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

 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(guò)從熔體定向凝固而生長(zhǎng)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(zhǎng)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?cè)诎ü鈱W(xué)，電子和閃爍裝置等領(lǐng)域中有著重要的應(yīng)用。

【成果簡(jiǎn)介】

近日，中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所李建強(qiáng)、法國(guó)奧爾良大學(xué)Mathieu Allix（共同通訊）等人通過(guò)Y2O3 -Al2O3大塊玻璃的無(wú)壓納米結(jié)晶來(lái)簡(jiǎn)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(kāi)。這些YAG-Al2O3納米陶瓷的硬度比YAG單晶高10％。 當(dāng)摻雜Ce3+時(shí)，YAG-Al2O3陶瓷的量子效率為87.5％。這些機(jī)械和光學(xué)特性的結(jié)合，以及其簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)和創(chuàng)新的制備方法，可以推動(dòng)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

a）明場(chǎng)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

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(yáng)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

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(guò)無(wú)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(jī)械和光學(xué)特性的結(jié)合，以及其簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)和創(chuàng)新的制備方法，可以推動(dòng)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。