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稀土双硅酸晶体材料研究取得进展

发布时间:2023年03月17日来源:资源稀土所  作者:陈鹏允

稀土双硅酸盐(rare-earth disilicate, RE2Si2O7)具有良好的耐高温、强耐蚀、抗热冲击性能,与硅基陶瓷基复合材料(CMC)基体的热膨胀率匹配好,是航空发动燃气轮机关键热端部件的新一代热障涂层材料。稀土双硅酸盐晶体还具有良好的高温闪烁性能,在特深层资源勘探(辐射测井)领域也具有广阔的应用前景。但RE2Si2O7仍存在着晶体类型不明确、相结构转变组分不精准、闪烁性能与结构关系不清晰等问题。

最近,广东省科学院资源利用与稀土开发研究所发光团队与四川大学、广州大学开展研究合作,通过X射线单晶衍射、粉末Rietveld精修、同步辐射VUV–UV光谱以及二次谐波(SHG)等技术联用,对RE2Si2O7体系进行了系统研究:(1) 更正了正交相E(δ)-RE2Si2O7 空间群为中心对称的Pnma,而非Pna21非中心群;(2) 通过Bärnighausen tree方法,揭示了三斜相F-RE2Si2O7是单斜相G- RE2Si2O7 是最大translationengleiche 子群;(3) 对该体系的63种化合物,归类为17种结构多型,并阐明了稀土多面体REOn和Si-O-Si基团排布和连接方式与多型结构堆叠密度的关联性;(4) 从结构-发光的构效角度重新审视了(Gd,La)2Si2O7:Ce的辐射发光性质。上述发现对于RE2Si2O7体系的稀土组分高熵结构调制和热学/光学性能优化具有重要意义。




该研究成果于2023年3月7日在Chemistry Of Materials期刊线上发表,广东省科学院资源利用与稀土开发研究所是论文第一单位,研究所陈鹏允博士和林利添副研究员分别为论文的第一作者和通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金、国家外专局和广东省科学院人才引进专项基金等项目的资助和支持。该工作还得到了德国矿物学会(DMK)主席Prof. R. Fischer和德国晶体学会(DGK)主席Prof. T. Gesing在Group-subgroup分析和结构精修等方面的帮助。


论文题目以及链接:PengyunChen,Yuqiao Zhou,JinHe,WeiJiang,JunhaoLi,HaiyongNi,QiuhongZhang,Litian Lin*.OntheCrystalChemistryofRE2Si2O7:RevisitedStructures, Group–SubgroupRelationship,andInsightsofCe3+-Activated Radioluminescence.Chem. Mater.2023.

DOI: 10.1021/acs.chemmater.3c00245.