玻璃中热致组分离子迁移行为及其对性能的影响
发布时间：2021-06-22 00:40
温度触发的离子迁移是固体中常见且重要的物理化学过程和现象,在光功能器件如高功率激光放大和高功率激光显示器件中也可能存在这种现象。在高功率激光泵浦下,器件短时间积累的热量会造成发光晶体或玻璃光纤的温度快速升高,进而造成光功能材料微结构变化,甚至还会导致材料热断裂。材料在断裂之前可能存在热致离子迁移过程,该过程与点缺陷的形成及其无规则布朗运动相关。因此,深入研究光功能材料中热致组分离子迁移行为,不仅可以从机理上认识离子迁移导致玻璃微观结构变化与性质之间的关系,而且在实时监测光功能材料/器件性能和预警材料损伤方面具有重要的技术参考意义。然而目前现有的材料表征手段并不能满足原位无损的测试/表征要求。本论文基于本科研团队在Yb3+-Er3+上转换发光响应氧离子导体中热致氧离子迁移的前期研究基础之上,在钠钙硅酸盐光学玻璃研究Yb3+-Er3+上转换发光对热致Na+离子迁移行为的响应规律,并计算离子跳跃距离、分析玻璃结构变化和利用发光理论理解离子迁移与发光变化的关系。进一步尝试在作为光纤激光...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)点缺陷形成机制；(b)在热涨落作用下，离子无规则布朗运动
华南理工大学硕士学位论文2势垒很低，因此沿Li+扩散通道的势垒相对平坦。该研究通过模拟分析了超离子导体SIC材料内部离子扩散过程所需跃迁势垒能量，揭示了独特结构框架是SIC材料具有快速离子扩散的原因。这种模拟有助于筛选出高性能超离子导体(SIC)材料。图1-1(a)点缺陷形成机制；(b)在热涨落作用下，离子无规则布朗运动Fig.1-1(a)Defectformationmechanism;(b)IonsirregularBrownianmotioncausebythermalfluctuation图1-2超离子导体材料(a)Li10GeP2S12、(b)Li7La3Zr2O12、(c)Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3中，多个Li+离子沿扩散通道协同迁移下一近邻位置的跃迁势垒能量；插图为Li+迁移路径(绿色球)和O/S离子分布(黄色球)；(d-f)单个Li+沿多个Li+离子位点(绿色球体)和Li+离子路径(红色线条)的跃迁势垒能量[15]Fig.1-2Migrationenergybarrierinsuper-ionicconductors(a)Li10GeP2S12,(b)Li7La3Zr2O12,(c)Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3forconcertedmigrationofmultipleLiionshoppingintothenextsitesalongthediffusionchannel.InsetsshowtheLi+path(greenspheres)andO/Sions(yellowspheres);(d-f)TheenergylandscapeofsingleLi+alongthemigrationchannelacrossmultipleLisites(greensphere)andLi+pathway(redlines)[15]
华南理工大学硕士学位论文6图1-4(a)经飞秒激光辐照后，67SiO2-7CaO-9K2O-9Na2O-4ZnO硅酸盐玻璃焦点区域的离子分布以及各离子相对含量分布；(b)硅酸盐玻璃内部飞秒激光(热)致离子迁移/扩散趋势的示意图；(c)经飞秒激光辐照后，硅酸盐玻璃内部折射率分布变化，插图为辐照区域的光学显微镜图像[39]Fig.1-4(a)Iondistributionandrelativeconcentrationprofilearoundthefocalpointafterfemtosecondlaserirradiationin67SiO2-7CaO-9K2O-9Na2O-4ZnOglass;(b)Schematicofthetendencyoffemtosecondlaserinducedionmigrationinsideasilicateglass;(c)Refractiveindexprofilechangeproducedbyfocusedfemtosecondlaserpulsesinsideasilicateglass;Theinsetshowsanopticalmicroscopeimagesofthemodifiedregionbyultrafastlaserirradiation[39]1.3固体中热致离子迁移的研究手段热致组分离子迁移现象广泛存在于离子导体材料、电化学器件和光功能材料/器件中，研究者一直致力于洞悉这种离子传输过程及其缺陷形成机制。目前对于此类离子导体材料的研究中，传统表征氧空位形成、离子迁移的手段主要有交流阻抗谱[45-47]、内耗谱[48]、中子衍射[49,50]、以及DFT计算辅助[51,52]等。交流阻抗法(ACimpedancemethod)，又称电化学阻抗谱，其通过给电化学系统施加一个小振幅的交流正弦电势波，测试系统对扰动的跟随情况[45-47]。在测试过程中保
本文编号：3241759
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)点缺陷形成机制；(b)在热涨落作用下，离子无规则布朗运动
华南理工大学硕士学位论文2势垒很低，因此沿Li+扩散通道的势垒相对平坦。该研究通过模拟分析了超离子导体SIC材料内部离子扩散过程所需跃迁势垒能量，揭示了独特结构框架是SIC材料具有快速离子扩散的原因。这种模拟有助于筛选出高性能超离子导体(SIC)材料。图1-1(a)点缺陷形成机制；(b)在热涨落作用下，离子无规则布朗运动Fig.1-1(a)Defectformationmechanism;(b)IonsirregularBrownianmotioncausebythermalfluctuation图1-2超离子导体材料(a)Li10GeP2S12、(b)Li7La3Zr2O12、(c)Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3中，多个Li+离子沿扩散通道协同迁移下一近邻位置的跃迁势垒能量；插图为Li+迁移路径(绿色球)和O/S离子分布(黄色球)；(d-f)单个Li+沿多个Li+离子位点(绿色球体)和Li+离子路径(红色线条)的跃迁势垒能量[15]Fig.1-2Migrationenergybarrierinsuper-ionicconductors(a)Li10GeP2S12,(b)Li7La3Zr2O12,(c)Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3forconcertedmigrationofmultipleLiionshoppingintothenextsitesalongthediffusionchannel.InsetsshowtheLi+path(greenspheres)andO/Sions(yellowspheres);(d-f)TheenergylandscapeofsingleLi+alongthemigrationchannelacrossmultipleLisites(greensphere)andLi+pathway(redlines)[15]
华南理工大学硕士学位论文6图1-4(a)经飞秒激光辐照后，67SiO2-7CaO-9K2O-9Na2O-4ZnO硅酸盐玻璃焦点区域的离子分布以及各离子相对含量分布；(b)硅酸盐玻璃内部飞秒激光(热)致离子迁移/扩散趋势的示意图；(c)经飞秒激光辐照后，硅酸盐玻璃内部折射率分布变化，插图为辐照区域的光学显微镜图像[39]Fig.1-4(a)Iondistributionandrelativeconcentrationprofilearoundthefocalpointafterfemtosecondlaserirradiationin67SiO2-7CaO-9K2O-9Na2O-4ZnOglass;(b)Schematicofthetendencyoffemtosecondlaserinducedionmigrationinsideasilicateglass;(c)Refractiveindexprofilechangeproducedbyfocusedfemtosecondlaserpulsesinsideasilicateglass;Theinsetshowsanopticalmicroscopeimagesofthemodifiedregionbyultrafastlaserirradiation[39]1.3固体中热致离子迁移的研究手段热致组分离子迁移现象广泛存在于离子导体材料、电化学器件和光功能材料/器件中，研究者一直致力于洞悉这种离子传输过程及其缺陷形成机制。目前对于此类离子导体材料的研究中，传统表征氧空位形成、离子迁移的手段主要有交流阻抗谱[45-47]、内耗谱[48]、中子衍射[49,50]、以及DFT计算辅助[51,52]等。交流阻抗法(ACimpedancemethod)，又称电化学阻抗谱，其通过给电化学系统施加一个小振幅的交流正弦电势波，测试系统对扰动的跟随情况[45-47]。在测试过程中保
本文编号：3241759
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