尖晶石型γ-AlON透明陶瓷的紫外輻照及光學(xué)性能研究.pdf

1、氮氧化鋁（γ-AlON）透明陶瓷是一種重要的尖晶石結(jié)構(gòu)材料，由于非化學(xué)計(jì)量比特點(diǎn)，γ-AlON晶體中包含大量的缺陷微結(jié)構(gòu)，對(duì)材料性能產(chǎn)生顯著影響。目前，人們對(duì)γ-AlON缺陷微結(jié)構(gòu)的研究較少，對(duì)于γ-AlON材料性能的報(bào)導(dǎo)存在較大差異。本課題采用紫外輻照和退火處理等方法，利用光催化反應(yīng)儀、熒光分光光度計(jì)和熱釋光光譜儀等檢測(cè)設(shè)備，對(duì)γ-AlON材料中的缺陷微結(jié)構(gòu)及其形成機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的研究，具體內(nèi)容和主要結(jié)論如下：
　?。?）γ-A

2、lON粉體為純凈的尖晶石結(jié)構(gòu)，尺寸分布300~900nm，平均粒經(jīng)約580nm，無團(tuán)聚現(xiàn)象，禁帶寬度5.2eV，內(nèi)含大量的鋁空位等缺陷。γ-AlON粉體在2h內(nèi)，對(duì)甲基橙溶液（10mg/L）紫外降解率達(dá)到92％。分析表明：γ-AlON晶體中缺陷能級(jí)電子躍遷形成的電子-空穴對(duì)，在大量缺陷阱輔助作用下有效分離，與甲基橙分子反應(yīng)并將其降解；
　?。?）γ-AlON透明陶瓷紫外（汞燈）輻照15min后，樣品由無色變?yōu)樗{(lán)紫色；其透過光譜中5

3、50nm處出現(xiàn)明顯光吸收，與輻照樣品呈現(xiàn)藍(lán)紫色相一致。樣品中鋁空位等缺陷產(chǎn)生的誘導(dǎo)色心，隨退火過程表現(xiàn)出一定的遷移性，250℃低溫退火即可將其“漂白”；
　?。?）γ-AlON晶體缺陷形成機(jī)理為：[Al24O24N8]+3/2O2→[Al23O27N5]+3[ON]+[VAl″′]，主要缺陷結(jié)構(gòu)為VAl″′和ON，理論濃度1/56。VAl″′和ON在靜電作用下形成[VAl″′-ON]″、[ON-VAl″′-ON]′和[VAl″′-

4、3ON]等缺陷簇，它們是樣品出現(xiàn)輻照誘導(dǎo)著色的根源；
　?。?）γ-AlON透明陶瓷在紫外（371nm）和可見光范圍（707nm）內(nèi)均表現(xiàn)出明顯的熒光特性，起源于[VAl″′-ON]″、[ON-VAl″′-ON]′和[VAl″′-3ON]等缺陷能級(jí)。分析表明：γ-AlON晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，高溫退火處理只影響缺陷擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，表述為：[VAl″′-3ON][ON-VAl″′-ON]′+ON[VAl″′-ON]″+2ONVAl″′+3ON，從