高熵鈣鈦礦型稀土鋁氧化物最新Advanced Science

by搬磚仔兒

一、導讀

閃爍材料廣泛應用于核能、醫學成像、高能物理等領域。Ce³⁺和Eu³⁺,Tb³⁺摻雜的鈣鈦礦型稀土鋁氧化物，具有較高的原子序數，高產額，較快的衰減等特性，受到了人們的廣泛關注。其中Ce³⁺由于其高效的5d→4f躍遷及能夠發射從紫外到藍光的特性，使其作為發光激活劑廣泛應用于稀土金屬氧化物中。此外，摻雜多個發光位點可以提高發光效率，減少到發光中心的軌道距離，縮短衰減時間。然而，設計制備摻雜的鈣鈦礦型稀土金屬氧化物目前仍然是困難重重，盡管不同的A位陽離子的摻雜含量可以調節禁帶寬度和缺陷水平，但仍可能會引起熱激發發光曲線（TSL）的偏移，缺陷的生成，甚至衰減時間的提升，光產額的降低等，不利于閃爍體的性能的提升。高熵氧化物為設計穩定的晶格及特定的性能的材料，提供了可能，而脈沖激光沉淀（PLD）法制備鈣鈦礦型的高熵材料實現了多種化學計量的復雜材料的高度結晶的單一相。

二、成果掠影

最近，紐約州立大學水牛城分校Quanxi Jia課題組發表了相關性論文，利用熵驅動的結構穩定效應設計并制備了具有等比例的A位陽離子鈣鈦礦復合氧化物體系。其中，制備出的鈣鈦礦型稀土鋁氧化物(La_0.2Lu_0.2Y_0.2Gd_0.2Ce_0.2)AlO₃具有三種相同的外延結構，即由單斜形式的畸變引起鈣鈦礦立方相轉化為斜方相。同時由于該材料的陽離子Cd³⁺在286.5nm具有最強激發強度和Ce³⁺在405nm發射光譜下的能量轉移，表明了其應用于高能轉換領域的可能。第一作者為Zachary J. Corey，通訊作者為Quanxi Jia和Aiping Chen教授。相關文章以“Structural and Optical Properties of High Entropy (La,Lu,Y,Gd,Ce)AlO₃?Perovskite Thin Films”發表在Advanced science上。

三、核心創新點

制備出了具有相同濃度的稀土陽離子高熵鈣鈦礦氧化物薄膜（147nm），同時保持(La_0.2Lu_0.2Y_0.2Gd_0.2Ce_0.2)AlO₃?單一相。

四、數據概覽

圖一：REHEPO/LAO異質結的XRD圖譜：a) 2θ-ω scan下在LAO (001)晶面上生長的REHEPO薄膜的XRD圖譜，b) (113)晶面的倒易空間圖展示了受到應力的LAO薄膜，c) ?ω-scan的薄膜（002）峰的XRD圖譜，d) ??-scan下REHEPO的（011）和LAO的（011）XRD圖譜。?2022 The authors?

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（注：幾種XRD掃描的方法區別http://muchong.com/t-9788089-1）

圖二：REHEPO薄膜結構表征之STM圖譜?2022 The authors

圖三：REHEPO結構的原子級能量散射X射線圖譜?2022 The authors

圖四：LAO和REHEPO/LAO的紫外可見光吸收光譜?2022 The authors

圖五：LAO和REHEPO/LAO的光致發光光譜?2022 The authors

圖六：激發/發射下的REHEPO薄膜中Gd³⁺?and Ce³⁺?的能級圖?2022 The authors

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五、成果啟示

具有等比例的A位陽離子的高熵氧化物體系可以在保持高度結晶單晶相和理想的發光位點的同時可以得到理想的光學發光，這為設計和制備閃爍材料應用于高能物理，核能等領域提供了指導思路。同時，調節A位陽離子可以進一步調節晶胞結構單元和晶格常數，使其能應用于其他基底上，擴大其應用范圍。此外，基于A位添加不同的發光元素，還可以實現光轉換的高度可調性。該工作為高熵氧化物應用于閃爍體及輻射探測領域提供了設計及制備思路。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202202671