均相共沉淀法合成钇铝石榴石(YAG)纳米粉末的研究

透明YAG多晶陶瓷具有容易制造、成本低、尺寸大、掺杂浓度高、热导率高、耐热冲击性好、可大批量生产、易实现多层和多功能的陶瓷结构等优点,使得它作为激光介质而成为单晶的强有力的替代者.本实验以Y2O3、Al(NO3)3*9H2O、(NH4)2SO4为原料,尿素为沉淀剂,正硅酸乙酯作为添加剂,采用均相共沉淀法制备出YAG前驱体粉末,在沉淀过程中采用静电稳定、聚合物空间位阻以及共沸方法相结合有效地防止了纳米颗粒硬团聚的形成,YAG前驱体颗粒尺寸小于50nm,并对反应过程中pH值的变化进行研究.采用DTA/TG、IR、 XRD和TEM测试手段对粉末材料进行了表征,根据Scherrer公式计算出晶粒大小,研究了晶粒尺寸分布及其变化情况.研究结果表明:前驱体粉末经过1 200℃温度烧结后,全部转化YAG相,其晶粒尺寸小于50nm,随着烧结温度升高,晶粒平均尺寸增大.     

均相共沉淀法制备钇铝石榴石(YAG)纳米粉末

以Y2O3、Al(NO3)3·9H2O、(NH4)2SO4为原料,尿素为沉淀剂,正硅酸乙酯作为添加剂,采用均相共沉淀法制备出YAG前驱体粉末,在沉淀过程中采用静电稳定、聚合物位阻以及共沸方法相结合有效地防止了纳米颗粒硬团聚的形成,前驱体颗粒尺寸小于100nm.采用DTA/TG、IR、XRD和TEM测试手段对粉末材料进行了表征,根据Scherrer公式计算出晶粒大小,研究了晶粒尺寸分布及其变化情况.研究结果表明前驱体粉末经过1200℃温度烧结后,全部转化YAG相,其晶粒尺寸小于50nm,随着烧结温度提高,晶粒平均尺寸增大.     

均相沉淀法制备掺钕钇铝石榴石(Nd∶YAG)纳米粉末

采用均相沉淀法,以Al(NO3)3.9H2O、Y2O3、Nd2O3、(NH4)2SO4和NH4HCO3为原料,正硅酸乙酯为添加剂,制备Nd∶YAG纳米粉末;并探讨了均相沉淀法制备Nd∶YAG纳米粉末的反应机理。研究结果表明,粉体在800℃时为无定型态,当温度达到900℃时析出大量YAlO3(YAP)和少量Y3Al5O12(YAG)晶体,当温度达到1000℃时就全部转化为YAG立方晶相;混合溶液生成沉淀物是由Al 3+的沉淀所决定的;Al 3+首先均相成核,随后Y3+和Nd3+以Al沉淀物为异相核发生异相成核,形成的沉淀物覆着于Al沉淀物表面,推测沉淀物结构可能为钇包覆铝的核壳结构。     

光学基质粉体YAG及荧光粉体Ce:YAG的制备与表征

采用共沉淀法制备出尺寸分布均匀、分散性良好的立方相钇铝石榴石(YAG)与Ce:YAG纳米粉体.考察了煅烧温度和时间对粉体物相和颗粒大小的影响及Ce~(3+)的掺杂量对Ce:YAG粉体的荧光光谱的影响.借助IR、XRD、BET、SEM和荧光分析仪等测试手段对前驱体、YAG及Ce:YAG纳米粉体进行了表征与分析.结果表明:共沉淀前驱体经900℃煅烧2h后可得到纯立方相的YAG(Ce:YAG)纳米粉体;所得Ce:YAG粉体具有较好的荧光特性且Ce~(3+)的掺杂量增加会造成其荧光光谱红移.     

化学沉淀法制备YAG透明陶瓷粉体研究进展

YAG透明陶瓷作为激光增益介质,在国防和民用领域具有广泛的应用。因其制备周期短、成本低、易于实现大尺寸制备等优势,是单晶和玻璃材料的理想替代品。而纯度高、分散性好、粒径分布均匀的YAG纳米粉体是制备高性能YAG激光透明陶瓷的关键。本文分析了液相沉淀法中影响YAG透明陶瓷粉体性能的主要因素,回顾了国内外在液相沉淀法制备YAG纳米粉体方面的研究进展,并对液相沉淀法制备球形钇铝石榴石粉体的研究前景和发展方向进行了展望。     

高透光率Nd:YAG透明陶瓷的制备与性能研究

以Y(NO₃)₃·6H₂O、Al (NO₃)₃·9H₂O、(NH₄)₂SO₄和Nd(NO₃)₃为原料, NH₄HCO₃为沉淀剂, 以TEOS作为添加剂, 采用共沉淀法制备出Nd:YAG前驱体粉体; 前驱体经过1200℃煅烧5h后, 得到分散性好, 颗粒近似球型、纯YAG立方相的Nd:YAG纳米粉体, 其平均粒径约为100nm. 煅烧后的粉体压制成素坯, 在1700～1800℃煅烧10h, 可获得透光性良好的Nd:YAG激光透明陶瓷, YAG晶粒的平均尺寸为15μm, 晶界处和晶粒内没有杂质、气孔存在, 无散射中心. 1.5mm厚的样品在近红外波长为1064nm处透过率为83.5%, 基本接近于透明Nd:YAG晶体的理论值.     

钇铝石榴石(YAG)透明激光陶瓷的研究进展

透明陶瓷的制备技术不断成熟,其中部分透明陶瓷可用作激光放大介质,即透明激光陶瓷。透明激光陶瓷材料具有传统玻璃和单晶激光材料无法比拟的材料性能和光学特性,稀土离子掺杂的钇铝石榴石(YAG)多晶透明陶瓷是目前应用范围最广的固体激光材料之一。回顾了透明陶瓷的发展史,并以YAG透明陶瓷为例,介绍了透明陶瓷的应用领域、研究概况、制备工艺及目前面临的技术难题。     

溶胶-凝胶燃烧法制备YAG:Sm粉体及其性能

采用溶胶-凝胶燃烧法制备出掺钐钇铝石榴石(YAG:Sm)荧光粉,并研究了凝胶化加热温度、柠檬酸/硝酸盐比值(MRCM)、pH值等因素对前驱体和YAG粉体性能的影响。结果表明:当加热温度为80℃,MRCM=1~2,pH值在1~3时,凝胶化时间较短,胶体成型情况良好;随着热处理温度的升高,前驱体从金属羧酸盐变成无定形碳酸盐,至900℃转变为纯YAG相。Sm3+:YAG在550~750nm波段内的发射峰对应于Sm3+的4G5/2→6HJ(J=5/2,7/2,9/2和11/2)能级跃迁,其中对应4G5/2→6H7/2跃迁的发射峰强度最大。     

水热法合成YAG粉体的制备工艺

对水热法制备晶体的工艺过程进行了研究。通过实验成功地用水热法制备出了ＹＡＧ单晶粉。用ＸＲＤ方法研究了产物中钇铝石榴石的含量，用ＳＥＭ观察了产物中钇铝石榴石的形貌和晶粒大小。同时对水热工艺中保温温度对产物中钇铝石榴石含量的影响作了探讨。     

喷雾干燥-高温热处理两步法制备YAG∶Ce~(3+)荧光粉

以喷雾干燥-高温热处理两步法,由含聚合铝阳离子的前驱体悬浊液,制得了YAG∶Ce3+荧光粉。用XRD、SEM、荧光光谱等研究了热处理温度、前驱体悬浊液浓度对YAG晶相的形成、粉末颗粒形貌及发光性能的影响。发现前驱体悬浊液浓度由0.03mol/L提高到0.09mol/L时,热处理后所得荧光粉颗粒尺寸增大,并趋近球形;前驱体悬浊液浓度为0.09mol/L,热处理温度从1300℃提高到1500℃时,荧光粉相对亮度提高。YAG∶Ce3+粉末900℃热处理2h可获YAG相;所制备的YAG∶Ce3+荧光粉颗粒无空心,团聚程度低。     

醇-水热法制备钇铝石榴石(YAG)纳米粉体

首先采用共沉淀法制备钇铝石榴石前驱体,然后以乙醇-水混合溶剂作为反应介质,在较低的温度(300℃)和压力(10MPa)下,制备分散性好的钇铝石榴石纳米粉体.并借助XRD,TEM,BET与IR等测试手段,对所制备样品的性能进行了表征.实验结果表明,在适当的醇-水比条件下可在较低的温度和压力下制备纯相的YAG纳米粉体,其粒度大约为20nm,分散性良好.并对YAG的醇-水热形成机理进行了初步探讨.     

掺钕钇铝石榴石透明陶瓷 (Nd:YAG)体视学研究

采用低温燃烧法合成出掺钕钇铝石榴石(Nd：YAG)粉末,经模压300MPa成型,于1700℃真空烧结5h,制备出尺寸φ9mm×1mmNd：YAG透明陶瓷片．对Nd：YAG透明陶瓷片进行光透过率、场发射-环境扫描电镜测量．采用体视学原理与方法定量地研究了Nd：YAG透明陶瓷的微观结构参数和光透过率之间的关系．研究结果表明：尺寸φ9mm×1mmNd：YAG透明陶瓷片在可见光波段光透过率约为45％,在近红外光波段约为55％；随着入射光波长的增加,光透过率增加；随着晶粒三维球当径(D_(3S))的增加,光透过率增加,当D_(3S)约为20μm时,Nd：YAG透明陶瓷光透过率接近单晶理论值；随着晶粒以及单个晶粒平均比表面积的增加,光透过率降低；随着晶粒三维平均自由距离的增加,光透过率降低．     

稀土掺杂YAG透明激光陶瓷的粉体制备研究

分别用尿素和碳酸氢铵作沉淀剂制备出性能良好的透明RE∶YAG(RE=Nd,Yb,Er)陶瓷粉体,并应用DTA-TG、XRD、SEM等测试手段分析其粉体结构和形貌.结果表明在适当温度煅烧过程中,失重约40%,所得到的RE:YAG粉末结晶性能良好,粒度在100-150nm之间.而且经烧结后的陶瓷断面气孔率低,多晶晶粒尺寸在1-2μm之间.本文亦对CO2的过饱和度对粉体的粒径大小及形成YAG粉的机理进行了探讨.     

共沉淀法制备Nd:YAG纳米粉体与机理探讨

以碳酸氢铵为沉淀剂采用共沉淀法和添加分散剂的方式．获得具有高烧结活性的碳酸盐前驱体,这种前驱体在较低的温度下烧结即可转变成相。同时借助DTA-TG、IR、XRD和TEM等测试手段对前驱体和YAG粉体进行表征。结果表明：在分散剂存在的情况下,此800℃左右煅烧2h前驱物直接转变为纯的YAG相,而无其它的杂质相,所得的YAG粉体的颗粒尺寸约20nm．是单分散的形貌近似球形的。此外不同温度下粉体的荧光性质表明,随着烧结温度的提高发光强度有所增加。     

3D Printing of Micrometer-Sized Transparent Ceramics with On-Demand Optical-Gain Properties

Transparent ceramics are usually polycrystalline materials, which are wildly used in many optical applications, such as lasers. As of today, the fabrication of transparent ceramic structures is still limited to conventional fabrication methods, which do not enable the formation of complex structures. A new approach for 3D printing of micrometer-size, transparent ceramic structures is presented. By using a solution of metal salts that can undergo a sol–gel process and photopolymerization by two-photon printing, micrometer-sized yttrium aluminum garnet (YAG) structures doped with neodymium (Nd) are fabricated. The resulting structures are not only transparent in the visible spectrum but can also emit light at 1064 nm due to the doping with Nd. By using solution-based precursors, without any particles, the sintering can be performed under air at ambient pressure and at a relatively low temperature, compared to conventional processes for YAG. The crystalline structure is imaged at atomic resolution by ultrahigh-resolution scanning transmission electron microscopy (STEM), indicating that the doped Nd atoms are located at the yttrium positions. Such miniaturized structures can be used for diverse applications, e.g., optical components in high-intensity laser systems, which require heat resistance, or as light sources in optical circuits.     

Dy3+:Y3Al5O12粉体的制备及发光性能研究

采用溶胶-凝胶/燃烧合成法制备了不同Dy3+掺量的Y3Al5O12发光体.分析了基质晶体结构、Dy3+掺量、Re3+的电荷半径比(Z/r)对Dy3+发光强度及发光颜色的影响.结果表明,Dy3+:Y3Al5O12样品的激发主峰位于353nm(6H15/2→6P7/2)附近;由于Dy3+所占据的Y3+位置具有D2对称性,具有一个反演对称中心,使得Dy3+的发射光谱以481nm蓝光发射为发射主峰,但黄蓝光发射强度之比(Y/B)随Dy3+离子浓度的变化很小.     

凝胶燃烧法低温合成钇铝石榴石纳米粉体及其表征

以Y(NO3)3.6H2O、Al(NO3)3.9H2O和柠檬酸为原料,采用凝胶燃烧法合成单相钇铝石榴石(Y3Al5O12,YAG)纳米粉体。采用红外光谱、差热分析、X射线衍射、扫描电镜等测试手段对前躯体干凝胶和YAG粉体进行表征,探讨溶胶-凝胶的均质化转变以及YAG相的结晶温度等。结果表明:柠檬酸与Y3+和Al3+以单齿方式进行络合,实现了溶胶-凝胶的均质化转变;前躯体粉末于750℃低温下开始直接由无定形态转变为立方晶系YAG相,没有YAlO3和Y4Al2O9等杂相存在;900℃煅烧2 h得到颗粒呈类球形状,粒径为50 nm左右的YAG粉体。     

聚丙烯酸铵和柠檬酸铵分散剂对钇铝石榴石陶瓷透光率的影响

使用超声波-微波辅助的醇盐水解沉淀法合成了Y_3Al_5O_(12)(YAG)前驱体,加入烧结助剂及分散剂后真空烧结制备了YAG透明陶瓷,并对添加不同分散剂烧成的YAG透明陶瓷的晶相结构、微观形貌及光学性能进行了表征。结果表明:添加不同分散剂均可获得纯相YAG透明陶瓷;添加聚丙烯酸铵(NH_4PAA),晶粒之间没有明显的晶界,且气孔较大;添加柠檬酸铵(AC),晶粒分散良好,平均晶粒尺寸约为3μm。未添加分散剂时,YAG透明陶瓷在近红外波段处透光率为76%;添加NH_4PAA时,透明陶瓷透光率较低,仅为51%;而添加AC后透明陶瓷透光率可达到78%。添加AC能够细化YAG透明陶瓷晶粒,促进残余气孔排出,从而使YAG透明陶瓷获得更高的透光率。     

环氧树脂改性自发凝固成型制备YAG透明陶瓷

YAG透明陶瓷具有良好的光学和力学性能, 广泛应用于激光增益介质与光学窗口等领域, 制备大尺寸/复杂形状YAG透明陶瓷是目前研究的热点与难点。作为一种新型胶态成型技术, 自发凝固成型在制备大尺寸陶瓷方面已显示出一定优势, 然而该体系存在浆料固化速率慢、素坯强度低等问题。本工作以水溶性环氧树脂乙二醇二缩水甘油醚(EGDGE)对自发凝固成型体系进行改性, 采用高温固相合成法制备了不同EGDGE含量的YAG透明陶瓷, 研究EGDGE对浆料流变性、凝胶强度、素坯孔隙率和烧结后陶瓷微结构与光学性能的影响。结果表明: 添加EGDGE有效增强了浆料的凝胶固化能力, 解决了YAG素坯干燥变形和开裂等问题。当EGDGE添加量为质量分数0.8%时, 在1700 ℃下真空烧结6 h并在1650 ℃下180 MPa热等静压烧结3 h, 成功制备了90 mm×30 mm×4.5 mm的YAG透明陶瓷, 它在1064 nm处直线透过率为80.8%。这为大尺寸/复杂形状YAG透明陶瓷的制备提供了新途径。