本發(fā)明屬于無機(jī)功能晶體，具體涉及一種鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、處于400～760nm的可見波段激光，是存儲、顯示、加工和通訊等領(lǐng)域的基礎(chǔ)光源。鐠離子作為稀土離子典型的代表，鐠離子摻雜的激光晶體可以實(shí)現(xiàn)藍(lán)光區(qū)域的吸收，以及從綠光到紅光波段的多波長發(fā)射，是重要的藍(lán)光泵浦全固態(tài)可見波段激光材料。目前對于鐠離子摻雜的激光晶體主要集中在以氟化物為代表的鹵化物晶體，但晶體存在生長困難以及晶體本身的熱機(jī)械性能較差等短板，制約了它的應(yīng)用發(fā)展。

2、隨著藍(lán)光ingan半導(dǎo)體激光器(ld)的輸出功率的大幅提升，一種由藍(lán)光ld泵浦鐠離子摻雜氧化物激光晶體直接輸出可見波段激光的途徑得到了科研人員的關(guān)注。目前，使用藍(lán)光ld泵浦，已經(jīng)成功在pr:yalo3、pr:y3al5o12、pr:sral12o19等氧化晶體中實(shí)現(xiàn)了激光輸出，但是輸出功率還停留在毫瓦級別，還有待進(jìn)一步提升。

3、此外，閃爍晶體是在高能射線粒子激發(fā)下能產(chǎn)生高效熒光發(fā)射的發(fā)光材料，在核醫(yī)學(xué)影像、工業(yè)無損檢測、港口安全檢查、環(huán)境監(jiān)測、地質(zhì)勘探、油井鉆探、高能物理和天文空間物理等方面具有非常廣泛的應(yīng)用。

4、因此，目前迫切需要開發(fā)具有可見光激光輸出，且輸出功率高，同時具備閃爍性能的雙功能晶體材料，以滿足市場的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明提供的鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料在被藍(lán)光ld直接泵浦時，可實(shí)現(xiàn)高效的可見激光輸出，且輸出功率高；同時具備閃爍性能，在高能射線或粒子的輻照或激發(fā)下，該晶體可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)烈的紫外及可見光發(fā)射，能夠作為雙功能晶體在可見激光及輻射探測領(lǐng)域應(yīng)用。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料，所述鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料的化學(xué)式如式1所示：

4、ba3y1-x(po4)3:xpr式1；

5、式1中：0<x≤0.3。

6、優(yōu)選的，所述鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料屬于立方晶系，空間群為

7、優(yōu)選的，式1中：0.01≤x≤0.3。

8、優(yōu)選的，式1中的x為0.01、0.03、0.04、0.08、0.12、0.16、0.2或0.3。

9、本發(fā)明提供了上述技術(shù)方案所述的鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料的制備方法，包括以下步驟：

10、按照所述鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料的化學(xué)組成將制備原料進(jìn)行兩次燒結(jié)，得到ba3y1-x(po4)3:xpr多晶原料；所述制備原料包括氧化鐠、氧化釔、無機(jī)鋇鹽和無機(jī)磷酸鹽；所述兩次燒結(jié)包括第一次燒結(jié)和第二次燒結(jié)；

11、在保護(hù)氣體氣氛中，將所述ba3y1-x(po4)3:xpr多晶原料提拉生長，得到所述鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料。

12、優(yōu)選的，所述第一次燒結(jié)包括依次進(jìn)行第一次研磨、第一次壓片和第一次焙燒；

13、所述第一次焙燒的溫度為1000～1500℃，時間為15～25h，由室溫升溫至所述第一次焙燒的溫度的升溫速率為150～250℃/h。

14、優(yōu)選的，所述第二次燒結(jié)包括依次進(jìn)行第二次研磨、第二次壓片和第二次焙燒；

15、所述第二次焙燒的溫度為1100～1600℃，時間為20～40h，由室溫升溫至所述第二次焙燒的溫度的升溫速率為150～250℃/h。

16、優(yōu)選的，所述提拉生長的溫度為1750～1950℃，提拉速度為0.5～3mm/h，旋轉(zhuǎn)速度為5～15r/min。

17、優(yōu)選的，所述提拉生長結(jié)束后得到初始晶體，還包括：將所述初始晶體由所述提拉生長的溫度降溫至室溫，得到所述鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料；所述降溫的速率為5～20℃/h。

18、本發(fā)明提供了上述技術(shù)方案所述的鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料或上述技術(shù)方案所述的制備方法制備得到的鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料在可見激光輸出和輻射探測中的應(yīng)用。

19、本發(fā)明提供了一種鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料，所述鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料的化學(xué)式如式1所示：ba3y1-x(po4)3:xpr式1；式1中：0<x≤0.3。本發(fā)明提供的鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料(pr:byp)中釔元素和鋇元素在晶體中是混合占據(jù)同一個晶體學(xué)格位，鋇和釔的混合、無序占位使晶體晶格在一定程度上發(fā)生畸變，從而增強(qiáng)并且拓寬鐠離子的吸收和發(fā)射峰，使該晶體在被藍(lán)光ld直接泵浦時，能夠?qū)崿F(xiàn)高效的可見激光輸出；而且，本發(fā)明提供的鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料的晶體場并未影響鐠離子4f15d1→4f2允許躍遷，使得晶體在高能射線和粒子的激發(fā)下能產(chǎn)生位于300nm?5d1→4f2躍遷以及青到紅光波段的f-f發(fā)射，從而在高能射線或粒子的輻照或激發(fā)下，該晶體可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)烈的紫外及可見光發(fā)射，表現(xiàn)出優(yōu)良的閃爍特性。同時，本發(fā)明提供的鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料具有良好的物理化學(xué)穩(wěn)定性、較好的熱學(xué)性能和較低的聲子能量。綜上，本發(fā)明提供的鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料同時擁有良好的激光和閃爍性能，能夠作為雙功能晶體在可見激光及輻射探測領(lǐng)域應(yīng)用。

20、本發(fā)明提供了上述技術(shù)方案所述的鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料的制備方法，包括以下步驟：按照所述鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料的化學(xué)組成將制備原料進(jìn)行兩次燒結(jié)，得到ba3y1-x(po4)3:xpr多晶原料；所述制備原料包括氧化鐠、氧化釔、無機(jī)鋇鹽和無機(jī)磷酸鹽；在保護(hù)氣體氣氛中，將所述ba3y1-x(po4)3:xpr多晶原料提拉生長，得到所述鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料。本發(fā)明采用提拉法生長出較大尺寸、質(zhì)量優(yōu)良的單晶體，晶體的生長方法穩(wěn)定，晶體具有穩(wěn)定的物理化學(xué)性能和良好的光學(xué)性能，原料易得、能夠直接使用藍(lán)光ld泵浦，并且能被高能射線和粒子激發(fā)實(shí)現(xiàn)閃爍光輸出等諸多優(yōu)點(diǎn)，可作為一種可見光波段激光晶體和閃爍晶體的多功能晶體材料。

技術(shù)特征：

1.一種鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料，其特征在于，所述鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料的化學(xué)式如式1所示：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料，其特征在于，所述鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料屬于立方晶系，空間群為

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料，其特征在于，式1中：0.01≤x≤0.3。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料，其特征在于，式1中的x為0.01、0.03、0.04、0.08、0.12、0.16、0.2或0.3。

5.權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述的鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述第一次燒結(jié)包括依次進(jìn)行第一次研磨、第一次壓片和第一次焙燒；

7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的制備方法，其特征在于，所述第二次燒結(jié)包括依次進(jìn)行第二次研磨、第二次壓片和第二次焙燒；

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述提拉生長的溫度為1750～1950℃，提拉速度為0.5～3mm/h，旋轉(zhuǎn)速度為5～15r/min。

9.根據(jù)權(quán)利要求5或8所述的制備方法，其特征在于，所述提拉生長結(jié)束后得到初始晶體，還包括：將所述初始晶體由所述提拉生長的溫度降溫至室溫，得到所述鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料；所述降溫的速率為5～20℃/h。

10.權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述的鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料或權(quán)利要求5～9任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料在可見激光輸出和輻射探測中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于無機(jī)功能晶體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明提供了一種鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料，所述鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料的化學(xué)式如式1所示：Ba<subgt;3</subgt;Y<subgt;1?x</subgt;(PO<subgt;4</subgt;)<subgt;3</subgt;:xPr式1；式1中：0<x≤0.3。本發(fā)明提供的鐠離子摻雜磷酸鹽晶體材料中釔和鋇在晶體中是混合占據(jù)同一個晶體學(xué)格位，其無序占位使晶體晶格在一定程度上發(fā)生畸變，從而增強(qiáng)并且拓寬鐠離子的吸收和發(fā)射峰，使該晶體在被藍(lán)光LD直接泵浦時，能夠?qū)崿F(xiàn)高效的可見激光輸出；且在高能射線或粒子的輻照或激發(fā)下，該晶體可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)烈的紫外及可見光發(fā)射，能夠作為雙功能晶體在可見激光及輻射探測領(lǐng)域應(yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：孫益堅(jiān),林義洋,梁玲,鄒征剛,龔國亮,溫和瑞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江西理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2