[發(fā)明專利]一種自激活激光晶體磷酸三釹的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210341573.1
• 申請(qǐng)日: 2012-09-14
• 公開（公告）號(hào): CN102912435A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李靜;王繼揚(yáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): C30B29/14
• 分類號(hào): C30B29/14;C30B9/12;C01B25/37
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 王緒銀

(一)技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電子材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及自激活激光晶體磷酸三釹（Nd₃PO₇）的制備方法。

（二）背景技術(shù)

全固態(tài)激光器在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，是激光器發(fā)展和研究的主流。全固態(tài)激光器微型化是目前的發(fā)展方向，意在利用微片全固態(tài)激光器（Microchip?－type?solid?state?laser）實(shí)現(xiàn)小體積、高密度、中小功率激光輸出。激光晶體性能對(duì)激光器的功效具有決定性影響。探索性能更加優(yōu)良的激光晶體是發(fā)展全固態(tài)激光器技術(shù)的關(guān)鍵工作之一。

自激活激光晶體是激光技術(shù)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。該類晶體的激活離子不是作為雜質(zhì)摻入基質(zhì)晶體中，而其本身就是晶體中的一種化學(xué)計(jì)量比的組分。自激活晶體是具有高激活離子濃度的激光材料，如大發(fā)射截面、長(zhǎng)上能級(jí)壽命，可用于發(fā)展小型高功率固體激光，滿足國(guó)家發(fā)展需要，是目前科研人員致力研究的熱點(diǎn)。目前已經(jīng)報(bào)道的自激活晶體有NdAl₃(BO₃)₄,NdPO₄等,這些晶體由于熒光壽命過小等條件的限制，影響了它們的實(shí)用價(jià)值。一直以來，科學(xué)家對(duì)自激活晶體做了大量研究。但是由于晶體本身固有的一些缺陷影響了它們的應(yīng)用。制備并研究性能優(yōu)異、高質(zhì)量的新型自激活激光晶體是當(dāng)今的前沿課題。磷酸三釹（Nd₃PO₇）晶體目前只存在納米晶，采用固相反應(yīng)獲得結(jié)晶相，并分析其結(jié)構(gòu)，關(guān)于助熔劑制備體塊晶體尚未見報(bào)道。

（三）發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種利用非鉛助熔劑體系制備自激活激光晶體磷酸三釹（Nd₃PO₇）的方法。所得磷酸三釹（Nd₃PO₇）晶體為體塊晶體。

術(shù)語說明：

磷酸三釹分子式為Nd₃PO₇，按以下化學(xué)反應(yīng)方程式制備:

3Nd₂O₃+2NH₄H₂PO₄=2Nd₃PO₇+2NH₃↑+3H₂O?↑

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種磷酸三釹（Nd₃PO₇）晶體的制備方法，包括步驟如下：

（1）以2N~5N氧化釹和2N~5N磷酸二氫銨為原料，按摩爾比氧化釹：磷酸二氫銨=3：2配料；助熔劑為碳酸鋰與氧化鎢按摩爾比為1：1~2的組合，控制溶質(zhì)濃度為10-50wt%，混合均勻后放入鉑金坩堝中。

（2）將鉑金坩堝置于生長(zhǎng)爐中，升溫至1000℃化料,再升溫至1010-1050℃，恒溫24-34小時(shí)，物料充分熔化后進(jìn)行攪拌；在高于熔液飽和點(diǎn)溫度10-20℃時(shí)，下籽晶，先將籽晶置于液面上方預(yù)熱，再將籽晶下入溶液中，待籽晶開始熔化時(shí)，將熔液溫度降至飽和點(diǎn)以上1-2℃，以30-40轉(zhuǎn)/每分鐘的旋轉(zhuǎn)速率，按正轉(zhuǎn)-停-反轉(zhuǎn)的循環(huán)方式旋轉(zhuǎn)籽晶4小時(shí),開始降溫；降溫速率按晶體生長(zhǎng)的初期、中期、后期分段控制，初期、中期、后期每一期間各是14-16天，在生長(zhǎng)初期降溫速率為0.1-0.5℃/天，生長(zhǎng)中期降溫速率為0.5-1℃/天，生長(zhǎng)后期降溫速率為1-2℃/天，生長(zhǎng)周期為42-48天。

（3）生長(zhǎng)結(jié)束后，從熔液中提出晶體，以40℃/小時(shí)的降溫速率降至100℃，然后自然冷卻至室溫。獲得到了晶形完整的Nd₃PO₇晶體。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，助熔劑為碳酸鋰與氧化鎢摩爾比1：2或1:1的組合。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，上述步驟（2）的溶質(zhì)濃度為20~25wt%。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，上述步驟（2）的籽晶是Nd₃PO₇小晶體。

本發(fā)明采用助熔劑生長(zhǎng)法制備Nd₃PO₇，原料為氧化釹和磷酸二氫銨，助熔劑體系為碳酸鋰、氧化鎢的混合物,所得磷酸三釹（Nd₃PO₇）晶體為體塊晶體。該磷酸三釹晶體為單斜晶系，空間群為Cm。