Ba(B'B")O3陶瓷光学性能第一性原理计算开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

稀土发光材料广泛应用于节能照明、电子信息、光电探测等领域。常用于稀土离子掺杂的基质主要有硅酸盐体系、铝酸盐体系和氮化物体系等透明材料,而这些材料均存在物理化学性质不稳定、熔点低、导热性差等问题,难以满足激光光学、高能粒子探测等应用的要求[1]。透明单晶的钇铝石榴石(YAG)具有导热性好、性质稳定等特点,是目前应用最广泛的发光基质材料。但YAG仍存在结构容忍度低的问题,难以提高稀土离子的掺杂浓度,并且其单晶生长过程十分复杂。这些问题使得其生产成本过高,难以大面积推广和使用。寻找结构容忍度高且易于生产的基质材料势在必行。

钡基复合钙钛矿透明陶瓷不仅具有熔点高、导热性良好、透明度高和物理化学性质稳定等特点,而且与单晶基质相比具有烧结温度低、尺寸形貌易控以及结构容忍度高等优点,是一种非常有潜力的基质材料。2011年,日本村田公司[2]制备出高折射率的Ba(Zr, Mg, Ta)O3透明陶瓷,进行Nd3 掺杂后获得了比YAG更宽的荧光光谱。其可用于超短波脉冲激光器和可调谐激光器,这预示了钡基复合钙钛矿透明陶瓷在稀土发光领域具有广阔的应用前景。

目前,对于钡基复合钙钛矿透明陶瓷的研究尚处于从实验角度探究的阶段。由于钡基复合钙钛矿体系的组分结构变化丰富,实验研究该体系性能变化工作量太过巨大。因此,通过材料计算积累该体系组分结构对光学性能的影响规律,指导材料设计具有重要的科学意义。第一性原理计算是从材料的原子核和电子出发,根据基本物理学方程计算材料的电子结构等基本性质的过程,进而可以得到材料的介电性能等参数,是深入理解材料组分结构和光学性能关系的优异手段[3]。介电性由介质在外场作用下极化响应程度衡量,用复介电系数体现材料所存在的极化相位滞后现象[4, 5]

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