尖晶石型γ-AlON透明陶瓷的紫外辐照及光学性能研究

摘要

氮氧化铝（γ-AlON）透明陶瓷是一种重要的尖晶石结构材料，由于非化学计量比特点，γ-AlON晶体中包含大量的缺陷微结构，对材料性能产生显著影响。目前，人们对γ-AlON缺陷微结构的研究较少，对于γ-AlON材料性能的报导存在较大差异。本课题采用紫外辐照和退火处理等方法，利用光催化反应仪、荧光分光光度计和热释光光谱仪等检测设备，对γ-AlON材料中的缺陷微结构及其形成机理进行了详细的研究，具体内容和主要结论如下：
　　（1）γ-AlON粉体为纯净的尖晶石结构，尺寸分布300~900nm，平均粒经约580nm，无团聚现象，禁带宽度5.2eV，内含大量的铝空位等缺陷。γ-AlON粉体在2h内，对甲基橙溶液（10mg/L）紫外降解率达到92％。分析表明：γ-AlON晶体中缺陷能级电子跃迁形成的电子-空穴对，在大量缺陷阱辅助作用下有效分离，与甲基橙分子反应并将其降解；
　　（2）γ-AlON透明陶瓷紫外（汞灯）辐照15min后，样品由无色变为蓝紫色；其透过光谱中550nm处出现明显光吸收，与辐照样品呈现蓝紫色相一致。样品中铝空位等缺陷产生的诱导色心，随退火过程表现出一定的迁移性，250℃低温退火即可将其“漂白”；
　　（3）γ-AlON晶体缺陷形成机理为：[Al24O24N8]+3/2O2→[Al23O27N5]+3[ON]+[VAl″′]，主要缺陷结构为VAl″′和ON，理论浓度1/56。VAl″′和ON在静电作用下形成[VAl″′-ON]″、[ON-VAl″′-ON]′和[VAl″′-3ON]等缺陷簇，它们是样品出现辐照诱导着色的根源；
　　（4）γ-AlON透明陶瓷在紫外（371nm）和可见光范围（707nm）内均表现出明显的荧光特性，起源于[VAl″′-ON]″、[ON-VAl″′-ON]′和[VAl″′-3ON]等缺陷能级。分析表明：γ-AlON晶体结构稳定，高温退火处理只影响缺陷扩散运动，表述为：[VAl″′-3ON][ON-VAl″′-ON]′+ON[VAl″′-ON]″+2ONVAl″′+3ON，从而引起缺陷簇的结合形式或相对浓度改变；紫外辐照对缺陷结构无影响，不会改变荧光特性。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2γ-AlON透明陶瓷的研究进展

1.3γ -AlON透明陶瓷的紫外损伤及色心研究

1.4 存在问题与展望

1.5 本文的主要研究内容

第2章 γ-AlON样品制备及检测

2.1 样品制备

2.2 实验仪器

2.3 实验过程

第3章 γ-AlON粉体光催化性能

3.1γ-AlON粉体表征

3.2γ-AlON粉体紫外辐照

3.3γ-AlON粉体光催化性能

3.4 本章小结

第4章 γ-AlON透明陶瓷紫外辐照损伤及缺陷研究

4.1γ-AlON透明陶瓷表征

4.2 紫外辐照损伤机理分析

4.3 损伤机理分析

4.4 本章小结

第5章 γ-AlON透明陶瓷的荧光性能

5.1γ-AlON透明陶瓷高温气氛退火

5.2γ-AlON透明陶瓷荧光性能

5.3 气氛退火对γ-AlON荧光性能影响

5.4 紫外辐照对γ-AlON荧光性能影响

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢