lexsyg释光探测器:掺入石榴石型Li7La3Zr2O12的发光研究
lexsyg释光探测器 | 在材料表征科研领域应用分享
突破性研究:Ce掺杂石榴石材料发光机制解决
——Lexsyg光谱仪助力克莱姆森大学揭示固态电解质新特性
文章来源:https://doi.org/10.1016/j.optmat.2016.09.058
研究背景
美国克莱姆森大学团队取得重要突破。他们通过Ce掺杂实验,系统研究了锂离子电池关键材料——石榴石型Li7La3Zr2O12(LLZO)的发光特性,揭示了稀土离子在复杂晶格中的占据规律与温度响应机制。
Lexsyg research:实验成功的关键
研究采用固相反应法合成不同Ce掺杂量(x=0-0.05)的LLZO粉末,通过三次球磨煅烧获得高纯样品。重要数据采集依赖lexsyg research系统(配置参数见文末):
1)高灵敏探测:搭载Andor DU920P-BU CCD相机,成功捕获微弱发光信号
2)精确温控技术:实现室温至250℃原位RL光谱连续采集
3)动态解析能力:通过Varian VF-50J X射线管(40kV/1mA)激发样品
三大重要发现
一、结构演变图谱
1)未掺杂样品为纯四方相(ICSD#183684)
2)x=0.05时转变为立方相(ICSD#261302)+ Ce₄O₇杂相
3)Li₂ZrO₃杂相存在于所有掺杂样品中
二、双发射带机制(图1)
1)2.78eV峰:Ce³⁺占据La(2)O₈位点(键距较短)
2)2.41eV峰:Ce³⁺占据La(1)O₈位点(键距较长,更易取代)
3)掺杂量x=0.05时新增2.15eV峰(立方相特征峰)
图1. 室温RL光谱(Ce掺杂对比)
三、热稳定性突破(图2)
1)50-60℃时发光强度衰减50%
2)250℃时未掺杂样品信号消失,5%Ce样品仍存微弱发光
3)2.41eV峰热淬灭速率是2.78eV峰的1.8倍
图2. 变温RL光谱解析
产业应用价值
本研究发现为多功能材料开发提供新方向:
✓ 自诊断电池:利用发光特性实时监测电解质结构变化
✓ 新型传感器:筛选热稳定性优异的Ce掺杂位点组合
✓ 光电材料:通过晶格位点调控优化能量转换效率
仪器技术亮点
lexsyg research系统在本研究中的关键作用:
▶ 宽域温控:-40℃~700℃原位测试能力
▶ 极低噪声:DU920P-BU相机实现0.01eV级分辨率
▶ 多源兼容:支持X射线/UV/电子束等多模式激发
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