[00135319]稀土化合物材料的磁热与上转换发光特性研究

由于稀土元素最外层电子壳层基本相同,而内层的4f轨道电子从La到Lu逐一填充,而使得稀土以及稀土化合物材料表现出异常丰富的物理现象和功能特性。本项目主要针对稀土化合物材料的磁热效应和发光特性,通过组分与结构设计及相关物理性能测试和表征,揭示了稀土元素在相关材料中的特殊作用及规律,并实现了对部分材料的磁热效应和上转换发光特性的有效调控和优化。主要创新点可概括如下： 1、基于磁相变理论结合物理/化学压力调控等方法,实现对稀土金属间化合物材料磁相变设计与优化,探索出具有低场可逆巨磁热效应材料,如TmZn、ErCr2Si2、HoPdIn等材料,在0-2T低磁场下,它们的磁热效应高达传统磁制冷材料Gd的4倍,也远优于经典的巨磁热效应材料。利用高温高压并结合材料复合的方法,成功制备出单相稀土RE4PdMg以及（Gd,Er）NiBC等复合材料,并在材料中获得适于Ericsson循环的桌面型可逆磁热效应,制冷温区最高可达120 K,这些材料在低温磁制冷领域具有潜在的应用前景,为深入理解稀土磁性功能材料存在的相关物理现象与探索新型高性能磁性功能材料提供新的实验和理论依据。 2、提出了核-壳结构纳米晶遗传性生长机理,实现稀土Er上转换发光四个数量级的增强;构建 Yb/Ho/Ce: NaGdF4@Yb/Nd: NaYF4 活性核-活性壳结构纳米晶,通过Nd→Yb（壳）→Yb（核）→Ho多步能量传递以及Ce与Ho交叉弛豫过程实现808激发的单谱带红色上转换发光;研究发现核-壳结构可以避免激光诱导的Er上转换发光热效应,实现精确测温。设计系列双晶相纳米结构玻璃陶瓷复合材料,实现掺杂的稀土发光中心和过渡金属离子分离进入氟化物和氧化物晶格中,有效地抑制两者间不利的能量传递,获得高效双模发光,该双晶相玻璃陶瓷可作为双模荧光温度探针材料。 课题组长期从事稀土化合物材料相关领域研究工作,近十年来,在国内外重要SCI期刊上发表论文100余篇,被引用2000余次。