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荧光粉体YAG综述
钇铝石榴石纳米粉体的制备技术研究进展
薛洪健
北京化工大学化学工程学院化研1007班 2010000225
摘要:近年来YAG纳米粉体因其具有特殊的性能而备受人们的关注。本文综述了目前YAG粉体材料的几种合成方法,包括机械化学法、高温固相法、溶胶-凝胶法、燃烧法、喷雾热解法、化学沉淀法(化学共沉淀法、分步沉淀法和改进的化学共沉淀法)等,总结了每种方法的优缺点,并简要地比较了各种方法的优劣。并对YAG 粉体材料新的合成工艺进行了展望。关键词:钇铝石榴石;纳米粉体;荧光粉;合成方法;展望
Progress in preparation methods for YAG nano-sized powders
Xue Hongjian
Beijing University of Chemical Technology Chemical Engineering Class1007 2010000225 Abstract:Nano-sized YAG powders have been paid much attention with their excellent properties recently. Several synthesis methods of YAG powders are reviewed, which include solid reaction, sol-gel bustion synthesis, spry pyrolysis, precipitation method. Advantages and ings of each kind of method are summarized. Moreover, the new preparation process of YAG powders is proposed.
Key words: YAG; nano-sized powders; phosphor; synthesis method; outlook 1
前言
钇铝石榴石(Y3AI5O12, YAG)空间群为Oh10-Ia3d,属立方晶系,其晶格常数为
,它的分子式结构又可写成:L3B2(AO4)3,其中L,A,B分别代表三种格位。在单位晶胞中有8个Y3Al5O12分子。一共有24个钇离子,40个铝离子,96个氧离子。其中每个钇离子各处于由8个氧离子配位的十二面体的L格位,16个铝离子各处于由6个氧离子配位的八面体的B格位,另外24个铝离子各处于由4个氧离子配位的四面体的A格位。八面体的铝离子形成体心立方结构,四面体的铝离子和十二面体的钇离子处于立方体的面等分线上,八面体和四面体都是变形的,其结构模型见图1。石榴石的晶胞可看作是十二面体、八面体和四面体的连接网。
掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)单晶是一种广泛应用于中小型固体激光器的激光工作物质。由于晶体生长工艺本身的限制,难以得到大尺寸的Nd:YAG单晶。并且,由于Nd:YAG单晶生长温度高,生长周期长,并占有大量的贵金属,所以生产成本一直居高不下。与单晶相比,Nd:YAG激光陶瓷具有以下优点[1-3]:因为采用纳米粉体作为陶瓷原料,烧结温度低,制备周期短,成本低;陶瓷材料中可以掺入比晶体中更高浓度的钕离子而无浓度淬灭,提高了转换效率;陶瓷材料可以得到大尺寸激光工作物质。因此,对于Nd:YAG激光陶瓷材料,只要做到具有单晶体相近的性质,激光陶瓷必将取代单晶,成为新一代激光工作物质。除作为激光工作物质以外,因为具有优异的高温力学性能,YAG陶瓷还可以作为高温结构部件得到广泛的应用。另外,
YAG粉体通过掺杂Ce3+,Tb3+,Eu3+等离子还可以作为超短余辉荧光粉,在等离子平板显示(PDP),阴极射线管(CRT)以及发光二极管(LED)等方面有着广阔的应用前景。
图1. 钇铝石榴石的晶体结构
材料的性能主要由材料的化学组分和显微结构所决定,在化学成分确定以后,工艺是控制显微组织结构的主要手段。众所周知,无论是制备高性能的Nd:YAG透明陶瓷和YAG结构陶瓷,还是发光粉体材料,都需要性能优异的YAG粉体,要求粉体有高的相纯度,颗粒尺寸在纳米级,尺寸均一并无团聚,这样有利于气孔的排除而使得陶瓷致密和透明,对发光材料来讲可以提高发光效率。理想的粉体应该是:粒径均匀且细小,形状规则(各向同性)一致,不团聚分散、纯度高能控制相。性能优良的YAG粉体应具有分散性好、颗粒细、形状规则(最好为球形)等特征。球形形貌,对于发光材料,可以减少光散射,有利于提高发光效率;采用球形粉体材料可有效减低孔隙率,有利于透明陶瓷的制备。
纳米科学与技术是材料发展的前沿领域,纳米尺度材由于各种奇