透明結晶釔鋁石榴石(YAG; Y3Al5O12)由于它作為固態激光磷光體主體材料的重要性受到了廣泛的關注.商業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出優異的光學性能.然而,這樣的單晶在尺寸和形狀,較大化學摻雜水平和晶體生長速度方面受到限制,這意味著高生產成本.近期,透明YAG陶瓷證明了它們在包括光學,電子和閃爍裝置等領域中有著重要的應用.

    【成果簡介】

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

    圖1 透明YAG-Al2O3復合納米陶瓷

    Nat. Commun.:透明釔鋁石榴石基納米陶瓷的無壓玻璃結晶

    a)明場TEM顯微圖片

    b)由26 Y2O3-74Al2O3玻璃結晶的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區域的透射光譜

    圖2 YAG-Al2O3陶瓷納米結構的TEM研究

    Nat. Commun.:透明釔鋁石榴石基納米陶瓷的無壓玻璃結晶

    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納米陶瓷的力學和光學性能

    Nat. Commun.:透明釔鋁石榴石基納米陶瓷的無壓玻璃結晶

    a)AY26陶瓷的典型載荷-位移曲線

    b)光致發光激發和發射光譜

    c)YAG-Al2O3陶瓷的顏色坐標

    d)基于YAG-Al2O3陶瓷的WLED圖片

    小結

    該工作用74mol%的Al2O3-26mol%的Y2O3玻璃,通過無壓力和完全結晶的方式合成了全致密的YAG-Al2O3復合納米陶瓷.這些機械和光學特性的結合,以及其簡單,經濟和創新的制備方法,可以推動技術相關材料的發展,在光學領域有廣泛的應用.