固体激光用Nd:Lu2O3透明陶瓷的制备和光学性能研究

Nd:Lu2O3材料由于具有高热导率、低声子能量和优异的光学特性而成为非常有前景的高功率固体激光器用的增益介质.但Lu2O3单晶的熔点超过2400℃,难以生长,而Lu2O3陶瓷既能在低温下制备,又具有与晶体相当的光学性质和激光性能从而备受关注.本研究制备了高透明的Nd:Lu2O3陶瓷并对其光学性质和激光性能进行探究.以...     

不同沉淀剂对Nd3+∶Lu2O3纳米粉体性能的影响

采用湿化学共沉淀法合成了Nd³⁺掺杂的氧化镥纳米晶粉体, 研究了三种不同沉淀剂(NH₄OH、NH₄HCO₃、NH₄OH+NH₄HCO₃)对Nd³⁺∶Lu₂O₃纳米晶粉体性能的影响. 采用NH₄OH+NH₄HCO₃混合溶液作复合沉淀剂所得粉体具有比表面积高(13.37m²/g)、颗粒尺寸小(~30nm)、粒度分布窄(60~160nm)的优点. 该粉体经过干压和等静压成型后, 素坯从室温至1400℃获得的线性收缩率可达17%, 其烧结活性明显高于其它两种沉淀剂所得的粉体. 在流动H₂气氛下, 经1880℃/8h烧结可获得具有优良光学透明性的Nd³⁺∶Lu₂O₃透明陶瓷, 在1080nm波长处的直线透过率超过75%.     

共沉淀法制备Nd3+:Y2O3透明陶瓷

以Y2O3为基质材料,掺杂不同含量的Nd3+添加PEG和(NH4)2SO4为分散剂,采用共沉淀法制备出性能良好的Nd3+:Y2O3纳米粉.对前驱体和不同温度下煅烧后的粉体进行差热热重、X射线衍射、比表面积和透射电镜等分析.结果表明,前驱体产物为Y2(OH)5(NO3)·nH2O时,Nd3+完全固溶于Y2O3的立方晶格中,Nd3+:Y2O3粉体大小均匀,近似球形.随着煅烧温度的升高,颗粒逐渐长大,900℃煅烧2h后颗粒尺寸约为40～60nm;粉体在1700℃和真空度为1×10-3Pa条件下烧结6h得到的Nd3+:Y2O3透明陶瓷的透光率接近78%.     

沉淀剂对共沉淀法制备Lu2O3发光粉体形貌的影响

研究了共沉淀法制备Eu3 掺杂氧化镥(Lu2O3)发光粉体过程中三种不同的沉淀剂(氨水、碳酸氢铵以及NH3·H2O NH4HCO3两者的混合溶液)对所得粉体形貌的影响.通过差热热重质谱联用(DTA-TG-MS)和红外光谱研究了不同沉淀剂所得沉淀前驱体的热分解行为,结合显微结构观察、粒度分布和比表而积测试,对i种沉淀剂影响Lu2O3晶粒尺寸和团聚状态的规律进行了探讨.研究发现:采用NH3·H2O NH4HCO3混合沉淀剂得到的Lu2O3粉体具有最佳的显微结构和粒径分布状态,沉淀前驱体经1000°C煅烧2h,粉体的平均晶粒尺寸为35nm,中位粒径(D50)为0.48μm.     

两种沉淀剂对Pr:YAG纳米粉体的性能影响研究

分别采用碳酸氢铵和尿素为沉淀剂用沉淀法制备了Pr掺杂的YAG纳米粉体。并利用XRD、FT-IR、TEM等方法对样品进行了成分、粒度和形貌等性能分析,讨论了不同沉淀剂的反应机理。结果表明,碳酸氢铵沉淀法能够在较低温度下制备颗粒均匀、分散性良好的YAG纳米粉体;而尿素沉淀法所制备的粉体需要较高的煅烧温度,粉体粒径大、团聚较为严重。此外,Pr∶YAG纳米粉体的荧光强度随粉体粒径的增大而加强。     

三种络合沉淀剂对NaYF4:Tm3+,Yb3+发光性能的影响

分别采用EDTA、柠檬酸和H2C2O43类络合沉淀剂,共沉淀法制备了NaYF4:Tm3+,Yb3+材料,用X射线衍射(XRD)分析,扫描电镜(SEM)观察和荧光光谱分析研究了不同络合剂,沉淀温度和燃烧温度对NaYF4:Tm3+,Yb3+材料发光性能,粒度及形貌的影响.研究结果表明,采用H2C2O4为沉淀剂制成草酸盐前躯体,然后在600℃下煅烧5h,即可得到发光效果较好的NaYF4:Tm3+,Yb3+材料.     

沉淀剂对共沉淀法制备 Lu2O3发光粉体形貌的影响

研究了共沉淀法制备Eu³⁺掺杂氧化镥(Lu₂O₃)发光粉体过程中三种不同的沉淀剂(氨水、碳酸氢铵以及NH₃·H₂O+NH₄HCO₃两者的混合溶液)对所得粉体形貌的影响. 通过差热热重质谱联用(DTA-TG-MS)和红外光谱研究了不同沉淀剂所得沉淀前驱体的热分解行为, 结合显微结构观察、粒度分布和比表面积测试, 对三种沉淀剂影响Lu₂O₃晶粒尺寸和团聚状态的规律进行了探讨. 研究发现: 采用NH₃·H₂O+NH₄HCO₃混合沉淀剂得到的Lu₂O₃粉体具有最佳的显微结构和粒径分布状态, 沉淀前驱体经1000℃煅烧2h, 粉体的平均晶粒尺寸为35nm, 中位粒径(D₅₀)为0.48μm.     

Nd3+:Lu2O3放电等离子烧结及光学性能

Lu₂O₃是具有高热导率而成为极具潜力的高功率激光介质材料。实验以商用氧化物粉体为原料, LiF为烧结助剂, 采用放电等离子烧结法制备了不同Nd³⁺掺杂浓度(C_Nd=0, 1at%, 3at%和5at%) Lu₂O₃透明陶瓷, 并研究了Nd³⁺掺杂浓度对Lu₂O₃陶瓷的物相、烧结性能、微观结构及光学性能的影响。结果表明：在高Nd³⁺浓度(5at%)掺杂后烧结样品仍为纯Lu₂O₃相;Nd³⁺掺杂对Lu₂O₃陶瓷烧结性能及微观形貌的影响有限;所有样品最终均表现出高致密性(99.5%以上)和优异的透光性能, 其中3at% Nd³⁺:Lu₂O₃的透过率最高, 在1064和2000 nm处的透过率分别为82.7和83.2%。Nd³⁺:Lu₂O₃透明陶瓷的最强发射峰位于1076和1080 nm;且随着Nd³⁺掺杂浓度的增加, 荧光强度降低, 寿命变短, 发生浓度淬灭。     

ZrO2—Y2O3纳米晶的制备及其湿敏性能

以化学共沉淀法为基础，配合高速剪切均质并添加表面活性剂制备了粒径为２０￣４０ｎｍ的ＺｒＯ２－Ｙ２Ｏ３纳米晶，经ＸＲＤ分析为稳定立方相结构。用ＺｒＯ２－Ｙ２Ｏ３纳米晶为感湿材料制作了厚膜型湿敏元件，测试结果表明：（１）元件电阻随相对温度上升而下降。（２）在总电导中，离子电导占主要成分。（３）元件有较快的感湿响应速度。     

La2O3对ZTM陶瓷晶界性能的影响

以电熔莫来石为原料制备的ＺｒＯ２增韧莫来石陶瓷在高温下力学性能不像莫来石那样随温度升高反而呈现有所增长的趋势，研究发展这一变化与原料中含有的Ｋ，Ｎａ等有害杂质有关，本文主要研究以稀土氧化物做添加剂来抑制或消除该陶瓷玻璃相中存在的有害杂质的作用，从而改善ＺＴＭ陶瓷的力学性能，并探讨Ｌａ２Ｏ３对ＺＴＭ陶瓷晶界改性的作用机制。     

La~(3+)、Nd~(3+)与非金属氮共掺杂TiO_2光催化剂的制备及其性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了Ti O2、1%La/Ti O2、1%Nd/Ti O2和系列稀土La3+和Nd3+共掺杂Ti O2光催化剂,进而结合水热法制备了双稀土La3+、Nd3+和非金属氮共掺杂多元体系Ti O2光催化剂,并采用XRD、UV-Vis、SEM和XPS等测试手段对制备样品的微观结构、光谱学性能和离子掺杂形式进行了表征。研究表明,实验所制备样品均为锐钛矿型Ti O2光催化剂,稀土离子La3+或Nd3+的掺杂能有效抑制Ti O2颗粒尺寸的生长,而且双稀土离子的共掺杂更有效抑制Ti O2光催化剂颗粒尺寸的生长;非金属离子N的掺杂,能有效拓宽Ti O2光催化剂的光响应范围;多元体系Ti O2光催化剂中,稀土钕以+3形式掺杂,非金属氮以-3形式掺杂。实验以甲基橙为目标污染物研究其光催化性能,研究表明,所制备的光催化剂均有较高的紫外光光催化性能,其中样品1%(La∶Nd,1∶7),N/Ti O2的紫外光光催化性能最高,而且有较强的可见光光催化活性。     

Yb3+,Tb3+共掺杂Sr2B2O5荧光粉的制备及其下转换发光性能的研究

采用高温固相法合成了Tb³⁺, Yb³⁺共掺杂的Sr₂B₂O₅荧光粉。通过X射线衍射(XRD)和荧光光谱(PL)对样品的物相结构和发光性质进行了表征。XRD结果表明, 合成样品为单斜结构的Sr₂B₂O₅相。分别使用543 nm和980 nm的监测波长, 得到的激发光谱均在354 nm、374 nm处有较强的激发峰, 其中374 nm处最强, 说明Sr₂B₂O₅荧光材料在近紫外光区对太阳光有很强的吸收; 在374 nm( Tb³⁺:⁷F₆→⁵D₃) 紫外光激发下, 观察到Tb³⁺: ⁵D₄→⁷F_J ( J = 6, 5, 4, 3) 可见光区发射光, 并检测到Yb³⁺: ²F_5/2→²F_7/2的近红外发射光。通过研究激发光谱和发射光谱与Yb³⁺掺杂浓度的关系, 发现在单斜晶体Sr₂B₂O₅中, Yb³⁺具有很高的猝灭浓度。     

ZnAl_2O_4和La_2O_3对Ca_(0.61)Nd_(0.26)TiO_3-MgTiO_3复合陶瓷介电性能的影响

通过传统的固相反应合成掺杂ZnAl_2O_4和La~(3+)(来自La_2O_3)的Ca_(0.61)Nd_(0.26)TiO_3-MgTiO_3复合陶瓷粉体,干压成型后在空气气氛下常压烧结制备ZnAl_2O_4和La~(3+)掺杂Ca_(0.61)Nd_(0.26)TiO_3-MgTiO_3复合陶瓷样品。分别研究了La~(3+)和ZnAl_2O_4的掺杂量对复合陶瓷样品的微观形貌、相组成和介电性能的影响。结果表明:ZnAl_2O_4具有细化晶粒的作用;Ca_(0.61)Nd_(0.26)TiO_3-MgTiO_3复合陶瓷样品的致密度随La~(3+)和ZnAl_2O_4含量的增加而增加;介电常数和谐振频率温度系数随ZnAl_2O_4含量的增加而减小,随La_2O_3添加量变化不大;品质因数值随ZnAl_2O_4含量的增加先增加后减小。制备出的ZnAl_2O_4和La~(3+)掺杂Ca_(0.61)Nd_(0.26)TiO_3-MgTiO_3复合陶瓷致密度达到94%以上,介电常数在40~50之间,谐振频率温度系数小于40×10~(-6)℃~(-1),品质因数大于38 000GHz,可以用于通信技术领域。     

杂质离子对Y2O3:Eu3+发光性能的影响

研究了碱金属及碱土金属离子掺杂的荧光体Y2O3:Eu^3 0.05,A^ 0.02(A=Li,Na,K)和Y2O3:Eu^3 0.05,B^2 0.02(B=Mg,Ca,Sr,Ba)的荧光，余辉发光及热释光特性，余辉光谱数据表明：杂质离子掺杂的荧光体Y2O3:Eu^3 的余辉发射主峰与未掺杂荧光体Y23:Eu^3 的荧光发射主峰（611nm)一致，为经典Eu^3 的^5D0-^7F2电偶极跃迁，杂质离子的引入明显地延缓了Y2O3:Eu^3 的余辉衰减，其中Y2O3：Eu^3 ,A^ (A=Li,Na,K)的余辉衰减趋势几乎完全一致，而Y2O3：Eu^3 ,B^2 ,B2^ (B Mg,Ca,Sr,Ba）的余辉衰减趋势由慢到快依次为Ca,Sr,Ba,Mg。热释光谱数据显示，杂质离子的掺杂导致基质中电子陷阱能级的生成，这是导致余辉衰减减慢的直接原因。Y2O3：Eu^3 ,A^ 的热释峰都位于175℃左右，相应电子陷阱能级深度为0.966eV左右，而Y2O3：Eu^3 的热释峰由高到低分别位于192℃（Ca),164℃（Sr),135℃（Ba),118℃(Mg)，电子陷阱能级深度分别为1.003eV(Ca),0.942eV（Sr),0.880eV(Ba),0.843eV(Mg)。结合余辉衰减数据，可以看到，Y2O3:Eu^3 ，A^ 和Y2O3：Eu^3 ,B^2 的热释光谱与相应荧光体的余辉衰减趋势吻合得十分好，由此可以得出，一定相同的条件下，热释峰值温度越高，杂质陷阱能级越深，相应荧光体的余辉衰减越慢。     

Ferroelectric Sr3Sn2O7:Nd3+: A New Multipiezo Material with Ultrasensitive and Sustainable Near-Infrared Piezoluminescence

Ultrasensitive and sustainable near-infrared (NIR)-emitting piezoluminescence is observed from noncentrosymmetric and ferroelectric-phase Sr₃Sn₂O₇ doped with rare earth Nd³⁺ ions. Sr₃Sn₂O₇:Nd³⁺ (SSN) with polar A2₁am structure is demonstrated to emit piezoluminescence of wavelength of 800–1500 nm at microstrain levels, which is enhanced by the ferroelectrically polarized charges in the multipiezo material. These discoveries provide new research opportunities to study luminescence properties of multipiezo and piezo-photonic materials, and to explore their potential as novel ultrasensitive probes for deep-imaging of stress distributions in diverse materials and structures including artificial bone and other implanted structures (in vivo, in situ, etc).     

Eu3+掺杂Lu3Al5O12球形荧光颗粒的合成及性能研究

以尿素为沉淀剂, 通过均匀沉淀技术制备前驱体颗粒, 经后续煅烧获得分散性能良好的球形(Lu_0.95Eu_0.05)₃Al₅O₁₂((Lu_0.95Eu_0.05)AG)荧光颗粒。通过调整尿素浓度实现了球形荧光颗粒尺寸的可控合成。在此基础上, 采用 FT-IR、TG/DTA、XRD、FE-SEM、TEM和PLE/PL对材料的合成、物相形成及荧光性能等进行一系列表征。分析结果表明: 前驱体经较低的温度1100℃煅烧即可获得(Lu_0.95Eu_0.05)AG球形荧光颗粒, 且该荧光颗粒具有高的理论密度, 适于闪烁体材料的应用。在235 nm电荷迁移带(CTB)的激发下, (Lu_0.95Eu_0.05)AG石榴石于592 nm (Eu³⁺的⁵D₀→⁷F₁磁偶极子跃迁)处呈现优异的橙红光发射, 其色坐标为(0.63, 0.37)。该荧光颗粒的发光强度随颗粒尺寸的增大而增强, 荧光寿命随颗粒尺寸的增大而缩短。球形(Lu_0.95Eu_0.05)AG石榴石颗粒有望成为一类新型荧光材料, 广泛应用于照明及显示领域。     

Lu2O3-MgO纳米粉体合成及其复相红外透明陶瓷制备

细化陶瓷微观结构至纳米级, 可以减少光的散射损失, 为开发新型光学陶瓷提供了一种有效的方法。本研究采用溶胶-凝胶法合成粉体, 结合热压烧结工艺制备出光学性能优异的新型Lu₂O₃-MgO纳米复合陶瓷, 研究了粉体合成条件及热压烧结工艺对样品微观结构的影响, 并对计算的理论透过率与样品的实际透过率进行了比较。研究结果表明: 采用优化后工艺制备的Lu₂O₃-MgO陶瓷具有均匀的相域分布, 晶粒尺寸约为123 nm, 3~5 μm波段的透过率高达84.5%~86.0%, 接近理论透过率; 维氏硬度为12.2 GPa, 断裂韧性为2.89 MPa·m^-1/2, 抗弯强度达到(221±12) MPa, 是一种潜在的红外透明窗口材料。     

Al_2O_3:Ce~(3+)薄膜发光特性研究

用中频反应磁控溅射技术制备了Al2O3:Ce3+的非晶薄膜。这些薄膜的光致发光峰是在370～395 nm之间,它来自于Ce3+离子的5d1激发态向基态4f1的两个劈裂能级的跃迁。发光强度依赖于薄膜的掺杂浓度,并分析了产生这种关系的原因。Al2O3:Ce3+非晶薄膜发光特性在平板显示等领域有着广泛潜在的应用前景。