Er3+,Na+-CaF2透明陶瓷的制備及性能研究.pdf

1、針對(duì)單晶和玻璃作為固體激光介質(zhì)材料的一些缺點(diǎn)，本文擬制備一種新型的激光工作物質(zhì)-多晶透明陶瓷。隨著納米粉體制備技術(shù)和高真空熱壓燒結(jié)工藝的發(fā)展，Re：CaF2透明陶瓷因具有優(yōu)異的光學(xué)性能、熱機(jī)械性能和穩(wěn)定的物化性質(zhì)，有望取代Re：CaF2單晶，引起了廣大專家學(xué)者的極大關(guān)注。相對(duì)于其他稀土離子，Er3+離子具有豐富的能級(jí)結(jié)構(gòu)，其某些激光波段，在高濃度摻雜下存在交叉馳豫現(xiàn)象，特別適合激光泵浦，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的上轉(zhuǎn)換材料；另外，Er3+

2、摻雜的激光材料在處于人眼安全范圍的1.5μm和2.9μm兩個(gè)波段均具有發(fā)光通道，該波段的激光可以非常廣泛地應(yīng)用于光通信、醫(yī)療、激光探測(cè)和測(cè)距等領(lǐng)域。Er3+：CaF2透明陶瓷中Er3+離子較易形成團(tuán)簇結(jié)構(gòu)，團(tuán)簇結(jié)構(gòu)中的Er3+離子對(duì)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的熒光猝滅效應(yīng)，本文擬在Er3+：CaF2透明陶瓷中摻入Na+離子阻止Er3+離子的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)形成，提高熒光量子效率。
　　 本論文首先采用直接沉淀法制備摻鉺氟化鈣納米粉體，通過X射線衍射儀、

3、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、透射電鏡、分光光度計(jì)和電感耦合等離子發(fā)射光譜儀等分析手段研究不同的反應(yīng)溶液濃度對(duì)Er3+：CaF2納米粉體結(jié)構(gòu)、形貌、粒徑和稀土真實(shí)摻入量的影響。結(jié)果表明，隨著反應(yīng)溶液濃度的增大，粉體晶粒尺寸逐漸減小，團(tuán)聚程度加劇，稀土離子的真實(shí)摻入量逐漸減少。反應(yīng)溶液濃度為C1時(shí)合成粉體分散性最好，顆粒平均尺寸約為32nm，有利于制備性能優(yōu)異的Er3+：CaF2透明陶瓷。在978nm LD泵浦下，該粉體實(shí)現(xiàn)了綠色(530-550nm)

4、和紅色(650-660nm)兩種上轉(zhuǎn)換發(fā)光，與之對(duì)應(yīng)的Er3+輻射躍遷分別屬于2H11/2，4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2，相對(duì)綠光而言紅光發(fā)射強(qiáng)度較強(qiáng)。
　　 將合成的Er3+：CaF2納米粉體和Naf粉末于酒精中充分混合均勻、干燥后，采用真空熱壓燒結(jié)技術(shù)制備Er3+，Na+：CaF2透明陶瓷，研究不同的燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間、壓力等對(duì)陶瓷致密化過程和微觀結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，燒結(jié)溫度T4、壓力P2、保溫時(shí)間t

5、3制備的陶瓷在紫外-近紅外波段的最大透過率為85.096％。
　　 系統(tǒng)研究Na+離子對(duì)透明陶瓷微觀結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成及光學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，共摻Na+離子減少了雜質(zhì)CaO和Er2O3的含量；Na+離子有效阻止Er3+離子團(tuán)簇，增加熒光量子效率，提高熒光壽命，同時(shí)引入了一種新的對(duì)稱格位Er3+-Na+離子對(duì)，導(dǎo)致吸收峰和發(fā)射峰強(qiáng)度逐漸降低，峰型變窄；Na+離子過量時(shí)Er3+主要以Er3+-Na+形式存在，Er3+-Na+的躍遷振