钕锶共掺氟化钙透明陶瓷的制备及性能研究

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三价稀土离子掺杂氟化钙材料是目前非常受关注的激光材料。异价取代时引入的不同形式的电荷补偿使得稀土离子具有丰富的配位结构,从而使这种材料具有宽而平滑的吸收和发射光谱,特别适合用于制作超强或超短脉冲激光器的工作介质。氟化钙基质的优异性能使得它非常适合作为下一代激光核聚变点火材料。Nd离子是目前最有前景的激光稀土离子之一。实际上早在上个世纪60年代,A.A.Kaminski已经对Nd3+:CaF2单晶的荧光和激光性能做了广泛的研究。但是Nd3+:CaF2材料在很长的一段时间并没有引起科研界的广泛兴趣。这主要是因为Nd离子在CaF2基质中极容易产生团簇和能量交叉弛豫现象,导致浓度淬灭从而降低荧光量子效率。为了提升Nd掺杂CaF2材料的光学性能,科学家提出了通过引入缓冲离子如M2+(Sr,Ba)或M3+(Y、La、Gd、Sc)的方法来降低浓度淬灭的影响。近几年CaF2-SrF2混晶作为新一代高效固体激光器材料获得了广泛研究。然而国内外却很少有关CaF2-SrF2陶瓷的研究报告。虽然T.T.basiev等报道了用热锻单晶法制备出了CaF2-SrF2-YbF3激光透明陶瓷并实现了激光输出。但是这种制备方法是基于单晶为原始材料,它没有传统制备陶瓷工艺所具有的优势,如制备温度低,生产周期短。本文采用共沉淀法制备Nd3+:CaF2-SrF2纳米粉体。通过XRD,FE-SEM和TEM等测试方法系统研究了滴定顺序、滴定速度以及Sr和Nd含量对Nd3+:CaF2-SrF2纳米粉体的成分、晶粒尺寸、晶胞参数和形貌等性能的影响。结果表明正滴法制备的粉体具有较好的烧结活性,滴定速度对粉体的性能影响很小;Sr的含量对粉体的晶粒大小和形貌没有明显的影响,但是粉体的结晶度会随着Sr含量的增加而变差;随着Nd含量的增加,粉体的晶粒尺寸减小,形貌逐渐从立方形转变成球形。用热压烧结方法制备了Nd3+:CaF2-SrF2透明陶瓷,并测试了陶瓷的显微结构以及光学性能。结果表明800℃为最佳烧结温度。制备了不同Sr含量的Nd3+:CaF2-SrF2透明陶瓷,结果表明Sr对陶瓷的吸收和发射光谱有明显的调控作用,这是由于Sr的掺入使基质的混乱度大增。制备了不同Nd含量的Nd3+:CaF2-SrF2透明陶瓷,结果表明陶瓷的透过率、吸收光谱和荧光光谱随着Nd含量的变化而产生改变。
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