SiO2 对Bi2O3-B2O3 玻璃体系光学、热学及结构的 影响

Glasses with compositions 50Bi2O3-xB2O3- (50-x)SiO2(x=0, 10, 20, 30, 40, 50) in mol% have been prepared by using a normal melt-quench technique. The effect of SiO2 addition on thermal stability, optical properties and structural characteristic on Bi2O3-B2O3 glass were systematically investigated by using XRD, DTA, ultraviolet-visible transmittance spectra, midinfrared transmittance spectra and Raman spectra. The experimental results demonstrate that, with the addition of SiO2, thermal stability of glass samples has been obviously improved. Once the amount of SiO2 is too much, the glass samples tend to be phase seperation which results in the decrease of thermal stability. With increasing SiO2 content, the UV cutoff edge firstly shifts to short-wave band and then shifts to long-wave band, and the transmittance of mid-infrared has been greatly improved. With substitution of SiO2 for B2O3, the [BO3] triangles and [BO4] tetrahedral groups are gradually replaced by [SiO4]. [BiO6] octahedral and [SiO4] tetrahedral units are connected forming a vibrational mode of Bi-O-Si. The physical chemistry and optical performance of Bi2O3-B2O3 glass were greatly improved by addition of SiO2.

V^3＋：YAG晶体的生长、色心与光谱性能研究

采用石墨电阻加热的温梯法生长了V：YAG晶体，晶体的不同部位呈现两种不同的颜色：浅绿色和黄褐色．通过对比分析不同颜色V：YAG晶体的室温吸收光谱，推断出石墨发热体高温下扩散出来的C可以起到还原作用，提高晶体中V^3＋tetra离子的浓度，同时诱导了F心的形成．在1300℃下，对不同颜色的V：YAG晶体进行真空退火处理，发现处于八面体格位中的V^3＋离子在热激发作用下与近邻的四面体格位Al^3＋离子存在置换反应，由此产生一定浓度的四面体格位V^3＋离子．同时，F心在退火过程中被完全消除，释放出来的自由电子被

Characteristics and optical spectra of V : YAG crystal grown in reducing atmosphere

A V:YAG single crystal was grown by the temperature gradient technique (TGT) with graphite-heating elements. The as-grown crystal has different colorations of light green and yellow brown in different parts. Distribution of vanadium in three samples with different colorations was determined by inductively coupled plasma-mass spectrometry. From the absorption spectrum of the yellow-brown part with peaks at 370, 820 and 1320nm, we can deduce that the reducing atmosphere of carbon diffused from the heating elements can increase the concentration of tetrahedral V3+ ions and induce F color centers. All three samples exhibited light-green color after annealing in vacuum or H-2 atmospheres. In the vacuum annealing process, the V3+ ions in tetrahedral positions were enhanced through two methods: one method is the exchanging of octahedral V3+ and tetrahedral Al3+ ions in neighboring sites under thermal excitation, the other is that F color centers were thoroughly eliminated and the escaped free electrons could be captured by V ions with higher valance states to further improve the concentration of tetrahedral V3+ ions. Besides the two mechanisms, the H-2 annealing process greatly improved the V-tetra(3+) ions through the reduction effect of H-2. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Cr4+在Al2O3多晶体中的光谱性能研究

Transparent polycrystalline Cr:Al2O3 ceramics were synthesized by conventional pressureless synthesis processing. The absorption and emission spectra of Cr:Al2O3 ceramics specimens before and after annealing were measured at room temperature. It was discovered that the emission spectra of Cr4+ in Al2O3 octahedral coordination site is in infrared wavelength range of 1100-1600 nm. The emission peak of Cr4+ is centered at 1223 nm, which is similar to that of Cr4+ in tetrahedral site. Al2O3 has smaller lattice constant, resulting in the larger crystal field strength, so there is a blue shift in the peak of Cr4+:Al2O3 ceramics compared to those of other Cr4+-doped crystals. And the emission band is much narrower with full width at half maximum Delta lambda 37 nm.

Studies of magnetic interactions in Mn-doped β-Ga2O3 from first-principles calculations

The magnetic behavior of Mn-doped beta-Ga2O3 is Studied from first-principles calculations within the generalized gradient approximation method. Calculations show that ferromagnetic ordering is always favorable for configurations in which two Mn ions substitute either tetrahedral or octahedral sites, and the ferromagnetic ground state is also sometimes favorable for configurations where one Mn ion substitutes a tetrahedral site and another Mn ion substitutes an octahedral site. However, the configurations of the latter case are less stable than those of the former. (c) 2008 Acta Materialia Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

First-principles study of the electronic structures and absorption spectra for the PbMoO4 crystal with lead vacancy

The electronic structures and absorption spectra for the perfect PbMoO4 crystal and the crystal containing lead vacancy V-Pb(2-) with lattice structure optimized are calculated using density functional theory code CASTEP. The calculated absorption spectra of the PbMoO4 crystal containing V-Pb(2-) exhibit three absorption bands peaking at 2.0 eV (620 nm), 3.0 eV (413 run) and 3.3 eV (375 nm), which are in good agreement with experimental values. The theory predicts that the 390 nm, 430 nm and 580 run absorption bands are related to the existence of V-Pb(2-) in the PbMoO4 crystal.

Uma Metodologia de Estudo de Simulação Tridimensional de Escoamento Turbulento Estratificado no Reservatório de Plantas Hidrelétricas.

Uma simulação numérica que leva em conta os efeitos de estratificação e mistura escalar (como a temperatura, salinidade ou substância solúvel em água) é necessária para estudar e prever os impactos ambientais que um reservatório de usina hidrelétrica pode produzir. Este trabalho sugere uma metodologia para o estudo de escoamentos ambientais, principalmente aqueles em que o conhecimento da interação entre a estratificação e mistura pode dar noções importantes dos fenômenos que ocorrem. Por esta razão, ferramentas de simulação numérica 3D de escoamento ambiental são desenvolvidas. Um gerador de malha de tetraedros do reservatório e o modelo de turbulência algébrico baseado no número de Richardson são as principais ferramentas desenvolvidas. A principal dificuldade na geração de uma malha de tetraedros de um reservatório é a distribuição não uniforme dos pontos relacionada com a relação desproporcional entre as escalas horizontais e verticais do reservatório. Neste tipo de distribuição de pontos, o algoritmo convencional de geração de malha de tetraedros pode tornar-se instável. Por esta razão, um gerador de malha não estruturada de tetraedros é desenvolvido e a metodologia utilizada para obter elementos conformes é descrita. A geração de malha superficial de triângulos utilizando a triangulação Delaunay e a construção do tetraedros a partir da malha triangular são os principais passos para o gerador de malha. A simulação hidrodinâmica com o modelo de turbulência fornece uma ferramenta útil e computacionalmente viável para fins de engenharia. Além disso, o modelo de turbulência baseado no número de Richardson leva em conta os efeitos da interação entre turbulência e estratificação. O modelo algébrico é o mais simples entre os diversos modelos de turbulência. Mas, fornece resultados realistas com o ajuste de uma pequena quantidade de parâmetros. São incorporados os modelos de viscosidade/difusividade turbulenta para escoamento estratificado. Na aproximação das equações médias de Reynolds e transporte de escalar é utilizando o Método dos Elementos Finitos. Os termos convectivos são aproximados utilizando o método semi-Lagrangeano, e a aproximação espacial é baseada no método de Galerkin. Os resultados computacionais são comparados com os resultados disponíveis na literatura. E, finalmente, a simulação de escoamento em um braço de reservatório é apresentada.

Estudo da reação entre o metanol e o acetato de etila em catalisadores Mg/La por espectroscopia no infravermelho acoplada a espectrometria de massas

A transesterificação metílica em meio homogêneo é catalisada por bases, tais como hidróxidos e alcóxidos de sódio ou potássio e se processa em baixa temperatura de reação, mesmo em escala industrial. A utilização de catalisadores formados por sólidos básicos aparece como uma alternativa promissora aos processos homogêneos convencionais, tendo em vista as inúmeras vantagens como a redução da ocorrência das reações indesejáveis de saponificação e redução de custos dos processos pela diminuição do número de operações associadas. Em estudos anteriores realizados pelo grupo, catalisadores a base de Mg/La com diferentes composições químicas (9:1, 1:1 e 1:9) mostraram-se promissores para a obtenção de ésteres metílicos via reação de transesterificação, porém não foi possível fazer uma correlação entre atividade catalítica e as propriedades físico-químicas quando toda a série foi considerada. Assim, a realização de um estudo de caráter fundamental, baseado em reações modelo e uso de moléculas sonda, permite avançar no entendimento das propriedades de superfície destes catalisadores. Portanto, o presente trabalho estuda a reação entre metanol e acetato de etila em catalisadores a base de Mg/La utilizando espectroscopia de reflectância difusa no infravermelho com transformada de Fourier (DRIFTS) acoplada a espectrometria de massas (MS) identificando os intermediários e produtos formados para determinar a rota reacional. As análises de difração de raios X mostram que os precursores são predominantemente compostos por carbonatos hidratados de magnésio (Mg/La 1:1 e 9:1) e de lantânio (Mg/La 1:9). Os perfis de decomposição térmica e difratogramas de raios X obtidos a partir de tratamento térmico in situ indicaram que estes carbonatos se decompõem apenas a partir de 750 C. As análises de Dessorção a Temperatura Programada realizadas com moléculas sonda, metanol e acetato de etila, mostraram a adsorção em maior quantidade do metanol independente da composição química do sólido. A partir dos resultados obtidos por DRIFTS-MS foi proposta uma rota reacional para a reação de transesterificação do acetato de etila e metanol, que ocorre via adsorção do metanol e do acetato de etila na superfície do catalisador, seguida da formação de um intermediário tetraédrico formado pelas moléculas adsorvidas, que sofre um rearranjo formando etanol, acetato de metila, acetona e metano. Simultaneamente, parte do metanol adsorvido como metoxi monodentado é desidrogenado formando formiatos que são dessorvidos na forma de formaldeído e decompostos formando CO2 e H2

Propriedades fotoluminescentes e higroscopia do composto SrAl2O4 dopado com íons de Ni2+

Amostras foram preparadas pelo método de difusão a partir dos reagentes químicos SrCO3, Al2O3 e NiO em proporções estequiométricas. Medidas por difração de raios X mostraram que as amostras possuem uma única fase: SrAl2O4. Neste trabalho apresentamos imagens de microscopia eletrônica de varredura das amostras SrAl2O4 dopadas com 0,1%, 0,5%, 1,0%, 2,0%, 5,0% e 10,0% de íons de Ni2+, medidas de fotoluminescência, excitação da fotoluminescência da amostra SrAl2O4 dopada com 1,0% de íons de Ni2+, medidas de absorção fotoacústica das amostras SrAl2O4 dopadas com 1,0%, 2,0%, 5,0% e 10,0% de íons de Ni2+. Estas medidas foram realizadas a temperatura ambiente para investigar as transições eletrônicas dos íons divalente de níquel que entraram substitucionalmente nos sítios de Sr2+ da rede do SrAl2O4. Os resultados ópticos mostram a existência de três centros emissores de Ni2+. De acordo com a literatura, a estrutura do SrAl2O4 é composta de dois sítios octaédrico distintos de íons de Sr2+, o Sr12+ e o Sr22+, cujas distâncias médias Sr1 O e Sr2 O são, respectivamente, 2,800 Ǻ e 2,744 Ǻ. Visto que os íons de Ni2+ tendem a substituir os íons de Sr2+, devido ao fato de possuírem a mesma valência, é necessário considerar que uma parte dos íons de Ni2+ ocuparam os sítios dos íons de Al3+ na rede do SrAl2O4 para justificar a existência de um terceiro centro emissor de Ni2+ nesse composto. Uma novo sítio octaédrico para os íons de Ni2+ foi estimado a partir do valor da aresta do sítio tetraédrico ocupado pelos íons de Al3+ na rede do SrAl2O4 (considerando o raio iônico do Ni2+ como aproximadamente 40% maior do que o raio iônico do Al3+). As transições eletrônicas presentes nos espectros de excitação e absorção fotoacústica permitiram determinar os parâmetros de campo cristalino (Dq) e Racah (B e C) para os três sítios diferentes ocupados pelos íons de Ni2+ no SrAl2O4. Neste caso, os resultados mostraram que o sítio II dos íons de Ni2+ é associado à posição do Sr1 e possuem um parâmetro Dq menor e que o parâmetro Dq associado aos íons de Ni2+ que substituíram os íons de Sr no sitio I, o qual, por sua vez é associado à posição do Sr2. E, por fim, o sítio III que possui o menor parâmetro de campo cristalino Dq, portanto a maior distância íon ligante, é identificado como aquele relacionado ao rearranjo octaédrico local das antigas posições de Al3+. O caráter higroscópico do SrAl2O4:Ni2+ é observado a partir dos espectros de absorção fotoacústica e os modos de vibração de estiramento das ligações Ni OH e O H são identificadas nos espectros.

Calculation of the electronic structure of carbon films using electron energy loss spectroscopy.

The detailed understanding of the electronic properties of carbon-based materials requires the determination of their electronic structure and more precisely the calculation of their joint density of states (JDOS) and dielectric constant. Low electron energy loss spectroscopy (EELS) provides a continuous spectrum which represents all the excitations of the electrons within the material with energies ranging between zero and about 100 eV. Therefore, EELS is potentially more powerful than conventional optical spectroscopy which has an intrinsic upper information limit of about 6 eV due to absorption of light from the optical components of the system or the ambient. However, when analysing EELS data, the extraction of the single scattered data needed for Kramers Kronig calculations is subject to the deconvolution of the zero loss peak from the raw data. This procedure is particularly critical when attempting to study the near-bandgap region of materials with a bandgap below 1.5 eV. In this paper, we have calculated the electronic properties of three widely studied carbon materials; namely amorphous carbon (a-C), tetrahedral amorphous carbon (ta-C) and C60 fullerite crystal. The JDOS curve starts from zero for energy values below the bandgap and then starts to rise with a rate depending on whether the material has a direct or an indirect bandgap. Extrapolating a fit to the data immediately above the bandgap in the stronger energy loss region was used to get an accurate value for the bandgap energy and to determine whether the bandgap is direct or indirect in character. Particular problems relating to the extraction of the single scattered data for these materials are also addressed. The ta-C and C60 fullerite materials are found to be direct bandgap-like semiconductors having a bandgaps of 2.63 and 1.59eV, respectively. On the other hand, the electronic structure of a-C was unobtainable because it had such a small bandgap that most of the information is contained in the first 1.2 eV of the spectrum, which is a region removed during the zero loss deconvolution.

Optical and electronic properties of amorphous diamond

The optical and electronic properties of highly tetrahedral amorphous diamond-like carbon (amorphous diamond, a-D) films were investigated. The structure of the films grown on silicon and glass substrates, under similar deposition conditions using a compact filtered cathodic vacuum arc system, are compared using electron energy loss spectroscopy (EELS). Results from hydrogenation of the films are also reported. The hydrogenated films show two prominent IR absorption peaks centered at 2920 and 2840 cm-1, which are assigned to the stretch mode of the C-H bond in the sp3 configuration on the C-H3 and C-H sites respectively. The high loss EELS spectra show no reduction in the high sp3 content in the hydrogenated films. UV and visible transmission spectra of a-D thin films are also presented. The optical band gap of 2.0-2.2 eV for the a-D films is found to be consistent with the electronic bandgap. The relationship between the intrinsic compressive stress in the films and the refractive index is also presented. The space charge limited current flow is analyzed and coupled with the optical absorption data to give an estimate of 1018 cm-3 eV-1 for the valence band edge density of states.

Simulation of three-dimensional viscous flow in turbomachinery geometries using a solution-adaptive unstructured mesh methodology

This paper presents a numerical method for the simulation of flow in turbomachinery blade rows using a solution-adaptive mesh methodology. The fully three-dimensional, compressible, Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with k-ε turbulence modeling (and low Reynolds number damping terms) are solved on an unstructured mesh formed from tetrahedral finite volumes. At stages in the solution, mesh refinement is carried out based on flagging cell faces with either a fractional variation of a chosen variable (like Mach number) greater than a given threshold or with a mean value of the chosen variable within a given range. Several solutions are presented, including that for the highly three-dimensional flow associated with the corner stall and secondary flow in a transonic compressor cascade, to demonstrate the potential of the new method.

Performance of thin film carbon materials and carbon nanotubes as cold cathodes

The field emissions from three different types of carbon films are studied using a Kiethly voltage-current source-measure unit under computer control. The three types of carbon films are : 1) a-C:H:N deposited using an inductively coupled rf PECVD process, where the N content in the films can be as high as 30 at %; 2) cathodic arc deposited tetrahedral amorphous carbon with embedded regions of carbon nanotube and anion structures and 3) unoriented carbon nanotube films on a porous substrate. The films are formed by filtering a solution of nanotubes dispersed in alcohol through the pores and drying.

Two-orbit switch-pitch structures

The Hoberman 'switch-pitch ' ball is a transformable structure with a single folding and unfolding path. The underlying cubic structure has a novel mechanism that retains tetrahedral symmetry during folding. Here, we propose a generalized class of structures of a similar type that retain their full symmetry during folding. The key idea is that we require two orbits of nodes for the structure: within each orbit, any node can be copied to any other node by a symmetry operation. Each member is connected to two nodes, which may be in different orbits, by revolute joints. We will describe the symmetry analysis that reveals the symmetry of the internal mechanism modes for a switch-pitch structure. To follow the complete folding path of the structure, a nonlinear iterative predictor-corrector algorithm based on the Newton method is adopted. First, a simple tetrahedral example of the class of two-orbit structures is presented. Typical configurations along the folding path are shown. Larger members of the class of structures are also presented, all with cubic symmetry. These switch-pitch structures could have useful applications as deployable structures.

Measurement of the elastic constants of nanometric films

Carbon coatings of thickness down to 2 nanometers are needed to increase the storage density in magnetic hard disks and reach the 100 Gbit/in2 target. Methods to measure the properties of these ultrathin hard films still have to be developed. We show that combining Surface Brillouin Scattering (SBS) andX-ray reflectivity measurements the elastic constants of such films are accessible. Tetrahedral amorphous carbofilms of thickness down to about 2 nm were deposited on Si by an S bend filtered cathodic vacuum arc, achieving a continuous coverage on large areas free of macroparticles. Film thickness and mass density are measured by X-ray reflectivity: densities above 3 g/cm3 are found, indicating a significant sp3 content. The dispersion relations of surface acoustic waves are measured by SBS. We show that for thicknesses above ∼4 nm these waves can be described by a continuum elastic model based on a single homogeneous equivalent film. The elastic constants can then be obtained by fitting the dispersion relations, computed for given film properties, to the measured dispersion relations. For thicknesses of 3 nm or less qualitative differences among films are well measurable, but quantitative results are less reliable. We have thus shown that we can grow and characterise nanometer size tetrahedral amorphous carbon film, which maintain their high density and peculiar mechanical properties down to around 4 nm thickness, satisfying the requirements set for the hard disk coating material.