lexsyg释光探测器：掺入石榴石型Li7La3Zr2O12的发光研究

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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