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天然萤石晶体电注入着色及其光谱特性

作　者: 马东亮
导　师: 顾洪恩
学　校: 天津大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 电注入着色含氧天然萤石晶体色心光谱分析形成机理
分类号: O73
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

利用电注入着色技术,首次对含氧天然萤石晶体电注入着色,在着色晶体中产生多种色心。对着色晶体进行系统光谱测量和分析,提出色心产生和转化机理。借助测得的电流^时间曲线,对色心产生过程和机理进行更进一步解释。在电注入前,含氧天然萤石晶体中就存在大量O^2- -V_a⁺、O^2- -V_a⁺聚集心和Yb²⁺、Sm²⁺、Ce³⁺等杂质。经点阴极电注入后,这些聚集心和杂质没有消失,又产生了间隙位中性F原子、自陷电子间隙Ca²⁺离子、自陷空穴Ca²⁺离子空位和F、F2色心。通过观测和分析电注入前、后的吸收谱,发现吸收谱中都含有O^2- -V_a⁺和O^2- -V_a⁺聚集色心强吸收带,说明这些聚集色心未被晶体所含Yb²⁺,Ce³⁺和Sm²⁺杂质离子中和。这些未被中和的O^2- -V_a⁺和O^2- -V_a⁺聚集色心阻碍第二碱土阴极形成,从而导致F色心不能直接产生。本实验装置中具有独特的石墨颗粒阳极阵列。此阵列使得V色心首先在阳极附近晶体内产生,经吸收光子后转化为F色心,而F色心进一步聚集产生F2色心。在进行电注入时,记录电流和时间数据,并据此绘制出电流^时间关系曲线。各区域电流皆由离子运动和卤离子与阳极阵列交换电子构成。给出电流^时间曲线上电流区域形成机理和色心产生与电流区域形成的密切关系。通过多次实验总结得出,在电注入温度813 K、直流电压1200 V和实验时间75 min条件下对含氧天然萤石晶体进行电注入,其着色最有效。同样,在点阳极情况下,含氧天然萤石晶体经电注入后,晶体中O^2- -V_a⁺、O^2- -V_a⁺聚集心和Yb²⁺、Sm²⁺、Ce³⁺等杂质没有消失,又产生了自陷电子间隙Ca²⁺离子、间隙位中性F原子和F、F₂色心。根据着色晶体吸收光谱和电流^时间曲线特性可知,此处电流^时间曲线中各电流区域形成机理与在点阴极电注入情况下各电流区域形成机理基本相同。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-11
  1.1 研究背景  8-10
  1.2 本文工作  10-11
第二章离子晶体的色心理论基础及近代分光光度计  11-29
  2.1 晶体的点缺陷  11-12
    2.1.1 离子晶体中点缺陷的产生方式  11-12
    2.1.2 离子晶体中点缺陷的运动方式  12
  2.2 离子晶体的色心理论  12-16
    2.2.1 F心的ESR谱和ENDOR谱  14-15
    2.2.2 F聚集色心  15
    2.2.3 俘获空穴色心  15
    2.2.4 卤化碱晶体以外的绝缘体  15-16
  2.3 常规光谱法  16-17
  2.4 近代分光光度计  17-29
    2.4.1 分光光度计分类  17
    2.4.2 紫外-可见光光度计组件  17-29
      2.4.2.1 光源  17-18
      2.4.2.2 滤光片  18-19
      2.4.2.3 单色器  19-22
      2.4.2.4 样品室  22
      2.4.2.5 检测器  22-25
      2.4.2.6 信号放大和测量  25-26
      2.4.2.7 结果显示  26-29
第三章研究方法  29-32
  3.1 实验方法  29
  3.2 电注入着色装置  29-30
    3.2.1 着色室  29-30
    3.2.2 加热体  30
    3.2.3 样品承载装置  30
  3.3 电注入着色的理论基础  30-31
  3.4 研究细节  31-32
    3.4.1 样品制备  31
    3.4.2 实验过程  31-32
第四章研究结果  32-51
  4.1 室温下天然萤石晶体光谱位置的确定  32-33
  4.2 点阴极电注入  33-44
    4.2.1 实验结果  33-41
    4.2.2 讨论  41-44
      4.2.2.1 不同条件对电注入的影响  42-43
      4.2.2.2 色心形成机理  43-44
      4.2.2.3 电流区形成机理  44
  4.3 点阳极电注入  44-51
    4.3.1 实验结果  44-49
    4.3.2 讨论  49-51
      4.3.2.1 不同电注入条件的影响  49-50
      4.3.2.2 色心形成机理  50
      4.3.2.3 电流区形成机理  50-51
第五章结论  51-53
参考文献  53-57
发表论文和参加科研情况说明  57-58
致谢  58

天然萤石晶体电注入着色及其光谱特性

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