CN101148357A - 掺Yb3+的氧化镧钇上转换发光透明激光陶瓷的制备方法 - Google Patents

掺Yb3+的氧化镧钇上转换发光透明激光陶瓷的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种掺Yb3+的氧化镧钇上转换发光透明陶瓷激光陶瓷的制备方法，属特种稀土透明激光陶瓷材料的制造工艺技术领域。本发明方法采用高纯度Y2O3、La2O3和Yb2O3为原料，(也可采用纳米粉体为原料)，三者的质量配比按化学分子式Y2－2x－2yLa2xYb2yO3为依据，其中x＝0.02－0.20，y＝0.02－0.15；将上述配制好的配合料加入适量蒸馏水，放置于球磨机内研磨24小时；随后干燥；再放置于煅烧炉中于1000～1300℃温度下预烧5小时；再放入球磨机中球磨24小时；然后加入5wt％的PVA聚乙烯醇粘结剂进行造粒，将粉粒在200MPa的冷等静压下压制成压坯；然后在还原气氛下于1350～1800℃烧结3~30小时，最终获得掺Yb3+的氧化镧钇上转换发光透明陶瓷激光陶瓷。

Description

掺Yb3+的氧化镧钇上转换发光透明激光陶瓷的制备方法
技术领域
本发明涉及一种掺Yb3+的氧化镧钇上转换发光透明陶瓷激光陶瓷的制备方法，属特种稀土透明激光陶瓷材料的制造工艺技术领域。
背景技术
近几年透明陶瓷Nd:YAG的激光输出功率和斜效率都达到或超过同类单晶的水平。继YAG透明陶瓷获得激光输出后，纳米粉真空烧结技术对制备
Figure A20071004600300031
立方晶系倍半氧化物Re2O3(Re＝Y，Lu，Sc，Gd)透明多晶陶瓷同样有效。掺Nd3+或Yb3+的Re2O3透明陶瓷也先后获得激光输出，其中以掺Nd3+或Yb3+的Y2O3透明多晶陶瓷的性能最好。倍半氧化物Re2O3为立方晶系，具有良好的热、化学、光学和机械性能，是一种非常有前景的固态激光材料。Re2O3的热导率高，声子能量低，低的声子能量可以抑制无辐射跃迁的几率，提高辐射跃迁的几率，从而提高发光量子效率。其中Y2O3的热导率是YAG的2倍、掺Nd激光玻璃的6倍以及Sr5(PO4)3F的10多倍，作为固体激光材料，能够同时获得大的输出功率和峰值功率。
Yb3+是一种性能非常良好的激活离子，能级结构简单，只有2F7/2和2F5/2两个能级，其吸收带在0.9~1.0μm波长范围，具有宽的吸收带宽，能与InGaAs半导体抽运光源有效耦合；此外，掺Yb3+的激光材料不存在激发态吸收，荧光效率高，荧光寿命长。因此掺Yb3+的激光材料引起了人们广泛的兴趣。
Nakazawa E.和Shionoya S.在研究化学计量化合物YbPO4中首次观察到Yb3+离子对在蓝绿光波段的合作上转换发光行为。上转换发光本质上是一种反Stokes发光，Yb3+离子对不是通过激发态吸收的方式实现合作上转换荧光的，而是由处于激发态的二个Yb3+离子互相耦合同时退激发到基态实现的，即由Yb(2F5/2)+Yb(2F5/2)→Yb(2F7/2)+Yb(2F7/2)+hv完成Yb3+离子对合作上转换发光。由于Yb3+离子对合作上转换发光可用于开发光学双稳态和光快速计算以及蓝绿光波段激光器件等新型光学器件，其中蓝绿光波段激光材料在高密度数据存储、海底通信、大屏幕显示、半导体检测、荧光防伪、激光医疗、激光诱导等领域有着潜在的应用前景，近年来Yb3+离子对合作上转换在蓝绿光波段的发光行为引起了人们的兴趣，先后在Yb:YAG单晶、Yb:Y2O3单晶(或陶瓷)、Yb:CsCdBr3单晶、Yb:LiNbO3单晶、Yb:GeO2-PbO玻璃等一系列Yb3+掺杂的晶体、玻璃以及陶瓷材料中观察到Yb3+离子对发光行为。Yb3+离子对在Yb:YAG晶体中第一次实现了485nm蓝光激光输出。
对Yb:Re2O3(Re＝Y，Lu，Sc，Gd)材料而言，基质材料中Re3+的半径越小，则Yb3+取代Re3+后，Yb3+离子间的距离就越近，越容易形成Yb3+离子对合作上转换发光，如在Yb:Sc2O3晶体或陶瓷中易发生Yb3+离子对合作上转换发光(Sc3+半径为74.5pm)。而对于Yb:Y2O3和Yb:Lu2O3等基质材料，Y3+离子半径(89.3pm)和Lu3+离子半径(86.1pm)比Sc3+离子半径大，当Yb3+含量较低时，Yb:Y2O3和Yb:Lu2O3不易产生离子对合作上转换发光，只有在Yb3+含量较高时(Yb3+≥3~5mol％)才容易出现Yb3+离子对合作上转换发光。而当Yb3+含量过高时(Yb3+≥15~25mol％)会出现浓度猝灭，其对红外1.0~1.1μm波段的发光不利；研究表明这种浓度猝灭同样会使Yb3+离子对在470~490nm波段的合作上转换发光强度下降，因此单纯采用提高Yb3+掺杂量来提高Yb3+离子对发光强度及效率是不可行的。
氧化镧钇透明陶瓷，其化学式为Y2-2xLa2xO3(x＝0.01-0.30)，该组成由于含有La2O3化合物，使Y2O3透明陶瓷的高温热稳定性得到改善，同时实现了Y2O3基透明陶瓷的低温单相烧结，即当x＝4-20mol％时，烧结温度在1750℃-1400℃范围。而且La3+离子半径(101.6pm)比Y3+(89.3pm)的大，引起Y2O3晶格常数增大，掺激活离子Yb3+后，由于Yb3+的离子半径(86.8pm)与Y3+(89.3pm)的相近，Yb3+主要取代Y3+离子的格位，而一般不会占据La3+的格位。这样一方面导致Yb3+离子间的间距变大，不易形成Yb3+离子对合作上转换发光；但另一方面随着La2O3含量的增加，又使得Yb3+占据Y3+格位的浓度相对增大，Yb3+易形成Yb3+离子团簇，使掺Yb3+的氧化镧钇透明陶瓷出现Yb3+离子对合作上转换发光，因此掺Yb3+的氧化镧钇透明陶瓷，随着La2O3含量的变化，可调节成为一种新型的在470~490nm蓝绿光波段的上转换激光材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种掺Yb3+的氧化镧钇Y2-2xLa2xO3上转换发光透明激光陶瓷的制备方法。本发明又一目的是：通过调节La2O3的含量，改善Yb3+离子在Y2O3基单晶和透明陶瓷中Yb3+离子对合作上转换发光强度低的缺点，而使Yb3+在Y2-2xLa2xO3系统中随着x(La2O3)含量的增加，从而大幅度提高Yb3+离子对合作上转换发光强度；同时激活离子Yb3+含量在一定组成范围内增加，Yb3+离子对合作上转换发光强度也得到增加。
本发明一种掺Yb3+的氧化镧钇上转换发光透明陶瓷激光陶瓷的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：
a)采用市售高纯的99.99％的Y2O3、99.95％的La2O3和99.95％的Yb2O3为原料，或采用纳米粉体为原料，三者的质量配比按化学分子式Y2-2x-2yLa2xYb2yO3，式中的x＝0.02-0.20，y＝0.02-0.15；
b)将上述配合料加入蒸馏水，放置于球磨机内，进行混合研磨，球磨时间为24小时；随后出料，在150℃温度下烘干；
c)然后将粉料放置于煅烧炉中于1000～1300℃温度下预烧5小时；再放入球磨机中球磨24小时；
d)经150℃温度烘干后，加入5wt％的PVA聚乙烯醇粘结剂进行造粒；然后将粉粒在200MPa的冷等静压下压制成块片；即为压坯；
e)然后在800℃温度下于空气中烧掉PVA粘结剂；最后将所述压制块片即压坯放入钼丝炉中，在还原气氛下于1350～1800℃进行烧结，烧结时间为3~30小时，最终获得致密透明的Yb:Y2-2xLa2xO3(即Y2-2x-2yLa2xYb2yO3)上转换发光透明激光陶瓷。
本发明方法最终制得的Yb:Y2-2xLa2xO3(即Y2-2x-2yLa2xYb2yO3)上转换发光透明激光陶瓷，其中的x＝0.02~0.20，y＝0.02~0.15。当x≥0.12，y≥0.05时，Yb:Y2-2xLa2xO3(即Y2-2x-2yLa2xYb2yO3)具有合作上转换发光性能。
附图说明
图1为本发明(Yb0.05Y0.95-xLax)2O3透明陶瓷上转换荧光光谱图
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例1
本实施例的具体工艺过程和步骤如下：
1.采用市售高纯的99.99％的Y2O3、99.95％的La2O3和99.95％的Yb2O3为原料，三者的质量配比按化学分子式Y2-2x-2yLa2xYb2yO3为依据，x＝0.04，y＝0.05；各成分的摩尔含量为Yb2O3 0.05mol，La2O3 0.04mol，Y2O3 0.91mol。
2.将上述配合料加入蒸馏水，放置于球磨机内，进行混合研磨，球磨时间为24小时，；出料后，在150℃温度下烘干；
3.然后放置于煅烧炉中于1200℃温度下预烧5小时，随后粉料再放入球磨机中球磨24小时；
4.经150℃温度烘干后，加入5wt％的PVA粘结剂进行造粒；然后将粉粒在200MPa的冷等静压下压制成块片；
5.然后在800℃温度下于空气中烧掉PVA粘结剂；最后放入钼丝炉中，在还原气氛下于1600℃进行烧结，烧结时间为10小时，最终获得致密透明的Yb:Y2-2xLa2xO3(即Y2-2x-2yLa2xYb2yO3)激光陶瓷。
实施例2
本实施例的工艺步骤与上述实施例1完全相同，所不同的是：Y2-2x-2yLa2xYb2yO3式中的x＝0.08，y＝0.05；各成分的摩尔含量为Yb2O3 0.05mol，La2O3 0.08mol，Y2O30.87mol；烧结温度为1500℃；烧结时间为10小时；最终获得致密透明的Yb:Y2-2xLa2xO3(即Y2-2x-2yLa2xYb2yO3)激光陶瓷。
实施例3
本实施例的工艺步骤与上述实施例1完全相同，所不同的是：Y2-2x-2yLa2xYb2yO3式中的x＝0.12，y＝0.05；各成分的摩尔含量为Yb2O3 0.05mol，La2O3 0.12mol，Y2O30.83mol；烧结温度为1400℃；烧结时间为10小时；最终获得致密透明的Yb:Y2-2xLa2xO3(即Y2-2x-2yLa2xYb2yO3)激光陶瓷。
实施例4
本实施例的工艺步骤与上述实施例1完全相同，所不同的是：Y2-2x-2yLa2xYb2yO3式中的x＝0.16，y＝0.05；各成分的摩尔含量为Yb2O3 0.05mol，La2O3 0.16mol，Y2O30.79mol；烧结温度为1350℃；烧结时间为10小时；最终获得致密透明的Yb:Y2-2xLa2xO3(即Y2-2x-2yLa2xYb2yO3)激光陶瓷。
实施例5
本实施例的工艺步骤与上述实施例1完全相同，所不同的是：Y2-2x-27La2xYb2yO3式中的x＝0.10，y＝0.10；各成分的摩尔含量为Yb2O3 0.10mol，La2O3 0.10mol，Y2O30.80mol；烧结温度为1450℃；烧结时间为10小时；最终获得致密透明的Yb:Y2-2xLa2xO3(即Y2-2x-2yLa2xYb2yO3)激光陶瓷。
对Y2-2x-2yLa2xYb2yO3透明多晶体作光谱性能检测，其吸收光谱和荧光发射光谱均显示出与Yb:Y2O3相同的激光光谱性能。同时本实施例3、4的透明陶瓷由于掺入了较高的La2O3，Yb3+在Y2-2xLa2xO3系统中随着x(La2O3)含量的增加，从而大幅度提高Yb3+离子对合作上转换发光强度，它们的合作上转换荧光光谱如图1所示。同时本实施例5中激活离子Yb3+含量在一定组成范围增加，Yb3+离子对合作上转换发光强度也得到增加。可用作合作上转换470~490nm波段固体激光介质。

Claims (1)

1.一种掺Yb3+的氧化镧钇上转换发光透明激光陶瓷的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：
a)采用市售高纯的99.99％的Y2O3、99.95％的La2O3和99.95％的Yb2O3为原料，或采用纳米粉体为原料，三者的质量配比按化学分子式Y2-2x-2yLa2xYb2yO3，式中的x＝0.02-0.20，y＝0.02-0.15；
b)将上述配合料加入蒸馏水，放置于球磨机内，进行混合研磨，球磨时间为24小时；随后出料，在150℃温度下烘干；
c)然后将粉料放置于煅烧炉中于1000～1300℃温度下预烧5小时；再放入球磨机中球磨24小时；
d)经150℃温度烘干后，加入5wt％的PVA聚乙烯醇粘结剂进行造粒；然后将粉粒在200MPa的冷等静压下压制成块片；即为压坯；
e)然后在800℃温度下于空气中烧掉PVA粘结剂；最后将所述压制块片即压坯放入钼丝炉中，在还原气氛下于1350～1800℃进行烧结，烧结时间为3--30小时，最终获得致密透明的Yb:Y2-2xLa2xO3(即Y2-2x-2yLa2xYb2yO3)上转换发光透明激光陶瓷。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102249679A (zh) * 2011-06-10 2011-11-23 上海大学 掺Ho3+氧化镧钇透明陶瓷材料的制备方法
CN102320834A (zh) * 2011-06-10 2012-01-18 上海大学 一种可用于飞秒脉冲激光器的Yb3+掺杂(ScxY1-x)2O3透明陶瓷及其制备方法
CN102942929A (zh) * 2012-11-30 2013-02-27 苏州大学 一种镱离子Yb3+激活的硼钨酸盐上转换发光材料及制备方法
CN103059856A (zh) * 2012-10-31 2013-04-24 苏州大学 一种镱离子Yb3+激活的钼硼酸盐上转换发光材料及制备方法
CN103435351A (zh) * 2013-08-01 2013-12-11 长春理工大学 硫化物上转换发光陶瓷
CN104811247A (zh) * 2014-01-23 2015-07-29 温成 非可见光发射装置
CN109354497A (zh) * 2018-12-12 2019-02-19 中国工程物理研究院化工材料研究所 Ho掺杂的透明氧化钪陶瓷及其制备方法
CN115178200A (zh) * 2022-06-23 2022-10-14 之江实验室 一种激光加热微反应器及加热方法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102249679A (zh) * 2011-06-10 2011-11-23 上海大学 掺Ho3+氧化镧钇透明陶瓷材料的制备方法
CN102320834A (zh) * 2011-06-10 2012-01-18 上海大学 一种可用于飞秒脉冲激光器的Yb3+掺杂(ScxY1-x)2O3透明陶瓷及其制备方法
CN102320834B (zh) * 2011-06-10 2013-07-17 上海大学 一种可用于飞秒脉冲激光器的Yb3+掺杂(ScxY1-x)2O3透明陶瓷及其制备方法
CN103059856A (zh) * 2012-10-31 2013-04-24 苏州大学 一种镱离子Yb3+激活的钼硼酸盐上转换发光材料及制备方法
CN102942929A (zh) * 2012-11-30 2013-02-27 苏州大学 一种镱离子Yb3+激活的硼钨酸盐上转换发光材料及制备方法
CN103435351A (zh) * 2013-08-01 2013-12-11 长春理工大学 硫化物上转换发光陶瓷
CN104811247A (zh) * 2014-01-23 2015-07-29 温成 非可见光发射装置
CN109354497A (zh) * 2018-12-12 2019-02-19 中国工程物理研究院化工材料研究所 Ho掺杂的透明氧化钪陶瓷及其制备方法
CN109354497B (zh) * 2018-12-12 2021-06-22 中国工程物理研究院化工材料研究所 Ho掺杂的透明氧化钪陶瓷及其制备方法
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