本征氧空位缺陷、量子尺寸效应与纳米氧化铝光学特性关联规律的研究

针对颗粒尺寸、晶体结构及缺陷如何影响纳米氧化铝选择性透光薄膜的光学特性这一核心问题，本项目以尺度-结构-功能耦合的方法，通过系统研究纳米氧化铝颗粒在晶体结构演变过程中，光学吸收、光致发光特性随晶体结构转变的变化规律，揭示不同晶型纳米氧化铝光学特性与本征氧空位缺陷的内在关系；通过系统研究纳米氧化铝颗粒光学吸收、光致发光特性随其粒度改变的变化规律，揭示量子尺寸效应对纳米氧化铝颗粒光学特性的影响规律；进而建立纳米氧化铝尺度-晶体结构-光学特性的内在关联，为深入理解纳米氧化铝光学薄膜的透光行为提供理论依据。本项目的研究成果预期对提升纳米氧化铝透光薄膜的光学性能，具有重要的参考价值，为薄膜的加工工艺控制提供理论依据与过程控制参数。

本项目围绕晶体结构与缺陷、尺寸效应与纳米氧化铝光学性质关系这一关键问题，以尺度-结构-功能耦合的方法，系统研究了晶相转变过程中不同Al-O配位基元的转化与吸收光谱的对应关系、尺寸效应及形态结构与吸收、透光与漫反射波谱的变化规律；阐明了晶型转变过程中铝氧配体基元之间转化规律、紫外光吸收与Al-O配位基元堆积有序性的关系、尺寸与形态结构对纳米氧化铝光学特性的影响规律；发明了球形纳米氧化铝晶的新制备技术，应用于节能灯具透光及防护层，具有潜在的技术应用价值。.主要结论与成果如下：.（1）.确定了纳米氧化铝晶型转变中Al-O四面体、五面体及八面体的堆积有序性及相互转化规律。随温度提高，Al-O四面体与八面体含量增加，而Al-O五面体配体减少，gamma相结构骨架更加有序； gamma相六方面心堆积向立方紧密堆积结构转变，Al-O四面体减少至消失，而Al-O八面体增加，alpha相晶格有序性趋于完善。.（2）.发现了Al-O多面体的转化及堆积有序性，决定着其红外、拉曼光谱的吸收特征变化；纳米氧化铝的紫外光吸收与Al-O基元堆积有序性密切相关；无序性Al-O五配体基元、gamma相的六方面心堆积向alpha相立方紧密堆积转变导致的结构无序性，造成紫外吸收宽化至可见光区。引起纳米氧化铝光吸收与发射的中心为单电子氧缺陷（F+色心）及复合体。.（3）.证实了纳米Al2O3薄膜的透光、吸收及漫反射性能与纳米Al2O3颗粒的结晶性有强关联性；结晶完善的相比相纳米Al2O3有更高的透光性能、低的光吸收与漫反射；纳米氧化铝的形态结构对薄膜的光学特性有显著的影响，棒状与无团聚纳米准球形纳米氧化铝有较高透光性与低光吸收性；在3~25nm范围内，alpha相与gamma相Al2O3薄膜的散射无显著差异，粒径对散射的作用不明显，与小颗粒的团聚相关。.（4）.发明了一种球形纳米氧化铝的新制备技术，用于节能灯具氧化铝透光防护层，经用户测定，相比垄断性Degussa产品，提高了灯具的光流明及爬升时间，具有潜在的市场应用价值。该技术已开展应用推广，获得了广东省佛山市高明区科技进步二等奖(No.201210)。.本项目已完成项目研究计划的内容。项目执行期间，已公开发表科技论文9篇，待发2篇，其中SCI论文7篇，EI 1篇，ISTP会议论文1篇，国际口头报告1次；申请国家发明专利2件,获得地方科技奖1项。