Tm,Ho:Gd3Ga5O12粉體合成并制備陶瓷性能表征

張學建，夏晨陽，張守豐，劉卉昇

吉林建筑大學,長春 130118

隨著技術的不斷進步和快速發展，激光技術在高科技領域的應用越來越受歡迎,它引起了世界各國的強烈關注,產生了巨大的社會和經濟效益[1].對于固態激光器,激光加工材料(基質材料)是決定激光性能的重要組成部分和關鍵因素.與晶體生長技術相比,透明陶瓷的制備具有制備成本低、工藝簡單、周期短及摻雜濃度不受偏析系數影響等諸多優點[2-3].

稀土元素銩(Thulium,英文縮寫為Tm,分子式亦為Tm)離子Tm3+和鈥(Holmium,英文縮寫為Ho,分子式亦為Ho)離子Ho3+具有更長的上層壽命,并且是用于2μm(即2 000nm)激光輸出的更常用的活化離子.Tm3+的3F4→3H6躍遷可產生1.9 μm(即1 900 nm)附近激光,Ho3+的5I7→5I8躍遷可產生2.1 μm(即2 100 nm)附近激光[4-5].所以,Tm,Ho離子通過摻入基質中可實現2 μm(即2 000 nm)輸出.在這些激光材料中,釓鎵石榴石(Gadolinium gallium garnet,英文縮寫為GGG,分子式為Gd3Ga5O12)具有優異的機械性能,熱性能和光學性能,它是一種良好的發光基質材料[6-7].

本文擬采用溶膠-凝膠法,以檸檬酸作為燃燒劑,制備晶相均勻的Tm,Ho:GGG納米粉體,通過XRD和IR表征其粉末的相、結構和形態,對納米粉體進行成型、預燒及燒結等處理,通過真空燒結方法制備Tm,Ho:GGG透明陶瓷,并通過SEM、熒光和透射光譜對制備的陶瓷材料結構和光學性質進行表征.

1 實驗

1.1 Tm,Ho:GGG納米粉體制備

本文采用溶膠-凝膠法制備Tm,Ho:GGG納米粉體,使用檸檬酸作為燃燒劑,按摩爾比Tm3×0.1Ho3×0.1Gd3(1-1×0.1-1×0.1)Ga5O12的比例配置并制備原料.檸檬酸的摩爾數與金屬離子總摩爾數之比為2∶1的比例配置檸檬酸溶液并加入到硝酸……