CN114164491A - 一种离子掺杂钆镓石榴石晶体及其制备方法和应用 - Google Patents

一种离子掺杂钆镓石榴石晶体及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种离子掺杂钆镓石榴石晶体及其制备方法和应用，属于陶瓷材料技术领域，该晶体的结构通式为：(Gd3‑xCax)(Ga5‑x‑ 2yMgyZrx+y)O12；其中0.35≤x≤0.45，0.1≤y≤0.25，0.50≤x+y≤0.66；制备的晶体具有高掺杂的优点，而且通过改变掺杂浓度，调节SGGG晶体的晶格常数、提高热学和光谱性能优异，并可实现平界面无核心晶体生长，而且采用了提拉法来促进晶体生长，操作简单，生长周期短。

Description

一种离子掺杂钆镓石榴石晶体及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于陶瓷材料技术领域，具体地，涉及一种离子掺杂钆镓石榴石晶体及其制备方法和应用。
背景技术
钆镓石榴石分子式Gd3Ga5O12，简式GGG。GGG晶体属于立方晶系，光学上各向同性。GGG晶体结构中Gd的原子半径较大，并与其他稀土元素原子半径相近，容易掺入Nd3+、Ho3+、Tm3+、Er3+等稀土激活离子，取代Gd3+的格位，属于同态取代，构效关系清楚，用作激光晶体，稀土激活离子的激光上能级没有明显的发光淬灭；另外，分凝系数高，有利于稀土激活离子的掺入，提高了泵浦效率，更适用于大功率激光器。采用提拉法生长GGG晶体，原料烧结温度1300℃，晶体生长温度1750℃；相均匀性宽，生长速度快；容易平界面生长，不存在杂质集中核心和应力集中核心，整个界面能够得到有效利用，从而能够制作大尺寸光学元件，如激光元件。
目前GGG纳米晶的合成方法需要较高的反应温度和较长的反应时间，而且所得GGG纳米晶尺寸不均匀，形貌不规则且团聚严重。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种离子掺杂钆镓石榴石晶体及其制备方法和应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种离子掺杂钆镓石榴石晶体，该晶体的结构通式为：
(Gd3-xCax)(Ga5-x-2yMgyZrx+y)O12；
其中0.35≤x≤0.45，0.1≤y≤0.25，0.50≤x+y≤0.66。
该离子掺杂钆镓石榴石晶体包括如下步骤制成：
步骤S1、将金属氧化物、Ga2O3和Gd2O3加入质量分数15％硝酸溶液中，之后加入络合粒子，滴加氨水调节pH，直至pH＝2-2.1，制得混合液，向混合液中加入助燃剂，之后加热至100℃，匀速搅拌2h，之后升温至140-150℃，制得蓬松物，将蓬松物研磨后置于马弗炉中，在950-1000℃下烧结，络合粒子的用量为金属氧化物、Ga2O3和Gd2O3的重量和；
助燃剂为聚乙烯醇和氨基乙酸按照1∶1的摩尔比混合而成，助燃剂的用量与络和粒子重量相同。
步骤S2、之后在晶体生长炉内采用提拉法生长离子掺杂钆镓石榴石晶体，生长温度为1725-1765℃，提拉速度1.3-2mm/h，转速10-20rpm；退火，退火过程按降温区间确定退火速率：1765-1610℃，12-16℃/h；1610-1410℃，18-22℃/h；1410-1130℃，23-25℃/h；1130-800℃，28-32℃/h；800-480℃，38-42℃/h；480℃至室温，48-52℃/h。
进一步地：所述络合粒子包括如下步骤制成：
步骤S1、将锆溶胶加入质量分数8％甲烷磺酸溶液中，加热回流并搅拌8h，制得活化后锆溶胶，之后用去离子水洗涤5次，真空烘干，之后加入去离子水中，匀速搅拌并加入4-甲氧基甲基苯胺，升温至50℃，调节pH＝5-6，匀速搅拌并反应20h，过滤，用无水乙醇洗涤三次，制得改性粒子，锆溶胶和甲烷磺酸溶液的用量比为30g∶200mL，活化后锆溶胶、4-甲氧基甲基苯胺和去离子水的用量比为10-15g∶10-15g∶100mL；
步骤S1中先通过加热甲烷磺酸溶对锆溶胶进行活化，之后加入4-甲氧基甲基苯胺，4-甲氧基甲基苯胺水解，之后接枝在锆溶胶表面，制得改性粒子，该改性粒子上有键合的氨基，结构如下所示：
Figure BDA0003373052870000021
步骤S2、将改性粒子加入N，N-二甲基甲酰胺中，匀速搅拌下加入甲基丙烯酸羟乙酯，通入氮气排出空气，室温下加入质量分数0.1％过硫酸铵水溶液，继续搅拌并反应12h，抽滤，用甲醇提取12h，真空干燥至恒重，制得基体粒子，控制改性粒子、N，N-二甲基甲酰胺和甲基丙烯酸羟乙酯的用量比为1g∶50mL∶5mL，过硫酸铵水溶液与N，N-二甲基甲酰胺的体积比为1∶1；
步骤S2在溶剂N，N-二甲基甲酰胺中，加入甲基丙烯酸羟乙酯，加入过硫酸铵作为引发剂，改性粒子上的氨基与过硫酸铵形成氧化-还原引发体系，在改性粒子表面产生大量自由基，能够与甲基丙烯酸羟乙酯发生接枝聚合，进而制备出基体粒子，反应过程如下所示：
Figure BDA0003373052870000031
步骤S3、将8-氯喹啉加入四口烧瓶中，冰水浴下滴加混合酸，完全滴加后升温至45℃，匀速搅拌并反应3h，静置分层，收集上层的反应产物，用去离子水洗涤三次，干燥，制得掺杂剂，控制8-氯喹啉和混合酸的重量比为80-95∶205；
所述混合酸为浓硝酸和浓硫酸按照1∶3的摩尔比混合而成。
步骤S3中将8-氯喹啉加入混合酸中，通过硝酸对其进行硝化，制成掺杂剂，反应过程如下所示：
Figure BDA0003373052870000032
步骤S4、将基体粒子加入二甲基亚砜中，匀速搅拌并加入掺杂剂，通入氮气，升温至90℃，加入碳酸钠，继续搅拌并反应6h，反应结束后抽滤，用无水乙醇和去离子水分别洗涤三次，制得初粒子，控制基体粒子、掺杂剂和二甲基亚砜的用量比为0.5g∶1.85-1.88g∶20mL，碳酸钠的用量为基体粒子重量的2-3倍；
步骤S4中将掺杂剂与基体粒子在二甲基亚砜中共混，碳酸钠作为缚酸剂，通过在掺杂剂氯的邻位和对位中引入硝基作为吸电子基，使得氯与基体粒子上的醇羟基发生亲核取代反应，制备出初粒子，反应过程如下所示：
Figure BDA0003373052870000041
步骤S5、将铁粉加入体积分数50％乙醇水溶液中，匀速搅拌并滴加稀盐酸溶液调pH，直至pH＝4-5，高速搅拌并加热煮沸30min，之后加入初粒子，继续搅拌并升温至80℃，反应4h，之后冷却至室温，抽滤并调节pH＝9-10，再次抽滤，将滤液蒸发浓缩，之后倒入去离子水中析出反应物，过滤、重结晶后真空干燥，制得络合粒子，控制铁粉、乙醇水溶液和中间体1的用量比为34g∶100mL∶65-71g。
步骤S5中将制备出的初粒子通过铁粉进行还原，将络合粒子上硝基还原成氨基，制备出络合粒子，其为一种具有氨基喹啉结构的二氧化锆络合粒子，反应过程如下所示：
Figure BDA0003373052870000042
一种离子掺杂钆镓石榴石晶体，能够应用于Bi:RIG(Bi掺杂的稀土铁石榴石单晶)单晶外延片，最终应用在光纤隔离器领域。
本发明的有益效果：
本发明一种离子掺杂钆镓石榴石晶体通过在GGG晶体结构中掺杂Ca、Mg和Zr离子，使得制备的晶体具有高掺杂的优点，而且通过改变掺杂浓度，调节SGGG晶体的晶格常数、提高热学和光谱性能优异，并可实现平界面无核心晶体生长，而且采用了提拉法来促进晶体生长，操作简单，生长周期短；此外，本发明先采用溶胶凝胶法制备出晶体初料，制备过程中加入一种络合粒子，该络合粒子先采用二氧化锆溶胶作为基体，之后通过在过氧化盐的作用下接枝单体甲基丙烯酸羟乙酯，形成聚合物，最后将掺杂剂接枝在侧链上，通过在基体上增加长链，并在侧链接枝具有氨基喹啉结构的掺杂剂，能够提高该络合粒子的吸附容量，使得各金属离子能够紧密结合，加热产生交联或非交联状聚酯，脱水形成凝胶，之后烧结，形成尺寸均匀、形貌规则的晶体，而且其超大的分子量在与硝酸溶液中的金属离子聚合后，后在助燃剂的作用下促进形成蓬松物，内部含有大量的通孔，使得金属离子能够与氧气接触，加入氨水进一步促使向凝胶化转变，防止其转变为沉淀，而且烧结后仍然保留锆元素，能够作为优异的光学窗口材料。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明离子掺杂钆镓石榴石晶体的透过率曲线图(PE Lambda1050分光光度计)。
图2为晶体(111)面经过热磷酸腐蚀后放大100倍光学显微镜显示的位错情况(聚焦在平面上面)。
图3为晶体(111)面经过热磷酸腐蚀后放大100倍光学显微镜显示的位错情况(聚焦在孔中心)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
络合粒子包括如下步骤制成：
步骤S1、将锆溶胶加入质量分数8％甲烷磺酸溶液中，加热回流并搅拌8h，制得活化后锆溶胶，之后用去离子水洗涤5次，真空烘干，之后加入去离子水中，匀速搅拌并加入4-甲氧基甲基苯胺，升温至50℃，调节pH＝5-6，匀速搅拌并反应20h，过滤，用无水乙醇洗涤三次，制得改性粒子，锆溶胶和甲烷磺酸溶液的用量比为30g∶200mL，活化后锆溶胶、4-甲氧基甲基苯胺和去离子水的用量比为10g∶10g∶100mL；
步骤S2、将改性粒子加入N，N-二甲基甲酰胺中，匀速搅拌下加入甲基丙烯酸羟乙酯，通入氮气排出空气，室温下加入质量分数0.1％过硫酸铵水溶液，继续搅拌并反应12h，抽滤，用甲醇提取12h，真空干燥至恒重，制得基体粒子，控制改性粒子、N，N-二甲基甲酰胺和甲基丙烯酸羟乙酯的用量比为1g∶50mL∶5mL，过硫酸铵水溶液与N，N-二甲基甲酰胺的体积比为1∶1；
步骤S3、将8-氯喹啉加入四口烧瓶中，冰水浴下滴加混合酸，完全滴加后升温至45℃，匀速搅拌并反应3h，静置分层，收集上层的反应产物，用去离子水洗涤三次，干燥，制得掺杂剂，控制8-氯喹啉和混合酸的重量比为80∶205；
所述混合酸为浓硝酸和浓硫酸按照1∶3的摩尔比混合而成。
步骤S4、将基体粒子加入二甲基亚砜中，匀速搅拌并加入掺杂剂，通入氮气，升温至90℃，加入碳酸钠，继续搅拌并反应6h，反应结束后抽滤，用无水乙醇和去离子水分别洗涤三次，制得初粒子，控制基体粒子、掺杂剂和二甲基亚砜的用量比为0.5g∶1.85g∶20mL，碳酸钠的用量为基体粒子重量的2倍；
步骤S5、将铁粉加入体积分数50％乙醇水溶液中，匀速搅拌并滴加稀盐酸溶液调pH，直至pH＝4，高速搅拌并加热煮沸30min，之后加入初粒子，继续搅拌并升温至80℃，反应4h，之后冷却至室温，抽滤并调节pH＝9，再次抽滤，将滤液蒸发浓缩，之后倒入去离子水中析出反应物，过滤、重结晶后真空干燥，制得络合粒子，控制铁粉、乙醇水溶液和中间体1的用量比为34g∶100mL∶65g。
实施例2
络合粒子包括如下步骤制成：
步骤S1、将锆溶胶加入质量分数8％甲烷磺酸溶液中，加热回流并搅拌8h，制得活化后锆溶胶，之后用去离子水洗涤5次，真空烘干，之后加入去离子水中，匀速搅拌并加入4-甲氧基甲基苯胺，升温至50℃，调节pH＝5-6，匀速搅拌并反应20h，过滤，用无水乙醇洗涤三次，制得改性粒子，锆溶胶和甲烷磺酸溶液的用量比为30g∶200mL，活化后锆溶胶、4-甲氧基甲基苯胺和去离子水的用量比为12g∶14g∶100mL；
步骤S2、将改性粒子加入N，N-二甲基甲酰胺中，匀速搅拌下加入甲基丙烯酸羟乙酯，通入氮气排出空气，室温下加入质量分数0.1％过硫酸铵水溶液，继续搅拌并反应12h，抽滤，用甲醇提取12h，真空干燥至恒重，制得基体粒子，控制改性粒子、N，N-二甲基甲酰胺和甲基丙烯酸羟乙酯的用量比为1g∶50mL∶5mL，过硫酸铵水溶液与N，N-二甲基甲酰胺的体积比为1∶1；
步骤S3、将8-氯喹啉加入四口烧瓶中，冰水浴下滴加混合酸，完全滴加后升温至45℃，匀速搅拌并反应3h，静置分层，收集上层的反应产物，用去离子水洗涤三次，干燥，制得掺杂剂，控制8-氯喹啉和混合酸的重量比为85∶205；
所述混合酸为浓硝酸和浓硫酸按照1∶3的摩尔比混合而成。
步骤S4、将基体粒子加入二甲基亚砜中，匀速搅拌并加入掺杂剂，通入氮气，升温至90℃，加入碳酸钠，继续搅拌并反应6h，反应结束后抽滤，用无水乙醇和去离子水分别洗涤三次，制得初粒子，控制基体粒子、掺杂剂和二甲基亚砜的用量比为0.5g∶1.86g∶20mL，碳酸钠的用量为基体粒子重量的2.5倍；
步骤S5、将铁粉加入体积分数50％乙醇水溶液中，匀速搅拌并滴加稀盐酸溶液调pH，直至pH＝5，高速搅拌并加热煮沸30min，之后加入初粒子，继续搅拌并升温至80℃，反应4h，之后冷却至室温，抽滤并调节pH＝10，再次抽滤，将滤液蒸发浓缩，之后倒入去离子水中析出反应物，过滤、重结晶后真空干燥，制得络合粒子，控制铁粉、乙醇水溶液和中间体1的用量比为34g∶100mL∶68g。
实施例3
络合粒子包括如下步骤制成：
步骤S1、将锆溶胶加入质量分数8％甲烷磺酸溶液中，加热回流并搅拌8h，制得活化后锆溶胶，之后用去离子水洗涤5次，真空烘干，之后加入去离子水中，匀速搅拌并加入4-甲氧基甲基苯胺，升温至50℃，调节pH＝5-6，匀速搅拌并反应20h，过滤，用无水乙醇洗涤三次，制得改性粒子，锆溶胶和甲烷磺酸溶液的用量比为30g∶200mL，活化后锆溶胶、4-甲氧基甲基苯胺和去离子水的用量比为15g∶15g∶100mL；
步骤S2、将改性粒子加入N，N-二甲基甲酰胺中，匀速搅拌下加入甲基丙烯酸羟乙酯，通入氮气排出空气，室温下加入质量分数0.1％过硫酸铵水溶液，继续搅拌并反应12h，抽滤，用甲醇提取12h，真空干燥至恒重，制得基体粒子，控制改性粒子、N，N-二甲基甲酰胺和甲基丙烯酸羟乙酯的用量比为1g∶50mL∶5mL，过硫酸铵水溶液与N，N-二甲基甲酰胺的体积比为1∶1；
步骤S3、将8-氯喹啉加入四口烧瓶中，冰水浴下滴加混合酸，完全滴加后升温至45℃，匀速搅拌并反应3h，静置分层，收集上层的反应产物，用去离子水洗涤三次，干燥，制得掺杂剂，控制8-氯喹啉和混合酸的重量比为95∶205；
所述混合酸为浓硝酸和浓硫酸按照1∶3的摩尔比混合而成。
步骤S4、将基体粒子加入二甲基亚砜中，匀速搅拌并加入掺杂剂，通入氮气，升温至90℃，加入碳酸钠，继续搅拌并反应6h，反应结束后抽滤，用无水乙醇和去离子水分别洗涤三次，制得初粒子，控制基体粒子、掺杂剂和二甲基亚砜的用量比为0.5g∶1.88g∶20mL，碳酸钠的用量为基体粒子重量的3倍；
步骤S5、将铁粉加入体积分数50％乙醇水溶液中，匀速搅拌并滴加稀盐酸溶液调pH，直至pH＝5，高速搅拌并加热煮沸30min，之后加入初粒子，继续搅拌并升温至80℃，反应4h，之后冷却至室温，抽滤并调节pH＝10，再次抽滤，将滤液蒸发浓缩，之后倒入去离子水中析出反应物，过滤、重结晶后真空干燥，制得络合粒子，控制铁粉、乙醇水溶液和中间体1的用量比为34g∶100mL∶71g。
实施例4
一种离子掺杂钆镓石榴石晶体，该晶体的结构通式为：
(Gd2.65Ca0.35)(Ga4.45Mg0.1Zr0.45)O12；
其中当x＝0.35，y＝0.1，x+y＝0.45。
该离子掺杂钆镓石榴石晶体包括如下步骤制成：
步骤S1、将金属氧化物、Ga2O3和Gd2O3加入质量分数15％硝酸溶液中，之后加入络合粒子，滴加氨水调节pH，直至pH＝2，制得混合液，向混合液中加入助燃剂，之后加热至100℃，匀速搅拌2h，之后升温至140℃，制得蓬松物，将蓬松物研磨后置于马弗炉中，在950℃下烧结，络合粒子的用量为金属氧化物、Ga2O3和Gd2O3的重量和；
助燃剂为聚乙烯醇和氨基乙酸按照1∶1的摩尔比混合而成，助燃剂的用量为络和粒子重量相同。
步骤S2、之后在晶体生长炉内采用提拉法生长离子掺杂钆镓石榴石晶体，生长温度为1725-1765℃，提拉速度1.3mm/h，转速10rpm；退火，退火过程按降温区间确定退火速率：1765-1610℃，12-16℃/h；1610-1410℃，18-22℃/h；1410-1130℃，23-25℃/h；1130-800℃，28-32℃/h；800-480℃，38-42℃/h；480℃至室温，48-52℃/h。
实施例5
一种离子掺杂钆镓石榴石晶体，该晶体的结构通式为：
(Gd2.58Ca0.42)(Ga4.16Mg0.21Zr0.63)O12；
其中x＝0.42，y＝0.21，x+y＝0.63。
该离子掺杂钆镓石榴石晶体包括如下步骤制成：
步骤S1、将金属氧化物、Ga2O3和Gd2O3加入质量分数15％硝酸溶液中，之后加入络合粒子，滴加氨水调节pH，直至pH＝2，制得混合液，向混合液中加入助燃剂，之后加热至100℃，匀速搅拌2h，之后升温至145℃，制得蓬松物，将蓬松物研磨后置于马弗炉中，在980℃下烧结，络合粒子的用量为金属氧化物、Ga2O3和Gd2O3的重量和；
助燃剂为聚乙烯醇和氨基乙酸按照1∶1的摩尔比混合而成，助燃剂的用量为络和粒子重量相同。
步骤S2、之后在晶体生长炉内采用提拉法生长离子掺杂钆镓石榴石晶体，生长温度为1725-1765℃，提拉速度1.8mm/h，转速15rpm；退火，退火过程按降温区间确定退火速率：1765-1610℃，12-16℃/h；1610-1410℃，18-22℃/h；1410-1130℃，23-25℃/h；1130-800℃，28-32℃/h；800-480℃，38-42℃/h；480℃至室温，48-52℃/h。
实施例6
一种离子掺杂钆镓石榴石晶体，该晶体的结构通式为：
(Gd2.55Ca0.45)(Ga4.05Mg0.25Zr0.7)O12；
其中x＝0.45，y＝0.25，x+y＝0.7。
该离子掺杂钆镓石榴石晶体包括如下步骤制成：
步骤S1、将金属氧化物、Ga2O3和Gd2O3加入质量分数15％硝酸溶液中，之后加入络合粒子，滴加氨水调节pH，直至pH＝2.1，制得混合液，向混合液中加入助燃剂，之后加热至100℃，匀速搅拌2h，之后升温至150℃，制得蓬松物，将蓬松物研磨后置于马弗炉中，在1000℃下烧结，络合粒子的用量为金属氧化物、Ga2O3和Gd2O3的重量和；
助燃剂为聚乙烯醇和氨基乙酸按照1∶1的摩尔比混合而成，助燃剂的用量为络和粒子重量相同。
步骤S2、之后在晶体生长炉内采用提拉法生长离子掺杂钆镓石榴石晶体，生长温度为1725-1765℃，提拉速度2mm/h，转速20rpm；退火，退火过程按降温区间确定退火速率：1765-1610℃，12-16℃/h；1610-1410℃，18-22℃/h；1410-1130℃，23-25℃/h；1130-800℃，28-32℃/h；800-480℃，38-42℃/h；480℃至室温，48-52℃/h。
对实施例4制备出的离子掺杂钆镓石榴石晶体进行检测，结果如图1-图3所示。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种离子掺杂钆镓石榴石晶体，其特征在于：该晶体的结构通式为：
(Gd3-xCax)(Ga5-x-2yMgyZrx+y)O12；
其中0.35≤x≤0.45，0.1≤y≤0.25，0.50≤x+y≤0.66。
2.根据权利要求1所述的一种离子掺杂钆镓石榴石晶体的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤S1、将金属氧化物、Ga2O3和Gd2O3加入质量分数15％硝酸溶液中，之后加入络合粒子，滴加氨水调节pH，直至pH＝2-2.1，制得混合液，向混合液中加入助燃剂，之后加热至100℃，匀速搅拌2h，之后升温至140-150℃，制得蓬松物，将蓬松物研磨后置于马弗炉中，在950-1000℃下烧结；
步骤S2、之后在晶体生长炉内采用提拉法生长离子掺杂钆镓石榴石晶体，生长温度为1725-1765℃，提拉速度1.3-2mm/h，转速10-20rpm；退火，退火过程按降温区间确定退火速率：1765-1610℃，12-16℃/h；1610-1410℃，18-22℃/h；1410-1130℃，23-25℃/h；1130-800℃，28-32℃/h；800-480℃，38-42℃/h；480℃至室温，48-52℃/h。
3.根据权利要求2所述的一种离子掺杂钆镓石榴石晶体的制备方法，其特征在于：所述络合粒子包括如下步骤制成：
步骤S11、将锆溶胶加入质量分数8％甲烷磺酸溶液中，加热回流并搅拌8h，制得活化后锆溶胶，之后用去离子水洗涤5次，真空烘干，之后加入去离子水中，匀速搅拌并加入4-甲氧基甲基苯胺，升温至50℃，调节pH＝5-6，匀速搅拌并反应20h，过滤，用无水乙醇洗涤三次，制得改性粒子；
步骤S12、将改性粒子加入N，N-二甲基甲酰胺中，匀速搅拌下加入甲基丙烯酸羟乙酯，通入氮气排出空气，室温下加入质量分数0.1％过硫酸铵水溶液，继续搅拌并反应12h，抽滤，用甲醇提取12h，真空干燥至恒重，制得基体粒子；
步骤S13、将基体粒子加入二甲基亚砜中，匀速搅拌并加入掺杂剂，通入氮气，升温至90℃，加入碳酸钠，继续搅拌并反应6h，反应结束后抽滤，用无水乙醇和去离子水分别洗涤三次，制得初粒子，之后还原，制得络合粒子。
4.根据权利要求3所述的一种离子掺杂钆镓石榴石晶体的制备方法，其特征在于：所述掺杂剂包括如下步骤制成：
将8-氯喹啉加入四口烧瓶中，冰水浴下滴加混合酸，完全滴加后升温至45℃，匀速搅拌并反应3h，静置分层，收集上层的反应产物，用去离子水洗涤三次，干燥，制得掺杂剂，8-氯喹啉和混合酸的重量比为80-95∶205。
5.根据权利要求3所述的一种离子掺杂钆镓石榴石晶体的制备方法，其特征在于：步骤S11中控制锆溶胶和甲烷磺酸溶液的用量比为30g∶200mL，活化后锆溶胶、4-甲氧基甲基苯胺和去离子水的用量比为10-15g∶10-15g∶100mL。
6.根据权利要求3所述的一种离子掺杂钆镓石榴石晶体的制备方法，其特征在于：步骤S12中控制改性粒子、N，N-二甲基甲酰胺和甲基丙烯酸羟乙酯的用量比为1g∶50mL∶5mL，过硫酸铵水溶液与N，N-二甲基甲酰胺的体积比为1∶1。
7.根据权利要求3所述的一种离子掺杂钆镓石榴石晶体的制备方法，其特征在于：步骤S13中控制基体粒子、掺杂剂和二甲基亚砜的用量比为0.5g∶1.85-1.88g∶20mL，碳酸钠的用量为基体粒子重量的2-3倍。
8.根据权利要求1所述的一种离子掺杂钆镓石榴石晶体在Bi:RIG单晶外延片中的应用。
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