1 北京航空航天大学物理学院，北京 100191
2 澳大利亚国立大学物理学院电子材料工程研究室，澳大利亚堪培拉 2601
超分辨荧光成像技术因其能够突破光学衍射极限的限制，为生命科学研究带来全新的观察尺度而获得了诺贝尔化学奖。但是，传统的超分辨荧光显微镜需要极为复杂的光学系统来突破衍射极限，通常伴随着明显的光毒性和低时间分辨率，昂贵的造价以及日益复杂的操作限制了其在生物医学领域中的推广应用。因此，全球各大研究团队都在积极寻求具有近红外、高亮度和抗光漂白的替代荧光探针，并通过改善成像装置与算法，进一步拓展超分辨显微技术的应用范围。稀土元素纳米材料由于其独特而优异的物理化学特性，如显著的反斯托克斯光谱位移、无背景噪声、抗光漂白、光稳定性、低毒性和高成像穿透能力等，持续受到化学、物理学和材料学领域的广泛关注，是近期兴起的一种稳定性优异的无机荧光探针。本文首先简要介绍了上转换纳米颗粒的发光机制，然后讨论了纳米结构材料中实现光子上转换的主要限制。此外还介绍了镧系元素掺杂上转换纳米粒子在超分辨生物成像、分子检测等领域的应用，以及介绍了包括降低激光功率要求和耦合技术难度、提高激光直扫成像分辨率与速度、提高多路复用成像效率等应用技术优势。最后重点介绍了颗粒合成方面的主要挑战、可行的改进措施以及对未来发展的展望，为稀土纳米材料在生命科学成像领域的推广应用提供有力的理论基础与技术支撑。
荧光显微 超分辨成像 上转换纳米颗粒 镧系离子掺杂 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618018
1 1.北京交通大学 理学院, 应用微纳米材料研究所, 北京 100049
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海200050
基于声表面波(Surface acoustic wave, SAW)技术的无线无源器件是在极端条件下工作的首选传感器, 其中压电衬底在高温环境下的稳定性是影响SAW器件性能的关键因素。钽酸镓镧(LGT)晶体因电阻率高和稳定性好, 是SAW器件理想的高温压电衬底。为了全面评估LGT晶体的高温电阻率和材料系数稳定性, 本工作分别测试了纯LGT和掺铝钽酸镓镧(LGAT)晶体在氧气、氮气和氩气气氛中的高温电阻率, 并采用超声谐振谱(Resonant ultrasound spectroscopy, RUS)技术定征了纯LGT晶体高温全矩阵材料系数。电阻率测试结果显示, 在不同气氛下LGT晶体的高温导电行为明显不同, 纯LGT晶体在400~525 ℃范围内, 氮气中的电阻率最高; 在525~700 ℃范围内, 氩气中的电阻率最高, 700 ℃电阻率高达2.05×106 Ω·cm; 而对于LGAT晶体, 在整个测试温度区间氮气中的电阻率均最高, 700 ℃电阻率达1.12×106 Ω·cm, 略低于纯LGT晶体。高温全矩阵材料系数测试结果显示, 室温~400 ℃范围内, LGT晶体的电弹性能稳定, 随着温度升高, 弹性系数略有降低, 而压电系数d11几乎保持不变。以上结果表明, LGT晶体在高温下具有非常高的电阻率和材料稳定性, 适合作为压电衬底用于制备高温压电器件。本工作的研究结果为LGT基高温压电器件的设计与制备奠定了基础。
钽酸镓镧 高温电阻率 封装气氛 高温材料系数 langatate high temperature resistivity encapsulation atmosphere high temperature material coefficient
1 上海理工大学科技发展研究院 技术转移中心，上海 200093
2 上海理工大学 材料与化学学院，上海 200093
设计合成了一种Eu3+离子功能化的聚合物基稀土杂化探针。利用苯甲酰三氟丙酮（BFA）与镧系Eu3+进行配位反应得到配合物Eu（BFA）3后再进一步与MMA单体进行聚合制备得到聚合物杂化探针分子Eu?（BFA）3@PMMA，对Eu（BFA）3@PMMA的结构和荧光性能进行了详细的探究，并且将其用于肿瘤标志物唾液酸（SA）的传感检测应用。研究结果表明，SA能对Eu（BFA）3@PMMA的荧光产生明显的猝灭效果。此外，在最佳激发波长为325 nm时进行荧光性能对比实验发现Eu（BFA）3@PMMA对SA具有较强的选择性和抗干扰能力，且检出限较低。
镧系配合物 杂化探针 唾液酸 荧光传感 lanthanide complexes hybrid probes sialic acid fluorescence sensing
天津理工大学 材料科学与工程学院, 功能晶体研究院, 天津市功能晶体材料重点实验室, 天津 300384
硼酸钙镧晶体是一种激光基质晶体, 以其优秀的物理特性而受到广泛关注。稀土离子掺杂的硼酸钙镧晶体在紫外激光器领域的研究尚不多见。本研究采用顶部籽晶法成功生长出尺寸为40 mm×21 mm×6 mm的铈掺杂硼酸钙镧晶体。研究了铈掺杂硼酸钙镧晶体室温光谱性质, 测量了室温下其透过光谱以及紫外-吸收光谱, 发现铈离子掺杂导致晶体在200~288 nm以及305~330 nm紫外波段吸收较强。测试了室温下铈掺杂硼酸钙镧晶体的激发光谱, 并且利用波长260 nm的连续光激发得到发射光谱, 发现主要发射带中心波长位于290, 304, 331和353 nm处, 对应于铈离子5d态到2F5/2和2F7/2态的跃迁。对铈掺杂硼酸钙镧晶体的热学性质进行了研究, 发现其在300 K下具有较高的热导率(6.45 W/(m·K)), 且随着温度升高保持良好的热稳定性。358 K条件下, 热膨胀系数及c方向的晶格常数分别为2.94×10-6 /K和0.91240 nm, 随着温度升高至773 K，线性增加到5.3×10-5 /K和0.91246 nm。研究结果表明：铈掺杂硼酸钙镧晶体具有良好的光学性能和热稳定性, 适合应用于紫外激光领域。
铈掺杂硼酸钙镧晶体 光学性能 热稳定性 Ce3+ doped La2CaB10O19 crystal optical property thermal stability
1 国网浙江省电力有限公司温州供电公司, 浙江 温州，325000
2 中国电力科学研究院有限公司，北京 100192
3 国网浙江省电力有限公司，杭州，310063
以固态电解质构建的全固态锂离子电池具有极高的安全性及可靠性，是目前锂离子电池领域的研究热点，其中研发无机物-高分子复合固体电解质用于全固态锂离子电池具有重要意义。通过溶胶-凝胶法及球磨细化制备了纳米级Li7La3Zr2O12 (LLZO)粉末，进而采用溶液浇注法制备出以LLZO为活性填料，聚氧化乙烯(PEO)和聚偏氟乙烯(PVDF)共混的固态复合聚合物电解质。通过场发射扫描电子显微镜以及X射线衍射仪对材料的形貌、物相及电化学性能表征表明：添加质量分数为10%LLZO的LLZO/PEO/PVDF固态复合聚合物电解质具有高离子电导率(8.93×10-5 S/cm)以及稳定的电化学窗口(4.9 V)。添加LLZO之后的LiFePO4/Li全固态电池的倍率性能以及循环性能均得到提高，在60 ℃高温下，容量恢复率为99.4%，0.2 C循环100圈后容量保持率为84.1%。
锂镧锆氧 共混聚合物 固态复合聚合物电解质 全固态锂电池 lithium lanthanum zirconium oxygen blending polymer solid-state composite polymer electrolyte all-solid-state lithium-ion battery
1 北京玻璃研究院有限公司, 北京 101111
2 北京一轻研究院有限公司, 北京 101111
3 中国科学院高能物理研究所, 北京 100043
本文采用改进的坩埚下降法生长了76 mm×76 mm的以氯化铈(CeCl3)为掺质的溴化镧(LaBr3)晶体。该晶体经切割、研磨加工、封装制成超薄铍(Be)金属LaBr3晶体防潮封装件, 封装件的晶体尺寸为76 mm×15 mm, 入射窗选用200 μm厚的Be金属片, 当入射能量为5.9 keV时能量分辨率为55%。对封装件依次开展力学(1 000 g冲击、14.12 g随机振动)、热真空(-40~+50 ℃、≤1.3×10-3 Pa)、辐照(160 krad剂量60Co辐照)试验, 并对试验前后封装件进行闪烁性能表征。结果表明, 试验前后晶体外观无肉眼可见变化, 662 keV的能量分辨率由5.30%变至4.89%, 光输出损失0.2%。
溴化镧晶体 铍金属 坩埚下降法 闪烁晶体 辐射探测 封装 LaBr3 crystal beryllium metal Bridgman method scintillation crystal radiation detection encapsulation
1 兰州空间技术物理研究所 空间环境材料行为及评价技术国防科技重点实验室，兰州 730000
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室，西安 710119
3 中国科学院大学 材料与光电研究中心，北京 100049
为验证La掺杂对于掺铒光纤抗辐照性能的影响，采用La掺杂光纤与无La掺杂光纤进行光纤辐照实验。使用60Co辐照源在常温下对光纤进行累积剂量100 krad，剂量率6.17 rad/s的辐照实验。结果发现，La掺杂光纤在1 200 nm处损耗为0.030 67 dB（km·krad），相比于无La掺杂光纤0.039 53 dB（km·krad）更低，且La掺杂光纤在辐照环境下的增益变化更小。通过光纤吸收谱和EPR谱辐照前后的对比，确定了Al-OHC缺陷为影响光纤辐致损耗的关键因素。La掺杂可以在一定程度上代替Al作为Er离子的分散剂从而增强光纤的抗辐照能力，且La掺杂对光纤的增益性能不会产生负面影响。该研究可为后续特种光纤在空间应用中的抗辐射加固设计提供参考。
激光通信 掺铒光纤 辐射效应 γ辐照 镧掺杂 Laser communication Erbium-doped fiber Radiation effects Gamma irradiation Lanthanum doping
选择刚性有机化合物4-硝基氮氧化吡啶-2-甲酸(POA)作为配体，与稀土金属 La(III)、Pr(III)反应，合成了2个一维配位聚合物。X射线单晶衍射结果表明：配合物1的分子式为{［La(POA)3H2O］·CH3OH}n，属于单斜晶系，空间群是P21/c。该晶胞参数分别为a=1.756 8 nm，b=0.663 6 nm，c=2.048 6 nm，α=90°，β=96.96°，γ=90°,V=2.370 7 nm3，Mr=738.28。配合物2的分子式为{［Pr(POA)3H2O］·H2O}n，属于单斜晶系，空间群是P21/c。该晶胞参数分别为a=1.757 8 nm，b=0.656 9 nm，c=2.046 7 nm，α=90°，β=97.20°，γ=90°,V=2.344 8 nm3，Mr=726.25。两个配合物的配位单元组成和结构相似，中心离子都处于稍变形的三帽三棱柱的配位环境中。通过红外光谱、紫外光谱、热重分析仪和荧光光谱仪对两个配合物的性质进行表征。荧光分析表明，配体和配合物均有较强的荧光性能。
稀土配合物 镧系配合物 镨系配合物 4-硝基氮氧化吡啶-2-甲酸 晶体结构 荧光性质 rare earth complex lanthanide complex praseodymium complex 2-carboxylic acid-4-nitropyridine-1-oxide crystal structure fluorescence property
内蒙古科技大学材料与冶金学院, 包头 014010
铬酸镧基陶瓷具有优异的性能, 在诸多领域内得到广泛的应用。致密的铬酸镧基陶瓷可作为高温固体氧化物燃料电池的连接体材料。本文综述了使用固相法、溶胶-凝胶法、燃烧及水热法等方法制备铬酸镧粉体的过程, 分析了铬酸镧基陶瓷难致密化的原因, 基于现阶段的制备方式总结了能实现致密化过程的多种新型烧结方式, 同时调研了不同位置的掺杂改性及复合等方式在电性能改善方面的研究进展, 最后对后续的研究发展方向进行了展望。
陶瓷 固态氧化物燃料电池连接体 铬酸镧 粉体合成 致密化 掺杂改性 电性能 ceramics solid oxide fuel cell connector lanthanum chromate powder synthesis densification doping modification electrical property
石家庄铁道大学材料科学与工程学院, 石家庄 050043
为构筑高效纸型催化剂用于碳烟消除, 如何设计不同活性基元并实现与基体纤维的协同效应非常重要。通过静电纺丝法制备了一系列La1-xKxMnO3(x=0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5)纳米纤维催化剂, 并以其为基元制备了纸型催化剂用于碳烟催化消除。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱以及程序升温还原等表征手段分析了纳米纤维催化剂中离子掺杂导致活性变化的原因, 并进行了碳烟氧化性能评价。结果表明: 所有的纳米纤维催化剂均呈现单一的钙钛矿结构, 当x≥0.3时, 样品中出现新相K2Mn4O8。样品中活性氧的数量是由K+置换La3+和Mn3+→Mn4+ 2个方面因素造成的。A位离子的置换增加了体系中氧缺陷程度, 但是高含量K的引入引发新相的形成, 使得体系中Mn3+→Mn4+开始占据主导地位, 氧空位数量逐渐增加。样品La0.6K0.4MnO3具有最佳的催化活性, 其T50为347 ℃。将纳米纤维与莫来石纤维按1:1比例制备的纸型催化剂活性最佳, T50为478 ℃。
锰酸镧 纳米纤维 纸型催化剂 碳烟氧化 lanthanum manganate nanofibers paper catalysts soot oxidation
