用光化学方法氧化Tb~(3+)、Pr~(3+)、Ce~(3+)离子

本文内容包括Tb~(3+)、Pr~(3+)、Ce~(3+)的光氧化。研究了各种因素对氧化率或四价离子生成量的影响。在Tb~(3+)光氧化的基础上，建立了混合钇族稀土中Tb的光化学分析法及混合稀土中Tb的化学氧化分析方法。Tb~(3+)、Pr~(3+)的光氧化是开创性的工作，Tb的分析方法具有一定的应用价值。1 Ce~(3+)d HZO_3－HClO_4体系中的光氧化 用低压汞灯（254nm)、高压汞灯(366nm)和氩离子激光器(351/364nm, 458 nm, 477nm, 502 nm, 514, nm)光辐照Ce~(3+)-HZO_3-HClO_4溶液，Ce~(3+)发生光氧化反应，生成Ce(ZO_3)_4沉淀 。在低压汞灯254 nm波段可获得较高的氧化率，具它波段下的氧化率低，以低压汞灯为光源辐照。研究了温度、光强、酸度、Ce~(3+)初始浓度及辐照时间对氧化率的影响。降低酸度，选择较高的温度和较大的光强，有利于Ce~(3+)的光氧化。2 Tb~(3+)在KIO_4-KOH体系中的光氧化 用高压汞灯（366nm)光辐照Tb~(3+)-KIO_4-KOH溶液，首次实现了Tb~(3+)的光氧化。研究了碱度、络合剂浓度，Tb~(3+)初始浓度、辐照面积，光强和辐照时间等因素对Tb~(4+)生成的影响。测定了Tb(IV)/Rb(III)的氧化还原电势。适宜的KOH浓度应大于0.3M，KIO_4的浓度要比Tb~(3+)初始浓度大几个数量级。当KOH=0.6M, KIO_4=0.22M, 温度为13 ℃时。E_(Tb(IV)/Tb(III))=0.68优，生成的Tb~(4+)可溶性络离子为红棕色，最大吸收峰在420nm附近，比较稳定。3 用光氧化法分析钇族混合稀土中的Tb 根据Tb~(3+)在KIO_4-KOH体系中的光氧化反应，建立了钇族混合稀土中Tb的分光光度分析方法。在高压汞灯366nm的光辐照不无色的Tb~(3+)转变为红棕色的Tb~(4+)，其谱带的吸收峰值在420nm，其它三价钇族稀土无此反应，故无千扰，在Tb的分析浓度范围为1*10~(-5)M - 1*10~(-3)M时，符合Beer定律，Tb在钇族混合稀土中含量的分析最低限为0.2%。此方法可用于萃取钇族稀土过程中Tb的分析，方法简便快速。4 用化学氧化法分析混合稀土中的Tb 根据Tb~(3+)在KIO_4-KOH-K_2S_2O_8体系中的氧化反应，建立了混和稀土中Tb的分光光度分析方法。Tb~(3+)-KzO_4-KOH-K_2S_2O_8溶液加热，Tb~(3+)被氧化的Tb~(4+)，其颜色由无色转变为红棕色，最大吸收峰在420nm。Ce~(3+)加入KIO＿4－KOH溶液后，立即被完全氧化为Ce~(4+), Ce~(4+)在420nm也有吸收，其干扰可以在本底中排除，其它三价稀土离子在此体系中不能发生氧化反应，故无干扰。在Tb的分析浓度范围为5*10~(-5)-5*10~(-4)M时，符合Beer定律，Tb在混合稀土中含量分析的最低限为1％。此方法可用于萃取稀土过程中Tb的分析和监控，方法简便快速。5 Pr~(3+)在KZO_4－KOH体系中的光氧化用高压汞灯光辐照Pr~(3+)-KZO_4-KOH溶液，首次实现了Pr~(3+)的光氧化。生成的Pr~(4+)为棕褐色，最大吸收峰在400nm附近，稳定性较差，在水溶液中发生自还原反应。按Pr~(4+)在400nm的吸收峰值，研究了辐照时间，Pr~(3+)初始浓度，KOH浓度、KZO＿4浓度及Ce~(4+)共存时对Pr~9(4+)生成的影响。相应增加KOH及KZO＿4用量，有利于Pr~(4+)的生成，Ce~(4+)对Pr~(3+)的光氧化无所谓的“带同氧化作用”。

Ce~(3+)在复合氟化物基质中的发光研究

采用高温固相反应合成了K_5LnLi_2F_(10):Ce (Ln = La, Ce, Gd, Y)体系，K_2NaAlF_6:Ce和KAlF_4:Ce体系、MAlF_5:Ce(M = Ca, Sr, Ba)体系及ABF_3:Ce (A = Li, Na, K, B = Mg, Ca, Sr, Ba, Zn)体系的磷光体，同时，对SrAlF_5:Ce和BaAlF_5:Ce还采用沉淀法合成。生长3BaAlF_5:Ce和SrAlF_5:Ce的单晶。用X－射线衍射法检验了粉末基质的结构，用X－射线四元衍射仪解出了SrAlF_5单晶的结构，即属于四方晶系，空间群为I 4－bar, z = 8，晶胞参数为14.035 A和7.146 A。并测定了各体系磷光体的激发光谱和发射光谱，对BaAlF_5:Ce单晶还测定了吸收光谱和反射光谱。得到了Ce~(3+)在复合氟化物基质中发光的某些规律。Ce~(3+)激活的复合氟化物磷光体由于Ce-F键存在较强的离子性而具有紫外发光特征。Ce~(3+)激活的K_5LnLi_2F_(10)磷光体，由于基质结构的特殊性，使得Ce~(3+)发射波长几乎不随Ln~(3+)的改变而变化和计量比的K_5CeLi_2F_(10)发光体的浓度猝灭小。在同结构的ABF_3:Ce磷光体中，随着基质阳离子的φ~(1/2) = (z·α·X/γ)~(1/2)(z为电荷，α为极化率，X为电负性，γ为半径）值增大，其发射峰兰移。其原因是φ~(1/2)值增加，使Ce-F键的性质发性了改变，从而导致了Ce~(3+)的激发态与基态的能级差增加。Ce~(3+)在复合氟化物中，主要取代离子本性（半径，电荷，电负性等）与其相近的基质阳离子。但Ce~(3+)在AMgF_3(A = Na~+,K~+)基质中，同时可以取代A~+或Mg~(2+)离子，形成两种不同的发光中心。Ce~(3+)在SrAlF_5晶体中，由于取代两种不同格位的Sr~(2+)离子，也形成两种不同的发光中心，由于两种发光中心的性质不同，所以，它们的光谱结构明显不同。BaAlF_5:Ce和SrAlF_5:Ce晶体的光谱数据为设计Ce~(3+)的5d-4f跃迁的可调谐激光晶体材料提供了必要的、可靠的实验数据。

CaS:M (M=Ce~(3+), Dy~(3+), Eu~(2+), Cu)和Cas:Ce~(3+), M (M=Dy~(3+), Cu)的合成及其光致发光和热释发光性质研究

本文研究了Ce~(3+), Dy~(3+), Eu~(3+), Cu离子以及它们的共掺杂在硫化钙基质中的光致发光和热释发光性质，并用顺磁共振方法研究了磷光体中缺陷的性质及其对磷光体光致发光的影响。在CaS:Ce~(3＋)磷光体的稳定性影响因素，并经包膜后稳定性有所提高。计算了新的热释发光峰的陷阱参数。确定了热释发光的动力学级数。在Cas: Dy~(3+)磷光体中，研究了合成条件对磷光体发光性质的影响，讨论了新的热释发光峰的陷阱参数，确定了热释发光的动力学级数。在CaS:Dy~(3+)磷光体中，发现基质对Dy~(3+)离子具有敏化作用，讨论了黄兰比随Dy~(3+)离子浓度变化出现最大值的原因。计算了热释发光峰的陷阱参数，确定了热释发光的动力学级数。在CaS:Ce~(3+)，Dy~(3+)磷光体中，研究了Ce~(3+)离子的发光随Dy~(3+)离子浓度的变化，可能具有Dy~(3+) → Ce~(3+)的能量传递。计算了热释发光峰的陷阱参数，确定了热释发光的动力学级数。在CaS:Cu磷光体中，确定了不同Cu~+离子格位所产生的发射峰。根据磷光体中缺陷的转化过程解释了光致发光和热释发光性质随Cu离子浓度增加所呈现的规律性变化。通过实验证明磷光体有可能用作紫外剂量材料。本文还首次研究了CaS:Cu磷光体在UV（3bb nm)辐照下，发生Cu~+→Cu~(2+)的光氧化反应，通过EPR实验证明在Cu'_(Ca)→Cu_i~+处发生光氧化反应。在CaS:Ce~(3+),Cu磷光体中，观察到了Cu离子对Ce~(3+)离子的能量传递现象。在CaS:Eu~(2+)光体中，发光强度随Eu~(2+)离子浓度变化，显示浓度猝灭特性。本文还研究了CaS:Ce~(3+), CaS:Dy~(3+), CaS:Cu以及CaS:Ce~(3+), Cu磷光体中缺陷的性质，在CaS:Ce~(3+)中存在V_S~(2+)空位，并根据这一空位的性质，解释了发光光谱，并且选择适当的助熔剂使发光效率提高。在CaS:Dy~(3+)磷光体中，存在V_S~(2+)-V_(Ca)~(2-)空位对；在CaS:Cu和CaS:Ce~(3+), Cu磷光体中，存在V_S~(2+)空位和Cu'_(Ca)缺陷。

掺杂Ce~(3+)的碱土氟化物功能材料的研究

Ce~(3+)是唯一d→f跃迁发光的三价稀土离子，4f层上只有一个电子，特征发射为d→~2F_(7/2)和d→~2F_(5/2)跃迁的两宽带，而d带受晶体场和共价性的影响较大，随基质类型和结构的不同，其d带下限上下移动，发光颜色便可以从紫外变成红色。另外，由于Ce~(3+)的发射光谱具有较宽的能量分布，因此，它又是一种良好的敏化剂。除此之外，由于Ce~(3+)具有较短的衰减时间(ns级)和超短余辉特性，所以Ce~(3+)激活的碱土氟化物和纯CeF_3又可望成为一种新型的无机闪烁体材料。过去，人们已对Ce~(3+)在不同类型的基质中的光谱性质和与其它离子间的能量传递现象进行了大量的研究，从中探讨了各种化学环境对Ce~(3+)的光谱特性的影响规律，并开发了一些新的功能材料，并在发光材料、超短余辉材料方面得到了应用，为了进一步探寻Ce~(3+)激活的物质在固体可调谐激光材料，闪烁体材料以及其它功能材料方面的潜在应用，进一步探索化学因素对Ce~(3+)的光谱特征的影响规律，我们选择碱土氟化物及复合氟化物作基质进行了研究。运用高温固相扩散反应用的方法合成了一系列掺杂不同浓度的Ce~(3+)的碱土氟化物及复合氟化物粉末样品，用stockbarger法生长了CaF_2:xCeF_3、CeF_3、KMgF_3Ce~(3+)、BaMgF_4:xCe~(3+)等单晶，探索了各自的生长工艺和条件，用X－射线粉末衍射仪及X－射线四园衍射仪分别对粉末样品及单晶的结构进行了检测，并运用不同激发源的荧光光谱仪测定了各样品的激发和发射光谱。在一系列碱土氟化物复合氟化物基质中着重研究了晶体场和共价性对Ce~(3+)的光谱性质的影响，指出了Ce~(3+)的发射峰值与取代阳离子，邻位阳离子的离子半径和电负性大小的关系；系统地研究了碱土氟化物及复合氟化物中Ce~(3+)的电荷补偿途径与发射中心的关系问题，明确指出：氟化物及复合氟化物基质中极易自发混入O~(2-)，充当电荷补偿剂，形成相对于Ce_F中心的发射峰位红移的新的发射中心，即“Ce-O”中心。在CaF_2:xCe~(3+)系列粉末样品中，通过对其光谱性质的研究发现了三种发射中心“Ce-F”、“Ce-O”中心和V_k色心，探讨了三者的转化规律，并证明了三种发射中心的产生都是不同的电荷补偿途径所致，且探讨了不同阳离子电荷补偿剂对 Ce~(3+)的光谱影响情况，指出了与Ce~(3+)半径相近的Na补偿效果最好。同时，我们还研究了CaF-2基质中Ce~(3+)的两发射中心（“Ce-F”、“Ce-O” ）与Tb~(3+)之间的能量传递现象，发现能量传递的效果及方向皆有一定的区别。在KMgF_3:Ce~(3+)中，通过单晶的生长，并用X－射线四园衍射仪的检测及光谱化学的方法，研究了Ce~(3+)在KMgF_3中的取代格位，推测Ce~(3+)只能占据KMgF_3中K~+的格位。在BaMgF_4:xCe~(3+)中，系统研究了合成温度，Ce~(3+)的掺杂浓度对其结构与光谱性能的影响情况，指出：不同的发射峰不是Ce~(3+)所占据的格位不同所致，而是不同的电荷补偿途径所导致的。合成温度和掺杂浓度越高，越有利于Ce_O中心的形成。通过研究CaF_2:Ce~(3+)单晶的γ辐照效应，我们发现：辐照剂量增加至一定的时候，在465nm处出现一新的发射带峰，且与原来固有的385nm处的发射带峰的强度比的对数随辐照剂量的增加而线性增加，重复性好，且恢复性能好。这为CaF_2:Ce~(3+)单晶作为一种大剂量的γ辐照剂量元件提供了一定的实验依据和可能性。另外，我们还研究了CaF_3, BaF_2:xCe~(3+)单晶的光谱性能与闪烁性能，丰富了这方面已有的实验数据，进一步证明了CeF_3具有快速闪烁性能；BaF_2:xCe~(3+)单晶与纯BaF_2相比，BaF_2本身的快、慢成份皆消失，而产生Ce~(3+)自身的5d→4f跃迁发射，其主导衰减时间与Ce~(3+)的浓度有关，即反比关系。BaF_2:Ce~(3+)闪烁体可望得到应用。

CERIUM SILICIDE FORMATION IN THIN CE SI MULTILAYER FILMS

Alternating layers of Si(200 angstrom thick) and Ce(200 angstrom thick) up to 26 layers altogether were deposited by electron evaporation under ultrahigh vacuum conditions on Si(100) substrate held at 150-degrees-C. Isothermal, rapid thermal annealing has been used to react these Ce-Si multilayer films. A variety of analytical techniques has been used to study these multilayer films after annealing, and among these are Auger electron spectroscopy, Rutherford backscattering, X-ray diffraction, and high resolution transmission electron microscopy. Intermixing of these thin Ce-Si multilayer films has occurred at temperatures as low as 150-degrees-C for 2 h, when annealed. Increasing the annealing temperature from 150 to 400-degrees-C for 1 h, CeSi2 forms gradually and the completion of reaction occurs at approximately 300-400-degrees-C. During the formation of CeSi2 from 150-400-degrees-C, there is some evidence for small grains in the selected area diffraction patterns, indicating that CeSi2 crystallites were present in some regions. However, we have no conclusive evidence for the formation of epitaxial CeSi2 layers, only polycrystals were formed when reacted in the solid phase even after rapid thermal anneal at 900-degrees-C for 10 s. The formation mechanism has also been discussed in combining the results of the La-Si system.

La,Ce及Nd稀土金属硅化物的生成

于2010-11-23批量导入

Ce-Si多层膜中铈硅化物的形成

国家自然科学基金

A novel high sensitivity CE-PTHPT for optical fiber communication

Planar punch through heterojunction phototransistors with a novel emitter control electrode and ion- implanted isolation (CE-PTHPT) are investigated. The phototransistors have a working voltage of 3-10V and high sensitivity at low input power. The base of the transistor is completely depleted under operating condition. Base current is zero. The CE-PTHPT has an increased speed and a decreased noise. The novel CE-PTHPT has been fabricated in this paper. The optical gain of GaAlAs/GaAs CE-PTHPT for the incident light power 1.3 and 43nw with the wavelength of 0.8 mu m reached 1260 and 8108. The input noise current calculated is 5.46 x 10(-16) A/H-z(1/2). For polysilicon emitter CE-PTHPT, the optical gain is 3083 at the input power of 0.174 mu w. The optical gain of InGaAs/InP CE-PTHPT reaches 350 for an incident power of 0.3 mu w at the wavelength of 1.55 mu m. The CE-PTHPT detectors is promising as photo detectors for optical fiber communication system.

Fe-57 Mossbauer spectroscopic and magnetic studies of R3Fe29-xVx (R = Y, Ce, Nd, Sm, Gd, Tb, and Dy)

Mossbauer spectra for Fe atoms in the series of R3Fe29-xVx (R = Y, Ce, Nd, Sm, Gd, Tb, and Dy) compounds were collected at 4.2 K. The ratio of 14.5 T/mu(B) between the average hyperfine field B-hf and the average Fe magnetic moment mu(Fe)(MS), obtained from our data, in Y3Fe29-xVx is in agreement with that deduced from the RxTy alloys by Gubbens et al. The average Fe magnetic moments mu(Fe)(MS) in these compounds at 4.2 K, deduced from our Mossbauer spectroscopic studies, are in accord with the results of magnetization measurement. The average hyperfine field of the Fe sites for R3Fe29-xVx at 4.2 K increases with increasing values of the rare earth effective spin (g(J) - 1) J, which indicates that there exists a transferred spin polarization induced by the neighboring rare earth atom.

Mossbauer spectroscopy study of Fe-57 in R3Fe29-xTx (R=Y, Ce, Nd, Sm, Gd, Tb and Dy; T=V and Cr)

Fe-57 Mossbauer spectra for the Fe atoms in the R3Fe29-xTx (R=Y, Ce, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy; T=V, Cr) compounds were collected at 4.2 K. The analysis of Mossbauer spectra was based on the results of magnetization and neutron powder diffraction measurements. The average Fe magnetic moments at 4.2 K, deduced from our data, are in accord with magnetization measurements. The average hyperfine field of Tb3Fe29-xCrx (x=1.0, 1.5, 2.0, and 3.0) decreases with increasing Cr concentration, which is also in accordance with the variation of the average Fe magnetic moment in the Tb3Fe29-xCrx compounds.