高熵钙钛矿型稀土铝氧化物最新Advanced Science

by搬砖仔儿

一、导读

闪烁材料广泛应用于核能、医学成像、高能物理等领域。Ce³⁺和Eu³⁺,Tb³⁺掺杂的钙钛矿型稀土铝氧化物，具有较高的原子序数，高产额，较快的衰减等特性，受到了人们的广泛关注。其中Ce³⁺由于其高效的5d→4f跃迁及能够发射从紫外到蓝光的特性，使其作为发光激活剂广泛应用于稀土金属氧化物中。此外，掺杂多个发光位点可以提高发光效率，减少到发光中心的轨道距离，缩短衰减时间。然而，设计制备掺杂的钙钛矿型稀土金属氧化物目前仍然是困难重重，尽管不同的A位阳离子的掺杂含量可以调节禁带宽度和缺陷水平，但仍可能会引起热激发发光曲线（TSL）的偏移，缺陷的生成，甚至衰减时间的提升，光产额的降低等，不利于闪烁体的性能的提升。高熵氧化物为设计稳定的晶格及特定的性能的材料，提供了可能，而脉冲激光沉淀（PLD）法制备钙钛矿型的高熵材料实现了多种化学计量的复杂材料的高度结晶的单一相。

二、成果掠影

最近，纽约州立大学水牛城分校Quanxi Jia课题组发表了相关性论文，利用熵驱动的结构稳定效应设计并制备了具有等比例的A位阳离子钙钛矿复合氧化物体系。其中，制备出的钙钛矿型稀土铝氧化物(La_0.2Lu_0.2Y_0.2Gd_0.2Ce_0.2)AlO₃具有三种相同的外延结构，即由单斜形式的畸变引起钙钛矿立方相转化为斜方相。同时由于该材料的阳离子Cd³⁺在286.5nm具有最强激发强度和Ce³⁺在405nm发射光谱下的能量转移，表明了其应用于高能转换领域的可能。第一作者为Zachary J. Corey，通讯作者为Quanxi Jia和Aiping Chen教授。相关文章以“Structural and Optical Properties of High Entropy (La,Lu,Y,Gd,Ce)AlO₃Perovskite Thin Films”发表在Advanced science上。

三、核心创新点

制备出了具有相同浓度的稀土阳离子高熵钙钛矿氧化物薄膜（147nm），同时保持(La_0.2Lu_0.2Y_0.2Gd_0.2Ce_0.2)AlO₃单一相。

四、数据概览

图一：REHEPO/LAO异质结的XRD图谱：a) 2θ-ω scan下在LAO (001)晶面上生长的REHEPO薄膜的XRD图谱，b) (113)晶面的倒易空间图展示了受到应力的LAO薄膜，c) ω-scan的薄膜（002）峰的XRD图谱，d) ϕ-scan下REHEPO的（011）和LAO的（011）XRD图谱。©2022 The authors

（注：几种XRD扫描的方法区别http://muchong.com/t-9788089-1）

图二：REHEPO薄膜结构表征之STM图谱©2022 The authors

图三：REHEPO结构的原子级能量散射X射线图谱©2022 The authors

图四：LAO和REHEPO/LAO的紫外可见光吸收光谱©2022 The authors

图五：LAO和REHEPO/LAO的光致发光光谱©2022 The authors

图六：激发/发射下的REHEPO薄膜中Gd³⁺and Ce³⁺的能级图©2022 The authors

五、成果启示

具有等比例的A位阳离子的高熵氧化物体系可以在保持高度结晶单晶相和理想的发光位点的同时可以得到理想的光学发光，这为设计和制备闪烁材料应用于高能物理，核能等领域提供了指导思路。同时，调节A位阳离子可以进一步调节晶胞结构单元和晶格常数，使其能应用于其他基底上，扩大其应用范围。此外，基于A位添加不同的发光元素，还可以实现光转换的高度可调性。该工作为高熵氧化物应用于闪烁体及辐射探测领域提供了设计及制备思路。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202202671