对胃部具有良好的增强效果，并且能在较长时间内产生良好稳定的增强效果，有利于获得理想的成像效果。它是一种比较好的潜在口服胃肠道造影剂。 (3) 甘草酸为载体的MRI造影剂 合成了甘草酸为载体的配合物GL-(A-Gd-DTPA)3，对其体外弛豫性能和体内成像等方面进行了研究，结果表明，其在水中的弛豫效率约为目前临床所用造影剂Gd-DTPA的1.4倍，体内成像表明它能在较长时间内对大鼠肝脏产生良好稳定的增强效果，这是由于肝(实质)细胞膜表面存在GL和GA受体，Gd-DTPA 以GL为载体后具有良好的趋肝性与肝细胞靶向性。 (4) 中性的Gd-DTPA双酰胺衍生物 合成了两种中性的Gd-DTPA双酰胺衍生物Gd-DTPA-BBA和Gd-DTPA-BtBA，其弛豫效率与Gd-DTPA相近，对肝脏和肾脏具有较好的增强效果，由于这两种配合物均为电中性化合物，这样配合物溶液的渗透压值与血液的渗透压值较接近，可能更易为生物体所接受。

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。

生物小分子体系稀土和钙化学形态研究

随着稀土的广泛开发和利用，稀土日益进入环境，并且相继发现稀土具有多种生物效应。稀土与生物小分子配体多元体系中稀土化学形态的研究正是考察稀土在人体内的分布、代谢和生物效应的关键，对阐明稀土对环境和人体健康的影响及作用机理具有十分重要的意义。本论文进行了如下几方面的研究，并取得了创新性结果。1 稀土与生物小分子三元体系研究 在模拟生理条件下研究了Pr~(3+)、Gd~(3+)、Tb~(3+)、Yb~(3+)四种稀土离子和Ca~(2+)、Zn~(2+)两种生物金属离子分别与以天冬氨酸或柠檬酸为第一配体、分别以水扬酸、精氨酸、丝氨酸、异亮氨酸和苏氨酸为第二配体的三元溶液体系。经计算机程度优化得到体系中所生成的物种类型并计算得到各物种的稳定常数。在所研究的十个体系中，只是在金属离子-天冬氨酸-精氨酸、金属离子—柠檬酸-水杨酸和金属离子-柠檬酸-精氨酸三个体系中生成了两种三元配合物(1111型和1112型或1113型)，其它体系只生成了一种1112型三元配合物。重稀土配合物的稳定常数比轻稀土配合物的大。稀土配合物的稳定性明显强于钙配合物，接近或大于锌配合物的稳定常数，这表明稀土对钙有强竞争配位作用，对锌也有强竞争取代作用。以上稀土与生物小分子三元体系的研究取得了重要新结果。这些结果为考察稀土在体内的代谢、生物效应以及研究稀土对生物金属离子的拮抗、协同效应提供了重要科学依据。同时该研究也是多元体系数学模型法研究的基础。2. 金属离子生物小分子多元体系的数学模型法研究（1）对稀土与钙共存于两种生物配体（柠檬酸和精氨酸、天冬氨酸和精氨酸、柠檬酸和丝氨酸、柠檬酸和异亮氨酸、天冬氨酸和苏氨酸）的五个四元体系，经COMICS程序，利用已有二、三元配合物的稳定常数进行了计算。得到了稀土和钙的各物种随pH值变化的分布图。与三元体系相比，自由金属离子和二元配合物的含量显著增加。这表明稀土和钙之间存在着明显的竞争作用。（2）用数学模型法模拟研究了金属离子与血液中羧肽酶A的活性中心的作用。确定了Zn(II)和Tb(111)与该酶活性中心各残基的结合随pH的变化情况。当血液中稀Tb(III)的浓度较小时（与Zn(II)的浓度相近），Tb(III)对该酶活性中心的Zn(II)几乎没有影响；当Tb(III)达到较高浓度时，则能够与Zn(II)竞争活性中心各残基，从而可能影响该酶的结构和活性。（3）用数学模型法研究了人体血浆中生物小分子体系（二十种配体共存）Tb(III)和Ca(11)的分布情况及Tb(III)的存在对Ca(11)化学形态的影响。结果表明大部分铽与生物小分子配体形成多种形式的配合物，三元配合物占绝对优势。钙与铽明显不同，相当一部分的钙以自由离子形式存在，同时三元配合物也是钙的主要物种形式。模拟研究还表明当铽离子的浓度达到1E-4mol/L时，铽的存在会明显影响钙离子的物种形式及分布。以上多元体系的数学模型法研究所得创新性结果对考察稀土的分布、代谢及其生物效应和阐明稀土对钙的竞争取代作用都具有十分的重要意义。并且也进一步丰富和发展了稀土的生物无机化学。

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。

现代NMR技术在生物医学中的应用－－稀土对大鼠代谢产物的影响及磁共振造影剂性质的研究

近年来，随着脉冲傅里叶变换核磁共振波谱仪灵敏度的提高及计算机技术的进步，使NMR技术在生物领域的应用有了飞速的发展。论文应用NMR技术研究了稀土化合物（硝酸镧）对大鼠体内代谢产物的影响。对Wistar种大鼠按不同剂量给药（灌胃和腹腔注射两种方式）后的尿液和血清中的代谢物质的~1H NMR谱数据进行研究，并结合血清、尿液中生化指标的检测结果，指出稀土作用后大鼠肾脏的肾小管及肝脏线粒体均受到一定程度的损害，随稀土摄入量的增多，损害程度越严重。并提出代谢物中尿素、Suc、Kg、Cit、DMA、DMG、TMAO和氨基酸等可以作为肾脏受损伤的NMR markers，而乙醇、Lac和Tau可作为肝脏受损伤的NMR markers。实验中最小剂量为0.05 mg La(NO_3)_3/kg体重，仍有机体受损的NMR信号，说明稀土的安全剂量小于这一数值。在临床磁共振成像中，造影剂是医学诊断中的一种重要辅助试剂。本文采用NMR水弛豫分析法研究了GdDTPA及Gd(cycle-DTPA-1,2-PN)、Gd(DTPA－BIN)在水溶液和BSA溶液中的弛豫性质，为研究顺磁性金属配合物与蛋白质间相互作用情况提供了有效方法；对配体cycle-DTPA-1,2-pn、DTPA－BIN做了~1H NMR滴定研究，得出其质子解离过程和解离常数，并采用半经验量化计算方法计算了两种配体的质子化过程，得到了与~1H NMR滴定一致的结果。结果表明将NMR实验和量化计算方法结合，是考察复杂配体热力学稳定性的有效方法。

ABF＿3型复合氟化物的无机合成及稀土掺杂特性研究

本文介绍了钙钛矿型复合氟化物的基本知识和研究进展，并在已有文献的基础上对部分ABF＿3型氟化物的无机合成作了深入研究，进一步讨论了该类化合物的稀土掺杂特性和能量传递现象。首次以条件温和的中温水热法合成了重要激光基质材料KZnF_3、NaZnF_3。产物结构经XRD、SEM、XPS表征，IR和热分析证实水热产物未明显含有分子内结晶水。摸索了最佳合成条件，并比较了与固相合成产物在含氧量上的差异。水热法还实现了Eu的掺杂，荧光光谱和ESR谱均确认Eu进入格位并部分发生价态转变，讨论了Eu~(2+)格位取代和电荷补偿等问题。固相反应合了BaLiF_3:Eu:Gd磷光体多晶粉末。荧光光谱确认体系中Gd~(3+) → Eu~(2+)能量传递的存在。以DEXTER能量传递理论为基础，建立了能量传递模型，计算了能量传递几率，观察到Gd~(3+)和Eu~(2+)之间存在竞争吸收，当Gd~(3+)离子浓度过高，Eu~(2+)发射强度降低。

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。

生物小分子体系及血浆中稀土化学形态的研究

生物小分子配体的二、三元及多元体系中稀土的化学形态研究是考察稀土在体内的分布、代谢和生物效应的关键，对阐明稀土对环境和人体健康的影响及其作用机理具有十分重要的意义。1. 稀土与生物小分子溶液体系的研究 （1）在模拟生理条件下研究了Yb(III)分别与组氨酸、苏氨酸、脯氨酸以及Zn(II)分别与脯氨酸、色氨酸组成的五个新二元溶液体系。经计算机程序优化得到体系中生成的物种类型及各物种的稳定常数。所有体系均有1100型物种生成，Yb(III)-组氨酸体系还有1102型物种生成。（2）在模拟生理条件下研究了Pr(III)、Gd(III)、Tb(III)、Yb(III)四种稀土离子和Ca(II)、Zn(II)两种生命金属离子与组氨酸、色氨酸、苏氨酸及脯氨酸组合成的五个新三元体系。发现五个双氨基酸体系中均有三元配合物物种生成。除稀土（/Zn）-Pro-Thr体系外，三元配合物均广泛存在并有很高含量。总体来看，稀土的配位行为相近，其中Gd(III)和Tb的尤为相似。在包括组氨酸的体系中，Ca(II)和Zn(II)的三元配合物明显比稀土物种稳定。而在其它体系中，Ca(II)、Zn(II)三元配合物的稳定性接近或小于稀土的相应物种。2. 金属离子与生物分子多元体系的数学模型法研究 （1）对稀土离子（钆）、生命金属离子（钙或锌）与两种氨基酸配体共存的五个新四元体系，利用已有的二、三元配合物稳定常数，经程序进行了模拟计算，对各金属物种的分布变化进行了分析。结果表明，在组氨酸参与配位的两个体系中，稀土Gd(III)对Ca(II)或Zn(II)的物种分布影响较小。而在其它三个体系中，与三元体系相比，金属的三元物种含量均降低，自由离子和二元配合物的含量升高，这说明稀土在生物配体体系中对Ca(II)或Zn(II)具有竞争取代作用。（2）首次建立多相模型用数学模型法研究了人体血浆中二十二种配体（包括磷酸根、碳酸根、蛋白质生物大分子及生物小分子）同时存在的条件下Gd(III)、Ca(II)、Zn(II)的分布情况及Gd(III)的存在对Ca(II)、Zn(II)物种分布的影响。结果表明，进入血浆中的稀土绝大部分以磷酸盐和碳酸盐沉淀形式存在。可溶态稀土主要分布于与运铁蛋白、草酸、免疫球蛋白、柠檬酸、天冬氨酸等生成的物种及含羟基物种之间，并且可溶态稀土的分布受稀土总浓度和pH值的影响。稀土的浓度高于血浆中本底值时将对Ca(II)、Zn(II)的物种分布产生影响。以上工作取得的新成果不仅丰富了稀土的生物无机化学，而且为阐明稀土生物效应和评估稀土农用安全性提供了科学数据。

氟化物晶体中铕（II）及其共掺体系的光谱化学

利用坩埚下降法生长了KMgF_3:Eu~(2+)和KMgF_3:Eu~(2+)-X(X=Gd~(3+)、Ce~(3+)、Cr~(3+)、Cu~(+))等12种单晶体。测试了所有单晶体的UV-Vis吸收光谱、近红外吸收光谱、低分辨荧光光谱以及在300 K和77 K的高分辨发射光谱。测试了所有晶体研成粉末后的漫反射光谱。光谱研究表明，晶体中含有氧中心和色心，发现了氧中心和色心与掺杂离子之间的能量传递。不同掺杂离子之间的光谱相互影响，并存在能量传递现象。首次研究了Eu~(2+)振动光谱与其它掺杂离子格位取代的关系，发现从振动光谱的研究可以获得许多有用的信息。利用时间分辨技术测量了4种晶体中Eu~(2+) ~6P_(7/2)激发态的四能级衰减模型和双指数拟合方程，并从光谱上证实了该模型的正确性。对双指数拟合方程中每一项参数的物理意义给出了明确的解释。根据这些拟合常数，建立了一种研究能量传递现象和机理的新方法。首次发现了Eu~(2+)和Ce~(3+)通过d-d相互作用发生的能量传递现象。根据我们建立的模型和可获得的文献数据，从理论和实验上证明了KMgF_3:Eu~(2+)晶体存在净光学增益。