铥元素对钨酸钡结构和性能的影响

铥(Thulium,Tm)是稀土金属中的一种,其凭借着良好的热学、力学、光学和电学等性能,广泛应用于激光技术、激光医学、光纤通信、彩色显示等领域中。值得一提的是,铥离子(Tm3+)凭借着丰富的能级和在可见光波段的荧光发射谱线,而越来越受人们的关注。它与镱离子(Yb3+)一样,可以改善钨酸钡(BaWO4)粉末的性能。

钨酸钡图片

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研究表明,向钨酸钡粉末中加入少量的铥元素,并不会改变钨酸钡结构,来自于周围杂心得电荷补偿可以弥补Tm3+加入造成的电荷失衡问题。也就是说,向BaWO4晶体中掺杂Tm3+,可以被认为是Tm3+取代了部分钡离子(Ba2+)的格位。BaWO4晶体属四方晶系,白钨矿结构,其空间群为I41/a-C4h。从微观的角度上来看,钨酸钡晶体中的Ba2+的周围有8个相邻近的氧离子(O2-)可以定位成两套相互穿插变形的四面体。值得一提的是,由于BaWO4晶体的排杂能力,单掺稀土离子分凝系数比较小,对其进行稀土离子的掺杂较为困难。

铥元素图片

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研究表明,铥元素能够改善钨酸钡晶体的光谱性质,使之更适合应用于光电和微波陶瓷等领域中。与单斜晶系的ZnWO4(钨酸锌)晶体相比,BaWO4晶体对称性较高,在BaWO4晶体中的Tm3+的离子能级分裂现象不明显。因此,掺铥钨酸钡(Tm3:BaWO4)晶体的吸收光谱图比掺铥钨酸锌(Tm3+:ZnWO4)晶体的吸收光谱简单。另外,Tm3+:BaWO4晶体在268nm和362nm光源激发下,可以分别观测到位于477.2nm和455.5nm的可见荧光。

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