1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 中国科学院无机功能材料与器件重点实验室, 上海 200050
2 2.中国科学院大学, 北京 100049
3 3.上海师范大学 光电子材料与器件重点实验室, 上海 200234
BiFeO3-BaTiO3(BF-BT)陶瓷兼具高居里温度和优异的压电性能, 在高温压电传感器和驱动器等部件具有广泛的应用前景。BF-BT陶瓷在高温环境下电阻率较低, 易造成器件高温性能恶化甚至失效。因此, 改善BF-BT陶瓷电阻性能是应用推广必须解决的关键问题。作为一种铁酸盐, 其电阻率很难通过掺杂改性等常规方法进行改善。本研究在BF-BT陶瓷体系中发现一种电阻率异常升高的现象, 并证实这与样品中的第二相Bi25FeO40有关。显微结构分析表明, 该第二相具有一种特殊的层状周期性结构, 其中每三排原子构成一个周期, 而缺陷大多集中在其中一层原子当中。本研究采用传统固相法成功地制备出纯相的Bi25FeO40, 将其作为外添加剂加入到0.70BF-0.30BT组分中, 使基体组分在300 ℃的电阻率从1.03 MΩ·cm提高到4.33 MΩ·cm。此外, COMSOL仿真模拟的结果证实, 通过引入该第二相可以将0.67BF-0.33BT组分电阻率提高一个数量级。根据能量过滤效应, 这种特殊的结构具有高能垒, 可以阻碍载流子迁移, 从而提高BF-BT陶瓷电阻率。本工作为改善BF-BT陶瓷电阻率提供了一种切实可行的方法。
电阻率 载流子迁移 BiFeO3-BaTiO3陶瓷 仿真模拟 resistivity carrier migration BiFeO3-BaTiO3 ceramics simulation confirm
1 1.中国科学院大学, 北京100049
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海200050
3 3.中国科学院 上海光学精密机械研究所, 上海 201800
极紫外(Extreme ultra-violet, EUV)光刻机光源主要采用激光产生等离子体技术, 用高功率激光轰击锡液滴靶产生13.5 nm波长的EUV光。其中, 基于逆压电效应的压电式高温锡液滴喷射元件是获取高重频高温锡液滴靶的关键部件。本项工作突破了耐250 ℃高温微细压电陶瓷管的组成设计和精细制备, 以及高温锡液滴喷射元件的结构设计和封装等关键技术, 成功研制了压电式高温液滴喷射元件。并通过自主搭建高温锡液滴靶光学检测平台, 基于此高温液滴喷射元件实现了重复频率20 kHz, 直径~100 μm的高温锡液滴靶的稳定输出。
极紫外光刻 微细压电陶瓷管 高温液滴发生器 高温压电陶瓷 EUV lithography micro piezoelectric ceramic tube piezoelectric high-temperature nozzle high- temperature piezoelectric ceramic
1 中国科学院上海硅酸盐研究所，上海 200050
2 中国科学院大学，北京 100864
压电材料是一类极其重要的功能材料，利用其正/逆压电效应可以制成压电传感器、换能器和驱动器等，在航空航天、核能、医疗等领域有广泛应用。在航天、核能等领域，压电材料面临高辐射的严苛服役环境，对压电材料的抗辐射能力提出了更高要求。本文总结了辐射对钙钛矿结构包括锆钛酸铅［Pb(Zr, Ti)O3］、铌酸钾(KNbO3)、钛酸钡(BaTiO3)和以及铋层状结构压电材料如Bi4Ti3O12等的晶体结构和电学性能的影响。研究表明，在高剂量辐射下，压电材料的相结构维持在铁电相，但是晶粒一定程度上会受到破坏，同时压电材料的电学性能普遍随着辐射剂量的增强而减弱，但辐射也可以改善压电材料的抗疲劳性能，理论上辐射可以作为压电材料改性的一种方式。
压电材料 辐射 晶体结构 电学性能 piezoelectric materials radiation crystal structure electrical properties
1-3型压电复合材料具有高机电耦合系数和低声阻抗, 适用于制作水声和医疗超声换能器, 但是1-3型压电复合材料的横向振动模会降低换能器的性能, 限制换能器的小型化和高频化。该文设计了一组具有矩形压电陶瓷柱的1-3型压电复合材料, 复合材料的厚度为0.32 mm, 陶瓷柱宽度为0.08 mm, 长度为0.10~0.25 mm, 刀缝宽度为0.05 mm。利用有限元软件PZFlex进行了建模计算, 仿真结果表明, 复合材料的厚度谐振频率和反谐振频率分别为4.5 MHz、6 MHz, 随着陶瓷柱长度的增大, 横向谐振频率逐渐向低频处移动, 当陶瓷柱长度和高度比值大于0.69时, 横向谐振和厚度谐振发生模式耦合。该文基于复合材料设计了换能器, 利用PiezoCAD软件计算得到换能器的中心频率为4.7 MHz。
PZT-5H陶瓷 PZFlex有限元仿真 1-3型压电复合材料 横向振动 超声换能器 PZT-5H ceramics PZFlex finite element method (FEM) 1-3 piezo-composite lateral resonance ultrasound transducer
锆钛酸铅(PZT)基压电陶瓷是一类应用非常广泛的功能材料, 可应用于水声换能器、压电马达、医疗超声换能器以及声表面波滤波器等。通过改性提高PZT基压电陶瓷的压电性能一直是该领域的研究热点。本工作采用传统固相反应法制备了准同型相界(Morphotropic Phase Boundary, MPB)组分的Sm-0.25PMN-0.75PZT压电陶瓷, 并对其微观结构以及宏观性能进行了系统研究。研究结果表明：引入Sm3+可以增强压电陶瓷的局域结构异质性, 提升介电响应从而提高压电性能。当Sm3+引入过多时, 铁电极化的长程连续性被大面积打断, 压电性能下降。本实验中得到的最优组分压电陶瓷性能为：高压电系数d33~824 pC/N, 高压电电压常数g33~27.1×10-3 m2/C和相对较高居里温度TC~178 ℃, 电致应变在室温至150 ℃范围内低于5%, 有较好的温度稳定性, 是极具应用前景的高性能压电材料。
PZT 局域结构异质性 准同型相界(MPB) 高压电系数 PZT local structure heterogeneity morphotropic phase boundary (MPB) high piezoelectric coefficient
1 中国科学技术大学 国家同步辐射实验室，安徽 合肥 230029
2 中国科学院 西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
3 中国科学院 上海硅酸盐研究所，上海 200050
4 中国科学院 上海高等研究院，上海 201204
第4代同步辐射光源及自由电子激光装置中束线光学系统对光学元件性能提出了苛刻的要求。使用压电变形镜是实现超高面形精度调控和实施波前补偿的有效途径，也是目前亟需突破的国产化技术瓶颈。针对这一问题，研制了长度为200 mm、含36个单元压电促动器的压电变形镜。通过数值模拟优化了变形镜结构参数，利用国产工艺完成了变形镜样机的制作，并对其面形调控能力进行初步探究。测试结果表明：所研制变形镜样机的平面面形误差可降低至1.38 nm (rms)，斜率误差降低至240 nrad (rms)，实现了平面面形的nm级调控。
压电变形镜 面形误差 同步辐射 自适应光学 bimorph mirror surface profile error synchrotron radiation adaptive optics
1 华南师范大学信息光电子科技学院 广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室, 广东 广州 510006
2 湖北大学物理与电子科学学院 铁电压电材料与器件湖北省重点实验室, 湖北 武汉 430062
3 中国科学院 无机功能材料与器件重点实验室, 上海 200050
4 华南师范大学 实验中心, 广东 广州 510006
采用溶胶-凝胶法制备Li1.0Nb0.6Ti0.5O3∶Eu3+红色荧光粉, 讨论了煅烧温度、煅烧时间以及Eu3+掺杂浓度对样品发光性能的影响。通过XRD、荧光光谱分别对样品的性能进行表征, 结果表明: 样品的晶相结构为“M-相(M-phase)”。在466 nm蓝光激发下, 合成的荧光粉具有橙光(593 nm)和红光(612 nm)发射。发光强度随着煅烧温度的升高先增大后减小, 最佳的煅烧温度为850 ℃。同时, 随着煅烧时间的增加, 发光强度先增大后减小, 最佳煅烧时间为6 h。当Eu2O3掺入质量分数为2.5%时, 样品的发光强度达到最大。Li1.0Nb0.6-Ti0.5O3∶Eu3+红色荧光粉在白光LED的应用中具有潜力。
溶胶-凝胶法 Eu3+掺杂 红色荧光粉 发射光谱 sol-gel method Eu-doped red phosphor emission spectrum
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Electronic Engineering, School of Information Science and Engineering, Xiamen University, Xiamen 361005, China
2 School of Physics and Electronic Science, Guizhou Normal University, Guiyang 550001, China
We demonstrate a dual-wavelength passively Q-switched Nd3+-doped glass fiber laser using a few-layer topological insulator Bi2Se3 as a saturable absorber (SA) for the first time, to the best of our knowledge. The laser resonator is a simple and compact linear cavity using two fiber end-facet mirrors. The SA is fabricated by Bi2Se3/polyvinyl alcohol composite film. By inserting the SA into the laser cavity, a stable Q-switching operation is achieved with the shortest pulse width and maximum pulse repetition rate of 601 ns and 205.2 kHz, respectively. The maximum average output power and maximum pulse energy obtained are about 6.6 mW and 38.8 nJ, respectively.
060.3510 Lasers, fiber 140.3540 Lasers, Q-switched 140.3530 Lasers, neodymium Chinese Optics Letters
2018, 16(2): 020016
1 华南师范大学信息光电子科技学院 广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室, 广东 广州 510006
2 中国科学院 无机功能材料与器件重点实验室, 上海 200050
3 华南师范大学 实验中心, 广东 广州 510006
以Li2CO3、Nb2O5、TiO2和Eu2O3为原料, 采用固相法制备Eu3+掺杂的5Li2CO3-1Nb2O5-5TiO2(LNT)发光介质陶瓷。通过密度、XRD和荧光光谱测试, 对0.2%(质量分数)Eu2O3掺杂的陶瓷片进行性能表征。结果表明: 1 120 ℃烧结致密的陶瓷片, 其晶相结构为“M-相”与Li2TiO3两相复合构成; 在400 nm的近紫外光激发下, 样品有较强的橙光(592 nm)和红光(615 nm)发射, 分别属于Eu3+的5D0→7F1的磁偶极跃迁和5D0→7F2的电偶极跃迁。
固相法 Eu3+掺杂 发射光谱 激发光谱 solid state reaction method Eu-doped emission spectrum excitation spectrum
1 浙江工业大学激光加工技术工程研究中心, 浙江 杭州 310014
2 浙江省高端激光制造装备协同创新中心, 浙江 杭州 310014
3 杭州汽轮机股份有限公司, 浙江 杭州 310022
4 瑞安市博业激光应用技术有限公司, 浙江 瑞安 325200
为了提高阀门密封面表面的耐磨性及抗汽蚀性, 以高性能阀门典型用316不锈钢为基体材料, 采用高功率宽带半导体激光器在316基体表面制备了Fe-C-Cr-Si-Mo合金熔覆层。通过显微硬度计、扫描电子显微镜、X 射线衍射仪、摩擦磨损试验机及汽蚀装置对熔覆层的硬度、显微组织、耐磨性和抗汽蚀性能进行了研究。结果表明, 采用优化后激光制造工艺参数, 可获得与基体具有良好冶金结合并且稀释率低的熔覆层。熔覆层平均硬度值达到640 HV0.2, 显著高于基体硬度170 HV0.2。熔覆层硬度较高, 晶粒细化形成了“骨架”支撑了表面以抵御磨损和汽蚀破坏, 从而使得熔覆层的耐磨性提高了3倍左右, 熔覆层磨损机制为磨粒磨损, 抗汽蚀性能较基体提高了2.8倍。
铁基合金 激光组合制造 耐磨性 抗汽蚀 ferroalloy laser cladding wear-resistant property cavitation resistance
