[发明专利]一种离子掺杂钆镓石榴石晶体及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种离子掺杂钆镓石榴石晶体及其制备方法和应用，属于陶瓷材料技术领域，该晶体的结构通式为：(Gd_3‑xCa_x)(Ga_5‑x‑2yMg_yZr_x+y)O₁₂；其中0.35≤x≤0.45，0.1≤y≤0.25，0.50≤x+y≤0.66；制备的晶体具有高掺杂的优点，而且通过改变掺杂浓度，调节SGGG晶体的晶格常数、提高热学和光谱性能优异，并可实现平界面无核心晶体生长，而且采用了提拉法来促进晶体生长，操作简单，生长周期短。

技术领域

本发明属于陶瓷材料技术领域，具体地，涉及一种离子掺杂钆镓石榴石晶体及其制备方法和应用。

背景技术

钆镓石榴石分子式Gd₃Ga₅O₁₂，简式GGG。GGG晶体属于立方晶系，光学上各向同性。GGG晶体结构中Gd的原子半径较大，并与其他稀土元素原子半径相近，容易掺入Nd³⁺、Ho³⁺、Tm³⁺、Er3⁺等稀土激活离子，取代Gd³⁺的格位，属于同态取代，构效关系清楚，用作激光晶体，稀土激活离子的激光上能级没有明显的发光淬灭；另外，分凝系数高，有利于稀土激活离子的掺入，提高了泵浦效率，更适用于大功率激光器。采用提拉法生长GGG晶体，原料烧结温度1300℃，晶体生长温度1750℃；相均匀性宽，生长速度快；容易平界面生长，不存在杂质集中核心和应力集中核心，整个界面能够得到有效利用，从而能够制作大尺寸光学元件，如激光元件。

目前GGG纳米晶的合成方法需要较高的反应温度和较长的反应时间，而且所得GGG纳米晶尺寸不均匀，形貌不规则且团聚严重。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种离子掺杂钆镓石榴石晶体及其制备方法和应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种离子掺杂钆镓石榴石晶体，该晶体的结构通式为：

(Gd_3-xCa_x)(Ga_5-x-2yMg_yZr_x+y)O₁₂；

其中0.35≤x≤0.45，0.1≤y≤0.25，0.50≤x+y≤0.66。

该离子掺杂钆镓石榴石晶体包括如下步骤制成：

步骤S1、将金属氧化物、Ga₂O₃和Gd₂O₃加入质量分数15％硝酸溶液中，之后加入络合粒子，滴加氨水调节pH，直至pH＝2-2.1，制得混合液，向混合液中加入助燃剂，之后加热至100℃，匀速搅拌2h，之后升温至140-150℃，制得蓬松物，将蓬松物研磨后置于马弗炉中，在950-1000℃下烧结，络合粒子的用量为金属氧化物、Ga₂O₃和Gd₂O₃的重量和；

助燃剂为聚乙烯醇和氨基乙酸按照1∶1的摩尔比混合而成，助燃剂的用量与络和粒子重量相同。

步骤S2、之后在晶体生长炉内采用提拉法生长离子掺杂钆镓石榴石晶体，生长温度为1725-1765℃，提拉速度1.3-2mm/h，转速10-20rpm；退火，退火过程按降温区间确定退火速率：1765-1610℃，12-16℃/h；1610-1410℃，18-22℃/h；1410-1130℃，23-25℃/h；1130-800℃，28-32℃/h；800-480℃，38-42℃/h；480℃至室温，48-52℃/h。

进一步地：所述络合粒子包括如下步骤制成：