1 1.江苏大学 材料科学与工程学院, 镇江 212013
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 透明光功能无机材料重点实验室, 上海 201899
3 3.中国科学院大学 材料科学与光电工程中心, 北京 100049
彩色氧化锆陶瓷具有鲜艳色彩、高折射率、耐磨损、耐腐蚀及对人体无毒等优点, 被广泛应用于电子、装饰等领域。本研究采用共沉淀法合成了平均粒径为15.9 nm的立方相Ce:8YSZ纳米粉体。以经过800 ℃煅烧4 h的粉体为原料, 通过两步烧结技术制备了具有高光学透过率和高红色度的Ce:8YSZ透明陶瓷,并系统研究了空气预烧温度对红色Ce:8YSZ透明陶瓷微观结构、直线透过率和色度的影响。当预烧温度从1200 ℃升高到1300 ℃时, Ce:8YSZ陶瓷的平均晶粒尺寸从0.3 μm增大到2.2 μm, 同时相对密度从87.2%增加到97.1%。经过1275 ℃空气预烧2 h并结合1700 ℃热等静压烧结3 h所得的Ce:8YSZ透明陶瓷表现出最佳的光学质量和最大的红色度值, 在700 nm处的直线透过率为47.6%, 红色度为52.0。
Ce:8YSZ 红色透明陶瓷 空气预烧 热等静压烧结 光学性能 Ce-doped 8YSZ red transparent ceramics air pre-sintering hot isostatic pressing optical property
1 江苏大学 材料科学与工程学院，江苏 镇江 212013
2 中国科学院上海硅酸盐研究所 透明光功能无机材料重点实验室，上海 201899
3 中国科学院大学 材料与光电研究中心，北京 100049
4 Istituto di Fisica Applicata “N. Carrara”，Consiglio Nazionale delle Ricerche，CNR⁃IFAC，Via Madonna del Piano 10C，50019 Sesto Fiorentino（Fi），Italy
5 Istituto Nazionale di Ottica，Consiglio Nazionale delle Ricerche，CNR‑INO，Via Madonna del Piano 10C，50019 Sesto Fiorentino（Fi），Italy
以NH4HCO3为沉淀剂，通过共沉淀法合成了分散性良好的Dy，Tb∶LuAG纳米粉体，并研究了前驱体的热分解行为、粉体的物相及显微形貌。在不添加任何烧结助剂的情况下，采用真空预烧结合热等静压烧结技术首次制备出高透明的Dy，Tb∶LuAG陶瓷，并研究了预烧温度对陶瓷显微形貌及光学质量的影响。当预烧温度为1 600 ℃时，退火后的Dy，Tb∶LuAG陶瓷（厚度为1.5 mm）在578 nm处的直线透过率达到83.6%，平均晶粒尺寸为0.9 μm。此外，退火后的3%Dy，1%Tb∶LuAG透明陶瓷在447 nm的吸收截面积为1.3×10-21 cm2，半高宽为3.0 nm，与商用GaN蓝色激光二极管具有良好的匹配性。研究表明，Dy，Tb∶LuAG透明陶瓷在黄光激光领域具有潜在的应用价值。
Dy，Tb∶LuAG 透明陶瓷 共沉淀法 热等静压烧结 Dy，Tb∶LuAG transparent ceramics co-precipitation method hot isostatic pressing
北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100192
为了研究大气湍流对不同波长激光传输特性的影响, 利用MATLAB对其进行了仿真, 设计湍流模拟箱进行实验, 将仿真和实验结果对比进行了理论分析和实验验证。对激光波前光强分布进行了观察与记录, 并对不同波长激光束在相同大气条件下的光束漂移和光强起伏做了测量与分析; 就大气湍流对线偏振光的偏振态影响进行了实验观测。结果表明, 随着大气湍流的增强, 激光波前光强分布容易受到明显的影响; 激光束的光强起伏随着波长的增大而减小, 其方差最高到达2.79×10-2, 而光束漂移则与波长无关, 方差最高到达9.11×10-12; 线偏振光受到湍流效应的影响, 其光强产生随机变化, 且随着湍流强度的提高, 变化程度更剧烈。实验测试数据结果与大气湍流理论相符合, 这对激光大气传输的研究具有一定的参考价值。
大气光学 大气湍流 光强闪烁 光斑漂移 线偏振光 atmospheric optics atmospheric turbulence intensity fluctuation spot centroid drift linearly polarized light
1 西南科技大学, 环境友好能源材料国家重点实验室, 绵阳 621010
2 西南科技大学, 材料科学与工程学院, 绵阳 621010
3 成都蜀源港泰新型建材有限公司, 成都 611700
4 西南科技大学, 土木工程与建筑学院, 绵阳 621010
5 嘉华特种水泥股份有限公司, 乐山 614003
早期水化活性过低是限制冶炼渣在胶凝材料体系中大掺量应用的重要因素之一。利用固硫灰(CFBA)中的硫酸盐激发硅锰渣(SM)水化活性, 并研究硅锰渣-固硫灰复合辅助性胶凝材料的水化过程及活性发展。结果表明: 随着固硫灰掺量增加, 胶砂流动度大幅下降, 但其早期和后期活性得到有效提升; 当固硫灰掺量为10%(质量分数)时, 复合辅助性胶凝材料3 d、7 d和28 d活性指数分别达到61%、71%和95%, 均高于单独使用硅锰渣体系(3 d、7 d和28 d活性指数分别为50%、53%和81%)。固硫灰的掺入激发了水泥和辅助性胶凝材料的早期水化, 延缓了水化过程中钙矾石转变为单硫型水化硫铝酸钙(AFm), 使得胶凝材料早期水化形成更多钙矾石。
硅锰渣 固硫灰 复合辅助性胶凝材料 活性指数 水化 流动性 silicomanganese slag circulating fluidized bed combustion ash composite supplementary cementitious material activity index hydration fluidity
1 中国科学院上海硅酸盐研究所透明陶瓷研究中心，上海 201899
2 江苏大学材料科学与工程学院，江苏 镇江 212013
3 中国科学院大学材料科学与光电工程中心，北京 100049
通过反滴共沉淀法合成Co:MgAl2O4纳米粉体，通过真空烧结和HIP后处理制备了高透明的Co:MgAl2O4陶瓷。研究了碳酸铵的添加量对合成前驱体、纳米粉体和陶瓷性能的影响。结果表明：碳酸铵添加量对Co:MgAl2O4纳米粉体的分散性和陶瓷的光学性能有一定影响。pH值会影响Co:MgAl2O4纳米粉体的团聚程度，而添加0.5 L碳酸铵制备得到的纳米粉体的团聚程度最弱。同时，添加0.5 L碳酸铵制备得到的Co:MgAl2O4透明陶瓷具有最佳光学质量，在400 nm和1 100 nm的直线透过率分别达到84.4%和86.9%，平均晶粒尺寸为21.3 μm。
碳酸铵 共沉淀法 钴掺杂镁铝尖晶石 透明陶瓷 透过率 ammonium carbonate coprecipitation cobalt ion doped magnesia-alumina spinel transparent ceramics transmittance
1 江苏大学 材料科学与工程学院， 江苏 镇江 212013
2 中国科学院上海硅酸盐研究所 透明光功能无机材料重点实验室， 上海 201899
3 中国科学院大学 材料与光电研究中心， 北京 100049
4 上海应用技术大学 理学院， 上海 201418
5 厦门大学 材料学院， 福建 厦门 361005
通过固相反应结合真空烧结制备了(CexLu1-x)3Al5O12(Ce∶LuAG，x=0.0005，0.001，0.002，0.003，0.004)透明陶瓷。厚度为1.0 mm的Ce∶LuAG陶瓷在500~800 nm波长范围内的直线透过率大于75%。研究了不同浓度Ce∶LuAG陶瓷在454 nm蓝光LED激发下的吸收和发射特性，获得了可调的相关色温(5 653~7 433 K)。 所制备的Ce∶LuAG陶瓷具有优异的热性能和发光性能，在225 ℃下的PL强度较室温仅下降7%，0.1%Ce∶LuAG陶瓷在蓝光LED激发下的发光效率达到179 lm/W。进一步研究了不同厚度Ce∶LuAG陶瓷的发光饱和性能，1 mm厚的0.1%Ce∶LuAG陶瓷在功率密度为24.6 W/mm2的蓝光LD激发下获得了3 646 lm的高光通量，同时没有出现发光饱和现象。研究结果表明，Ce∶LuAG透明陶瓷具有高发光效率和热稳定性，适合用于大功率固态照明。
发光饱和 Ce∶LuAG陶瓷 颜色转换器 高亮度 luminescence saturation Ce∶LuAG ceramics color converter high-brightness
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 透明光功能无机材料重点实验室, 上海 201899
2 2.江苏大学 材料科学与工程学院, 镇江 212013
钴掺杂的镁铝尖晶石透明陶瓷是用于近红外区域工作的无源调Q固态激光器的有效材料。为制备具有高吸收截面和高透过率的Co:MgAl2O4透明陶瓷, 采用共沉淀法合成钴掺杂的纯相镁铝尖晶石纳米粉体, 并通过真空烧结结合热等静压烧结(Hot Isostatic Pressing, HIP), 制备得到了高质量的0.05at% Co:MgAl2O4透明陶瓷, 同时系统研究了预烧结温度对Co:MgAl2O4陶瓷微观结构和光学性能的影响。当预烧结温度从1500 ℃升高至1650 ℃, Co:MgAl2O4陶瓷的相对密度从95.2%增大到98.5%, 而当预烧温度升高至1700 ℃, Co:MgAl2O4陶瓷的相对密度降低至97.7％。真空预烧后Co:MgAl2O4陶瓷的相对密度较低, 因此预烧后的Co:MgAl2O4陶瓷均为不透明的。当预烧温度从1500 ℃升高到1700 ℃, Co:MgAl2O4陶瓷的平均晶粒尺寸从2.3 μm增大到11.3 μm。经过HIP后处理后, 在1550~1700 ℃×5 h真空预烧条件下的Co:MgAl 2O4陶瓷都是透明的, 而经过1650 ℃×5 h真空预烧结合1800 ℃×3 h HIP后处理的Co:MgAl2O4透明陶瓷表现出最佳的光学质量, 在400和900 nm处的直线透过率分别为81.4%和85.9%, 平均晶粒尺寸为16.8 μm。在500~700 nm和1200~1600 nm波长范围内的宽吸收带表明Co 2+已掺入尖晶石晶格中。此外, 经计算, 最佳光学质量的样品在1540 nm处的基态吸收截面为6.18×10-19 cm2, 表明Co:MgAl2O4已经成为固态激光器中被动调Q可饱和吸收体的最有潜力的材料之一。
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 透明光功能无机材料重点实验室, 上海 201899
2 2.中国科学院大学 材料科学与光电工程中心, 北京 100049
3 3.上海师范大学 物理系, 上海 200234
Ce:SrHfO3陶瓷因具有高密度和高有效原子序数, 对高能射线具有很强的阻止能力。同时, Ce:SrHfO3陶瓷还具有快衰减和高能量分辨率等优异的闪烁性能, 引起了研究人员的广泛关注。由于传统的烧结方法难以实现非立方结构Ce:SrHfO3陶瓷的透明化, 本研究采用真空长时烧结和短时真空预烧结合热等静压烧结(Hot Isostatic Pressing, HIP)方法制备Ce,Y:SrHfO3陶瓷。以金属氧化物和碳酸盐为原料, 1200 ℃下煅烧8 h可以获得平均粒径为152 nm的纯相Ce,Y:SrHfO3粉体。1800 ℃真空烧结20 h获得平均晶粒尺寸为28.6 μm的不透明的Ce,Y:SrHfO3陶瓷, 而两步烧结法可以制备光学透过率良好的Ce,Y:SrHfO3陶瓷。本研究详细分析了陶瓷致密化过程中微结构的演变, 探究了预烧结温度对Ce,Y:SrHfO3陶瓷密度、显微结构和光学透过率的影响。真空预烧(1500 ℃×2 h)结合HIP后处理(1800 ℃×3 h, 200 MPa Ar)所获得的Ce,Y:SrHfO3陶瓷在800 nm处的最高直线透过率为21.6%, 平均晶粒尺寸仅为3.4 μm。在X射线激发下, Ce,Y:SrHfO3陶瓷在400 nm处产生Ce3+ 5d-4f发射峰, 其XEL积分强度比商用锗酸铋(BGO)晶体高3.3倍, Ce,Y:SrHfO3陶瓷在1 μs门宽下的光产额约为3700 ph/MeV。良好的光学和闪烁性能可以拓宽Ce,Y:SrHfO3陶瓷在闪烁探测领域的应用。
1 1.江苏大学 材料科学与工程学院, 镇江212013
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 透明光功能无机材料重点实验室, 上海 201899
3 3.华北光电技术研究所 固体激光科学与技术实验室, 北京100015
4 4.中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 100049
Yb:YAG透明陶瓷由于具有宽的吸收带和发射带、高增益、低的热负载、长的荧光寿命、高的量子效率等优点而成为有应用前景的高功率固体激光器用增益介质。本研究优化了粉体的性能并制备了高透明的Yb:YAG陶瓷。以碳酸氢铵为沉淀剂, 分别以纯水或乙醇/水混合物为溶剂, 采用共沉淀法合成了5at%Yb:YAG纳米粉体。在1250 ℃下煅烧4 h得到的所有粉体均为纯YAG相。与纯水溶剂制备的粉体相比, 醇水溶剂制备的粉体具有更小的平均晶粒尺寸和更低的团聚程度。以醇水溶剂制备的粉体为原料, 采用真空烧结法在不添加烧结助剂的情况下成功制备了5at%Yb:YAG透明陶瓷, 并对1500~1825 ℃烧结20 h和1800 ℃烧结10~50 h所得陶瓷的微观结构和直线透过率进行了探究。除在1825 ℃下烧结20 h所得的陶瓷外, 其余的5at%Yb:YAG陶瓷都具有均匀的微观结构。在1800 ℃下烧结50 h制备的5at%Yb:YAG陶瓷具有最高的光学质量, 在1100和400 nm处的直线透过率分别为78.6%和76.7%(样品厚度为2.2 mm)。该Yb:YAG透明陶瓷在937 nm处的吸收截面为5.03×10-21 cm2, 在1031 nm处的发射截面为13.48×10-21cm2。
Yb:YAG透明陶瓷 醇水共沉淀法 真空烧结 微观结构 光学性能 Yb:YAG transparent ceramic alcohol-water co-precipitation vacuum sintering microstructure optical property
北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100192
为了研究多光谱CCD相机的干扰效果, 分别采用氙灯(白光)、671nm激光、473nm激光和532nm激光对多光谱CCD相机进行干扰实验, 提取了红、绿、蓝三通道下的干扰图, 并对干扰效果进行了分析, 最后利用光生载流子的扩散模型对白光辐照多光谱CCD进行仿真。结果表明,白光辐照多光谱CCD相机时, 红、绿、蓝三通道会同时被干扰, 干扰效果明显优于单波长的干扰效果; 当白光的入射功率为10.5μW时, 白光辐照多光谱CCD的饱和像元数为2382pixel, 随着入射功率的增大, 多光谱CCD的饱和像元数也逐渐增加, 当白光的入射功率为980μW时, 白光辐照多光谱CCD的饱和像元数稳定在320078pixel; 多光谱CCD对各个波长连续激光干扰响应程度从大到小依次为白光、532nm、473nm、671nm; 仿真所得干扰图以及饱和像元数随激光功率的变化关系曲线与实验结果基本相符。该结果有助于多光谱CCD相机干扰机理的深入研究。
激光技术 图像处理 激光干扰 饱和像元 多光谱 laser technique image processing laser interference saturated pixel multispectral
