- 覃显鹏;周国红;王正娟;胡松;黄德信;王士维;
以商业高纯Al_2O_3粉和自制纳米Y_2O_3粉为原料,采用真空固相反应烧结法成功制备出了高透光的钇铝石榴石(YAG)透明陶瓷。研究了反应烧结过程中物相演变和显微结构变化,烧结温度和保温时间对YAG透明陶瓷光学透过率的影响以及YAG透明陶瓷在深海装备领域的应用性能等。结果表明:高温条件下,Al_2O_3和Y_2O_3反应先依次形成中间相YAM和YAP,最终在1 500℃完全形成YAG;随着烧结温度的升高,YAG陶瓷内气孔不断排出且晶粒不断长大,光学透过率先增加后降低,在1 780℃透过率达到最高;随着保温时间的延长,YAG陶瓷的透过率逐渐提高,但超过6 h后,再延长保温时间,对提高透过率的效果不显著。采用优化工艺制备的YAG透明陶瓷球罩经受住127 MPa抗压模拟试验,并成功应用在深海领域装备大功率LED照明灯和摄像机保护罩上,为拍摄“奋斗者”号万米海底作业以及央视现场直播做出了贡献。
2024年03期 v.52;No.420 739-745页 [查看摘要][在线阅读][下载 1952K] [下载次数:90 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:38 ] - 孙志成;冯桂青;王帅华;丁雨憧;吴少凡;
与传统闪烁陶瓷相比,基于立方相Gd_2Zr_2O_7具有高密度、高光学透过率和良好的闪烁性能等特征,本工作采用真空烧结法,成功制备出系列Eu~(3+)掺杂Gd_2Zr_2O_7透明陶瓷,研究了掺杂离子及掺杂量对其晶体结构、光学透过率、荧光性能及闪烁性能的影响。结果表明,所制备的透明陶瓷样品具有良好的光透过能力;光谱表征发现,20%Eu~(3+)掺杂Gd_2Zr_2O_7具有最佳的光致荧光和辐照发光强度,其最强发射峰位于630 nm。X射线成像实验表明,Gd_(1.8)Eu_(0.2)Zr_2O_7透明陶瓷的X射线成像分辨率可达11 lp·mm~(–1),具备对不同材质物体的成像应用潜力。在医学成像、工业探伤、高能物理等领域具有潜在的应用价值。
2024年03期 v.52;No.420 746-754页 [查看摘要][在线阅读][下载 7838K] [下载次数:98 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:10 ] - 朱丹阳;蔡金伶;BEITLEROVA Alena;KUCERKOVA Romana;CHEWPRADITKUL Weerapong;NIKL Martin;李江;
以共沉淀纳米粉体为原料,制备不同Ce掺杂浓度的x%(摩尔分数) Ce,0.15%Ca:Lu_3Al_5O_(12)(Ce,Ca:LuAG,x=0.1~0.5)闪烁陶瓷。在分析了Ce,Ca:Lu AG陶瓷的相组成和微观结构的基础上,研究了其闪烁特性与Ce浓度的关系,包括X射线激发发射光谱、光致发光衰减、闪烁衰减、光产额及快分量、余辉。当Ce浓度超过0.3%时,光致发光衰减的加速证实了浓度猝灭的发生。Ce,Ca:LuAG陶瓷的X射线激发发射强度和光产额在Ce浓度为0.3%时达到最大值。随着Ce浓度的增加,陶瓷的余辉水平逐渐降低。最后讨论了Ce,Ca:LuAG闪烁陶瓷的制备和性能优化的策略。
2024年03期 v.52;No.420 755-764页 [查看摘要][在线阅读][下载 3772K] [下载次数:26 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:6 ] - 刘作冬;李思雅;潘其悦;王嘉顺;曹悦;于永生;刘鹏;井强山;
采用化学沉淀法合成了SrF_2粉末原料,真空热压烧结制备了不同YF_3掺杂量的Pr,Y:SrF_2透明陶瓷,研究了缓冲离子(Y~(3+))对Pr:SrF_2透明陶瓷透过率、显微结构及光谱特性的影响。结果表明,陶瓷样品具有较高的光学质量,YF_3掺杂量为5.0%(质量分数)的Pr,Y:SrF_2陶瓷具有最高的透过率,其400 nm和1 200 nm波长处的透过率分别为90.1%和89.4%。高掺杂量下,Y~(3+)能够显著的促进陶瓷晶粒的生长,当YF_3掺杂量为10.0%时,陶瓷的晶粒尺寸超过200μm。此外,Y~(3+)缓冲离子可以有效提高透明陶瓷的吸收能力,并通过改变陶瓷基体内Pr~(3+)的团簇及局域配位结构,调控Pr,Y:SrF_2透明陶瓷的光谱特性。
2024年03期 v.52;No.420 765-773页 [查看摘要][在线阅读][下载 19888K] [下载次数:45 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:9 ] - 彭天硕;李威威;梅炳初;
以硝酸钇为原料,采用沉淀法成功制备出Y_2O_3纳米粉体,通过真空热压烧结工艺制备出Y_2O_3透明陶瓷。沉淀法是制备Y_2O_3粉体的常用方法,具有反应条件温和、粉体纯度高、成本低等优点,但由于粉体在沉淀过程中容易发生团聚现象,导致陶瓷的透明性降低。为了解决这一问题,在沉淀溶液中添加了PEG4000作为分散剂,期望改善其粉体的分散性。同时,在真空热压烧结过程中,用钽箔包裹样品,有效地防止了碳污染的发生。本工作研究了PEG添加量对Y_2O_3粉体和陶瓷的影响,并找到最佳工艺参数。结果表明,当PEG添加量为0.9%(摩尔分数),烧结温度为1 500℃时制备的Y_2O_3陶瓷具有最高的透明性,其在1 100 nm处的直线透过率为48.4%,在600 nm处也达到了18.0%。
2024年03期 v.52;No.420 774-782页 [查看摘要][在线阅读][下载 1684K] [下载次数:55 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:10 ] - 肖煌盛;林雨晴;邓志强;杨玉娟;陈剑;邓种华;黄集权;郭旺;
Y_3Al_5O_(12):Ce~(3+)(YAG:Ce~(3+))发射谱中红光成分的不足导致了白光LED色温偏高且显色性较差,一种解决方案是引入能发射红光的激活离子与Ce~(3+)共掺杂以使YAG:Ce~(3+)发射谱红移。本工作报道了Ce~(3+)–Eu~(3+)共掺Y_3Al_5O_(12)(YAG:Ce~(3+)/Eu~(3+))透明陶瓷的制备、结构和荧光性能。该材料体系在Eu含量高达25%时仍保持纯石榴石相结构,且Eu~(3+)的荧光猝灭浓度高达9%左右,比Pr~(3+)和Sm~(3+)等离子更适合用作YAG的红光发射激活剂。YAG:Ce~(3+)/Eu~(3+)透明陶瓷在蓝光(如442和466 nm)激发下的Ce~(3+)荧光发射随着Eu含量的增加而急剧下降,但在紫外光(363 nm)激发下Ce~(3+)的荧光衰减在一定程度上可被Eu~(3+)发射的增强所弥补,从而可以在保持较强荧光发射的同时使YAG:Ce~(3+)的发射光谱逐步红移到橙红光区。YAG:Ce~(3+)/Eu~(3+)透明陶瓷能够强烈吸收380~405 nm的近紫外光并将之高效转化为红光,且荧光光谱热稳定性优异,适合用作近紫外LED芯片激发的红光发射荧光材料。同时,荧光发射强度及发射谱中的不同发射峰的强度比值均随温度线性变化,在荧光温度计领域具有潜在的应用前景。
2024年03期 v.52;No.420 783-793页 [查看摘要][在线阅读][下载 2854K] [下载次数:93 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:6 ] - 郗雪敏;马莉娅;郭浩然;单英春;韩晓光;徐久军;李江涛;
利用La_2O_3作为烧结助剂,分别采用D_(50)为1.1μm和2.0μm的AlON粉体,在1 880℃保温2.5 h快速无压烧结成功制备了红外透过率达80%~84%(3 850 nm处)的AlON陶瓷。基于AlON粉体粒度研究了La_2O_3掺量对陶瓷透过率的影响规律,并通过研究高透光性AlON陶瓷烧结过程升温阶段的物相组成、微观结构及致密化进程,揭示了其致密化机制。结果表明,La_2O_3对Al ON分解具有一定的抑制作用,使样品中的α-Al_2O_3含量较低,从而避免了颗粒的早期团聚、粗化等,为后期致密化烧结奠定了良好的基础,同时,高致密度高透光性Al ON陶瓷的快速无压烧结制备表明La_2O_3能为后期烧结提供充足的动力。
2024年03期 v.52;No.420 794-803页 [查看摘要][在线阅读][下载 7087K] [下载次数:82 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:2 ] - 张松朋;但雅倩;陈旺;江皓;崔思雯;赵行斌;朱品文;崔田;马帅领;
透明陶瓷是一种具有广泛应用前景的新一代无机非金属材料,而透明纳米聚晶金刚石具有极高的硬度和良好的透光性,是透明陶瓷中极具代表的典型材料之一。本工作介绍了一种在高温高压条件下制备的超硬透明陶瓷—纳米聚晶金刚石,并对其性能进行了X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、Raman等测试分析。结果表明:高温高压法是一种制备高性能透明陶瓷的有效途径,石墨原材料可在15 GPa、2 600℃、保温1 min条件下转变为透明的纳米聚晶金刚石。同时,样品腔的温度梯度导致样品透明度不均匀,温度的升高有利于增加纳米聚晶金刚石的透明度。形貌测试分析结果表明样品存在马氏体相变的层状结构和扩散型相变的均匀颗粒结构,层厚和晶粒尺寸均约为100 nm。高压和应力导致样品内部出现部分位错,有助于提高样品的力学强度。纳米聚晶金刚石作为硬度最高的透明陶瓷,有望在极端条件下的特殊光学窗口等领域得到广泛应用。
2024年03期 v.52;No.420 804-811页 [查看摘要][在线阅读][下载 2553K] [下载次数:130 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:6 ] - 杜永笑;罗朝华;孙靖涵;庄翊君;刘永福;孙鹏;蒋俊;
硫氧化钆(Gd_2O_2S,GOS)闪烁陶瓷是一种具有高光输出、低余辉与高X射线阻止能力的闪烁材料,被广泛用于核医学影像和安全检查等领域。然而,GOS粉体合成过程复杂,组分精确配比与第二相难以控制,导致高品质GOS闪烁陶瓷制备依然存在较大挑战。针对这些问题和挑战:此项研究采用热水浴还原法制备了不同摩尔配比的(Gd_(1–x)Pr_x)_2O_2S闪烁陶瓷材料,探究了不同形貌、粒度的氧化钆(Gd_2O_3)原料对Gd_2O_2S粉体的显微结构和光学性能影响。结果表明:亚微米级Gd_2O_3相较于纳米Gd_2O_3所合成的Gd_2O_2S:Pr粉体及闪烁陶瓷都具有更高的荧光强度,通过弱还原气氛下预烧结与热等静压后处理之后的Gd_2O_2S闪烁陶瓷具有较高的下相对密度和光学性能。在Pr~(3+)掺杂量(摩尔分数) x=0.2%时,闪烁陶瓷荧光强度达到最大值,并且在513 nm波长处透过率达到31%。本研究成功开发了一种简单而成本低廉的陶瓷制备工艺,该工艺无副产物污染,有望基于此工艺,大规模生产高性能Gd_2O_2S闪烁陶瓷。
2024年03期 v.52;No.420 812-819页 [查看摘要][在线阅读][下载 2013K] [下载次数:51 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:4 ] - 武华君;潘国徽;吴昊;张亮亮;张家骅;
利用“蓝光激光+无机荧光体”的方式产生白光是当前激光照明的主流技术,具有结构简单、成本低等优势。但现有的无机荧光体光谱中缺乏青绿光和红光成分,导致激光照明的显色指数偏低。本工作通过引入电荷补偿剂Na~+的方式,制备出高效的蓝绿色Ca_3Sc_2Si_3O_(12):Ce~(3+),Na~+荧光粉,其内/外量子效率分别达到86%和55%;然后结合商用CaAlSiN_3:Eu~(2+)红粉,以二氧化硅溶胶为无机黏结剂,在蓝宝石衬底上低温制备出高效的复合荧光膜。该荧光膜具有良好的热稳定性,200℃时其荧光强度仍保持在常温下的84%;荧光膜中绿光、黄光、红光成分均匀分布,其半高宽达176 nm;在蓝光激光激发下产生647 lm的白光,光效122 lm/W,光源的显色指数88。这些结果表明荧光粉/SiO_2复合荧光膜在高显色激光照明中有广阔的应用前景。
2024年03期 v.52;No.420 820-827页 [查看摘要][在线阅读][下载 2449K] [下载次数:49 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:5 ] - 陈宇洋;毕愿;朱丹阳;贺宁桐;胡辰;王雁斌;张芳;李江;
为了满足高能射线成像对闪烁陶瓷的应用要求,并探究Eu~(3+)掺杂量对陶瓷微观结构和光学性能的影响,采用液相共沉淀法合成了不同Eu~(3+)掺杂量的Eu_xLu_(1.4–x)Gd_(0.6)O_3(x=0、0.02、0.06、0.10、0.14、0.18)粉体并通过真空预烧结合热等静压烧结,制备出Eu_xLu_(1.4–x)Gd_(0.6)O_3透明陶瓷。随着Eu~(3+)掺杂量的增加,陶瓷直线透过率先升高后降低,在x=0.10时达到最高(71.4%@611 nm)。Eu_xLu_(1.4–x)Gd_(0.6)O_3陶瓷的光致激发光谱和光致发光光谱证明了Eu~(3+)掺杂量的增加能够提升陶瓷的吸收峰和发射峰强度。陶瓷在X射线激发下的发光强度随着Eu~(3+)掺杂量的升高呈现先升高后降低的趋势,在Eu~(3+)掺杂量(摩尔分数)为3%时达到最高。Eu_xLu_(1.4–x)Gd_(0.6)O_3陶瓷在可见光和X射线激发下都呈现强烈的红光发射,与硅光电二极管光谱响应有着良好的耦合性。
2024年03期 v.52;No.420 828-835页 [查看摘要][在线阅读][下载 1970K] [下载次数:26 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:2 ] - 李燕;赵倩倩;靖正阳;涂兵田;王皓;
具有立方晶体结构的缺陷烧绿石ANbTeO_6 (A=K,Rb)陶瓷是一类颇具潜力的新型透明陶瓷材料,但RbNbTeO_6透明陶瓷制备鲜见报道,且A位离子对透明陶瓷的结构及其光学性能的影响尚缺乏研究。本工作采用固相反应合成了KNbTeO_6(KNT)和RbNbTeO_6 (RNT)单相陶瓷粉体,通过无压预烧结合准等静压烧结制备出了光学性能优良的透明陶瓷,系统比较了二者的光学带隙、折射率与色散、红外截止波长。结合对2种材料的晶体结构分析,发现晶格常数随A位离子半径从10.247 9?(KNT)增大为10.258 0?(RNT),但(Nb/Te)—O键长变化不大。与KNbTeO_6(2.23 eV)相比,RbNbTeO_6透明陶瓷的带隙减小到2.20 eV,导致可见光吸收边略微红移;分子电子极化率和晶胞体积增大使材料在589.3 nm处的光学折射率从1.973 (KNT)上升至2.013 (RNT);(Nb/Te)O_6八面体振动的减弱使RNT的红外截止波长拓宽了约0.3μm。本研究有助于加深对ANbTeO_6 (A=K,Rb)缺陷烧绿石透明陶瓷组成、结构与光学性能关系的认识。
2024年03期 v.52;No.420 836-844页 [查看摘要][在线阅读][下载 3186K] [下载次数:33 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:7 ] - 史镕玮;安丽琼;毛小建;张步豪;李建民;章健;王士维;
以自制AlON粉体为原料、莫来石为烧结助剂,结合无压烧结与热等静压烧结在相对较低的温度下(分别为1 880℃和1 800℃)制备了AlON透明陶瓷,研究了莫来石含量对无压烧结和热等静压烧结AlON陶瓷的显微结构以及光学性能的影响。结果表明,莫来石含量在0.02%~0.20%(质量分数)时,无压烧结AlON陶瓷为纯AlON相,其Raman光谱相似。随着莫来石含量增加,AlON陶瓷无压预烧体的致密度先增加后减小,而其晶粒尺寸逐渐变大。热等静压烧结后,所有样品的致密度均高于理论密度的99.2%且晶粒长大;其致密度、晶粒和透过率随莫来石含量增加呈现出先增大后减小的趋势。最终,0.05%莫来石AlON透明陶瓷致密度为3.67 g/cm~3,平均晶粒尺寸为80.4μm,其透过率最高,4 mm厚样品在2 000 nm处达到81.9%。
2024年03期 v.52;No.420 845-852页 [查看摘要][在线阅读][下载 2261K] [下载次数:86 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:5 ] - 江小娥;张魁宝;郭海燕;曾建军;
制备光学性能优异的陶瓷材料是无机材料研究和发展的重要方向。近年来,结构与功能一体化的透明陶瓷已然是材料研究的热点。非计量La_(1–x)ErZr_2O_(7–3x/2)透明陶瓷采用燃烧法和真空烧结技术成功制备,通过X射线衍射仪、Raman光谱仪、扫描电子显微镜等测试技术,研究了La含量对相组成、微观结构和光学性能的影响。结果表明,随着La含量的降低,样品中烧绿石相和缺陷萤石相的共存状态逐渐转变为缺陷萤石相。x=0.1的样品在红外区域2.5~7.0μm表现出稳定的透过率,其透过率约为74.8%(厚度1 mm),最大红外截止值在8.5~9.0μm。x=0.2的样品在可见光到中红外区域表现出出色的透过率,并且在980 nm波长激发下,该陶瓷在684 nm处呈现出强烈的红光发射,在561 nm处呈现出微弱的绿光发射,在446 nm处呈现出微弱的蓝光发射。此外,La_(1–x)ErZr_2O_(7–3x/2)透明陶瓷的透过率光谱中出现大量吸收峰,La的适量降低有助于提高光学质量。与化学计量LaErZr_2O_7透明陶瓷相比,非化学计量陶瓷表现出更高的透过率,在光学基质材料上有很好的潜在应用。
2024年03期 v.52;No.420 853-861页 [查看摘要][在线阅读][下载 1944K] [下载次数:38 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:2 ] - 杨国健;孙鹏;王跃忠;李莎莎;朱彤;彭志勇;廉伟艳;杨国永;杨科;宋惠;刘华松;江南;
超高速飞行器光电探测技术对红外窗口材料提出了苛刻要求,通过数值模拟,研究了超高密度热流(3~8 MW/m~2、时间5 s)作用下,尺寸为φ50 mm×2 mm的蓝宝石、硫化锌(ZnS)及金刚石3种红外窗口材料在倾斜角10°~90°极端工况下的表面温度、热应力及其分布,并比较了有、无制冷的影响。系统分析了在面临超高密度热流时,红外窗口材料的使役性能,以及对材料的性能要求,并比较了3种材料的差别。结果表明,与金刚石相比,蓝宝石、ZnS等传统红外材料由于导热性能相对较差,受热冲击时热量在短时间内来不及疏散,导致窗口温度过高或热应力过高而失效。无论有无制冷,从驻点温度方面进行分析,蓝宝石小于ZnS;从热应力来看,蓝宝石大于ZnS。由于它们的热导率低[<30 W/(m·℃)],并不非常适用于超高热流环境,制冷反而可能带来更高的失效风险。金刚石由于超高的热导率[约为2 000 W/(m·℃)],窗口温度相对更低、热应力更小且分布更均匀,极大减轻了窗口失效风险,且制冷条件下其优势十分明显,能够满足8 MW/m~2超高密度热流极端工况要求。相关研究可为新一代超高速飞行器红外窗口的设计、选材及应用提供了参考。
2024年03期 v.52;No.420 862-873页 [查看摘要][在线阅读][下载 3246K] [下载次数:43 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:4 ] - 刘鑫纹;梅炳初;谭国龙;
随着激光二极管朝着小型化和高度集成化目标的不断发展,包括Sr_5(PO_4)_3F (S-FAP)在内的一些热管理性能一般的晶体材料开始重新进入研究者的视野。本研究采用共沉淀法合成了2%(摩尔分数) Er~(3+):S-FAP多晶纳米粉体,通过热压烧结合成出光学性能优异的Er:S-FAP透明陶瓷,并对Er:S-FAP多晶纳米粉体和透明陶瓷进行了表征。结果表明:2%Er~(3+):S-FAP粉体和陶瓷的物相结构都符合六方晶系氟磷灰石结构,没有观察到异常杂质峰。2%Er~(3+):S-FAP粉体整体呈现出分散性优良的短棒状外观,其平均晶粒尺寸为(19.10±1.6) nm。对应陶瓷的平均晶粒尺寸为386.6±20.8 nm,断面和表面微观结构都呈现出均匀致密的特征。2%Er~(3+):S-FAP透明陶瓷在500 nm和1 000 nm波长处的线性光学透过率分别达到了66.14%和84.41%。Er~(3+)在S-FAP陶瓷中的主要的发射峰位于550 nm和661 nm,分别对应绿色光和红色光的发射,红绿光的上转换发光是由双光子吸收过程决定,最后陶瓷在550 nm波长位置的荧光寿命为2.1μs。
2024年03期 v.52;No.420 874-881页 [查看摘要][在线阅读][下载 1779K] [下载次数:57 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:2 ] - 胡松;唐雨馨;周国红;王士维;
成型是钇铝石榴石(YAG)透明陶瓷研制的关键环节,对透明陶瓷的致密化过程及其力学、热学和光学性能有重要影响。本工作围绕YAG透明陶瓷的基于数字光处理(DLP)技术的光固化3D打印成型,系统地开展了YAG陶瓷浆料的研制、陶瓷生坯的构筑及坯体脱脂和烧结工艺研究。采用流变仪分析了固含量对陶瓷浆料流变特性的影响,借助分析曝光参数对单层陶瓷膜特性的影响,确立了最佳的光固化工艺参数。结合TG–DTA分析,对陶瓷坯体脱脂制度进行了精准控制。采用真空高温烧结工艺制备得到高致密YAG透明陶瓷,讨论了固含量、烧结温度等工艺参数对YAG透明陶瓷微结构演变及光学质量的影响,基于DLP光固化成型技术成功制备出可见光透过率高达82.9%的高性能YAG透明陶瓷。
2024年03期 v.52;No.420 882-889页 [查看摘要][在线阅读][下载 1815K] [下载次数:243 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:8 ] - 陈兴涛;文森辉;沙皓文;张雨巍;石云川;
采用GPa级高压低温烧结制备出立方γ-氧化铝(γ-Al_2O_3)透明陶瓷材料,通过调节温度并研究了立方γ-氧化铝陶瓷在常压和高压下的相变行为、显微结构和掺杂稀土离子(Eu~(3+))的发光特性。结果表明:采用5 GPa压力和温度为300℃所烧结的立方氧化铝透明陶瓷,其直线透过率在可见光和近红外波段达到86%,与蓝宝石单晶体在该波段的透光性能一致,并且其平均晶粒尺寸小于20 nm,Vickers硬度达16 GPa。另外,在立方氧化铝基质中掺入三价稀土Eu~(3+)后,三价Eu~(3+)能自还原为二价Eu~(2+)。当对Eu~(3+)掺杂γ-Al_2O_3材料加热至300℃后,其荧光光谱表现出最强的Eu~(2+)发射,继续升高温度至1 200℃后,二价Eu~(2+)的发射强度降低至最小值,并恢复为三价Eu~(3+)的发射。这表明立方氧化铝具有自还原的结构优势,有利于获得低价金属离子掺杂的立方氧化铝系功能透明陶瓷材料。
2024年03期 v.52;No.420 890-898页 [查看摘要][在线阅读][下载 2009K] [下载次数:111 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:5 ] - 张永强;梅炳初;
采用传统热压烧结法制备了不同惰性调控离子掺杂的Nd:Sr_5(PO_4)_3F (Nd:S-FAP)透明陶瓷,研究了陶瓷相组成对微观结构、光谱性能的影响规律。结果表明:所制备的S-FAP透明陶瓷为纯相,无杂相生成,晶格常数随着掺杂离子与Sr离子半径差异的增大而减小;所制备的样品在1μm处透过率为70%,在500 nm处为40%;掺入惰性调控离子后,Nd:S-FAP透明陶瓷的发射强度及荧光寿命存在增大的趋势,其中掺入Y离子后调控作用更为有效。通过共掺惰性离子,打破了钕离子在S-FAP基质材料中的团簇现象,提升了钕离子的发光性能。
2024年03期 v.52;No.420 899-905页 [查看摘要][在线阅读][下载 1958K] [下载次数:25 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:1 ]
- 庞淇瑞;李淑星;解荣军;
激光二极管照明具有效率更高、亮度更强、照射距离更远的优点,逐渐成为当前最具发展前景的大功率固态照明技术。荧光陶瓷作为激光照明用关键光转换材料,具有热导率高、光学性能好、显微结构易调整等优点,因而备受关注。本文综述了激光照明用荧光陶瓷的成型方法、烧结工艺、组分选择和结构设计等方面的研究现状,并对荧光陶瓷目前的研究瓶颈与未来发展方向进行了展望。
2024年03期 v.52;No.420 906-923页 [查看摘要][在线阅读][下载 2043K] [下载次数:191 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:6 ] - 王亚祺;史国庆;付大石;熊子翔;刘建一;秦亚琳;张永成;
透明铁电陶瓷是一种兼具有优异透明度与光电性能的先进功能材料,可以耦合光学、电学、力学和声学等多种物理性能,实现多种新功能特性,用于开发多功能器件。例如,透光性和压电性的耦合可制备透明换能器,提高医学光声成像分辨率;透光性和介电性的耦合可制备电光调制器,提升激光通信速度;透光性和光致发光的耦合可制备高功率激光器;透光性和光致变色的耦合可用于光学信息存储;透光性和储能特性的耦合可用于透明脉冲电容器。多功能特性耦合极大地扩展了透明铁电陶瓷的应用领域,引起广泛关注。本文对铅基和无铅透明铁电陶瓷的性能、制备思路和应用进行了论述,并对其未来发展进行了展望。
2024年03期 v.52;No.420 924-944页 [查看摘要][在线阅读][下载 4558K] [下载次数:205 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:5 ] - 韩文瀚;朱兴华;承刚;郭浩;李诗睿;顾博森;卢开雷;卢铁城;叶昱成;齐建起;
透明陶瓷作为一种具有优异理化性能的结构功能一体化材料,多年来已在诸多领域替代传统透明材料进行使用,如固态照明、高功率固体激光器、高密度屏蔽窗口、光学元件及光电器件等,而近年来高熵陶瓷的研究为透明陶瓷的进一步发展提供新思路。透明陶瓷高熵化使其可利用高的构型熵来改善或提升其力、热、光学等性能,从而实现更多领域、更深层次的功能化应用。综述了作为高熵透明陶瓷潜在结构的几种陶瓷体系的结构、制备、性能和应用进展,详细介绍了当前透明陶瓷高熵化研究的现况,并对其未来的发展及应用进行展望。
2024年03期 v.52;No.420 945-972页 [查看摘要][在线阅读][下载 23432K] [下载次数:349 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:11 ] - 陈跃;姜本学;冯涛;张龙;
在激光诱导损伤的响应中,透明陶瓷既有与其他光学元件的相似性,也表现出损伤的特殊性因其具有晶界、微气孔等微结构缺陷。强激光对透明陶瓷诱导损伤的形貌、分析损伤的规律并揭示损伤的机理的工作被开展,这有利于完善激光陶瓷的制备工艺,对降低高能激光系统的运行成本和提高负载能力均具有现实意义。本文综述了透明陶瓷激光诱导损伤的探究方法、损伤的影响因素和提升损伤阈值的途径3方面内容,并结合其他类光学元件较为成熟的研究思路或典型的探究方法。探讨了激光诱导透明陶瓷损伤中的几个研究重点及解决对策,对于高损伤阈值透明陶瓷的研制以及在强激光系统中的合理应用具有重要的参考价值。
2024年03期 v.52;No.420 973-992页 [查看摘要][在线阅读][下载 4082K] [下载次数:106 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:1 ] - 李恺;范金太;姜本学;钱凯臣;田燕娜;尹晓蒙;
针对未来高马赫数飞行器在攻击速度和打击精度方面的需求,从光学和力学性能2大方面分析比较了目前常用的几种红外窗口材料,认为当前并不存在完全满足尖端系统需求的窗口材料,开发高温低辐射、高强度、宽带高透的红外光学窗口材料迫在眉睫。Y_2O_3–MgO纳米复相陶瓷具有优异的红外透过性能、极低的自发辐射、不错的力学性能和抗热冲击性能,是未来红外窗口材料的有力候选。本文对其设计原理和发展现状进行了介绍,讨论了一些存在的问题和未来发展的方向。
2024年03期 v.52;No.420 993-1005页 [查看摘要][在线阅读][下载 1419K] [下载次数:185 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:4 ] - 李晴;王俊;马杰;刘鹏;沈德元;章健;于浩海;张怀金;唐定远;
倍半氧化物透明陶瓷具有声子能量低、热膨胀系数低、损伤阈值高、热导率高等优势,在固体激光领域有着极大的应用前景。提出了研制高质量倍半氧化物透明陶瓷亟需解决的瓶颈问题,阐述了在倍半氧化物陶瓷制备过程中提高光学质量、减少晶格缺陷的关键措施,总结了稀土离子掺杂倍半氧化物陶瓷在1~3μm波段固体激光器应用中的代表性成果,并对倍半氧化物激光陶瓷的未来发展进行了展望。
2024年03期 v.52;No.420 1006-1022页 [查看摘要][在线阅读][下载 2906K] [下载次数:77 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:4 ] - 凌军荣;周有福;洪茂椿;
第四代发光二极管(LED)光源具有节能、环保、高效、长寿命等特性,随着经济社会的发展,在海洋、港口、体育场馆等大空间大照度应用场合日益增多。荧光陶瓷具有内在散热好、光效高、物化稳定等优点,解决了传统荧光粉胶LED大功率化“散热困难”和“封装失效”以及光源体积大的技术瓶颈,成为新型LED照明以及激光(LD)照明的优选荧光体。教育、展厅和医疗等照明场所对高光效、高显指、低色温等高品质LED照明需求旺盛,新一代MiniLED等RGB显示模组迅速发展,对光效、体积、色纯度提出更高要求,高性能荧光陶瓷研究方兴未艾。本文回顾了LED/LD照明/显示用荧光陶瓷的研究进展和应用情况,并展望了未来荧光陶瓷性能提升策略和发展趋势。
2024年03期 v.52;No.420 1023-1042页 [查看摘要][在线阅读][下载 4711K] [下载次数:113 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:1 ] - 邵岑;张乐;王思晴;王彤;邱凡;马庆飞;陈浩;
透明装甲是应对未来战争的“光学盾牌”,其具有高光学透明度、高硬度、高强度、可防弹道冲击与爆炸物碎片冲击等特性,被广泛应用于装甲战车、武装直升机、舰船航母等装备平台。目前,世界各军事强国竞相开发出抗弹性能优异的透明装甲,但是,透明装甲的防护性能提升与轻量化设计仍面临瓶颈。本文首先对现役透明防护材料的性质进行了详细介绍;重点分析了透明防护装甲的结构设计方案及其损伤机制,并指出了防护性能提升的重点方向;再者介绍了国内外透明防护材料性能考核的评价方法,特别是需要重点考核的项目;最后,对透明装甲的发展方向进行了展望,为新一代透明装甲的结构设计与应用评价提供借鉴。
2024年03期 v.52;No.420 1043-1064页 [查看摘要][在线阅读][下载 10286K] [下载次数:177 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:2 ] - 周子涵;周天元;田吻;郑欣雨;王思晴;邱凡;陈东顺;邵岑;康健;陈浩;张乐;
长余辉陶瓷具有物理化学性能稳定、余辉亮度高等优势,在应急指示、生物成像、光学存储等领域受到了广泛关注,其中长余辉透明陶瓷凭借其“体积效应”,有利于获得发光均匀性好、亮度高、余辉时间长的长余辉发光,具有较好的发展前景。本文回顾了各类长余辉陶瓷特别是长余辉透明陶瓷的国内外研究进展,阐述了长余辉陶瓷的制备工艺及其陷阱深度和余辉性能的调控方式,总结了长余辉陶瓷面临的主要问题并展望了其发展趋势。
2024年03期 v.52;No.420 1065-1081页 [查看摘要][在线阅读][下载 2744K] [下载次数:173 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:4 ] - 李家科;郝浩博;袁强;陈鹏辉;李江;
硫化锌(ZnS)透明陶瓷在可见光至长波红外波段(0.36~12μm)都具有很高的透过率,且拥有较好的力学和热学综合性能,在红外窗口、中红外激光增益介质等方面具有广泛的应用。本文梳理了ZnS透明陶瓷的研究进展,并分析了热压烧结、化学气相沉积和放电等离子烧结等制备工艺对ZnS透明陶瓷光学性能和力学性能的影响,对ZnS透明陶瓷的发展进行了总结和展望。
2024年03期 v.52;No.420 1082-1099页 [查看摘要][在线阅读][下载 4298K] [下载次数:125 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:4 ] - 郭皓;张涛;朱琦;
稀土层状氢氧化物在保留无机层状化合物离子交换性、可插层性及可剥离性的基础上,拥有稀土离子独特的光、电、磁及催化性能,具有广泛的应用场景,是近年来无机层状化合物研究的热点。本文围绕稀土层状氢氧化物(LRHs)的研究发展历程,主要综述了LRHs的结构特性、可控合成和纳米片剥离,以及现阶段在透明陶瓷及薄膜制备中的应用,重点关注基于LRHs制备陶瓷材料技术的发展及优越性,总结了LRHs及其作为前驱体制备的功能陶瓷的结构及物化特性,展望了未来LRHs高效合成及结构设计的研究方向,为今后LRHs在更多领域的规模化应用提供参考。
2024年03期 v.52;No.420 1100-1116页 [查看摘要][在线阅读][下载 2856K] [下载次数:55 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:2 ] - 穆浩洁;李晓东;
采用激光二极管直接泵浦中红外激光材料的激光器具有系统简单、转换效率高及激光光束质量好等优势,受到越来越广泛的关注。目前,常用的激光材料如玻璃、晶体、单相多晶透明陶瓷均存在不足。具有优异的光学、热学及力学性能的纳米复相陶瓷成为了中红外激光器的理想激光材料。本文介绍了Y_2O_3–MgO纳米复相陶瓷的性能,同时概述了其新型的制备方法、性能优化思路以及稀土离子掺杂中红外激光基质材料的研究现状,并对Y_2O_3–MgO纳米复相陶瓷作为中红外激光基质材料的发展前景做了展望与分析。
2024年03期 v.52;No.420 1117-1127页 [查看摘要][在线阅读][下载 1454K] [下载次数:59 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:2 ] - 田燕娜;范金太;姜本学;陈杰;周圣明;
Ce~(3+)掺杂石榴石基荧光材料凭借其良好的物化特性、高荧光转换效率、较短的荧光寿命、激发光谱与紫外/蓝光发光二极管发射谱的高效匹配等特点,被广泛用于照明、显示、医学成像等领域。得益于石榴石结构丰富的阳离子格位,通过多种类基质化学组分取代可实现Ce~(3+)发射波长从460~610 nm范围内的连续可调,不仅大大拓宽了其潜在应用场景,也为Ce~(3+)发光理论的建立和完善提供了广泛的素材。然而随着近年来相关实验探索的大幅增加,种类较为庞杂的Ce~(3+)掺杂石榴石基荧光材料特性与发射波长调控理论常常出现无法解释甚至矛盾之处,成为阻碍Ce~(3+)掺杂石榴石基荧光材料发展的重要瓶颈之一。针对这一问题,本文简要介绍了基质化学组分取代调控Ce~(3+)发射波长的几种主要理论,综述了近年来Ce~(3+)掺杂石榴石基荧光材料的研究进展,并结合理论与实验,主要从[CeO_8]畸变因子角度出发,讨论了离子取代对Ce~(3+)发光性能的影响。
2024年03期 v.52;No.420 1128-1148页 [查看摘要][在线阅读][下载 5128K] [下载次数:142 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:3 ] - 周鼎;祁华贝;李艳华;徐仕琦;申慧;徐家跃;
高Verdet常数、大尺寸的磁光材料是发展高性能光隔离器的核心光学元件,能够促进光隔离系统向集成化、小型化方向发展。氧化铽(Tb_2O_3)在500~1 500 nm波长范围内无吸收峰,其Verdet常数是铽镓石榴石单晶(Tb_3Ga_5O_(12),TGG)的3.5倍以上。由于氧化铽在1 550℃至熔点温度区间存在多级相变,使得通过熔体法生长氧化铽单晶十分困难。本文综述了氧化铽单晶和陶瓷制备的发展历史、工艺过程和制备难点,对纳米晶无压氢气烧结制备氧化铽陶瓷进行了概述,涉及钇稳定氧化铽、镥稳定氧化铽及氧化锆和氧化镧掺杂氧化铽陶瓷等,并展望了NC–PLSH技术在制备氧化铽材料方面的优势。
2024年03期 v.52;No.420 1149-1156页 [查看摘要][在线阅读][下载 1246K] [下载次数:76 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:1 ] - 赖扬群;陶世旭;麻朝阳;曹永革;
A_2B_2O_7型化合物具有高熔点、高密度和高折射率等特点,在照明材料、航空材料、医疗成像、磁光材料等领域具有潜在应用价值。随着陶瓷制备工艺的进步,透明陶瓷的光学、力学和热学等性能不断提升使A_2B_2O_7型透明陶瓷受到越来越多研究者的关注,本文介绍了一些A_2B_2O_7型透明陶瓷的制备工艺、性能参数和其潜在的应用价值。
2024年03期 v.52;No.420 1157-1170页 [查看摘要][在线阅读][下载 3479K] [下载次数:105 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:3 ]