Nat. Commun.：透明钇铝石榴石基纳米陶瓷的无压玻璃结晶

    透明结晶钇铝石榴石(YAG; Y3Al5O12)由于它作为固态激光磷光体主体材料的重要性受到了广泛的关注.商业YAG材料通常是单晶体,其通过从熔体定向凝固而生长并且表现出优异的光学性能.然而,这样的单晶在尺寸和形状,较大化学掺杂水平和晶体生长速度方面受到限制,这意味着高生产成本.近期,透明YAG陶瓷证明了它们在包括光学,电子和闪烁装置等领域中有着重要的应用.

    【成果简介】

    近日,中国科学院过程工程研究所李建强、法国奥尔良大学Mathieu Allix(共同通讯)等人通过Y2O3 -Al2O3大块玻璃的无压纳米结晶来简单地制造透明YAG基陶瓷.所得陶瓷呈现由YAG纳米晶体(77?wt%)组成的纳米结构,所述YAG纳米晶体由小的Al2O3结晶域(23?wt%)分开.这些YAG-Al2O3纳米陶瓷的硬度比YAG单晶高10%. 当掺杂Ce3+时,YAG-Al2O3陶瓷的量子效率为87.5%.这些机械和光学特性的结合,以及其简单,经济和创新的制备方法,可以推动技术相关材料的发展,在广泛的光学领域有潜在的应用,如透镜,宝石、磷光体转换器和激光二极管等.相关成果以题为"Pressureless glass crystallization of transparent yttrium aluminum garnet-based nanoceramics"发表在了Nat. Commun.上.

    图1 透明YAG-Al2O3复合纳米陶瓷

    Nat. Commun.:透明钇铝石榴石基纳米陶瓷的无压玻璃结晶

    a)明场TEM显微图片

    b)由26 Y2O3-74Al2O3玻璃结晶的YAG-Al2O3陶瓷的X射线衍射

    c)YAG-Al2O3陶瓷的HRTEM显微图片

    d)YAG-Al2O3陶瓷的UV-VIS-NIR和MIR区域的透射光谱

    图2 YAG-Al2O3陶瓷纳米结构的TEM研究

    Nat. Commun.:透明钇铝石榴石基纳米陶瓷的无压玻璃结晶

    a)YAG-Al2O3陶瓷的STEM-HAADF图像

    b)相同YAG-Al2O3陶瓷的HRTEM显微图片

    c,d)STEM-EDX阳离子(c)组成分布图和(d)元素图

    图3 YAG-Al2O3纳米陶瓷的力学和光学性能

    Nat. Commun.:透明钇铝石榴石基纳米陶瓷的无压玻璃结晶

    a)AY26陶瓷的典型载荷-位移曲线

    b)光致发光激发和发射光谱

    c)YAG-Al2O3陶瓷的颜色坐标

    d)基于YAG-Al2O3陶瓷的WLED图片

    小结

    该工作用74mol%的Al2O3-26mol%的Y2O3玻璃,通过无压力和完全结晶的方式合成了全致密的YAG-Al2O3复合纳米陶瓷.这些机械和光学特性的结合,以及其简单,经济和创新的制备方法,可以推动技术相关材料的发展,在光学领域有广泛的应用.