透明結(jié)晶釔鋁石榴石(YAG; Y3Al5O12)由于它作為固態(tài)激光磷光體主體材料的重要性受到了廣泛的關(guān)注.商業(yè)YAG材料通常是單晶體,其通過從熔體定向凝固而生長并且表現(xiàn)出優(yōu)異的光學(xué)性能.然而,這樣的單晶在尺寸和形狀,較大化學(xué)摻雜水平和晶體生長速度方面受到限制,這意味著高生產(chǎn)成本.近期,透明YAG陶瓷證明了它們在包括光學(xué),電子和閃爍裝置等領(lǐng)域中有著重要的應(yīng)用.

    【成果簡介】

    近日,中國科學(xué)院過程工程研究所李建強、法國奧爾良大學(xué)Mathieu Allix(共同通訊)等人通過Y2O3 -Al2O3大塊玻璃的無壓納米結(jié)晶來簡單地制造透明YAG基陶瓷.所得陶瓷呈現(xiàn)由YAG納米晶體(77?wt%)組成的納米結(jié)構(gòu),所述YAG納米晶體由小的Al2O3結(jié)晶域(23?wt%)分開.這些YAG-Al2O3納米陶瓷的硬度比YAG單晶高10%. 當(dāng)摻雜Ce3+時,YAG-Al2O3陶瓷的量子效率為87.5%.這些機械和光學(xué)特性的結(jié)合,以及其簡單,經(jīng)濟和創(chuàng)新的制備方法,可以推動技術(shù)相關(guān)材料的發(fā)展,在廣泛的光學(xué)領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用,如透鏡,寶石、磷光體轉(zhuǎn)換器和激光二極管等.相關(guān)成果以題為"Pressureless glass crystallization of transparent yttrium aluminum garnet-based nanoceramics"發(fā)表在了Nat. Commun.上.

    圖1 透明YAG-Al2O3復(fù)合納米陶瓷

    Nat. Commun.:透明釔鋁石榴石基納米陶瓷的無壓玻璃結(jié)晶

    a)明場TEM顯微圖片

    b)由26 Y2O3-74Al2O3玻璃結(jié)晶的YAG-Al2O3陶瓷的X射線衍射

    c)YAG-Al2O3陶瓷的HRTEM顯微圖片

    d)YAG-Al2O3陶瓷的UV-VIS-NIR和MIR區(qū)域的透射光譜

    圖2 YAG-Al2O3陶瓷納米結(jié)構(gòu)的TEM研究

    Nat. Commun.:透明釔鋁石榴石基納米陶瓷的無壓玻璃結(jié)晶

    a)YAG-Al2O3陶瓷的STEM-HAADF圖像

    b)相同YAG-Al2O3陶瓷的HRTEM顯微圖片

    c,d)STEM-EDX陽離子(c)組成分布圖和(d)元素圖

    圖3 YAG-Al2O3納米陶瓷的力學(xué)和光學(xué)性能

    Nat. Commun.:透明釔鋁石榴石基納米陶瓷的無壓玻璃結(jié)晶

    a)AY26陶瓷的典型載荷-位移曲線

    b)光致發(fā)光激發(fā)和發(fā)射光譜

    c)YAG-Al2O3陶瓷的顏色坐標(biāo)

    d)基于YAG-Al2O3陶瓷的WLED圖片

    小結(jié)

    該工作用74mol%的Al2O3-26mol%的Y2O3玻璃,通過無壓力和完全結(jié)晶的方式合成了全致密的YAG-Al2O3復(fù)合納米陶瓷.這些機械和光學(xué)特性的結(jié)合,以及其簡單,經(jīng)濟和創(chuàng)新的制備方法,可以推動技術(shù)相關(guān)材料的發(fā)展,在光學(xué)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用.