Nd3+, Y3+:CaF2透明陶瓷的微观结构与光学性能研究

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氟化物激光材料因其具有宽光谱、低折射率、声子能量低、热导率高、损伤阈值高等特点而被广泛用作固态激光增益介质。Nd3+离子属于四能级系统，其激光中心波长位于1054 nm，易实现粒子数反转，在1000-1100 nm波段可实现连续调谐，非常适合应用于核聚变能源领域。但氟化物透明陶瓷的制备工艺复杂、光学质量难以控制，陶瓷的微观结构对陶瓷的光学性能有显著影响。本论文以CaF2为基质材料，掺杂了Nd3+离子和Y3+离子，共沉淀法合成了稀土掺杂的氟化钙纳米粉体，制备了稀土掺杂氟化钙透明陶瓷，研究了烧结工艺、粉体质量以及粉体成分对透明陶瓷微观结构与光学透过率的影响。同时，研究了透明陶瓷光谱性能。具体研究内容如下：采用共沉淀法制备了稀土掺杂氟化钙纳米粉体，研究了 Nd3+离子掺杂量对纳米粉体晶粒尺寸、晶胞参数以及粉体形貌的影响。同时，研究了Y3+离子掺杂量对钕钇共掺杂氟化钙粉体微观结构的影响。研究表明，稀土离子掺杂量增大，粉体晶粒尺寸变小，晶胞参数变大。此外，探究了研磨程度对钕钇共掺杂氟化钙粉体团聚程度的影响。研磨充分，粉体分散性好。采用真空热压法制备了Nd3+, Y3+:CaF2透明陶瓷，研究了粉体团聚程度、烧结压力、保温时间以及升温速率等因素对陶瓷微观结构与透过率的影响。研究表明，烧结压力增大，保温时间延长，粉体分散性好，升温速率慢对于陶瓷透过率的提升有一定影响。其次，研究了Nd3+离子掺杂量对Nd3+: CaF2透明陶瓷的结构与透过率的影响，Nd3+离子掺杂量增加，晶粒尺寸一直变小。5 at.%Nd3+:CaF2透明陶瓷的透过率最高。Y3+离子的掺入，改善了陶瓷的透过率。1 at.%Nd3+,2 at.%Y3+:CaF2透明陶瓷在1054 nm处的透过率达到了87%。研究了稀土掺杂量对陶瓷荧光光谱的影响。Nd3+离子掺杂量变大，离子团簇明显，交叉弛豫加重，陶瓷的荧光性能变差。当掺入Y3+离子后，Nd3+,Y3+:CaF2透明陶瓷荧光性能得到改善，本文从电荷补偿和稀土离子配位的角度解释 Nd3+离子团簇效应与Y3+离子的缓冲作用。1 at.%Nd3+,2 at.%Y3+:CaF2透明陶瓷4F3/2能级的荧光寿命值达到220.52μs。其次，对比了Nd3+,Y3+:CaF2纳米粉体、陶瓷粉体以及透明陶瓷的荧光光谱性能，研究发现陶瓷的荧光强度最高。

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作者
孙在春;
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作者单位

武汉理工大学;

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授予单位武汉理工大学;
学科材料科学与工程
授予学位硕士
导师姓名梅炳初;
年度 2017
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类
关键词
透明陶瓷; 微观结构; 光学;

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