天然螢石晶體電注入著色及其光譜特性.pdf

1、天津大學(xué)碩士學(xué)位論文天然螢石晶體電注入著色及其光譜特性Electrolyticcolorationandspectralpropertiesofnaturalfluoritecrystals學(xué)科專業(yè)：材料物理與化學(xué)研究生：馬東亮指導(dǎo)教師：顧洪恩教授天津大學(xué)理學(xué)院二零一零年六月摘要利用電注入著色技術(shù)，首次對含氧天然螢石晶體電注入著色，在著色晶體中產(chǎn)生多種色心。對著色晶體進(jìn)行系統(tǒng)光譜測量和分析，提出色心產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化機(jī)理。借助測得的電流～時間曲

2、線，對色心產(chǎn)生過程和機(jī)理進(jìn)行更進(jìn)一步解釋。在電注入前，含氧天然螢石晶體中就存在大量02v，、02一Va聚集心和Yb2、Sm2、Ce”等雜質(zhì)。經(jīng)點(diǎn)陰極電注入后，這些聚集心和雜質(zhì)沒有消失，又產(chǎn)生了間隙位中性F原子、自陷電子間隙Ca2離子、自陷空穴Ca2離子空位和F、F2色心。通過觀測和分析電注入前、后的吸收譜，發(fā)現(xiàn)吸收譜中都含有02va和02Va聚集色心強(qiáng)吸收帶，說明這些聚集色心未被晶體所含Yb2，ce”和Sm2雜質(zhì)離子中和。這些未被中和的

3、02Va和2va聚集色心阻礙第二堿土陰極形成，從而導(dǎo)致F色心不能直接產(chǎn)生。本實(shí)驗(yàn)裝置中具有獨(dú)特的石墨顆粒陽極陣列。此陣列使得V色心首先在陽極附近晶體內(nèi)產(chǎn)生，經(jīng)吸收光子后轉(zhuǎn)化為F色心，而F色心進(jìn)一步聚集產(chǎn)生F2色心j在進(jìn)行電注入時，記錄電流和時間數(shù)據(jù)，并據(jù)此繪制出電流～時間關(guān)系曲線。各區(qū)域電流皆由離子運(yùn)動和鹵離子與陽極陣列交換電子構(gòu)成。給出電流～時間曲線上電流區(qū)域形成機(jī)理和色心產(chǎn)生與電流區(qū)域形成的密切關(guān)系。通過多次實(shí)驗(yàn)總結(jié)得出，在電注入溫

4、度813K、直流電壓1200V和實(shí)驗(yàn)時間75min條件下對含氧天然螢石晶體進(jìn)行電注入，其著色最有效。同樣，在點(diǎn)陽極情況下，含氧天然螢石晶體經(jīng)電注入后，晶體中02一Va、02Va聚集心和Yb2、Sm2、Ce3等雜質(zhì)沒有消失，又產(chǎn)生了自陷電子間隙ca2離子、間隙位中性F原子和F、F2色心。根據(jù)著色晶體吸收光譜和電流～時間曲線特性可知，此處電流～時間曲線中各電流區(qū)域形成機(jī)理與在點(diǎn)陰極電注入情況下各電流區(qū)域形成機(jī)理基本相同。關(guān)鍵詞：電注入著色，